【文章內(nèi)容簡介】 及地下管道較多，在下沉性二級以上大孔性黃土上不宜建廠。 （ 14）地址情況要好，地耐力一般要求在 147kPa 以上。 （ 15）在具有喀斯特地貌的地區(qū)，土崩地段和地下有淤泥或流沙處不宜建廠，已采沙坑上面不宜建廠。 （ 16）有用礦藏的上部不宜建廠。 所選廠址位置的優(yōu)勢 福泉市位于貴州省中部，黔南布依族苗族自治州北部，介于東經(jīng)107176。14′24″107176。45′35″和北緯 26176。 32′28″ 27176。02′23″之間。東臨凱里市和黃平縣，南與麻江縣接壤，西界貴定，龍里，開陽三縣。北和甕安縣相連。南北最長 千米，東西最寬 千米。總面積 平方千米。 馬場坪鎮(zhèn)是福泉市的一個重要工業(yè)基地，面積 130 平方公里。交通非常便利， 西離貴陽 120km，南至都勻 45km，湘黔鐵路、貴新高等級公路穿過該鎮(zhèn)并且 馬場 坪火車站準(zhǔn)備擴(kuò)建為二級火車站，湘黔、黔桂、馬遵公路穿過該鎮(zhèn)，是貴州南下北上、東進(jìn)西出重要的交通樞紐和物資集散地；礦產(chǎn)資源豐富，現(xiàn)已探明具有開采價值的礦產(chǎn)多達(dá) 20 余種。主要包括磷礦、重晶石、鐵、硅石、煤等；全國最大的磷化工業(yè)基地 —— 甕福集團(tuán)座落于該鎮(zhèn)。當(dāng)前，以磷化工為龍頭，煤炭、冶金、建材等多行業(yè)體系已經(jīng)形成，工業(yè)化水平較高。 福泉市境內(nèi)地勢西部和北部較高，東部次之，中部和南部較低，最高海拔 米，最低海拔 614 米，平均海拔 1020 米。地貌類型以山地為主，丘陵次之，壩地較少。土壤類型以石灰土最多，黃壤 次之，水稻土和紫色土較少。在氣候分布區(qū)上，屬亞熱帶季風(fēng)氣候華中濕潤區(qū)，熱量豐富，雨量充沛，無霜期長，年均溫度 14攝氏度，年積溫4574～ 5609 攝氏度，無霜期 245～ 278 天。年均降水量 1033～ 1220 毫米。 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 10頁 綜合上述，依據(jù)以上建廠的選擇要求，本設(shè)計擬建廠址位于貴州省福泉市馬場坪鎮(zhèn)，馬場坪位于福泉南部，貴新高等級公路、株六復(fù)線鐵路、湘貴鐵路交匯于此，所以交通十分便利，有利于原料及產(chǎn)品的輸送，而且靠近劍江，水資源豐富，從而保障了充足的水源供應(yīng)。附近有甕福磷礦等大型國有化工企業(yè)，這樣不僅有利于利用其生 產(chǎn)的設(shè)備和公用工程，而且它們還是最重要的硫酸用戶之一。再者硫酸是一種腐蝕性液體，不能像普通固體化學(xué)產(chǎn)品那樣可以多儲存，需隨產(chǎn)隨銷。硫酸的運輸費用較高，這就決定硫酸廠址不能離消費中心太遠(yuǎn)。最后，硫酸廠不宜建在人口稠密和對環(huán)境保護(hù)要求較高的地區(qū)并且廠址位于山地和丘陵區(qū)，不占農(nóng)田，符合國家土地政策。 所以廠址決定選擇在貴州省福泉市南部的馬場坪，馬場坪地理位置如下圖所示： 圖 福泉市地理位置圖 硫酸生產(chǎn)路線的選擇和論證 硫酸工業(yè)的原料及生產(chǎn)工藝 硫酸生產(chǎn)原料有硫鐵礦、硫磺 、冶煉煙氣、磷石膏、石膏、硫化氫、含硫廢液等。硫鐵礦是我國主要的硫資源，所以長期以來我國硫酸生產(chǎn)基本上都是以硫鐵礦為主要原 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 11 頁 料。遺憾的是硫鐵礦不是硫酸生產(chǎn)的最理想原料，它具有生產(chǎn)工藝復(fù)雜、管理要求高、操作環(huán)境差以及要處理大量的固體和液體等缺陷。近年來，隨著大量硫磺的進(jìn)口及有色冶煉行業(yè)的迅速發(fā)展，使得我國硫酸生產(chǎn)的原料結(jié)構(gòu)得到不斷的優(yōu)化和調(diào)整 —— 硫鐵礦制酸份額逐年下降，硫磺制酸產(chǎn)量迅速增加，冶煉煙氣制酸產(chǎn)量穩(wěn)定增長，形成了以硫磺、硫鐵礦、冶煉煙氣制酸三分天下的原料格局。 根據(jù)使用催化劑的不同，硫酸的工業(yè) 制法可分為接觸法和硝化法。 硝化法（包括鉛室法和塔式法）是借助于氮的 氧化物 使二氧化硫氧化制成硫酸。其中鉛室法 在 1746年 開始采用，反應(yīng)是在氣相中進(jìn)行的。由于這個方法所需設(shè)備龐大，用鉛很多，檢修麻煩，腐蝕設(shè)備，反應(yīng)緩慢，成品且為 稀硫酸 ，所以，這個方法后來逐漸地被淘汰。 在鉛室法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的塔式法，開始于本世紀(jì)初期 。 1907年在 奧地利 建成了世界上第一個塔式法制硫酸的工廠，其制造過程同樣是使氮的氧化物起氧的傳遞作用，從而氧化二氧化硫，再用水吸收三氧化硫而制成硫酸，不同的是該過程在 液相中進(jìn)行，生產(chǎn)成本及產(chǎn)品質(zhì)量都大大優(yōu)于鉛室法。塔式法制出的硫酸濃度可 達(dá) 76％ 左右，目前，我國仍有少數(shù)工廠用塔式法生產(chǎn)硫酸。 接觸法是目前廣泛采用的方法，它創(chuàng)始 于 1831年，在本世紀(jì)初才廣泛用于工業(yè)生產(chǎn)。到 20年代后，由于釩觸媒的制造技術(shù)和催化效能不斷提高，已逐步取代價格昂貴和易中毒的鉑觸媒。 目前， 世界上 絕大 多數(shù)的硫酸廠都 采用接觸法生產(chǎn) ，因為該法可以生產(chǎn)濃度為 98%以上的硫酸。 接觸法中二氧化硫在固體觸媒 （五氧化二釩） 表面跟氧反應(yīng)，結(jié)合成三氧化硫，然后用 ％的硫酸吸收為成品酸。這種方法優(yōu)于塔式法的是成品酸濃度高，質(zhì)量純（不含氮化物） 。以下是采用不同原料為基礎(chǔ)進(jìn)行接觸法生產(chǎn)硫酸： （ 1）硫鐵礦制酸 硫鐵礦按其來源不同分為普通硫鐵礦、浮選硫鐵礦和尾砂、含煤硫鐵礦三種。沸騰焙燒爐所用的硫鐵礦指標(biāo)為： S20%。As%。C1%。Pb%。F%。H2O8%[7]。 硫鐵礦制酸 的生產(chǎn)工藝過程包括以下六個工段：原料預(yù)處理、焙燒、凈化、 干吸、轉(zhuǎn)化、成品。分述如下： 在倉庫貯存的硫 鐵 礦，由裝載機(jī)送入加料斗，經(jīng)圓盤給料機(jī)、膠帶輸送機(jī)送入籠式破碎機(jī)，將成球的尾沙打散，再由膠帶輸送機(jī)送入振動篩篩分，篩上粗顆粒礦經(jīng)膠帶輸 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 12頁 送機(jī)返回倉庫，篩下粒度合格的成品礦 由給料系統(tǒng)送至沸騰焙燒爐，在焙燒爐內(nèi)，硫鐵礦中的二硫化鐵與空氣中的氧反應(yīng)，生成 SO2 爐氣，除含 SO2 外，爐氣中還含有大量SO Fe3O Fe2O氮化物，空氣則由焙燒風(fēng)機(jī)送入焙燒爐內(nèi)。焙燒工段產(chǎn)生的 900℃高溫爐氣先經(jīng)過廢熱鍋爐回收 熱量將爐氣溫度降至 350℃，同時爐氣中的部分礦塵沉降。，回收的熱量經(jīng)汽包由循環(huán)泵送回焙燒爐和熱電廠循環(huán)使用。從廢熱鍋爐出來的爐氣經(jīng)電除塵器除去爐氣中的微粒和液滴，再送去洗滌塔（濕法凈化），爐氣從塔底進(jìn)入，與從塔頂噴淋下來的稀硫酸（ 18%20%酸）逆流接觸，洗去爐氣中的礦塵和有害雜質(zhì)，并降低爐氣溫度至 65℃，酸洗塔為空塔。爐氣再經(jīng)冷卻塔冷卻至 40℃，送去電除霧器（一、二級）除去酸霧。 經(jīng)洗滌降溫和除霧后的爐氣，雖然已除去砷、硒、氟和酸霧，卻被水蒸氣所飽和。這些水蒸氣如果進(jìn)入二氧化硫轉(zhuǎn)化器，會與三氧化硫 再次形成酸霧，且會造成對五氧化二釩催化劑的破壞。因此爐氣在進(jìn)入轉(zhuǎn)化工序前必須進(jìn)行嚴(yán)格的干燥，使?fàn)t氣中水蒸氣含量＜ (爐氣 )。 干燥塔采用 53℃、 98%的濃硫酸自塔頂噴淋下來，與從塔底進(jìn)來的爐氣逆流接觸。其干燥原理是由于濃硫酸具有強(qiáng)烈的吸水性，且在同一溫度下，硫酸的濃度越高，其液面上水蒸氣的平衡分壓越小。當(dāng)爐氣中的水蒸氣分壓大于硫酸液面上的水蒸氣分壓時，爐氣即被干燥。但是由于硫酸濃度超過 %時，硫酸液面上有三氧化硫存在，可與爐氣中的水蒸氣生成酸霧，故硫酸濃度不得超過 %。 干燥過后的爐氣由二氧化硫主風(fēng)機(jī)送去換熱器簡介換熱是爐氣升溫至 430℃左右，再送去轉(zhuǎn)化器一、二段，在五氧化二釩的催化下轉(zhuǎn)化成 SO3。該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故從轉(zhuǎn)化器一、二段出來的氣體溫度過高，需換熱降溫，并進(jìn)行第一次吸收，吸收介質(zhì)為濃硫酸，為放熱反應(yīng)。由于從一吸塔出來的氣體除含有 SO酸霧及惰性氣體外，還含有大量 SO2,故需要將其換熱升溫后送去轉(zhuǎn)化器三、四段，使 SO2 轉(zhuǎn)化為 SO3，最終轉(zhuǎn)化率可達(dá) %。轉(zhuǎn)化氣經(jīng)換熱降溫后進(jìn)行二次吸收，吸收液送往成品酸塔，濃度為 98%，再去硫酸儲罐。吸收尾氣去煙囪直接排放。 （ 2）硫磺制酸 在所有的硫酸工藝中，除了以硫磺為原料不需要凈化爐氣外，以硫鐵礦與有色金屬冶煉煙氣為原料時均需要將爐氣凈化。所以與上述硫鐵礦制酸相比，硫磺制酸具有流程簡單，生產(chǎn)過程無廢渣、污水排出等優(yōu)勢，故對建廠地區(qū)適應(yīng)性廣。 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 13頁 原料硫磺在熔硫系統(tǒng)中，經(jīng) 、 150℃ 160℃的低壓蒸汽熔融后，送去液硫儲罐，再經(jīng)液硫地下槽由液硫泵送去焚硫爐。在焚硫爐內(nèi)，硫與由風(fēng)機(jī)送入的干燥空氣接觸，與空氣中的氧反應(yīng)生成 SO SO3。爐氣經(jīng)廢熱鍋爐回收廢熱并降溫后直接送去轉(zhuǎn)化器的一、二、三段轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化器各段均設(shè)有冷 /熱換熱器，從轉(zhuǎn)化器三段才來的氣體，經(jīng)過一個冷換熱器冷卻后再經(jīng)省煤器回收低溫余熱（以加熱脫鹽水）后，送去一吸塔進(jìn)行吸收，吸收原理同硫鐵礦制酸吸收原理。從一吸塔出來的氣體中含有大量未完全轉(zhuǎn)化的 SO2 及 SO3,經(jīng)換熱升溫后送去轉(zhuǎn)化器四段再次轉(zhuǎn)化。轉(zhuǎn)化氣經(jīng)低溫過熱器冷卻后在經(jīng)過省煤器Ⅱ并送去二吸塔。吸收液由循環(huán)酸泵送去成品酸槽，尾氣去煙囪直接排放。 （ 3）冶煉煙氣制酸 [8] 有色金屬礦多以硫化物形態(tài)存在，在冶煉過程中有二氧化硫煙氣產(chǎn)生。因此，冶煉煙氣亦是一種制酸原料。 從冶煉煙氣數(shù)量的多少及能否直接用于制造硫酸等 多方面考慮，最理想的氣源是煉銅和煉鋅煙氣。由于冶煉設(shè)備和操作技術(shù)水平所限，過去冶煉煙氣的氣量和濃度波動大，而且二氧化硫濃度低，成分復(fù)雜。近年來，國內(nèi)外對冶煉技術(shù)和設(shè)備進(jìn)行較大改進(jìn)，所以使煙氣中的二氧化硫濃度得到提高，能很好地適應(yīng)煙氣制酸的要求。 一般地，冶煉煙氣中的雜質(zhì)可分為粉塵、煙霧和揮發(fā)性金屬三種。如果這些雜質(zhì)去除不徹底，不僅直接影響成品酸的質(zhì)量，還會堵塞設(shè)備使其不能正常工作。因此，利用冶煉煙氣制酸同硫鐵礦爐氣制酸具有相似的工序，即凈化、干燥、轉(zhuǎn)化、吸收，而且所用工藝和設(shè)備亦基本相同。由于這個原因，國外 將冶煉煙氣制酸和硫鐵礦制酸統(tǒng)稱為冶煉型制酸。 但是，由于冶煉煙氣含有的有害雜質(zhì)種類及含量與硫鐵礦煙氣不完全相同，特別是揮發(fā)性金屬及含塵量差別較大，因此，凈化工序的工藝及設(shè)備稍有不同。不同點主要是清除揮發(fā)性金屬。所采用的方法主要為稀酸洗滌，例如多塔洗滌工藝和動力波洗滌工藝。 （ 4）石膏制酸 [9] 中國的石膏蘊藏量很豐富，且分布廣泛，加之磷肥行業(yè)的大量磷石膏，因此中國硫酸生產(chǎn)以石膏為原料并聯(lián)產(chǎn)水泥，是綜合利用資源的可行方法之一。 天然石膏可分為：無水石膏和二水石膏。天然石膏在高溫條件下或在高溫下用碳作為還原劑可 制的三氧化硫，石膏的制酸工藝流程與以硫鐵礦為原料制酸的流程基本一 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 14頁 樣，不過石膏分解產(chǎn)生的三氧化硫比焙燒硫鐵礦少得多，且爐氣中沒有有害雜質(zhì)，因此濕法凈化工序只需設(shè)兩個洗滌塔和一個電除霧器就行了。 石膏制造硫酸，由于爐氣中的二氧化硫濃度較低，所以在相同產(chǎn)量下，凈化、轉(zhuǎn)化、干吸工序的設(shè)備要比普通采用標(biāo)準(zhǔn)濃度爐氣的要大，其中轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的熱交換面積也要大些。但在流程設(shè)計和設(shè)備的結(jié)構(gòu)上，一般與硫鐵礦為原料制酸相同。 硫磺制酸與硫鐵礦制酸的優(yōu)缺點比較 [10,11] 通過上述四種制酸特點的論述，可以得知其 實石膏制酸、冶煉煙氣制酸和硫鐵礦制酸這三種方法制酸的工藝流程和設(shè)備基本相同，所以把它們歸為一類，因此，主要是比較它們與硫磺制酸的區(qū)別。 目前，我國硫酸工業(yè)是以硫鐵礦制酸和硫磺制酸為主，隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展和市場經(jīng)濟(jì)的變化，硫磺制酸體現(xiàn)了越來越多的優(yōu)點： ，其原料處理簡單，爐氣無需凈化，便于自控，其爐氣經(jīng)適當(dāng)降溫后，便可以進(jìn)入轉(zhuǎn)化工序，然后經(jīng)吸收成酸。該過程無廢渣、污水排放，流程簡單，故對建廠地區(qū)適應(yīng)性廣并且有利于保護(hù)環(huán)境。 ，一般為 %，而硫鐵礦焙 燒過程中產(chǎn)生的二氧化硫濃度只有 %。 ，因為焚燒和冷卻后氣體非常干凈和干燥，可以直接進(jìn)入轉(zhuǎn)化器。 ，硫磺所含雜質(zhì)也少，所得產(chǎn)品質(zhì)量好，單位產(chǎn)品能耗低，熱能利用率高。 、凈化工序，只有熔硫、焚化、轉(zhuǎn)化、干吸及成品工序，原料加工也比硫鐵礦制酸裝置簡單，因此工藝流程短，物料處理少，設(shè)備少，建設(shè)工期短。其基建投資約為硫鐵礦裝置的 50%，也降低了裝置的管理費用。 、電和原料費用低于硫鐵礦制酸。生產(chǎn)成本的降低有利于 提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。 由于上述原因，因此采用硫磺為原料制酸有更大的優(yōu)越性，所以本次設(shè)計采用以硫磺為原料制取硫酸，其操作流程圖如圖 所示。