【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 流程一所使用的管線復(fù)雜 ,設(shè)備多 ,控制點(diǎn)多 ,容易造成管道泄漏的點(diǎn)多 ,控制麻煩。第一吸收塔酸循環(huán)泵輸送的循環(huán)酸溫度較高 ,這樣就對(duì)酸泵的耐腐蝕性能提出了較高的要求 ,就國(guó)內(nèi)目前制造酸泵的材料而言 ,尚不能滿足要求。而且投資費(fèi)用較高。 2. 流程二與流程三相似 ,設(shè)備數(shù)量相近 ,但與流程三相比 ,由于吸收塔的循環(huán)酸溫較高 ,因此酸循環(huán)槽中酸溫度較高 ,對(duì)循環(huán)酸泵和酸冷卻器的耐腐蝕性能要求高，同樣的。國(guó)內(nèi)目前制造酸泵的材料而言 ,也不能滿足要求；又由于流程二的串酸量大 ,串酸管線多 ,因此酸泵的揚(yáng)量大 ,電耗多 ,操作費(fèi)用高，控制點(diǎn)也多。且由于一次轉(zhuǎn)化后爐氣中 SO2的含量仍較大 ,它在一吸塔內(nèi)吸收時(shí)溶解到酸里流入酸循環(huán)槽中 ,溶解在酸中的 SO2 一部分由一吸塔酸循環(huán)泵送到一吸塔 ,經(jīng)解析后進(jìn)入二次轉(zhuǎn)化 ,一部分由二吸塔酸循環(huán)泵送到二吸塔中經(jīng)解析后排入大氣 ,因此造成了尾氣中 SO2含量超標(biāo) ,造成對(duì)周圍環(huán)境的污染及硫資源的浪費(fèi)。 3．流程四雖然其流程簡(jiǎn)單、設(shè)備數(shù)量少、控制點(diǎn)少 ,但對(duì)于大、中型硫酸裝置而言 ,由于三塔合一槽 ,合用一臺(tái)酸循環(huán)泵 ,所以酸泵的揚(yáng)量大 ,而目前國(guó)內(nèi)大揚(yáng)量酸泵和酸冷卻器的設(shè)計(jì)及制造尚無業(yè)績(jī)。無法在實(shí)際運(yùn)用。但 相信隨著制造業(yè)的不斷發(fā)展 ,今后 ,此流程將會(huì)被逐步采用。而對(duì)于中小型硫酸裝置 (小于160 kt/ a) 而言 ,此流程可節(jié)省投資 ,操作簡(jiǎn)便 ,降低操作費(fèi)用。 4. 采用流程三的干吸流程（見圖 ） ,可改變流程一的復(fù)雜和繁瑣 ,避免了流程二吸收過程中酸里溶解的 SO2 在二吸塔解吸而污染大氣 ,解決了流程四中大揚(yáng)量酸泵等設(shè)備制作困難的矛盾。此外 ,流程一與流程二不僅適用于硫磺制酸裝置 ,也適用于硫鐵礦及冶煉煙氣等制酸裝置 ,使用范圍較廣；如果想利用吸收酸顯熱加熱鍋爐給水 ,采用流程一或流程二比較有利。 國(guó)內(nèi)大部分硫磺制酸企業(yè)是 由硫鐵礦制酸改造來的 , 干燥用 93% 酸、吸收用 98% 酸 , 沿用了以前硫鐵礦制酸的干吸流程 , 例“ 3 塔 3 槽”、“ 3 塔 2 槽” (吸收合用 ) 等 , 這樣配管貴州大學(xué)畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) ) 第 16 頁(yè) 多 , 操作復(fù)雜。由于干燥的是空氣 , 干燥酸最好用 98% 酸。中小型硫磺制酸裝置應(yīng)采用“ 3 塔 1 槽” (混酸槽裝有開孔隔板 ) ； 大型硫磺制酸裝置應(yīng)采用干燥、第 2 吸混酸槽合一 , 1 吸單獨(dú)設(shè)混酸槽的干吸流程 , 這樣簡(jiǎn)化了管道 , 減少了投資 ,開車和正常操作更加容易 , 也有利于低溫廢熱的利用。需要 93% 酸的企業(yè)可采用成品 98% 酸加水稀釋配制的方法。近年 來 , 陽(yáng)極保護(hù)技術(shù)在干吸工段得到了廣泛應(yīng)用 , 如陽(yáng)極保護(hù)不銹鋼管殼式濃硫酸冷卻器、陽(yáng)極保護(hù)不銹鋼濃硫酸管道、陽(yáng)極保護(hù)不銹鋼槽管式分酸器、陽(yáng)極保護(hù)不銹鋼混酸槽等 , 大大降低了設(shè)備腐蝕速率 , 延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命 , 提高了濃硫酸 的質(zhì)量 , 提高了系統(tǒng)的開車率 , 值得推廣。 轉(zhuǎn)化流程的選擇論證 【 7】 自從 20世紀(jì) 60 年代來硫酸生產(chǎn)中 SO2轉(zhuǎn)化工藝最大的進(jìn)步是采用了了兩次轉(zhuǎn)化、兩次吸收的工藝，即兩轉(zhuǎn)兩吸。該工藝的關(guān)鍵是保持轉(zhuǎn)化工序的熱量平衡，使轉(zhuǎn)化反應(yīng)維持在某一理想的溫度下進(jìn)行。 無論采用何種型式的轉(zhuǎn) 化器 ,都必須充分考慮以下五個(gè)因素 : 1. 轉(zhuǎn)化器設(shè)計(jì)應(yīng)該使 SO2 轉(zhuǎn)化反應(yīng)盡可能地在接近于適宜溫度條件下進(jìn)行 ,單位硫酸產(chǎn)量需用觸媒量要少 ,一段出口溫度不要超過 600℃。 2. 轉(zhuǎn)化器生產(chǎn)能力要大 ,單臺(tái)轉(zhuǎn)化器能力要與全系統(tǒng)能力配套 ,不要搞多臺(tái)轉(zhuǎn)化器。本世紀(jì)初轉(zhuǎn)化器能力僅有 15t/d,一套硫酸系列需數(shù)臺(tái)轉(zhuǎn)化器并聯(lián)操作 ,操作麻煩不好管理 ,耗用材料多 ,占地面積大。氣體分布不勻 ,轉(zhuǎn)化率低?，F(xiàn)在單臺(tái)轉(zhuǎn)化器能力日產(chǎn)硫酸已達(dá)到千噸以上 ,個(gè)別廠已高達(dá) 20xxt的規(guī)模。 3. 靠 SO2 反應(yīng)放出的熱量 ,應(yīng)能維持正常操作 ,不要從外 界補(bǔ)充加熱 ,亦即要求達(dá)到 ” 自熱 ” 平衡。 4. 設(shè)備阻力要小 ,并能使氣體分布均勻 ,以減少動(dòng)力消耗。 5. 設(shè)備結(jié)構(gòu)應(yīng)便于制造、安裝、檢修和操作，要力求簡(jiǎn)單，使用壽命要長(zhǎng)，投資要少。 現(xiàn)在我國(guó)兩轉(zhuǎn)兩吸大多采用“ 3+1”四段轉(zhuǎn)化和“ 3+2”五段轉(zhuǎn)化的工藝。在同規(guī)模、同轉(zhuǎn)化率的硫磺裝置中，這兩種轉(zhuǎn)化工藝在設(shè)計(jì)上的主要區(qū)別如下： 在同等規(guī)模。最終轉(zhuǎn)化率相等的硫磺制酸裝置中，采用這兩種轉(zhuǎn)化工藝在貴州大學(xué)畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) ) 第 17 頁(yè) 設(shè)計(jì)上主要有以下不同 : 1. 催化劑填量不同， SO2 氧化為 SO3的化學(xué)反應(yīng)是可逆放熱反應(yīng)，只有在低溫下平衡轉(zhuǎn)化率高，由于反應(yīng)活化能 高，因此工業(yè)上需要用催化劑使反應(yīng)在不太高的溫度下進(jìn)行的足夠快。對(duì)于一定組分的原料氣在某一催化劑下反應(yīng)，為達(dá)到一定的 SO2轉(zhuǎn)化率，其反應(yīng)速率有一個(gè)極大植，所對(duì)應(yīng)的反應(yīng)溫度為最佳溫度。隨著反應(yīng)轉(zhuǎn)化率的提高，最佳溫度逐漸下降。因此隨著反應(yīng)的進(jìn)行，要采取相應(yīng)的方法來降低反應(yīng)的溫度。轉(zhuǎn)化反應(yīng)的速度決定了爐氣在反應(yīng)中需要的接觸時(shí)間，也就決定了催化劑的用量。轉(zhuǎn)化反應(yīng)分段越多，其反應(yīng)溫度就越接近最佳溫度，催化劑的用量在理論上也就越少。采用“ 3+1”四段轉(zhuǎn)化的催化劑填量比“ 3+2”五段轉(zhuǎn)化要高一些。 2. 工藝流程不同。 “ 3+2”五段轉(zhuǎn)化為了控制轉(zhuǎn)化器五段的進(jìn)口轉(zhuǎn)化氣溫度，需要增加四段出口轉(zhuǎn)化氣的換熱設(shè)備，或者采用冷激式轉(zhuǎn)化流程。目前國(guó)內(nèi)外硫磺制酸裝置大多在轉(zhuǎn)化器的四段出口設(shè)置中溫蒸汽過熱器，用中壓蒸汽與四段出口的轉(zhuǎn)化氣進(jìn)行換熱，大大降低了進(jìn)五段的轉(zhuǎn)化氣溫度，也充分利用了轉(zhuǎn)化氣的余熱。常見的“ 3+1”四段轉(zhuǎn)化和“ 3+2”五段轉(zhuǎn)化工藝流程圖如下： 圖 “ 3 + 2”五段轉(zhuǎn)化工藝流程示 圖 “ 3 + 1”四段轉(zhuǎn)化工藝流程示 主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析：“ 3+1”四段轉(zhuǎn)化和“ 3+2”五段轉(zhuǎn)化從主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)考慮，轉(zhuǎn)化工 藝不存在大的差異，相同條件下的操作費(fèi)用相差也不大，只在催化劑填量和工藝流程上略有不同。主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)如下表所示： 表 四段轉(zhuǎn)化和五段轉(zhuǎn)化主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)比表 貴州大學(xué)畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) ) 第 18 頁(yè) 指標(biāo)名稱 轉(zhuǎn)化工藝 兩次轉(zhuǎn)化 一次轉(zhuǎn)化 最終轉(zhuǎn)化率 /l 催化劑用量 / 硫磺制酸 %～ % 170～ 190 %～ % 190～ 210 爐氣中∮（ SO2） /l 硫磺制酸 鼓風(fēng)機(jī)出口壓力 /kPa 尾氣中∮（ SO2）/ 裝置建設(shè)投資 /l %～ % 25～ 40 200～ 300 ～ %～ % 20～ 30 3500～ 4500 注 :表內(nèi)所列的催化劑用量系列采用進(jìn)口催化劑的數(shù)據(jù)；裝置建設(shè)投資以一次轉(zhuǎn)化工藝為基準(zhǔn)。 目前我國(guó)催化劑價(jià)格相比具有很大的優(yōu)勢(shì)，就一次性投資來說其價(jià)格對(duì)比如下： 表 國(guó)產(chǎn)釩催化劑的價(jià)格優(yōu)勢(shì) 項(xiàng)目名稱 SO2轉(zhuǎn)化用釩催化劑 國(guó)產(chǎn) 進(jìn)口 催化劑單位（人民幣計(jì)）米 3 催化劑裝填量 /米 3 催化劑一次投資 (人民幣計(jì) )/元 13000 92 1196000 29000 72 2088000 1. 根據(jù)新的國(guó)家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定 ，硫酸裝置排放的尾氣中 SO2濃度必須低于960 mg／ m。 (標(biāo)準(zhǔn)狀況 )，為此要求裝置的最終轉(zhuǎn)化率應(yīng)達(dá)到 ％ 以上。采用“ 3+1”或“ 3+2”轉(zhuǎn)化工藝，都可使裝置排放的尾氣中 SO2濃度符合新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的指標(biāo)。 2. 轉(zhuǎn)化流程的選擇除要考慮環(huán)境保護(hù)外，主要取決于所用的釩催化劑和進(jìn)轉(zhuǎn)化器爐氣中 SO2濃度的高低。與“ 3+1”四段轉(zhuǎn)化相比，“ 3+2”五段轉(zhuǎn)化工藝可在含 SO2濃度較高的原料氣下獲得同樣高的最終轉(zhuǎn)化率。在原料氣中 SO2濃度貴州大學(xué)畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) ) 第 19 頁(yè) 相同的條件下，“ 3+2”流程對(duì)達(dá)到要求的最終轉(zhuǎn)化率更有保障。 3. 在當(dāng)前的條 件下，如果采用進(jìn)口催化劑，應(yīng)選用“ 3+1”四段轉(zhuǎn)化；若采用國(guó)產(chǎn)催化劑，則適宜選用“ 3+2”五段轉(zhuǎn)化。 因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)所選的催化劑為國(guó)產(chǎn)的 S107 催化劑， 故將采用“ 3+2”五段轉(zhuǎn)化的 轉(zhuǎn)化流程。 空氣鼓風(fēng)機(jī)位置在干燥塔前或后的流程論證 【 8】 主風(fēng)機(jī)位置布置有兩種 :一是在干燥塔上游 ,好處是受腐蝕小 ,便于選擇國(guó)產(chǎn)空氣鼓風(fēng)機(jī)；二是在干燥塔下游 ,風(fēng)機(jī)進(jìn)口為負(fù)壓 ,去掉水分后實(shí)際狀態(tài)氣量將增加 4%5%,且風(fēng)機(jī)需耐硫酸腐蝕 ,價(jià)格較高 ,其好處是干燥氣體經(jīng)風(fēng)機(jī)加壓升溫后 ,進(jìn)入焚硫爐回收了風(fēng)機(jī)壓縮氣體產(chǎn)生的熱量 ,多產(chǎn)中壓過熱蒸汽。兩種方式實(shí)際上都有采用。 傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)是將主鼓風(fēng)機(jī)設(shè)置在干燥塔之前，主要考慮到風(fēng)機(jī)處在無腐蝕性的場(chǎng)所。另外設(shè)在塔前，干燥塔是正壓操作，同樣的規(guī)模，氣量要比負(fù)壓操作時(shí)要小，能耗也低。 空氣風(fēng)機(jī)置于干燥塔前，雖沒有充分利用氣體壓縮升溫的熱量，但完全避免了風(fēng)機(jī)的腐蝕?？諝夤娘L(fēng)機(jī)用蒸汽透平驅(qū)動(dòng)，蒸汽透平裝置將蒸汽送入工廠的低壓蒸汽管網(wǎng)，提高能源的利用率。整個(gè)系統(tǒng)采用較高的壓降、氣速及二氧化硫濃度。 但是在國(guó)外普遍將主鼓風(fēng)機(jī)設(shè)在干燥塔后，空氣通過空氣過濾器進(jìn)入干燥塔，濃硫酸吸收水分后，再送入主鼓 風(fēng)機(jī)。干燥塔的顯熱由空氣帶出，經(jīng)主鼓風(fēng)機(jī)的壓縮，使空氣溫度由 60℃升高到 100℃以上，生產(chǎn)上充分利用這部分的熱量，將其送至焚硫爐以多產(chǎn)蒸汽，提高了熱能回收率。 主鼓風(fēng)機(jī)設(shè)置在干燥塔后，空氣中所夾帶的酸霧可通過干燥塔塔頂?shù)某F器除去，足以保證一般的鋼制風(fēng)機(jī)不受腐蝕。為此，本設(shè)計(jì)中主鼓風(fēng)機(jī)設(shè)在干燥塔后。 采用液硫過濾器還是澄清槽的選擇論證 若廠區(qū)地處內(nèi)陸，進(jìn)口硫磺經(jīng)多次轉(zhuǎn)運(yùn)和堆存，不可避免地混入灰塵等雜質(zhì)，加之生產(chǎn)過程中和游離酸形成的固形物，僅設(shè)置液硫沉降槽和氣體過濾器是不切合實(shí)際的，必需選擇合適 的液硫過濾設(shè)備。加壓葉式液硫過濾機(jī)單臺(tái)過濾能力大，濾餅卸排容易，操作簡(jiǎn)單，過濾效果好 .目前我國(guó)已有廠家生產(chǎn)同類型液硫過濾機(jī)，應(yīng)推廣使用，替代液硫重力沉降槽。 貴州大學(xué)畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) ) 第 20 頁(yè) 傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)是采用澄清槽，澄清時(shí)間為 72 小時(shí)以上，為此澄清槽要占用交大的面積，使之沉下 9099%的灰分。 為了盡量減少液硫中的雜質(zhì)，國(guó)外采用的是液硫過濾器和助濾槽。液硫通過過濾之后灰分含量降低到 %（當(dāng)液硫中的灰分含量為 %）。過濾前將一定量的助濾劑投入到助濾槽熔融液硫中，在攪拌器作用下使其和液硫均勻混合，經(jīng)助濾泵送至液硫過濾器。當(dāng) 助濾槽的液硫變的澄清時(shí)，助濾作業(yè)完畢，切換為正常生產(chǎn)過濾液硫。采用液硫過濾器占地面積小，可利用空間，效率高，因此在本設(shè)計(jì)中選用液硫過濾器。 硫磺制酸的廢熱利用 近幾年來 ,由于國(guó)際市場(chǎng)硫磺價(jià)格下跌 ， 國(guó)內(nèi)企業(yè)紛紛改建或新建硫磺制酸裝置。硫磺制酸裝置蘊(yùn)藏著大量的廢熱 ， 如能加以回收利用 ,經(jīng)濟(jì)效益相當(dāng)可觀。在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈的今天 ， 廢熱利用將是提高硫酸產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的重要途徑。以下對(duì)硫磺制酸裝置所采用的兩種廢熱利用設(shè)備做一介紹： 1．水管鍋爐 優(yōu)點(diǎn)： 高溫水管鍋爐檢修方便 ,使用壽命長(zhǎng) ， 運(yùn)行安全 ， 如果發(fā)生缺水事故 ， 先燒壞受熱面而不致產(chǎn)生嚴(yán)重后果 ， 煙氣流速低 ， 設(shè)備阻力小。 缺點(diǎn)： 煙氣流速低 ， 傳熱系數(shù)小 ， 冷啟動(dòng)升溫慢 。 開、停車時(shí)受熱面易附著冷凝酸 ， 且結(jié)構(gòu)復(fù)雜 ， 難免存在氣體滯留區(qū) ， 導(dǎo)致受熱面酸冷凝腐蝕 ； 爐墻密封性差 ， 氣體易外泄 ； 受熱面一旦泄漏 ， 易造成鍋爐自身及后續(xù)設(shè)備的腐蝕 ； 制造、安裝工作量大。 防護(hù)措施： 高溫水管廢熱鍋爐的蒸汽設(shè)計(jì)壓力應(yīng)在 2145 MPa 以上 ， 開車時(shí)應(yīng)采用串汽的方法將蒸汽壓力保持在 2145～ 310 MPa 再接通爐氣 ， 停車時(shí)應(yīng)將爐氣置換完畢再降低蒸汽壓力 ， 這樣可有效地 防止低溫腐蝕。 2. 火管鍋爐 優(yōu)點(diǎn)： ⑴． 管內(nèi)爐氣流速高達(dá) 5070 m/ s且無滯流區(qū) ， 故傳熱系數(shù)高達(dá) 7080 W/ (m2 K) ， 設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊。 貴州大學(xué)畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) ) 第 21 頁(yè) ⑵ . 開車升溫、升壓快 ,縮短了低溫狀態(tài)下管束與冷凝酸接觸的時(shí)間 ； 停車時(shí)管外汽 — 水混合物很快便將管內(nèi)壁烘干 ， 有效防止了受熱面的低溫腐蝕。如果在開、停車過程中再采取串汽、燃油置換等措施 ,效果將更佳。 ⑶ . 密封性較好 ， 非常適合硫磺制酸系統(tǒng)爐氣正壓操作的要求。具有較大的負(fù)荷適應(yīng)范圍。 ⑷ . 制造、安裝工作量小 ， 占地面積小。 缺點(diǎn)： 高溫火管鍋爐前管 板熱應(yīng)力較大 ， 材料易疲勞產(chǎn)生裂紋 。 一旦發(fā)生缺水事故 ， 后果相當(dāng)嚴(yán)重 ； 爐氣阻力大 ； 轉(zhuǎn)化工序火管鍋爐出口溫度只能降至 220 ℃左右 ； 一旦漏水會(huì)造成自身及后續(xù)設(shè)備腐蝕 ； 檢修不方便。 防護(hù)措施： ⑴ . 在高溫側(cè)管口插入一段 150～ 180 mm長(zhǎng)的剛玉保護(hù)套管 ， 在管板表面涂一層 80100mm厚的鋯質(zhì)耐火隔熱層 ， 可降低管口及管板處的溫度 ， 達(dá)到熱防護(hù)的目