【文章內(nèi)容簡介】 年均增長 33％硫磺制酸占總產(chǎn)量 65％硫磺制酸年均增長 37％ 由于硫鐵礦包括有色金屬伴生副產(chǎn)品的硫精礦是我國的主要硫資源我國的硫酸生產(chǎn)原料原來一直以硫鐵礦為主 1995 年以后由于國際市場上硫磺呈現(xiàn)供過于求的狀況我國硫磺制酸迅速發(fā)展硫酸生產(chǎn)的原料結(jié)構(gòu)發(fā)生了很大的變化硫磺制酸比例逐 年上升由 1995 年的14 上升到 2021 年的 427 硫磺是生產(chǎn)制酸的理想原料國外硫酸工業(yè) 60 以上是以硫磺為原料硫磺制酸具有工藝流程簡單占地面積少投資少熱能利用率高環(huán)境效益好等優(yōu)點相同規(guī)模的硫磺制酸裝置其投資約為硫鐵礦制酸裝置投資的一半且動力消耗和公用工程費用低無廢渣廢水的排放硫磺制酸建設(shè)周期短操作管理方便因此只要硫磺價格合理供應(yīng)渠道穩(wěn)定其經(jīng)濟效益是十分顯著的另外我國大型硫磺制酸裝置已不單單是生產(chǎn)硫酸的裝置現(xiàn)已成為企業(yè)的主要能源供應(yīng)裝置 本項目選用進口硫磺為制酸的原料路線原因如下 1對于這樣一個缺硫的地區(qū)本項目 如再選用硫鐵礦為制酸原料的路線從全國的硫鐵礦的平衡來看其原料的供應(yīng)難有保障 2硫磺是生產(chǎn)制酸的理想原料硫磺制酸具有工藝流程簡單占地面積少投資少熱能利用率高環(huán)境效益好等優(yōu)點相同規(guī)模的硫磺制酸裝置其投資約為硫鐵礦制酸裝置投資的一半且動力消耗和公用工程費用低無廢渣廢水的排放另外硫磺制酸建設(shè)周期短操作管理方便大型硫磺制酸裝置可以為企業(yè)的裝置供應(yīng)主要能源 3有進出口貿(mào)易的資格進口硫磺加工成硫酸廠自用部分作為進料加工可以關(guān)稅全免抵扣 12 的增值稅 國內(nèi)外工藝技術(shù)概況 目前世界硫酸生產(chǎn)技術(shù)基本上都是采用接觸法工藝硫 酸工業(yè)的技術(shù)和裝備水平已處在較高水準(zhǔn)上我國自改革開放以來隨著幾套大型硫酸裝置的技術(shù)引進以及八五國家重大技術(shù)裝備的科技攻關(guān)使得我國的硫酸工業(yè)技術(shù)和裝備水平都有了長足的發(fā)展大型硫酸的國產(chǎn)化水平不斷提高與國際先進水平的差距不斷縮小主要表現(xiàn)在以下幾個方面 1 生產(chǎn)裝置向大型化發(fā)展 由于單體設(shè)備生產(chǎn)效率不斷提高為裝置的大型化創(chuàng)造了條件目前世界硫酸單系列最大生產(chǎn)能力已超過年產(chǎn) 100 萬噸的規(guī)模我國八十年代以來以相繼建成南化銅陵年產(chǎn) 20 萬噸硫鐵礦制酸裝置云峰年產(chǎn) 23 萬噸硫鐵礦制酸裝置大峪口年產(chǎn) 56 萬噸兩系列和黃麥嶺年產(chǎn)28 萬 噸硫鐵礦制酸裝置甕福年產(chǎn) 80 萬噸兩系列和鹿寨年產(chǎn) 40 萬噸硫鐵礦制酸裝置 在硫磺制酸方面以硫鐵礦制酸大型裝置設(shè)計建設(shè)和運行經(jīng)驗為基礎(chǔ)多套大型硫磺制酸裝置以相繼建成且以平穩(wěn)運行具有較高的國產(chǎn)化率蘇州精細(xì)化工集團有限公司 30 萬噸年硫磺制酸裝置已連續(xù)穩(wěn)定運行多年隨著山東紅日化工集團公司年產(chǎn) 40 萬噸硫磺制酸裝置山東魯西化工集團公司涪陵湖北楚星化工股份有限公司等幾套年產(chǎn) 30萬噸硫磺裝置和南化公司磷肥廠等幾套 20 萬噸硫磺制酸裝置的建成投產(chǎn)標(biāo)志我國的硫磺制酸已步入一個成熟可靠的大發(fā)展階段 2 提高總轉(zhuǎn)化率嚴(yán)格控制尾氣中 SO2 排放量 為了減輕尾氣對環(huán)境污染的影響國內(nèi)外普遍采用的兩轉(zhuǎn)兩吸制酸工藝已將二氧化硫的轉(zhuǎn)化率提高到 997以上放空尾氣中 SO2含量降低到 300ppm 以下采用含銫催化劑甚至還可以使二氧化硫的轉(zhuǎn)化率提高到 999 放空尾氣中的二氧化硫降低到 100ppm 以下國內(nèi)已有多套硫磺制酸裝置的總轉(zhuǎn)化率達到 9975 以上的水平如蘇州精細(xì)化工集團公司的 30 萬噸年硫磺制酸裝置則達到了 9980 以上 3 余熱利用效率提高 隨著能源價格的提高企業(yè)越來越重視硫酸裝置的熱能利用效率從而提高裝置的經(jīng)濟效益我國大中型硫鐵礦制酸及硫磺制酸裝置中硫鐵礦焙燒和硫 磺焚燒及轉(zhuǎn)化部分的高中溫位余熱均已回收利用吸收酸中的低溫位熱量的回收利用已起步用于加熱鍋爐給水采暖以及加熱工業(yè)用水和生活用水 八十年代以來不斷有進一步提高低溫位余熱利用效率的新途徑出現(xiàn)其中最具成效的當(dāng)推美國孟山都環(huán)境化學(xué)公司開發(fā)的熱量回收系統(tǒng) HRS技術(shù)利用吸收酸的低溫位熱量產(chǎn)生 03～ 10MPa的低壓蒸汽每噸酸可產(chǎn)生低壓蒸汽 04～ 06噸從而使硫酸裝置的余熱回收率從 70左右提高到 90 以上但由于投資高國內(nèi)到目前為止僅有一家企業(yè)引進此項技術(shù) 499． 7％～ 99． 8％ 排放尾氣中二氧化硫含量減少 36％～ 50％ 國內(nèi)催化劑目前在裝填量總轉(zhuǎn)化率和使用活性方面存在較大差距兩轉(zhuǎn)兩吸工藝轉(zhuǎn)化率達到 995％ 已屬不易多數(shù)僅 980％～ 99． 3％排放尾氣達不到環(huán)保要求 目前國外對改進硫酸工藝進行了廣泛的研究有多項成熟的工藝應(yīng)用于硫酸生產(chǎn)其主要有加拿大 Cansolv 工藝公司開發(fā)的在一轉(zhuǎn)一吸裝置后增設(shè)一套吸收系統(tǒng)用二胺 溶液吸收尾氣中的二氧化硫然后通過加熱汽捉解吸出純凈的二氧化硫返回干燥塔循環(huán)使用裝置的最終二氧化硫排放濃度可低至 50 mgm3 Lockwood Greene Petersen 公司開發(fā)的 SPANE 工藝即接近于零排放的硫酸生產(chǎn)工藝是將古老的塔式法與現(xiàn)代的接觸法工藝相結(jié)合裝置的投資相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)兩轉(zhuǎn)兩吸的93％ 操作能耗相當(dāng)于 79％ 尾氣二氧化硫濃度為 8． 8 mgm3 印度Poseidom 工程咨詢公司開發(fā)的尾氣循環(huán)工藝將一部分三氧化硫吸收塔排出的尾氣送回二氧化硫轉(zhuǎn)化器代替空氣作為冷激氣采用一轉(zhuǎn)一吸工藝時尾氣循環(huán)工藝較 空氣冷激工藝二氧化硫排放量減少 23 如果采用兩轉(zhuǎn)兩吸尾氣循環(huán)工藝二氧化硫排放量還會大大減少 工藝技術(shù)方案的比較和選擇 1 工藝技術(shù)選擇原則 一要充分體現(xiàn)和代表本行業(yè)的先進性可靠性二要降低工程投資減少環(huán)境污染 2 工藝方案及選擇理由 本硫磺制酸裝置工藝技術(shù)方案是在總結(jié)國內(nèi)外大型硫磺制酸的技術(shù)基礎(chǔ)上結(jié)合國內(nèi)外近年來的實際運行經(jīng)驗在穩(wěn)妥可靠的前提下進行改進和提高技術(shù)裝備立足國產(chǎn)化充分考慮到進口硫磺水分大酸度高雜質(zhì)多的特點在穩(wěn)妥可靠的前提下盡量利用廢熱在認(rèn)真研究國內(nèi)外硫磺制酸裝置在設(shè)計與運行中成 功的經(jīng)驗和教訓(xùn)的基礎(chǔ)上多方面廣泛采用新技術(shù)新材料力爭使本裝置在技術(shù)上更穩(wěn)妥性能上更可靠操作上更方便投資更省 采用液體硫磺加壓機械霧化空氣焚硫 32兩轉(zhuǎn)兩吸工藝設(shè)置廢熱鍋爐蒸汽過熱器以回收熱能產(chǎn)生 450℃ 382MPa的過熱蒸汽送至發(fā)電廠選擇的工藝方案理由如下 1 熔硫與精硫工藝 采用帶攪拌的快速熔硫工藝與常規(guī)熔硫池工藝相比具有效率高設(shè)備體積下粗硫過濾采用加壓過濾與自然沉降過濾相比過濾速度快設(shè)備體積小排渣操作方便 液硫霧化器采用機械霧化工藝與空氣霧化工藝相比具有結(jié)構(gòu)簡單噴嘴加工容易不易堵塞操作方便不設(shè)二次加壓風(fēng)機工 藝配管簡單動力消耗低 2 采用兩轉(zhuǎn)兩吸轉(zhuǎn)化吸收工藝 與一轉(zhuǎn)一吸相比不僅提高了硫的利用率還降低了 SO2 的排放濃度減少了環(huán)境污染采用 32兩次轉(zhuǎn)化工藝與采用 31兩次轉(zhuǎn)化工藝相比由于在二次轉(zhuǎn)化增加了一段反應(yīng)層使反應(yīng)溫度更合理更利于獲得和保持較高的轉(zhuǎn)化率因此不僅提高了硫的利用率還降低了 SO2 的排放濃度減少了環(huán)境污染 3 采用中高溫吸收工藝 與常規(guī)吸收工藝相比能有效抑制酸霧的形成減少尾氣中酸霧的危害同時可以減少部分傳熱面積采用陽極保護酸冷卻器或板式酸冷卻器與傳統(tǒng)的冷卻排管相比傳熱效率大為提高占地面積也可大大減少 4 余熱回收 工藝 在焚硫爐出口設(shè)火管鍋或水管爐轉(zhuǎn)化器一段出口設(shè)蒸汽過熱器在轉(zhuǎn)化器第四段之后設(shè)置中溫過熱器五段出口設(shè)一低溫過熱器用來回收液硫燃燒熱和 SO2 生成 SO3 的反應(yīng)熱產(chǎn)生 382Ma450℃的中壓過熱蒸汽送發(fā)電廠發(fā)電同時產(chǎn)生低壓蒸汽供老廠生產(chǎn)使用 3 引進技術(shù)和設(shè)備 1 引進設(shè)備理由和內(nèi)容 國內(nèi)硫酸工業(yè)技術(shù)水平雖然取得了很大進展但硫磺制酸技術(shù)和主要設(shè)備由于起步較晚較國外先進水平仍有差距主要設(shè)備性能尚落后于國外節(jié)能技術(shù)污染控制技術(shù)新材料新設(shè)備的開發(fā)及催化劑的性能方面也與國外先進水平有一定的差距 為了保證裝置操作的穩(wěn) 定性及控制較低的 SO2 排放量裝置需要引進如下設(shè)備和催化劑 1精硫泵是硫磺制酸的關(guān)鍵設(shè)備國內(nèi)在設(shè)計和制造上還剛剛起步質(zhì)量不穩(wěn)定 2吸收塔除沫器國內(nèi)的纖維過濾器的除霧效率較低制造質(zhì)量無法保證尤其一吸收塔的除霧效率的高低直接影響轉(zhuǎn)化工段設(shè)備的壽命 3釩催化劑國內(nèi)同類產(chǎn)品在活性強度使用壽命上均較國外催化劑性能上有差距為提高 SO2 轉(zhuǎn)化率保護環(huán)境需引進 2 引進設(shè)備一覽表 表 41 引進設(shè)備一覽表 序號 引進項目 型號及規(guī)格 數(shù)量 備注 1 催化劑 LP120 LP110 297ta 美國孟山都公司 2 一吸塔除沫器 ES 型 1 套 同上 3 精硫泵 Q 83m3h H 110m 2 美國 lewis 公司 42 工藝流程及消耗定額 工藝流程說明 1 反應(yīng)原理 硫磺制酸主要化學(xué)反應(yīng)方程式為 SO2 SO2 3875kJmol SO2 O2 V2O5 SO3 965 kJmol SO3 H2O H2SO4 2 工藝流程說明 30 萬噸年硫磺制酸裝置工藝流程包括熔硫工段焚硫工段轉(zhuǎn)化及干吸工段空氣干燥及加壓余熱蒸汽系 統(tǒng)其工藝流程框圖見圖 41 所示 圖 4 1 硫磺制酸工藝流程框圖 各工段工藝過程敘述如下 1 原料及熔硫工段 原料硫磺由汽車送至原料庫堆存袋裝硫磺經(jīng)人工拆包后固體硫磺由膠帶運輸機送入快速熔硫槽內(nèi)熔化經(jīng)快速熔硫槽熔化后的液體硫磺自溢流口溢流至澄清槽中并在其中停留除去雜質(zhì)后澄清液由粗硫泵進入不銹鋼絲網(wǎng)過濾器經(jīng)過過濾后的精制硫進入精硫槽或送入液硫貯罐貯存待用快速熔硫槽澄清槽液硫過濾器精硫槽及硫貯罐等設(shè)備內(nèi)均有蒸汽加熱管用蒸汽壓力約 07Mpa 蒸汽間接加熱或保溫使硫磺始終保持液態(tài) 2 焚硫轉(zhuǎn)化工段 液硫由精硫泵加壓后經(jīng)硫磺 噴槍機械霧化而進入焚硫爐空氣經(jīng)干燥塔干燥并經(jīng)空氣鼓風(fēng)機加壓后與液硫一起燃燒出焚硫爐的是含10SO203SO3990℃左右的高溫爐氣該高溫爐氣首先進入廢熱鍋爐回收熱量溫度降至 450℃再進入爐氣過濾器進一步出去爐氣中塵埃后進入轉(zhuǎn)化器的第一段進行轉(zhuǎn)化經(jīng)反應(yīng)后溫度升至 600℃左右進入高溫過熱器回收熱量高溫過熱器冷卻后的爐氣進入轉(zhuǎn)化器第二段催化劑床層進行催化反應(yīng)溫度升高至約 512℃后進入熱熱換熱器降溫至 440℃進入轉(zhuǎn)化器第三段催化劑層進行氧化反應(yīng)溫度升高到約 459℃后進入冷熱換熱器溫度降至約 175℃送至第一吸收塔吸收 塔中氣體中的 SO3未被吸收的氣體經(jīng)過塔頂?shù)睦w維過濾器除去其中的酸霧后依次通過冷熱換熱器熱熱換熱器分別與轉(zhuǎn)化器三段和二段出口的爐氣進行逆流換熱氣體被加熱至 430℃后進入轉(zhuǎn)化器第四段進行氧化反應(yīng)溫度升至約 443℃進入中溫過熱器換熱溫度降至約 420℃進入轉(zhuǎn)化器第五段催化劑層進行反應(yīng)出五段氣體經(jīng)低溫過熱器回收熱能爐氣被降溫至約155℃進入第二吸收塔塔內(nèi)用 98硫酸吸收爐氣中 SO3后再經(jīng)尾氣回收塔吸收尾氣中殘余的 SO2后由尾氣煙囪放空經(jīng)過兩次轉(zhuǎn)化后 SO2轉(zhuǎn)化率不小于 9975 尾氣中 SO2 排放濃度小于 300ppm 3 干吸及 成品工段 干吸酸循環(huán)系統(tǒng)采用 98 酸干燥和吸收設(shè)置三個臥式循環(huán)槽干燥塔第一吸收塔第二吸收塔各單獨使用一個循環(huán)槽酸冷卻循環(huán)系統(tǒng)由三個相對獨立的部分組成 空氣鼓風(fēng)機設(shè)在干燥塔下游即硫磺焚燒及轉(zhuǎn)化所需空氣經(jīng)消音器空氣過濾器后入干燥塔塔底經(jīng)自塔頂噴淋的 98 酸吸收掉空氣中的水份使出塔干燥空氣中水份≤ 01gNm3 干燥后的空氣經(jīng)空氣鼓風(fēng)機加壓后進入焚硫爐干燥酸自塔底自流至干吸塔循環(huán)槽一部分流入調(diào)酸槽與干燥塔一吸酸塔吸收酸通過補加工藝水進行調(diào)節(jié)另一部分通過干燥塔循環(huán)泵送入干燥塔酸冷卻器經(jīng)循環(huán)冷卻水冷卻后再進入干燥塔進行噴淋 由轉(zhuǎn)化器第三催化床層出口的氣體經(jīng)冷熱換熱器冷卻后進入第一吸收塔塔底塔頂用濃度為 98 的硫酸噴淋吸收氣體中的 SO3 后的酸自塔底流出進入一吸酸循環(huán)槽一部分進調(diào)酸槽另一部分由第一吸收塔循環(huán)泵送入第一吸收塔酸冷卻器經(jīng)循環(huán)冷卻水冷卻后再進入第一吸收塔進行噴淋 干燥塔酸一部分經(jīng)干燥塔酸循環(huán)泵進入塔頂干燥空氣另一部分進入調(diào)酸槽與一吸酸循環(huán)槽二吸酸循環(huán)槽來的酸加水進行調(diào)酸經(jīng)成品酸冷卻器冷卻至 40℃后進入成品酸貯罐貯存 由轉(zhuǎn)化器第四段出來的二次轉(zhuǎn)換氣經(jīng)中溫過熱器換熱降溫后進入第五段催化劑層進行反應(yīng)出五段氣體經(jīng)低溫過熱器回收熱能 爐氣進入第二吸收塔塔底該塔亦采用濃度為 98 的硫酸噴淋吸收 SO3 后的酸自塔底流入二吸酸循環(huán)槽一部分流入調(diào)酸槽與干燥塔一吸酸塔吸收液通過補加工藝水進行調(diào)節(jié)另一部分通過第二吸收塔循環(huán)泵送入第二吸收塔酸冷卻器經(jīng)槽內(nèi)酸濃度通過補充工藝水調(diào)節(jié)再由第二吸收塔循環(huán)泵送至第二吸收塔酸冷卻器經(jīng)循環(huán)冷卻水冷卻后再進入第二吸收塔進行噴淋 物料平衡 1 主 要 物 料 平 衡 框 圖 單位萬噸年 圖 42 主要物料平衡圖 原材料輔助材料和燃料動力消耗定 額 1 原材料輔助材料規(guī)格 1 固體硫磺符合國家標(biāo)準(zhǔn) GB244992 一級品具體成分如下 S ≥ 995