【正文】 O2 的摩爾分數(shù)： %N2 的摩爾分數(shù)： % 所以焚硫工段物料衡算數(shù)據(jù)如表 42 所示 表 42 焚硫工段物料衡算數(shù)據(jù) 輸入組 分 kmol 輸出組分 kmol 摩爾分數(shù) /% S 1 SO2 1 O2 O2 N2 N2 80 總計 100 轉(zhuǎn)化階段物料衡算 1．第一轉(zhuǎn)化階段物料衡算 已知條件： SO2 和 O2 的量分別為 1 kmol、 kmol， SO2 的轉(zhuǎn)化率為 60%。 2．轉(zhuǎn)化工段采用四段 “3+2”兩次轉(zhuǎn)化工藝，總轉(zhuǎn)化率達 %，進轉(zhuǎn)化器的二氧化硫摩爾分數(shù)為 %，轉(zhuǎn)化器各段進出口溫度及轉(zhuǎn)化率如表 41 所示。本設(shè)計選用純度為 %的天然硫磺。 圖 36 轉(zhuǎn)化器結(jié)構(gòu)示意圖 濟源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 表 31 轉(zhuǎn)化器內(nèi)釩催化劑的用量及分配比例 段 型號 體積 / m3 占 總 體 積 比例， % 一（上） 108 6 （下） 101 11 二 101 20 三（ a） 101 11 三（ b） 101 11 四 108 18 五 108 23 總計 100 表 31 主 要設(shè)備規(guī)格 名稱 規(guī)格型號 熔硫槽 ￠ 6000 ㎜ 2500 ㎜， V= 硫磺過濾器 F=35 ㎡ 焚硫爐 ￠ 2600 ㎜ 9800 ㎜ 廢熱鍋爐 臥式、火管、低合金鋼 1/鉻管束 廢熱鍋爐汽包 ￠ 1500 ㎜ 6000 ㎜ 轉(zhuǎn)化反應(yīng)器 ￠ 5700 ㎜ 16780 ㎜、催化劑裝填量Q= m3 ω（ H2SO4） %硫酸循環(huán)罐 ￠ 2900 ㎜ 8000 ㎜ ω（ SO3 游離） 30%發(fā)煙硫酸循環(huán)罐 ￠ 3500 ㎜ 2500 ㎜ 干燥塔 ￠ 2600 ㎜ 8100 ㎜ 中間吸收塔 ￠ 2800 ㎜ 15100 ㎜ 最終吸收塔 ￠ 3000 ㎜ 14835 ㎜ 濟源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 表 31 主要設(shè)備規(guī)格 (續(xù)表 ) 名稱 規(guī)格型號 煙酸塔 ￠ 4100 ㎜ 12022 ㎜ 熱換熱器 立式￠ 1945 ㎜ 5003 ㎜， F=352 ㎡ 冷換熱器 立式￠ 2220 ㎜ 6253 ㎜， F=596 ㎡ SO3 蒸發(fā)器 釜式（ AUE） ,1480 ㎜ 1874 ㎜ 4800㎜ ,F=535 ㎡ SO3 冷凝器 管殼式（ AUE） ,1124 ㎜ 4880㎜ ,F= ㎡ 鼓風(fēng)機 離心 ,Q=4348 0m3/h 蒸汽透平 背壓， 505EK， Q=16300Kg/h 熔硫進料泵 LEWIS4/CLS。中間吸收塔和最終吸收塔內(nèi)裝有 ES 型除沫器，干燥塔內(nèi)裝有雙層絲網(wǎng)除沫器。在填料上部是合金鋼循環(huán)酸分布器，分布器由安裝在豎直降液管上的左右排列的幾條支管構(gòu)成，以獲得理想的分布形式，在填料層上部降液管的噴射點均勻排列著 180 ㎜厚的 50 ㎜矩鞍填料。 濟源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 圖 32 第一廢熱鍋爐（水管廢熱鍋爐）結(jié)構(gòu)圖 圖 33 第二廢熱鍋爐（低溫過熱器）結(jié)構(gòu)圖 濟源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 圖 34 第三廢熱鍋爐（高溫過熱器）結(jié)構(gòu)圖 干吸工段 干吸工段的主要設(shè)備有干燥塔、第一吸收塔、槽、酸冷卻器、硫酸泵等，酸管為不銹鋼管道，一般需帶陽極保護。廢熱鍋爐的出口管箱上接有一段開工用的可拆卸煙囪，通過此煙囪可排放烘爐時燃料氣燃燒所產(chǎn)生的廢氣。在低負荷生產(chǎn)情況下，如果全開旁路柱塞閥都不行，則需通過調(diào)節(jié)此蝶閥來提高旁路氣體的影響。另外，旁路柱塞閥的填料箱上接有一條儀表風(fēng)管線，這樣便能在軸密封周圍形成一個平衡的壓力，有效地防止了硫酸鹽在軸密封上結(jié)晶，保證了柱塞閥的靈活轉(zhuǎn)動。 廢熱鍋爐 廢熱鍋爐為火管型，正常操作壓力為 3800～ 3900 KW。鍋爐給水及飽和蒸汽依次流經(jīng) 3 組盤管， 其先后順序由工藝氣體的溫度決定。 濟源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 圖 31 焚硫爐結(jié)構(gòu) 省煤器 兩臺省煤器均為立式碳鋼殼體，盤管為鑄鐵翅片管，水走管程。焚硫爐一端直接廢熱鍋爐相連，另一端為空氣聯(lián)箱，上面裝有兩個硫磺噴嘴。該工段的焚硫爐要砌耐火磚，熱力設(shè)備、轉(zhuǎn)化器、換熱器和管道均需保溫。 熔硫儲罐是帶保溫的圓柱形容器，配有 5 個翅片管式加熱器，在罐的四周有 4個空氣入口， 中心有一個放空口且?guī)в姓羝闊?，以防堵塞，四周入口和中心出口的高度差保證了氣體的流動。濾芯靠液壓系統(tǒng)抽出，設(shè)有一臺往復(fù)式液壓油泵。設(shè)計能力為：11000～ 16000 ㎏ /h。攪拌器帶有 4 葉螺旋槳葉片和 6 葉平板渦輪。該工段的非標(biāo)設(shè)備和管道均需保溫。 設(shè)法疏通管道或找鉗工處理 酸泵振動大 泵軸套間隙或葉輪 腐蝕，找鉗工更換備用泵 循環(huán)酸和成品酸的濃度偏差很大 循環(huán)酸濃不穩(wěn)、忽高忽低； 酸濃度計失靈； 分析誤差 穩(wěn)定操作； 聯(lián)系儀表工處理； 重新分析。 圖 22 轉(zhuǎn)化工序熱利用流程 工藝設(shè)計 采用快速熔硫、液硫精制、液硫焚燒和 “ 3+2” 兩轉(zhuǎn)兩吸工藝；用次中壓鍋爐（ 2臺）、低壓鍋爐（ 1 臺）和省煤器（ 2 臺）回收焚硫與轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的高、中溫位熱能，生產(chǎn) (、 )的次中壓和低壓蒸汽，經(jīng)減壓后，供公司內(nèi)部的 MAP 和 NPK裝置生產(chǎn)使用；設(shè)備選型既要節(jié)省投資，又要運行穩(wěn)定可靠，經(jīng)過全面論證， 一吸塔除霧器（ ES210 型柱狀纖維除霧器）和轉(zhuǎn)化催化劑（ LP110 和 LP120 型釩催化劑）選用美國孟山都環(huán)境化學(xué)公司生產(chǎn)的產(chǎn)品；操作自動控制采用美國 FOXBORO 公司生產(chǎn)的集散控制系統(tǒng)（ DCS ），一次儀表全部進口。除用于發(fā)電及熔濟源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 硫的蒸汽外， 尚有少量低壓蒸汽供附近廠外用戶使用。出廢熱鍋爐的 SO2 入轉(zhuǎn)化器一段進行反應(yīng) 。 轉(zhuǎn)化工序熱能利用流程 本設(shè)計的熱能利用 流程與一般硫磺制酸裝置相同。 l 充分利用系統(tǒng)的高、中溫廢熱。 k 自控方案合理、先進、可靠。 公用的酸循環(huán)槽中間有分隔板， 將槽分成最終吸收塔進料和另外兩塔進料兩部分， 分隔板上部有一個開 口，是兩部分氣相連通口，下部有一個開口，使最終吸收塔一側(cè)到另外兩塔一側(cè)保持連續(xù)流動狀態(tài)。干吸塔均采用 SX 槽式合金鋼分酸器。第一層加入部分低溫催化劑 Cs120，第五層全部使用低溫催化劑 Cs110，這樣在 390℃的低溫下也具有良好的反應(yīng)活性。其它四層的布置既考慮管道布置的經(jīng)濟性，又要使隔板的溫差降至最小。 e 采用火管鍋爐， 入口設(shè)有剛玉保護套管和耐火澆料防沖刷層。 c 焚硫爐出口氣體 ψ （ SO2）控制在 %，如此高的 SO2 含量降低了生產(chǎn)噸酸所耗的氣體量，減小了設(shè)備尺寸和投資，從而最大程度地降低了生產(chǎn)成本。 工藝特點 濟源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 a 焚硫爐裝有兩個高壓霧化噴嘴，根據(jù)生產(chǎn)負荷， 選擇投用一個或兩個，從而保證霧化效果。 裝置開車時， 焚硫爐設(shè)置了燃料氣升溫系統(tǒng)， 這部分設(shè)置了以下聯(lián)鎖： a 風(fēng)機停車 燃料氣閥門關(guān)閉。 主要控制點 焚硫、 轉(zhuǎn)化、 吸收工序主要的聯(lián)鎖控制有： a 風(fēng)機停車 → 焚硫爐進料泵停 → 注入循環(huán)酸罐的稀釋水閥關(guān)閉。一段轉(zhuǎn)化后的氣體經(jīng)過蒸汽過熱器后進入二段轉(zhuǎn)化，出二段的氣體經(jīng)過熱換熱器后進入三段轉(zhuǎn)化；出三段的氣體經(jīng)過冷換熱器和中間省煤器后去發(fā)煙硫酸吸收塔， 吸收后的貧氣再進入中間吸收塔繼續(xù)吸收；出中間吸收塔的氣體，一部分經(jīng)過冷換熱器和熱換熱器后進入四段轉(zhuǎn)化；四段出口氣體與從中間吸收塔來的另一部分冷氣體混合后進入五段轉(zhuǎn)化；五段出口氣體經(jīng)過最終省煤器后進入最終吸收塔。液硫通過硫磺泵送至磺槍噴入焚硫爐， 噴硫量由變頻電機調(diào)節(jié)。 d 熔硫槽和帶液下泵的熔硫儲槽設(shè)有混凝頂，并且在設(shè)備和管線上方開口處裝有可移動的鋼頂蓋，環(huán)境清潔，安全可靠。 b 熔硫槽加熱盤管可以每組單獨取出修理不影響正常生產(chǎn)。 b. 高液位開關(guān)開硫磺皮帶機。經(jīng)過濾后的液硫自流至熔硫儲槽。其反應(yīng)方程式如下： S+O2=SO2+Q 2SO2+O2=2SO3+Q SO3+H2O=H2SO4+Q 濟源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 工藝流程 5. 硫酸循環(huán)槽 8.發(fā)煙硫酸吸收塔 10. SO3 蒸發(fā)器 13.發(fā)煙硫酸循環(huán)罐 SO3 儲罐 19.液硫儲槽 換熱器 罐 熔硫、過濾及液硫儲存工序 1 流程描述 原料固體硫磺通過帶有稱重設(shè)施的皮帶機送至熔硫槽，在皮帶機上，將石灰加入固體硫磺中，中和硫磺中可能存在的酸性物質(zhì)。其主要原料及規(guī)格見表 21。此工藝存在一定的局限性，因此 本設(shè)計采用硫磺制硫酸。 冶煉煙氣 冶煉煙氣制酸前冶煉煙氣收塵需用收塵用的電除塵器，電除塵器內(nèi)部結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，體積較大需要較高的能耗，且需定期的維護保養(yǎng)，增加了設(shè) 備費用。 4. 工藝改造前后的效果 表 11 礦石工藝與硫磺工藝比較 懸浮物 (噸 /年） 砷 (噸 /年 ) 氟 (噸 /年 ) 污水量 (萬噸 /年 ) 排污費 (萬元 /年 ) 礦石工藝 670 12 430 87 硫磺工藝 116 0 0 168 27 綜上所述硫磺制酸工藝相對礦石制酸工藝有許多的改進之處 , 它是一條清潔生產(chǎn)的工藝，更節(jié)能環(huán)保 , 只有這樣的生產(chǎn)工藝才能使化工企業(yè)生存和發(fā)展得更好。硫磺爐出口的 1000℃溫度的二氧化硫氣體經(jīng)中壓鍋爐、過熱器、省煤器充分利用熱量后 , 二氧化硫氣體降溫至 420℃進入轉(zhuǎn)化器。 深井水用量從 100 萬 t/a, 下降到 20萬 t/a。礦石制酸電耗為 110 kWh/t, 硫磺制酸為 70 kW 硫磺制酸與礦石制酸工藝比較 , 消除污染源 硫磺制酸工藝少了粉碎、水洗凈化兩道復(fù)雜的工序 , 同時也消除了大量污染源 —— 粉塵、污水、礦渣。是保留原生產(chǎn)工藝礦石制酸 , 而加大環(huán)保治理投入 , 還是選擇從工藝流程上改進措施 , 從根本上解決問題 ? 經(jīng)過認真深入的分析研究 , 最終上硫廠選擇了工藝改進的方案 , 由礦石制酸改為硫 磺制酸工藝 , 即以液體硫磺為原料來生產(chǎn)硫酸 , 從根本上解決了礦石 制酸生產(chǎn)時產(chǎn)出的大量污水、粉塵、礦渣對環(huán)境的污染問題。同時能耗也高 , 環(huán)保費用無法承受。 礦石制酸工藝存在的最大問題是對環(huán)境污染大 ,大量的污水、粉塵及礦渣嚴重影響著周圍環(huán)境 。 硫磺與硫鐵礦的工藝比較 采用礦石制酸工藝 , 若 裝置生產(chǎn)能力為年產(chǎn) 15萬 t硫酸。 硫酸生產(chǎn)的工藝比較 目前硫酸生產(chǎn)的主要方法有硫磺制酸、硫鐵礦制酸、冶煉煙氣制酸及其他制酸四種生產(chǎn)方法。硼烷又用做制備硼氫化鈾用來分離鈾 235 的一種原料。從硼砂制備硼烷的過程需要多量硫酸。此外，許多抗生素的制備，常用藥物如阿斯匹林、咖啡因、維生素 B B12 及維生素 C、某些激素、異煙肼、紅汞、糖精等的制備，無不需用硫酸。此外，紡織印染工業(yè)、搪瓷工業(yè)、小五金工業(yè)、肥皂工業(yè)、人造香料工 業(yè)等生產(chǎn)部門，也都需要使用硫酸。塑料的增塑劑（如苯二甲酸酐和苯二甲酸酯）、賽璐珞制品所需的原料硝化棉，都需要硫酸來制濟源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 備。所以有些染料廠就設(shè)有硫酸車間，以配合需要。 (8)用于染料工業(yè)幾乎沒有一種染料（或其中間體）的制備不需使用硫酸。 (7)用于化學(xué)纖維以外的高分子化合物生產(chǎn)塑料等高分子化合物，在國民經(jīng)濟中越來越占有重要的地位。每生產(chǎn) 1t粘膠纖維，需要消耗硫酸 ～ ，每生產(chǎn) 1t 維尼龍短纖維，就要消耗 98%硫酸 230kg，每生產(chǎn) 1t 卡普綸單體，需要用 %發(fā)煙硫酸。此外煉焦化學(xué)工業(yè)（用硫酸來同焦?fàn)t氣中的氨起作用副產(chǎn)硫酸銨）、電鍍業(yè)、制革業(yè)、顏料工業(yè)、橡膠工業(yè)、造紙工業(yè)、油漆工業(yè)（有機溶劑的制備）、工業(yè)炸藥和鉛蓄電池制造業(yè)等等，都消耗相當(dāng)數(shù)量的硫酸。10H2O)、磷酸三鈉(Na3PO4)、磷酸氫二鈉 (Na2HPO4)、硫酸鉛 (PbSO4)、硫酸鋅、硫酸銅、硫酸亞鐵以及其他硫酸鹽的制備都要用硫酸。石油工業(yè)所使用的活性白土的制備，也消耗不少硫酸。 (4)用于石油工業(yè)汽油、潤滑油等石油產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中，都需要濃硫酸精煉，以除去其中的含硫化合物和不飽和碳氫化合物。為大家所熟悉的滴滴涕，每生產(chǎn)1t 需要 20%發(fā)煙硫酸 。最普通的殺蟲劑，如 1059 乳劑 (45%)和 1605 乳劑 (45%)的生產(chǎn)都需用硫酸。 2NH3+H2SO4= (NH4)2SO4 每生產(chǎn)一噸硫酸銨，就要消耗硫酸（折合成 100%計算） 760kg，每生產(chǎn)一噸過磷酸鈣，就要消耗硫酸 360kg。 酸性： 制 化肥 ，如 氮肥 、 磷肥