【正文】 裝有聲波測漏儀。從最終吸收塔循環(huán)系統(tǒng)引來的w（H2SO4）%、溫度約80℃的硫酸進人熱回收塔上部第一段，以確保較高的吸收率。美國孟莫克公司開發(fā)的熱回收系統(tǒng)HRS（Heat Recovery System）由具有兩段填料層的熱回收塔、酸槽與循環(huán)泵、釜式鍋爐、酸稀釋器及鍋爐給水預(yù)熱器等組成。以熱水形式回收這部分熱量在技術(shù)上是成熟的，只是由于熱水的用途非常有限，所以難以普及。對于配套透平鼓風(fēng)機和汽輪發(fā)電機組的裝置，不噴水也可保證蒸汽透平和汽輪機不結(jié)垢, 因而保證其長期運行效率。這樣，高溫過熱器就可不設(shè)爐氣旁通管和旁通調(diào)節(jié)閥，同時正常運行時蒸汽系統(tǒng)無需噴水。通常通過噴水調(diào)節(jié)高溫過熱器出口過熱蒸汽溫度，轉(zhuǎn)化器二段爐氣進口溫度通過爐氣副線來調(diào)節(jié)。廢熱回收的汽水系統(tǒng)流程簡述如下溫度約104℃的合格的鍋爐給水，經(jīng)熱管省煤器（Ⅰ、Ⅱ），加熱到約250℃直接送人中壓廢熱鍋爐的汽包。、450℃ 中壓過熱蒸汽，在焚硫爐出口設(shè)置火管式廢熱鍋爐生產(chǎn)中壓飽和蒸汽，在轉(zhuǎn)化器第一段出口設(shè)置一臺高溫過熱器，在轉(zhuǎn)化器第三段之后、氣體進第一吸收塔前設(shè)置省煤器，在轉(zhuǎn)化器四段后設(shè)置低溫過熱器和省煤器。爐氣的入塔氣溫：爐氣入塔氣溫低的情況下吸收效果一般是較差的。干燥酸溫在45℃左右，而吸收溫度可以在45～48℃。這些材料的耐蝕性能在很大程度上取決于酸溫的高低。循環(huán)酸酸溫的影響：硫酸對設(shè)備的腐蝕能力與硫酸的溫度、濃度有很大的關(guān)系。但填料塔是一種比較穩(wěn)定適應(yīng)操作氣體氣速范圍較大的設(shè)備，而且由于設(shè)計所用塔內(nèi)填料面積是富裕的，所以塔的負荷可以有較大的波動而不致于影響干燥指標(biāo)。為維持入塔噴淋酸濃度的穩(wěn)定，可在干燥塔和吸收塔之間進行串酸，必要時加入補充水。各塔噴淋用硫酸均由塔的上部進入，經(jīng)過噴淋裝置均勻分布在塔截面上，與來自塔下部的轉(zhuǎn)化氣逆流接觸。轉(zhuǎn)化氣依次通過濃硫酸吸收塔，%H2SO4濃硫酸吸收SO3后，～%。每個吸收塔除應(yīng)有自己的循環(huán)酸貯槽外，還應(yīng)有輸送酸的泵（酸泵）。吸收三氧化硫是放熱過程，隨著吸收過程的進行，吸收酸的溫度也隨著升高。轉(zhuǎn)化器一般控制在120℃左右，而酸溫一般控制在60～70℃。此外，吸收酸溫度不能過高，若過高，酸溶液加劇蒸發(fā)，使液面上的總壓明顯增加，從而降低了吸收率。%時，液面上水蒸氣平衡分壓接近于零，而SO3的平衡分壓較高。吸收酸的濃度越低，溫度越高，酸液表面上蒸發(fā)出的水蒸氣量越多。%H2SO4時，酸液面上的SO3的平衡分壓較低，當(dāng)氣體中SO3分子向酸液表面蒸發(fā)并擴散到氣相主體中與水分子相遇，形成硫酸蒸氣，然后在空間冷凝產(chǎn)生細小的硫酸溶滴。對濃硫酸而言，%的濃硫酸作為吸收酸時，盡可能使氣相中SO3的吸收率達到最完全的程度。100%η — 吸收率，%a — 進吸收裝置的三氧化硫數(shù)量，molb — 出吸收裝置的三氧化硫數(shù)量，mol在實際生產(chǎn)過程中，一般用循環(huán)酸來吸收三氧化硫，吸收酸的濃度在循環(huán)過程中增加，需用稀酸或水稀釋。一般把被吸收的三氧化硫數(shù)量和原來氣體中三氧化硫的總數(shù)量之百分比稱為吸收率。硫酸吸收SO3氣體的過程大體按下述五個步驟進行：；；，在液相主體中向反應(yīng)區(qū)擴散；；。若使n＞1，生成發(fā)煙硫酸；n＝1，生成無水硫酸；n＜1。8 —焦炭過濾器圖21 　轉(zhuǎn)化工序流程圖大多硫酸廠是使用硫酸來吸收轉(zhuǎn)化后氣體中的三氧化硫。5 —第二換熱器。3 ,7 —省煤器。轉(zhuǎn)化工序流程如圖21：1 —一段省煤器。%以上，%以上，放空尾氣中SO2含量低于700mg/ m3。轉(zhuǎn)化一般采用進口催化劑、“3 + 1”兩次轉(zhuǎn)化工藝、“Ⅲ—Ⅱ”換熱流程。如果熔硫槽為多臺，也可將過濾槽分為兩臺就近布置，以增加整個熔硫裝置操作的靈活性。出熔硫槽的液體硫成直接進人過濾槽，由過濾泵送人葉片式液硫過濾器過濾。為了防止雜質(zhì)在過濾槽內(nèi)沉降，在過濾槽內(nèi)增設(shè)了攪拌器，這樣幾乎所有固體雜質(zhì)都可在液硫過濾器內(nèi)除去，從而大大減輕了過濾槽的清理難度并延長了清理周期。近年來為了節(jié)能，新設(shè)計的焚硫系統(tǒng)把鼓風(fēng)機改設(shè)在干燥塔之后，使每噸酸能耗可降低10%左右。由泵將熔硫打入硫磺霧化噴嘴，與經(jīng)過干燥的空氣混合而入爐燃燒。熔硫工序一般采用快速熔硫和液硫機械過濾工藝，其中關(guān)鍵設(shè)備一是快速熔硫槽，二是液硫過濾器。將澄清的溶融硫送入焚硫爐與空氣霧化后于爐內(nèi)焚化，產(chǎn)生高溫二氧化硫爐氣，經(jīng)余熱鍋爐使?fàn)t氣溫度降至650～680℃，進入轉(zhuǎn)化器，本設(shè)計采用一次轉(zhuǎn)化通過一、二、三段觸媒，二次轉(zhuǎn)化通過四、五次觸媒。（9）為了保證轉(zhuǎn)化率，保護轉(zhuǎn)化觸媒，配置有間接升溫系統(tǒng)。（8）采用新型不銹鋼轉(zhuǎn)化器，高溫下（≤620℃）不會發(fā)生蠕變，使用壽命長，維修量小。（6）采用高低溫交叉配酸吸收技術(shù)和干吸塔低位配置，減少酸冷卻器換熱面積，降低設(shè)備投資。（4）干吸塔采用大開孔球拱和新型填料，蝶形底，采用帶陽極保護的不銹鋼管槽式分酸器，加大淋灑密度，降低填料高度，提高干吸塔生產(chǎn)強度，一二采用國產(chǎn)纖維除霧器，提高除霧效率，保護后續(xù)設(shè)備及環(huán)境。（2）采用“3+2”兩轉(zhuǎn)兩吸流程，采用國產(chǎn)大顆粒環(huán)型觸媒，提高轉(zhuǎn)化器氣速，減少壓降，延長觸媒使用壽命，％以上，采用全不銹鋼轉(zhuǎn)化器，確保其安全運行。 工藝技術(shù)方案的選擇本項目選擇工藝技術(shù)方案為：固體硫磺皮帶輸送，快速熔硫、液硫過濾器過濾精制液硫，機械霧化焚硫，“3+2”兩轉(zhuǎn)兩吸流程，其主要特點： （1）結(jié)合中國國情，采用引進技術(shù)消化吸收的國內(nèi)領(lǐng)先的硫磺制酸轉(zhuǎn)化、干吸技術(shù)，進行工程設(shè)計。熱力系統(tǒng)一般只回收利用高、中位熱能，副產(chǎn)中、低壓蒸汽自用或副產(chǎn)中壓蒸汽用于發(fā)電或驅(qū)動透平主風(fēng)機。（d）注重硫酸生產(chǎn)中的熱能回收和轉(zhuǎn)換，最大限度回收高、中、低位熱能。（b）隨著環(huán)保法日趨嚴(yán)格，生產(chǎn)技術(shù)趨向采用“3+1”或“3+2”兩轉(zhuǎn)兩吸流程，～％，尾氣SO2含量低于300PPM，酸霧含量低于45mg/m3。 工藝技術(shù)方案 （1）國外工藝技術(shù)概況 （a）國外硫酸生產(chǎn)的原料主要是硫磺，其生產(chǎn)規(guī)模正向大型化發(fā)展，最大單系列能力為美國MEC公司在澳大利亞Murrin承建的4400噸/日，帶低溫余熱回收（HRS）系統(tǒng)的硫酸裝置。在調(diào)整操作參數(shù)時，反應(yīng)速率以正值迅速下降至負值的方式，接近甚至超越平衡的限制，故在此時數(shù)值積分求取的τi的迭加值會越來越小，而永遠達不到各段有效催化劑空時限制，因此在數(shù)值積分時，反應(yīng)速率出現(xiàn)負值時，就立即終止此段的計算是十分必要的。其它各段數(shù)值積分到τi=Vi/V0為止。(1y))為止。得到調(diào)整后的操作參數(shù)的最終轉(zhuǎn)化率。操作參數(shù)在小范圍內(nèi)調(diào)整，可以為在使用上述模型時對下面幾個問題沒有影響，流動系統(tǒng)決定的總處理量，各段床層的熱損失，各段床層中副反應(yīng)的存在情況及各換熱情況等。這時若一段與二段之間的冷激氣占總氣量y份，則一段氣量為1y份，一段催化劑有效體積應(yīng)為V1=τ1(1y)V0。比較各段床層填充的催化劑體積，即可看出各段填充的催化劑中還有多少是有效的。由于各段的熱損失不同及副反應(yīng)的存在情況下不同，然后利用（式27），在計算機上數(shù)值積分可得到各段反應(yīng)床層的實際空時。s D SO2的有效擴散系數(shù)，cm2/s ξ 內(nèi)擴散效率因子 λ 床層絕熱溫升 τi i段床層的空時，s對實際過程進行評價時，首先采用各段進出氣溫度及各段轉(zhuǎn)化率等現(xiàn)場操作參數(shù)，由式（28）確定存在熱損失及其他少量副作用反應(yīng)時的實際溫升λ若仍按絕熱過程考慮，可稱其為虛擬的絕熱溫升，將其帶入式（28），可客觀地求出實際反應(yīng)過程中各段反應(yīng)溫度隨轉(zhuǎn)化率的變化關(guān)系。dx/(R內(nèi)擴散對宏觀動力學(xué)的影響，可用內(nèi)擴散效率因子表示 ξ= （26）式中：D為SO2或SO3氣體的相擴散系數(shù)，實際反應(yīng)速率為R二氧化硫催化氧化生成三氧化硫為放熱反應(yīng)且可逆，所以我們選定經(jīng)驗動力學(xué)方程式，如下[15]： R= (25)對于國產(chǎn)S101型催化劑，當(dāng)t＜470℃或x＞，k1=。在優(yōu)化操作時，首先建立模擬真實過程的數(shù)學(xué)模型，利用現(xiàn)場操作數(shù)據(jù)，對實際操作狀況做出評價，然后在評估基礎(chǔ)上以實際換熱條件作為約束，使用復(fù)合型優(yōu)化方法，以產(chǎn)量作為優(yōu)化目標(biāo)，尋求能使現(xiàn)存系統(tǒng)操作最優(yōu)的各主要操作系數(shù)。C進) V實=V標(biāo)式中： V標(biāo) 標(biāo)準(zhǔn)狀況下的通氣量，m3/hV實 實際情況下的通氣量，m3/hG酸 硫酸產(chǎn)量，kg/hXT 轉(zhuǎn)化率，η吸 吸收率，C進 SO2進氣濃度，H出 鼓風(fēng)機轉(zhuǎn)化段出口負壓，Pat 實際平均溫度，℃ 前面我們已對二氧化硫轉(zhuǎn)化三氧化硫的各段參數(shù)定了一個范圍，但是原料氣組成，催化劑使用情況，換熱器換熱條件，系統(tǒng)狀況發(fā)生變化或生產(chǎn)過程中出現(xiàn)其他變動使用設(shè)計所確定的操作參數(shù)或依靠經(jīng)驗改變操作參數(shù)都比較盲目。XT表25 原料氣組成不變(a=)時優(yōu)化結(jié)果ti1ti xi588 564 501519 461 451 根據(jù)以上情況和理由，%，%，%左右。但二氧化硫濃度在1%內(nèi)變動對生產(chǎn)經(jīng)費并無多大的影響。濃度過高也會如此。下面介紹我的選擇理由，主要從二氧化硫轉(zhuǎn)化率角度考慮。對SO2進氣濃度的選擇，我們應(yīng)綜合考慮。.進氣的SO2濃度同生產(chǎn)能力的關(guān)系見表24表24 進氣的SO2濃度與產(chǎn)酸量轉(zhuǎn)化率之間的關(guān)系二氧化硫濃度%產(chǎn)酸量的增加% 總轉(zhuǎn)化率%0 ：在生產(chǎn)中控制的SO2的指標(biāo)，除應(yīng)考慮上述幾個關(guān)系外，還要考慮環(huán)境保護和排放標(biāo)準(zhǔn)，另外還要考慮生產(chǎn)系統(tǒng)的可能性，觸媒用量，設(shè)備的費用。如圖23圖23 不同二氧化硫濃度下轉(zhuǎn)化率每變化1%溫度升高的關(guān)系：從表23中我們可以看出,通過第一次吸收在氣體中除去了SO3，氧硫比值大大提高，突破了原來的平衡關(guān)系，使轉(zhuǎn)化率達到99%以上。進入轉(zhuǎn)化器的二氧化硫濃度是控制轉(zhuǎn)化操作中最重要的條件之一，它的波動將引起溫度、轉(zhuǎn)化率和系統(tǒng)生產(chǎn)能力的變化。我們要在較低的溫度下以較高的反應(yīng)速度進行，同時有較高的轉(zhuǎn)化率。現(xiàn)在我們可以看一下進氣組分在某種觸媒下溫度與轉(zhuǎn)化率的關(guān)系圖，如圖22：圖22 溫度轉(zhuǎn)化率圖從圖中看出，平衡溫度較適宜溫度高。對于一定組分的進層都有一定的溫度使反應(yīng)速率最快，這個溫度條件稱為最適宜溫度。，即應(yīng)該將轉(zhuǎn)化反應(yīng)溫度控制在觸媒的起燃溫度之上，耐熱極限溫度之下。反過來，我們知道轉(zhuǎn)化率就可以求出溫差。知道這些值可以幫我們判斷轉(zhuǎn)化率和溫度的數(shù)值是否正確。這個過程稱為絕熱反應(yīng)過程。℃采用平均溫度為500℃，轉(zhuǎn)化率為50%時，計算的二氧化硫濃度與λ值的關(guān)系如表21所示： 表21 二氧化硫濃度與λ值的關(guān)系SO2濃度 %λSO2濃度 %λSO2濃度 %λ 2 59 6 173 10 278 3 88 7 200 11 303 4 117 8 226 12 328 5 145 9 252 13 506把λ值代入即可計算出一定的二氧化硫濃度和一定的轉(zhuǎn)化率下，絕熱反應(yīng)過程中它溫度升高值。每段轉(zhuǎn)化后氣體溫度升高情況可以用下式計算： t＝t0+λ(XTX0)式中：t 出觸媒層的氣體溫度，℃ t0 進觸媒層的氣體溫度，℃ XT 出觸媒層的轉(zhuǎn)化率 X0 進觸媒層的轉(zhuǎn)化率 λ 絕熱系數(shù)，由轉(zhuǎn)化反應(yīng)過程中初始反應(yīng)的氣體濃度決定的，相當(dāng)于轉(zhuǎn)化率從0增加到100%的氣體溫度升高的度數(shù)。這就是轉(zhuǎn)化操作的“三要素”，下面我們分述各個條件的選擇理由。 式中： P（SO2T） 二氧化硫的平衡分壓 P（SO3T） 三氧化硫的平衡分壓 P（O2T） 氧氣的平衡分壓XT 平衡轉(zhuǎn)化率（%） Kp 反應(yīng)平衡常數(shù) a 二氧化硫的起始濃度（體積%） b 氧的起始濃度（%） P 氣體總壓力（大氣壓atm）前面我們對硫酸工藝已有所了解，但各種操作有其自身的因素而定。 XT= = (23) 為了便于計算，我們把氧的平衡分壓PO2換成SO2和氧的起始濃度。了解到這些特點我們可以確定一些具體的數(shù)學(xué)模型。在一定溫度條件下加入填加劑（凝固作用）可制的固體硫酸（膠體狀）。硫酸的粘度隨酸濃度增高而增大，隨酸溫增高而減少。如表13所示：表1—3 各種濃度硫酸的A、B常數(shù)值H2SO4%2040608090100A