【正文】 反應(yīng)熱量可用下式計(jì)算：Q=式中 , T : 絕對溫度，K 放出的反應(yīng)熱使轉(zhuǎn)化氣體溫度升高，反應(yīng)熱的大小與氣體中SO2含量有關(guān)。其余各點(diǎn)采用單點(diǎn)數(shù)字顯示儀。:轉(zhuǎn)化器執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)器 給定信號 偏差信號 控制信號變送器熱電偶記錄儀 進(jìn)口氣體溫度的自動調(diào)節(jié)3） 溫度顯示儀表轉(zhuǎn)化器溫度測量點(diǎn)比較多，測溫儀表應(yīng)正確地選擇測量范圍并有比較高的精度。2）轉(zhuǎn)化器一、四段進(jìn)口氣體溫度的自動調(diào)節(jié)因?yàn)橐弧⑺亩芜M(jìn)口氣體溫度對穩(wěn)定操作和提高SO2轉(zhuǎn)化率有很大影響，因此設(shè)計(jì)了相應(yīng)的溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)。綜合本設(shè)計(jì)的具體情況，現(xiàn)將有關(guān)儀表的設(shè)計(jì)點(diǎn)敘述如下。儀表檢測及控制的內(nèi)容一般依賴于工藝條件。全部儀表集中到一個控制室,有利于各工段操作人員聯(lián)系，對工藝操作有利，亦比較美觀。從近幾年來投產(chǎn)的幾套硫磺制酸裝置的運(yùn)行情況來看，只要控制好熔硫部分液體硫磺的溫度及入焚硫爐的硫磺量，爐氣中的二氧化硫濃度就能得到有效控制?？紤]到露點(diǎn)腐蝕問題,在本設(shè)計(jì)中將采用熱管省煤器。本設(shè)計(jì)中熱換熱器規(guī)格:ф2180mm7800mm F=578㎡ 冷換熱器1:ф2680mm8310mm F=696㎡冷換熱器2:ф2680mm8310mm F=1010㎡空氣預(yù)熱器: ф2680mm3750mm F=200㎡c省煤器[4]在硫磺制酸過程中,進(jìn)吸收塔前的SO3煙氣溫度(170～250℃)接近于露點(diǎn)溫度，很容易造成低溫廢熱回收設(shè)備的露點(diǎn)腐蝕。提高管內(nèi)傳熱效果，通常采用提高氣速及將管子經(jīng)特殊加工成異形管，以增加氣體在管內(nèi)的湍流程度，從而加大管內(nèi)氣體的給熱系數(shù)。其二是換熱器單位壓降的傳熱系數(shù)要大。為防止原料氣帶入酸沫沖刷腐蝕,延長使用壽命,可采用在殼程氣體進(jìn)口處的管子外加擋板或擴(kuò)大氣體進(jìn)口氣道的辦法。為了減少轉(zhuǎn)化氣對設(shè)備的腐蝕和易于清理催化劑粉末對設(shè)備的堵塞,一般熱氣流從上向下，冷氣流由下向上流動，也就是說SO3氣體走管內(nèi)自上而下，SO2氣體走管間，自下而上。擋板通常有0～4塊，常為偶數(shù)。 用于二氧化硫轉(zhuǎn)化工序的換熱器有各種形式，其中以管殼式用的最普遍,換熱器外殼由8～14mm厚的鋼板卷焊而成,管束是無縫鋼管，一般用脹接法固定在上下花板上。這塊分布板是用長絲桿螺絲固定的，水平位置可根據(jù)氣流分布情況加以調(diào)整。轉(zhuǎn)化器頂蓋幾殼體內(nèi)壁，為了防止生成氧化鐵皮，—㎜厚的鋁，只要打砂除銹工序處理的好，噴鋁后可有效地防止高溫腐蝕，使用壽命可達(dá)20年以上，是一種良好可靠的防腐方法。錐形頂蓋，四周在不同標(biāo)高處開有扇形氣體進(jìn)出管道的接口和入門，直徑7—9m，高度16—20m,觸媒填裝量100—125m3，每臺轉(zhuǎn)化器的能力日產(chǎn)100%H2SO4 500—900t，二氧化硫濃度8%，轉(zhuǎn)化率在96%—%。本設(shè)計(jì)采用外部換熱型轉(zhuǎn)化器。 設(shè)備阻力要小，并能使氣體分布均勻，以減少動力消耗。 轉(zhuǎn)化器各段進(jìn)口溫度和轉(zhuǎn)化率 轉(zhuǎn)化段序號工藝條件項(xiàng)目　　　?、瘼颌螈簪跛么呋瘎㏒101S101S101S101S107進(jìn)口溫度，℃410430430420410累計(jì)轉(zhuǎn)化率，％628095≥ 工藝設(shè)備[3] 轉(zhuǎn)化工段的主要工藝設(shè)備我國目前采用較多的轉(zhuǎn)化器型式大體有外部換熱型轉(zhuǎn)化器，內(nèi)部換熱型轉(zhuǎn)化器、臥式內(nèi)部換熱型轉(zhuǎn)化器、徑向轉(zhuǎn)化器等四大類型。因此，對于S105型和S107型低溫釩催化劑，進(jìn)氣溫度一般接近 400℃；對于 S 101型中溫催化劑一般接近420℃。故實(shí)際生產(chǎn)中不要求第一段按最佳溫度操作，而是使進(jìn)口溫度盡量低，使其接近催化劑起燃溫度，以獲得高轉(zhuǎn)化率，減少轉(zhuǎn)化段數(shù)。這是因?yàn)?如使第一段在最佳溫度附近操作，則第一段進(jìn)氣溫度將很高，很容易使催化劑過熱失活，而且由于受平衡轉(zhuǎn)化率的限制，第一段的轉(zhuǎn)化率將很低； 相反，如使操作溫度偏離最佳溫度線遠(yuǎn)一點(diǎn)， 可在一段獲較高的出口轉(zhuǎn)化率，且不會因?yàn)榉磻?yīng)速率下降，使催化劑用量 大幅度增加。為了確保在“3+2”工藝下總轉(zhuǎn)化率≥%,本設(shè)計(jì)中的O2/,若O2/SO2比值過大,會使風(fēng)機(jī)裝機(jī)容量增大，導(dǎo)致成本增大，綜合上述多種因數(shù)，%,O2/。適時除去轉(zhuǎn)化氣中 SO3，提高后段轉(zhuǎn)化氣原始組成的 O2/SO2比值。由焚硫過程知，爐氣中SO2與 O2含量存在確定的關(guān)系，爐氣中 SO2含量增高，O2含量降低，O2/SO2比值降低，一定溫度下的平衡轉(zhuǎn)化率相應(yīng)降低。與轉(zhuǎn)化器入口氣體中SO2含量成正比,如采用較高SO2含量操作，第一段床層溫度會超過600℃,以至達(dá)催化劑的失活溫度。不過，這兩種相反的作用在不同的二氧化硫含量范圍里作用程度不同。從制酸全過程及轉(zhuǎn)化工段的局部來看，SO2對經(jīng)濟(jì)效益存在著二重性。吸收后的廢氣經(jīng)處理后排空,。[2，5，6]綜合上述,本設(shè)計(jì)采用兩轉(zhuǎn)兩吸“3+2”式工藝流程,從焚硫爐來的氣體降溫到410℃進(jìn)入轉(zhuǎn)化器一段進(jìn)行轉(zhuǎn)化,出轉(zhuǎn)化器一段催化劑床層的595℃左右爐氣進(jìn)入3過熱器組，與2過熱器組來的蒸汽換熱，爐氣氣溫降到430℃后又進(jìn)入轉(zhuǎn)化器二段繼續(xù)反應(yīng)；出二段的爐氣進(jìn)入熱換熱器，與第一吸收塔出口經(jīng)第一，第二冷換熱器預(yù)熱的爐氣換熱，溫度降至430℃后又進(jìn)入轉(zhuǎn)化器三段催化劑床層反應(yīng)；出三段的爐氣依次進(jìn)入第二，第一冷換熱器和1省煤器降溫到180℃，然后送入第一吸收塔，完成一次轉(zhuǎn)化。采用“3+2”的昆陽磷肥廠由40Kt/a硫鐵礦制酸裝置改造為120Kt/a的硫磺制酸裝置,也已投產(chǎn)多年,運(yùn)行平穩(wěn),%。 “3+2”五段轉(zhuǎn)化工藝流程示意 “3+1”四段轉(zhuǎn)化工藝流程示意兩種轉(zhuǎn)化工藝在國內(nèi)硫磺制酸中的應(yīng)用“3+1”四段轉(zhuǎn)化和“3+2”五段轉(zhuǎn)化,這兩種轉(zhuǎn)化工藝在國內(nèi)的硫磺制酸裝置中目前都得到了應(yīng)用。目前,國內(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,用中壓過熱蒸汽與四段出口的轉(zhuǎn)化氣進(jìn)行換熱,既降低了進(jìn)五段的轉(zhuǎn)化氣溫度,又充分利用了轉(zhuǎn)化氣的余熱。該流程與外部換熱的轉(zhuǎn)化流程相比,催化劑的用量要增加,且冷激氣補(bǔ)入的位置(催化劑層的段數(shù))越往后,催化劑的增加量越多。冷激式轉(zhuǎn)化流程按所用的冷激氣分為SO2氣和空氣兩種。但就催化劑裝填量而言,同一種催化劑在同等裝置規(guī)模、最終轉(zhuǎn)化率相等的條件下,采用“3+1”四段轉(zhuǎn)化其裝填量略高于“3+2”五段轉(zhuǎn)化。采用“3+2”五段轉(zhuǎn)化工藝,四段出口的轉(zhuǎn)化氣經(jīng)換熱降溫后進(jìn)入五段進(jìn)行轉(zhuǎn)化,從平衡轉(zhuǎn)化率的角度考慮,有利于平衡轉(zhuǎn)化率的提高。根據(jù)新的國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)及發(fā)展要求,新建的硫酸裝置允許其尾氣排放的SO2濃度最高為960mg/m3(標(biāo)準(zhǔn)狀況),%以上。如果轉(zhuǎn)化反應(yīng)的段數(shù)分得越多,其反應(yīng)溫度就越接近最佳溫度,催化劑用量在理論上就會越少。因此,為使轉(zhuǎn)化反應(yīng)能以最快的速率進(jìn)行,就應(yīng)在反應(yīng)過程中隨著轉(zhuǎn)化率的升高,須采取相應(yīng)的降溫措施,不斷降低反應(yīng)溫度。對一定組分的原料氣在某一催化劑中反應(yīng),為達(dá)到一定的SO2轉(zhuǎn)化率,其反應(yīng)速率有一個極大值,與此對應(yīng)的反應(yīng)溫度稱為最佳反應(yīng)溫度。由于反應(yīng)活化能高,這個反應(yīng)在常溫下進(jìn)行得極慢。目前國內(nèi)硫磺制酸裝置大多采用“3+1”四段轉(zhuǎn)化和“3+2”五段轉(zhuǎn)化?，F(xiàn)在,一般有“2＋ 1”、“3＋ 1”、“2＋ 2”、“3＋2”等組合方式，而國內(nèi)外多采用“3＋1”組合方式，這種方式，氣體進(jìn)入第一吸收塔（中間吸收塔）后，由于經(jīng)過三段轉(zhuǎn)化，在塔中將會有更多SO3從系統(tǒng)中移去，如果第二次轉(zhuǎn)化反應(yīng)溫度足夠低，則可獲得稍高的最終轉(zhuǎn)化率。采用兩次轉(zhuǎn)化工藝時，催化劑裝填段數(shù)及其在前后兩次轉(zhuǎn)化的分配與最終轉(zhuǎn)化率、換熱面積大小有很大關(guān)系。所需的換熱面積較大；⑤系統(tǒng)阻力比一轉(zhuǎn)一吸工藝增加4～5KPa。兩轉(zhuǎn)兩吸工藝具有以下特點(diǎn):①最終轉(zhuǎn)化率高,轉(zhuǎn)化反應(yīng)速度快。當(dāng)SO2含量為9％，轉(zhuǎn)化率低于92％時，兩種工藝的接觸時間基本相同；而當(dāng)轉(zhuǎn)化率達(dá)到95％時，一次轉(zhuǎn)化的接觸時間為 4．56S，兩次轉(zhuǎn)化是 2．03S，由此可知轉(zhuǎn)化率由 92％上升到 95％，第一次轉(zhuǎn)化需2．63S，而第二次轉(zhuǎn)化只需0．096S，這時第二次轉(zhuǎn)化的催化劑用量為第一次轉(zhuǎn)化用量的 1／26，如轉(zhuǎn)化率繼續(xù)提高，一次轉(zhuǎn)化所需催化劑將比兩次轉(zhuǎn)化催化劑用量高得更多。如X1=0．9， X2＝0．95則： Xf＝ 0．9＋（ 1－ 0．9） 0．95＝ O．995 (48)由此可見，兩次轉(zhuǎn)化中，每次轉(zhuǎn)化率雖不很高，但累計(jì)以后轉(zhuǎn)化率能達(dá)到很高值。經(jīng)兩次轉(zhuǎn)化后，最終轉(zhuǎn)化率按下式計(jì)算。因此，在第一次吸收后進(jìn)行第二次轉(zhuǎn)化，由于反應(yīng)氣體中不含SO3，使O2濃度與SO2濃度比值較一次轉(zhuǎn)化時高得多，平衡轉(zhuǎn)化率明顯提高，反應(yīng)速率亦相對大大提高。所謂“兩轉(zhuǎn)兩吸”工藝就是說，爐氣進(jìn)行一次轉(zhuǎn)化、一次吸收后,再進(jìn)行第二次轉(zhuǎn)化和第二次吸收。為此,人們在提高SO2轉(zhuǎn)化率方面，從SO2催化轉(zhuǎn)化反應(yīng)熱力學(xué)及動力學(xué)尋找答案，先后開發(fā)出“加壓工藝”、“低溫高活性催化劑”及“兩轉(zhuǎn)兩吸”工藝等技術(shù)。如果將尾氣直接排入大氣,將造成嚴(yán)重的大氣污染。 工藝流程的確定[6]對一次轉(zhuǎn)化一次吸收工藝的分析可知,該種工藝可能達(dá)到的最終轉(zhuǎn)化率為 %～98%。④礦塵。當(dāng)氣相中的水汽達(dá)到一定含量時，會吸附在催化劑上，又因在表面上存有硫酸鹽，使得表面上硫酸的平衡分壓極低，因而，硫酸蒸氣會在比正常露點(diǎn)高的溫度下冷凝下來。水分和酸霧在轉(zhuǎn)化器操作溫度下,對催化劑并無毒害,但在較低的溫度下，卻是有害的，這是因?yàn)榕c催化劑中K2S2O7 氟還能與釩反應(yīng)生成 VF5（沸點(diǎn) ℃），使V2O5揮發(fā)損失，降低催化劑活性。②氟。砷化合物對釩催化劑的危害表現(xiàn)在兩個方面：A．釩催化劑能竣吸附As2O3并氧化成As2O5，因而將催化劑孔隙堵塞，增大氣體內(nèi)擴(kuò)散阻力，減少活性表面；B．As2O3能與V2O5生成一種V2O5 如上所述，釩催化劑的毒物有砷、氟、酸霧和水分等，分述如下。美國孟山都公司開發(fā)出含銫高活性、低溫起燃催化劑，可允許較高SO2濃度，并能達(dá)到較高的轉(zhuǎn)化率。這時不僅能提高總轉(zhuǎn)化率和減小換熱面積，還允許提高轉(zhuǎn)化器進(jìn)口氣體中SO2含量。 S 102為環(huán)狀中溫催化劑，特點(diǎn)是內(nèi)表面利用率較高，床層阻力小，但易粉碎。 中國生產(chǎn)的釩催化劑主要有S10S 10 S10S 10S 109等型號。釩催化劑化學(xué)組成一般為V2O5 6％～8．6％，K2O9％～13％， Na2O1％～5％，SO310％～20％， SiO250％～70％，并含有少量 Fe2O Al2O CaO、 MgO及水分等。為此,必須采用催化劑降低活化能,提高反應(yīng)速率,使反應(yīng)能在較低溫度下足夠快地進(jìn)行，并能達(dá)到較高轉(zhuǎn)化率，以滿足工業(yè)生產(chǎn)要求。但在動力學(xué)方面，由于反應(yīng)活化能高達(dá)209340J/mol,在溫度400600℃范圍內(nèi),反應(yīng)速率很慢,達(dá)不到工業(yè)生產(chǎn)要求,只有溫度達(dá)到1000℃以上，反應(yīng)速率才較快。本設(shè)計(jì)從實(shí)際出發(fā)，揚(yáng)州的鐵路運(yùn)輸緊張，而且硫鐵礦資源貧乏，如選用硫鐵礦制酸，則需要其他硫鐵礦供應(yīng)，這樣增加了硫酸成本。采用硫磺制酸的優(yōu)越性主要表現(xiàn)在經(jīng)濟(jì)和環(huán)保兩個方面。1997年除中國外，其他地區(qū)以硫鐵礦為原料的硫酸產(chǎn)量下降了8%；1998年以硫鐵礦為原料的硫酸產(chǎn)量低于18000Kt。目前世界上大多數(shù)國家主要以硫磺為原料生產(chǎn)硫酸，如：%的硫酸以硫磺為原料，%。中國進(jìn)口的硫磺只要來自加拿大。 硫磺的來源我國目前消費(fèi)的硫磺主要依靠進(jìn)口，國際市場硫磺供需情況和價(jià)格變化將對我們的決策產(chǎn)生重要影響。焚硫氣體中氧硫比較高，這就提高了SO2的轉(zhuǎn)化速度和轉(zhuǎn)化率，并使轉(zhuǎn)化反應(yīng)的起始溫度降低?！叭龔U”少，轉(zhuǎn)化率高[6]硫鐵礦制酸存在著廢渣、廢水、廢氣即“三廢”都要治理的問題。爐氣中SO2和O2濃度高，可以強(qiáng)化相關(guān)設(shè)備[6] 空氣燃燒所得到的干爐氣中，若不計(jì)微量SO3，則SO2和O2合計(jì)量等于21%，而不是空氣焙燒燃燒硫鐵礦時的18%—%。由于硫磺的燃燒和二氧化硫的轉(zhuǎn)化都產(chǎn)生大量的熱量，這些熱量用于產(chǎn)生大量蒸汽，這些蒸汽除本公司自用外,一般還有大量的蒸汽作為商品外供給周邊的化工廠。硫磺制酸沒有礦渣、礦塵和稀酸產(chǎn)生，相應(yīng)的處理裝置也就無須設(shè)置。 硫磺制酸的優(yōu)點(diǎn)硫磺制酸和硫鐵礦制酸相比具有工序少，流程短，工藝成熟，硫利用率高，副產(chǎn)蒸汽多，電耗低，三廢少的特點(diǎn)。世界上天然硫礦床有意大利的西西里島；日本的北海道；美國的路易斯安那州及德克薩斯州。 各種溫度下固體硫和液體硫上面的蒸汽壓溫度,℃50100200300400蒸汽壓,Pa50662101324氣體硫分子在1700℃時是由單原子構(gòu)成；在800—1400℃間分子主要有S2構(gòu)成，溫度更低，則雙分子就轉(zhuǎn)變成S6和S8的分子。這些性質(zhì)的變化是和各種分子變形體間的比率隨著溫度的上升而發(fā)生變化有關(guān)。硫在熔融時，初成為黃色流動液體 （粘度810310103Pa）。 原料的選擇硫磺是制造硫酸使用最早又最好的原料。其中專門為硫酸生產(chǎn)而開采的硫資源有硫礦，硫鐵礦和磁硫礦，還有石膏和硬石膏；作為副生的硫資源有：天然氣或石油回收硫，有色金屬礦山副產(chǎn)硫精礦，含煤硫鐵礦，有色金屬冶煉氣，硫化氫等；作為工業(yè)廢棄物回收利用的硫資源有：磷石膏，廢脫硫劑，煉油廢酸和其他工業(yè)過程產(chǎn)業(yè)的廢酸以及硫酸亞鐵等。因此,在公司的發(fā)展規(guī)劃地新建一套年產(chǎn)20萬噸的硫酸車間。根據(jù)揚(yáng)農(nóng)集團(tuán)瑞祥分廠所處地理位置考慮硫磺質(zhì)量及價(jià)格，決定采用加拿大硫磺；其中國硫磺的價(jià)格大約900元/t左右，與國內(nèi)市場價(jià)格相當(dāng)，但質(zhì)量要比國內(nèi)土法生產(chǎn)的質(zhì)量高。該公司處于主