【正文】 要涉及固體硫磺熔融裝置熔硫裝置的工藝方案選擇、主要設(shè)備選型、液硫的中和處理及熔硫尾氣的洗滌、對主要工序進行了物料衡算，熱量衡算等。硫酸的用途很是廣泛，參與眾多重要化學品的生產(chǎn)，如 用于生產(chǎn)磷銨、過磷酸鈣、硫銨等。如此見來，硫酸的應(yīng)用范圍之廣泛，并且需求量日益增加，所以我們有必要加強生產(chǎn)，在綠色環(huán)保節(jié)約型經(jīng)濟的基礎(chǔ)上不斷改造，力求更大效率。在 70 和 80 年代工廠經(jīng)歷重大曲折硫酸工業(yè)和轉(zhuǎn)。在 90 年初，價格逐漸下降，促進世界硫磺，硫磺制酸在中國逐步發(fā)展，近年來技術(shù)的飛速發(fā)展，除了一些小，硫酸廠已建成或正在建設(shè)，大型硫磺制酸裝置也在建設(shè)中，這波的發(fā)展將有中國硫酸生產(chǎn)結(jié)構(gòu)的影響巨大，加上中國對環(huán)保的重視程度，硫酸生產(chǎn)過程中，硫酸已日益成為主流，這些都是分析原因： 1，因為在硫酸廠焙燒，凈化工段，只有硫磺，硫磺熔融，轉(zhuǎn)化，干燥和吸收段，成品，原材料部分也比硫酸裝置簡單，因此流程短，材料處理，設(shè)備少，建設(shè)周期短：節(jié)約 50%的硫酸廠的建設(shè)投資，降 低設(shè)備管理費用； 減少原材料運輸。３、三廢排放量少 ,有利于保護環(huán)境 ,做到文明生產(chǎn)；４、根據(jù)目前的價格、運輸成本及加工成本進行對比，采用硫磺制酸比采用硫鐵礦或硫精砂制酸具有更高的經(jīng)濟效益。除了正在新建的硫磺制酸裝置外 ,有些工廠將硫鐵礦制酸裝置改造為硫磺制酸。 固體硫硫基由皮帶機為快速加熱和熔化熔硫槽。槽硫溫度控制在 135℃左右加熱和蒸汽 。從快速熔硫槽溢流到粗硫槽液硫，粗硫槽槽擋板，開始作為過濾槽用分為兩格和格型濾波器。 槽內(nèi)設(shè)有攪拌器。過濾后液體粗硫由過濾泵送入液硫過濾機以除去其中的雜質(zhì)顆粒 ,控制過濾后液硫中灰分含量≤ 30ｍｇ /ｋｇ ,當過濾機進料和出料側(cè)壓差達到一定值時 ,停止進料 ,進行震動排渣 ,至此 ,完成一個過濾周期。精制液體硫磺自液硫中間槽由中間泵送往液硫貯罐貯存 ,液硫貯槽底部設(shè)有蛇管式加熱器 ,頂蓋安裝了加熱盤管熱頂 ,維持精硫貯槽內(nèi)液硫溫度在 135～ 145℃。硫磺粉塵在空氣中達到一定濃度會發(fā)生爆炸。 硫酸：化學式為 H2SO4，分子量為 ，從化學意義上講，硫酸是三氧化硫與水的等摩爾化合物，硫酸有三種水化物： H2SO4? H2O， H2SO4? 2H2O， H2SO4? 4H2O，是一種無色無味油狀液體， 是一種高沸點難揮發(fā)的 強酸 ，易溶于水，能以任意比與水混溶。 （一）吸水性 濃硫酸具有吸水作用，指濃硫酸分子跟水分子強烈結(jié)合，生成一系列穩(wěn)定的水合物，并放出大量的熱： H2SO4+nH2O = H2SO4濃硫酸不僅能吸收一般的游離態(tài)水（如空氣中的水 ），而且還能吸收某些結(jié)晶水合物（如 CuSO4鑒于硫酸的這個特性， H2SO4可用于干燥很多的氣體，作為干燥劑使用?？杀粷饬蛩崦撍奈镔|(zhì)一般是含氫、氧元素的有機物，其中蔗糖、木屑和棉花等物質(zhì)，被脫水后生成了黑色的炭（碳化）。 ②加熱時，濃硫酸可與除金、鉑之外所有金屬反應(yīng)，生成高價金屬硫酸鹽，本身一般被還原成SO2，在這些反應(yīng)里，硫酸表現(xiàn)出了強氧化性和酸性。在這類反應(yīng)里，濃硫酸只表現(xiàn)出氧化性。 如： H2S+H2SO4(濃 ) =S↓ +SO2↑ + 2H2O 物理性質(zhì) 硫磺（ S）的分子量 ，常壓下的沸點為 ℃，硫磺有多種同素異形體，主要是斜方硫 荊楚理工學院畢業(yè)設(shè)計 第 3 頁 共 27 頁 和單斜硫， 135℃時，液態(tài)硫磺的密度達到 3cmg 。 三氧化硫 ( 3SO )在室溫下是液體，氣態(tài)三氧化硫分子量是 ，分別是α、β、λ型，它們的結(jié)構(gòu)和聚合度各不相同。常用濃硫酸中 H2SO4 質(zhì)量分數(shù)為 ％，物質(zhì)的量濃度是硫酸是一種高沸點、難揮發(fā)的強酸，易溶于水，能以任意比與水混溶。若將濃硫酸中繼續(xù)通入 三氧化硫 ,則會產(chǎn)生“發(fā)煙”現(xiàn)象 ,這樣含有 SO3的硫酸稱為“ 發(fā)煙硫酸 ”。但是 100%的硫酸并不是最穩(wěn)定的，沸騰時會分解一部分，變?yōu)?%的濃硫酸，成為 338℃（硫酸水溶液的 ） 恒沸物 。 %硫酸的熔沸為熔點 10℃，沸點 338℃。以下是主要的反應(yīng)方程式： 22 SOOS ?? 322 022 SOSO ?? 4223 SOHOHSO ?? 根據(jù)使用催化劑的不同，硫酸的工業(yè)制法可分為硝化法和接觸法： 硝化法制造硫酸 硝化法（包括鉛室法和塔式法）是借助于氮的氧化物使 SO2氧化制成硫酸。塔式法制出的硫酸濃度可達 76%左右，而目前我國硫酸生產(chǎn)接觸法占絕大部分，塔式法已很少，但硝化法還具 有一定的優(yōu)點。 硝化法的反應(yīng)歷程比較復(fù)雜，但可以用簡單化學方程式表示如下： 荊楚理工學院畢業(yè)設(shè)計 第 4 頁 共 27 頁 反應(yīng)中所需的 NO 由硝酸供給，氧氣來自空氣。由于這個方法所需設(shè)備龐大，用鉛很多，檢修麻煩，腐蝕設(shè)備，反應(yīng)緩慢，成品為稀硫酸，且必須消耗硝酸。 接觸法制造硫酸 接觸法是目前廣泛采用的方法，接觸法中二氧化硫在固體觸媒表面跟氧反應(yīng) ，結(jié)合成三氧化硫，然后用 ％的硫酸吸收為成品酸。 目前可以作為制造硫酸原料的含硫資源除硫磺外，主要有硫鐵礦、硫精砂（尾砂）、有色金屬冶煉氣、焦爐氣、天然氣、石油氣中的硫化氫也可作為制取二氧化硫氣體的原料。為了使這一反應(yīng)加快，必須提高溫度并且采用觸媒催化（也叫觸媒氧化），這便是接觸法制造硫酸 名稱的由來。 （一）一次轉(zhuǎn)化、吸收 為了使 SO2 催化氧化過程的轉(zhuǎn)換器盡可能遵循最佳的溫度曲線，以提高轉(zhuǎn)化率，必須 從反應(yīng)體系中除去多余的熱量，使溫度相應(yīng)降低。針對連續(xù)變化型熱轉(zhuǎn)爐。一個單一的吸收過程轉(zhuǎn)化可以達到最好的最終轉(zhuǎn)化率為 % 98%，如果你想獲得更高的轉(zhuǎn)化率，將所需的催化劑的量大大增加，不僅經(jīng)濟，而且通過平衡轉(zhuǎn)化率的限制。 （二）二次轉(zhuǎn)化、吸收 兩轉(zhuǎn)兩吸過程與一個單一的吸收過程相比不催化轉(zhuǎn)化和獲得最終的轉(zhuǎn)化率是非常高的。此時由于含有 SO3 和 SO2 濃度的反應(yīng)混合物很低，氧硫比轉(zhuǎn)換更高，在這種情況下，平衡轉(zhuǎn)化率高，反應(yīng)速度快，可以保證少催化劑的轉(zhuǎn)化率達到 95%。 總之，采用“兩轉(zhuǎn)兩吸”的優(yōu)點：一、比一次轉(zhuǎn)化率高，可達到 %— %。 荊楚理工學院畢業(yè)設(shè)計 第 6 頁 共 27 頁 圖 12 SO3氣體的吸收 氣體中的二氧化硫經(jīng)催化氧化后形成三氧化硫，送入吸收系統(tǒng)用發(fā)煙硫酸或濃硫酸吸收，形成不同規(guī)格的產(chǎn)品硫酸。 n1 時，形成發(fā)煙硫酸；當 n=1 時，形成無水硫酸；而 n1 時，則為含水硫酸，即硫酸和水的溶液。轉(zhuǎn)化氣一次性的通過發(fā)煙硫酸吸收塔和濃硫酸吸收塔，分別是發(fā)煙硫酸和 98%硫酸吸收 SO3氣體，氣相中 SO3含量可降至 %— %，然后由濃硫酸吸收塔出口引至尾氣處理工序，或者直接經(jīng)過捕沫后放空。 荊楚理工學院畢業(yè)設(shè)計 第 7 頁 共 27 頁 尾氣的處理 硫酸生產(chǎn)工藝尾氣的主要有害物質(zhì)為 SO2（約 %~%），和少量的 SO3和酸霧。盡量采用兩轉(zhuǎn)兩吸流程，在正常的條件下，是可達到的。 （一）氨 — 酸法回收低濃度二氧化硫及三氧化硫過程由吸收、吸收液再生、分解和中和四個主要部分組成。部分循環(huán)母液則送往分解系統(tǒng)。 4 3 2 4 4 2 4 2 22N H H S O +H S O =( N H ) S O +2 S O +H O 4 2 3 2 4 4 2 4 2 2( N H ) S O + H S O = ( N H ) S O + S O + H O 蒸汽加熱分解，實質(zhì)上是把亞鹽分解放出而趕走溶解在分解液中的 SO2，同時 將兩未分解的亞鹽按下式完全分解： ?????? 32234342 NHSOOHH S ONHH S ONH 為使亞鹽完全分解，硫酸加入量比理論量要大 30%— 50%，使分解液酸度成 15— 45 滴度。 中和 用氨中和過量硫酸： 2 4 3 4 2 4H S O +2 N H =( N H ) S O 氨加入量比理論值稍高，使中和液成 2— 3滴度的硫氨溶液，硫氨溶液可作為肥料直接用于農(nóng)業(yè)，或蒸發(fā)結(jié)晶加工成固體硫銨。主要有堿性硫酸鋁 — 石膏法；氧化鋅溶液吸收法；氧化錳法等 等。常用堿吸收液有碳酸鈉溶液，氫氧化鎂溶液和石灰乳等。而且，石灰乳吸收法的突出優(yōu)點是石灰來源廣且方便，價格低廉，投資和操作費用較低。當尾氣中的 SO2在一定條件下通過活性炭層時，被活性炭表面吸附。在活性炭表面，吸附態(tài)的 SO2和吸附態(tài)的氧作用，形成吸附態(tài) SO3，當有水存在時，便可形成硫酸。在冶金工業(yè)中，用硫酸作為鋼鐵表面氧化皮的清洗劑。每噸原油精煉需要硫酸約 24kg，每噸柴油精煉需要硫酸約 31kg。 在濃縮硝酸中，以濃硫酸為脫水劑 。無機鹽 工業(yè)中，硫酸鹽的制備都要用硫酸。有機酸 如草酸、醋酸等的制備，也常需要硫酸作原料。尼龍、醋酸纖維、聚丙烯腈纖維等化學纖維的生產(chǎn)，也要用到硫酸。很多磺化反應(yīng)，硝化反應(yīng)都需使用大量濃硫酸或發(fā)煙硫酸。 用于制藥工業(yè)，許多抗生素的制備，要用到硫酸。濃硫酸用于制制取硝化甘油、硝化纖維、三硝基甲苯等炸藥。 (4)原子能工業(yè)及火箭技術(shù) 原子反應(yīng)堆以及制造火箭、超聲速噴氣飛機和人造衛(wèi)星材料的鈦合金的制造過程，都要用到硫酸。硼烷的衍生物是最重要的一種高能燃料。將硫酸施入農(nóng)用的土壤和水中，溶解土壤和水中鈣、鎂的碳酸鹽和 碳酸氫鹽 。用硫酸來降低土壤的 pH 值可改變很多元素的溶解度，提高植物對它們的吸收，從而使植物更加健壯，收成增加。 用于生產(chǎn) 農(nóng)藥 ，許多農(nóng)藥的生產(chǎn)都是以硫酸為原料，如硫酸銅、 硫酸鋅 是良好的植物殺菌劑，硫酸鉈 可用作殺鼠劑， 硫酸亞鐵 、硫酸銅可用作除莠劑。 荊楚理工學院畢業(yè)設(shè)計 第 9 頁 共 27 頁 第二章 物料平衡計算 設(shè)計要求 設(shè)計規(guī)模：硫磺制酸 100kt/a。吸收要求：《大氣污染物綜合排放國家標準》（ GB162971996）限定二氧化硫最高允許排放質(zhì)量濃度為 960mg/m3，吸收率 100%,轉(zhuǎn)化率 95%。 %=硫磺的質(zhì)量流量是： ? 熔硫工段的能量衡算 本設(shè)計為 10 萬噸 /年硫酸轉(zhuǎn)化系統(tǒng)工藝設(shè)計（以每小時計算），對于熔硫階段來說，硫磺為冷 荊楚理工學院畢業(yè)設(shè)計 第 10 頁 共 27 頁 物料，蒸汽是熱流體，所以有： 根據(jù)查硫酸工藝設(shè)計手冊，硫磺要由從常溫（以 25℃ 為準 ）加熱到 135℃ 并控制在 135℃ 左右[7]， 故硫磺由 25℃ 加熱到 135℃ 所需要的熱流量為： )( 1222 ttcmQ ps ???? 2sm 是質(zhì)量流量， 2pc 是硫磺比熱容，經(jīng)查手冊可知 2pc =(kg.℃ )， 2t =135℃ ， 1t =25℃ 代入數(shù)據(jù)可得 Q=加熱蒸汽放出的熱流量與冷流體加熱所需的熱量相等： 故有 rms ?? 1Q 1sm 為蒸汽質(zhì)量流量， r 是蒸汽汽化熱，根據(jù)查設(shè)計手冊可知，需要 飽和蒸汽來給硫磺加熱，其溫度為 ℃ ， 通過查表可知 r=[23]： 代入數(shù)據(jù)可知： hkgkgkJ hkJrQm s /??? 第三章 主要設(shè)備 熔硫釜 1)槽體 :槽體設(shè)計有池式、圓筒平底式和圓筒錐底式 ,本單位傳統(tǒng) 100ｔ /ｈ左右熔硫裝置做法設(shè)計采用的是圓筒錐底式架空結(jié)構(gòu)。從實際運行效果來看 ,停車后反而更難清理長時間沉積的堆渣 ,故錐形結(jié)構(gòu)的優(yōu)點相對于圓筒平地式并不明顯 ,反而缺點卻很突出 ,綜合考慮后本熔硫布置為四臺圓筒平底式。在熔硫槽內(nèi) ,介質(zhì)固、液并存 ,加熱管附近的液硫和其它區(qū)域的有可能溫度不一致 ,這就需要攪拌器的擴散和循環(huán)能力較大 ,適應(yīng)性較好。綜上所述 ,在熔硫槽設(shè)計中一般選用折葉式攪拌槳和開啟渦輪式攪拌槳。折角。另外 ,由 于熔硫槽直徑過大不宜在頂蓋上直接安裝攪拌槳 ,故采取在槽上方做獨立攪拌槳支撐支架的措施 [8]。根據(jù)對以往設(shè)計的設(shè)備運行情況詳加分析和摸索后 ,在此次設(shè)計中 ,采用了雙螺旋結(jié)構(gòu)的加熱蒸汽盤管 ,將兩圈盤管做成并聯(lián)同心圓形式 ,多組均勻安放 ,在保證足 夠的加熱面積的前提下大大減小了設(shè)備的體積。 圖 13 焚硫爐 由于硫磺燃燒速度快，所以爐子構(gòu)造簡單，現(xiàn)在一般多用臥式焚硫爐。噴霧焚硫爐的構(gòu)造，是在鋼制圓筒內(nèi)部襯絕熱磚和耐火磚。硫磺噴霧的要求是：形成易于氣化的 微粒、噴霧角度要大，且能均勻分散。為防止爐內(nèi)高溫引起損壞和防止因受熱而引起硫磺粘度上升，噴槍應(yīng)設(shè)置蒸氣夾套。表達能力的單位，多采用每日、每立方米容積可焚燒多少噸硫磺量來表示。能力高的爐子每日每立方米可焚燒 2t左右的硫磺。其主要原因是霧化狀況 和爐內(nèi)氣速不一樣所造成的。 V q 式中： K — 焚硫單位容積發(fā)熱量，一般為 ～ m3) 轉(zhuǎn)化器 荊楚理工學院畢業(yè)設(shè)計 第 12 頁 共 27 頁 SO2轉(zhuǎn)化器是保證氧化反應(yīng)和 SO2排放標準實施的關(guān)鍵設(shè)備。因此，需要結(jié)構(gòu)設(shè)計和材料的選擇是合理的、可靠的。積木式結(jié)構(gòu)。兩個輪簡同心垂直中心管式結(jié)構(gòu)的筒體直徑較小，管，中間，對一些支持的催化劑與隔板的重量，和流道反應(yīng)段，催化劑填裝之間的缸內(nèi)、外兩層。 模塊化轉(zhuǎn)換器使用柱樁支撐一些催化劑的格柵和分區(qū)的重量， 在耐火保溫磚筒體表面的李寧催化劑負載部分，并且結(jié)構(gòu)簡單。隨著冠套，外部 flats