【正文】 吸塔獨(dú)立循環(huán)，二吸塔和干燥塔交叉循環(huán)流程；干燥塔獨(dú)立循環(huán)，一吸塔和二吸塔交叉循環(huán)流程。 c) 三塔一槽循環(huán)流程有：循環(huán)槽不加隔墻的流程；中間加一道隔墻的流程及中間加兩道隔墻的流程。 關(guān)于各種循環(huán)流程工 藝的詳細(xì)講解請參照相關(guān)文獻(xiàn) [15]。 第一章 文獻(xiàn)綜述 廢熱回收 在硫磺制酸過程中，從硫磺燃燒生產(chǎn)二氧化硫、二氧化硫催化氧化生成三氧化硫到三氧化硫吸收生成硫酸，每一步反應(yīng)都是放熱的，總得反應(yīng)熱約 500kJ/mol硫酸?；厥盏臒崃恐蟹倭蚝娃D(zhuǎn)換部分的高溫廢熱約占 60%，干吸部分的低溫廢熱約占 40%[16]。 70 年代我國硫磺制酸裝置廢熱 回收狀況： ； ，事故率較高。 焚硫和轉(zhuǎn)化工段高中溫廢熱的回收系統(tǒng)一般設(shè)置，廢熱鍋爐，過熱器和省煤器。一般在焚硫爐后設(shè)有廢熱鍋爐，目前多采用火管鍋爐，在轉(zhuǎn)化工段設(shè)有過熱器和省煤器。我國 80 年代前這些熱量都是由淋灑式鑄鐵排管冷卻后隨冷卻水帶到環(huán)境中。 b. 生產(chǎn)熱水用于其它裝置，如：用于磷酸濃縮或氨蒸發(fā)等，但這種方法必須是磷酸和磷酸或合成氨等裝置的聯(lián)合化工企業(yè)。 孟山都環(huán)境化學(xué)公司在 80 年代后期開發(fā)了硫酸高溫吸收產(chǎn)生低壓蒸汽的系統(tǒng)（簡稱 HRS）。該裝置的應(yīng)用，使得廢熱的回收率從傳統(tǒng)裝置的 70%提高到 93%[18]。 作為重要的無機(jī)基礎(chǔ)化工原料，自其工業(yè)化生產(chǎn)以來，其生產(chǎn)工藝不斷改善南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 和提高，產(chǎn)量更是迅速增長。至 2021 年我國硫磺制酸產(chǎn)能已達(dá)到 38000kt/a，產(chǎn)量為32980kt/a， 2021— 2021 年硫磺制酸產(chǎn)能、產(chǎn)量年均增長率分別為 %， %。 本裝置的建成可以吸收周邊石油化工裝置回收的硫磺，同時可以緩解國內(nèi)硫酸供給相對緊張的形勢。 第二章 總論 第二章 總論 項(xiàng)目概述 本文設(shè)計(jì)一套年產(chǎn) 30 萬噸的硫磺制酸裝置，本裝置的原料采用樣子石化等裝置硫回收下來的液體硫磺，原料的質(zhì)量和數(shù)量有保障。采用中壓余熱回收器、過熱器和省煤器回收焚硫和轉(zhuǎn)化工段的廢熱產(chǎn)生中壓過熱蒸汽。該裝置技術(shù)成熟，設(shè)備先進(jìn)，產(chǎn)品收率髙，同時該裝置還有原料清潔，不產(chǎn)生礦渣或酸性污水等優(yōu)點(diǎn)，符合科學(xué)發(fā)展觀。 設(shè)計(jì)依據(jù) ? 化工工廠 初步設(shè)計(jì)文件 內(nèi)容 深度 HG/T206882021 ? 2021 年南京工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書 ? 該裝置的可行性評估報(bào)告 ? 本項(xiàng)目的 環(huán)境影響 報(bào)告書及其批復(fù)文件 ? 職業(yè) 病危害預(yù)評價報(bào)告 及其批復(fù) 原文件 設(shè)計(jì)原則 由于化工廠的投資建設(shè)，要考慮到環(huán)境、國家標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)可行性、人員等各方面的因素，所以參照以下設(shè)計(jì)原則。 （ 2）設(shè)計(jì)考慮的內(nèi)部約束條件： 1）生產(chǎn)技術(shù)：技術(shù)軟硬件的來源、技術(shù)成熟程度、價格和使用條件； 2）材料： 原材料、建筑材料、關(guān)鍵設(shè)備等供應(yīng)的難易； 3）時間：允許和需要的設(shè)計(jì)時間； 4）人員：素質(zhì)和數(shù)量； 5）產(chǎn)品規(guī)格； 6）建設(shè)單位的具體要求； 7）建廠地區(qū)的具體情況。到 20 世紀(jì) 90 年代以后，隨著我國有色冶煉行業(yè)的發(fā)展，以及國際硫磺價格的下降和環(huán)保要求的日益嚴(yán)格，硫磺制酸在制酸工業(yè)中占據(jù)了非重要的地位。預(yù)計(jì)到“十二五”末期我國硫磺制酸產(chǎn)能將達(dá)到 47000~50000kt/a，產(chǎn)量約第二章 總論 40000kt/a。國內(nèi)硫酸工業(yè)的重心正由硫鐵礦制酸一步步轉(zhuǎn)移到硫磺制酸上來，該裝置的設(shè)計(jì)與建成不僅是響應(yīng)該行業(yè)的趨勢，更是本著保護(hù)環(huán)境節(jié)能減排的現(xiàn)代工業(yè)責(zé)任心。 產(chǎn) 品規(guī)格為 98%的工業(yè)硫酸， 98%工業(yè)硫酸質(zhì)量符合國家標(biāo)準(zhǔn) GB534/T2021一等品指標(biāo)。 表 工業(yè)一等品 98%硫酸指標(biāo) Tab The indicator of industrial Grade sulfuric acid with 98%w/w 項(xiàng) 目 98%工業(yè)硫酸指標(biāo) H2SO4 ≥ 98% 灰分 ≤ ％ Fe ≤ % As ≤ % 透明度 ≥ 50mm 色 度 ≤ Hg ≤ % Pb ≤ % 本裝置每年生產(chǎn) 符合該標(biāo)準(zhǔn)的濃硫酸 30 萬噸（折 100%硫酸計(jì)） 主要物料規(guī)格及消耗 本 工藝所需要的原料 用量 以及公用工程的消耗量列于表 。 表 主要危險物品性質(zhì)表 Tab Main properties of dangerous goods 危險品 熔點(diǎn) /℃ 沸點(diǎn) /℃ 閃點(diǎn) /℃ 爆炸極限 /V% 毒性 可燃性 上限 下線 硫酸 330 無意義 無意義 無意義 強(qiáng) 腐蝕性 不可燃 硫磺 119 無意義 可 致慢性中毒 易燃 第三章 工藝 流程 第三章 工藝流程 設(shè)計(jì)目標(biāo) 概述 本文設(shè)計(jì)論述的是一套硫磺制酸裝置，本裝置采用機(jī)械霧化焚硫，采用“ 3+2”兩轉(zhuǎn)兩吸工藝流程。盡量采取可行的措施回收工藝流程中的余熱。 工藝路線選擇 工藝路線選擇原則 ? 原料來源的可靠性。 ? 盡可能選擇當(dāng)?shù)鼗蚋浇脑?。工藝路線影響到擬建廠的技術(shù)方案、廠址、環(huán)境保護(hù)等多個方面，從而對項(xiàng)目的投資、成本、利潤產(chǎn)生影響。這種合理性是從國民經(jīng)濟(jì)角度來考察的，因?yàn)閲业馁Y 源有限，要用有限的資源來獲得好的經(jīng)濟(jì)效益。技術(shù)的先進(jìn)是指項(xiàng)目建設(shè)投資后，生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)、 產(chǎn)量、運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性及安全性等既先進(jìn)又符合國家標(biāo)準(zhǔn)。 硫鐵礦制酸是我國硫酸工業(yè)最重要的硫酸生產(chǎn)方法之一。 磷石膏是磷化工生產(chǎn)的最大固體廢棄物，每生產(chǎn) 1t 磷酸會產(chǎn)生 5~6t 磷石膏。所以磷石膏制酸可謂是緩解磷石膏污染的一種有效途徑。 1986 年Lurgi 公司開發(fā)成功循環(huán)流化床節(jié)能型磷石膏熱分解法制硫酸和聯(lián)產(chǎn)水泥技術(shù)并進(jìn)行了中試，其磷石膏分解率達(dá) 99%。但是到目前為止該生產(chǎn)工藝還存在很多實(shí)際問題，工藝技術(shù)和設(shè)備都不夠成熟難以大量生產(chǎn)工業(yè)所需求得硫酸，并且生產(chǎn)成本也比較高。 WSA 工藝是一種能有效地脫除各種廢棄中硫并將其轉(zhuǎn)化成工業(yè)成品濃硫酸的工藝。與傳統(tǒng)制酸工藝相比， WSA 工藝具有能效高和沒有副產(chǎn)品產(chǎn)生的優(yōu)點(diǎn)， WSA 工藝中氣體不需要干燥，因而生產(chǎn)中沒有酸損失，也不產(chǎn)生酸性廢水。一是原料氣體濃度受限制，考慮到 WSA 冷卻器的結(jié)構(gòu)和材料，不可能處理硫酸露點(diǎn)高于 260℃的氣體，這相當(dāng)于進(jìn)轉(zhuǎn)化器的 SO2不能高于6%~7%。 隨著世 界石油化工的發(fā)展，化工生產(chǎn)中硫磺的回收量不斷增加，硫磺的市場價格也隨之下降，在這種環(huán)境下，硫磺制酸由于其裝置操作簡單，并且擁有原料清潔，不產(chǎn)生礦渣或酸性污水，氣體 SO2濃度較高等優(yōu)點(diǎn)，因此硫磺制酸在硫酸工業(yè)中所占的比重越來越大。目前硫磺制酸工藝的技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，本文所設(shè)計(jì)的裝置，采用南化公司所使用硫磺制酸技術(shù)和設(shè)備。液 硫經(jīng)噴槍霧化后噴入爐內(nèi)，干空氣由前端進(jìn)氣口進(jìn)入，與霧化后的硫磺充分接觸燃燒。為防止硫磺燃燒不完全，設(shè)有二次風(fēng)，用于補(bǔ)充氧量和調(diào)節(jié)爐溫，促使反應(yīng)完全，不致產(chǎn)生升華硫。 出焚硫爐（ F301）的爐氣進(jìn)入火管型余熱回收器（ B301），回收熱量后降溫至 415℃，再進(jìn)入轉(zhuǎn)化器（ R301）一段催化劑層，進(jìn)轉(zhuǎn)化的 SO2爐氣濃度控制在 %（摩爾濃度）左右。 出余熱回收器 （ B301） 溫度約 415℃、 SO2 濃度～ %（摩爾濃度）的爐氣依次分別進(jìn)入 轉(zhuǎn)化器（ R301） Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段催化劑層，進(jìn)行 SO2的催化氧化反應(yīng)，生成 SO3。 出 轉(zhuǎn)化器（ R301） Ⅰ段催化劑層約 595℃的爐氣進(jìn)入 高溫過熱器（ B302） ，在此加熱出中 溫過熱器（ B303） 的蒸汽至 、 450℃送蒸汽集汽聯(lián)箱，經(jīng) 高溫過熱器 換熱后的爐氣降溫 至約 455℃進(jìn)入 轉(zhuǎn)化器 Ⅱ段催化劑層繼續(xù)進(jìn)行 SO2 的催化氧化反應(yīng)；出Ⅱ段催化劑層約 517℃的爐氣進(jìn)入熱熱換熱器（ E301），與來自第一 吸收塔 并經(jīng)冷熱換熱器（ E302）預(yù)熱的 SO2 爐氣換熱，降溫至 440℃后進(jìn)入 轉(zhuǎn)化器 Ⅲ段催化劑層反應(yīng)，出三段催化劑層約 458℃的爐氣依次進(jìn)入冷熱換熱器（ E302）和省煤器Ⅱ（ B303）降溫至 175℃，然后送入第一 吸收塔 吸收 SO3，則 SO2 完成一次轉(zhuǎn)化。 干吸工段 空氣通過空氣過濾器過濾后由干燥 塔下部進(jìn)入干燥塔， 95％濃硫酸從干燥塔上部進(jìn)入干燥塔，與空氣逆向接觸， 95%濃度的酸吸收水分后，濃度下降到約%左右，從塔底部流入干燥塔酸循環(huán)槽，空氣從塔頂部出，含水量在 以下，進(jìn)入空氣風(fēng)機(jī)升壓后進(jìn)入焚硫轉(zhuǎn)化工段焚硫爐與液硫混合燃燒。為了維持干燥塔酸循環(huán)槽內(nèi) 95%酸濃，由吸收系統(tǒng)串入一部分 98%濃硫酸，在干燥塔循環(huán)槽內(nèi)，干燥塔下塔 ％酸和吸收系統(tǒng)串來的 98%酸混合，混合后，一部分由干燥塔酸循環(huán)泵送入干燥塔 酸冷卻器，冷卻至 50℃ 后送到干燥塔塔頂噴淋；多出的一部分酸串入第一吸收塔內(nèi)。轉(zhuǎn)化工段分兩次轉(zhuǎn)化，吸收過程也有兩次吸收過程 : 一次轉(zhuǎn)化來的 SO3氣體，從第一吸收塔下部進(jìn)入，第一吸收塔上部噴淋 98%濃硫酸，氣體與液體逆向接觸， 98％酸吸收爐氣中 SO3后，濃度達(dá)到約 %，自塔底排至吸收塔酸循環(huán)槽中。 圖 是本工藝的流程簡。 （ 2）干空氣量 FAir 已知焚硫爐出口 SO2 的濃度為 %， SO3 為 %，可由式 41 計(jì)算工藝所第四章 流程計(jì)算與模擬 需的干空氣進(jìn)料量。 錯誤 !未找到引用源。 FAir=V（空氣）（硫） /=。空氣中水含量可由式 43 算得。 組分設(shè)置 因?yàn)轶w系含有電解質(zhì)，使用 Aspen Plus 模擬時，輸入 S， SO2 等基礎(chǔ)組分后，需要使用電解質(zhì)向?qū)?Elec Wizard 進(jìn)行組分設(shè)置。 H3O+為酸性離子， H2O 和 H2SO4為電解質(zhì)系統(tǒng)， SO2， O2，N2 為亨利組分。模擬中體系的真實(shí)組分見圖 。 ELECNRTL 物性方法是最通用的電解質(zhì)物性方法，它能處理很低和很高濃度的電解質(zhì)溶液，也能處理水溶液和混合溶劑系統(tǒng)。此外，亨利定律用于計(jì)算 SO2， O2， N2 在硫酸中的氣體溶解度。 STEAMTA 物性方法使用 1967 ASME 蒸汽表關(guān)聯(lián)式來計(jì)算熱力學(xué)性質(zhì)，使用水蒸氣國際協(xié)會（ IAPS）關(guān)聯(lián)式來計(jì)算傳遞性質(zhì)。本設(shè)計(jì)涉及公用工程為冷卻水和蒸汽，溫度和壓力滿足該物性方法使用范圍，故選擇STEAMTA 計(jì)算水與水蒸氣所有的熱力性質(zhì)。 表 硫磺制酸中的主要化學(xué)反應(yīng) Tab The main chemical reaction of sulfuric acid from sulfric Reaction Reaction Type Stoichiometry 1 Equilibrium S + O2 → SO2 2 Equilibrium SO2 + → SO3 3 Equilibrium SO3 + H2O → H2SO4 4 Equilibrium H2SO4 + H2O → HSO4 + H3O+ 5 Equilibrium HSO4 + H2O → SO42 + H3O+ 各模塊模型的選擇與設(shè)置 干燥塔 T401 （ 1）模型選擇 濃硫酸干燥濕空氣實(shí)質(zhì)上是一個物理吸收過程，本設(shè)計(jì)選擇 Radfrac 模型模擬計(jì)算干燥塔。 （ 2）模型設(shè)置 干燥塔為常壓操作，全塔壓降為 300mmH2O，經(jīng)優(yōu)化后確定塔板數(shù)為 6 塊，濕空氣從第六塊塔板下方進(jìn)料，硫酸由塔頂進(jìn)料。 圖 干燥塔設(shè)置 Fig The drying column setting 吸收塔 T402， T403 （ 1）模型選擇 工藝流程中的兩個吸收塔 T402， T403 均選用 Radfrac 模型進(jìn)行模擬。兩塔塔板數(shù)均為 6 塊，氣體均從第 6 塊板下方進(jìn)料， 98%硫酸均為塔頂噴淋。 由于吸收過程發(fā)生化 學(xué)反應(yīng)，即 SO3和 H2O 反應(yīng)生成硫酸，故需要對 Radfrac進(jìn)行特別設(shè)置，具體設(shè)置如圖 和 所示。硫磺燃燒發(fā)生在焚硫爐中，本設(shè)計(jì)選擇 RGibbs 反應(yīng)器模擬焚硫爐。當(dāng)已知（或未知）化學(xué)反應(yīng)式而不知道反應(yīng)歷程和動力學(xué)可行性時，可以使用 RGibbs 反應(yīng)器估算可能達(dá)到的化學(xué)平衡和相平衡結(jié)果。模擬中，反應(yīng)器設(shè)置如圖 和 。 本設(shè)計(jì)選擇 5 個 RStoic 反應(yīng)器模擬轉(zhuǎn)化器。南化公司提供了各段轉(zhuǎn)化率和南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 進(jìn)口氣體溫度見表 。第一段轉(zhuǎn)化器的設(shè)置如圖 和圖 。圖 49 為全流程模擬截圖。 （ 2）南化公司所提供的要求、設(shè)計(jì)參數(shù)及實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)或中式等數(shù)據(jù)，主要有： 1) 化工單元過程的主要化學(xué)反應(yīng)方程式、反應(yīng)物配比、轉(zhuǎn)化率、選擇性、總收率、催化劑狀態(tài)及加入配比量、催化劑是否回收使用、安全性能（爆炸上下線）等。 3) 特殊化學(xué)品的物性，如沸點(diǎn)、熔點(diǎn)、飽和蒸汽壓、閃點(diǎn)等。系統(tǒng)中物料衡算一般表達(dá)式為： 系統(tǒng)中的積累 =輸入 輸出 +生成 消耗 式中，生成或消耗項(xiàng)是由于化學(xué)反應(yīng)而生成或消耗的量；積累量可以是正值，也可以是負(fù)值，當(dāng)系統(tǒng)中積累量不為零時稱為非穩(wěn)定狀態(tài)過程；積累量為零時，稱為穩(wěn)定狀態(tài)過程。各種衡算方法的適用情況如表 所示。 衡算任務(wù) 本工藝采取年開工 8000 小時的連續(xù)操作，物料衡算的主要任務(wù)在于： （ 1）確定硫酸的實(shí)際產(chǎn)量以及質(zhì)量指標(biāo)、規(guī)格