【正文】 95Xl g 4 .9 3 7b 0 .5 a X(1 X )1 0 0 0 .5 a X???????????? 式中： XT 轉(zhuǎn)化率， % a 二氧化硫的濃度， % b 氧的濃度， % 我們?nèi)绻言谀骋环N進氣成分下的轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系作成圖線，可看出平衡轉(zhuǎn)化率與溫度，轉(zhuǎn)化率與最適宜溫度 以及平衡轉(zhuǎn)化率與轉(zhuǎn)化率的關(guān)系。但在溫度越高低平衡轉(zhuǎn)化率和實際轉(zhuǎn)化率差數(shù)愈小，這主要是因為高溫下的反應(yīng)速度較低溫時快，靠近平衡時反應(yīng)速度變慢直到平衡時速度等于零。這就要求我們在反應(yīng)時移走能量。下面著重介紹幾個問題的影響： ：這個問題我們已在選擇溫度時作了解釋，這里作圖以便更清楚地了解其相互關(guān)系。 表 23 各段爐氣 SO2/O2 比值同轉(zhuǎn)化率的關(guān)系 項目 一次轉(zhuǎn)化 二次轉(zhuǎn)化 一段 二段 三段 四段 進 出 出 進 出 出 轉(zhuǎn)化率 % 60 80 96 氣 體 組 成 SO2 9 O2 SO3 微 O2 /SO2 O2 /SO2 + SO3 N2 SO2 濃度同生產(chǎn)能力的關(guān)系：在一定的范圍內(nèi)，提高二氧化硫濃度， 18 硫酸產(chǎn)量會增加，但轉(zhuǎn)化率會下降。因此控制二氧化硫濃度指標(biāo)是一個極其重要的綜合性的技術(shù)。我根據(jù)硫酸的原料來源等情況選擇二氧化硫的進氣濃度為 9%。 ：二氧化硫濃度低能加快反應(yīng)速度，但用的原料氣增加，生產(chǎn)能力受鼓風(fēng)機的 影響也會下降。 ：當(dāng) a=～ 9%時生產(chǎn)經(jīng)費最底。 3. 最終轉(zhuǎn)化率同相對成本的關(guān)系：我們用硫磺制得二氧化硫最終轉(zhuǎn)化率～ 98%時，生產(chǎn)成本較低，有尾氣回收裝置，轉(zhuǎn)化率可以減小到 96～ %。 19 轉(zhuǎn)化器的通氣量 通氣量主要由硫酸的產(chǎn)量來決定的，其他還有阻層阻力、吸收率等因素的影響，我們可以由公式計算而得： V 標(biāo) = G 酸 (98η 吸 這就要求使整個系統(tǒng)始終處于最優(yōu)操作狀態(tài)下優(yōu)化操作問題 。當(dāng)然這項工作應(yīng)該是經(jīng)常性的，這樣才能使反應(yīng)系統(tǒng)始終處于最優(yōu)的操作狀態(tài)。當(dāng) t＜ 470℃且 x＞ 時，我們?nèi)?k1= 273ee????????。 ξ,因此各段反應(yīng)床層的空時為： τi= i1ixx??ξ) (27) 各床層按絕熱過程處理 ti=ti1+λ(xi? xi1) (28) 以上式中： xi xi i段進、出氣轉(zhuǎn)化率 ti ti i段進、出氣溫度，℃ a、 b 原料氣中 SO SO3 的組成 k1 反應(yīng)速率常數(shù) kp 反應(yīng)平衡常數(shù) R 反應(yīng)速率， kmol/m3如果熱損失為 5%，此時絕熱模擬溫升值應(yīng)比正常值低 5%。在處理總氣量基本不變的情況下，也就相當(dāng)于求出各段床層填充的催化劑體積 。 由于整個反應(yīng)系統(tǒng)總阻力基本保持不變，故反應(yīng)系統(tǒng)總處理氣量可認為是定值。其他各段不用冷激氣， Vi=ViV0 這樣在調(diào)整操作條件時， y值變化情況存在比較性。這些問題可以看成與調(diào)整參數(shù)前相似，這樣就可以將一定總處理氣量下的最終轉(zhuǎn)化率與原料氣中二氧化硫含量乘積作為優(yōu)化目標(biāo)，將各段進氣溫度作為優(yōu)化參數(shù)，使用上述模擬真實過程的數(shù)學(xué)模型，同樣使用式（ 28）及式（ 27），計算各段有效催化劑 能夠?qū)崿F(xiàn)的任務(wù)。一段從 ti xi1 出發(fā) ， 對式（ 27）進行數(shù)值積分，直到空時達到τi=Vi/(V0 V 取決于 ti 及 ti1。因為式（ 25）中反應(yīng)速率是以正反應(yīng)速率 的形式表示的。因此實際過程中反應(yīng)只要能越來越慢地接近平衡，而不會超越它。一般新建裝置規(guī)?！?3000 噸 /日，由于裝置大型 22 化，對節(jié)約投資，提高勞動生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本等方面效果顯著。 （ c）采用先進技術(shù)，強化設(shè)備能力，不斷采用結(jié)構(gòu) 先進、效率高、節(jié)能耐用的機泵設(shè)備，從而使硫酸裝置的生產(chǎn)穩(wěn)定，開工率高，安全可靠，先進硫酸廠年開工率達到 99％以上。 （ 2）國內(nèi)工藝技術(shù)狀況 近幾年我國硫磺制酸工業(yè)有較快的發(fā)展，生產(chǎn)技術(shù)水平不斷提高，其液體硫磺精制大多采用沉降法，轉(zhuǎn)化工藝為“ 3+1”和“ 3+2”兩轉(zhuǎn)兩吸工藝，轉(zhuǎn)化觸媒多采用國產(chǎn)觸媒，轉(zhuǎn)化率在 ～ ％，干吸塔、換熱器、轉(zhuǎn)化器等都采用一些新設(shè)備、新材料。與國外相比存在單系列能力小、設(shè)計余量偏大、熱利用水平偏低等缺點。具有技術(shù)先進，操作穩(wěn)妥可靠，投資合理，綜合經(jīng)濟效益好的特點。 （ 3）轉(zhuǎn)化工段的換熱器選 用列管換 熱器，進氣擴散管，使氣體均勻分布，設(shè)備直徑小，占地面積小。 23 （ 5）采用火管鍋爐、蒸汽過熱器、省煤器合理組成熱力系統(tǒng)，回收高中位熱能，產(chǎn)生 450℃、 蒸汽，用于推動透平風(fēng)機，乏汽供熔硫、濃縮磷酸及生活取暖， 熱利用率高。 （ 7）干吸塔上、下酸管采用陽極保護 304L 不銹鋼管，安裝維修方便，使用壽命長 ,減少酸的跑冒滴漏。觸媒 層設(shè)置從上至下依次為 1， 便于 更換觸媒，減少煙氣管長度，消除熱應(yīng)力。 工藝設(shè)計部分 工藝上一般采用快速熔硫、液硫機械過濾、機械霧化焚硫技術(shù)，較多地 采用“ 3 + 2 ” 兩轉(zhuǎn)兩吸工藝，并采用中壓鍋爐和省煤器回收焚硫和轉(zhuǎn)化工序的廢熱，產(chǎn)生中壓過熱蒸汽。換熱方式一次轉(zhuǎn)化采用外部換熱，二次轉(zhuǎn)化的四、五段間采用空氣冷激 。 固體硫磺經(jīng)熔融，濾去固體雜質(zhì)后 ，存于熔硫槽，維持熔硫溫度在 130~145℃之間，熔硫貯槽的空間溫度在 115℃ 以上。燃燒的空氣是由鼓風(fēng)機送入硫酸干燥塔，使水分含量降低到 ，再經(jīng)過除沫后送至焚硫爐和轉(zhuǎn)化器。 在焚硫爐產(chǎn)生的爐氣，溫度在 800～ 1000℃ ， SO2 濃度在 12%左右，經(jīng)廢熱 24 鍋爐冷卻到 430℃ 左右，進入爐氣過濾器，濾去雜質(zhì)后與空氣混合，使溫度和 SO2濃度都達到合適范圍后進 入轉(zhuǎn)化器 [12]。對于采用機械過濾工藝的裝 ， 在熔硫槽后再設(shè)自然沉降槽的意義不大 ， 一是因為沉降時間短 ， 大部分的固體雜質(zhì)還是要帶人過濾槽內(nèi)并在液硫過濾器中除去二是增加了土建、設(shè)備和廠房的投資三是流程加長 ， 操作程序增多 ， 運行費用增加。為了防止停泵時液硫過濾器出口管道內(nèi)的液硫返流人液硫過濾器 ， 破壞過濾器內(nèi)的 濾餅 ， 同時也為了操作工人的安全 ，過濾后的液硫最好不要直接送人液硫儲雄 ， 而是先流人一低位中間槽 ， 再由液硫泵送人液硫儲旅儲存。為節(jié)約用地 ， 過濾槽、助濾槽和中間槽可以采用方形平底結(jié)構(gòu) ， 并設(shè)計成一個整體 ， 將葉片式過濾器布置在平臺上 ， 下部留有足夠空間 ， 以方便出渣和液硫排放。也 有個別裝 里 采用 國 產(chǎn)催化劑 、 “ 3 + 2” 兩 次轉(zhuǎn)化 工藝 。 由 于 要 求較高 的 轉(zhuǎn)化 率 ， 一 般催化劑 的 裝填盆較大 。2 — 五段省煤器 。4 — 轉(zhuǎn)化器 。6 — 第三換熱器 。三氧化硫被吸收后與其中的水化合成硫酸，其反應(yīng)式如下 [16]： nSO3+H2O ??? H2SO4+(n1)SO3+89247J 由此反應(yīng)可知，隨著 SO3 與水量比例的變化，可以生成各種濃度的硫酸。則生 成含水硫酸。 事實上氣體 中的三氧化硫不可能百分之百被吸收，只吸收氣體中超過與硫酸相平衡的那一部分三氧化硫，超過的越多，吸收過程的推動力越大，吸收速度就越快。 26 η＝ (a? b)/a與此同時取出循環(huán)酸作為產(chǎn)品酸。濃度過高、過低均不適宜。溶滴酸霧很難完全分離，通常隨尾氣帶走或排入大氣。酸霧形成量越大， SO3 將主要以酸霧形式而損失。吸收酸濃度越大，溫度越高， SO3 平衡分壓越大，氣相中的 SO3 不能完全吸收，使吸收塔排出氣體中的 SO3 含量增加，隨后在大氣中形成酸霧。轉(zhuǎn)化后的氣體溫度也應(yīng)低一點好，否則易形成酸霧。 吸收流程配置的方式 濃硫酸吸收三氧化硫氣體一般在塔設(shè)備中進行。為使循環(huán)酸的溫度保持一定，必須使之通過冷卻設(shè)備，以除去在吸收過程中增加的熱量。因此，吸收工序的設(shè)備應(yīng)有吸收塔、酸槽、泵和冷卻器組成。然后由濃硫酸的吸收塔出口引至尾氣處理部分或直接 27 經(jīng)過捕沫后放空。吸收 SO3 的硫酸從塔底引出時，其濃度可以提高了。 吸收工段主要工藝指標(biāo)分析 吸收塔的操作氣速問題 ： 填料塔的空塔氣流速度設(shè)計通常取 ～ 。實際生產(chǎn)中由于增產(chǎn)需要，空塔氣速可提高到 ～ 。在干吸工段所選用的酸泵大多數(shù)是國內(nèi)生產(chǎn)的鑄鐵或不銹鋼泵。酸泵的使用壽命的影響因素有：一是硫酸對酸泵金屬材料的腐蝕，二是硫酸粘度對酸泵運轉(zhuǎn)的關(guān)系 ， 而這兩個關(guān)系與酸溫有直接的影響和聯(lián)系。 總之，硫酸的酸溫 升高 會使硫酸的腐蝕能力增強，還會使硫酸的粘度下降，造成酸泵潤滑不良，因此控制干吸工序循環(huán)槽內(nèi)的酸溫在 40℃ 以下，對酸泵的使用壽命有很重要的影響。尾氣中常帶有酸霧，但入塔氣溫高也帶來一些問題，大量顯熱帶入 塔 內(nèi)，使出 塔 酸溫過高，大大加劇了酸管道的腐蝕，同時也增加了濃酸冷卻的負荷 ，使淋酸溫度過高，也影響吸收率，一般控制在 140℃～ 160℃之間。 對 于 “ 兩 次轉(zhuǎn)化 工 藝 ， 一 般在 第 四 段出 口增設(shè) 一 臺中 溫 過熱 器 。 爐 水從 汽 包引 出 ， 沿下 降 管 流人 鍋殼 ， 經(jīng) 鍋殼中的列 管 加 熱 后 產(chǎn) 生 汽水 混 合物 , 再由鍋殼 頂 部 上 升管 送 回 汽包 ， 經(jīng) 汽水分離 后的爐 水 繼 續(xù)循 環(huán) ， 飽 和 蒸 汽 則從 汽 包 頂 部 引出 ， 先 后經(jīng) 低 溫過 熱 器和 高 溫過 熱 器 加熱到 450℃ 后送往用 戶 。 其實高 、 低 溫過 熱 器可設(shè) 蒸 汽 旁 通 管 ， 進 二段的爐 氣 溫 度由高 溫過 熱 器 蒸汽旁 通 閥自動 調(diào)節(jié) ， 而 高 溫過 熱 器出 口 過 熱蒸 汽溫 度 由 低 溫過 熱器蒸 汽 旁 通調(diào) 節(jié)閥自 動 調(diào)節(jié) 。 不 噴水 可 以 保 證 蒸 汽品 質(zhì) 和 高 溫過 熱 器管內(nèi) 不 結(jié)垢 , 從而 保 證 高 溫過 熱 器的長 期換熱效 果及 使 用 壽命 。 關(guān)于低溫位熱能回收工藝 大 多數(shù)硫 酸 廠 的 SO3吸收反 應(yīng)熱由冷 卻 水帶走 而損失掉 ， 少數(shù) 硫 酸 廠 用 于 加熱鍋 爐 給水 、 工業(yè)用水 、 生活用 水 。 低 溫 位熱 能 回 收技 術(shù)在 國 際上已 開發(fā)應(yīng)用 多年 。 將 熱 回 收 塔作 為 兩 轉(zhuǎn) 兩吸流程的 第 一吸收塔 , 塔底部 流出的 ?（ H2SO4） %~%、 溫度 200~220℃ (視鍋 爐 壓力而 定 )的 硫 酸經(jīng) 換熱稀釋 ， 將 ?（ H2SO4） 控制在 %后回 流 至 熱 回 收塔下 部第 二段 。 為 了 嚴 格 控制 進 人熱 回 收 塔 的酸濃 度 ， 采 用新型無電 極 環(huán)形 電 導(dǎo) 分析 儀 。 另 外安裝 了 腐 蝕 監(jiān)測 儀 ， 以 測量酸 循 環(huán) 系統(tǒng)中 不 銹鋼試件電化學(xué) 腐 蝕 產(chǎn) 生的 電流 。 就我 國目 前的技術(shù)水平 和 制造水平 ， 開 發(fā)我 國 自 己 的 HRS 技術(shù) 的 時 機 已 經(jīng) 成熟 。 采 用HRS 技術(shù) ， 每 生 產(chǎn) 1t 硫 酸可 回 收約 低 壓 蒸 汽 ， 并 相應(yīng)減少 70%左 右 的干吸部分 循環(huán) 水 量 ， 從 而相 應(yīng)減少循 環(huán) 水 站的投 資費 用和運 行費 用 。 可以 將第 一吸收 塔 用 作熱 回 收 塔 的一 部分 ， 仍 用 ?（ H2SO4） 98%硫 酸 噴淋 ， 以 確保較高 的吸收 率 ， 后建的 熱 回 收塔 只 建高 溫吸收 部分 。2020 年中央緊抓三農(nóng)問題，出臺一系列對化肥企業(yè)的利好政策，促進了磷復(fù)肥特別是高濃度磷復(fù)肥生產(chǎn)，磷復(fù)肥每月以同比 20%以上的速度增長；二是國民經(jīng)濟的 快速增長，增加對硫酸的需求。 A、年平均溫度 ℃ B、最熱月平均溫度 ℃ C、最冷月平均溫度 ℃ D、風(fēng)壓值 34N/m2 E、年平均風(fēng)速 （ 2）濕度： A、年平均相對濕度 79% B、最熱月平均相對濕度 79% C、最冷月平均相對濕度 78% （ 3）大氣壓： 32 當(dāng)?shù)仄骄髿鈮? 669mmHg（合 ） （ 4）、地震烈度： 6度 主要技術(shù)參數(shù) （ 1）、焚硫爐出口爐氣濃度 SO2+SO3=% （ 2）、總轉(zhuǎn)化率 % 公用工程條件 （ 1）、新鮮水： 按平均 20℃ （ 2）、循環(huán)水： A、水溫： t1=40℃ t2=30℃ △ t=10℃ B、水壓： 供水壓