【正文】 的無機基礎(chǔ)化工原料 ,自其工業(yè)化生產(chǎn)以來 ,其生產(chǎn)工藝不斷改善和提高 ,產(chǎn)量更是迅速增長。至 2020 年我國硫磺制酸產(chǎn)能已達到 38000kt/a,產(chǎn)量為32980kt/a,2020?2020 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。 原料及產(chǎn)品方案 本套裝置的原料采用揚子石化等裝置硫回收下來的液體硫磺 ,原料經(jīng)精硫槽處理后可以直接使用。具體如表 。 表 主要物料消耗表 Tab The main material consumption 序號 項目 規(guī)格 數(shù)量 備注 1 液硫 按供給 萬噸 /年 2 空氣 環(huán)境空氣 3 鍋爐給水 104℃ / 萬噸 /年 4 催化劑 工業(yè)等級 288m3 一次裝填量 5 電 350/220V 萬千瓦時 /年 6 冷卻水 30℃ 1872 萬噸 /年 主要危險品性質(zhì) 該工藝中所涉及的原料和產(chǎn)品有一定的危險性 ,其主要危險物品德性質(zhì)見表 。該套裝置可以將揚子石化等裝置硫回收下來的液硫轉(zhuǎn)化成 98%的硫酸產(chǎn)品。 生產(chǎn)規(guī)模 本文設(shè)計 30 萬噸 /年硫磺制酸裝置以滿足各個行業(yè)日益增長的需求 ,同時緩解我國過去以硫鐵礦制酸帶來的環(huán)境和產(chǎn)量的壓力?；どa(chǎn)過程大部分是連續(xù)的生產(chǎn)過程 ,原料數(shù)量及質(zhì) 量的穩(wěn)定可靠地供應(yīng)是進行正常生產(chǎn)的基本條 件。 經(jīng)濟性。 資源利用的合理性。 工藝技術(shù)的先進性。 工藝路線的比較及選擇 目前硫磺的生產(chǎn)工藝主要有硫鐵礦制酸、 WSA 濕法制酸、硫磺制酸、磷石膏制酸等。硫鐵礦制酸工藝包括焙燒、凈化、轉(zhuǎn)化等若干工序 ,制酸過程中 ,焙燒工序和吸收工序會排放大量干燥廢棄、增濕廢氣和制酸尾氣 ,嚴(yán)重地危害著周邊的環(huán)境。據(jù)中國磷肥工業(yè)協(xié)會統(tǒng)計 ,2020 我國磷石膏排放量約 5000 萬噸占工業(yè)副產(chǎn)石膏的 70%以上 [19]。1969 年 Linz 化學(xué)公司建成第一家利用磷石膏制硫酸并聯(lián)產(chǎn)水泥的工廠 [20]。之后國內(nèi)外均在磷石膏生產(chǎn)硫酸的技術(shù)上有所發(fā)展。 c 在最近 15 年中 ,托普索公司的 WSA(濕法制酸 )技術(shù)在低濃度 SO2 氣體(SO2 不產(chǎn)過 6%~7%)制酸方面得到了廣泛的應(yīng)用。全世界簽的 WSA 裝置已超80 套 ,主要用于石油煉制、 煤化工和煤氣化、焦化、冶金、粘膠纖維生產(chǎn)等行業(yè)[21]。但是 WSA工藝也有其局限性。二是 SO2 轉(zhuǎn)化率受限制 ,最為一轉(zhuǎn)一吸工藝 ,WSA 工藝的 SO2/SO3 的平衡曲線將 SO2 轉(zhuǎn)化率限制在 %~%。 本文的設(shè)計選擇使用硫磺生產(chǎn)硫酸 ,生產(chǎn)原料為揚子石化等裝置回收的液體硫磺。 工藝流程介紹 焚硫轉(zhuǎn)化工段 精制液體硫磺由精硫泵連續(xù)送往焚硫爐 (F301)前端的兩只硫磺噴槍。焚硫爐內(nèi)設(shè)置三道擋墻 ,以強化硫磺與空氣的混合和確保停留時間。爐膛內(nèi)操作溫度控制在 1000℃左右。余熱回收器回收熱量后產(chǎn)生的 的中壓飽和蒸汽送轉(zhuǎn)化工序低溫過熱器、 中溫過熱器和高溫過熱器過熱繼續(xù)回收熱量。進轉(zhuǎn)化器Ⅰ段催化劑層爐氣溫度可通過余熱回收器旁路調(diào)節(jié) ,SO2 濃度可以通過調(diào)節(jié)空氣風(fēng)機 (C301)出口旁路來控制。出Ⅱ段催化劑層約 517℃的爐氣進入熱熱換熱器 (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。出Ⅴ段催化劑層約 422℃的爐氣進入低溫過熱器 (B304)和省煤器Ⅰ (B306),降溫至 160℃后進第二吸收塔 (T402),則完成二次轉(zhuǎn)化和吸收 (SO2 最終設(shè)計轉(zhuǎn)化率為 %),經(jīng)第二吸收塔 (T403)吸收后的尾氣可直接通過尾氣煙囪 (S401)排放。 濃硫酸吸收水分的過程是一個放熱反應(yīng) ,所以 ,干燥塔出塔酸溫高于塔進口酸溫。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。 SO3 :% (8)干燥塔上塔酸濃 :95%。噴淋密度 :18m3/ (9)第一吸收塔上塔酸濃 :98%。噴淋密度 :23m3/ (10)第二吸收塔上塔酸濃 :98%。噴淋密度 :18m3/ (11)轉(zhuǎn)化各段轉(zhuǎn)化率 :64%、 87%、 94%、 %、 % (12)轉(zhuǎn)化各段進口溫度 :420℃、 455℃、 440℃、 420℃、 420℃ (13)吸收率 :% 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)計算 (1)液硫進料量 Fs(kg/h) 根據(jù)產(chǎn)品規(guī)模 900噸 /天 (折 100%硫酸計 ),SO2最終轉(zhuǎn)化率為 %,SO3總的吸收率為 %,可計算出液硫進料量為 : 41 所得結(jié)果與南化公司提供的實際生產(chǎn)數(shù)據(jù) 12277kg/h 相當(dāng)一致 ,這里取南化公司提供的數(shù)據(jù)。該式計算的是燃燒 1t 硫磺所需的干空氣量。 FAirV(空氣 )(硫 )/。空氣中水含量可由式 43 算得。 組分設(shè)置 因為體系含有電解質(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)式來計算傳遞性質(zhì)。本設(shè)計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質(zhì)上是一個物理吸收過程 ,本設(shè)計選擇 Radfrac 模型模擬計算干燥塔。 (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料 ,硫酸由塔頂進料。在 Convergence|Adavanced 頁面將 Radfrac 改為吸收塔 ,具體見圖 。 (2)模型設(shè) 置 兩吸收塔均為常壓操作 ,T402 塔頂操作壓力設(shè)置為 2020mmH2Og,全塔壓降為 550mmH2O。兩塔塔板數(shù)均為 6 塊 ,氣體均從第 6 塊板下方進料 ,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)化率和進口氣體溫度見表 。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)計參數(shù)及實驗室試驗或中式等數(shù)據(jù) ,主要有 : 1 化工單元過程的主要化學(xué)