年產(chǎn)30萬噸硫磺制硫酸工藝設(shè)計論文

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XXX 學院畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）(化工系)題 目 年產(chǎn) 30 萬噸硫磺制硫酸工藝設(shè)計 專 業(yè) XXXX 班 級 XXXX 姓 名 XXXX 學 號 XXXX 指導(dǎo)教師 XXXX 完成日期 XXXX -1-第一章 綜述1.1 物質(zhì)的性質(zhì)1.1.1 硫磺的性質(zhì)硫磺一般呈塊狀或粉末狀，淺黃色，帶雜質(zhì)者為灰綠色。條痕黃白色，脂肪光澤，晶體透明或半透明。硬度 1.2，不完全解離，性脆。硫磺的比重 2.05-2.09。摩擦生負電，易溶（180℃） ，燃燒時生淡藍色火焰，并放出 SO2 氣體。硫磺外觀為淡黃色脆性結(jié)晶或粉末，有特殊臭味。分子量為 32.06，蒸汽壓是0.13KPa，閃點為 207℃，熔點為 119℃，沸點為 444.6℃，相對密度為 2.0。硫磺不溶于水，微溶于乙醇、醚，易溶于二硫化碳。作為易燃固體，硫磺主要用于制造染料、農(nóng)藥、火柴、橡膠、人造絲等。1.1.2 稀硫酸化學性質(zhì) （1）可與多數(shù)金屬（比銅活潑）氧化物反應(yīng)，生成相應(yīng)的硫酸鹽和水； （2）可與所含酸根離子對應(yīng)酸酸性比硫酸根離子弱的鹽反應(yīng)，生成相應(yīng)的硫酸鹽和弱酸； （3）可與堿反應(yīng)生成相應(yīng)的硫酸鹽和水； （4）可與氫前金屬在一定條件下反應(yīng)，生成相應(yīng)的硫酸鹽和氫氣； （5）加熱條件下可催化蛋白質(zhì)、二糖和多糖的水解。 （6）強電解質(zhì),在水中發(fā)生電離 H2SO4=2H+ + SO4 2- 1.1.3 濃硫酸的性質(zhì)脫水性⑴就硫酸而言，脫水性是濃硫酸的性質(zhì)，而非稀硫酸的性質(zhì)，即濃硫酸有脫水性且脫水性很強。 ⑵脫水性是濃硫酸的化學特性，物質(zhì)被濃硫酸脫水的過程是化學變化的過程，反應(yīng)時，濃硫酸按水分子中氫氧原子數(shù)的比（2∶1）奪取被脫水物中的氫原子和氧原子。 ⑶可被濃硫酸脫水的物質(zhì)一般為含氫、氧元素的有機物，其中蔗糖、木屑、紙屑和棉花等物質(zhì)中的有機物，被脫水后生成了黑色的炭（炭化） 。 濃硫酸 如 C12H22O11=12C + 11H2O (4)黑面包反應(yīng) 在 200mL 燒杯中放入 20g 蔗糖，加入幾滴水，攪拌均勻。然后再加入 15mL質(zhì)量分數(shù)為 98%的濃硫酸，迅速攪拌。觀察實驗現(xiàn)象，可以看到蔗糖逐漸變黑，體積膨脹，形成疏松多孔的海綿狀的炭。 強氧化性⑴跟金屬反應(yīng) ①常溫下，濃硫酸能使鐵、鋁等金屬鈍化； ②加熱時，濃硫酸可以與除金、鉑之外的所有金屬反應(yīng)，生成高價金屬硫酸鹽，本身一般被還原成 SO2 ；Cu + 2H2SO4(濃) =加熱)=CuSO 4 + SO2↑+ 2H2O 2Fe + 6H 2SO4(濃) = Fe 2(SO4)3 + 3SO2↑ + 6H2O 在上述反應(yīng)中，硫酸表現(xiàn)出了強氧化性和酸性。 ⑵跟非金屬反應(yīng) 熱的濃硫酸可將碳、硫、磷等非金屬單質(zhì)氧化到其高價態(tài)的氧化物或含氧酸，本身被還原為 SO2。在這類反應(yīng)中，濃硫酸只表現(xiàn)出氧化性。 C + 2H2SO4(濃) =(加熱) CO 2↑ + 2SO2↑ + 2H2O S + 2H 2SO4(濃) = 3SO 2↑ + 2H2O 2P + 5H 2SO4(濃) = 2H 3PO4 + 5SO2↑ + 2H2O ⑶跟其他還原性物質(zhì)反應(yīng) 濃硫酸具有強氧化性，實驗室制取 H2S、HBr、HI 等還原性氣體不能選用濃硫酸。 H 2S + H2SO4(濃) = S↓ + SO2↑ + 2H2O 2HBr + H2SO4(濃) = Br 2↑ + SO2↑ + 2H2O 2HI + H2SO4(濃) = I 2↑ + SO2↑ + 2H2O 難揮發(fā)性（高沸點）制氯化氫、硝酸等（原理：利用難揮發(fā)性酸制易揮發(fā)性酸） 如，用固體氯化鈉與濃硫酸反應(yīng)制取氯化氫氣體 -3-NaCl（固）+H 2SO4（濃）=NaHSO 4+HCl↑ (常溫） 2NaCl（固）+H 2SO4（濃）=Na 2SO4+2HCl↑ （加熱） Na2SO3+H2SO4=Na2SO4+H2O+SO2↑ 再如，利用濃鹽酸與濃硫酸可以制氯化氫氣體。 酸性：制化肥，如氮肥、磷肥等 2NH3+H2SO4=（NH 4） 2SO4 Ca3(PO4)2+2H2SO4=2CaSO4+Ca(H2PO4)2 穩(wěn)定性：濃硫酸亞硫酸鹽反應(yīng) Na2SO3+H2SO4=Na2SO4+H2O+SO2↑ 1.1.3 稀硫酸化學性質(zhì) （1）可與多數(shù)金屬（比銅活潑）氧化物反應(yīng)，生成相應(yīng)的硫酸鹽和水； （2）可與所含酸根離子對應(yīng)酸酸性比硫酸根離子弱的鹽反應(yīng)，生成相應(yīng)的硫酸鹽和弱酸； （3）可與堿反應(yīng)生成相應(yīng)的硫酸鹽和水； （4）可與氫前金屬在一定條件下反應(yīng)，生成相應(yīng)的硫酸鹽和氫氣； （5）加熱條件下可催化蛋白質(zhì)、二糖和多糖的水解。 （6）強電解質(zhì),在水中發(fā)生電離 H2SO4=2H+ + SO4 2- 1.2 硫酸的用途（1）用于肥料的生產(chǎn) 硫酸銨（俗稱硫銨或肥田粉）和過磷酸鈣（俗稱過磷酸石灰或普鈣）這兩種化肥的生產(chǎn)都要消耗大量的硫酸。2NH3+H2SO4= (NH4)2SO4每生產(chǎn)一噸硫酸銨，就要消耗硫酸（折合成 100%計算）760kg，每生產(chǎn)一噸過磷酸鈣，就要消耗硫酸 360kg。（2）用于農(nóng)藥的生產(chǎn) 許多農(nóng)藥都要以硫酸為原料如硫酸銅、硫酸鋅可作植物的殺菌劑，硫酸鉈可作殺鼠劑，硫酸亞鐵、硫酸銅可作除莠劑。最普通的殺蟲劑，如 1059 乳劑(45%)和 1605 乳劑(45%) 的生產(chǎn)都需用硫酸。前者每生產(chǎn) 1t 需消耗 20%發(fā)煙硫酸 1.4t，后者每生產(chǎn) 1t 需消耗硫酸 36kg。為大家所熟悉的滴滴涕，每生產(chǎn) 1t 需要 20%發(fā)煙硫酸 1.2t。（3）用于冶金工業(yè)和金屬加工在冶金工業(yè)部門，特別是有色金屬的生產(chǎn)過程需要使用硫酸。 (4)用于石油工業(yè)汽油、潤滑油等石油產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中，都需要濃硫酸精煉，以除去其中的含硫化合物和不飽和碳氫化合物。每噸原油精煉需要硫酸約 24kg，每噸柴油精煉需要硫酸約 31kg。石油工業(yè)所使用的活性白土的制備，也消耗不少硫酸。(5)在濃縮硝酸中，以濃硫酸為脫水劑；氯堿工業(yè)中，以濃硫酸來干燥氯氣、氯化氫氣等；無機鹽工業(yè)中，如冰晶石(Na 3AlF6)、硼砂 (Na2B4O7·10H2O)、磷酸三鈉(Na 3PO4)、磷酸氫二鈉(Na 2HPO4)、硫酸鉛(PbSO 4)、硫酸鋅、硫酸銅、硫酸亞鐵以及其他硫酸鹽的制備都要用硫酸。許多無機酸如磷酸、硼酸、鉻酸(H 2CrO4，有時也指 CrO3)、氫氟酸、氯磺酸(ClSO 3H)；有機酸如草酸[(COOH) 2]、醋酸(CH3COOH)等的制備，也常需要硫酸作原料。此外煉焦化學工業(yè)（用硫酸來同焦爐氣中的氨起作用副產(chǎn)硫酸銨）、電鍍業(yè)、制革業(yè)、顏料工業(yè)、橡膠工業(yè)、造紙工業(yè)、油漆工業(yè)（有機溶劑的制備）、工業(yè)炸藥和鉛蓄電池制造業(yè)等等，都消耗相當數(shù)量的硫酸。 (6)用于化學纖維的生產(chǎn)為人民所熟悉的粘膠絲，它需要使用硫酸、硫酸鋅、硫酸鈉的混合液作為粘膠抽絲的凝固浴。每生產(chǎn) 1t 粘膠纖維，需要消耗硫酸1.2t～1.5t，每生產(chǎn) 1t 維尼龍短纖維，就要消耗 98%硫酸 230kg，每生產(chǎn) 1t 卡普綸單體，需要用 1.6t20%發(fā)煙硫酸。此外，在尼龍、醋酸纖維、聚丙烯腈纖維等化學纖維生產(chǎn)中，也使用相當數(shù)量的硫酸。 (7)用于化學纖維以外的高分子化合物生產(chǎn)塑料等高分子化合物，在國民經(jīng)濟中越來越占有重要的地位。每生產(chǎn) 1t 環(huán)氧樹脂，需用硫酸 2.68t，號稱“塑料王” 的聚四氟乙烯，每生產(chǎn) 1t，需用硫酸 1.32t；有機硅樹膠、硅油、丁苯橡膠及丁腈橡膠等的生產(chǎn)，也都要使用硫酸。 (8)用于染料工業(yè)幾乎沒有一種染料（或其中間體）的制備不需使用硫酸。偶氮染料中間體的制備需要進行磺化反應(yīng)，苯胺染料中間體的制備需要進行硝化反應(yīng)，兩者都需使用大量濃硫酸或發(fā)煙硫酸。所以有些染料廠就設(shè)有硫酸車間，以配合需要。 -5-(9)用于日用品的生產(chǎn)生產(chǎn)合成洗滌劑需要用發(fā)煙硫酸和濃硫酸。塑料的增塑劑（如苯二甲酸酐和苯二甲酸酯）、賽璐珞制品所需的原料硝化棉，都需要硫酸來制備。玻璃紙、羊皮紙的制造，也需要使用硫酸。此外，紡織印染工業(yè)、搪瓷工業(yè)、小五金工業(yè)、肥皂工業(yè)、人造香料工業(yè)等生產(chǎn)部門，也都需要使用硫酸。 (10)用于制藥工業(yè)磺胺藥物的制備過程中的磺化反應(yīng)，強力殺菌劑呋喃西林的制備過程中的硝化反應(yīng)，都需用硫酸。此外，許多抗生素的制備，常用藥物如阿斯匹林、咖啡因、維生素 B2、B 12 及維生素 C、某些激素、異煙肼、紅汞、糖精等的制備，無不需用硫酸。 (11)與原子能工業(yè)及火箭技術(shù)的關(guān)系 原子反應(yīng)堆用的核燃料的生產(chǎn)，反應(yīng)堆用的鈦、鋁等合金材料的制備，以及用于制造火箭、超聲速噴氣飛機和人造衛(wèi)星的材料的鈦合金，都和硫酸有直接或間接的關(guān)系。從硼砂制備硼烷的過程需要多量硫酸。硼烷的衍生物是最重要的一種高能燃料。硼烷又用做制備硼氫化鈾用來分離鈾 235 的一種原料。 由此可見，硫酸與國防工業(yè)和尖端科學技術(shù)都有著密切的關(guān)系。 1.3 硫酸生產(chǎn)的工藝比較目前硫酸生產(chǎn)的主要方法有硫磺制酸、硫鐵礦制酸、冶煉煙氣制酸及其他制酸四種生產(chǎn)方法。下面對硫磺制酸和硫鐵礦制酸兩種制酸方法進行工藝比較，突出硫磺制硫酸的工藝和理性。1.3.1 硫磺與硫鐵礦的工藝比較采用礦石制酸工藝, 若裝置生產(chǎn)能力為年產(chǎn)15萬t硫酸。礦石經(jīng)提取礦中有效成分硫元素后, 產(chǎn)出的大量礦渣部分處理到鋼鐵廠作為煉鐵原料, 大部分作為水泥廠生產(chǎn)中的添加料, 以調(diào)整水泥原料成分, 增加水泥強度。礦石制酸工藝存在的最大問題是對環(huán)境污染大,大量的污水、粉塵及礦渣嚴重影響著周圍環(huán)境; 另外操作環(huán)境惡劣、操作強度高。同時能耗也高, 環(huán)保費用無法承受。而在人們對環(huán)境質(zhì)量要求越來越高, 政府對環(huán)境整治決心越來越大的現(xiàn)狀下,上硫廠的硫酸生產(chǎn)到了非采取“行動”不可的時候了。是保留原生產(chǎn)工藝礦石制酸, 而加大環(huán)保治理投入, 還是選擇從工藝流程上改進措施, 從根本上解決問題? 經(jīng)過認真深入的分析研究, 最終上硫廠選擇了工藝改進的方案 , 由礦石制酸改為硫磺制酸工藝, 即以液體硫磺為原料來生產(chǎn)硫酸, 從根本上解決了礦石 制酸生產(chǎn)時產(chǎn)出的大量污水、粉塵、礦渣對環(huán)境的污染問題。使上硫廠從沉重的環(huán)保困境中得以解脫, 使生產(chǎn)經(jīng)營步入良性循環(huán)。硫磺制酸與礦石制酸工藝比較1.減少工序, 消除污染源 硫磺制酸工藝少了粉碎、水洗凈化兩道復(fù)雜的工序, 同時也消除了大量污染源——粉塵、污水、礦渣。2.能源消耗下降( 1) 工藝過程改進后 , 動力設(shè)備投用量大幅減少, 動力消耗明顯下降。礦石制酸電耗為110 kWh/t, 硫磺制酸為70 kW·h/t, 下降了36%; 深井水用量從100 萬 t/a, 下降到20萬 t/a。( 2) 硫磺制酸工藝能源利用更加合理。硫磺爐出口的1000℃溫度的二氧化硫氣體經(jīng)中壓鍋爐、過熱器、省煤器充分利用熱量后, 二氧化硫氣體降溫至420℃進入轉(zhuǎn)化器。3. 生產(chǎn)場地縮小為企業(yè)提供了發(fā)展空間 由于工藝過程改進后, 工藝路線大幅縮短，生產(chǎn)用地大幅縮小, 現(xiàn)生產(chǎn)裝置占地僅不到原裝置的十分之一, 且節(jié)省了大量礦料和礦渣堆場, 這對企業(yè)的發(fā)展和充分利用土地資源極為重要。4. 工藝改造前后的效果表 1-1 礦石工藝與硫磺工藝比較懸浮物(噸/年）砷(噸 /年)氟(噸/年)污水量(萬噸/年)排污費(萬元/年)礦石工藝 670 1.01 12 430 87硫磺工藝 116 0 0 168 27綜上所述硫磺制酸工藝相對礦石制酸工藝有許多的改進之處, 它是一條清潔生產(chǎn)的工藝，更節(jié)能環(huán)保, 只有這樣的生產(chǎn)工藝才能使化工企業(yè)生存和發(fā)展得更好。走好可持續(xù)發(fā)展之路，利國利民。-7-1.3.2 冶煉煙氣冶煉煙氣制酸前冶煉煙氣收塵需用收塵用的電除塵器，電除塵器內(nèi)部結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，體積較大需要較高的能耗，且需定期的維護保養(yǎng)，增加了設(shè)備費用。表 1-2 各種制酸方法消耗定額的比較消 耗定額 硫磺法 硫鐵礦法 冶煉煙氣法硫磺（S99.5%）/（t/t ）0.333硫鐵礦（含硫 35%）/(t/t) 0.957電/kw h t -1 55.06 93.96 126.12綜上所述，硫鐵礦制酸生產(chǎn)工藝復(fù)雜、管理要求高、操作環(huán)境差及需要處理大量的固體和液體廢物。此工藝存在一定的局限性，因此本設(shè)計采用硫磺制硫酸。第二章 硫磺制硫酸的工藝流程與操作指標2.1 原料及反應(yīng)原理2.1.1 原料硫磺制硫酸的主要原料為硫磺、氧氣。其主要原料及規(guī)格見表 2-1。表 2-1 硫磺的成分及其含量含 S ≥98.5%含灰分 ≤0.4%酸度（以 H2SO4） ≤0.03%含 As ≤0.05%含有機物 ≤0.80%含水分 ≤1.00%機械雜質(zhì) 無表 2-2 空氣成分氮氣 0.79氧氣 0.212.1.2 反應(yīng)原理將硫磺經(jīng)熔融、焚燒產(chǎn)生二氧化硫氣體，經(jīng)廢熱鍋爐、過濾器，再通入空氣氧化轉(zhuǎn)化成三氧化硫，再經(jīng)冷卻、酸吸收，制得成品硫酸。其反應(yīng)方程式如下：S+O2=SO2+Q2SO2+O2=2SO3+QSO3+H2O=H2SO4+Q-9-2.2 工藝流程1.鼓風機 2.透平 3.干燥塔 4.最終吸收塔 5. 硫酸循環(huán)槽 6.煙囪 7.中間吸收塔 8.發(fā)煙硫酸吸收塔 9.發(fā)煙硫酸泵槽 10. SO3 蒸發(fā)器 11.冷卻器 12.發(fā)煙硫酸循環(huán)罐 13.發(fā)煙硫酸循環(huán)罐 14.液態(tài) SO3 儲罐 15.皮帶機 16.熔硫槽 17.熔硫儲槽 18.過濾器 19.液硫儲槽 20.焚硫爐 21.廢熱鍋爐 22.汽包 23.過熱器 24.轉(zhuǎn)化器 25.熱換熱器 26.冷換熱器 27.最終省煤器 28.中間省煤器 29.硫酸儲罐 30.發(fā)煙硫酸儲罐 31.發(fā)煙硫酸儲罐2.2.1 熔硫、過濾及液硫儲存工序1 流程描述原料固體硫磺通過帶有稱重設(shè)施的皮帶機送至熔硫槽，在皮帶機上，將石灰加入固體硫磺中，中和硫磺中可能存在的酸性物質(zhì)。液體硫磺從熔硫槽流至帶液下泵的儲槽，然后被送去過濾，過濾在一個有預(yù)涂層的過濾器中進行。經(jīng)過濾后的液硫自流至熔硫儲槽。2 主要控制點過濾過程中， 熔硫儲槽的液位由兩個液位開關(guān)控制：a. 高高液位開關(guān)停硫磺皮帶機。圖 2-1 硫酸裝置工藝流程b. 高液位開關(guān)開硫磺皮帶機。3 工藝特點a ω 灰分 =0.3%的硫磺， 通過液硫過濾器濾能夠使 ω 灰分 0.006%灰分 ，這樣就省掉了熱氣體濾器,并且過濾效果更好，延長了催化劑的更換期。b 熔硫槽加熱盤管可以每組單獨取出修理不影響正常生產(chǎn)。c 過濾器設(shè)有液壓抽芯和振動除渣裝置，作方便。d 熔硫槽和帶液下泵的熔硫儲槽設(shè)有混凝頂，并且在設(shè)備和管線上方開口處裝有可移動的鋼頂蓋，環(huán)境清潔，安全可靠。2.2.2 焚硫、轉(zhuǎn)化及吸收工序2.2.2.1 流程描述硫酸生產(chǎn)采用“3+2”兩轉(zhuǎn)兩吸工藝流程。液硫通過硫磺泵送至磺槍噴入焚硫爐，噴硫量由變頻電機調(diào)節(jié)。霧化后的硫磺與經(jīng) ω（H 2SO4）=98.5 硫酸干燥的空氣反應(yīng)生成 ω（SO 2）=11.5% 的 氣體，SO 2 氣體經(jīng)過廢熱鍋爐后進入轉(zhuǎn)化器。一段轉(zhuǎn)化后的氣體經(jīng)過蒸汽過熱器后進入二段轉(zhuǎn)化，出二段的氣體經(jīng)過熱換熱器后進入三段轉(zhuǎn)化；出三段的氣體經(jīng)過冷換熱器和中間省煤器后去發(fā)煙硫酸吸收塔， 吸收后的貧氣再進入中間吸收塔繼續(xù)吸收；出中間吸收塔的氣體，一部分經(jīng)過冷換熱器和熱換熱器后進入四段轉(zhuǎn)化；四段出口氣體與從中間吸收塔來的另一部分冷氣體混合后進入五段轉(zhuǎn)化；五段出口氣體經(jīng)過最終省煤器后進入最終吸收塔。干燥塔、中間吸收塔和最終吸收塔公用一個循環(huán)槽。2.2.2.2 主要控制點焚硫、 轉(zhuǎn)化、 吸收工序主要的聯(lián)鎖控制有：a 風機停車→ 焚硫爐進料泵停 → 注入循環(huán)酸罐的稀釋水閥關(guān)閉。b 鍋爐汽包液位太低、 干吸塔流量太小、 儀表風壓力太低、 透平和風機的安全條件不滿足 →風機停車。裝置開車時， 焚硫爐設(shè)置了燃料氣升溫系統(tǒng)， 這部分設(shè)置了以下聯(lián)鎖：a 風機停車 燃料氣閥門關(guān)閉。b 焚硫爐內(nèi)無火焰 燃料氣閥門關(guān)閉。2.2.2.3 工藝特點-11-a 焚硫爐裝有兩個高壓霧化噴嘴，根據(jù)生產(chǎn)負荷， 選擇投用一個或兩個，從而保證霧化效果。b 焚硫爐設(shè)置了煤氣燃燒器，操作簡單，燃燒完全。c 焚硫爐出口氣體 ψ（SO 2）控制在 11.5%，如此高的 SO2 含量降低了生產(chǎn)噸酸所耗的氣體量，減小了設(shè)備尺寸和投資，從而最大程度地降低了生產(chǎn)成本。d 為了縮短系統(tǒng)升溫時間， 廢熱鍋爐出口至轉(zhuǎn)化器的第四催化劑床層設(shè)置了一條副線， 使第四、五催化劑床層和第一、 二、 三催化劑床層能同時升溫。e 采用火管鍋爐， 入口設(shè)有剛玉保護套管和耐火澆料防沖刷層。f 第一催化劑床層位于轉(zhuǎn)化器的底部，有利于催化劑的篩分。其它四層的布置既考慮管道布置的經(jīng)濟性，又要使隔板的溫差降至最小。g 采用了四種型號催化劑，分別是：LP110、LP120、Cs110 和 Cs120 型。第一層加入部分低溫催化劑 Cs120，第五層全部使用低溫催化劑 Cs110，這樣在 390℃的低溫下也具有良好的反應(yīng)活性。h 中間吸收塔和最終吸收塔內(nèi)裝有, ES 型除霧器，干燥塔內(nèi)裝有雙層絲網(wǎng)除沫器。干吸塔均采用 SX 槽式合金鋼分酸器。i 干燥塔、中間吸收塔、最終吸收塔公用一個酸循環(huán)槽， 這樣簡化了管道和設(shè)備安裝，且使開車和正常操作更加容易。公用的酸循環(huán)槽中間有分隔板， 將槽分成最終吸收塔進料和另外兩塔進料兩部分， 分隔板上部有一個開口，是兩部分氣相連通口，下部有一個開口，使最終吸收塔一側(cè)到另外兩塔一側(cè)保持連續(xù)流動狀態(tài)。j 采用 Alfa Laval 板式酸冷卻器、Lewis 液下泵。k 自控方案合理、先進、可靠。DCS 是引進 Bialy 公司的技術(shù)，重要位置靠聯(lián)鎖控制，轉(zhuǎn)化系統(tǒng)催化劑床層溫度通過遙控閥在 DCS 室控制，循環(huán)酸罐液位、 汽包液位均采用自調(diào)。l 充分利用系統(tǒng)的高、中溫廢熱。生產(chǎn) 3.82MPa 和 784MPa 飽和蒸汽，不僅能滿足本裝置蒸汽透平、加熱器以及保溫伴熱使用，還可外供。2.2.2.4 轉(zhuǎn)化工序熱能利用流程本設(shè)計的熱能利用流程與一般硫磺制酸裝置相同。出焚硫爐的高溫爐氣人廢熱鍋爐，產(chǎn)生 3.9 MPa 蒸汽發(fā)電;出廢熱鍋爐的 SO2 入轉(zhuǎn)化器一段進行反應(yīng); 各轉(zhuǎn)化段的反應(yīng)熱用于熔硫或提高廢熱鍋爐的給水溫度， 并盡量使系統(tǒng)多產(chǎn)蒸汽;除用于發(fā)電及熔硫的蒸汽外， 尚有少量低壓蒸汽供附近廠外用戶使用。其轉(zhuǎn)化工序的熱利用流程如圖 2 所示。圖 2-2 轉(zhuǎn)化工序熱利用流程2.3 工藝設(shè)計采用快速熔硫、液硫精制、液硫焚燒和“3+2”兩轉(zhuǎn)兩吸工藝；用次中壓鍋爐（2 臺） 、低壓鍋爐（1 臺）和省煤器（2 臺）回收焚硫與轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的高、中溫位熱能，生產(chǎn)(2.5MPa、1.0MPa)的次中壓和低壓蒸汽，經(jīng)減壓后，供公司內(nèi)部的 MAP和 NPK 裝置生產(chǎn)使用；設(shè)備選型既要節(jié)省投資，又要運行穩(wěn)定可靠，經(jīng)過全面論證，一吸塔除霧器（ES210 型柱狀纖維除霧器）和轉(zhuǎn)化催化劑（LP-110 和 LP-120 型釩催化劑）選用美國孟山都環(huán)境化學公司生產(chǎn)的產(chǎn)品；操作自動控制采用美國FOXBORO 公司生產(chǎn)的集散控制系統(tǒng)（ DCS ） ，一次儀表全部進口。2.4 工藝指標1、 熔硫蒸氣壓力 0.5MPa—0.6MPa2、 保溫蒸氣壓力 0.35MPa—0.45MPa3 、 液硫溫度 135℃—145℃4 、 過濾器操作壓力 ＜0.75Mpa 壓差 ＜0.3Mpa5 、 液硫酸度 ≤20ppm6 、 液硫灰份 ≤30ppm7、 各槽液硫液位 60-80%-13-2.5 不正常現(xiàn)象及處理方法表 2-3 不正?，F(xiàn)象及處理方法現(xiàn)象 原因 處理方法干燥率低1、噴酸不均；2、淋酸濃度低；3、進氣水量高4、上塔酸量小1、檢查酸泵；2、提酸濃；3、分酸槽： 4、增加上塔量吸收率低1、淋灑酸量不夠；2、進塔氣溫高；3、酸溫酸濃高；4、氣速過快或過低有短路現(xiàn)象1、檢查酸泵及分酸槽；2、加大淋灑量；3、加大冷卻水量增加串酸量；4、降低氣速停車檢查酸泵不上酸或量小1、管道有堵塞；2、泵體故障。1、設(shè)法疏通管道或找鉗工處理 2、酸泵振動大 泵軸套間隙或葉輪 腐蝕，找鉗工更換備用泵循環(huán)酸和成品酸的濃度偏差很大1、循環(huán)酸濃不穩(wěn)、忽高忽低；2、酸濃度計失靈；3、分析誤差1、穩(wěn)定操作；2、聯(lián)系儀表工處理；3、重新分析。產(chǎn)酸量降低現(xiàn)象1.漏酸2.流量計失靈3.系統(tǒng)阻力增大4.吸收率降低1 查明漏點堵漏 2.聯(lián)系儀表工處理3.視情況停車處理4.查明原因處理 酸濃低1 加水量大 2.分析誤差1.停止或調(diào)整加水量 2.重新分析酸溫過高1.循環(huán)冷卻水泵跳閘2.冷卻風扁壞3.熱換器換熱面積不夠4.系統(tǒng)負荷過大1.查明原應(yīng)因后處理2.停車修復(fù)3.增加換熱面積4.適當降低負荷尾氣冒大煙 1.酸濃過高或過低2.吸收塔上酸量不足3. 酸溫過高4. 塔內(nèi)氣體走短路5. 酸泵跳閘1.調(diào)節(jié)濃度在控制范圍2.查明原因后處理 3.降低酸溫 4.查明原因后停車處理 5.立即起泵和停車處理酸泵電流低1.酸槽液位低2.酸泵葉輪腐蝕嚴重3.電器故障1.提高液位 2.停車檢修酸泵3.查明原因處理酸泵電流波1. 軸承燒壞2.泵進口漏氣1.停車更換2.查清漏點停車處理動有雜音 3.循環(huán)液體量太少 3.查清漏點停車處理-15-第三章 主要設(shè)備3.1 主要設(shè)備 3.1.1 熔硫工段（包括原料工段）熔硫工段的主要設(shè)備有輸送機、熔硫槽、過濾助慮槽、液硫過濾機、液硫貯槽、精硫槽、硫磺泵等，主要管道為夾套管。該工段的非標設(shè)備和管道均需保溫。熔硫槽為襯有耐酸磚的圓柱形混凝土槽， 設(shè)有 6 組雙螺旋同心加熱蛇管和攪拌器，換熱面積 93.6㎡。攪拌器帶有 4 葉螺旋槳葉片和 6 葉平板渦輪。生石灰靠螺桿擠壓機加入，設(shè)計能力為 0～50 ㎏/h，硫磺皮帶機的坡度為 5.7°，設(shè)計能力為：11000～16000㎏/h。過濾器是預(yù)涂帶壓過濾器，有一個帶夾套的臥式外殼，在殼內(nèi)有分布在固定濾框上的豎直濾板，過濾器用特殊的合成橡膠墊密封。濾芯靠液壓系統(tǒng)抽出，設(shè)有一臺往復(fù)式液壓油泵。濾餅靠風動裝置排出殼體回收。熔硫儲罐是帶保溫的圓柱形容器，配有 5 個翅片管式加熱器，在罐的四周有 4個空氣入口，中心有一個放空口且?guī)в姓羝闊幔苑蓝氯?，四周入口和中心出口的高度差保證了氣體的流動。3.1.2 焚硫轉(zhuǎn)化工段焚硫轉(zhuǎn)化工段的主要設(shè)備有焚硫爐、熱力設(shè)備（廢熱鍋爐、過濾器、省煤器等） 、轉(zhuǎn)化器、熱換熱器、冷換熱器，主要管道為煙氣管道，大部分管道可現(xiàn)場卷制或是直接購買的螺旋管。該工段的焚硫爐要砌耐火磚，熱力設(shè)備、轉(zhuǎn)化器、換熱器和管道均需保溫。焚硫爐焚硫爐為臥式圓筒形，內(nèi)有耐火襯里，設(shè)有 3 層豎直隔板。焚硫爐一端直接廢熱鍋爐相連，另一端為空氣聯(lián)箱，上面裝有兩個硫磺噴嘴。焚硫爐裝有開工煤氣燃燒器，該爐的設(shè)計功率最大值為 5700KW ，提供的操作彈性為 5:1 ，主要包括爐前煤氣集合管總閥（控制進入燃燒器煤氣與風的比例） 、火焰監(jiān)視系統(tǒng) 具有自動切斷煤氣進料閥的功能） 、電子打火器。圖 3-1 焚硫爐結(jié)構(gòu)省煤器兩臺省煤器均為立式碳鋼殼體，盤管為鑄鐵翅片管，水走管程。中間省煤器只有一組盤管，最終省煤器則有兩組盤管，其中一組為鍋爐給水預(yù)熱盤管，另一組為飽和蒸汽預(yù)熱盤管，飽和蒸汽預(yù)熱盤管位于最終省煤器的頂部溫度較高部位。鍋爐給水及飽和蒸汽依次流經(jīng) 3 組盤管， 其先后順序由工藝氣體的溫度決定。省煤器底部殼體有耐酸襯里并帶一密封罐， 防止由于煙氣冷凝而引起的腐蝕。廢熱鍋爐廢熱鍋爐為火管型，正常操作壓力為 3800～3900 KW。鍋爐氣體旁路設(shè)有一個柱塞閥，柱塞閥的閥桿處于大約 345℃氣流中，免受熱氣體的損壞。另外，旁路柱塞閥的填料箱上接有一條儀表風管線，這樣便能在軸密封周圍形成一個平衡的壓力，有效地防止了硫酸鹽在軸密封上結(jié)晶，保證了柱塞閥的靈活轉(zhuǎn)動。旁路柱塞閥前設(shè)有手動蝶閥。在低負荷生產(chǎn)情況下，如果全開旁路柱塞閥都不行，則需通過調(diào)節(jié)此蝶閥來提高旁路氣體的影響。催化劑加熱升溫期間，熱氣體需要全部走旁路時， 也會用手動蝶閥調(diào)節(jié)，此閥的閥桿處也通有儀表風。廢熱鍋爐的出口管箱上接有一段開工用的可拆卸煙囪，通過此煙囪可排放烘爐時燃料氣燃燒所產(chǎn)生的廢氣。廢熱鍋爐的殼程上還接有一根從裝置界區(qū)外來的高壓蒸汽管線，用于開工時鍋爐的預(yù)熱。-17-圖 3-2 第一廢熱鍋爐（水管廢熱鍋爐）結(jié)構(gòu)圖圖 3-3 第二廢熱鍋爐（低溫過熱器）結(jié)構(gòu)圖圖 3-4 第三廢熱鍋爐（高溫過熱器）結(jié)構(gòu)圖3.1.3 干吸工段干吸工段的主要設(shè)備有干燥塔、第一吸收塔、槽、酸冷卻器、硫酸泵等，酸管為不銹鋼管道，一般需帶陽極保護。干燥塔和吸收塔干燥塔、中間吸收塔和最終吸收塔均是立式、筒形、內(nèi)有磚襯的結(jié)構(gòu)，其中的陶瓷填料由陶瓷支撐板支撐，整塔豎立在水泥框架上。在填料上部是合金鋼循環(huán)酸分布器，分布器由安裝在豎直降液管上的左右排列的幾條支管構(gòu)成，以獲得理想的分布形式，在填料層上部降液管的噴射點均勻排列著 180㎜厚的 50㎜矩鞍填料。干燥塔和中間吸收塔內(nèi)填料層高度為 2130㎜ 而最終吸收塔填料層高度為 2440㎜。中間吸收塔和最終吸收塔內(nèi)裝有 ES 型除沫器，干燥塔內(nèi)裝有雙層絲網(wǎng)除沫器。-19-圖 3-5 吸收塔結(jié)構(gòu)示意圖3.1.4 成品工段成品工段的主要設(shè)備有硫酸貯槽、輸送泵，主要管道為普通碳鋼或不銹鋼管道。圖 3-6 轉(zhuǎn)化器結(jié)構(gòu)示意圖表 3-1 轉(zhuǎn)化器內(nèi)釩催化劑的用量及分配比例段 型號 體積/ m 3 占總體積比例，%一（上） 108 5.0 6（下） 101 10.0 11二 101 18.0 20三（a） 101 10.0 11三（b） 101 10.0 11四 108 16.2 18五 108 20.8 23總計 90.0 100表 3-1 主要設(shè)備規(guī)格名稱 規(guī)格型號-21-熔硫槽 ￠6000㎜×2500㎜，V=47.5m 3硫磺過濾器 F=35㎡焚硫爐 ￠2600㎜×9800㎜廢熱鍋爐 臥式、火管、低合金鋼 1/2、鉻管束廢熱鍋爐汽包 ￠1500㎜×6000㎜轉(zhuǎn)化反應(yīng)器 ￠5700㎜×16780㎜、催化劑裝填量Q=120.6 m3ω（H 2SO4）98.5%硫酸循環(huán)罐 ￠2900㎜×8000㎜ω（SO 3 游離）30%發(fā)煙硫酸循環(huán)罐 ￠3500㎜×2500㎜干燥塔 ￠2600㎜×8100㎜中間吸收塔 ￠2800㎜×15100㎜最終吸收塔 ￠3000㎜×14835㎜表 3-1 主要設(shè)備規(guī)格(續(xù)表)名稱 規(guī)格型號煙酸塔 ￠4100㎜×12000 ㎜熱換熱器 立式￠1945㎜×5003㎜，F(xiàn)=352㎡冷換熱器 立式￠2220㎜×6253㎜，F(xiàn)=596㎡SO3 蒸發(fā)器 釜式（AUE）,1480㎜×1874㎜×4800㎜,F=535㎡SO3 冷凝器 管殼式（AUE）,1124㎜×4880㎜,F=206.3㎡鼓風機 離心 RRO-0.5-800,Q=4348 0m3/h蒸汽透平 背壓，505EK，Q=16300Kg/h熔硫進料泵 LEWIS-4/CLS。2404，立式/液F，Q=35 m3/h焚硫爐進料泵 立式/液下，Kestner-ZFAP4S, Q=4.4m3/h干吸塔循環(huán)酸泵 立式 /液下, Q=350m 3/h LEWIS-THR/MSHR-2467最終吸收塔循環(huán)酸泵 立式/液下,Q=350m 3/h LEWIS-6H-MSH-1876ω（SO 3 游離）30%發(fā)煙硫酸循環(huán)泵 立式/液下,Q=540m 3/h LEWIS-6H-MSH-2278尾氣放空稀酸循環(huán)泵 立式/液下,Q=4.3m 3/HKSB-CPK-C32-200-23-第四章 物料衡算和能量衡算4.1 物料衡算4.1.1 原料的選取天然硫磺和回收硫磺的純度很高，可達 99.8%以上，有害雜質(zhì)的含量很少，作為生產(chǎn)硫酸的原料，不需要復(fù)雜的爐氣凈制工序，還可以省掉排渣設(shè)備、工藝流程生產(chǎn)短，生產(chǎn)費用低，生產(chǎn)中熱能可合理利用，對環(huán)境污染少。本設(shè)計選用純度為99.8%的天然硫磺。4.1.2 本設(shè)計所需達到的工藝指標1．在干燥塔內(nèi)自塔頂噴淋的 98%硫酸吸收掉空氣中的水分，使出塔干燥空氣中水分小于或等于 0.1g/m3，再經(jīng)鼓風機溫度由 60℃升高到 100℃進入焚硫爐。2．轉(zhuǎn)化工段采用四段“3+2”兩次轉(zhuǎn)化工藝，總轉(zhuǎn)化率達 99.82%，進轉(zhuǎn)化器的二氧化硫摩爾分數(shù)為 10.72%，轉(zhuǎn)化器各段進出口溫度及轉(zhuǎn)化率如表 4-1 所示。 表 4-1 硫磺制酸轉(zhuǎn)化工段性能參數(shù)轉(zhuǎn)化段 轉(zhuǎn)化率 進口溫度 出口溫度一 60.00 419 609二 73.00 438 519三 88.00 439 463四 95.20 418 438五 99.82 430 4424.1.3 焚硫工段物料衡算以 1 kmol 精硫為基準進行計算，硫完全燃燒；反應(yīng)后混合物中二氧化硫的摩爾分數(shù)為 10.72%。S+O2=SO2+9982 kJ/mol設(shè)反應(yīng)后剩余的氧氣為 X因為 SO2/ SO2+ O2+N2=10.72% 且 O2：N 2=1：4所以 1/1+ X +4（ X +1）=10.72%X=0.87O2 的摩爾分數(shù)：9.3%N 2 的摩爾分數(shù)：37.2%所以焚硫工段物料衡算數(shù)據(jù)如表 4-2 所示表 4-2 焚硫工段物料衡算數(shù)據(jù)輸入組分 kmol 輸出組分 kmol 摩爾分數(shù)/%S 1 SO2 1 10.7O2 1.87 O2 0.87 9.3N2 7.48 N2 7.48 80總計 10.35 9.35 1004.1.4 轉(zhuǎn)化階段物料衡算1．第一轉(zhuǎn)化階段物料衡算已知條件：SO 2 和 O2 的量分別為 1 kmol、0.87 kmol ，SO 2 的轉(zhuǎn)化率為 60%。SO2 + 1/2 O2 = SO3初始 1 kmol 0.87 kmol 0反應(yīng) 1×0.60 1/2×0.60×1 1×0.60最終 0.40 0.84 0.60表 4-3 為第一轉(zhuǎn)化階段物料衡算數(shù)據(jù)。表 4-3 第一轉(zhuǎn)化階段物料衡算數(shù)據(jù)輸入組分 kmol 摩爾分數(shù)/% 輸出組分 kmol 摩爾分數(shù)/%SO2 1 10.70 SO2 0.40 4.3O2 0.87 9.3 O2 0.84 9.01N2 7.48 80.0 N2 7.48 80.26SO3 0.60 6.44總計 9.35 100 9.32 100-25-2．第二轉(zhuǎn)化階段物料衡算已知條件：SO 2 和 O2 的量分別為 0.40 kmol、0.84 kmol，SO 2 的轉(zhuǎn)化率為 73%。SO2 + 1/2 O2 = SO3初始 0.40 kmol 0.84 kmol 0.60反應(yīng) 0.40×0.73 1/2×0.40×0.73 0.40×0.73最終 0.108 0.694 0.892表 4-4 為第二轉(zhuǎn)化階段物料衡算數(shù)據(jù)。表 4-4 第二轉(zhuǎn)化階段物料衡算數(shù)據(jù)輸入組分 kmol 摩爾分數(shù)/% 輸出組分 kmol 摩爾分數(shù)/%SO2 0.40 4.3 SO2 0.108 1.18O2 0.84 9.01 O2 0.694 7.56N2 7.48 80.26 N2 7.48 81.53SO3 0.60 6.44 SO3 0.892 9.72總計 9.32 100 9.174 1003． 第三轉(zhuǎn)化階段物料衡算已知條件：SO 2 和 O2 的量分別為 0.108 kmol、0.694 kmol，SO 2 的轉(zhuǎn)化率為88%。SO2 + 1/2 O2 = SO3 初始 0.108 kmol 0.694 kmol 0.892反應(yīng) 0.108×0.8 1/2×0.108×0.8 0.108×0.8最終 0.013 0.646 0.987表 4-5 為第三轉(zhuǎn)化階段物料衡算數(shù)據(jù)。表 4-5 第三轉(zhuǎn)化階段物料衡算數(shù)據(jù)輸入組分 kmol 摩爾分數(shù)/% 輸出組分 kmol 摩爾分數(shù)/%SO2 0.108 1.18 SO2 0.013 0.14O2 0.694 7.56 O2 0.646 7.08N2 7.48 81.53 N2 7.48 81.96SO3 0.892 9.72 SO3 0.987 10.82總計 9.174 100 9.126 1004． 第四轉(zhuǎn)化階段物料衡算已知條件：SO 2 和 O2 的量分別為 0.013 kmol、0.646 kmol，SO 2 的轉(zhuǎn)化率為95.20%。SO2 + 1/2 O2 = SO3 初始 0.013 kmol 0.646 kmol 0.987反應(yīng) 0.013×0.952 1/2×0.013×0.952 0.013×0.952 最終 0.001 0.640 0.999表 4-6 為第四轉(zhuǎn)化階段物料衡算數(shù)據(jù)。表 4-6 第四轉(zhuǎn)化階段物料衡算數(shù)據(jù)輸入組分 kmol 摩爾分數(shù)/% 輸出組分 kmol 摩爾分數(shù)/%SO2 0.013 0.14 SO2 0.001 0.01O2 0.646 7.08 O2 0.640 7.02N2 7.48 81.96 N2 7.48 82.02SO3 0.987 10.82 SO3 0.999 10.95總計 9.126 100 9.12 1005.第五轉(zhuǎn)化階段：已知條件：SO 2 和 O2 的量分別為 0.001 kmol、0.64 kmol，SO 2 的轉(zhuǎn)化率為 99.82%。SO2 + 1/2 O2 = SO3 初始 0.001 kmol 0.64kmol 0.999反應(yīng) 0.001×0.9982 1/2×0.001×0.9982 0.001×0.9982最終 0 0.64 1.0表 4-7 第五轉(zhuǎn)化階段物料衡算數(shù)據(jù)輸入組分 Kmol 摩爾分數(shù)/% 輸出組分 Kmol 摩爾分數(shù)/%SO2 0.001 0.01 SO2 0 0O2 0.640 7.02 O2 0.64 7.02N2 7.48 82.02 N2 7.48 82.02SO3 0.999 10.95 SO3 1.0 10.96-27-總計 9.12 100 9.12 1004.1.5 工藝中所需 98%硫酸及工藝水的計算1．第一吸收塔所需硫酸及工藝水的計算第一吸收塔98%硫酸去第四轉(zhuǎn)化段硫酸水溶液工藝水N2 O2 SO2 SO3圖 4-1 第一吸收塔衡算示意圖圖 3-1 為第一吸收塔流程簡圖，由此圖計算硫酸和水的質(zhì)量。（1）硫酸的計算： SO3 的物質(zhì)的量為第一、第二、第三轉(zhuǎn)化階段所產(chǎn)生的SO3 的量之和即 2.479kmol。SO3+H2O=H2SO4 3-1由 SO3 的消耗量及化學方程式 3-1 可得：SO3 吸水后可得硫酸的量為：2.479×98×1000 =242942 g消耗水的量為：2. 479×18×1000=44622 g所需 98% H2SO4 的質(zhì)量為: 44622g÷2%=2231100g第一吸收塔出口處 H2SO4 和水混合物質(zhì)量為：2231100 g+242942 g-44622 g = 2429420 g（2）工藝水的計算：設(shè)需要的工藝水質(zhì)量為 X.（2231100 g×98%+242942 g）/（X+2429420 g）=98%X=49580 g所以所需工藝水的質(zhì)量為 49580 g 。2. 第二吸收塔所需硫酸及工藝水的計算第二吸收塔硫酸水溶液工藝水SO2 O2 N2 SO398%硫酸 放空圖 4-2 第二吸收塔衡算示意圖圖 3-2 為第二吸收塔流程簡圖，由此圖計算硫酸和水的質(zhì)量。（1）硫酸的計算: SO 3 的物質(zhì)的量為 1 kmol 由 SO3 的消耗量及化學式 3-1 可得。SO3 吸水后可得硫酸的量為：1×98×1000=98000 g消耗水的量為：1×18×1000=18000 g所需 98% H2SO4 的質(zhì)量為：18000 g/2%=900000 g第二吸收塔出口處 H2SO4 和水混合物質(zhì)量為 900000 g+98000 g-18000 g=980000g（2）工藝水的計算：設(shè)需要的工藝水質(zhì)量為 X，（900000 g×98%+98000 g）/（X+98000 g）= 98%X= 902000 g