300kta硫磺制酸裝置焚硫轉化工段-焚硫爐工藝設計

1、 畢業(yè)論文(設計)(2021年) 課題名稱 300kt/a硫磺制酸裝置 焚硫轉化工段-焚硫爐工藝設計 300kt/a硫磺制酸裝置焚硫轉化工段-焚硫爐工藝設計摘要本文論述了硫磺制酸生產(chǎn)裝置的工藝流程與建設意義。本文介紹了使用Aspen Plus流程模擬軟件模擬主要裝置的方法，并對整個流程進行了模擬，對整個流程進行了物料衡算和能量衡算。焚硫工段是本文的重點研究對象，本文給出了焚硫爐的主體尺寸的計算方法和過程，并對焚硫爐進行了詳細設計。此外，本文對主要設備進行了選型，介紹了焚硫工段的設備布置和配管設計，以及該工段的DCS控制系統(tǒng)。300 kt / a sulfuric acid plant burn

2、ing sulfur conversion section - burning sulfur furnace process designAbstractThis article discusses the sulfuric acid production plant processes and construction of importance. This paper describes the use of Aspen Plus process simulation software to simulate the main device, and the entire process

3、was simulated, the entire process has been the material balance and energy balance. Burning sulfur section is the focus of this study, this paper presents the sulfur burning furnace body size calculation method and process, and the burning of sulfur furnace designed in detail. In addition, this pape

4、r conducted a selection of major equipment, burning sulfur section describes the equipment layout and piping design, and the section of the DCS control system.Key words: Sulfuric acid production; Aspen Plus process simulation; burning sulfur furnace目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc357865417 摘要 PAG

5、EREF _Toc357865417 h I HYPERLINK l _Toc357865418 Abstract PAGEREF _Toc357865418 h II HYPERLINK l _Toc357865419 第一章 文獻綜述 PAGEREF _Toc357865419 h 1 HYPERLINK l _Toc357865420 1.1 硫酸簡介 PAGEREF _Toc357865420 h 1 HYPERLINK l _Toc357865421 1.2 國內(nèi)外硫酸工業(yè)概況 PAGEREF _Toc357865421 h 1 HYPERLINK l _Toc357865422 1

6、.3 硫酸市場分析 PAGEREF _Toc357865422 h 2 HYPERLINK l _Toc357865423 1.4 硫磺制酸 PAGEREF _Toc357865423 h 3 HYPERLINK l _Toc357865424 1.4.1 硫磺制酸的工藝流程 PAGEREF _Toc357865424 h 3 HYPERLINK l _Toc357865425 1.4.2 焚硫工段 PAGEREF _Toc357865425 h 3 HYPERLINK l _Toc357865426 1.4.3 轉化工段平 PAGEREF _Toc357865426 h 4 HYPERLIN

7、K l _Toc357865427 干吸工段 PAGEREF _Toc357865427 h 5 HYPERLINK l _Toc357865428 1.4.5 廢熱回收 PAGEREF _Toc357865428 h 6 HYPERLINK l _Toc357865429 第二章 總論 PAGEREF _Toc357865429 h 8 HYPERLINK l _Toc357865430 2.1 工程概述 PAGEREF _Toc357865430 h 8 HYPERLINK l _Toc357865431 2.2 設計依據(jù) PAGEREF _Toc357865431 h 8 HYPERLI

8、NK l _Toc357865432 2.3 設計原那么 PAGEREF _Toc357865432 h 8 HYPERLINK l _Toc357865433 2.3.1 環(huán)境保護條例 PAGEREF _Toc357865433 h 8 HYPERLINK l _Toc357865434 2.3.2 約束條件 PAGEREF _Toc357865434 h 9 HYPERLINK l _Toc357865435 2.4 工程建設意義 PAGEREF _Toc357865435 h 9 HYPERLINK l _Toc357865436 2.5 原料及產(chǎn)品方案 PAGEREF _Toc3578

9、65436 h 10 HYPERLINK l _Toc357865437 2.6 主要物料規(guī)格及消耗 PAGEREF _Toc357865437 h 10 HYPERLINK l _Toc357865438 2.7 主要危險品性質(zhì) PAGEREF _Toc357865438 h 11 HYPERLINK l _Toc357865439 第三章 工藝流程 PAGEREF _Toc357865439 h 11 HYPERLINK l _Toc357865440 3.1 設計目標 PAGEREF _Toc357865440 h 12 HYPERLINK l _Toc357865441 概述 PAGE

10、REF _Toc357865441 h 12 HYPERLINK l _Toc357865442 3.1.2 生產(chǎn)規(guī)模 PAGEREF _Toc357865442 h 12 HYPERLINK l _Toc357865443 3.2 工藝路線選擇 PAGEREF _Toc357865443 h 12 HYPERLINK l _Toc357865444 3.2.1 工藝路線選擇原那么 PAGEREF _Toc357865444 h 12 HYPERLINK l _Toc357865445 3.2.2 工藝路線的比擬及選擇 PAGEREF _Toc357865445 h 12 HYPERLINK

11、l _Toc357865446 3.3 工藝流程介紹 PAGEREF _Toc357865446 h 14 HYPERLINK l _Toc357865447 3.3.1 焚硫轉化工段 PAGEREF _Toc357865447 h 14 HYPERLINK l _Toc357865448 3.3.2 干吸工段 PAGEREF _Toc357865448 h 15 HYPERLINK l _Toc357865449 第四章 流程計算與模擬 PAGEREF _Toc357865449 h 17 HYPERLINK l _Toc357865450 根底數(shù)據(jù)計算 PAGEREF _Toc357865

12、450 h 17 HYPERLINK l _Toc357865451 4.1.1 根底文獻數(shù)據(jù) PAGEREF _Toc357865451 h 17 HYPERLINK l _Toc357865452 4.1.2 根底數(shù)據(jù)計算 PAGEREF _Toc357865452 h 17 HYPERLINK l _Toc357865453 4.2 組分設置 PAGEREF _Toc357865453 h 18 HYPERLINK l _Toc357865454 4.3 物性方法的選擇 PAGEREF _Toc357865454 h 19 HYPERLINK l _Toc357865455 4.4 化學

13、反響 PAGEREF _Toc357865455 h 19 HYPERLINK l _Toc357865456 4.5 各模塊模型的選擇與設置 PAGEREF _Toc357865456 h 19 HYPERLINK l _Toc357865457 4.5.1 枯燥塔T401 PAGEREF _Toc357865457 h 19 HYPERLINK l _Toc357865458 4.5.2 吸收塔T402，T403 PAGEREF _Toc357865458 h 20 HYPERLINK l _Toc357865459 4.5.3 焚硫爐F301 PAGEREF _Toc357865459

14、h 21 HYPERLINK l _Toc357865460 轉化器R1-5 PAGEREF _Toc357865460 h 22 HYPERLINK l _Toc357865461 4.6 全流程模擬 PAGEREF _Toc357865461 h 23 HYPERLINK l _Toc357865462 第五章 物料與能量衡算 PAGEREF _Toc357865462 h 25 HYPERLINK l _Toc357865463 5.1 物料衡算 PAGEREF _Toc357865463 h 25 HYPERLINK l _Toc357865464 5.1.1 物料衡算依據(jù) PAGER

15、EF _Toc357865464 h 25 HYPERLINK l _Toc357865465 5.1.2 衡算方法 PAGEREF _Toc357865465 h 25 HYPERLINK l _Toc357865466 5.1.3 衡算任務 PAGEREF _Toc357865466 h 26 HYPERLINK l _Toc357865467 5.1.4 總物料衡算 PAGEREF _Toc357865467 h 26 HYPERLINK l _Toc357865468 5.2 能量衡算 PAGEREF _Toc357865468 h 27 HYPERLINK l _Toc3578654

16、69 5.2.1 衡算依據(jù) PAGEREF _Toc357865469 h 27 HYPERLINK l _Toc357865470 5.2.2 衡算任務 PAGEREF _Toc357865470 h 28 HYPERLINK l _Toc357865471 5.2.3 全流程熱量衡算 PAGEREF _Toc357865471 h 28 HYPERLINK l _Toc357865472 第六章 焚硫爐設計與計算 PAGEREF _Toc357865472 h 30 HYPERLINK l _Toc357865473 概述 PAGEREF _Toc357865473 h 30 HYPERL

17、INK l _Toc357865474 6.2 設計目標 PAGEREF _Toc357865474 h 30 HYPERLINK l _Toc357865475 6.3 焚硫爐設計根底 PAGEREF _Toc357865475 h 30 HYPERLINK l _Toc357865476 6.3.1 焚硫爐簡介 PAGEREF _Toc357865476 h 30 HYPERLINK l _Toc357865477 6.3.2 焚硫爐的設計要求 PAGEREF _Toc357865477 h 31 HYPERLINK l _Toc357865478 6.4 焚硫爐主體尺寸計算 PAGERE

18、F _Toc357865478 h 31 HYPERLINK l _Toc357865479 6.4.1 爐膛容積 PAGEREF _Toc357865479 h 31 HYPERLINK l _Toc357865480 6.4.2 容積熱強度 PAGEREF _Toc357865480 h 32 HYPERLINK l _Toc357865481 6.4.3 硫燃燒熱效應 PAGEREF _Toc357865481 h 32 HYPERLINK l _Toc357865482 6.4.4 爐膛容積 PAGEREF _Toc357865482 h 32 HYPERLINK l _Toc3578

19、65483 6.4.5 爐子長度與直徑 PAGEREF _Toc357865483 h 33 HYPERLINK l _Toc357865484 6.4.6 進氣和出氣孔徑的計算 PAGEREF _Toc357865484 h 33 HYPERLINK l _Toc357865485 6.4.7 二次風進口孔徑 PAGEREF _Toc357865485 h 34 HYPERLINK l _Toc357865486 6.4.8 人孔 PAGEREF _Toc357865486 h 34 HYPERLINK l _Toc357865487 6.5 焚硫爐詳細設計 PAGEREF _Toc3578

20、65487 h 34 HYPERLINK l _Toc357865488 6.5.1 爐墻設計 PAGEREF _Toc357865488 h 34 HYPERLINK l _Toc357865489 6.5.2 擋墻設計 PAGEREF _Toc357865489 h 38 HYPERLINK l _Toc357865490 6.5.3 旋流裝置 PAGEREF _Toc357865490 h 39 HYPERLINK l _Toc357865491 6.5.4 鞍座設計 PAGEREF _Toc357865491 h 39 HYPERLINK l _Toc357865492 6.5.5 硫

21、磺噴槍 PAGEREF _Toc357865492 h 40 HYPERLINK l _Toc357865493 6.6 焚硫爐設計條件匯總 PAGEREF _Toc357865493 h 41 HYPERLINK l _Toc357865494 6.7 鼓風機選型 PAGEREF _Toc357865494 h 43 HYPERLINK l _Toc357865495 6.7.1 概述 PAGEREF _Toc357865495 h 43 HYPERLINK l _Toc357865496 6.7.2 設計標準 PAGEREF _Toc357865496 h 43 HYPERLINK l _

22、Toc357865497 6.7.3 設計原那么 PAGEREF _Toc357865497 h 44 HYPERLINK l _Toc357865498 6.7.3 鼓風機C301選型 PAGEREF _Toc357865498 h 44 HYPERLINK l _Toc357865499 第七章 焚硫工段設備布置 PAGEREF _Toc357865499 h 45 HYPERLINK l _Toc357865500 7.1 車間布置設計依據(jù) PAGEREF _Toc357865500 h 45 HYPERLINK l _Toc357865501 相關標準和標準 PAGEREF _Toc3

23、57865501 h 45 HYPERLINK l _Toc357865502 7.1.2 根底資料 PAGEREF _Toc357865502 h 45 HYPERLINK l _Toc357865503 7.2 設備布置設計原那么 PAGEREF _Toc357865503 h 45 HYPERLINK l _Toc357865504 7.3 焚硫工段設備布置 PAGEREF _Toc357865504 h 46 HYPERLINK l _Toc357865505 第八章 焚硫工段的配管設計 PAGEREF _Toc357865505 h 47 HYPERLINK l _Toc357865

24、506 8.1 設計依據(jù) PAGEREF _Toc357865506 h 47 HYPERLINK l _Toc357865507 8.1.1 設計標準 PAGEREF _Toc357865507 h 47 HYPERLINK l _Toc357865508 8.1.2 根底資料 PAGEREF _Toc357865508 h 47 HYPERLINK l _Toc357865509 8.2 焚硫工段配管設計 PAGEREF _Toc357865509 h 47 HYPERLINK l _Toc357865510 8.2.1 管徑計算 PAGEREF _Toc357865510 h 47 HY

25、PERLINK l _Toc357865511 8.2.2 管道材料 PAGEREF _Toc357865511 h 48 HYPERLINK l _Toc357865512 8.2.3 閥門及管件 PAGEREF _Toc357865512 h 48 HYPERLINK l _Toc357865513 8.2.4 管道連接 PAGEREF _Toc357865513 h 49 HYPERLINK l _Toc357865514 8.3 焚硫爐工段管道布置 PAGEREF _Toc357865514 h 49 HYPERLINK l _Toc357865515 8.3.1 管道敷設原那么 PA

26、GEREF _Toc357865515 h 49 HYPERLINK l _Toc357865516 8.3.2 焚硫爐管道布置 PAGEREF _Toc357865516 h 49 HYPERLINK l _Toc357865517 管廊上的管道布置 PAGEREF _Toc357865517 h 50 HYPERLINK l _Toc357865518 8.3.4 其它管道布置 PAGEREF _Toc357865518 h 50 HYPERLINK l _Toc357865519 第九章 自動控制及儀表 PAGEREF _Toc357865519 h 51 HYPERLINK l _To

27、c357865520 9.1 設計依據(jù) PAGEREF _Toc357865520 h 51 HYPERLINK l _Toc357865521 9.2 控制系統(tǒng)的選擇 PAGEREF _Toc357865521 h 51 HYPERLINK l _Toc357865522 9.3 轉化工段控制方案 PAGEREF _Toc357865522 h 51 HYPERLINK l _Toc357865523 9.3.1 鼓風機 PAGEREF _Toc357865523 h 51 HYPERLINK l _Toc357865524 9.3.2 焚硫爐 PAGEREF _Toc357865524 h

28、 51 HYPERLINK l _Toc357865525 9.3.3 廢熱鍋爐 PAGEREF _Toc357865525 h 52 HYPERLINK l _Toc357865526 9.4 焚硫工段儀表控制點 PAGEREF _Toc357865526 h 52 HYPERLINK l _Toc357865527 9.5 焚硫工段主要儀表選型 PAGEREF _Toc357865527 h 52 HYPERLINK l _Toc357865528 9.5.1 壓力儀表 PAGEREF _Toc357865528 h 52 HYPERLINK l _Toc357865529 9.5.2 溫

29、度儀表 PAGEREF _Toc357865529 h 52 HYPERLINK l _Toc357865530 9.5.3 調(diào)節(jié)閥 PAGEREF _Toc357865530 h 53 HYPERLINK l _Toc357865531 9.6 儀表防護和防暴 PAGEREF _Toc357865531 h 53 HYPERLINK l _Toc357865532 參考文獻 PAGEREF _Toc357865532 h 54 HYPERLINK l _Toc357865533 致謝 PAGEREF _Toc357865533 h 55第一章 文獻綜述1.1 硫酸簡介硫酸分子式：H2SO4作

30、為廣泛用于化肥、纖維、制藥等化學工業(yè)及鋼鐵、有色金屬、食品等各種工業(yè)的根底原料，有工業(yè)之母之稱。 硫酸按濃度分，一般分為稀硫酸密度小于1.5g/m3、濃硫酸密度約為1.84g/m3和發(fā)煙硫酸密度大于1.84g/m3。常用的稀硫酸濃度為15%和20%左右，濃硫酸濃度一般為93%和98%酸，發(fā)煙酸濃度常用為104.5%和106.75%。生產(chǎn)硫酸的原料主要有硫鐵礦、硫磺、石膏、硫化氫、有色金屬冶煉煙氣、廢酸和各種含硫排放物，全世界硫資源近90%用于生產(chǎn)硫酸1。1.2 國內(nèi)外硫酸工業(yè)概況硫酸作為傳統(tǒng)的無機根本化工原料， 自18世紀中葉工業(yè)化生產(chǎn)以來，隨著炸藥、染料工業(yè)的興起而迅速開展， 現(xiàn)今隨化肥工業(yè)

31、、有色冶金、石油化工、紡織和國防工業(yè)、輕工業(yè)及其它有關工業(yè)的開展而不衰2。世界硫酸的產(chǎn)量增長很快，在20世紀初，其總產(chǎn)量只有幾百萬噸，到1997年，其產(chǎn)量達155163kt，最近40年的年平均遞增率為5.2%1。全球硫酸產(chǎn)量近十多年均是正增長，而到2006年的總產(chǎn)量約196000kt2。生產(chǎn)硫酸的原料以硫磺為主， 冶煉煙氣次之， 兩者共占所用原料總量的90%以上，而使用硫鐵礦制酸在逐年減少2。如:1996年，英國占總產(chǎn)量82.9%的硫酸以硫磺為原料、美國占82.0%。1995年，以硫鐵礦為原料的硫酸產(chǎn)量為20000kt 左右，占硫酸總產(chǎn)量的13%；1997年，除中國以外，其余地區(qū)以硫鐵礦為原料

32、的硫酸產(chǎn)量下降了8%3-4；1998年全球硫鐵礦產(chǎn)量6270kt(折100%硫，下同)，硫鐵礦制酸的產(chǎn)量約18000kt；t 2006年全球硫鐵礦產(chǎn)量降至5730kt，僅為所有形態(tài)硫總生產(chǎn)量的8.4%2。我國的硫酸工業(yè)起始于19世紀70年代，當時產(chǎn)量很少。新中國建立后，尤其是20世紀80年代以后，硫酸工業(yè)獲得了快速地開展6。隨著中國高濃度磷復肥和有色金屬的開展， 硫酸產(chǎn)量迅速增加。2002年硫酸產(chǎn)量突破3000萬噸，到達3051. 9萬噸5。我國是硫鐵礦的最大消費國，20世紀我國硫酸工業(yè)主要以硫鐵礦為原料。至2000年我國以硫鐵礦為原料的產(chǎn)酸量，仍占國內(nèi)硫酸產(chǎn)量的3/ 4左右1。但是，20世紀

33、90年代以后，隨著我國有色冶煉行業(yè)的開展，以及國際硫磺價格的下降和環(huán)保要求的日益嚴格，我國硫酸生產(chǎn)的原料結構發(fā)生了很大的變化，硫磺制酸和冶煉煙氣制酸的比例逐漸提高，硫鐵礦制酸的產(chǎn)量雖然下降不大，但其所占比例已越來越小，由20世紀七八十年代的80%90%，到2002年降到50%以下。至2021年我國硫磺制酸產(chǎn)能已到達38000kt/a，產(chǎn)量為32980kt/a，20062021年硫磺制酸產(chǎn)能、產(chǎn)量年均增長率分別為10.0%，10.8%。預計到“十二五末期我國硫磺制酸產(chǎn)能將到達4700050000kt/a，產(chǎn)量約40000kt/a7。目前世界各國硫酸工程都趨向于大型化開展， 進入21世紀的幾年中，

34、 全球建成規(guī)模最大的硫酸生產(chǎn)裝置， 在硫磺制酸方面，單系列最大規(guī)模已達4500t/d。我國硫磺制酸也正在向大型化開展。到2021年底，我國硫磺制酸單系列最大規(guī)模已到達1000kt/a7。隨著產(chǎn)業(yè)結構的優(yōu)化和引進國外先進的技術，我國在硫酸工業(yè)上得技術裝備水平不斷在提高。1.3 硫酸市場分析世界上肥料工業(yè)是硫酸的最大用戶，約占60%，而磷肥生產(chǎn)又是硫酸的最大消耗局部。我國硫酸的消費主要用于化肥生產(chǎn)，至1995年的前10年，我國磷酸鹽消費量平均年增長率為12.2%。1995年化肥生產(chǎn)用酸占硫酸總產(chǎn)量的73.2%(其中磷肥占66.1%、硫酸銨占71.5%) ，1997年占全年硫酸總產(chǎn)量的72.2%。1

35、998年全國化肥產(chǎn)量273616萬噸 ，比上年增長7.2%，其中磷肥51515929萬噸 ，前7個月磷酸鹽產(chǎn)量增長4%，全年硫酸產(chǎn)量比上年增長4.2%。1999年國家化肥生產(chǎn)方案安排3000萬噸 (折純) ，其中磷肥660萬噸 1。自21世紀有關部門人士到含硫化肥在糧食生產(chǎn)中的重要作用，并將開展含硫化肥放在了重要地位。2002年國產(chǎn)和進口硫酸資源總量為323412萬噸， 消費量為323118萬噸。化肥消費硫酸232319萬噸， 占硫酸消費量的71.9%5。2007年我國硫酸裝置總產(chǎn)能約68000k，t 生產(chǎn)量57000k，t 占全球產(chǎn)量的25. 7%2。綜上，我們看以看到，硫酸工業(yè)自誕生以來，

36、其規(guī)模就一直快速開展。21世紀的這十年中，特別是我國的硫酸工業(yè)更是開展迅速，硫酸產(chǎn)量不斷提高。隨著全球對硫酸需求量的不斷增加，硫酸產(chǎn)品會有更廣的市場前景。1.4 硫磺制酸正如上一節(jié)所提到的，隨著我國際硫磺價格的下降和硫磺回收量的增加，硫磺制酸在硫酸產(chǎn)量中所占的比例也越來越大。特別是我國，硫磺回收和硫磺制酸開展迅速，2021年我國硫磺回收產(chǎn)能在40005000kt/a，產(chǎn)量為2870kt7。同時硫磺制酸還有原料清潔，不產(chǎn)生礦渣或酸性污水，氣體SO2濃度較高，制酸工藝簡單和氣體流程簡單等優(yōu)點8。1.4.1 硫磺制酸的工藝流程硫磺制酸一般包括：原料處理，焚硫，SO2轉化和干吸工序9。圖1.1 硫磺制

37、酸流程框圖Fig 1.1 Flow diagram of sulfuric acid from sulfuric1.4.2 焚硫工段焚硫工段的目的是將硫氧化生成SO2，將精制液硫通過精硫泵加壓后，經(jīng)硫磺噴槍機械霧化而噴入焚硫爐燃燒，所需的枯燥空氣來自枯燥塔10。液體硫磺霧化、燃燒采用帶有機械霧化噴嘴的焚硫爐，具有結構簡單、容積熱強度高，不需另設加壓風機等優(yōu)點，節(jié)省了動力消耗，簡化了流程11。根據(jù)空氣鼓風機的布置不同可分為：塔前流程，即鼓風機布置在枯燥塔上游，風機進口為濕空氣，它對鼓風機的耐腐蝕要求低；塔后流程，即將鼓風機布置在枯燥塔下游，風機進口為枯燥空氣含微量酸霧，它對鼓風機耐腐性要求較高，

38、氣量比塔前流程大，相應的枯燥塔直徑稍大。塔后流程的優(yōu)點是鼓風機的壓縮熱帶入焚硫爐，可多產(chǎn)生蒸汽，同時可以減少枯燥塔循環(huán)水的用量12 。這兩種路程目前都有使用，南化公司硫磺制酸裝置采用的是塔后流程。1.4.2.1 焚硫爐焚硫爐一般為鋼制圓筒內(nèi)襯耐火磚和保溫磚的臥式結構，爐內(nèi)設置多道擋墻及二次風入口，以增強空氣與液硫霧化顆粒的混合，確保液硫在爐內(nèi)完全燃燒。目前國內(nèi)焚硫爐主要有兩種形式，一種是圓筒形臥式焚硫爐，爐頭每只磺槍分別配有空氣旋流裝置；另一種是一次擴大型臥式焚硫爐，空氣進口采用雙螺旋結構的進氣裝置，爐頭設有大蝸形旋流裝置，旋流裝置中間放置數(shù)根磺槍。在保證液硫充分燃燒的前提下，提高了焚硫爐的容

39、積熱強度12。1.4.2.2 焚硫爐布置12焚硫爐和廢熱鍋爐是相關設備，需要統(tǒng)一布置，由于兩臺設備的整體長度都比擬長，可根據(jù)場地的情況將兩臺設備平行布置或呈“L形布置。由于焚硫爐出口至廢熱鍋爐的氣體的溫度很高可到達1100左右，該管道一般采用碳鋼襯磚結構，施工難度大，因此焚硫爐和廢熱鍋爐應盡量靠近以縮短該管道的長度。1.4.3 轉化工段平轉化工段的任務是將SO2轉化成SO3，由焚硫爐出來的含有SO2的高溫氣體，首先進入廢熱鍋爐回收熱量，溫度降低后進入轉化器，在催化劑上反響生成SO3。自從20世紀60年代以來，硫酸生產(chǎn)中SO2轉化工藝的技術進步是采用兩次轉化、兩次吸收工藝，簡稱兩轉兩吸。與傳統(tǒng)的

40、一轉一吸工藝相比，兩轉兩吸工藝具有以下特點： eq oac(,1)最終轉化率高： eq oac(,2)能夠處理(SO2)較高的爐氣； eq oac(,3)可以減少尾氣中SO2的排放量； eq oac(,4)所需的換熱面積較大； eq oac(,5)系統(tǒng)阻力比一轉一吸工藝增加45kPa。兩轉兩吸工藝也有多種流程，常見的有“3+2五段轉化，“3+1四段轉化，“2+2四段轉化，“2+1三段轉化。目前國內(nèi)硫磺制酸裝置大多采用前兩種。分析比擬“3+2五段轉化和“3+1四段轉化工藝，研究說明在較高(SO2)的原料氣下獲得同樣高的最終轉化率，前者對催化劑的要求更低一些，并且前者對到達要求的最終轉化率更有保障

41、13。南化公司硫磺制酸裝置采用的是“3+2五段轉化工藝。干吸工段設有一個枯燥塔和兩個吸收塔，枯燥塔的任務是枯燥空氣，除去空氣中的水分。吸收塔用來吸收由轉化器出來的SO3?；侵扑嵫b置的干吸工藝流程按設備配置的不同，可分為三大類：三塔三槽循環(huán)流程，三塔兩槽循環(huán)流程和三塔一槽循環(huán)流程14。三塔三槽為三塔各自設循環(huán)槽，循環(huán)流程有：三塔各自獨立循環(huán)流程；二吸塔獨立循環(huán)，枯燥塔和一吸塔交叉循環(huán)流程；一吸塔獨立循環(huán)，二吸塔和枯燥塔交叉循環(huán)流程；枯燥塔獨立循環(huán)，一吸塔和二吸塔交叉循環(huán)流程。三塔兩槽循環(huán)流程有：枯燥塔、一吸塔共槽，二吸塔單獨一槽循環(huán)流程；枯燥塔、二吸塔共槽，一吸塔單獨一槽循環(huán)流程；兩個吸收塔共槽

42、，枯燥塔單獨一槽循環(huán)流程。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。中間加一道隔墻流程是由三塔兩槽流程演變而來，中間加兩道隔墻流程是由三塔三槽循環(huán)流程演變而來。關于各種循環(huán)流程工藝的詳細講解請參照相關文獻15。南化公司硫磺制酸裝置采用的是三塔兩槽循環(huán)流程，其中枯燥塔單獨一槽，兩個吸收塔共槽。1.4.5 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，每一步反響都是放熱的，總得反響熱約500kJ/mol硫酸。除裝置散熱、平排氣等損失外，其余熱量理論上均可回收利用?；厥盏臒崃恐蟹倭蚝娃D換局部的高溫廢熱

43、約占60%，干吸局部的低溫廢熱約占40%16。我國在硫磺制酸裝置的廢熱回收技術方面起步較晚。70年代我國硫磺制酸裝置廢熱回收狀況：a.只回收高溫廢熱；b.廢熱回收設備的使用可靠性差，事故率較高。80年代我國相繼引入國外全套廢熱利用設備，提高了硫磺制酸裝置廢熱回收的效率17。焚硫和轉化工段高中溫廢熱的回收系統(tǒng)一般設置，廢熱鍋爐，過熱器和省煤器。具體根據(jù)裝置規(guī)模的不同，其系統(tǒng)設置也有所差異。一般在焚硫爐后設有廢熱鍋爐，目前多采用火管鍋爐，在轉化工段設有過熱器和省煤器。對于干吸工段低溫廢熱的回收，由于品味較低，回收利用在技術上比擬困難。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

44、中。80年代后期，我國開發(fā)了幾種回收利用低溫廢熱的方法和技術：加熱脫鹽水，提高進除氧器的水溫，從而減少除氧器蒸汽消耗。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)。生產(chǎn)熱水用于居民生活。孟山都環(huán)境化學公司在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。該系統(tǒng)主要由HRS熱回收塔、HRS酸循環(huán)泵、HRS鍋爐及HRS稀釋器4臺設備組成。該裝置的應用，使得廢熱的回收率從傳統(tǒng)裝置的70%提高到93%18。1.5 論文設計工程內(nèi)容與意義本文設計工程為300 kt/a硫磺制酸裝置，原料為揚子石化等裝置回收下來的液體硫磺。作為重要的無

45、機根底化工原料，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。到20世紀90年代以后，隨著我國有色冶煉行業(yè)的開展，以及國際硫磺價格的下降和環(huán)保要求的日益嚴格，硫磺制酸在制酸工業(yè)中占據(jù)了非重要的地位。至2021年我國硫磺制酸產(chǎn)能已到達38000kt/a，產(chǎn)量為32980kt/a，20062021年硫磺制酸產(chǎn)能、產(chǎn)量年均增長率分別為10.0%，10.8%。預計到“十二五末期我國硫磺制酸產(chǎn)能將到達4700050000kt/a，產(chǎn)量約40000kt/a。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。國內(nèi)硫酸工業(yè)的重心正由硫鐵礦制酸一步步轉移到

46、硫磺制酸上來，該裝置的設計與建成不僅是響應該行業(yè)的趨勢，更是本著保護環(huán)境節(jié)能減排的現(xiàn)代工業(yè)責任心。 第二章 總論2.1 工程概述本文設計一套年產(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。本裝置焚硫采用機械噴嘴霧化的噴霧式焚硫爐，采用國產(chǎn)催化劑、“3+2兩次轉化工藝。采用中壓余熱回收器、過熱器和省煤器回收焚硫和轉化工段的廢熱產(chǎn)生中壓過熱蒸汽。本裝置的產(chǎn)品是符合一等品指標濃度為98%的濃硫酸。該裝置技術成熟，設備先進，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，符合科學開展觀。本文設計裝置年產(chǎn)98%工業(yè)硫酸30萬噸，裝置

47、運轉市場為8000小時/年。2.2 設計依據(jù)化工工廠初步設計文件內(nèi)容深度 HG/T20688-20002021年南京工業(yè)大學畢業(yè)設計任務書該裝置的可行性評估報告本工程的環(huán)境影響報告書及其批復文件職業(yè)病危害預評價報告及其批復原文件2.3 設計原那么由于化工廠的投資建設，要考慮到環(huán)境、國家標準、技術可行性、人員等各方面的因素，所以參照以下設計原那么。2.3.1 環(huán)境保護條例1地面水環(huán)境質(zhì)量標準 GB3838-882大氣環(huán)境質(zhì)量標準 GB3095-823城市區(qū)域環(huán)境噪聲標準 GB3096-824污水綜合排放標準 GB8978-885工業(yè)“三廢排放試行標準 GBJ4-736鍋爐煙塵排放標準 GB384

48、1-832.3.2 約束條件1設計考慮的外部約束條件：1政府制定的各種法律、規(guī)定和要求；2各種自然規(guī)律；3平安要求；4衛(wèi)生要求；5資源情況；6各種必須遵循的標準和標準；7經(jīng)濟要求，經(jīng)濟可行。2設計考慮的內(nèi)部約束條件：1生產(chǎn)技術：技術軟硬件的來源、技術成熟程度、價格和使用條件；2材料：原材料、建筑材料、關鍵設備等供給的難易；3時間：允許和需要的設計時間；4人員：素質(zhì)和數(shù)量；5產(chǎn)品規(guī)格；6建設單位的具體要求；7建廠地區(qū)的具體情況。2.4 工程建設意義作為重要的無機根底化工原料，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。到20世紀90年代以后，隨著我國有色冶煉行業(yè)的開展，以及國

49、際硫磺價格的下降和環(huán)保要求的日益嚴格，硫磺制酸在制酸工業(yè)中占據(jù)了非重要的地位。至2021年我國硫磺制酸產(chǎn)能已到達38000kt/a，產(chǎn)量為32980kt/a，20062021年硫磺制酸產(chǎn)能、產(chǎn)量年均增長率分別為10.0%，10.8%。預計到“十二五末期我國硫磺制酸產(chǎn)能將到達4700050000kt/a，產(chǎn)量約40000kt/a。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。國內(nèi)硫酸工業(yè)的重心正由硫鐵礦制酸一步步轉移到硫磺制酸上來，該裝置的設計與建成不僅是響應該行業(yè)的趨勢，更是本著保護環(huán)境節(jié)能減排的現(xiàn)代工業(yè)責任心。2.5 原料及產(chǎn)品方案本套裝置的原料采用

50、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。產(chǎn)品規(guī)格為98%的工業(yè)硫酸，98%工業(yè)硫酸質(zhì)量符合國家標準GB534/T-2002一等品指標。具體如表2.1。表2.1 工業(yè)一等品98%硫酸指標 The indicator of industrial Grade sulfuric acid with 98%w/w項目98%工業(yè)硫酸指標H2SO498%灰分0.03Fe0.01%As0.005%透明度50mm色 度Hg0.01%Pb0.02%本裝置每年生產(chǎn)符合該標準的濃硫酸30萬噸折100%硫酸計2.6 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2.2。表

51、2.2 主要物料消耗表Tab 2.2 The main material consumption序號工程規(guī)格數(shù)量備注1液硫按供給2空氣環(huán)境空氣3/年3鍋爐給水104pa4催化劑工業(yè)等級288m3一次裝填量5電350/220V6冷卻水301872萬噸/年2.7 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2.3。表2.3 主要危險物品性質(zhì)表Tab 2.3 Main properties of dangerous goods危險品熔點/沸點/閃點/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腐蝕性不可燃硫磺119無意義-可致慢性中毒易燃第三章

52、工藝流程3.1 設計目標本文設計論述的是一套硫磺制酸裝置，本裝置采用機械霧化焚硫，采用“3+2兩轉兩吸工藝流程。該套裝置可以將揚子石化等裝置硫回收下來的液硫轉化成98%的硫酸產(chǎn)品。盡量采取可行的措施回收工藝流程中的余熱。3.1.2 生產(chǎn)規(guī)模本文設計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。3.2 工藝路線選擇3.2.1 工藝路線選擇原那么原料來源的可靠性?；どa(chǎn)過程大局部是連續(xù)的生產(chǎn)過程，原料數(shù)量及質(zhì) 量的穩(wěn)定可靠地供給是進行正常生產(chǎn)的根本條件。盡可能選擇當?shù)鼗蚋浇脑稀＝?jīng)濟性。工藝路線影響到擬建廠的技術方案、廠址、環(huán)境保護等

53、多個方面，從而對工程的投資、本錢、利潤產(chǎn)生影響。資源利用的合理性。這種合理性是從國民經(jīng)濟角度來考察的，因為國家的資源有限，要用有限的資源來獲得好的經(jīng)濟效益。工藝技術的先進性。技術的先進是指工程建設投資后，生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量指標、產(chǎn)量、運轉的可靠性及平安性等既先進又符合國家標準。3.2.2 工藝路線的比擬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。硫鐵礦制酸是我國硫酸工業(yè)最重要的硫酸生產(chǎn)方法之一。硫鐵礦制酸工藝包括焙燒、凈化、轉化等假設干工序，制酸過程中，焙燒工序和吸收工序會排放大量枯燥廢棄、增濕廢氣和制酸尾氣，嚴重地危害著周邊的環(huán)境。磷石膏是磷化工生產(chǎn)的最大固

54、體廢棄物，每生產(chǎn)1t磷酸會產(chǎn)生56t磷石膏。據(jù)中國磷肥工業(yè)協(xié)會統(tǒng)計，2021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。所以磷石膏制酸可謂是緩解磷石膏污染的一種有效途徑。1969年Linz化學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。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)水泥技術并進行了中試，其磷石膏分解率達99%。之后國內(nèi)外均在磷石膏生產(chǎn)硫酸的技術上有所開展。但是到目前為止該生產(chǎn)工藝還存在很多實際問題，工藝技術和設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)本錢也比擬高。c在最近15年中，托普索公司的WSA濕法制酸技術在低

55、濃度SO2氣體SO2不產(chǎn)過6%7%制酸方面得到了廣泛的應用。WSA工藝是一種能有效地脫除各種廢棄中硫并將其轉化成工業(yè)成品濃硫酸的工藝。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。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，WSA工藝中氣體不需要枯燥，因而生產(chǎn)中沒有酸損失，也不產(chǎn)生酸性廢水。但是WSA工藝也有其局限性。一是原料氣體濃度受限制，考慮到WSA冷卻器的結構和材料，不可能處理硫酸露點高于260的氣體，這相當于進轉化器的SO2不能高于6%7%。二是SO2轉化率受限制，最為一轉一吸工藝，WSA工藝的SO2/SO3的

56、平衡曲線將SO2轉化率限制在99.4%99.7%。隨著世界石油化工的開展，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，因此硫磺制酸在硫酸工業(yè)中所占的比重越來越大。本文的設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。目前硫磺制酸工藝的技術已經(jīng)相當成熟，本文所設計的裝置，采用南化公司所使用硫磺制酸技術和設備。3.3 工藝流程介紹3.3.1 焚硫轉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。液硫經(jīng)噴槍霧化后噴入爐內(nèi)，干空氣由前端進氣口進

57、入，與霧化后的硫磺充分接觸燃燒。焚硫爐內(nèi)設置三道擋墻，以強化硫磺與空氣的混合和確保停留時間。為防止硫磺燃燒不完全，設有二次風，用于補充氧量和調(diào)節(jié)爐溫，促使反響完全，不致產(chǎn)生升華硫。爐膛內(nèi)操作溫度控制在1000左右。出焚硫爐F301的爐氣進入火管型余熱回收器B301，回收熱量后降溫至415，再進入轉化器R301一段催化劑層，進轉化的SO2%摩爾濃度左右。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。出余熱回收器B301溫度約415、SO2濃度9.5%摩爾濃度的爐氣依次分別進入轉化器R301、段催化劑層，進行SO2的催化氧化反響，生成SO3。

58、進轉化器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)空氣風機C301出口旁路來控制。出轉化器R301段催化劑層約595的爐氣進入高溫過熱器B302，在此加熱出中溫過熱器B303的蒸汽至Pa、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進入轉化器段催化劑層繼續(xù)進行SO2的催化氧化反響；出段催化劑層約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預熱的SO2爐氣換熱，降溫至440后進入轉化器段催化劑層反響，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B303降溫至175，然后送入第一吸收塔吸收SO3，那么SO2完成

59、一次轉化。經(jīng)第一吸收塔吸收SO3后的爐氣依次通過冷換熱器E302和熱換熱器E301，利用轉化器、段的反響熱升溫至約420后進入轉化器段催化劑層反響，出段約438的爐氣進入中溫過熱器B303，在此加熱出低溫過熱器B304的蒸汽，經(jīng)中溫過熱器換熱后的爐氣降溫至約420進入轉化器段催化劑層繼續(xù)進行SO2的催化氧化反響；出段催化劑層約422的爐氣進入低溫過熱器B304和省煤器B306，降溫至160后進第二吸收塔T402，那么完成二次轉化和吸收SO2最終設計轉化率為99.8%，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。3.3.2 干吸工段空氣通過空氣過濾器過濾后由枯燥塔下部進入枯燥

60、塔，95濃硫酸從枯燥塔上部進入枯燥塔，與空氣逆向接觸，95%濃度的酸吸收水分后，濃度下降到約94.74%左右，從塔底部流入枯燥塔酸循環(huán)槽，空氣從塔頂部出，含水量在3以下，進入空氣風機升壓后進入焚硫轉化工段焚硫爐與液硫混合燃燒。濃硫酸吸收水分的過程是一個放熱反響，所以，枯燥塔出塔酸溫高于塔進口酸溫。為了維持枯燥塔酸循環(huán)槽內(nèi)95%酸濃，由吸收系統(tǒng)串入一局部98%濃硫酸，在枯燥塔循環(huán)槽內(nèi)，枯燥塔下塔酸和吸收系統(tǒng)串來的98%酸混合，混合后，一局部由枯燥塔酸循環(huán)泵送入枯燥塔酸冷卻器，冷卻至50后送到枯燥塔塔頂噴淋；多出的一局部酸串入第一吸收塔內(nèi)。吸收系統(tǒng)是用濃硫酸吸收由焚硫轉化工段來的SO3氣體。轉化工