年產(chǎn)5萬噸硫酸生產(chǎn)基本工藝

年產(chǎn)5萬噸硫酸生產(chǎn)工藝目錄TOC\o"1-4"\h\u4794第一章 1311711.1概述 1161051.2硫酸性質(zhì) 124289第二章 1220582.1硫酸生產(chǎn)辦法 1149592.2接觸法制造硫酸 2492.2.1接觸法生產(chǎn)硫酸由下列四個工序構(gòu)成 293212.2.2接觸法優(yōu)缺陷 3122222.3硝化法制造硫酸 3236682.3.1硝化法制造硫酸可歸納為三個重要過程 415672.3.2硝化法優(yōu)缺陷 426086第三章硫酸生產(chǎn)全工段工藝簡介 4111773.1SO2氣體制取 4309233.2爐氣凈化 533533.3SO2氣體轉(zhuǎn)化 562083.3.1一次轉(zhuǎn)化一次吸取 5115273.3.2二次轉(zhuǎn)化二次吸取 6247483.3.3沸騰轉(zhuǎn)化 6291263.4SO3氣體吸取 7298373.5尾氣解決 7233973.5.1氨法 7258563.5.2堿法 7109363.5.3金屬氧化物法 869523.5.4活性炭法 824363.5.5控制SO2排放其她辦法 812825第四章 913584.1兩次吸取法生產(chǎn)硫酸流程圖 9279074.1.1流程闡明 9310664.1.1.1干燥系統(tǒng)流程闡明 950254.1.1.2一吸系統(tǒng)流程闡明 9107124.1.1.3二吸系統(tǒng)流程闡明 10第一章1.1概述硫酸是一種普通化工產(chǎn)品，也是一種古老化學(xué)品，據(jù)理解，早在17世紀(jì)就有化學(xué)家運(yùn)用“鉛室法”將燃燒硫磺所得二氧化硫和進(jìn)行反映而生產(chǎn)出約70%左右稀硫酸，到18世紀(jì)又有化學(xué)家運(yùn)用鉑催化劑（今用釩催化劑）與較高濃度二氧化硫空氣中氧氣反映而生產(chǎn)出濃度達(dá)98%硫酸。由于硫酸在工業(yè)上有廣泛用途，因而它被號稱為“工業(yè)之母”，硫酸產(chǎn)量也慣用來作為評估一種國家工業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平重要指標(biāo)。1.2硫酸性質(zhì)硫酸是（SO3）和水（H2O）化合而成?；瘜W(xué)上普通把一種分子三氧化硫與一種分子水相結(jié)合物質(zhì)稱為無水硫酸。無水硫酸就是指100%硫酸（又稱純硫酸）。純硫酸化學(xué)式用“H2SO4”來表達(dá)，分子量為98.08。硫酸是基本化學(xué)工業(yè)中重要產(chǎn)品之一。硫酸性質(zhì)決定了它用途廣泛性，硫酸重要用于生產(chǎn)化學(xué)肥料、合成纖維、涂料、洗滌劑、致冷劑、飼料添加劑和石油精煉、有色金屬冶煉，以及鋼鐵、醫(yī)藥和化學(xué)工業(yè)。第二章2.1硫酸生產(chǎn)辦法生產(chǎn)硫酸最古老辦法是用綠礬（FeSO4·7H2O）為原料，放在蒸餾釜中鍛燒而制得硫酸。在煅燒過程中，綠礬發(fā)生分解，放出二氧化硫和三氧化硫，其中三氧化硫與水蒸氣同步冷凝，便可得到硫酸。2（FeSO4·7H2O）Fe2O3+SO2+SO3+14H2O在18世紀(jì)40年代此前，這種辦法為不少地方所采用。古代稱硫酸為“綠礬油”，就是由于采用了這種制造辦法緣故。二氧化硫氧化成三氧化硫是制硫酸核心，但是，這一反映在普通狀況下很難進(jìn)行。日后人們發(fā)現(xiàn)，借助于催化劑作用，可以使二氧化硫氧化成三氧化硫，然后用水吸取，即制成硫酸。依照使用催化劑不同，硫酸工業(yè)制法可分為接觸法和硝化法。2.2接觸法制造硫酸當(dāng)代硫酸生產(chǎn)慣用兩次轉(zhuǎn)化工藝，是使通過兩層或三層催化劑氣體，先進(jìn)入中間吸取塔，吸取掉生成三氧化硫，余氣再次加熱后，通過背面催化劑層進(jìn)行第二次轉(zhuǎn)化，然后進(jìn)入最后吸取塔再次吸取。由于中間吸取移除了反映生成物，提高了第二次轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化率，故其總轉(zhuǎn)化率可達(dá)99.5％以上。某些老廠仍采用老式一次轉(zhuǎn)化工藝，即氣體一次通過所有催化劑層，其總轉(zhuǎn)化率最高僅為98％左右。在以硫化氫為原料時(shí)，進(jìn)轉(zhuǎn)化器氣體中具有大量水蒸氣，二氧化硫在水蒸氣存在下進(jìn)行轉(zhuǎn)化，故又稱之為濕接觸法。將二氧化硫與氧化合成為三氧化硫反映式是：2SO2＋O2=2SO3＋Q，這個反映在常溫下沒有觸媒存在時(shí)，事實(shí)上不能進(jìn)行。為了使這一反映加快，必要提高溫度并且采用觸媒催化（也叫觸媒氧化）。這便是接觸法制造硫酸名稱由來。當(dāng)前可作為制造硫酸原料含硫資源除硫磺外，重要有：硫鐵礦、硫精砂（尾砂）、有色金屬冶煉氣、焦?fàn)t氣、天然氣、石油氣中硫化氫也可作為制取二氧化硫氣體原料。2.2.1接觸法生產(chǎn)硫酸由下列四個工序構(gòu)成H2SO4SOH2SO4SO3SO2闡明①制備二氧化硫氣體；②精制二氧化硫以除去其中雜質(zhì)；③二氧化硫氧化成三氧化硫；④三氧化硫被吸取而變成硫酸。2.2.2接觸法優(yōu)缺陷接觸法制造硫酸重要有如下長處：①產(chǎn)品純度高，且產(chǎn)品種類多；②設(shè)備腐蝕較輕，容易維護(hù)并且維護(hù)費(fèi)用也較小，設(shè)備壽命比較長，管理也比較容易；③生產(chǎn)比較平穩(wěn)，指標(biāo)波動范疇小。接觸法缺陷重要有：投資較大、建造速度慢、采酸率較低等。2.3硝化法制造硫酸硝化法（涉及鉛室法和塔式法）是借助于氮氧化物使二氧化硫氧化制成硫酸。其中鉛室法在1746年開始采用，反映是在氣相中進(jìn)行。由于這個辦法所需設(shè)備龐大，用鉛諸多，檢修麻煩，腐蝕設(shè)備，反映緩慢，成品且為稀硫酸，因此，這個辦法日后逐漸地被裁減。在鉛室法基本上發(fā)展起來塔式法，開始于本世紀(jì)初期。19在奧地利建成了世界上第一種塔式法制硫酸工廠，其制造過程同樣是使氮氧化物起氧傳遞作用，從而氧化二氧化硫，再用水吸取三氧化硫而制成硫酸，不同是該過程在液相中進(jìn)行，生產(chǎn)成本及產(chǎn)品質(zhì)量都大大優(yōu)于鉛室法。塔式法制出硫酸濃度可達(dá)76%左右，當(dāng)前，國內(nèi)仍有少數(shù)工廠用塔式法生產(chǎn)硫酸。當(dāng)前國內(nèi)硫酸生產(chǎn)接觸法占絕大某些，塔式法已很少，但是硝化法還具備它一定長處。雖然它產(chǎn)酸濃度為76％左右，該濃度酸適合制造過磷酸鈣，此外此種生產(chǎn)辦法設(shè)備簡樸，建廠快，硫運(yùn)用率比較高，可以用雜質(zhì)比較高原料，其缺陷是必要消耗硝酸。2.3.1硝化法制造硫酸可歸納為三個重要過程低檔氮化物（NO）高檔氮化物SO2+低檔氮化物（NO）高檔氮化物SO2氧化高檔氧化氮高檔氧化氮HH2SO4①二氧化硫與氮氧化物作用。反映成果，二氧化硫被闡明氧化成硫酸，高檔氮氧化物轉(zhuǎn)變?yōu)榈蜋n氮氧化物（NO）。②一氧化氮氧化。目在于使其變?yōu)楦邫n氮氧化物，并再次參加二氧化硫氧化反映。③氮氧化物回收。以硫酸吸取高檔氮氧化物使之與尾氣分離回收。2.3.2硝化法優(yōu)缺陷硝化法制造硫酸重要有如下長處：①投資小，建設(shè)速度快；②采酸率高，可達(dá)92%以上，電消耗比較少。硝化法缺陷：①普通只能生產(chǎn)稀硫酸；②設(shè)備腐蝕較重，維護(hù)也比較困難，維護(hù)費(fèi)用也較高；③生產(chǎn)操作比較不穩(wěn)定，指標(biāo)波動大。第三章硫酸生產(chǎn)全工段工藝簡介3.1SO2氣體制取制取SO2氣體是制取硫酸第一步，也是制取硫酸重要一步?，F(xiàn)今制取SO2氣體辦法重要有，燃燒硫鐵礦，燃燒硫磺，還原硫酸鹽，冶煉煙氣以及各種含硫工業(yè)廢料再次運(yùn)用等辦法。但現(xiàn)今采用最多還是硫鐵礦與硫磺燃燒這兩種方式。3.2爐氣凈化進(jìn)入凈化系統(tǒng)爐氣具有0.5~30g/cm3礦塵。礦塵積累起來不但堵塞管道設(shè)備，并且其中氧化鐵能與酸霧形成硫酸鐵，覆蓋在二氧化硫催化劑表面，既減少催化劑活性，又增長了床層阻力。此外，硫鐵礦中所含砷，硒，氟等雜質(zhì)，分別以不同形式進(jìn)入到爐氣中，其中一某些或大某些隨爐氣帶入凈化系統(tǒng)。砷能使催化劑中毒，氟能腐蝕設(shè)備。進(jìn)入轉(zhuǎn)化器后，還能侵蝕催化劑載體，引起粉化，使催化床阻力上漲。隨同爐氣帶入凈化系統(tǒng)尚有水蒸氣和少量三氧化硫氣體，兩者結(jié)合可形成酸霧。酸霧在洗滌塔中較難吸取，帶入轉(zhuǎn)化系統(tǒng)會減少二氧化硫轉(zhuǎn)化率，腐蝕系統(tǒng)設(shè)備和管道。因而，爐氣必要進(jìn)行一部進(jìn)化和干燥，方可進(jìn)行二氧化硫催化氧化。爐氣凈化可用干法或濕法進(jìn)行。當(dāng)前普遍采用是濕法凈化。爐氣凈化技術(shù)隨著凈化設(shè)備進(jìn)步而提高。初始，由簡樸重力沉降室和慣性除塵室、旋風(fēng)除塵器等所構(gòu)成，凈化效率低下。自1960年美國科學(xué)家F.G.科特雷爾創(chuàng)造了高壓靜電除塵、除霧設(shè)備后，加快了爐氣凈化技術(shù)發(fā)展步伐。高效旋風(fēng)除塵器、文式管、泡沫塔、新型填料塔、星形鉛間冷器、板式冷卻器、沖擊波洗滌器、高密度聚乙烯泵、耐稀酸合金泵等高效耐磨蝕設(shè)備浮現(xiàn)，使凈化設(shè)備選型范疇擴(kuò)大了，壽命延長了，增進(jìn)了爐氣凈化工藝辦法更加合理、完善。3.3SO2氣體轉(zhuǎn)化3.3.1一次轉(zhuǎn)化一次吸取為了使轉(zhuǎn)化器中SO2催化氧化過程盡量地遵循最佳溫度曲線進(jìn)行，隨著轉(zhuǎn)化率提高，必須從反映系統(tǒng)中除去多余熱量，是溫度相應(yīng)地減少。按照換熱方式不同，轉(zhuǎn)化器可以分為多段換熱式和持續(xù)換熱式兩類。由于SO2最后轉(zhuǎn)化率很高，反映前期與后期單位時(shí)間內(nèi)單位體積催化床反映熱相差倍數(shù)很大，用普通持續(xù)換熱式轉(zhuǎn)化器時(shí)，過程難以遵循最佳溫度曲線；并且溫度調(diào)節(jié)也很困難，對于氣體構(gòu)成和空速變化適應(yīng)性也很差；再加上構(gòu)造復(fù)雜，催化劑裝填系數(shù)較小，設(shè)備生產(chǎn)能力也低。因此當(dāng)前普遍采用多段換熱式轉(zhuǎn)化器。一次轉(zhuǎn)化一次吸取工藝也許達(dá)到最佳最后轉(zhuǎn)化率是97.5～98%如果要得到更高轉(zhuǎn)化率，將使所需催化劑用量大幅度增長，這是不經(jīng)濟(jì)，并且還受到平衡轉(zhuǎn)化率限制。如果將尾氣直接排入大氣，將導(dǎo)致嚴(yán)重大氣污染。3.3.2二次轉(zhuǎn)化二次吸取兩次轉(zhuǎn)化兩次吸取工藝與一次轉(zhuǎn)化一次吸取工藝相比，能用較少催化劑而獲得很高最后轉(zhuǎn)化率，核心在于將整個轉(zhuǎn)化過程分為兩次進(jìn)行。第一次使大某些SO2得到轉(zhuǎn)化，普通控制轉(zhuǎn)化率在90%左右，然后進(jìn)入第一吸取塔（或稱中間吸取塔）將SO2吸取，再進(jìn)行第二次轉(zhuǎn)化。此時(shí)由于反映混合物中不含SO3，并且SO2濃度很低，O2/SO2比值較一次轉(zhuǎn)化要高得多，在這種狀況下，平衡轉(zhuǎn)化率高，反映速度快，用較少催化劑就能保證轉(zhuǎn)化率達(dá)到95%左右。兩次轉(zhuǎn)化最后轉(zhuǎn)化率因工藝條件而異，普通在99.5～99.8%范疇內(nèi)。依照設(shè)計(jì)規(guī)定及工藝條件，本次設(shè)計(jì)擬采用兩轉(zhuǎn)兩吸工藝。3.3.3沸騰轉(zhuǎn)化老式上，二氧化硫催化氧化過程都是采用固定床轉(zhuǎn)化器。這種轉(zhuǎn)化器生產(chǎn)強(qiáng)度受到各種因素限制：催化劑顆粒不能太小，否則反映氣體通過催化床流體阻力太大；釩催化劑導(dǎo)熱系數(shù)小，不能采用換熱管將固定床中熱量除去；不能采用高濃度二氧化硫氣體。為了克服這些缺陷，可采用沸騰轉(zhuǎn)化。沸騰轉(zhuǎn)化能從催化床中非常有效地除去熱量，可以使用小顆粒催化劑和采用高濃度二氧化硫氣體。并且，采用沸騰床轉(zhuǎn)化器可以減少工廠投資，提高蒸汽回收量。硫酸廠使用這種轉(zhuǎn)化器重要障礙是催化劑磨損問題。3.4SO3氣體吸取氣體中二氧化硫經(jīng)催化氧化形成三氧化硫后，即送入到吸取系統(tǒng)用發(fā)煙硫酸或濃硫酸吸取，形成不同規(guī)格產(chǎn)品硫酸。吸取過程可用下式表達(dá)：變化上式中n值，便形成相應(yīng)濃度產(chǎn)品硫酸。當(dāng)n>1時(shí)，形成發(fā)煙硫酸；n=1時(shí)，形成無水硫酸；n<1時(shí)，則為含水硫酸，即硫酸和水溶液。規(guī)定生產(chǎn)發(fā)煙硫酸時(shí)，可采用兩端吸取流程。轉(zhuǎn)化氣一次通過發(fā)煙硫酸吸取塔和濃硫酸吸取塔，分別為發(fā)煙硫酸和98.3%硫酸吸取SO3氣體后，氣相中SO3含量可降至0.1~0.01%，然后由濃硫酸吸取塔出口引至尾氣解決某些，或直接通過捕沫后放空。3.5尾氣解決硫酸廠尾氣中有害物，重要是SO2（約0.2%~0.5%），少量SO3和酸霧。因而，減少尾氣中有害物排放，重要應(yīng)當(dāng)是提高SO2轉(zhuǎn)化率及SO3吸取率。提高SO2最后轉(zhuǎn)化率，使之達(dá)到99.75%，就符合當(dāng)前排放原則。采用兩轉(zhuǎn)兩吸流程時(shí)，在正常條件下，是可以達(dá)到。故在新建硫酸廠中，這種流程以得到廣泛采用。但是，在初期建成硫酸裝置中，絕大多數(shù)為一轉(zhuǎn)一吸流程，對尾氣及含低濃度SO2氣體解決辦法甚多，且各具特色。3.5.1氨法用氨水或銨鹽溶液吸取形成亞硫酸銨—亞硫酸氫銨吸取液。持續(xù)引出某些吸取液進(jìn)行解決，隨著解決辦法不同，所獲得產(chǎn)品異不同。其中應(yīng)用最廣是氨—堿法。3.5.2堿法用各種堿液吸取尾氣中SO2，可以免除氨法中氨損失和霧沫。慣用堿吸取液有碳酸鈉溶液，氫氧化鎂溶液及石灰乳等。其共同長處是：脫除率高，工藝簡樸。其中，石灰乳吸取法突出長處是石灰來源以便，價(jià)格低廉，投資和操作費(fèi)用較低。3.5.3金屬氧化物法金屬氧化物所形成堿性溶液，亦可作為SO2吸取劑。重要有堿性硫酸鋁—石膏法；氧化鋅溶液吸取法；氧化錳法等。3.5.4活性炭法活性炭普通具備較大內(nèi)表面積，是一種良好吸取劑。當(dāng)尾氣中SO2在一定條件下通過活性炭層時(shí)，被活性炭表面吸附。在100℃如下重要為物理吸附，提高溫度后，從物理吸附轉(zhuǎn)向化學(xué)吸附。在活性炭表面，吸附態(tài)SO2和吸附態(tài)氧作用，形成吸附態(tài)SO3，有水存在時(shí)，便形成硫酸。3.5.5控制SO2排放其她辦法此類辦法重要有稀釋法，CIL法，調(diào)節(jié)供氣法等。第四章4.1兩次