1、 年产 15 万吨硫酸工艺设计Process Design of Annually Output of 150,000 Tons Sulfuric Acid目 录摘要 .IAbstract.II第 1 章 文献综述.11.1 概述 .11.1.1 硫酸的性质及基本用途 .11.1.2 我国硫酸工业的发展状况 .11.1.3 硫酸在国民经济中的重要性 .21.2 设计规模和规格 .21.2.1 设计规模 .21.2.2 产品及规格 .21.3 生产路线选择论证 .31.3.1 硫磺制取硫酸主流程方块图 .31.3.2 硫磺中杂质对制酸工艺的影响 .31.3.3 硫磺制酸与硫铁矿制酸的优缺点比较
2、.4第 2 章 工艺技术方案 .62.1 重点设计工序的生产基本原理 .62.1.1 最佳温度的选择 .72.1.2 SO2 最适宜浓度的选择 .72.1.3 催化剂的选择 .72.2 重点设计工序的生产方法选择论证 .82.2.1 干吸流程的选择论证 .82.2.2 转化流程的选择论证 .102.2.3 硫磺制酸的废热利用 .122.3 设备选择论证 .122.3.1 废热锅炉的选择 .122.3.2 焚硫炉的设计 .122.3.3 转化器的选择 .132.3.4 酸冷却器 .132.3.6 过热器 .132.3.7 硫酸生产中的三废治理 .13第 3 章 工艺计算.153.1 物料衡算 .
3、153.1.1 已知条件 .153.1.2 系统物料衡算 .153.1.3 空气干燥 .183.2 焚硫 .213.2.1 炉气量 .213.2.2 进口量 .223.2.3 焚硫炉 .223.3 一次转化 .233.3.1 计算并绘制平衡曲线 .233.3.2 绘制最适宜温度曲线 .243.3.3 绝热操作线 .253.3.4 转化率的分配 .263.3.5 一转各段进出口物料衡算 .263.4 第一吸收塔 .283.5 二次转化 .293.5.1 绘制平衡曲线 .293.5.2 绘制最适宜温度曲线 .303.5.3 绝热操作线 .313.5.4 二转各段进出口物料平衡 .313.6 换热器
4、及换热面积的计算 .323.6.1 高温过热器 .323.6.2 第换热器 .333.6.3 第换热器 .343.6.4 第省煤器 .343.6.5 第低温过热器 .353.6.6 第低温过热器 .363.6.7 第省煤器 .363.7 第二吸收塔 .373.8 吸收水平衡 .39结 论.41致 谢.42参考文献 .43附 录.44I年产 15 万吨硫酸工艺设计摘要：以硫磺为原料生产硫酸，大大简化了工艺过程，节省了投资费用，且产品质量高。本设计主要介绍了年产 15 万吨硫酸的工艺计算、主要设备的尺寸计算及选型、工艺流程的配置、环境保护等。该工艺主要有焚硫、转化、吸收三个工段，焚硫工段中焚硫炉是
5、硫磺制酸的关键设备，焚硫炉运行时要保证液硫的雾化效果，即采用高质量的液硫雾化装置；转化、吸收工段采用了硫酸工业中技术成熟的“两转两吸” “3+2”五段转化工艺，一转转化率达到 93.5%、二转转化率达到 96.9%，总转化率和吸收率均达到 99.8%，在提高硫利用率的同时，减少了废气、废水的排放，提高了废热的利用效率，做到了资源利用的最大化。关键词：硫磺 硫酸 工艺 设备 设计 IIProcess Design of Annually Output of 150,000 Tons Sulfuric AcidAbstract：Use sulfur as raw material to produ
6、ce sulfuric acid has the following benefits：simplify processes，save investment spending，and improve product qualityThis process design introduces the process calculation，size calculation and model selection of the main equipment，process configuration，and environmental protectionThis process design h
7、as three main sections： burning sulfur，transferring，and absorbingDuring the burning sulfur section，blast furnace is the key equipmentWhen running the sulfur section，the liquid sulfur need to be kept atomized which means using the high quality liquid sulfur atomization equipmentThe transferring and a
8、bsorbing sections use “double transferring and double absorption”，3+2 five transferring sections， which is mature technique in the sulfuric acid industryDuring the transferring and absorbing sections，the first transferring rate can reach 93.5%， the second transferring rate can reach 96.9%，and the to
9、tal transferring rate and absorbing rate can reach 99.8%Using this technique，the operation rate can be increasedMeanwhile，the discharging of waste gas and waste water can be decreasedFurthermore， the utilization efficiency of waste hear will be increased to maximize the resource utilizationFurthermo
10、re ，this process design contains two related drawing design：piping and instrument diagram of sulfuric acid production from sulfur-burning，and middle absorption tower equipment drawingKey words：sulfur；sulfuric acid；process；equipment；design1第 1 章 文献综述1.1 概述1.1.1 硫酸的性质及基本用途硫酸纯品为无色油状液体。工业品因含杂质而呈黄、棕等色。密度
11、（液态）1.831g/cm3。凝固点 10.36。沸点（3300.5）。 98.3的硫酸水溶液为恒沸混合物，沸点 339。一种活泼的二元无机强酸。能与许多金属、金属氧化物或其他酸的盐类反应生成硫酸盐。浓硫酸具有强烈的脱水作用和氧化性。能使木材、纸张、棉麻织物等强烈脱水而炭化。与水混合反应激烈，放出大量热。用水稀释时应在不断搅拌下将硫酸缓缓注入水中，切勿将水注入酸中造成溅酸伤人。低于 76的硫酸与金属反应放出氢气。硫酸的用途十分广泛，作为重要的化工基本原料之一，广泛应用于化工、国防、冶金、医药、石油、纺织等各个工业部门。硫酸主要用于生产化学肥料合成纤维、涂料、洗涤剂、制冷剂、饲料添加剂和石油的精
12、炼、有色金属的冶炼以及钢铁、医药和化学工业。在化肥工业方面，使用大量的硫酸用于生产磷酸、磷铵、过磷酸钙及硫酸铵，其消耗量占硫酸产量的 50%60%。在冶金工业中，用硫酸作为钢铁表面氧化皮的清洗剂；在化学工业中硫酸是生产各种硫酸盐的主要原料，是塑料、人造纤维、染料、油漆、药物等生产中不可缺少的原料。在农药、除草剂杀鼠剂的生产中亦需要硫酸；在有色金属的生产中，用硫酸配制电解液用于精制各种金属；某些贵重金属的精炼也需用硫酸溶去夹杂的其他金属。在有机合成工业中，硫酸用于各种磺化反应和硝化反应。在石油工业中，石油精炼需用硫酸除去石油产品中的不饱和烃、胶质及硫化物等杂质。在火药及国防工业中，浓硫酸用于制取
13、硝化甘油、硝化纤维、三硝基甲苯等炸药；原子能工业中用于浓缩铀。1.1.2 我国硫酸工业的发展状况我国硫磺制酸工业随着国民经济的发展得到了快速发展。据统计，2002年全国硫酸总产量30510.93kt，硫磺制酸产量已占总产量的36.4% 。而2010年全国硫酸总产量35287.66kt，硫磺制酸产量已占总产量的42.1%。不但产量增加，硫酸生产技术的进步也很显著。在生产发展中技术不断进取是我国硫酸工业的特点。特别是20世纪80年代以来，加强与国外技术交流和国际合作，引进部分工艺技术和先进设备，通过消化和吸收国外先进技术，开发了许多新设备、新材料，使我国的硫酸生产技术水平有了很大的提高，逐步缩小了
14、与世界先进水平的差距。采用国产化技术建设硫酸装置一直是我国硫酸工业2的主体。2011 年以来，随着政府刺激内需政策效应的逐渐显现以及国际经济形势的好转，硫磺制硫酸下游行业进入新一轮景气周期从而带来硫磺制硫酸市场需求的膨胀，硫磺制硫酸行业的销售回升明显，供求关系得到改善，行业盈利能力稳步提升。同时，在国家“十二五”规划和产业结构调整的大方针下，硫磺制硫酸面临巨大的市场投资机遇，行业有望迎来新的发展契机 1。1.1.3 硫酸在国民经济中的重要性 硫酸是化学工业的重要产品，又是许多工业生产的重要原料。硫酸常常被列为国家主要化工产品之一，人们往往用硫酸的年产量来衡量一个国家的化工生产能力。对于中国的硫
15、酸工业来说，21 世纪是一个全新的发展阶段。资源的全球化配置、国外资金与技术的全面介入，必将打破中国硫酸工业的原有格局，我们的技术水平、生产管理水平也将因此而跃上一个新的台阶。对于企业来说，机遇与挑战并存，只要迅速树立“国际准则”观念，及时调整发展方略、不断提高竞争实力，就能够成功地立足于国内乃至国际硫酸市场。面对未来，我们充满信心，经过入世风雨的涤荡之后，中国必将跻身于世界硫酸强国之林。1.2 设计规模和规格1.2.1 设计规模设计规模：15 万吨/年年工作日：300 天1.2.2 产品及规格原料：硫磺 规格：含水:0.24% 灰分：0.72%产品：98% 的浓硫酸规格：产品质量标准执行中华
16、人民共和国工业硫酸标准（GB / T 534-2002）一等品规格，硫酸质量符合下表要求：3表 1.1 硫酸质量指标表指标名称 浓硫酸1 硫酸（H 2so4） 98.02 灰粉% 0.033 铁（Fe）含量 0.014 砷(As)含量% 0.0055 透明度 mm 506 色度 ml 2.01.3 生产路线选择论证1.3.1 硫磺制取硫酸主流程方块图图 1.1 硫磺制取硫酸主工艺流程图1.3.2 硫磺中杂质对制酸工艺的影响硫磺中的杂质主要有灰分、水分、酸度和硫化氢等，它们对制酸工艺的影响分述如下：（1）灰分硫磺，特别是回收硫，在产出时灰分含4量是比较少的。但它们以固态经过堆存、装卸和运输，以及
17、用户的库存，将受到各种固体杂质的污染，使其灰分含量增加。硫磺中灰分能污染加热表面而降低它的传热系数，部分灰分在熔硫槽、澄清槽中沉降，过多的灰分将缩短熔硫槽和澄清槽的清理周期。原料硫磺（固态）灰分含量一般不宜超过 0.05%。（2）水分硫磺中的水分在熔硫和液硫澄清过程中基本上全部被蒸发掉。硫磺中水分多或少，仅影响熔硫时的蒸汽消耗量。与完全没有水分时比较，每含 1%水分，熔硫蒸汽的理论消耗量（指完全没有热损失时）增加 16.6%。液态硫磺含水分 0.01%0.03%是正常的，固态硫磺当含水分在 1%以上，熔硫时则剧烈起泡，影响正常操作。水分含量增高，则酸度增加，贻患无穷。（3）酸度硫磺中酸度（以
18、H2SO4 计）呈游离态。这些酸是在潮湿的环境和在细菌的作用下，硫被空气缓慢氧化而形成的。在熔硫时，它积聚在液硫表面而被分离出来，不会影响焚硫和转化工序操作。但酸度过高则严重腐蚀熔硫设备。（4）硫化氢烃类与液态硫会通过下列缓慢的反应而产生少量的硫化氢：8C5H12 +13S 5C 8H14 +13H2S （1-1）美国 Texasgulf 公司曾对硫磺贮槽中发生 H2S 爆炸事故进行过研究，对硫磺贮槽上部空间的气体进行分析，气体中除经常含有浓度不等的 H2S 外，还存在浓度恒定为0.01%（ mol 计）的 C8H14、 H2S。有的可以达到或超过燃爆浓度。但回收硫中，烃类含量少，不会达到爆炸
19、限，而 C8H14 浓度始终恒定，可以认为它已经与硫磺中烃类达到平衡。在 138以下，烃类与硫的反应速度很慢，生成的 H2S 能溶解于液态硫中。H 2S 在液硫中的溶解度随温度上升而增加，这种反常现象是由于反应生成多硫化氢（H 2S4）之故。温度降低也有分解出 H2S 的倾向 2。1.3.3 硫磺制酸与硫铁矿制酸的优缺点比较硫磺制酸与硫铁矿制酸工艺比较：（1）减少工序，消除污染源 硫磺制酸工艺少了粉碎、水洗净化两道复杂的工序，同时也消除了大量污染源粉尘、污水、矿渣。（2）能源消耗下降5工艺过程改进后，动力设备投用量大幅减少，动力消耗明显下降。矿石制酸电耗为110KWh/t，硫磺制酸为70KWh
20、/t，下降了36% ；深井水用量从 100万t/a，下降到20万t/a。硫磺制酸工艺能源利用更加合理。硫磺炉出口的1000温度的二氧化硫气体经中压锅炉、过热器、省煤器充分利用热量后，二氧化硫气体降温至420进入转化器。（3）生产场地缩小为企业提供了发展空间 由于工艺过程改进后，工艺路线大幅缩短，生产用地大幅缩小，现生产装置占地仅不到原装置的十分之一，且节省了大量矿料和矿渣堆场，这对企业的发展和充分利用土地资源极为重要。（4）工艺改造前后的效果表1.2 矿石工艺与硫磺工艺比较悬浮物(吨/年）砷(吨 /年)氟(吨/年)污水量(万吨/年)排污费(万元/年)矿石工艺硫磺工艺6701161.0101204301688727综上所述硫磺制酸工艺相对矿石制酸工艺有许多的改进之处，它是一条清洁生产的工艺，更节能环保，只有这样的生产工艺才能使化工企业生存和发展得更好。走好可持续发展之路，利国利民 3。
