可行性研究报告-楚源

编号： 2009-12-02 湖 北 楚 源 高 新 科 技 股 份 有 限 公 司 硫 酸 余 热 回 收 利 用 项 目 可行性研究报告 湖 北 省 化 学 工 业 研 究 设 计 院 工程咨询资格证号：工咨甲 12120070015 二 O O九 年 一 月 湖北楚源高新科技股份有限公司硫酸余 热 回收利用 项 目可行性研究 报 告 湖北省化学工业研究设计院 1 院 长 ： 雷 兴 家 总 工 ： 胡 海 平 项 目 负 责 人 ： 刘 一 鸣 主要编制人员 ： 工 艺 ： 刘一鸣 邓燕青 陈 伶 刘 畅 总 图 运 输 ： 张 波 设 备 ： 肖冬娥 张 波 土 建 ： 熊继尧 郭 军 李鸿波 蒋桃蓉 电 气 ： 袁 旷 给 水 排 水 ： 刘三华 自 控 仪 表 陈连和 消 防 刘三华 技 术 经 济 ： 肖冬娥 杨里红 环 境 保 护 ： 石眺霞 刘文岗 安 全 卫 生 姜京哲 胡红华 目 录 1 概 述 .1 1.1 概述 .1 1.2 项目建设的有利条件 .6 1.3 结论和建议 .7 2 产品方案和生产规模 .9 2.1 产品方案是否符合国家政策 .9 2.2 产品方案和生产规模 10 2.3 技术改造项目特点 11 3 工艺技术初步方案 12 3.1 企业硫酸装置工艺流程 12 3.2 硫酸余热利用技术概况 16 3.3 企业装置现状 23 3.4 本项目节能技术改造方案 25 3.5 主要设备选择 29 3.6 自控技术方案 30 3.7 自动控制 30 4 原料、辅助材料及动力供应 33 4.1 原材料及动力供应 33 5 建厂条件和厂址方案 34 5.1 建厂条件 34 5.2 厂址方案 38 6 总图运输、土建、界区内外管网 39 6.1 总图运输 39 6.2 工厂运输 40 6.3 土建 40 7 公用工程和辅助设施 42 7.1 给排水 42 7.2 供电 42 7.3 电信 43 7.4 供热工程 44 7.5 维修 44 7.6 分析化验 44 7.7 生活设施 44 8 节 能、节水 .45 8.1 节能 45 8.2 节水 48 9 消 防 49 9.1 编制依据 49 9.2 工程概述 49 9.3 消防措施 50 湖北楚源高新科技股份有限公司硫酸余 热 回收利用 项 目可行性研究 报 告 湖北省化学工业研究设计院 3 10环境保护 52 10.1厂址与环境现状 52 10.2执行的环境质量标准和排放标准 52 10.3主要污染源、污染物及治理措施 55 10.4初步环境影响分析 55 10.5清洁生产分析 55 10.6环境管理与监测 56 11劳动保护与安全卫生 57 11.1编制依据 57 11.2项目过程中危害因素的分析 58 11.3职业安全卫生防护的措施 65 12工厂组织和劳动定员 69 12.1工厂体制及组织机构的设置 69 12.2生产班制和定员 69 12.3人员的来源和培训 69 13项目实施初步规划 71 13.1建设周期的规划 71 13.2实施进度规划 71 13.3项目招标内容 72 14投资估算和资金筹措 74 14.1投资估算 74 14.2资金筹措 75 15财务评价 79 15.1成本和费用估算依据及说明 79 15.2生产成本和费用估算 80 15.3销售收入和利润估算 80 15.4项目内部收益率的计算、投资利润率、投资回收期等指标的计算 81 15.5不确定性分析 81 15.6评价结论 82 16 结论与建议 .95 16.1结论 .95 16.2建议 .96 附件：总平面布置图（2009-12-Z01） 湖北楚源高新科技股份有限公司硫酸余 热 回收利用 项 目可行性研究 报 告 湖北省化学工业研究设计院 1 1 概 述 1.1 概述 1.1.1项目名称、建设单位、企业性质及法人 项目名称：硫酸余热回收利用项目 建设单位：湖北楚源高新科技股份有限公司 建设地点：湖北省石首市张城垸工业园区 企业性质：股份有限公司 法人代表：杨志成 1.1.2建设单位基本情况 湖北楚源高新科技股份有限公司成立于 2000年 12月 29日，公 司座落在石首市高新技术园区，属国家火炬计划重点高新技术企业， 注册资金为 13500万元。公司现有员工 3949人，其中具有大专以上 学历 1190人，高级工程师 22人，高级经济师 2人，工程师 163人。 目前，公司已建立了省级企业技术中心和博士后科研工作站，拥有自 主的研发机构，锻造了一大批企业管理的人才队伍。长期以来，公司 顺应集团“统一领导、单独核算、自主经营、自负盈亏”的管理模式， 有效地发挥了高新技术企业独特的优势，营造了跨跃发展的良好态势。 几年来，公司十分善于捕捉市场商机，抢抓市场机遇，依托科技 进步不断加大产品的研发力度，卓有成效的走出了一条“人无我有、 人有我优、人优我转”产品研发的路子。先后成功开发年产 22000吨 的精品 H酸、5000 吨 J酸、12000 吨吐氏酸、35 万吨硫酸、15000 吨 退热冰等 10多个高科技产品链，产量突破 40万吨。同时各种有机原 料年使用量已达到 4万吨以上，其开发的产品在国际市场占有重要的 位子，引导着国际化工市场。公司采用高压碱熔工艺生产的 H酸在收 率和生产成本等方面都取得了重大突破，富有较强的市场竞争优势， 产品畅销欧美、日本及东南亚等地。该项目被国家计委列为“高技术 产业化示范工程”，H 酸产品被国家科技部等五部委联合认定为“国 家重点新产品”，J 酸产品被国家经贸委认定为“国家级新产品”。 公司将长期奉行“科技兴业、追求卓越”的发展理念，主要是在 稳定现有产品的基础上，加大技改投入，2009 年计划投入产品研发和 技术改造资金 2亿以上，充分利用新技术、新工艺、新设备、重点对 关键性的工艺进行技术改造，让老产品出新工艺，增强化工中间体市 场占有率，实现真正意义上的“高科技、高起点、高市场占有率、高 出口创汇”的大企业大公司，在国际化工领域中频传捷报，再谱辉煌。 公司在企业内部不断进行技术改造和新产品研制开发的同时，还 与国内多家大专院校、科研机构建立了广泛的联系，和国外多家知名 公司如德国赫斯特公司、美国 PCT公司、韩国格林威尔公司等进行了 长期广泛的友好合作，发展高新技术产品，公司一向是不遗余力。 公司历来把环境保护、安全生产视为两件天大的事。在环保方面； 近年来，公司加大环保治理的投资力度，共投资 8000多万元，环保 工作已通过湖北省环保局验收，排放标准达一级。在安全生产方面， 公司一贯坚持“安全第一、预防为主”的原则，先安全后生产，不安 湖北楚源高新科技股份有限公司硫酸余 热 回收利用 项 目可行性研究 报 告 湖北省化学工业研究设计院 3 全不生产。公司建立和健全了安全管理网络，制定和完善了各种安全 生产管理制度和安全操作规程。 2007年公司拥有总资产 115976万元，实现销售收入 194750万元， 利润 15997万元，税金 11968万元，出口创汇 11840万美元，2008 年 实现销售 311398万元，利润 11087万元，税金 9832万元，出口创汇 10250万美元。 尽管市场竞争激烈，公司仍保持了较好的发展势头，从目前市场 行情走势看。2010 年以后，将迎来市场销售的黄金季节。 湖北楚源高新科技股份有限公司拥有自营进出口权，经过多年的 外贸工作，积累了丰富的经验，并有大批稳定的客户，该公司进出口 渠道畅通，能保证本产品很好地参与国际竞争。公司还与世界各国 100多家大型化工公司保持着良好的贸易关系，很多产品在美国、日 本和德国成为免检产品。和众多跨国公司有着广泛的业务往来和信息 交流，也有利于生产工艺技术的不断改造和更新。 1.1.3项目提出的背景、必要性和意义 工业企业能源消费量大，余热资源量大且集中，余热资源的回收 利用对我国节能工作意义重大。近二十年来，我国余热资源利用取得 了较大成绩，但节能潜力仍很大，发展高效余热回收技术与装置是进 一步做好余热回收利用工作的有效措施。 在硫铁矿(硫磺)制酸反应过程中产生了大量的高、中、低温余热， 从硫铁矿焙烧（硫磺焚烧）生成二氧化硫、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的每一步反应都是放热反应，总的反 应热约为 500KJ/mol硫酸。除装置散热排气等损失外，其余热量理 论上均可回收利用。随着科学技术的不断发展，回收并合理利用能源 已经成为衡量硫酸工业技术水平的重要标志之一。把硫酸厂同时看作 是一个能源工厂已逐渐形成共识。制酸过程可回收的热量中焙（焚） 烧和转化部分的高中温余热约占 70%，干吸部分的低温余热约占 30%。如何安全可靠充分合理地回收利用这些热量，不仅标志着制酸 装置的技术水平，而且还决定着制酸装置经济上的生存能力。因此通 过技术改造来充分回收利用硫酸装置余热是节能降耗的有效途径，是 企业自身发展、增强竞争力的需要。 湖北楚源高新科技股份有限公司现有 15万吨/年硫铁矿制酸装置 及 20万吨/年硫磺制酸装置（硫磺制酸装置分为 8万吨/年、8 万吨/ 年、4 万吨/年三套装置），公司目前已设废热锅炉对其高、中温余热 进行回收，为认真落实节能减排，走资源节约、生态环保的可持续发 展道路，楚源公司立足企业实际，现采用先进的节能手段对硫酸低温 位余热进行回收利用，提高废热利用率，降低能耗，符合我国节能中 长期规划要求，项目建设是十分必要的。 经测算：实施该项目需投入总资金 8500万元。该项目建成投产 后年均节约成本 1107万元，年均新增利润总额 839万元，年均新增 所得税 209万元，年均税后利润 629万元，投产后 6年内可回收全部 投资。投资利润率为 9.9%,投资利税率为 13.0%,投资内部收益率税前 为 15.2%,税后为 12.3%。 从以上各项经济指标可看出，该项目经济效益良好，各项指标均 高于行业基准值，且该项目属于节能项目，其环保效益和资源回收利 用效益明显。因此，该项目可行。 湖北楚源高新科技股份有限公司硫酸余 热 回收利用 项 目可行性研究 报 告 湖北省化学工业研究设计院 5 1.1.4可行性报告编制的依据和原则 1.1.4.1 编制依据 （1） 中石化协产发（2006）76 号化工投资项目可行性研究报 告编制办法、投资项目可行性研究指南、建设项目经济评价 方法与参数（第三版）。 （2）国家发展和改革委员会发布的节能中长期专项规划和 中国节能技术政策大纲的有关精神和内容。 （3）国家发展和改革委员会关于印发“十一五”十大重点节 能工程实施意见的通知精神及国家标准、规范、政策。 （4）湖北省化学工业研究设计院与湖北楚源高新科技股份有限 公司签订的“湖北楚源高新科技股份有限公司硫酸余热回收利用项目 可行性研究报告编制合同书”。 （5）湖北楚源高新科技股份有限公司提供的项目基础资料等。 1.1.4.2 编制原则 本可研报告的编制将遵循下述原则： (1)本报告是供公司及上级部门决策使用，因此在编制过程中按 照国家、行业和地区的发展规划，以及国家的产业政策、技术政策的 要求，对本项目的建设条件、技术路线、改造方案、经济效益、工程 建设、生产管理以及对环境的影响等各个方面进行分析对比，力求全 面 地 、 客 观 地 反 映 实 际 情 况 ， 为 上 级 领 导 部 门 决 策 提 供 依 据 。 (2)工艺技术来源立足于公司已有的先进技术，因地制宜地进行 改造，采用新工艺、新技术、新设备，节能降耗，扩大生产能力，提 高企业的综合经济效益。 (3) 经济效益是企业生存的命脉。因此，本报告编制过程中要特 别注意合理布局、优化工艺指标、节省投资、降低消耗定额以提高企 业的经济效益。 (4) 遵循持续发展的战略观念，严格执行环境保护法规、安全和 工业卫生法规，完善“三废”处理设施，环保工程与工艺装置同步设 计、同步施工和同步投产，控制对环境的污染，节约能源。 （5）项目建设与生产同时进行，尽量做到不影响或少影响正常 生产。 （6）根据装置特点，搞好各装置的衔接、配套专业的设计。充 分体现工厂设计的“五化”原则，优化设计方案，科学论证，实事求 是地提出研究结论。 1.1.5 可行性研究报告研究范围 （1）项目建设的意义和必要性； （2）节能改造方案； （3）与改造方案相适应的配套设施； （4）节能分析及计算； （5）项目的环境保护、劳动安全和卫生评估； （6）投资估算与技术经济评价。 1.2 项目建设的有利条件 （1）硫酸余热利用的效果取决于硫酸生产的主要原料硫铁矿、 硫磺的品位。楚源公司硫铁矿的来源是安徽新桥、铜陵，该矿 S（干 基）35%，湿基含水量 13%，硫磺原料来自加拿大进口，S 含量 99%， 质量稳定，有利于硫酸生产及余热利用的效益提高。 （2）余热利用项目的技术，在国内外是成熟的，主要设备已经 湖北楚源高新科技股份有限公司硫酸余 热 回收利用 项 目可行性研究 报 告 湖北省化学工业研究设计院 7 定型生产，装置性能稳定，为项目建成和尽快发挥效益提供可靠技术 保障。 （3）楚源公司技术和管理基础良好，并具有扩大再生产，更新 改造的实际经验。建设单位拥有一批具有丰富生产管理经验的高级人 才，为本项目装置建成投产和正常运行提供可靠的组织、管理保障。 （4）近几年来，公司经济效益较好，可为该项目建设自筹资金。 1.3 结论和建议 1.3.1简要结论 1、本项目的建设符合国家产业政策、节能政策和国家“十一五” 发展规划。 2、项目建设单位具备较好的技术、经济基础和外部环境，为项 目顺利实施和投产提供了良好的条件。 3、本项目拟采用的节能技术先进适用、成熟可靠、经济合理。 4、本工程为节能、环保工程,工程上马后,加强了公司硫酸装置 的余热回收,有良好的经济效益、环境效益及社会效益。 5、由财务评价指标看出：本项目财务内部收益率高于基准收益 率，投资回收期短，有一定的盈利能力和较强的抗风险能力，符合公 司发展要求，对增强企业竞争力，提高经济效益有着积极的意义。 因此，项目的实施是必要的和必需的。 1.3.2建议 1、建议项目承担单位要严格按照国家相关规范要求，科学论证， 进一步优化设计方案，认真落实项目前期各项准备工作，争取项目尽 快实施，尽早发挥效益。 2、本项目在建设过程中，因涉及到硫酸装置的改造等，对正常 生产会有一定的影响，因此在施工过程中，需要精心准备，合理安排， 避免造成不必要的损失。 附： 主要技术经济指标表 1-1。 表 1-1 主要技术经济指标 序号 项 目 名 称 单 位 数 量 备 注 一 生产方案 1 节汽（0.8Mpa） 吨/年 135000 2 节电 万 kwh/年 -255.0 3 节水 万吨/年 1800 二 节约能耗 吨标煤/年 11163 三 年操作时间 小时 7200 四 工程项目总投资 万元 8499.6 五 项目报批总投资 万元 8267.0 六 建设投资 万元 7936.9 七 流动资金 万元 332.3 八 建设期贷款利息 万元 230.4 九 年均总成本费用 万元 -1107.3 十 年均利润总额 万元 839.1 十一 年均销售税金及附加 万元 268.2 十二 财务评价指标 1 投资利润率 % 9.9 2 投资利税率 % 13.0 3 投资回收期 I(税前) II(税后) 年 年 6.1 6.7 含建设期 4 全投资内部收益率 I(税前) (税后) % % 15.2 12.3 5 全投资净现值 I (税前) II(税后) 万元 万元 1425.5 406.4 ic=11% ic=11% 6 生产能力利用率(BEP) % 62.4 湖北楚源高新科技股份有限公司硫酸余 热 回收利用 项 目可行性研究 报 告 湖北省化学工业研究设计院 9 2 产品方案和生产规模 2.1 产品方案是否符合国家政策 能源是战略资源，是全面建设小康社会的重要物质基础。节能是 我国经济和社会发展的一项长远战略方针，是当前一项极为紧迫的任 务，也是缓解能源约束矛盾的现实选择，是解决能源环境问题的根本 措施，是提高经济增长质量和效益的重要途径，是增强企业竞争力的 必然要求。化工行业是国民经济发展的重要原材料产业，也是资源密 集型的高耗能、高污染产业，是重要的能源消费大户，化工企业要把 节约资源、保护环境这一基本国策摆到应有的重要位置。 为推动全社会大力节能降耗，提高能源利用效率，缓解能源瓶颈 制约，加快建设节能型社会，我国制定和发布的第一个节能中长期专 项规划，提出了十一五乃至今后一个时期我国的节能指导思想原则 和目标、节能的重点领域、重点工程及保障措施。规划提出 2003年 到 2010年，年均节能率为 2.2%，形成的节能能力为 4亿吨标准煤， 2003年到 2020年年均节能率为 3%，形成的节能能力为 14亿吨标准 煤，主要产品单位能耗指标 2010年总体达到或接近 20世纪 90年代 初国际先进水平，其中大中型企业达到本世纪初国际先进水平；2020 年达到或接近国际先进水平， 2010年新增主要耗能设备能源效率达 到或接近国际先进水平，十一五期间在工业节能方面重点推进电力、 煤炭、有色金属、石化、化工建材等高耗能行业节能，通过结构调整、 技术改造加强管理，提高能源利用效率,并建成一批符合循环经济发 展要求的资源节约型、环境友好型先进企业和化工园区。 国家发改委节能中长期专项规划中规划了节能的重点领域 和重点工程。“十一五”期间，国家重点推出十大节能工程，其中涉 及石油和化工行业的主要有“余热余压利用工程”、“节约和替代石 油工程”、“电机系统节能工程”和“能量系统优化（系统节能）工 程”四项。目前国家发改委已启动十大重点节能工程，并对实施工作 进行具体部署。通过实施十大重点节能工程，“十一五”期间将实现 节约 2.4亿吨标准煤的节能目标。 湖北楚源高新科技股份有限公司拟进行硫酸余热利用工程的建设， 充分利用现有资源，减少热能损失，符合十大重点节能工程中“余热 余压利用工程”的有关内容，具有较明显的环保效益与社会效益，拟 建项目符合国家产业政策和行业发展规划要求。 2.2 产品方案和生产规模 湖北楚源高新科技股份有限公司现有 15万吨/年硫铁矿制酸装置 及 20万吨/年硫磺制酸装置（硫磺制酸装置分为 8万吨/年、8 万吨/ 年、4 万吨/年三套装置），其中，15 万吨/年硫铁矿制酸装置生产成 品液态三氧化硫 2万吨/年，而实际吸收工段的成品硫酸的规模为 13 万吨/年；20 万吨/年硫磺制酸装置生产成品液态三氧化硫 3万吨/年， 而实际吸收工段的成品硫酸的规模为 17万吨/年。 公司目前已设废热锅炉对一套硫铁矿制酸装置（1 台 30t/h余热 锅炉）及三套硫磺制酸装置（2 台 7t/h，1 台 10t/h）的高、中温余 热进行回收利用，而硫酸生产过程中还有另一个很大的热源，因其品 位低而长期未受到人们的重视，它就是制酸吸收系统里的 SO3反应热 和空气干燥塔里的硫酸稀释热。就数量而言，在制酸厂产生的总热量 湖北楚源高新科技股份有限公司硫酸余 热 回收利用 项 目可行性研究 报 告 湖北省化学工业研究设计院 11 中，它可占到近 30%。 本项目采用美国孟山都环境化学公司（MECS）的硫酸低位热能回 收技术（HRS）和设备，建设硫铁矿制酸低位热能回收装置一套及硫 磺制酸低位热能回收装置三套。项目实施后，在保持原有硫酸产量不 变的情况下，项目比原装置多回收 0.8MPa的低压蒸汽 135000吨/年 （18.75 t/h），即每吨硫酸多回收 0.45吨低压蒸汽，折合节标煤 12055.5吨/年。同时，HRS 工艺的循环水量只有普通制硫酸装置的 20%， 可大幅节约水资源。本项目可减少循环冷却水量 1800万吨/年。 2.3 技术改造项目特点 本节能改造项目主要是对硫铁矿及硫磺制酸装置生产过程中的低 温位热量进行回收利用： 节汽：（0.8Mpa）135000 吨/年(HRS 低温热能回收系统) 节水：1800 万吨/年 节电：-255.0 万 kwh/年 3 工艺技术初步方案 3.1 企业硫酸装置工艺流程 3.1.1硫铁矿制酸工艺流程简述 湖北楚源高新科技股份有限公司 现有15万吨/年硫铁矿制酸装置， 采用的是两转两吸“3+2”五段转化，其工艺流程由以下五个工段组 成：原料工段、焙烧工段、净化工段、转化工段、干吸成品工段。 各工段工艺过程叙述如下： (1)原料工段 硫铁矿经桥式起重机运至圆盘给料机均匀喂料给皮带运输机，经 皮带运输机送往回转干燥机，与沸腾炉排出的热渣一起干燥。 (2)焙烧工段 干燥过的硫铁矿，经过计量后送入沸腾炉下部的沸腾床内，与经 空气鼓风机送入的空气进行焙烧反应。生成的二氧化硫炉气从沸腾炉 顶部排出，进入净化系统，矿渣则从沸腾床经炉下部的排渣口排出， 一部分送往回转干燥机干燥硫铁矿，其余的排除。 (3)净化工段 来自焙烧工段的二氧化硫炉气（900），先经空气冷却器冷却 并除去部分矿尘，再经水洗净化。经过净化的气体送往干燥塔进行干 燥。 (4)转化工段 经过干燥的二氧化硫炉气，通过二氧化硫鼓风机首先依次送往换 湖北楚源高新科技股份有限公司硫酸余 热 回收利用 项 目可行性研究 报 告 湖北省化学工业研究设计院 13 热器和，依次被从转化器第三段和第一段出来的三氧化硫气体加 热，于大约 420的温度下，进入转化器的第一段。气体中部分二氧 化硫，在催化剂的催化作用下，与气体中的氧进行反应，生成三氧化 硫并放出反应热，使反应后的气体温度升高。为了使未反应的那部分 二氧化硫进一步转化，从第一段出来的气体在换热器内进行冷却， 然后进入第二段，继续进行二氧化硫的转化反应。从第二段出来的气 体在换热器中被冷却，然后进入第三段进行转化。从第三段出来的 气体中，绝大部分二氧化硫已经转化为三氧化硫。为了达到更高的最 终转化率，使从第三段出来的气体在换热器中被冷却并在中间吸收 塔内用浓硫酸将气体中的三氧化硫吸收除去。从中间吸收塔出来的气 体，已基本上不含三氧化硫，只含有少量未转化完全的二氧化硫。为 使气体达到催化氧化所需要的温度，气体通过、换热器，依次被 从第四段出来的气体和第二段出来的气体加热，然后进入转化器的第 四段，从第四段出来的气体经换热后进入第五段进行二氧化硫的最终 转化。经过第五段转化，二氧化硫总转化率可达到 99.5以上。从转 化器第五段出来的气体，在换热器中被冷却，然后进入最终吸收塔， 将气体中的三氧化硫全部吸收除去。从最终吸收塔出来的气体，通过 烟囱排入大气。 (5)干吸成品工段 干吸系统均采用单一的98硫酸干燥和吸收。循环槽为卧式槽， 其中干燥塔和中间吸收塔共用一循环槽-干吸塔酸循环槽。干燥塔， 第一吸收塔和第二吸收塔均为填料塔。 干燥塔内喷淋60,98%浓硫酸，吸收气体中水份后自塔底也排至 吸塔酸循环槽中与中间吸收塔吸收酸混合，混合酸由干燥塔酸循环泵 送入干燥塔酸冷却器中，冷却至60后，送到塔顶喷淋。 中间吸收塔喷淋98%硫酸，吸收气体中SO 3后自塔底也排至干吸塔 酸循环槽中，经与干燥塔下塔酸混合后通过中间吸收塔酸循环泵送入 中间吸收塔酸冷却器，冷却至70后送到塔顶喷淋。为了维持干吸塔 循环酸的浓度，向干吸塔酸循环槽中加入工艺水。 最终吸收塔内喷淋98%硫酸，吸收气体中SO 3后自塔底排至最终吸 收塔酸循环槽中，再通过最终吸收塔酸循环泵送入最终吸收塔酸冷却 器，冷却至70后送到塔顶喷淋。为了维持最终吸收塔循环酸的浓度， 向最终吸收塔酸循环槽中加入工艺水，多余的酸经最终吸收塔酸冷却 器出口串入干吸塔酸循环槽中。 成品酸从中间吸收塔酸循环泵出口引出，经成品酸冷却器冷却， 冷却至 45后经过成品酸流量计计量后送至成品酸贮罐中储存，并由 成品酸泵送出硫酸装置界区。 3.1.2硫铁矿制酸工艺流程图 公司现有硫铁矿制酸装置采用的工艺流程是典型的两转两吸 3+2 五段转化工艺流程，见图 3-1。 湖北楚源高新科技股份有限公司硫酸余 热 回收利用 项 目可行性研究 报 告 湖北省化学工业研究设计院 15 图 3-1 现有硫铁矿制酸工艺流程简图 3.1.3硫磺制酸工艺流程简述 硫磺制酸分为四个步骤：熔硫、焚硫、转化、干吸：硫磺加入熔 硫池中，同时通入 0.5MPa的水蒸汽简介加热熔融，熔硫用立式泵打 入焚硫炉与干空气雾化后于炉内焚烧，产生高温二氧化硫炉气，炉气 温度 400-420，进入转化器（即五段 3+2式），一次转化通过一、 二、三段触媒，二次转化通过四、五段触媒。换热方式一次转化采用 外部换热，二次转化的四、五段间采用空气冷激。出反应器的转化气 进入干吸系统，干吸系统均采用单一的 98硫酸干燥和吸收。循环槽 为卧式槽，其中干燥塔和中间吸收塔共用一循环槽-干吸塔酸循环槽。 干燥塔，第一吸收塔和第二吸收塔均为填料塔。干燥塔内喷淋 60, 98%浓硫酸，吸收气体中水份后自塔底也排至吸塔酸循环槽中与中间 吸收塔吸收酸混合，混合酸由干燥塔酸循环泵送入干燥塔酸冷却器中， 冷却至 60后，送到塔顶喷淋。中间吸收塔喷淋 98%硫酸，吸收气体 中 SO3后自塔底也排至干吸塔酸循环槽中，经与干燥塔下塔酸混合后 通过中间吸收塔酸循环泵送入中间吸收塔酸冷却器，冷却至 70后送 到塔顶喷淋。为了维持干吸塔循环酸的浓度，向干吸塔酸循环槽中加 入工艺水。最终吸收塔内喷淋 98%硫酸，吸收气体中 SO3后自塔底排 至最终吸收塔酸循环槽中，再通过最终吸收塔酸循环泵送入最终吸收 塔酸冷却器，冷却至 70后送到塔顶喷淋。为了维持最终吸收塔循环 酸的浓度，向最终吸收塔酸循环槽中加入工艺水，多余的酸经最终吸 收塔酸冷却器出口串入干吸塔酸循环槽中。成品酸从中间吸收塔酸循 环泵出口引出，经成品酸冷却器冷却，冷却至 45后经过成品酸流量 计计量后送至成品酸贮罐中储存，并由成品酸泵送出硫酸装置界区。 3.1.4硫磺制酸工艺流程图 图 3-2 现有硫磺制酸工艺流程简图 3.2 硫酸余热利用技术概况 八十年代末、九十年代初,我国先后新建和改造了数十套硫酸装 置，根据硫酸制酸工艺生产特点,制酸过程中释放出大量的热量，每 湖北楚源高新科技股份有限公司硫酸余 热 回收利用 项 目可行性研究 报 告 湖北省化学工业研究设计院 17 生产一吨硫酸，在焙烧硫铁矿（焚烧硫磺）时放出的热量约 4.35106kJ,炉气温度 900左右，称为高温位余热(载热介质温度在 500以上的余热)，约占硫酸生产反应热总量的 61%；二氧化硫转化 反应热约 1.01106kJ,平均温度 470左右，称为中温位余热(载热介 质温度在 250500的余热)，约占硫酸生产反应热总量的 14%；三 氧化硫干燥吸收反应热约 1.76106kJ,温度在 60120左右，称为 低温位余热(载热介质温度低于 250 的余热)，约占硫酸生产反应热 总量的 25%。 在制酸生产过程中，会产生大量的高温位余热，人们长期的实践 是，把调节硫酸厂工艺气体温度的方法与回收能量方法结合在一起。 此法是让高温的气体通过余热锅炉及其相连的蒸汽过热器和锅炉给水 预热器。硫铁矿（硫磺）制酸每产 1吨硫酸（100%H 2SO4）可产生 1.2 吨左右的高、中压蒸汽。但是硫酸生产过程还有另一个很大的热源， 因其品位低而长期未受到人们的重视，它就是吸收系统里的 SO3反应 热和空气干燥塔里的硫酸稀释热。就数量而言，在制硫酸厂产生的总 热量中，它可占到近 30%。 虽然近几年我国硫酸的生产能力及热能利用技术水平得到了较大 发展，但是在利用硫酸生产过程中产生的中、低温余热方面，与国际 先进水平相比，还有较大的利用潜力，总热能利用率只达到 70% 左右。 因此，采用国外先进的硫酸低位热能回收技术将是我国硫酸产业节能 增效的有效途径。 3.2.1高中温余热回收 我国硫酸产业结构和原料结构调整在“十五”期间取得了举世瞩 目的成绩。目前，我国硫酸产量约占世界总产量的 20%，超过美国， 居世界第一位。 硫酸生产根据原料不同，有硫磺制酸、硫铁矿制酸及冶炼烟气制 酸等。近年来我国硫酸工业技术和装备有了较大进步，并引进了国外 一些技术装置。如德国鲁奇（Lurqi）、美国孟山都（Monsanto）、 加拿大开米蒂克斯（Chemetics）、瑞典波利顿（Boliden）、日本三 菱重工（MHI）等公司的成套硫酸装置、技术、设备仪表、阀门等， 使世界上主要的先进技术和设备在国内都有了样板。为我国硫酸装置 大型化、提高硫酸生产技术及达到国际先进水平起到了重要作用。 二十世纪六十年代，我国硫酸装置开始使用中压余热锅炉。进入 八十年代，我国硫酸厂在余热利用方面进展较快，目前规模在 40kt/a 以上的硫酸厂大部分已较好地利用高温位余热产汽发电，取得了显著 的效益。 （一）可回收的高中温余热：二氧化硫生成及二氧化硫催化氧化 为三氧化硫所释放的热量，除了炉气在两个吸收塔中所损失的热量外， 其余的热量均为余热必须移出。 （二）高中温热回收系统：高中温余热的热量较分散，这些热量 是分别设置锅炉产生蒸汽，还是将它们有机组合在一起产生蒸汽，不 同的厂有不同的做法，最常见的有以下三种热回收系统。 1余热回收系统一 焙烧炉出口和一段转化出口分别设一台低压锅炉 1和 2，三段转 化冷热换热器后设省煤器 2(有时也可采用空气预热器预热燃烧空气）， 四段转化出口设低压锅炉 3和省煤器 1（小装置省煤器 1也可以不设） , 流程见图 3-3。 湖北楚源高新科技股份有限公司硫酸余 热 回收利用 项 目可行性研究 报 告 湖北省化学工业研究设计院 19 此热回收系统适用于中小型装置，优点是：投资省见效快，缺点 是：锅炉数量多运行管理难度大。而且必须有饱和蒸汽用户。 低 压 饱 和 蒸 汽中 压 过 热 蒸 汽过 热 器锅 炉 给 水锅 炉 2转 化 器 至 终 吸 塔中 压 锅 炉 给 水省 煤 器 1至 中 间 吸 收 塔来自中间吸收塔锅 炉 1高温炉气来自焚硫炉 饱 和 蒸 汽省 煤 器热 热 换 热 器冷 热 换 热 器 433421冷 热 换 热 器热 热 换 热 器省 煤 器 2饱 和 蒸 汽高温炉气来自焚硫炉 锅 炉来自中间吸收塔 至 中 间 吸 收 塔 省 煤 器 1锅 炉 给 水至 终 吸 塔转 化 器 锅 炉锅 炉 图 3-3 余热回收流程之一 2 余热回收系统二 焙烧炉出口设一中压或次中压锅炉 1，一段转化出设蒸汽过热器， 其余同余热回收系统一，流程见图 3-4。这种热回收系统也适用于中 小型装置，优点是：产生的中压或次中压蒸汽可以用于发电或热电联 产，四段转化出口锅炉 2产生的低压蒸汽用于熔硫保温和除氧。缺点 是：锅炉的数量仍然较多，运行管理难度较大。 低 压 饱 和 蒸 汽中 压 过 热 蒸 汽过 热 器锅 炉 给 水锅 炉 2转 化 器 至 终 吸 塔中 压 锅 炉 给 水省 煤 器 1至 中 间 吸 收 塔来自中间吸收塔锅 炉 1高温炉气来自焚硫炉 饱 和 蒸 汽省 煤 器热 热 换 热 器冷 热 换 热 器 433421冷 热 换 热 器热 热 换 热 器省 煤 器 2饱 和 蒸 汽高温炉气来自焚硫炉 锅 炉来自中间吸收塔 至 中 间 吸 收 塔 省 煤 器 1锅 炉 给 水至 终 吸 塔转 化 器 锅 炉锅 炉 图 3-4 余热回收流程之二 3 余热回收系统三 这一热回收系统是将各部分的热量有机组合在一起产一个压力等 级的蒸汽(一般是中温中压蒸汽)，典型流程见图 3-5。焙烧炉出口设 中压锅炉, 一段转化出口设高温过热器，三段出口冷热换热器后设省 煤器 2，四段转化出口设低温过热器及省煤器 1。该热回收系统适用 于大中型装置，优点是： 所有的高中温余热全产中压蒸汽，从有效能的角度而言比较 合理，因为拥有同样多热量的中压蒸气比低压蒸汽做功能力强，具体 表现为可以多发电。 整个热回收系统实际上是一台锅炉，两只过热器和两只省煤 器只是锅炉的部件，这样便于运行管理。 热回率高，每吨酸可产中压过热蒸汽 1.11.2 吨以上。 系统在国内应用成熟广泛。另外，对于“3+2”五段转化流程四 湖北楚源高新科技股份有限公司硫酸余 热 回收利用 项 目可行性研究 报 告 湖北省化学工业研究设计院 21 段转化出口可设中温过热器、空气预热器或采用干燥空气冷激的方法 回收余热降低炉气温度。 省 煤 器 1低 温 过 热 器至 终 吸 塔3421冷 热 换 热 器热 热 换 热 器省 煤 器 2饱 和 蒸 汽高温炉气来自焚硫炉 锅 炉来自中间吸收塔 至 中 间 吸 收 塔 中 压 锅 炉 给 水转 化 器 高 温 过 热 器中 压 过 热 蒸 汽 图 3-5 余热回收流程图之三 3.2.2低温余热回收 虽然近几年我国硫酸的生产能力及热能利用技术水平得到了较大 发展，但是在制酸过程中产生的中、低温余热方面，与国际先进水平 相比，还有较大的利用潜力，总热能利用率只达到 70%左右。 硫酸装置的低温余热由于品位较低，同时又是被硫酸所携带，回 收利用技术上较困难。我国八十年代前这些热量都是由淋洒式铸铁排 管冷却后随冷却水带到环境中，直到八十年代后期随着带阳极保护的 不锈钢管壳式浓硫酸冷却器和板式换热器的开发应用，才为利用这些 低温余热提供了可能。近年来国内已有一些硫酸装置回收利用了部分 低温余热，回收和利用的方法主要有以下几种： 加热脱盐水，提高进除氧器的水温，从而减少除氧器蒸汽消 耗。但由于锅炉需要脱盐水的量较少，回收和利用的余热只占低温余 热的一小部分。如河南某化肥厂利用 16万吨/年硫酸装置的干吸酸热 将动力分厂的脱盐水从常温加热到 80，水量为：100t/h，利用的热 量约占低温余热总量的 22%。此装置于 1996年 10月投入运行。 生产热水用于其它装置，如用于磷酸浓缩和氨蒸发等, 但这 种方法必须是硫酸和磷酸或合成氨等装置的联合化工企业。 生产热水用于居民生活(包括采暖)。如山东某厂利用吸收酸 热产生 70左右的热水用于全厂采暖，采暖面积约为 15000m2。此装 置于 1995年 11月安全运行至今，取得了非常可观的经济效益。 以上几种低温余热回收的方式在我国都有成功运行的实例, 但总 的来讲我国硫酸装置的低温余热回收仍处于起步阶段，回收利用的装 置很少，绝大部分装置的低温余热仍然是通过循环冷却水散发到环境 中。应用受到限制的主要原因是一方面人们对低温余热的认识不够， 另一方面目前我国的技术只能利用低温余热产生热水，而热水的利用 有其局限性。 在这一领域，美国 Monsanto公司开发的硫酸热回收系统（HRS） 处于世界领先地位。Monsanto 公司于 1987年首次开发出 HRS系统并 获得专利。该工艺用 HRS吸收塔、HRS 锅炉、HRS 加热器、HRS 稀释器 代替传统的中间吸收塔及其循环系统，产生 0.81.0MPa 的低压蒸汽。 一般每吨酸可多产 0.40.6 吨低压蒸汽，热能回收率由传统工艺的 6070%，提高至 95%。同时，循环冷却水的用量可减少 65左右， 不仅节能效果明显，而且使生产成本大大降低。 HRS系统操作方便、运行稳定。HRS 系统除混合器外，其余设备 湖北楚源高新科技股份有限公司硫酸余 热 回收利用 项 目可行性研究 报 告 湖北省化学工业研究设计院 23 均用不锈钢制造。目前已在全世界取得了 20几套实际运行系统的丰 富经验，江苏双狮集团也成为国内第一家应用该技术的公司。采用 Monsanto公司先进的 HRS工艺技术改造现有大型硫酸装置具有成功的 借鉴经验。 和酸相接触的 HRS系统部件的材料（除陶瓷填料和通往 HRS塔第 二级的烟气管道外），采用孟山都 Zecor310M 不锈钢，这些材料在 要求的操作温度并保持酸浓度的情况下，对硫酸具有较高的耐腐蚀性 （小于 0.025毫米/年）；在酸循环系统中多个点上设置分析仪和腐 蚀速率监测器，当由于酸浓度失控导致腐蚀速率提高时，可以适时报 警并自动紧急停车。 3.3 企业装置现状 3.3.1硫铁矿（硫磺）制酸装置现状 楚源公司硫铁矿制酸装置采用原料含硫 35%的硫铁矿，经干燥、 破碎分级后进入沸腾炉培烧，焙烧温度 900，生成 12二氧化硫气 体，高温位热能采用余热锅炉的方式回收，产生 3.82MPa 、450的 中压过热蒸汽供给企业相关联产品使用。二氧化硫气体进入炉气净化 系统降温至 40，后经干燥、升温，于 420下转化成三氧化硫，三 氧化硫气体经过吸收塔吸收后与水反应生成 98硫酸。装置采用两次、 五段转化，两次吸收，各项技术经济指标比较优化，在国内同行业中 处于领先水平，装置烧出率 99.3%，转化率 99.5%，吸收率 99.99% 。 楚源公司硫磺制酸装置采用原料来自加拿大进口含硫 99%的硫磺， 将澄清的熔融硫送入焚硫炉与干空气雾化后于炉内焚烧，产生高温二 氧化硫炉气，高温位热能采用余热锅炉的方式回收，产生 3.82MPa 、450的中压过热蒸汽供给企业相关联产品使用。炉气温度 400- 420，进入转化器（即五段 3+2式），一次转化通过一、二、三段 触媒，二次转化通过四、五段触媒。换热方式一次转化采用外部换热， 二次转化的四、五段间采用空气冷激。酸循环采用立式泵流程，酸冷 却器设在泵出口，硫酸尾气经捕沫后排放。 目前企业硫铁矿（硫磺）制酸装置在制酸转化、吸收工序中的热 量(中低温位余热)没有利用，转化三段出口烟气经第三换热器降温到 310后，进入中间吸收塔由浓硫酸吸收其中的 SO3，浓硫酸升温后由 循环冷却水冷却带走热量，带走的这部分热能白白浪费了。 3.3.2存在的问题和节能规划 楚源公司硫酸装置为企业为国家创造了较大的经济效益和社会效 益，但还有一些缺陷和效益空间有待挖掘。 1、系统内低位热量没有得到利用 在硫酸生产总流程中转化、干吸工序的低位热能可以利用。炉气 从 850-900 降到 350-400时，可放出 1.264GJ的热量，这些热量 没有得到利用。 2、系统循环水量大 目前公司硫酸生产装置的工艺循环水量大，单耗为 74.4吨水/吨 酸，而采用硫酸低位热能回收技术（HRS）和设备，HRS 工艺的循环水 量只有普通制硫酸装置的 20%，可大幅节约水资源。 3、余热利用规划 低温余热回收：采用美国孟山都环境化学公司（MECS）的硫酸低 位热能回收技术（HRS）和设备，建设硫铁矿制酸低位热能回收装置 一套及硫磺制酸低位热能回收装置三套。项目实施后，能有效回收低 湖北楚源高新科技股份有限公司硫酸余 热 回收利用 项 目可行性研究 报 告 湖北省化学工业研究设计院 25 位热能，提高废热利用率。 3.4 本项目节能技术改造方案 3.4.1改造方案 低温余热回收：本项目采用美国孟山都环境化学公司（MECS）的 硫酸低位热能回收技术（HRS）和设备，建设硫铁矿制酸低位热能回 收装置一套及硫磺制酸低位热能回收装置三套。项目实施后，在保持 原有硫酸产量不变的情况下，项目比原装置多回收 0.8MPa的低压蒸 汽 135000吨/年（18.75 t/h），即每吨硫酸多回收 0.45吨低压蒸汽， 折合节标煤 12055.5吨/年。同时，HRS 工艺的循环水量只有普通制硫 酸装置的 20%，可大幅节约水资源。本项目可减少循环冷却水量 1800 万吨/年。 该热回收系统包括一个两级热回收填料塔、一台 HRS卧式蒸汽锅 炉、一台 HRS加热器、一台 HRS预热器、一台稀释器、一台酸循环泵 （位于在单个泵槽内）以及一台排酸泵；除氧锅炉给水先送入 HRS加 热器，然后进入 HRS锅炉；除氧锅炉给水在 HRS稀释器内亦用作稀释 水，以最大化中压蒸汽的产量。 在现有硫铁矿制酸装置及硫磺制酸装置上各新增低位热能回收系 统（HRS 系统）1 套，本项目共新增 4套装置，将三氧化硫吸收过程 中的热量加以回收生产低压蒸汽。 其流程如图 3-6所示： 除 氧 器脱 盐 水 去 串 酸冷 脱 盐 水 HRS 塔二 级 酸 循 环 酸 泵转 化 三 段 来 炉 气 炉 气 去 转 化 四 段锅 炉低 压 蒸 汽 稀 释 器加 热 器HRS预 热 器 脱 盐 水一 级 酸 图 3-6 HRS低位热能回收装置工艺流程方框图 工艺流程简述：硫酸低温位热能回收系统（HRS 系统）主要包括 SO3炉气热量回收系统、HRS 蒸汽锅炉系统、酸循环动力系统； 1、SO 3炉气热量回收系统 来自硫酸制酸系统的的三氧化硫炉气进入 HRS塔的第一级，在此 级中 SO3自下而上经过填料与自上而下的 99%HRS循环酸（由分酸器均 匀分布在塔中）相接触，SO 3被吸收。剩余的烟道气进入 HRS塔的第 二级，剩余的 SO3基本上都被循环酸（98.5%）所吸收，经过塔顶的高 效除雾器，除去酸雾后的炉气至冷换工段。在第二级中形成的酸直接 流入第一级的填料两级间设有气体分布器和液体储槽；第一级生成的 酸流入 HRS塔底，经位于 HRS塔泵槽内的酸泵进行酸循环。在 SO3炉 气热量回收系统中，SO 3气体与浓硫酸接触，SO 3气体与酸中的水分反 应生成硫酸并放出热量，由于吸收了 SO3的硫酸浓度上升会产生浓缩 湖北楚源高新科技股份有限公司硫酸余 热 回收利用 项 目可行性研究 报 告 湖北省化学工业研究设计院 27 热，以上两部分热量都留在循环酸中。 2、HRS 蒸汽锅炉系统 HRS塔底的高温硫酸先由 HRS酸循环泵送至卧式的 HRS锅炉，锅 炉中的酸与水进行换热，副产 0.8Mpa饱和蒸汽至外管。冷却的酸 （199）大部分（90%）进入 HRS稀释器后回至 HRS塔的第一级，剩 余部分酸进入 HRS加热器与 IP给水泵送来的除氧水进行换热，然后 进入 HRS预热器将额外的热传递至脱盐水，酸温由 173降为 110 ，而水温由常温升高到 90 ，以提高进入除氧器脱盐水的温度，更 进一步节约低压蒸汽，而自 HRS预热器的酸则流入共用泵槽，供干燥 和吸收系统酸循环。 3、