《硫酸设计报告》doc版.doc

年产年产 30 万吨硫酸万吨硫酸 工艺设计书工艺设计书 设 计 者： XXX 班 级： 06 化工 日 期： 2009.12.3 指导教师： XXX 30 万吨硫酸设计说明书 目目录录 第一章 总论3 1.1 概述3 1.2 硫酸市场4 1.3 设计依据5 1.4 生产方案及规模5 第二章 工艺方案选择5 2.1 工艺流程选择5 2.1.1 硫磺制酸市场分析.6 2.1.2 冶炼烟气制酸市场分析.6 2.1.3 硫铁矿制酸市场分析.6 2.1.4 工艺方案确定.7 2.2 硫酸生产工艺7 2.2.1 原料预处理.7 2.2.2 二氧化硫制取.8 2.2.3 炉气净化.11 2.2.4 二氧化硫气体的转化.12 2.2.5 三氧化硫的吸收.13 2.2.6“三废”处理15 第三章 工艺计算16 3.1 物料衡算16 3.2 换热器工艺设计17 30 万吨硫酸设计说明书 第一章第一章 总论总论 1.1 概述概述 硫酸（英文名称：sulfuric acid）分子式：H2SO4，分子相对质量： 98.08 硫酸的性质;浓硫酸是一种无色无味油状液体。常用的浓硫酸中 H2SO4 的 质量分数为 98.3，其密度为 1.84gcm-3，其物质的量浓度为 18.4molL-1。 硫酸是一种高沸点难挥发的强酸，易溶于水，能以任意比与水混溶。浓硫酸溶 解时放出大量的热，因此浓硫酸稀释时应该“酸入水，沿器壁，慢慢倒，不断搅。 ” 若将浓硫酸中继续通入三氧化硫,则会产生“发烟“现象,这样超过 98.3%的硫酸 30 万吨硫酸设计说明书 称为“发烟硫酸“98.3%硫酸的熔沸点：.熔点：-90.8；沸点：338,硫酸还具 备脱水性，还原性，难挥发性，吸水性。 硫酸的用途; 硫酸是重要的基础化工原料之一，是化学工业中最重要的产 品，主要用于制造无机化学肥料，其次作为基础化工原料用于有色金属的冶炼、 石油精炼和石油化工、纺织印染、无机盐工业、某些无机酸和有机酸、橡胶工 业、油漆工业以及国防军工、农药医药、制革、炼焦等工业部门，此外还用于 钢铁酸洗。 1.2 硫酸市场硫酸市场 我国硫酸基本是自产自销，近年来基本稳定在 5000 万吨左右： 表表 1 中国硫酸产销（万吨）中国硫酸产销（万吨） 从国内市场来看，硫酸价格较高的主要集中在西南地区、华南地区、华中 地区，其次是山东、江苏等华东地区，这些主要是磷肥生产地。而西北地区的 冶炼酸由于运输瓶颈，价格依旧很低。 30 万吨硫酸设计说明书 1.3 设计依据设计依据 本设计依据浙江省衢州晋巨公司年产硫酸 30 万吨/年，晋巨公司有新老两 个工艺，本设计采用新工艺，是根据生产实际而确定的项目。 1.4 生产方案及规模生产方案及规模 本设计采用衢州晋巨公司硫铁矿制酸的生产方案，本设计生产 30 万吨/年 硫酸。 第二章第二章 工艺方案选择工艺方案选择 2.1 工艺流程选择工艺流程选择 全球生产硫酸的技术主要有三种，即硫磺制全球生产硫酸的技术主要有三 种，即硫磺制是硫磺、硫铁矿和冶炼含硫烟气；其中，硫磺制酸产量最大， 2008 年比重达到 387，其次是硫铁矿制酸和烟气制酸。 30 万吨硫酸设计说明书 2.1.1 硫磺制酸市场分析硫磺制酸市场分析 目前，国内硫磺自给率不足 30，大部分依靠进口，2009 年三季度，中国 硫磺净进口量为 29012 万吨，环比减少 121，同比增加 634. 但国内 硫磺需求变化不大，进口量仍远远超过国内的正常需求，导致国内硫磺库存持 续上升，对国内硫磺价格也形成压力。 2.1.2 冶炼烟气制酸市场分析冶炼烟气制酸市场分析 中国六家主要的铜冶炼企业硫酸产量达到 1596 万吨，比 2008 年同期增 加 556；200 年 1-9 月份，该六家企业产量总计 448.7 万吨，比 2008 年同 期增加 4.37. 2.1.3 硫铁矿制酸市场分析硫铁矿制酸市场分析 中国的硫铁矿资源比较丰富，硫铁矿制酸也是传统的硫酸生产方式，在 2O 世纪 90 年代，其占硫酸总产量的比重高达 80以上。近年，由于硫磺制酸和 30 万吨硫酸设计说明书 烟气制酸的快速发展，其比重已经下降至 30左右。 2.1.4 工艺方案确定工艺方案确定 综上所述，最经济可靠的方法是硫铁矿制酸，其生产工艺大致有六大工序， 即：原料预处理、SO2 炉气制取、SO2 气体净化、二氧化硫转化、三氧化硫吸收、 “三废”处理。 2.2 硫酸生产工艺硫酸生产工艺 硫酸是重要的基本化工原料，化学工业的基本原料，硫酸的产量是一个国 家化学工业生产能力标志之一用途十分广泛，如制造硫酸铵、过磷酸钙、硫 酸铝、二氧化钛、合成药物、合成染料及合成洗涤剂等。有机合成中用作脱水 剂和磺化剂。金属、搪瓷等工业中用作酸洗剂。石油工业中用于精炼石油制品 等。所以随着化工业的不断发展，近年来市场对硫酸的需求越来越大，公司坚 持以市场为导向，效益优先的前提下，生产硫酸。其生产工艺大致有六大工序， 即：原料预处理、SO2 炉气制取、SO2 气体净化、二氧化硫转化、三氧化硫吸收、 “三废”处理。 二氧化硫的炉气制取是采用沸腾焙烧。炉气烟尘率高，设置旋风除尘器，经除 尘后的炉气进入湿法净化工序，通过第一、第二洗涤设备除去炉气中大部分杂 质，再经电除雾对炉气进一步精制。炉气中的水分在干燥塔内采用浓硫酸进行 脱水干燥，并通过滤设备捕集炉气夹带的雾沫。此后，由主风机将炉气抽送到 转化工序。入转化的二氧化硫经换热器加热到反应温度，进入四段触媒转化， 最后一段出口三氧化硫经冷却进入 98%酸吸收塔，出塔气体经除沫后转入尾气 处理工序。 2.2.1 原料预处理原料预处理 我厂的原料为含硫 40&的硫铁矿，主要产自龙游和江西德兴。 1、 硫铁矿的粉碎机理 30 万吨硫酸设计说明书 硫铁矿的粉碎，是由于硫铁矿料受到机械力作用而发生的一种粉碎现象。 综合起来，机械力的种类有：压力、弯曲力、剪切力、劈力、研磨力、打击与 冲击力等。其破碎机理如下所述： a) 齿牙粉碎：将粉碎机的关键部件制成具有不同程度的刃，称此为齿牙。 矿料，同齿牙接触部分首先发生局部破碎，然后产生较大的裂缝，最终导致矿 料全部粉碎。 b) 拉力与剪切力粉碎：矿料的抗拉抗剪强度大大低于抗压强度。因此，当 矿料受到拉力和剪力时，很易发生与所施力方向呈 45。夹角或沿着矿粒颗粒内 部的脆弱面方向的裂纹导致最后粉碎。 c) 冲（打）击粉碎：当矿料处于被冲击与打击作用下，颗粒内部产生向四 方传播的应力波，并在内部缺陷、裂纹、晶粒界面等处产生应力集中，使矿料 沿着这些脆弱面而粉碎 2、硫精砂干燥 我们公司地处浙江衢州，由于气候干燥少雨。我们采用自然晾晒。晾晒后 我们通过铲车推入库房。 3 工艺流程 我们公司根据实际我们采用两次粉碎流程。硫铁矿石经铲车、皮带机传送 到 PE400600 鄂式破碎机，经鄂式破碎机破碎后由 HL30015m 提升机提升到 70m3 的粗料库。然后由 B50015m 皮带机传送到 PF1071000700 反击式破 碎机，经反击式破碎机破碎后由 B50025m 皮带机传送到 30001500 筛网的震 动筛，经筛选后34mm 的矿粉由 HL30025m 的提升机提升至 200m3 的细料 库，以被下道工序使用。 4、 控制标准 工序 质量控制点 质量控制项目 控制标准 原料预处理 硫矿石 矿含硫 28% 矿含水 5% 粉碎后粒度 34mm 硫精砂 干燥后含水量 6% 30 万吨硫酸设计说明书 2.2.2 二氧化硫制取二氧化硫制取 1、原理 硫铁矿经过沸腾炉的焙烧生产硫，然后氧化成二氧化硫。这个反应比较复 杂，反应如下： 2FeS2=2FeS+S2 S2+2O2=2SO2 4FeS+7O2=2Fe2O3+4SO2 硫铁矿的燃烧是一个非均相反应过程。反应在两相的接触表面上进行，反 应过程由一系列依次进行的阶段组成。首先是氧气相硫矿表面扩散；其次是吸 附在表面上的氧与一硫化铁放应；第三则为生成的二氧化硫自表面相气流中扩 散。在表面上，除了 FeS 与氧的反应外，还进行着硫磺蒸气与氧的反应。 2、二氧化硫 二氧化硫为无色、有刺激性臭味气体，既不自燃也不助燃，二氧化硫与水 作用生成亚硫酸，对管道及设备带来腐蚀和堵塞。二氧化硫能刺激粘膜、眼睛 和呼吸器官，严重时会引起剧烈中毒，呼吸困难，咳嗽剧烈且粘痰带血，最后 失去知觉。工作场所二氧化硫最高允许浓度为 15mg/m2(TJ36-79 标准) 3、沸腾炉的开停车 (1)开车前的准备 、烤炉：一般来说新建炉第一次投产前要经过烤炉，还有刚经过大修重 砌的炉，第一次开车前也要经过烤炉。其余情况没有必要进行。 烤炉的目的，主要是为了除去筑炉或修炉过程中耐火材料与缝隙中多余的 水分。 、铺料：一般对炉子铺料工作的要求是粒度细且均匀，矿料水分小与 ，含硫。 另外，矿斗内要准备一些开车矿，对开车况的要求，一般是： 、水、平均粒度要小于正常生产时的平均粒度约 左右。 (2)、升温、开车 首先，在清理好的炉膛内，有里向外，均匀的铺上左右高度的 30 万吨硫酸设计说明书 矿渣，然后再矿渣上堆放木柴。然后，盖好炉门，打开防空烟囱，料斗打进开 车矿和点火用料。第三步，在转化一、二段和末段触媒温度达到左右 时，沸腾炉开始点火，炉温升高幅度用炉底进风量来调节，约半个小时左右， 当炉温高达以上并有下降的趋势时，即通知转化岗位开始抽炉气，在 炉子形成负压时立即防空烟囱、增大炉底进风量开始投料。最后，根据转化升 温情况、逐步调节炉底进风量和投料量，使沸腾炉转入正常操作。 (3)、停车 短期停炉时要注意这几点情况：炉内不要维持黑渣黑灰，使残硫不高； 炉温不宜太高，不要到时停炉，宜在之间停下； 炉底压力不易太低；不要让水进入炉内。 短期内停车要注意保持炉底温度在以上。 停车时首先停止加矿，在将空气鼓风机停止。 计划大检修前停车，一般要做到：将炉子吹熄把炉温降下来；尽量设 法大量排渣降低炉内矿层，以减少清理工作量；停车前尽可能使矿斗内料用 完。如果是由于冷却设备大量漏水或锅炉泄漏，则应立即停止让其自行熄灭， 否则可能会产生蒸气爆炸将炉体或炉顶炸坏。 4、工艺流程 来自原料工段的硫铁矿经 B650 皮带喂料机加入沸腾炉，焙烧产生的二氧化 硫浓度约 13%、温度 900-950的炉气经炉气冷却器移热降温到 380-420之间， 进入旋风除尘器，经两级旋风除尘使尘含量降至15g/Nm3,温度降至 350左 右进入净化工序。 焙烧所需空气，由空气鼓风机从炉底送入。 沸腾炉排出的矿渣，炉气冷却器和两级旋风除尘器除下的矿尘进入冷却滚 筒，经增湿后进入胶带输送机送至渣场。 5、控制标准 工序 质量控制点 质量控制项目 控制标准 SO2 气体制取 温度 焙烧温度 800950 炉气冷却器冷却后温度 380420 30 万吨硫酸设计说明书 旋风除尘后温度 350 SO2 浓度 焙烧气体浓度 13% 工作场所浓度要求 15mg/m2 含尘量 旋风除尘后 15g/Nm3 2.2.3 炉气净化炉气净化 1、净化原因 从沸腾炉出来的炉气中含有矿尘及砷、硒等的化合物，这些矿尘和杂质会 引起催化剂中毒，水蒸气会腐蚀设备。故进入接触室之前须对原料气进行净化 处理。催化剂中毒是指杂质和矿尘使催化剂减弱或失去催化作用的现象。净化 后气体成份是： 二氧化硫、氧气、氮气 2、 炉气净化的基本方法 A、 利用机械力的作用，是炉气中的悬浮杂质沉降分离。 B、 利用炉气通过液体层或用液体来喷洒气体，使炉气中的杂质得到分离。 C、 利用炉气通过一种多孔的物质，使炉气中的悬浮杂质截流分离下来。 3、 工艺流程 我厂根据实际情况采用“动力波洗涤系统”流程。来自焙烧工段的 400 的炉气进入内喷文式管，与喷淋10%的稀硫酸接触降温，除去大部分矿尘及其 它杂质，然后进入泡沫塔，与 12%的稀硫酸喷淋接触进一步除尘和其它杂质， 使温度降至 40，在经电除雾器除去酸雾，使酸雾降至 0.03g/Nm3 后进入干燥塔，除去炉气中的水份。 内喷文式管流出的稀酸温度约为 6065，进入斜管沉降器，清液溢流到 循环槽循环使用，斜管沉降器排出的酸泥，与矿灰混在一起，卖给水泥厂。 泡沫塔排出的 12%的稀硫酸入泡沫塔循环槽，并经稀酸泵送至板式换热器换 热，经冷却后的稀酸进入泡沫塔使用，增多的稀酸串入文式管循环槽。 4、 控制标准 工序 质量控制点 质量控制项目 控制标准 炉气净化 水分 含量 0.1g/m3 30 万吨硫酸设计说明书 酸雾 含量 0.03g/m3 尘 含量 0.005g/m3 2.2.4 二氧化硫气体的转化二氧化硫气体的转化 1、 触媒转化过程 a) 触媒表面的活性中心吸附氧分子，使氧分子中原子间的键断裂成为活泼 的氧原子O ； b) 触媒表面的活性中心吸附二氧化硫分子； c) 被吸附了的二氧化硫和氧原子之间进行电子的重新排列，化合成为三氧 化硫分子： SO2.O.触媒SO3.触媒 d) 三氧化硫分子从触媒表面脱附下来，进入气相。 2、 三氧化硫 三氧化硫是无色、有刺激性气体，为强氧化剂，与可燃性、还原性物质反 应强烈，溶于水成为具有腐蚀性的强酸，遇碱起猛烈反应产生大量热量。三氧 化硫与空气中的水蒸气形成酸雾，刺激眼睛和皮肤，使人呼吸苦难，严重时可 致死。工作场所三氧化硫的最高允许浓度为 2 mg/m2(TJ36-79 标准) 3、 工艺流程 新转化炉气路线：SO2风机出口来的炉气首先进入第四换热器，与转化四段 出口的炉气进行换热，预热后的炉气然后进入第三换热器，与转化三段出口的 炉气继续进行换热，升温后的炉气进入第二换热器，与转化二段出口的炉气进 行换热，温度进一步升高后进入第一换热器与转化一段处炉气进行换热，预热 充分后的炉气进入转化器一段，在触媒的催化作用下进行反应，并放出大量的 热，使炉气温度升高，温度升高后的炉气进入第一换热器换热降温后进入转化 二段继续反应，反应后的炉气进入第二换热器降温后进入三段，在三段继续反 应后进入第三换热器降温，从第三转化器出来的炉气进入四段进一步反应完全， 反应后的炉气经过第四换热器和省煤器降温后去干吸或氯磺酸工序。 4、 控制标准 温度： 转化器一段入口温度：415440 30 万吨硫酸设计说明书 转化器二段入口温度：480510 转化器三段入口温度：420440 转化器四段入口温度：420440 转化器一段触媒层温度：620 省煤器出口 so3 温度：160190 SO2风机轴瓦轴承温度：65 压力：干燥塔入口压力：11.5kpa 效率：转化率95.0% 气体成分：SO2风机出口浓度：单炉 7.88.5%，双炉 8.09.0% SO2风机出口水分：0.1g/Nm3 SO2风机出口酸雾：0.005g/Nm3 2.2.5 三氧化硫的吸收三氧化硫的吸收 1、SO3吸收过程和反应 我厂使用硫酸来吸收转化后气体中的三氧化硫。三氧化硫被吸收后于其中 的水化合成硫酸， 其反应式如下： nSO3+H2OH2SO4+(n-1)SO3+89247j 由此反应可知，随着 SO3与水比例的改变，可以生成各种浓度的硫酸。若 使 n1,生成发烟硫酸；n=1 生成无水硫酸；n1 生成含水硫酸。 硫酸吸收 SO3气体的过程，大体按下述 5 个步骤进行： a)、气体中的三氧化硫从气体中向界面扩散。 b)、穿过界面的三氧化硫在液相中向反映去扩散。 c)、与三氧化硫起反应的水分，在液相主体中向反应区扩散。 d)、三氧化硫和水在反应区进行化学反应。 e)、生成的硫酸向液相主体扩散。 事实上，气体中的三氧化硫不可能百分百被吸收，只吸收气体中超过与硫酸相 平衡的那一部分硫酸，超过的越多，吸收过程的推动力就越大，吸收速度就越 快。 2、 硫酸 30 万吨硫酸设计说明书 硫酸为无色、吸水性粘稠液体，是强氧化剂，遇金属能产生可燃性氢气， 溶于水中产生大量热，腐蚀眼睛、皮肤和呼吸道粘膜。对钢平台、混凝土基础 及电气设备有腐蚀作用。 3、 工艺流程 自净化工段来的炉气与脱吸气混合后二氧化硫浓度约 8%进入干燥塔，经喷 淋 93%硫酸干燥时水分降至 0.1g/Nm3 然后进入转化阶段。 干燥塔内以 93%硫酸喷淋，吸收水份后的硫酸流入干燥塔循环槽与一吸塔 循环系统串入的 98%硫酸相混合维持其 93%的浓度，经干燥塔循环泵送入干燥 塔酸冷却器降温后入二燥塔，多出的 93%的硫酸，经计算后送成品酸贮罐。 来自转化工段的一次转化气进入第一吸收塔，吸收三氧化硫并经塔顶丝网除沫 器除去酸沫后经第换热器、第换热器、第换热器后进入四段、五段进行 二次转化。 第一吸收塔用 98%硫酸喷淋，吸收三氧化硫后浓度升高的硫酸进入第一吸 收塔循环槽，原串入 93%相混合维持 98%的浓度，经循环酸泵送入一吸收塔冷 却器冷却降温后入一吸塔喷淋。增多的 98%硫酸一部分串入干燥塔循环槽，一 部分作为成品酸经计量送入 98%成品酸罐。 来自转化工序的第二次转化气进入第二吸收塔，吸收三氧化硫并经塔顶丝 网除沫器除去酸沫后由尾气烟囱放空。 第二吸收塔以 98%硫酸喷淋，吸收三氧化硫后浓度升高的硫酸，流入第二 吸收塔循环槽，加入清水调节其浓度为 98%，经第二吸收塔循环酸泵，送入二 吸塔酸冷却器，降温后入第二吸收它喷淋。增多的 98%硫酸如一吸收循环槽， 或作为成品酸经计量送入 98%成品酸泵。 4、 控制标准 工序 质量控制点 质量控制项目 控制标准 98（%）吸收塔 干燥塔 三氧化硫的吸收 气温 进口 220250 3240 出口 6065 3444 酸温 进口 6070 3545 出口 90110 4555 30 万吨硫酸设计说明书 酸浓度 浓度 98.198.5% 92.593.0% 喷淋密度 1216m3/(m2.h) 1216m3/(m2.h) 气速 0.80.2m/s 0.80.2m/s 吸收率 99.95% 出气含水 0.050.1g/m3 2.2.6“三废三废”处理处理 1、废气处理 本工程工艺生产过程产生的废气主要来源为：二吸塔出来的 SO2、SO3 我厂采用的是最先进的工艺技术： A、焙烧：采用氧表控制沸腾焙烧为磁性焙烧，炉气出口 SO2浓度高 SO3浓 度低（即原始酸雾低，通过一级电除雾，酸雾指标可达到0.03g/Nm3）,渣、 灰主要成分为 Fe3O4 具有磁性，可通过磁选机进行两次选磁，使铁的品位提高 到 55%以上可用来炼铁；渣、灰、灰残硫0.5%，烧出率可达98.5%，渣灰可 卖给水泥厂，生产水泥。 B、净化工序采用封闭酸洗，付产10%浓度稀酸，可用稀酸泵将此稀酸送 到磷肥车间与浓硫酸相配生产磷肥，酸泥与矿渣相混，卖给水泥厂生产水泥。 C、转化工段采用五段两次转化，总转化率可达 99%，尾气 SO2300PPM， 可达到国家排放标准。 D、干吸工段采用两次吸收，塔的分酸装置采用管式分酸器、分不多，总吸 收率可达99.95%。 2、 废水处理 本工程工艺生产过程产生的废水主要来源于硫酸装置产生的酸性废水无组 织排放，即各工段地坪、设备的定期冲洗水。采用廉价易得的石灰作为中和剂， 进行中和处理，达标后排放。 3、 废渣的处理 我厂产生的硫铁矿渣、尘含硫量0.5%，含铁 50%左右， 55%以上，可用 卖给水泥厂生产水泥。 4、 噪音处理 此工艺过程中产生的噪音主要由生产设备运行时产生的空气动力性噪音。 30 万吨硫酸设计说明书 我公司不仅对高噪音设备选型上选用低噪音设备，还采取降噪措施，空气鼓风 机、出口管道装消声器，并且设隔声房，工人只作巡回检查，不设固定岗位， 附近操作实隔声处理。对厂区周围及高噪音设备种植降噪能力强的乔木。 5、 控制标准 工序 质量控制点 质量控制项目 控制标准 “三废”处理 焙烧 酸雾 0.03g/Nm3 渣、灰、灰残硫 0.5% 尾气 SO2 300PPM 废水 国标 废渣 矿渣、尘含硫量 0.5% 6、环境小结 总之，我厂考虑了环境保护的因素，工艺流程采用了五段转化两转两吸制 酸工艺，五段两次转化，提高硫的利用率，使尾气中二氧化硫的硫酸雾的排放 指标低于大气污染综合排放标准 ，净化工段10%稀酸送普钙车间配酸生产 磷肥，设备和地坪冲洗水经石灰中和后达标排放，净化酸泥与矿灰混在一起卖 给水泥厂。鼓风机噪声采用消声、隔声、吸音及不设固定岗位，操作工进入风 机房抄表时佩戴耳塞等有效措施。 第三章第三章 工艺计算工艺计算 3.1 物料衡算物料衡算 本厂工生产硫酸连续操作 8000 小时，其余时间进行设备维修。则 98 酸 生产能力为 300000 0.98 800036.75 / t h 硫铁矿含硫量至少 40%，且 SO2 转化段效率是 95%,矿石中含硫铁矿 75%，根据硫元素平衡可计算硫铁矿进料量为 36.750.950.496.7 / t h 焙烧段主要通空气，空气中氧气含量为 21%，假设完全燃烧，矿石中含硫 铁矿 75%，反应式为 30 万吨硫酸设计说明书 3 FeS2+8O2=Fe3O4+6SO2 常温下大约是 1.21-1.27 千克每立方米，因此焙烧段空气通量为 3 967000 0.75 2563600.21 1.241980542.8/mh 转化段 SO2 反应式：6SO2+3O2=6SO3 转化段空气通量为 3 1980542.8 3 8742703.5/mh