300kta硫磺制酸装置焚硫转化工段-焚硫炉工艺设计

1、 毕业论文(设计)(2021年) 课题名称 300kt/a硫磺制酸装置 焚硫转化工段-焚硫炉工艺设计 300kt/a硫磺制酸装置焚硫转化工段-焚硫炉工艺设计摘要本文论述了硫磺制酸生产装置的工艺流程与建设意义。本文介绍了使用Aspen Plus流程模拟软件模拟主要装置的方法，并对整个流程进行了模拟，对整个流程进行了物料衡算和能量衡算。焚硫工段是本文的重点研究对象，本文给出了焚硫炉的主体尺寸的计算方法和过程，并对焚硫炉进行了详细设计。此外，本文对主要设备进行了选型，介绍了焚硫工段的设备布置和配管设计，以及该工段的DCS控制系统。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目录 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 文献综述 PAGEREF _Toc357865419 h 1 HYPERLINK l _Toc357865420 1.1 硫酸简介 PAGEREF _Toc357865420 h 1 HYPERLINK l _Toc357865421 1.2 国内外硫酸工业概况 PAGEREF _Toc357865421 h 1 HYPERLINK l _Toc357865422 1

6、.3 硫酸市场分析 PAGEREF _Toc357865422 h 2 HYPERLINK l _Toc357865423 1.4 硫磺制酸 PAGEREF _Toc357865423 h 3 HYPERLINK l _Toc357865424 1.4.1 硫磺制酸的工艺流程 PAGEREF _Toc357865424 h 3 HYPERLINK l _Toc357865425 1.4.2 焚硫工段 PAGEREF _Toc357865425 h 3 HYPERLINK l _Toc357865426 1.4.3 转化工段平 PAGEREF _Toc357865426 h 4 HYPERLIN

7、K l _Toc357865427 干吸工段 PAGEREF _Toc357865427 h 5 HYPERLINK l _Toc357865428 1.4.5 废热回收 PAGEREF _Toc357865428 h 6 HYPERLINK l _Toc357865429 第二章 总论 PAGEREF _Toc357865429 h 8 HYPERLINK l _Toc357865430 2.1 工程概述 PAGEREF _Toc357865430 h 8 HYPERLINK l _Toc357865431 2.2 设计依据 PAGEREF _Toc357865431 h 8 HYPERLI

8、NK l _Toc357865432 2.3 设计原那么 PAGEREF _Toc357865432 h 8 HYPERLINK l _Toc357865433 2.3.1 环境保护条例 PAGEREF _Toc357865433 h 8 HYPERLINK l _Toc357865434 2.3.2 约束条件 PAGEREF _Toc357865434 h 9 HYPERLINK l _Toc357865435 2.4 工程建设意义 PAGEREF _Toc357865435 h 9 HYPERLINK l _Toc357865436 2.5 原料及产品方案 PAGEREF _Toc3578

9、65436 h 10 HYPERLINK l _Toc357865437 2.6 主要物料规格及消耗 PAGEREF _Toc357865437 h 10 HYPERLINK l _Toc357865438 2.7 主要危险品性质 PAGEREF _Toc357865438 h 11 HYPERLINK l _Toc357865439 第三章 工艺流程 PAGEREF _Toc357865439 h 11 HYPERLINK l _Toc357865440 3.1 设计目标 PAGEREF _Toc357865440 h 12 HYPERLINK l _Toc357865441 概述 PAGE

10、REF _Toc357865441 h 12 HYPERLINK l _Toc357865442 3.1.2 生产规模 PAGEREF _Toc357865442 h 12 HYPERLINK l _Toc357865443 3.2 工艺路线选择 PAGEREF _Toc357865443 h 12 HYPERLINK l _Toc357865444 3.2.1 工艺路线选择原那么 PAGEREF _Toc357865444 h 12 HYPERLINK l _Toc357865445 3.2.2 工艺路线的比拟及选择 PAGEREF _Toc357865445 h 12 HYPERLINK

11、l _Toc357865446 3.3 工艺流程介绍 PAGEREF _Toc357865446 h 14 HYPERLINK l _Toc357865447 3.3.1 焚硫转化工段 PAGEREF _Toc357865447 h 14 HYPERLINK l _Toc357865448 3.3.2 干吸工段 PAGEREF _Toc357865448 h 15 HYPERLINK l _Toc357865449 第四章 流程计算与模拟 PAGEREF _Toc357865449 h 17 HYPERLINK l _Toc357865450 根底数据计算 PAGEREF _Toc357865

12、450 h 17 HYPERLINK l _Toc357865451 4.1.1 根底文献数据 PAGEREF _Toc357865451 h 17 HYPERLINK l _Toc357865452 4.1.2 根底数据计算 PAGEREF _Toc357865452 h 17 HYPERLINK l _Toc357865453 4.2 组分设置 PAGEREF _Toc357865453 h 18 HYPERLINK l _Toc357865454 4.3 物性方法的选择 PAGEREF _Toc357865454 h 19 HYPERLINK l _Toc357865455 4.4 化学

13、反响 PAGEREF _Toc357865455 h 19 HYPERLINK l _Toc357865456 4.5 各模块模型的选择与设置 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 焚硫炉F301 PAGEREF _Toc357865459

14、h 21 HYPERLINK l _Toc357865460 转化器R1-5 PAGEREF _Toc357865460 h 22 HYPERLINK l _Toc357865461 4.6 全流程模拟 PAGEREF _Toc357865461 h 23 HYPERLINK l _Toc357865462 第五章 物料与能量衡算 PAGEREF _Toc357865462 h 25 HYPERLINK l _Toc357865463 5.1 物料衡算 PAGEREF _Toc357865463 h 25 HYPERLINK l _Toc357865464 5.1.1 物料衡算依据 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 衡算任务 PAGEREF _Toc357865466 h 26 HYPERLINK l _Toc357865467 5.1.4 总物料衡算 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 衡算依据 PAGEREF _Toc357865469 h 27 HYPERLINK l _Toc357865470 5.2.2 衡算任务 PAGEREF _Toc357865470 h 28 HYPERLINK l _Toc357865471 5.2.3 全流程热量衡算 PAGEREF _Toc357865471 h 28 HYPERLINK l _Toc357865472 第六章 焚硫炉设计与计算 PAGEREF _Toc357865472 h 30 HYPERLINK l _Toc357865473 概述 PAGEREF _Toc357865473 h 30 HYPERL

17、INK l _Toc357865474 6.2 设计目标 PAGEREF _Toc357865474 h 30 HYPERLINK l _Toc357865475 6.3 焚硫炉设计根底 PAGEREF _Toc357865475 h 30 HYPERLINK l _Toc357865476 6.3.1 焚硫炉简介 PAGEREF _Toc357865476 h 30 HYPERLINK l _Toc357865477 6.3.2 焚硫炉的设计要求 PAGEREF _Toc357865477 h 31 HYPERLINK l _Toc357865478 6.4 焚硫炉主体尺寸计算 PAGERE

18、F _Toc357865478 h 31 HYPERLINK l _Toc357865479 6.4.1 炉膛容积 PAGEREF _Toc357865479 h 31 HYPERLINK l _Toc357865480 6.4.2 容积热强度 PAGEREF _Toc357865480 h 32 HYPERLINK l _Toc357865481 6.4.3 硫燃烧热效应 PAGEREF _Toc357865481 h 32 HYPERLINK l _Toc357865482 6.4.4 炉膛容积 PAGEREF _Toc357865482 h 32 HYPERLINK l _Toc3578

19、65483 6.4.5 炉子长度与直径 PAGEREF _Toc357865483 h 33 HYPERLINK l _Toc357865484 6.4.6 进气和出气孔径的计算 PAGEREF _Toc357865484 h 33 HYPERLINK l _Toc357865485 6.4.7 二次风进口孔径 PAGEREF _Toc357865485 h 34 HYPERLINK l _Toc357865486 6.4.8 人孔 PAGEREF _Toc357865486 h 34 HYPERLINK l _Toc357865487 6.5 焚硫炉详细设计 PAGEREF _Toc3578

20、65487 h 34 HYPERLINK l _Toc357865488 6.5.1 炉墙设计 PAGEREF _Toc357865488 h 34 HYPERLINK l _Toc357865489 6.5.2 挡墙设计 PAGEREF _Toc357865489 h 38 HYPERLINK l _Toc357865490 6.5.3 旋流装置 PAGEREF _Toc357865490 h 39 HYPERLINK l _Toc357865491 6.5.4 鞍座设计 PAGEREF _Toc357865491 h 39 HYPERLINK l _Toc357865492 6.5.5 硫

21、磺喷枪 PAGEREF _Toc357865492 h 40 HYPERLINK l _Toc357865493 6.6 焚硫炉设计条件汇总 PAGEREF _Toc357865493 h 41 HYPERLINK l _Toc357865494 6.7 鼓风机选型 PAGEREF _Toc357865494 h 43 HYPERLINK l _Toc357865495 6.7.1 概述 PAGEREF _Toc357865495 h 43 HYPERLINK l _Toc357865496 6.7.2 设计标准 PAGEREF _Toc357865496 h 43 HYPERLINK l _

22、Toc357865497 6.7.3 设计原那么 PAGEREF _Toc357865497 h 44 HYPERLINK l _Toc357865498 6.7.3 鼓风机C301选型 PAGEREF _Toc357865498 h 44 HYPERLINK l _Toc357865499 第七章 焚硫工段设备布置 PAGEREF _Toc357865499 h 45 HYPERLINK l _Toc357865500 7.1 车间布置设计依据 PAGEREF _Toc357865500 h 45 HYPERLINK l _Toc357865501 相关标准和标准 PAGEREF _Toc3

23、57865501 h 45 HYPERLINK l _Toc357865502 7.1.2 根底资料 PAGEREF _Toc357865502 h 45 HYPERLINK l _Toc357865503 7.2 设备布置设计原那么 PAGEREF _Toc357865503 h 45 HYPERLINK l _Toc357865504 7.3 焚硫工段设备布置 PAGEREF _Toc357865504 h 46 HYPERLINK l _Toc357865505 第八章 焚硫工段的配管设计 PAGEREF _Toc357865505 h 47 HYPERLINK l _Toc357865

24、506 8.1 设计依据 PAGEREF _Toc357865506 h 47 HYPERLINK l _Toc357865507 8.1.1 设计标准 PAGEREF _Toc357865507 h 47 HYPERLINK l _Toc357865508 8.1.2 根底资料 PAGEREF _Toc357865508 h 47 HYPERLINK l _Toc357865509 8.2 焚硫工段配管设计 PAGEREF _Toc357865509 h 47 HYPERLINK l _Toc357865510 8.2.1 管径计算 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 阀门及管件 PAGEREF _Toc357865512 h 48 HYPERLINK l _Toc357865513 8.2.4 管道连接 PAGEREF _Toc357865513 h 49 HYPERLINK l _Toc357865514 8.3 焚硫炉工段管道布置 PAGEREF _Toc357865514 h 49 HYPERLINK l _Toc357865515 8.3.1 管道敷设原那么 PA

26、GEREF _Toc357865515 h 49 HYPERLINK l _Toc357865516 8.3.2 焚硫炉管道布置 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 自动控制及仪表 PAGEREF _Toc357865519 h 51 HYPERLINK l _To

27、c357865520 9.1 设计依据 PAGEREF _Toc357865520 h 51 HYPERLINK l _Toc357865521 9.2 控制系统的选择 PAGEREF _Toc357865521 h 51 HYPERLINK l _Toc357865522 9.3 转化工段控制方案 PAGEREF _Toc357865522 h 51 HYPERLINK l _Toc357865523 9.3.1 鼓风机 PAGEREF _Toc357865523 h 51 HYPERLINK l _Toc357865524 9.3.2 焚硫炉 PAGEREF _Toc357865524 h

28、 51 HYPERLINK l _Toc357865525 9.3.3 废热锅炉 PAGEREF _Toc357865525 h 52 HYPERLINK l _Toc357865526 9.4 焚硫工段仪表控制点 PAGEREF _Toc357865526 h 52 HYPERLINK l _Toc357865527 9.5 焚硫工段主要仪表选型 PAGEREF _Toc357865527 h 52 HYPERLINK l _Toc357865528 9.5.1 压力仪表 PAGEREF _Toc357865528 h 52 HYPERLINK l _Toc357865529 9.5.2 温

29、度仪表 PAGEREF _Toc357865529 h 52 HYPERLINK l _Toc357865530 9.5.3 调节阀 PAGEREF _Toc357865530 h 53 HYPERLINK l _Toc357865531 9.6 仪表防护和防暴 PAGEREF _Toc357865531 h 53 HYPERLINK l _Toc357865532 参考文献 PAGEREF _Toc357865532 h 54 HYPERLINK l _Toc357865533 致谢 PAGEREF _Toc357865533 h 55第一章 文献综述1.1 硫酸简介硫酸分子式：H2SO4作

30、为广泛用于化肥、纤维、制药等化学工业及钢铁、有色金属、食品等各种工业的根底原料，有工业之母之称。 硫酸按浓度分，一般分为稀硫酸密度小于1.5g/m3、浓硫酸密度约为1.84g/m3和发烟硫酸密度大于1.84g/m3。常用的稀硫酸浓度为15%和20%左右，浓硫酸浓度一般为93%和98%酸，发烟酸浓度常用为104.5%和106.75%。生产硫酸的原料主要有硫铁矿、硫磺、石膏、硫化氢、有色金属冶炼烟气、废酸和各种含硫排放物，全世界硫资源近90%用于生产硫酸1。1.2 国内外硫酸工业概况硫酸作为传统的无机根本化工原料， 自18世纪中叶工业化生产以来，随着炸药、染料工业的兴起而迅速开展， 现今随化肥工业

31、、有色冶金、石油化工、纺织和国防工业、轻工业及其它有关工业的开展而不衰2。世界硫酸的产量增长很快，在20世纪初，其总产量只有几百万吨，到1997年，其产量达155163kt，最近40年的年平均递增率为5.2%1。全球硫酸产量近十多年均是正增长，而到2006年的总产量约196000kt2。生产硫酸的原料以硫磺为主， 冶炼烟气次之， 两者共占所用原料总量的90%以上，而使用硫铁矿制酸在逐年减少2。如:1996年，英国占总产量82.9%的硫酸以硫磺为原料、美国占82.0%。1995年，以硫铁矿为原料的硫酸产量为20000kt 左右，占硫酸总产量的13%；1997年，除中国以外，其余地区以硫铁矿为原料

32、的硫酸产量下降了8%3-4；1998年全球硫铁矿产量6270kt(折100%硫，下同)，硫铁矿制酸的产量约18000kt；t 2006年全球硫铁矿产量降至5730kt，仅为所有形态硫总生产量的8.4%2。我国的硫酸工业起始于19世纪70年代，当时产量很少。新中国建立后，尤其是20世纪80年代以后，硫酸工业获得了快速地开展6。随着中国高浓度磷复肥和有色金属的开展， 硫酸产量迅速增加。2002年硫酸产量突破3000万吨，到达3051. 9万吨5。我国是硫铁矿的最大消费国，20世纪我国硫酸工业主要以硫铁矿为原料。至2000年我国以硫铁矿为原料的产酸量，仍占国内硫酸产量的3/ 4左右1。但是，20世纪

33、90年代以后，随着我国有色冶炼行业的开展，以及国际硫磺价格的下降和环保要求的日益严格，我国硫酸生产的原料结构发生了很大的变化，硫磺制酸和冶炼烟气制酸的比例逐渐提高，硫铁矿制酸的产量虽然下降不大，但其所占比例已越来越小，由20世纪七八十年代的80%90%，到2002年降到50%以下。至2021年我国硫磺制酸产能已到达38000kt/a，产量为32980kt/a，20062021年硫磺制酸产能、产量年均增长率分别为10.0%，10.8%。预计到“十二五末期我国硫磺制酸产能将到达4700050000kt/a，产量约40000kt/a7。目前世界各国硫酸工程都趋向于大型化开展， 进入21世纪的几年中，

34、 全球建成规模最大的硫酸生产装置， 在硫磺制酸方面，单系列最大规模已达4500t/d。我国硫磺制酸也正在向大型化开展。到2021年底，我国硫磺制酸单系列最大规模已到达1000kt/a7。随着产业结构的优化和引进国外先进的技术，我国在硫酸工业上得技术装备水平不断在提高。1.3 硫酸市场分析世界上肥料工业是硫酸的最大用户，约占60%，而磷肥生产又是硫酸的最大消耗局部。我国硫酸的消费主要用于化肥生产，至1995年的前10年，我国磷酸盐消费量平均年增长率为12.2%。1995年化肥生产用酸占硫酸总产量的73.2%(其中磷肥占66.1%、硫酸铵占71.5%) ，1997年占全年硫酸总产量的72.2%。1

35、998年全国化肥产量273616万吨 ，比上年增长7.2%，其中磷肥51515929万吨 ，前7个月磷酸盐产量增长4%，全年硫酸产量比上年增长4.2%。1999年国家化肥生产方案安排3000万吨 (折纯) ，其中磷肥660万吨 1。自21世纪有关部门人士到含硫化肥在粮食生产中的重要作用，并将开展含硫化肥放在了重要地位。2002年国产和进口硫酸资源总量为323412万吨， 消费量为323118万吨。化肥消费硫酸232319万吨， 占硫酸消费量的71.9%5。2007年我国硫酸装置总产能约68000k，t 生产量57000k，t 占全球产量的25. 7%2。综上，我们看以看到，硫酸工业自诞生以来，

36、其规模就一直快速开展。21世纪的这十年中，特别是我国的硫酸工业更是开展迅速，硫酸产量不断提高。随着全球对硫酸需求量的不断增加，硫酸产品会有更广的市场前景。1.4 硫磺制酸正如上一节所提到的，随着我国际硫磺价格的下降和硫磺回收量的增加，硫磺制酸在硫酸产量中所占的比例也越来越大。特别是我国，硫磺回收和硫磺制酸开展迅速，2021年我国硫磺回收产能在40005000kt/a，产量为2870kt7。同时硫磺制酸还有原料清洁，不产生矿渣或酸性污水，气体SO2浓度较高，制酸工艺简单和气体流程简单等优点8。1.4.1 硫磺制酸的工艺流程硫磺制酸一般包括：原料处理，焚硫，SO2转化和干吸工序9。图1.1 硫磺制

37、酸流程框图Fig 1.1 Flow diagram of sulfuric acid from sulfuric1.4.2 焚硫工段焚硫工段的目的是将硫氧化生成SO2，将精制液硫通过精硫泵加压后，经硫磺喷枪机械雾化而喷入焚硫炉燃烧，所需的枯燥空气来自枯燥塔10。液体硫磺雾化、燃烧采用带有机械雾化喷嘴的焚硫炉，具有结构简单、容积热强度高，不需另设加压风机等优点，节省了动力消耗，简化了流程11。根据空气鼓风机的布置不同可分为：塔前流程，即鼓风机布置在枯燥塔上游，风机进口为湿空气，它对鼓风机的耐腐蚀要求低；塔后流程，即将鼓风机布置在枯燥塔下游，风机进口为枯燥空气含微量酸雾，它对鼓风机耐腐性要求较高，

38、气量比塔前流程大，相应的枯燥塔直径稍大。塔后流程的优点是鼓风机的压缩热带入焚硫炉，可多产生蒸汽，同时可以减少枯燥塔循环水的用量12 。这两种路程目前都有使用，南化公司硫磺制酸装置采用的是塔后流程。1.4.2.1 焚硫炉焚硫炉一般为钢制圆筒内衬耐火砖和保温砖的卧式结构，炉内设置多道挡墙及二次风入口，以增强空气与液硫雾化颗粒的混合，确保液硫在炉内完全燃烧。目前国内焚硫炉主要有两种形式，一种是圆筒形卧式焚硫炉，炉头每只磺枪分别配有空气旋流装置；另一种是一次扩大型卧式焚硫炉，空气进口采用双螺旋结构的进气装置，炉头设有大蜗形旋流装置，旋流装置中间放置数根磺枪。在保证液硫充分燃烧的前提下，提高了焚硫炉的容

39、积热强度12。1.4.2.2 焚硫炉布置12焚硫炉和废热锅炉是相关设备，需要统一布置，由于两台设备的整体长度都比拟长，可根据场地的情况将两台设备平行布置或呈“L形布置。由于焚硫炉出口至废热锅炉的气体的温度很高可到达1100左右，该管道一般采用碳钢衬砖结构，施工难度大，因此焚硫炉和废热锅炉应尽量靠近以缩短该管道的长度。1.4.3 转化工段平转化工段的任务是将SO2转化成SO3，由焚硫炉出来的含有SO2的高温气体，首先进入废热锅炉回收热量，温度降低后进入转化器，在催化剂上反响生成SO3。自从20世纪60年代以来，硫酸生产中SO2转化工艺的技术进步是采用两次转化、两次吸收工艺，简称两转两吸。与传统的

40、一转一吸工艺相比，两转两吸工艺具有以下特点： eq oac(,1)最终转化率高： eq oac(,2)能够处理(SO2)较高的炉气； eq oac(,3)可以减少尾气中SO2的排放量； eq oac(,4)所需的换热面积较大； eq oac(,5)系统阻力比一转一吸工艺增加45kPa。两转两吸工艺也有多种流程，常见的有“3+2五段转化，“3+1四段转化，“2+2四段转化，“2+1三段转化。目前国内硫磺制酸装置大多采用前两种。分析比拟“3+2五段转化和“3+1四段转化工艺，研究说明在较高(SO2)的原料气下获得同样高的最终转化率，前者对催化剂的要求更低一些，并且前者对到达要求的最终转化率更有保障

41、13。南化公司硫磺制酸装置采用的是“3+2五段转化工艺。干吸工段设有一个枯燥塔和两个吸收塔，枯燥塔的任务是枯燥空气，除去空气中的水分。吸收塔用来吸收由转化器出来的SO3。磺制酸装置的干吸工艺流程按设备配置的不同，可分为三大类：三塔三槽循环流程，三塔两槽循环流程和三塔一槽循环流程14。三塔三槽为三塔各自设循环槽，循环流程有：三塔各自独立循环流程；二吸塔独立循环，枯燥塔和一吸塔交叉循环流程；一吸塔独立循环，二吸塔和枯燥塔交叉循环流程；枯燥塔独立循环，一吸塔和二吸塔交叉循环流程。三塔两槽循环流程有：枯燥塔、一吸塔共槽，二吸塔单独一槽循环流程；枯燥塔、二吸塔共槽，一吸塔单独一槽循环流程；两个吸收塔共槽

42、，枯燥塔单独一槽循环流程。三塔一槽循环流程有：循环槽不加隔墙的流程；中间加一道隔墙的流程及中间加两道隔墙的流程。中间加一道隔墙流程是由三塔两槽流程演变而来，中间加两道隔墙流程是由三塔三槽循环流程演变而来。关于各种循环流程工艺的详细讲解请参照相关文献15。南化公司硫磺制酸装置采用的是三塔两槽循环流程，其中枯燥塔单独一槽，两个吸收塔共槽。1.4.5 废热回收在硫磺制酸过程中，从硫磺燃烧生产二氧化硫、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，每一步反响都是放热的，总得反响热约500kJ/mol硫酸。除装置散热、平排气等损失外，其余热量理论上均可回收利用。回收的热量中焚硫和转换局部的高温废热

43、约占60%，干吸局部的低温废热约占40%16。我国在硫磺制酸装置的废热回收技术方面起步较晚。70年代我国硫磺制酸装置废热回收状况：a.只回收高温废热；b.废热回收设备的使用可靠性差，事故率较高。80年代我国相继引入国外全套废热利用设备，提高了硫磺制酸装置废热回收的效率17。焚硫和转化工段高中温废热的回收系统一般设置，废热锅炉，过热器和省煤器。具体根据装置规模的不同，其系统设置也有所差异。一般在焚硫炉后设有废热锅炉，目前多采用火管锅炉，在转化工段设有过热器和省煤器。对于干吸工段低温废热的回收，由于品味较低，回收利用在技术上比拟困难。我国80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

44、中。80年代后期，我国开发了几种回收利用低温废热的方法和技术：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。生产热水用于其它装置，如：用于磷酸浓缩或氨蒸发等，但这种方法必须是磷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。孟山都环境化学公司在80年代后期开发了硫酸高温吸收产生低压蒸汽的系统简称HRS。该系统主要由HRS热回收塔、HRS酸循环泵、HRS锅炉及HRS稀释器4台设备组成。该装置的应用，使得废热的回收率从传统装置的70%提高到93%18。1.5 论文设计工程内容与意义本文设计工程为300 kt/a硫磺制酸装置，原料为扬子石化等装置回收下来的液体硫磺。作为重要的无

45、机根底化工原料，自其工业化生产以来，其生产工艺不断改善和提高，产量更是迅速增长。到20世纪90年代以后，随着我国有色冶炼行业的开展，以及国际硫磺价格的下降和环保要求的日益严格，硫磺制酸在制酸工业中占据了非重要的地位。至2021年我国硫磺制酸产能已到达38000kt/a，产量为32980kt/a，20062021年硫磺制酸产能、产量年均增长率分别为10.0%，10.8%。预计到“十二五末期我国硫磺制酸产能将到达4700050000kt/a，产量约40000kt/a。本装置的建成可以吸收周边石油化工装置回收的硫磺，同时可以缓解国内硫酸供给相对紧张的形势。国内硫酸工业的重心正由硫铁矿制酸一步步转移到

46、硫磺制酸上来，该装置的设计与建成不仅是响应该行业的趋势，更是本着保护环境节能减排的现代工业责任心。 第二章 总论2.1 工程概述本文设计一套年产30万吨的硫磺制酸装置，本装置的原料采用样子石化等装置硫回收下来的液体硫磺，原料的质量和数量有保障。本装置焚硫采用机械喷嘴雾化的喷雾式焚硫炉，采用国产催化剂、“3+2两次转化工艺。采用中压余热回收器、过热器和省煤器回收焚硫和转化工段的废热产生中压过热蒸汽。本装置的产品是符合一等品指标浓度为98%的浓硫酸。该装置技术成熟，设备先进，产品收率髙，同时该装置还有原料清洁，不产生矿渣或酸性污水等优点，符合科学开展观。本文设计装置年产98%工业硫酸30万吨，装置

47、运转市场为8000小时/年。2.2 设计依据化工工厂初步设计文件内容深度 HG/T20688-20002021年南京工业大学毕业设计任务书该装置的可行性评估报告本工程的环境影响报告书及其批复文件职业病危害预评价报告及其批复原文件2.3 设计原那么由于化工厂的投资建设，要考虑到环境、国家标准、技术可行性、人员等各方面的因素，所以参照以下设计原那么。2.3.1 环境保护条例1地面水环境质量标准 GB3838-882大气环境质量标准 GB3095-823城市区域环境噪声标准 GB3096-824污水综合排放标准 GB8978-885工业“三废排放试行标准 GBJ4-736锅炉烟尘排放标准 GB384

48、1-832.3.2 约束条件1设计考虑的外部约束条件：1政府制定的各种法律、规定和要求；2各种自然规律；3平安要求；4卫生要求；5资源情况；6各种必须遵循的标准和标准；7经济要求，经济可行。2设计考虑的内部约束条件：1生产技术：技术软硬件的来源、技术成熟程度、价格和使用条件；2材料：原材料、建筑材料、关键设备等供给的难易；3时间：允许和需要的设计时间；4人员：素质和数量；5产品规格；6建设单位的具体要求；7建厂地区的具体情况。2.4 工程建设意义作为重要的无机根底化工原料，自其工业化生产以来，其生产工艺不断改善和提高，产量更是迅速增长。到20世纪90年代以后，随着我国有色冶炼行业的开展，以及国

49、际硫磺价格的下降和环保要求的日益严格，硫磺制酸在制酸工业中占据了非重要的地位。至2021年我国硫磺制酸产能已到达38000kt/a，产量为32980kt/a，20062021年硫磺制酸产能、产量年均增长率分别为10.0%，10.8%。预计到“十二五末期我国硫磺制酸产能将到达4700050000kt/a，产量约40000kt/a。本装置的建成可以吸收周边石油化工装置回收的硫磺，同时可以缓解国内硫酸供给相对紧张的形势。国内硫酸工业的重心正由硫铁矿制酸一步步转移到硫磺制酸上来，该装置的设计与建成不仅是响应该行业的趋势，更是本着保护环境节能减排的现代工业责任心。2.5 原料及产品方案本套装置的原料采用

50、扬子石化等装置硫回收下来的液体硫磺，原料经精硫槽处理后可以直接使用。产品规格为98%的工业硫酸，98%工业硫酸质量符合国家标准GB534/T-2002一等品指标。具体如表2.1。表2.1 工业一等品98%硫酸指标 The indicator of industrial Grade sulfuric acid with 98%w/w项目98%工业硫酸指标H2SO498%灰分0.03Fe0.01%As0.005%透明度50mm色 度Hg0.01%Pb0.02%本装置每年生产符合该标准的浓硫酸30万吨折100%硫酸计2.6 主要物料规格及消耗本工艺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序号工程规格数量备注1液硫按供给2空气环境空气3/年3锅炉给水104pa4催化剂工业等级288m3一次装填量5电350/220V6冷却水301872万吨/年2.7 主要危险品性质该工艺中所涉及的原料和产品有一定的危险性，其主要危险物品德性质见表2.3。表2.3 主要危险物品性质表Tab 2.3 Main properties of dangerous goods危险品熔点/沸点/闪点/爆炸极限/V%毒性可燃性上限下线硫酸330无意义无意义无意义强腐蚀性不可燃硫磺119无意义-可致慢性中毒易燃第三章

52、工艺流程3.1 设计目标本文设计论述的是一套硫磺制酸装置，本装置采用机械雾化焚硫，采用“3+2两转两吸工艺流程。该套装置可以将扬子石化等装置硫回收下来的液硫转化成98%的硫酸产品。尽量采取可行的措施回收工艺流程中的余热。3.1.2 生产规模本文设计30万吨/年硫磺制酸装置以满足各个行业日益增长的需求，同时缓解我国过去以硫铁矿制酸带来的环境和产量的压力。3.2 工艺路线选择3.2.1 工艺路线选择原那么原料来源的可靠性。化工生产过程大局部是连续的生产过程，原料数量及质 量的稳定可靠地供给是进行正常生产的根本条件。尽可能选择当地或附近的原料。经济性。工艺路线影响到拟建厂的技术方案、厂址、环境保护等

53、多个方面，从而对工程的投资、本钱、利润产生影响。资源利用的合理性。这种合理性是从国民经济角度来考察的，因为国家的资源有限，要用有限的资源来获得好的经济效益。工艺技术的先进性。技术的先进是指工程建设投资后，生产的产品质量指标、产量、运转的可靠性及平安性等既先进又符合国家标准。3.2.2 工艺路线的比拟及选择目前硫磺的生产工艺主要有硫铁矿制酸、WSA湿法制酸、硫磺制酸、磷石膏制酸等。硫铁矿制酸是我国硫酸工业最重要的硫酸生产方法之一。硫铁矿制酸工艺包括焙烧、净化、转化等假设干工序，制酸过程中，焙烧工序和吸收工序会排放大量枯燥废弃、增湿废气和制酸尾气，严重地危害着周边的环境。磷石膏是磷化工生产的最大固

54、体废弃物，每生产1t磷酸会产生56t磷石膏。据中国磷肥工业协会统计，2021我国磷石膏排放量约5000万吨占工业副产石膏的70%以上19。所以磷石膏制酸可谓是缓解磷石膏污染的一种有效途径。1969年Linz化学公司建成第一家利用磷石膏制硫酸并联产水泥的工厂20。1986年Lurgi公司开发成功循环流化床节能型磷石膏热分解法制硫酸和联产水泥技术并进行了中试，其磷石膏分解率达99%。之后国内外均在磷石膏生产硫酸的技术上有所开展。但是到目前为止该生产工艺还存在很多实际问题，工艺技术和设备都不够成熟难以大量生产工业所需求得硫酸，并且生产本钱也比拟高。c在最近15年中，托普索公司的WSA湿法制酸技术在低

55、浓度SO2气体SO2不产过6%7%制酸方面得到了广泛的应用。WSA工艺是一种能有效地脱除各种废弃中硫并将其转化成工业成品浓硫酸的工艺。全世界签的WSA装置已超80套，主要用于石油炼制、煤化工和煤气化、焦化、冶金、粘胶纤维生产等行业21。与传统制酸工艺相比，WSA工艺具有能效高和没有副产品产生的优点，WSA工艺中气体不需要枯燥，因而生产中没有酸损失，也不产生酸性废水。但是WSA工艺也有其局限性。一是原料气体浓度受限制，考虑到WSA冷却器的结构和材料，不可能处理硫酸露点高于260的气体，这相当于进转化器的SO2不能高于6%7%。二是SO2转化率受限制，最为一转一吸工艺，WSA工艺的SO2/SO3的

56、平衡曲线将SO2转化率限制在99.4%99.7%。随着世界石油化工的开展，化工生产中硫磺的回收量不断增加，硫磺的市场价格也随之下降，在这种环境下，硫磺制酸由于其装置操作简单，并且拥有原料清洁，不产生矿渣或酸性污水，气体SO2浓度较高等优点，因此硫磺制酸在硫酸工业中所占的比重越来越大。本文的设计选择使用硫磺生产硫酸，生产原料为扬子石化等装置回收的液体硫磺。目前硫磺制酸工艺的技术已经相当成熟，本文所设计的装置，采用南化公司所使用硫磺制酸技术和设备。3.3 工艺流程介绍3.3.1 焚硫转化工段精制液体硫磺由精硫泵连续送往焚硫炉F301前端的两只硫磺喷枪。液硫经喷枪雾化后喷入炉内，干空气由前端进气口进

57、入，与雾化后的硫磺充分接触燃烧。焚硫炉内设置三道挡墙，以强化硫磺与空气的混合和确保停留时间。为防止硫磺燃烧不完全，设有二次风，用于补充氧量和调节炉温，促使反响完全，不致产生升华硫。炉膛内操作温度控制在1000左右。出焚硫炉F301的炉气进入火管型余热回收器B301，回收热量后降温至415，再进入转化器R301一段催化剂层，进转化的SO2%摩尔浓度左右。余热回收器回收热量后产生的的中压饱和蒸汽送转化工序低温过热器、中温过热器和高温过热器过热继续回收热量。出余热回收器B301温度约415、SO2浓度9.5%摩尔浓度的炉气依次分别进入转化器R301、段催化剂层，进行SO2的催化氧化反响，生成SO3。

58、进转化器段催化剂层炉气温度可通过余热回收器旁路调节，SO2浓度可以通过调节空气风机C301出口旁路来控制。出转化器R301段催化剂层约595的炉气进入高温过热器B302，在此加热出中温过热器B303的蒸汽至Pa、450送蒸汽集汽联箱，经高温过热器换热后的炉气降温至约455进入转化器段催化剂层继续进行SO2的催化氧化反响；出段催化剂层约517的炉气进入热热换热器E301，与来自第一吸收塔并经冷热换热器E302预热的SO2炉气换热，降温至440后进入转化器段催化剂层反响，出三段催化剂层约458的炉气依次进入冷热换热器E302和省煤器B303降温至175，然后送入第一吸收塔吸收SO3，那么SO2完成

59、一次转化。经第一吸收塔吸收SO3后的炉气依次通过冷换热器E302和热换热器E301，利用转化器、段的反响热升温至约420后进入转化器段催化剂层反响，出段约438的炉气进入中温过热器B303，在此加热出低温过热器B304的蒸汽，经中温过热器换热后的炉气降温至约420进入转化器段催化剂层继续进行SO2的催化氧化反响；出段催化剂层约422的炉气进入低温过热器B304和省煤器B306，降温至160后进第二吸收塔T402，那么完成二次转化和吸收SO2最终设计转化率为99.8%，经第二吸收塔T403吸收后的尾气可直接通过尾气烟囱S401排放。3.3.2 干吸工段空气通过空气过滤器过滤后由枯燥塔下部进入枯燥

60、塔，95浓硫酸从枯燥塔上部进入枯燥塔，与空气逆向接触，95%浓度的酸吸收水分后，浓度下降到约94.74%左右，从塔底部流入枯燥塔酸循环槽，空气从塔顶部出，含水量在3以下，进入空气风机升压后进入焚硫转化工段焚硫炉与液硫混合燃烧。浓硫酸吸收水分的过程是一个放热反响，所以，枯燥塔出塔酸温高于塔进口酸温。为了维持枯燥塔酸循环槽内95%酸浓，由吸收系统串入一局部98%浓硫酸，在枯燥塔循环槽内，枯燥塔下塔酸和吸收系统串来的98%酸混合，混合后，一局部由枯燥塔酸循环泵送入枯燥塔酸冷却器，冷却至50后送到枯燥塔塔顶喷淋；多出的一局部酸串入第一吸收塔内。吸收系统是用浓硫酸吸收由焚硫转化工段来的SO3气体。转化工