毕业设计说明书6

1、0/67毕业设计说明书年产20万吨硫酸生产车间工艺设计学生姓名： 学号： 学 院： 系 名： 专 业： 指导教师： 年 月年产20万吨硫酸生产车间工艺设计摘 要硫酸是最重要的基础化工原料之一，主要用于制造磷肥及无机化工原料，其次作为化工原料广泛应用于有色金属的冶炼、石油炼制和石油化工、橡胶工业以及农药、医药、印染、皮革、钢铁工业的酸洗等。本设计以硫磺为原料生产硫酸，因为以硫磺为原料生产硫酸不需净化，大大简化了工艺过程，节省投资费用，且产品质量高。本设计完成了年产20万吨硫酸生产车间工艺设计，介绍了硫酸生产的主要方法和成熟的工艺流程。主要内容包括原料熔硫工段、焚硫转化工段、干吸工段及主要设备的选

2、择、环保措施等。完成了化工设计的各个设计环节，达到了设计目标。经分析，设计技术可靠，经济合理。在设计过程中，还重点对废水处理进行了分析。关键词：硫酸；硫磺制酸；焚烧炉；转化塔The Production Process Design of the Workshop for Sulfuric acid with an Annual Output of 200,000 TonsAbstract Sulfuric acid is one of the most important basic chemical raw materials, mainly used in the manufacture

3、 of phosphate fertilizer and inorganic chemical raw materials, as a chemical raw material, it is widely used in non-ferrous metal smelting, petroleum refining and petroleum chemical industry, rubber industry, as well as pesticides, pharmaceuticals, printing and dyeing, leather pickling of iron and s

4、teel industry. This design is used sulfuric acid as raw material to product sulfur, thus it products sulfur without purification, the process is greatly simplified to save investment costs and gain high product quality. It is an annual output of 200,000 tons of sulfuric acid production plant process

5、 design, introduces the main methods of sulfuric acid production and mature process. The main contents include the raw material sulfur melting section, and burning sulfur conversion section, drying and absorption section and the major equipments selection, environmental protection measures. It compl

6、etes various links of the chemical engineering design, and achieves the design objectives. Through the analysis of the design, design technology is reliable, and the design is economical and reasonable. In the design process, it is also focusing on wastewater treatment.Keywords: Sulfuric acid; Produ

7、cing Sulfuric Acid by Sulfur; The stove of sulfur; Conversion tower 第 PAGE 60页，共66页目 录TOC o 1-1 t 标题 2,1,标题 3,1 h u HYPERLINK l _Toc9395 1 引言 PAGEREF _Toc9395 1 HYPERLINK l _Toc16197 1.1概述 PAGEREF _Toc16197 1 HYPERLINK l _Toc13284 1.2全球硫酸工业概况 PAGEREF _Toc13284 1 HYPERLINK l _Toc2099 1.3我国工业概况 PAGERE

8、F _Toc2099 1 HYPERLINK l _Toc14125 1.4硫酸的性质 PAGEREF _Toc14125 2 HYPERLINK l _Toc7998 1.4.1物理性质 PAGEREF _Toc7998 2 HYPERLINK l _Toc24068 1.4.2浓硫酸的化学性质 PAGEREF _Toc24068 3 HYPERLINK l _Toc31475 1.4.3稀硫酸的化学性质 PAGEREF _Toc31475 5 HYPERLINK l _Toc7632 1.4.4相对密度 PAGEREF _Toc7632 6 HYPERLINK l _Toc30702 1.

9、4.5硫酸的结晶温度 PAGEREF _Toc30702 6 HYPERLINK l _Toc21087 1.4.6硫酸的热容、热焓 PAGEREF _Toc21087 7 HYPERLINK l _Toc13792 1.4.7硫酸的沸点蒸气压和蒸气组成 PAGEREF _Toc13792 7 HYPERLINK l _Toc27473 1.5硫酸几种不同的生产工艺 PAGEREF _Toc27473 8 HYPERLINK l _Toc16846 1.5.1以硫磺为原料 PAGEREF _Toc16846 8 HYPERLINK l _Toc21981 1.5.2以硫铁矿含伴生硫铁矿为原料

10、PAGEREF _Toc21981 9 HYPERLINK l _Toc8015 1.5.3冶炼烟气和其它原料 PAGEREF _Toc8015 9 HYPERLINK l _Toc3464 1.6低浓度二氧化硫气体的处理 PAGEREF _Toc3464 9 HYPERLINK l _Toc4318 1.7硫酸污水处理 PAGEREF _Toc4318 10 HYPERLINK l _Toc21451 1.8二氧化硫尾气 PAGEREF _Toc21451 10 HYPERLINK l _Toc16237 2 工艺流程 PAGEREF _Toc16237 11 HYPERLINK l _To

11、c19900 2.1快速熔硫与液硫过滤工段 PAGEREF _Toc19900 11 HYPERLINK l _Toc9182 2.2转化工段 PAGEREF _Toc9182 12 HYPERLINK l _Toc56 2.2.1二氧化硫转化反应的基本原理 PAGEREF _Toc56 13 HYPERLINK l _Toc26904 2.2.2二氧化硫转化三氧化硫工艺操作条件选择和选定理由 PAGEREF _Toc26904 14 HYPERLINK l _Toc9760 2.3吸收工段 PAGEREF _Toc9760 22 HYPERLINK l _Toc29633 2.3.1吸收流程

12、配置的方式 PAGEREF _Toc29633 23 HYPERLINK l _Toc31135 2.3.2吸收工段的流程 PAGEREF _Toc31135 23 HYPERLINK l _Toc25843 2.3.3吸收工段主要工艺指标分析 PAGEREF _Toc25843 24 HYPERLINK l _Toc4253 2.4废热回收工艺 PAGEREF _Toc4253 24 HYPERLINK l _Toc22367 2.5关于低温位热能回收工艺 PAGEREF _Toc22367 25 HYPERLINK l _Toc11719 3 物料衡算 PAGEREF _Toc11719

13、26 HYPERLINK l _Toc21177 3.1 设计要求： PAGEREF _Toc21177 26 HYPERLINK l _Toc13010 3.2物料衡算 PAGEREF _Toc13010 26 HYPERLINK l _Toc3946 3.2.1硫磺焚烧的物料衡算 PAGEREF _Toc3946 26 HYPERLINK l _Toc1512 3.2.2转化器物料衡算 PAGEREF _Toc1512 26 HYPERLINK l _Toc13521 3.3热量衡算 PAGEREF _Toc13521 29 HYPERLINK l _Toc2906 3.3.1热量衡算的目

14、的 PAGEREF _Toc2906 29 HYPERLINK l _Toc20131 3.3.2热量衡算依据 PAGEREF _Toc20131 29 HYPERLINK l _Toc7695 3.3.3各物质热力学参数23（标况下） PAGEREF _Toc7695 29 HYPERLINK l _Toc23075 3.3.4各工段的热量衡算 PAGEREF _Toc23075 29 HYPERLINK l _Toc1101 4 主要设备的设计与选型 PAGEREF _Toc1101 38 HYPERLINK l _Toc4685 4.1焚硫炉 PAGEREF _Toc4685 38 HY

15、PERLINK l _Toc3011 4.2转化塔 PAGEREF _Toc3011 38 HYPERLINK l _Toc6699 4.3干吸塔 PAGEREF _Toc6699 40 HYPERLINK l _Toc3849 4.4气体换热器 PAGEREF _Toc3849 41 HYPERLINK l _Toc24290 4.5空气鼓风机 PAGEREF _Toc24290 44 HYPERLINK l _Toc30697 4.6循环吸泵 PAGEREF _Toc30697 45 HYPERLINK l _Toc5963 4.7废热锅炉 PAGEREF _Toc5963 45 HYPE

16、RLINK l _Toc11570 4.8过热器和省煤器 PAGEREF _Toc11570 46 HYPERLINK l _Toc13574 4.9设备一览表 PAGEREF _Toc13574 47 HYPERLINK l _Toc4069 5 车间布置 PAGEREF _Toc4069 48 HYPERLINK l _Toc31590 5.1车间布置的任务 PAGEREF _Toc31590 49 HYPERLINK l _Toc2807 5.2车间布置的基本原则 PAGEREF _Toc2807 49 HYPERLINK l _Toc4610 5.3车间布置设计的一般要求 PAGERE

17、F _Toc4610 49 HYPERLINK l _Toc25258 5.4车间布置 PAGEREF _Toc25258 52 HYPERLINK l _Toc3735 5.5 装置的组成部分 PAGEREF _Toc3735 53 HYPERLINK l _Toc5328 5.6 布置方案 PAGEREF _Toc5328 53 HYPERLINK l _Toc30996 5.7设备布置 PAGEREF _Toc30996 54 HYPERLINK l _Toc26797 6 安全与环保 PAGEREF _Toc26797 54 HYPERLINK l _Toc292 6.1安全 PAGE

18、REF _Toc292 54 HYPERLINK l _Toc3238 6.1.1产业安全现状 PAGEREF _Toc3238 54 HYPERLINK l _Toc2908 6.1.2安全评价简介 PAGEREF _Toc2908 55 HYPERLINK l _Toc3004 6.2环保 PAGEREF _Toc3004 55 HYPERLINK l _Toc13448 6.2.1作业环境 PAGEREF _Toc13448 55 HYPERLINK l _Toc20651 6.2.2主要污染 PAGEREF _Toc20651 56 HYPERLINK l _Toc23152 6.2.

19、3环境管理重点 PAGEREF _Toc23152 56 HYPERLINK l _Toc19141 7 经济核算 PAGEREF _Toc19141 57 HYPERLINK l _Toc14733 7.1概述 PAGEREF _Toc14733 57 HYPERLINK l _Toc13258 7.2 能耗分析 PAGEREF _Toc13258 58 HYPERLINK l _Toc8065 7.3 节能措施 PAGEREF _Toc8065 58 HYPERLINK l _Toc641 7.4经济核算 PAGEREF _Toc641 59 HYPERLINK l _Toc1735 7.

20、4.1工程费用 PAGEREF _Toc1735 59 HYPERLINK l _Toc21274 7.4.2其他费用 PAGEREF _Toc21274 60 HYPERLINK l _Toc32735 7.4.3备用费用 PAGEREF _Toc32735 60 HYPERLINK l _Toc11457 7.4.4专项费用 PAGEREF _Toc11457 61 HYPERLINK l _Toc4918 7.4.5产品单位成本 PAGEREF _Toc4918 61 HYPERLINK l _Toc17528 7.4.6流动资金 PAGEREF _Toc17528 62 HYPERLI

21、NK l _Toc16127 7.4.7投资回收期 PAGEREF _Toc16127 62 HYPERLINK l _Toc12277 设计总结 PAGEREF _Toc12277 62 HYPERLINK l _Toc22818 参考文献 PAGEREF _Toc22818 63 HYPERLINK l _Toc20579 致 谢 PAGEREF _Toc20579 661 引言1.1概述近十几年以来，我国硫酸工业得到很大的发展，重要的标志之一是硫酸工程设计项目多、质量好、技术水平高、经济效益和社会效益显著。我国自行设计、自己建设的中、小型硫酸工程遍及全国，还承担了许多大型硫酸工程设计。此

22、外，从国外引进了一些先进的硫酸技术。硫酸工程设计的进步，大大改变了我国硫酸工业的技术状况1。硫酸工程设计因采用的原料不同其形式各异，工艺过程和设备须与所用的原料相匹配。以前我国以硫铁矿生产硫酸为主体，在今相当长的时期内，这种情况不会有较大的变化；以重有色冶金工业的冶炼烟气生产硫酸，是我国硫酸工业的重要组成部分；随着硫磺供应的增加, 愈来愈多的新建工程从治理环境、生产简便和经济角度考虑，选用以硫磺生产硫酸；以石膏、磷石膏为原料生产硫酸、联产水泥的工程，也有新的发展。一般情况下，以硫铁矿制酸工艺较复杂些，硫磺制酸过程简便些2。1.2全球硫酸工业概况硫酸是传统的无机基本化工原料，自18世纪中叶工业化

23、生产以来，随着染料、炸药工业的兴起而迅速发展，现今随化肥工业、石油化工、有色冶金、纺织和轻工业、国防工业及其它有关工业的发展而不衰2。硫酸工艺技术和装备、材料不断演变和进步，特别是近年来以环境保护和能源利用为中心的变革，使硫酸工艺和装备有了很大的变化，如改革工艺回收了90以上的反应热产生蒸汽用于发电，除自用外并向装置外供电，成为应用清洁生产工艺的能源企业，其中MECS和Outolec等热回收工艺是目前流行的技术。目前世界各国硫酸工程都趋向于大型化发展，全球的硫酸有50用于磷酸生产，还有一些用于镍的生产，这些工业部门的大型化要求配套的硫酸工程也大型化。有色冶炼工程的大型化也需配套的冶炼烟气制酸工

24、程大型化。总之，这些工业部门生产大型化带动了硫酸工程的大型化3。1.3我国工业概况我国国民经济连续不断增长，特别是磷复肥工业和有色冶金工业的蓬勃发展带动了硫酸工业迅速发展。进入2l世纪以来，建成了许多大型的以硫磺或硫铁矿为原料的生产装置，一些中、小型企业得到了改造，也朝大型化方向发展。以冶炼烟气为原料的硫酸工程与大型铜、镍等有色金属冶炼配套建设，相应建设大型的硫酸装置。在此期间建成的大型企业总生产能力占全国总生产能力50以上，其中以硫磺制酸较多，冶炼烟气制酸次之4。在建和待建项目建成后，大型硫酸装置将成为我国硫酸工业的主体，顺应了硫酸工业发展的需要。通过研制和创新，新工艺、新设备、新材料亦得到

25、应用和推广，我国硫酸工业的技术水平有了较大的进步。对硫酸需求的增加，主要靠增加以硫磺为原料生产的硫酸和充分回收冶炼烟气中的SO2生产硫酸来解决，并逐步形成了较大生产能力，但以硫铁矿为原料生产硫酸的能力仍很大。硫铁矿制酸技术复杂，装置建设投资较高，再加上矿山的勘探、采选和建设等的投资，发展硫铁矿制酸的总投入较大。21世纪以来，我国在自主创新建设大批硫酸装置的同时，也引进了先进的硫酸装置、关键设备、催化剂、热回收技术和装备等，促进了我国硫酸工业技术和装备水平的提高5。1.4硫酸的性质1.4.1物理性质（1）理化常数6性状：无色无味澄清粘稠油状液体； 成分/组成：浓硫酸98.0%(浓)70%(稀)

26、；密度：98%的浓硫酸1.84g/mL ；摩尔质量：98g/mol；物质的量浓度：98%的浓硫酸18.4mol/L； 相对密度：1.84；沸点：338；溶解性：与水和乙醇混溶； 凝固点：无水酸在10，98%硫酸在3时凝固。 （2）溶解放热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”若将水倒入浓硫酸中，温度将达到173，导致酸液飞溅，造成安全隐患。 硫酸是一种无色黏稠油状液体，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。（3）共沸混合物（熔点：10） 沸点：290（100%酸），沸点：338（98.3%酸） 但是100%的硫酸并不是最稳定的，沸腾时

27、会分解一部分，变为98.3%的浓硫酸，成为338（硫酸水溶液的）共沸混合物。加热浓缩硫酸也只能最高达到98.3%的浓度。（4）吸水性它是良好的干燥剂，用以干燥酸性和中性气体，如CO2，H2，N2，NO2，HCl，SO2等，不能干燥碱性气体，如NH3，以及常温下具有还原性的气体，如H3S吸水是物理变化过程。吸水性与脱水性有很大的不同：吸收原来就有游离态的水分子，水分子不能被束缚。将一瓶浓硫酸敞口放置在空气中，其质量将增加，密度将减小，浓度降低，体积变大，这是因为浓硫酸具有吸水性。 1.4.2浓硫酸的化学性质（1）脱水性7脱水指浓硫酸脱去非游离态水分子或脱去有机物中氢氧元素的过程。 1)脱水性简介

28、 就硫酸而言，脱水性是浓硫酸的性质，而非稀硫酸的性质，浓硫酸有脱水性且脱水性很强。 2)可被脱水的物质 物质被浓硫酸脱水的过程是化学变化的过程，反应时，浓硫酸按水分子中氢氧原子数的比(2:1)夺取被脱水物中的氢原子和氧原子或脱去非游离态的结晶水，如五水合硫酸铜(CuSO45H2O)。 3)炭化 可被浓硫酸脱水的物质一般为含氢、氧元素的有机物，其中蔗糖、木屑、纸屑和棉花等物质中的有机物，被脱水后生成了黑色的炭。浓硫酸如：C12H22O1112C+11H2O 4)黑面包反应 在200mL烧杯中放入20g蔗糖，加入几滴水，水加适量，搅拌均匀。然后再加入15mL质量分数为98%的浓硫酸，迅速搅拌。观察

29、实验现象。可以看到蔗糖逐渐变黑，体积膨胀，形成疏松多孔的海绵状的炭，还会闻到刺激性气味气体。 C12H22O1112C+11H2O C+2H2SO4(浓) CO2+2SO2+2H2O 5)络合反应 将SO3通入浓H2SO4中，则会有“发烟”现象。 H2SO4+SO3H2S2O7(亦写为H2OSO3SO3)（2）强氧化性1)跟金属反应 常温下浓硫酸能使铁、铝等金属钝化。 加热时，浓硫酸可以与除金、铂之外的所有金属反应，生成高价金属硫酸盐，本身一般被还原成二氧化硫。Cu+2H2SO4(浓) CuSO4+SO2+2H2O 2Fe+6H2SO4(浓) Fe2(SO4)3+3SO2+6H2O在上述反应中

30、，硫酸表现出了强氧化性和酸性。 2)非金属反应 热的浓硫酸可将碳、硫、磷等非金属单质氧化到其高价态的氧化物或含氧酸，本身被还原为二氧化硫。在这类反应中，浓硫酸只表现出氧化性。 C+2H2SO4(浓) CO2+2SO2+2H2O S+2H2SO4 (浓) 3SO2+2H2O 2P+5H2SO4 (浓) 2H3PO4+5SO2+2H2O 3)跟其他还原性物质反应 浓硫酸具有强氧化性，实验室制取硫化氢、溴化氢、碘化氢等还原性气体不能选用浓硫酸。 H2S+H2SO4(稀) S+SO2+2H2O 2HBr+H2SO4(稀) Br2+SO2+2H2O 2HI+H2SO4(稀) I2+SO2+2H2O （3

31、）难挥发性制氯化氢、硝酸等（原理：高沸点酸制低沸点酸）如，用固体氯化钠与浓硫酸反应制取氯化氢气体。 NaCl(固)+H2SO4 (浓) NaHSO4+HCl(常温) 2NaCl(固)+ H2SO4 (浓) Na2SO4+2HCl(加热) 再如，利用浓盐酸与浓硫酸可以制氯化氢气体。 酸性：制化肥，如氮肥、磷肥等 2NH3+ H2SO4 (NH4)2SO4 Ca3(PO4)2+2H2SO4 2CaSO4+Ca(H2PO4)2 稳定性：浓硫酸与亚硫酸盐反应 Na2SO3+ H2SO4 Na2SO4+H2O+SO2（4）强酸性纯硫酸是无色油状液体，10.4C时凝固。加热纯硫酸时，沸点290C，并分解放

32、出部分三氧化硫直至酸的浓度降到98.3%为止，这时硫酸为恒沸溶液，沸点338C。无水硫酸体现酸性是给出质子的能力，纯硫酸仍然具有很强的酸性，98%硫酸与纯硫酸的酸性基本上没有差别，而溶解三氧化硫的发烟硫酸就是一种超酸体系了，酸性强于纯硫酸8。 1.4.3稀硫酸的化学性质（1）可与多数金属（比铜活泼）和绝大多数金属氧化物反应，生成相应的硫酸盐和水。（2）可与所含酸根离子对应酸酸性比硫酸根离子弱的盐反应，生成相应的硫酸盐和弱酸。 （3）可与碱反应生成相应的硫酸盐和水。 （4）可与氢前金属在一定条件下反应，生成相应的硫酸盐和氢气。 （5）加热条件下可催化蛋白质、二糖和多糖的水解。（6）能与指示剂作用

33、，使紫色石蕊试液变红，使无色酚酞试液不变色9。1.4.4相对密度相对密度即单位体积硫酸的重量与同体积4水的重量之比。相对密度与密度在概念上是不同的，密度即单位体积硫酸的质量，g/cm。但对于同一条件下的同一硫酸的相对密度与密度在数值上是同一的10。硫酸相对密度是温度与酸浓度的函数。当固定温度，硫酸的相对密度随浓度升高而升高。当固定硫酸浓度，相对密度则随温度升高而下降。此属于一般的变化规律。此外当酸浓度在0100%范围内，在任何温度下，以98.3%浓度下的相对密度为最大。当硫酸浓度属于发烟酸范围时，以含游离SO3在50%65%浓度下的相对密度为最高。SO3%游离量低于此区域，相对密度随游离SO3

34、%增加而升高。游离SO3%高于此区域，相对密度随游离SO3量增加而下降。1.4.5硫酸的结晶温度液体硫酸转变为固体硫酸时的温度称为结晶温度。结晶温度随硫酸浓度不同而变化，其变化关系是不规则的11。市场上几种常见硫酸品种的结晶温度如表1-1所示：表1-1 常用硫酸和发烟硫酸的结晶温度硫酸浓度%（重量）结晶温度硫酸浓度%（重量）结晶温度10.04.7100+10.37176.022.2游离SO3101.593.027.0游离SO320+2.598.5+1.8游离SO3650.35掌握了硫酸结晶温度具有下述意义：（1）了硫酸贮存输送提供了防止发生冻酸的温度控制依据；（2）为了确定产品浓度范围提供了依

35、据；（3）对处于不正常情况下发生的酸冻结原因分析提供了理论依据。1.4.6硫酸的热容、热焓热容指在不发生相变又不发生化学反应和无其它功能的条件下，单位硫酸温度升高或降低1时，所引起的热量变化。以摩尔为单位，即摩尔热容kJ/（molK），以质量千克为单位即为比热kJ/（molK）。从实验上得知，将同一种浓度的硫酸从0升高到1与从99升到100所需要的热量是不同的12。可见不同的温度下有不同的热容，为了使用上的方便，在工程计算中采用平均热容。热焓是指某一单位重量（kg）的硫酸在某一温度下含有的热量。热焓是状态函数，它的变化由始态和终态决定，与中间过程无关。1.4.7硫酸的沸点蒸气压和蒸气组成H2O

36、SO3为二元系统，其溶液具有恒沸状态的性质，这种性质在硫酸水溶液的浓缩、SO3吸收以及浓硫酸用作干燥剂等方面有着极其重要的意义。溶液的沸点随H2SO4含量的增加而升高。当浓度达到98.3%时达最大值（336.8），此后则下降，至100%H2SO4时为296.2。发烟硫酸的沸点，则随SO3（游离）百分含量的增大而下降，直降至44.7。常压下加热浓缩稀硫酸，当酸浓达到98.3%时，液面上的气相组成与液相组成达到相同，即使继续加热蒸发，液相组分不变，这时沸点（338.8）称恒沸点。这说明在常压下只能将稀硫酸浓缩到98.3%，成为理论上的浓缩浓度。但在生产操作中为了经济性和减少硫酸损失，通常只是将稀硫

37、酸浓缩至92%95%13。根据相平衡原理，硫酸液面上应有相应的气体成分。上述的加热浓缩稀硫酸及加热蒸发游离SO3，相应的气相成分以H2O和SO2为主。而在常压低温范围内，硫酸液面上气相组分，则以H2SO4为主，其量用总蒸气压表示。各种温度下不同浓度硫酸的总蒸气压，可有下式计算：pA-B/T 式中 p蒸气压，Pa； T绝对温度，K； A、B与酸浓度有关的常数。当温度一定时，硫酸液面上的总蒸气压随硫酸浓度升高而降低，且在98.3%时总蒸气压最低。当酸浓超过98.3%时，总蒸气压随浓度的升高（游离SO3%增加）而增大。如表1-2所示：表1-2 各种浓度硫酸的A、B常数值H2SO4%204060809

38、098.3100A8.9228.8448.8419.2939.2559.7809.805B22682299245830403390421139141.5硫酸几种不同的生产工艺1.5.1以硫磺为原料进口硫磺可充分利用世界硫资源，以补充我国硫资源的不足，其前提是世界上要有多余的硫磺供应。硫磺进口量的多少受多种因素影响，但硫的供应总量和需求总量基本上平缓地上升，即使年我国进口硫磺达占世界硫磺贸易量的，也未出现总体上生产和供应小于需求的态势。上述资料可能有局限性，不够全面，但可看出在世界范围某些地区的变化和世界总量的变化是有区别的。拿我国的情况看，年硫铁矿制酸，硫磺制酸仅几十万吨年矿制酸减少到，硫磺制

39、酸升至其中矿制酸改为硫磺制酸的量净增加了世界硫的消费，而其余增加的硫磺制酸大部分用于增产磷肥，并且主要是以产抵进，这样就减少了国外磷肥的生产，即减少了国外硫的消费量。所以，我国使世界硫磺消费净增加量实际低于进口硫磺的增加量14。总体上世界硫磺供应略有富余，但年以来世界硫磺的价格逐渐抬高，目前硫磺生产主要地区是美国、加拿大、中东、前苏联，世界硫磺贸易最大进口国是中国占最大出口地区是加拿大和中东总和。硫磺贸易中所占份额最大的是加拿大、中东出口方和中国进口方，因中东不稳定的局势和费用上涨，加拿大随之涨价的可能性也是存在的，受影响最大的是我国。目前的高价位应该能促使我国硫磺制酸增长的势头下降。1.5.

40、2以硫铁矿含伴生硫铁矿为原料硫铁矿是我国的自有资源，从我国这个人口，大国的安全和经济发展考虑，保持一定规模的硫铁矿采选能力和硫铁矿制酸能力是需要的。同时，从我国硫铁矿资源状况上考虑又应该节约使用，恰当地利用国外的硫资源。我国已是国际市场中重要的一员，因而特别需要研究和把握好国际市场，为硫酸的长期发展争取有利条件，硫铁矿制酸可以起到重要的调节、平衡作用。如果将硫铁矿制酸改为硫磺制酸，将净增加世界硫磺的消费需求，维持现有硫铁矿原料能力并稳步增长不但对国家经济安全有利，而且可以稳定世界硫磺市场，反过来对我国进口硫磺有利，总体上对我国硫酸工业的长期发展有利。稳定和发展硫铁矿制酸要重视发展硫铁矿矿源和发

41、展硫铁矿制酸生产装置。发展硫铁矿矿源包括后备资源的勘探、资源开发利用的规划和评价、资源合理利用的研究、技术开发、矿山建设、提高生产能力和技术水平等。发展硫铁矿制酸生产装置包括工艺技术和装备水平的提高、减少环境污染、解决矿渣的综合利用、大型化等15。要本着节约资源的观点，矿山和硫酸厂都要考虑在充分利用中、高品位矿的同时如何利用好低品位矿，提高资源的综合利用率。1.5.3冶炼烟气和其它原料冶炼烟气主要是有色金属硫化矿物冶炼时产生的含二氧化硫烟气，冶炼烟气制酸实际是冶炼厂的副产品，是随着冶金工业的发展而发展。我国冶炼烟气制酸发展迅速，已形成较大的生产能力，其硫酸产量占全国总产量的左右。石膏、磷石膏是

42、我国硫酸原料潜在的硫资源，目前已有口以上的工业生产能力16，但近期大规模发展的条件还不够成熟。我国煤炭中所含的硫也是潜在的硫资源，目前燃煤烟气脱硫主要采用抛弃法，回收这部分硫的开发研究和工业化应该加紧进行。1.6低浓度二氧化硫气体的处理德国鲁奇公司80年代开发的物理吸收法吸收二氧化硫的工艺，经过改进已在液体二氧化硫的生产中使用,这种方法使用Selexol 溶液(聚乙二醇二甲醚) 作为吸收剂。美国孟山都环境化学公司开发了使用DBBP(丁基膦酸二丁酯) 作吸收剂的方法。DBBP选择性吸收剂对二氧化硫的吸收容量大且解吸温度低，蒸气压力和粘度都较低，腐蚀性小，而且是一种阻燃剂17。丹麦托普索公司开发的

43、湿法硫酸工艺成功地用于从有色金属冶炼废气中回收二氧化硫，这种工艺不使用吸收剂或化学药剂，不产生废水和废渣，特别适用于处理二氧化硫浓度低于5%的气体(也可用于处理SO2浓度高的气体)，二氧化硫的转化率可达99.3%99.5%，生成的三氧化硫与气体中的水蒸汽结合为硫酸蒸汽，并在WSA冷凝塔中冷凝成酸，产品硫酸浓度可达98%。美国孟山都环境化学公司与Calgon Carbon公司合作开发了Centaur工艺，采用活性炭将二氧化硫吸附氧化生成三氧化硫并与水结合成硫酸。然后用水将硫酸从活性炭上洗涤下来，成为稀硫酸。这种方法与德国鲁奇公司过去开发的Sulfacid工艺相似，但Centaur活性炭的催化活性

44、比其它活性炭高一倍。该法具有设备少、热能利用好、二氧化硫排放量低等特点。对于硫磺制酸装置，产生的稀硫酸可以代替补充水加入吸收系统；对于有色金属冶炼厂，稀硫酸可用于矿石的浸提。这种方法甚至可以与一转一吸流程合并使用，取代两转两吸工艺。与两转两吸比较，一转一吸加Centaur尾气处理工艺具有二氧化硫排放数量少，使用设备少、造价低、压力降小、热量回收率高及可以避免开、停车时造成环境污染等特点。这种方法的缺点是产生的硫酸浓度低，尾气中含有水蒸汽，会形成烟羽18。1.7硫酸污水处理硫酸生产过程中含有SO3、H2SO4、As、Hg、悬浮物等有毒害物质。我们必须加入一定量的Ca(OH)2、FeSO4 、PA

45、M等净水药剂来净化污水。流程见图1-1：图1-1 污水处理流程1.8二氧化硫尾气大气污染物综合排放国家标准(GB162971996)限定二氧化硫最高允许排放质量浓度为960mg/m3。受二氧化硫平衡转化率的限制，无论是以硫磺还是硫铁矿和冶炼烟气为原料，尾气中必定含有一定量的二氧化硫。硫磺制酸工艺过程比较简单，操作条件与设计条件较为吻合，进转化工序的二氧化硫浓度和氧硫比较为稳定，采用两转两吸工艺制酸尾气较容易达标排放19。2 工艺流程工艺上一般采用快速熔硫、液硫机械过滤、机械雾化焚硫技术，较多地采用“ 3 + 2 ”两转两吸工艺，并采用中压锅炉和省煤器回收焚硫和转化工序的废热，产生中压过热蒸汽。

46、将澄清的熔融硫送入焚硫炉与空气雾化后于炉内焚化，产生高温二氧化硫炉气，经余热锅炉使炉气温度降至650680，进入转化器，本设计采用一次转化通过一、二、三段触媒，二次转化通过四、五次触媒。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。2.1快速熔硫与液硫过滤工段熔硫工序一般采用快速熔硫和液硫机械过滤工艺，其中关键设备一是快速熔硫槽，二是液硫过滤器。固体硫磺经熔融，滤去固体杂质后，存于熔硫槽，维持熔硫温度在130145之间，熔硫贮槽的空间温度在115以上。由泵将熔硫打入硫磺雾化喷嘴，与经过干燥的空气混合而入炉燃烧。燃烧的空气是由鼓风机送入硫酸干燥塔，使水分含量降低到0.1g/m3

47、以下，再经过除沫后送至焚硫炉和转化器。近年来为了节能，新设计的焚硫系统把鼓风机改设在干燥塔之后，使每吨酸能耗可降低10%左右。在焚硫炉产生的炉气，温度在8001000，SO2浓度在12%左右，经废热锅炉冷却到430左右，进入炉气过滤器，滤去杂质后与空气混合，使温度和SO2浓度都达到合适范围后进入转化塔12。为了防止杂质在过滤槽内沉降，在过滤槽内增设了搅拌器，这样几乎所有固体杂质都可在液硫过滤器内除去，从而大大减轻了过滤槽的清理难度并延长了清理周期。对于采用机械过滤工艺的装，在熔硫槽后再设自然沉降槽的意义不大，一是因为沉降时间短，大部分的固体杂质还是要带人过滤槽内并在液硫过滤器中除去二是增加了土

48、建、设备和厂房的投资三是流程加长，操作程序增多，运行费用增加。出熔硫槽的液体硫成直接进人过滤槽，由过滤泵送人叶片式液硫过滤器过滤。为了防止停泵时液硫过滤器出口管道内的液硫返流人液硫过滤器，破坏过滤器内的滤饼，同时也为了操作工人的安全，过滤后的液硫最好不要直接送人液硫储雄，而是先流人一低位中间槽，再由液硫泵送人液硫储旅储存。如果熔硫槽为多台，也可将过滤槽分为两台就近布置，以增加整个熔硫装置操作的灵活性。为节约用地，过滤槽、助滤槽和中间槽可以采用方形平底结构，并设计成一个整体，将叶片式过滤器布置在平台上，下部留有足够空间，以方便出渣和液硫排放。2.2转化工段转化一般采用进口催化剂、“3 + 1”两

49、次转化工艺、“-”换热流程。也有个别装里采用国产催化剂、“3 + 2”两次转化工艺。总转化率均要求达到99.8%以上，一些装置要求转化率达到99.83%以上，放空尾气中SO2含量低于700mg/ m3。由于要求较高的转化率，一般催化剂的装填盆较大。转化工序流程如图2-1：1 一段省煤器;2 五段省煤器;3 ,7 省煤器;4 转化器;5 第二换热器;6 第三换热器;8 焦炭过滤器图2-1 转化工序流程图2.2.1二氧化硫转化反应的基本原理二氧化硫转化反应的方程式从上述反应方程式可以看出SO2转化反应的特点，这个反应为可逆、体积缩小、放热的反应13。了解到这些特点我们可以确定一些具体的数学模型。平

50、衡转化率：根据定义可以用下式表示：XT= (2-1)反应平衡常数Kp= (2-2)将（2-1）和（2-2）合并，便可以得到平衡转化率与平衡常数的关系式。 XT= = (2-3) 为了便于计算，我们把氧的平衡分压PO2换成SO2和氧的起始浓度。氧的平衡分压： P（）= (2-4)将(4)式代入(3)则可得，XT=若要计算XT,我们可以用试差法求解。式中： P（） 二氧化硫的平衡分压； P（）三氧化硫的平衡分压； P（）氧气的平衡分压； XT 平衡转化率（%）； Kp 反应平衡常数； a 二氧化硫的起始浓度（体积%）； b 氧的起始浓度（%）； P 气体总压力（大气压atm）。2.2.2二氧化硫转

51、化三氧化硫工艺操作条件选择和选定理由前面我们对硫酸工艺已有所了解，但各种操作有其自身的因素而定。转化工艺的操作条件主要有三个：转化反应的温度、转化反应的进气浓度以及转化器的通气量20。这就是转化操作的“三要素”，下面我们分述各个条件的选择理由。（1）转化反应的温度1）转化反应的温升情况转化反应过程中放出的热量，使气体温度升高，它与气体中二氧化硫含量有关。每段转化后气体温度升高情况可以用下式计算：tt0+(XT-X0)式中：t出触媒层的气体温度，； t0进触媒层的气体温度，； XT出触媒层的转化率； X0进触媒层的转化率； 绝热系数，由转化反应过程中初始反应的气体浓度决定的，相当于转化率从0增加

52、到100%的气体温度升高的度数。10.2a/Cv式中：aSO2的初始浓度，%； Cv平均温度下与转化率 XT0.5时的气体平均热容量，卡/米3。采用平均温度为500，转化率为50%时，计算的二氧化硫浓度与值的关系如表2-1所示：表2-1 二氧化硫浓度与值的关系SO2浓度 %SO2浓度 %SO2浓度 % 2 59 6 173 10 278 3 88 7 200 11 303 4 117 8 226 12 328 5 145 9 252 13 506 把值代入即可计算出一定的二氧化硫浓度和一定的转化率下，绝热反应过程中它温度升高值。二氧化硫气体的反应热，即没有移走，也没有损失，全部用于加热触媒和反

53、应气体本身。这个过程称为绝热反应过程。气体的温度升高，所列数据值叫绝热温升值。知道这些值可以帮我们判断转化率和温度的数值是否正确。我们知道了已知温差如何求转化率的方法。反过来，我们知道转化率就可以求出温差。运用这种方法，在一段出口温度不准超过600情况下，不同二氧化硫的进气浓度，以平衡时的转化率算出一段进口的最高允许温度见列表2-2：表2-2 不同二氧化硫浓度下转化器一段进口的最高允许温度进气浓度SO2%5677.58910一段进口最高允许温度4994704534454414284212)转化反应的最适宜温度根据前面我们所述的转化反应和触媒的特性，选择转化操作的温度，应考虑以下几个要求：a.要

54、保证能获得较高的转化率。b.要保证在较快的反应速度下进行转化，以尽量减少触媒用量，或在一定量的触媒下能获得最大的生产能力。c.要保证转化温度控制在触媒的活性温度范围之内，即应该将转化反应温度控制在触媒的起燃温度之上，耐热极限温度之下。平衡转化率与反应速度对温度的关系是矛盾的，所以必须根据较高的转化率，又要有较快的反应速度的两全齐美的原则来选择一个最适宜的操作温度。对于一定组分的进层都有一定的温度使反应速率最快，这个温度条件称为最适宜温度。这个温度可以用下式来计算： T适=式中： XT转化率，%； a 二氧化硫的浓度，% ； b 氧的浓度，%。我们如果把在某一种进气成分下的转化率与温度的关系作成

55、图线，可看出平衡转化率与温度，转化率与最适宜温度以及平衡转化率与转化率的关系。现在我们可以看一下进气组分在某种触媒下温度与转化率的关系图，如图2-2：图2-2 温度转化率图从图中看出，平衡温度较适宜温度高。但在温度越高低平衡转化率和实际转化率差数愈小，这主要是因为高温下的反应速度较低温时快，靠近平衡时反应速度变慢直到平衡时速度等于零。我们要在较低的温度下以较高的反应速度进行，同时有较高的转化率。这就要求我们在反应时移走能量。（2）转化反应的进气浓度进入转化器的二氧化硫浓度是控制转化操作中最重要的条件之一，它的波动将引起温度、转化率和系统生产能力的变化。下面着重介绍几个问题的影响：1).进气中二

56、氧化硫浓度与温度的关系：这个问题我们已在选择温度时作了解释，这里作图以便更清楚地了解其相互关系。如图2-3：图2-3 不同二氧化硫浓度下转化率每变化1%温度升高的关系2).进气中二氧化硫浓度与转化率的关系：从表2-3中我们可以看出，通过第一次吸收在气体中除去了SO3，氧硫比值大大提高，突破了原来的平衡关系，使转化率达到99%以上。表2-3 各段炉气SO2/O2比值同转化率的关系项目一次转化二次转化进出出进出出转化率%60809699.5气体组成SO293.71.872.020.4050.011O28.66.055.185.645.244.67SO3-5.557.46微1.631.99O2 /S

57、O20.9551.632.772.7812.84.44O2 /SO2 + SO30.9550.6550.5552.782.572.33N282.484.785.692.592.893.4.进气的SO2浓度同生产能力的关系：在一定的范围内，提高二氧化硫浓度，硫酸产量会增加，但转化率会下降。进气的SO2浓度同生产能力的关系见表2-4：表2-4 进气的SO2浓度与产酸量转化率之间的关系二氧化硫浓度%产酸量的增加% 总转化率%7.00 97.07.56.3 96.18.011.8 94.98.516.7 93.39.020.0 90.5 4).进气中SO2浓度的适宜范围：在生产中控制的SO2的指标，除

58、应考虑上述几个关系外，还要考虑环境保护和排放标准，另外还要考虑生产系统的可能性，触媒用量，设备的费用。因此控制二氧化硫浓度指标是一个极其重要的综合性的技术。对SO2进气浓度的选择，我们应综合考虑。我根据硫酸的原料来源等情况选择二氧化硫的进气浓度为9%。下面介绍我的选择理由，主要从二氧化硫转化率角度考虑。a.二氧化硫浓度同生产能力的影响：二氧化硫浓度低能加快反应速度，但用的原料气增加，生产能力受鼓风机的影响也会下降。浓度过高也会如此。b.二氧化硫浓度对生产经费的影响：当a=8.59%时生产经费最底。但二氧化硫浓度在1%内变动对生产经费并无多大的影响。c. 最终转化率同相对成本的关系：我们用硫磺制

59、得二氧化硫最终转化率97.598%时，生产成本较低，有尾气回收装置，转化率可以减小到9696.5%。表2-5 原料气组成不变(a=0.09)时优化结果ti-1ti xi431.5588 0.735531.5564 0.809501519 0.893461472.5 0.947451454.6 0.963根据以上情况和理由，我确定工艺流程操作参数二氧化硫浓度为9.0%，氧气浓度为8.6%，最终转化率99.5%左右。（3）转化器的通气量通气量主要由硫酸的产量来决定的，其他还有阻层阻力、吸收率等因素的影响，我们可以由公式计算而得：V标= G酸22.4/(98XT吸C进) V实=V标式中： V标 标准

60、状况下的通气量，m3/h； V实 实际情况下的通气量，m3/h； G酸 硫酸产量，kg/h； XT 转化率，取0.995； 吸 吸收率，取0.99975； C进 SO2进气浓度，0.09； H出 鼓风机转化段出口负压，Pa； t 实际平均温度，。2.2.3工艺参数确定 前面我们已对二氧化硫转化三氧化硫的各段参数定了一个范围，但是原料气组成，催化剂使用情况，换热器换热条件，系统状况发生变化或生产过程中出现其他变动使用设计所确定的操作参数或依靠经验改变操作参数都比较盲目。这就要求使整个系统始终处于最优操作状态下优化操作问题。在优化操作时，首先建立模拟真实过程的数学模型，利用现场操作数据，对实际操作