【煤气发生炉脱硫副产硫磺处理工程设计及经济计算14000字（论文）】

煤气发生炉脱硫副产硫磺处理工程设计及经济计算摘要我国是世界的陶瓷生产大国，陶瓷行业不同燃料炉窑烟气主要污染物排放烟气中的主要成分为H2S。从这些含硫的烟气中提取含硫副产物并转化为资源合理利用，其中占绝大多数的就是粗硫磺，所以脱硫所产生硫磺的提纯工艺可以实现烟气脱硫产物的资源化，这也是主要目的。通过选择合适的工业废硫磺提纯工艺，以及相应的设备实现设计的年废硫磺处理量2000吨作为本次工艺设计的目标。关键词煤气发生炉；工业废硫磺；熔硫；蒸馏目录摘要 I1绪论 11.1课题研究背景 11.2副产硫磺的来源及危害 21.2.1副产硫磺的来源 21.2.2副产硫磺的危害 31.3废硫磺的处理工艺比选 41.3.1化学回收法 41.3.2物理回收法 81.4副产硫磺提纯的工艺设计 101.4.1前言 101.4.2设计指标 111.4.3设计内容及所选工艺方法 122副产硫磺处理工艺流程的选择 132.1原料及设备选型 132.1.1原材料 132.1.2设备选型 132.13主要设计参数 142.1工艺流程 172.3生产过程中的污染预防 182.3.1噪音污染及预防 182.3.2土壤污染及预防 192.3.3大气污染及预防 193副产硫磺处理工艺主要构筑物的计算及经济分析 193.1项目投资分析 193.1.1固定资产投资 193.1.2水电费用 213.1.3人工工资 213.1.5设备折旧及维修费 213.1.4原材料费用 223.2项目效益分析 223.2.1经济效益分析 223.2.2社会效益 223.2.3环境效益 224结论与展望 234.1结论 234.2展望 23结束语 24参考文献 261绪论近年来随着当前我国社会和经济的高速增长，能源短缺和生态环境的问题越来越凸显，陶瓷行业在生存和发展过程中不仅要面对原材料不足的现实性问题，还需要解决陶瓷产业生产过程前后带来的一系列附加的问题。其中陶瓷行业煤气发生炉产生烟气的处理就是主要问题之一，烟气中的二氧化硫是煤气生成过程中产生的硫化氢在燃烧过程中的氧化产物。陶瓷行业窑炉烟气脱硫有两种模式，前脱硫或后脱硫。前脱硫为将煤气中的H2S脱除后去燃烧，达标排放，硫化氢的脱除多采用PDF法，硫化氢在脱硫塔内通过碳酸钠溶液吸收硫化氢，生成硫化钠，在催化剂的作用下还原成硫磺，过滤出的废硫磺的主要成分为:硫单质、焦油、煤粉、碱等[1,2]，产生了二次污染并且伴随着设备的腐蚀等。后脱硫为脱除燃烧后烟气中的烟气中的SO2通过石灰石吸收法、双碱法等其他方法除去，在此不做讨论。由于目前我国生产硫磺的天然矿产资源十分相对匮乏，橡胶、复合肥等硫磺工业所生产必需的高硫低质量天然硫磺主要用途是用于依靠外来出口贸易和外国进口。2015-2017年，全国每年进口硫磺约1100万吨，国产约500万吨，国内每年需求约1800万吨。而目前我国众多的煤化工设备(主要包括化肥、炼焦、新型煤化工设备等)、热电设备、有色冶炼设备等装置均建有硫磺回收装置，副产出量较小分散，但是总量巨大的粗硫磺，其中杂质含量在50-98%之间，且杂质含量高，且其成份复杂，难以直接用于工业生产，一直以来，未能得到有效的利用和处理。工业废硫磺提纯并不复杂，基本工序有熔硫、蒸馏、冷凝、固化四步。因此重要的是搞清楚提纯用的设备类型、提纯原料的基本属性、提纯率能达到多少、提纯后的产物适合怎样处理、整个工序会不会产生二次污染以及是否符合国家标准、工艺的成本以及产生的整体经济效益，并且工业废硫磺提纯是以下级工厂的形式运作的，因此需要考虑选址问题，要方便运输工作并且工厂运作最大限度不影响周围环境。工业提纯废硫磺不是一个新鲜的技术，有大量基础支撑因此有着十足的可行性;有国家节能减排政策支撑因此具有合理性;同时，经处理后的硫磺转化为了有用的资源，因此具有经济性。1.1课题研究背景我国陶瓷行业庞大，目前，除少数利用天然气、轻柴油、液化气作为燃源的高端陶瓷工艺和企业外，使用天然气、轻柴油、液化气等清洁材料和燃源的陶瓷工艺企业(按照原材料计)只占整个建筑健康陶瓷工艺和行业的2%，这些企业产品一般价格相对较低、供应量较为充足，多数建筑健康陶瓷工艺和企业以发生锅炉和煤气作为燃源。发生炉煤气在我国建筑和陶瓷工业的广泛应用，降低了企业的生产成本(虽然发生炉煤气的实际能耗成本大约是天然气的40%~50%)，但同时也给我国各个地区的环境造成了很大的压力。其中，以中窑炉锅炉烟气中SO2污染物排放浓度超标的现象最为突出。由于煤气使用煤作为原料，在此过程中原料中80%左右的硫，会以H2S的一种形式直接转入到煤气中，在煤气燃烧过程中，煤气中这部分H2S又以SO2的形式直接转入到烟气中，这些二氧化硫未经处理就排入外界环境中，对环境造成了严重的影响。处理含硫废气本身并不困难，但是处理过后剩余的大量工业废硫磺。容易造成二次污染。大多数工业废硫磺含硫量在70%~93%，主要杂质成分为焦油、煤粉、碱等[2]。1.2副产硫磺的来源及危害1.2.1副产硫磺的来源废硫磺的来源有很多如:硫铁矿、硫磺膏、酸性含硫废气。本课题研究的烟气脱的废硫磺的来源主要来自于酸性废气中，这些酸性废气的主要成分为H2S。通过对硫和H2S的进行氧化反应可以直接制得单质氧化硫，这个完成氧化反应过程最常用的技术方法之一就是克劳斯法[4]:克劳斯法将硫和H2S的整个氧化反应过程分别划分成两个主要阶段，并且同时完成，这也是克劳斯法的主要技术特征之一。热反应第一阶段是克劳斯法的第一反应阶段，1/3体积的硫和H2S在一定反应温度下通过燃烧而得到了在反应炉内被快速地加热氧化而生成SO2，并且在快速加热中硫会生成大量硫磺酸和气泡，与此同时气体还会向反应锅炉中释放出大量的催化反应热，即为热反应第一阶段；第二个反应阶段也就是为催化反应期，剩下2/3的一定体积硫和H2S在其他催化剂上与反应产物生成SO2继续进行反应而最终生成的主要元素就是硫。克劳斯法的制得硫磺纯度相对较高，并且二次污染较小，因此废硫磺具有稳定的来源和利用价值。1.2.2副产硫磺的危害副产的硫磺如果很长时间以内不对其进行理会，并且不及时回收利用这些副产的废硫磺，剩余的不得不堆放积累的副产的废硫磺就会越来越多，这些堆积的副产的废硫磺在到时候有挤占设备进行运行时候的运行空间的可能性，如果到了那种时候将会有直接的对整个仪器设备系统的正常工作运行及生产进行影响的可能性，废硫磺中如果含有酸碱等主要成分，具有强烈腐蚀性，长期挤占仪器工业生产的空间，将有可能会严重腐蚀仪器，加速仪器的老化，造成巨大的经济损失和资源浪费，且由于废硫磺本身的主要组成成份为硫，暴露于空气中，会与进入空气中的氧气，发生反应，产生二氧化硫，或硫化氢气体。当与到空气中的水，就会形成硫酸或亚硫酸。就会在土壤中形成一种酸雨而降落在地面上或者是建筑物上，具有耐受性和抗氧化的危害[5]。（1）废硫磺对硫磺回收装置的影响回收装置中的废硫磺温度控制为240℃以上，且处于一种含硫的气体之中，这时，硫会与回收装置中的其他金属物质相互作用发生硫化反应产生金属硫化物而使其导致均匀的受热和腐蚀，使得金属部分被逐渐取代为其他金属硫化物，而这些金属硫化物本身的特点是缺陷很多，结构不够致密，同时它们的附着性也比较差，对剩余未受到反应作用影响的基体和金属保护作用效果比较差，造成装置腐蚀加重。长期下去会加速装置老化，影响生产进程。且在进行废硫磺提纯工艺过程中，制硫炉释放出来的高温加工过程空气中可能会含有H2S、NOX等具有腐蚀性的物质，这些化学物质往往是以复合的形式存在于制硫炉内部构件、高温掺合阀、废热锅炉、反应器内部构件及汽车尾气燃烧炉等处，其所占的地方就会发生对高温硫的腐蚀，当时温度较高，对于低温硫的腐蚀就更为严重。（2）废硫磺堆积对环境的影响废硫磺堆积时间一久，与氧气接触后容易发生反应，会产生酸性气体，主要成分是H2S，与空气中的水分接触就易形成酸雨腐蚀周边建筑物；（3）废硫磺堆积对人体的影响[6,7]废气中硫磺在新鲜空气中快速堆积后所产生的气体H2S，H2S容易直接通过侵入机体人类细胞身体，主要用于传播中毒途径主要有进入鼻腔、口腔，经过进入人体组织细胞和人类皮肤的口腔黏膜被气体吸收的它比直接通过进入人体细胞皮肤被黏膜吸收的气体中毒死亡速度更快，短暂的或者一段时间内意外地与高浓度的H2S气体接触，将可能会直接造成病人电击式中毒死亡。H2S对皮肤黏膜的一个主要局部性的刺激和整体抑制的副作用主要原因是由于人体接触湿润的皮肤黏膜后缺氧生成的比如硫化钠和本身含有酸性化学物质而缺氧造成的，人类中枢神经运动系统对于大脑缺氧最为敏感，在你从人类身体吸入大量H2S后首先可能造成大脑损害的酸性物质就是中枢神经[6]。并且该2H2S毒物属于一种总体具有高度危害致死性的具有严重危害活性毒物(ⅱ级)，直接作用致害催化剂的辐射浓度约平均为430mg/m3。1.3废硫磺的处理工艺比选废硫磺是重要的二次资源，为了充分发挥其中硫磺的价值及，减少对环境的污染，实现社会、经济、环境的可持发展。相关专业研究人员开展了广泛研究，目前有化学回收法和物理回收法两大类。1.3.1化学回收法化学回收法有煅烧硫铁矿法、硫磺膏制硫磺法、克劳斯法等。煅烧法提取硫磺采用土法培烧的硫铁矿石所取的硫磺，对于矿石大小的要求高，一般块度超过20毫米以上者精矿石才可以入炉因此细粒度较高的精矿石被丢弃，由于目前采用土法培烧的硫铁矿石所提取的硫磺，温度远远达不到即可使硫铁矿石完全分解，只能在600~800℃的温度下即可进行FeS2的热分解。FeS2FeS+S（1）因此最高(理论量)也只能提取矿石中含硫量的50%，同时还有少量硫磺生成SO2逸入空气中，生成的FeS作为废渣丢掉了，资源浪费较大[8]。（2）硫磺膏制硫磺根据硫磺的物理性质和设备大小等特点，我们经过多次试验已初步掌握其操作条件。1.当内筒气体中的氧和硫化氢气体加热泡沫完全安置好之后，即可停止开始继续升温，待整个气体的加热温度迅速上涨到140~150℃时，发现整个气体持续升温的增加速率很慢，此为气体恒温加热阶段，大约气体需要持续恒温3~4小时后，当内筒气体中的氧化硫和氧气体加热泡沫从外向内(也有说就是径向)迅速熔融完全后，又有机会及时发现整个气体的加热温度突然迅速地向上剧增并达到150~160℃再开始继续升温保持10分钟后立即停止开始升温放置氧化硫。2.放硫时，根据各个硫阀的横比重大，很快就可能会出现下沉于硫阀釜底及放硫设备阀体结构等的物理特点，应先重新打开放硫预热阀，而后再重新打启刚开放出的硫阀，考克的硫阀启动迅速程度等则应以已经形成一种固态柱状液体的放硫柱的硫层深度确定为宜。当我们此时发现温室空气中竟然含有大量的氧气蒸汽与大量硫渣并且迅速喷出，立即开始宣告空气放硫工作完毕。这时就已经可以再次释放开大考克(此时操作者们只需要直接起身站在安全防护栏围墙的另一侧，用电动操纵杆再次放大开考克，或者说只是直接采取其它的安全卫生保护措施)，使得氧化硫渣迅速得到排除并完全释放。2.放硫时，根据各个阀门的横向比重较大，很快就可能会出现下沉于硫阀釜底及放硫设备阀体结构等的物理特点，应先重新打开放硫预热阀，而后再重新打启刚开放出的硫阀，考克的硫阀启动迅速程度等则应以已经形成一种固态柱状液体的放硫柱的硫层深度确定为宜。当我们此时发现温室空气中竟然含有大量的氧气蒸汽与大量硫渣并且迅速喷出，立即开始宣告空气放硫工作完毕。这时就已经可以再次释放开大考克(此时操作者们只需要直接起身站在安全防护栏围墙的另一侧，用电动操纵杆再次放大开考克，或者说只是直接采取其它的安全卫生保护措施)，使得氧化硫渣迅速得到排除并完全释放。3.所以当内筒尚且未能达到长期保持1~2公升/cm³的额定压力时，应立刻将整个考克全部压力关死，再重新打开一个考克连通启动阀和一个自动放空连通阀，将其中的全部压力继续下降至达到正常值的压，或者也就是在其中排出大量硫渣时，不时地用一只手轻轻摇动一个考克，以免其中的大量硫磺而使整个考克内部堵死，这样也就比较有利于把内筒的全部压力继续下降至达到正常值的压，然后再次重新打开一个考克的内筒顶盖，重新开始进行内筒装料。4.控制工艺指标：(1)内筒温度140~150℃，恒温3~4小时(2)压力:外筒压力5~6公斤/cm²；内筒压力3~4公斤/cm²(3)夹套的使用水位宜在墙体水位的设计2/3~4/5之间(4)装料:应在装料口法兰以下200毫米处[9](5)克劳斯法硫磺回收工艺[4,9]克劳斯法硫磺回收工艺的工艺流程中最重要的两个步骤就是将氢以及硫化氢，它们的生物氧化活性时的程度，分别进行划分，并且划分成为两个有所不同的工艺步骤完成这一工艺。第一个反应的阶段，同时也被称之为热反应的第一个阶段，1/3体积的硫和H2S在一定反应温度下通过燃烧而得到了在反应炉内被快速地加热氧化而生成硫的SO2，而且在快速的加热过程中间S元素可以反应生成很多气泡以及硫磺酸，并且，与此同时S还可以往反应器的锅炉内部的气体中间放出很多的催化反应热；第二个反应阶段也就是为催化反应期，剩下2/3的一定体积硫和H2S在其他催化剂上与反应产物生成SO2继续进行反应而最终生成的主要元素就是硫。由于催化反应炉后顶部设置一个新型废热回收锅炉，不但不仅可以有效地减少回收炉内的催化反应所产生需要空气释放出来的固体热量80%，而且设置催化炉和转化炉后反应器的空气温度也完全能够直接借助于温度控制器对反应进行过程中炉内空气的反应温度自动进行控制加以自动调整，基本上彻底消除了催化反应器中空气温度控制困难的复杂问题，大大大地增强了该回收装置的新型硫磺污水回收处理效率和增加污水处理厂的容量，奠定了采用克劳斯法采用现代(经过多次改良)新型硫磺污水回收装置技术的理论基础。按照产生SO2的途径和形式将克劳斯法的工艺流程划分为直流法、分离法和间接氧化法三类。当原料中酸气中H2S浓度超过55%时，通常采取直流法。此反应流程所有的原料和酸气都被排入反应炉中，空气的能源供给量只有足以充当酸气中1/3体积的H2S在反应炉中燃烧而生成SO2，因而气体以H2S和SO2为主，确保反应过程中的H2S占总气体的为2/3(摩尔比)，SO2占总气体的1/3(摩尔比)。经过热反应后反应炉能有效将H2S转化为硫蒸气，其转化速率与温度成正比，即反应炉温度越高，转化速率越大，实践发现在炉温超过1000℃时，炉内的转化速率可以达70%以上。在这一过程中，反应炉气体中其余部分H2S将会在下游转化器内部继续进行催化和转变反应。转化器的温度被设置为空气中的硫露点温度，约20~30℃。二级和三级及其以后直流转化器的总直流转化器效率大约只有20%~30%，而采取人工合成或以活性氧化铝作为催化剂的直流转化方法可以使该装置(两级进行转化)的总直流转化器效率高达95%，与前者相比，优势显著。原料溶液中的酸性空气中子(H2S)的浓度一般控制在15%~30%之间，建议使用采取酸气分流处理方式的操作过程。该燃烧工艺生产流程首先把1/3体积的大量硫化氢整体放入加热燃烧炉，配以少许高温空气对其整体进行全面加热燃烧，在整个生产过程都会产生大量SO2。产生的SO2与剩余2/3H2S相混合并与下游脱硫转化器内其他金属盐和硫化物反应，达到脱氧催化和脱硫转换的目的。通常采用两级分流催化和三级分流转换作为分流转换的主要方式，转化装置比较符合适宜于10~20t/d的大型硫磺废水回收处理设备，其转化热效率约为89%~92%。在直流反应法和采用分流法的方式之间对原料工艺反应过程性质进行因素选取时，关键性的影响选取因素不仅仅指的是选取原料酸在空气中心每H2S的氧化浓度，也不仅仅指的是原料反应炉的实际运行工作温度。工业加热实践经验表明，反应炉平稳加热运行时的最小操作温度不稳定可能远远低于930℃，否则其反应火焰就不能长久保持稳定，且由于炉内燃烧反应物的速率太低而加热引起的大量废热致使锅炉在反应出口处的空气中经常都会发生并热且带有较多的大量游离碳和氧。在已经转化后的反应器前进行分流的有机酸气虽然已经可以有效地帮助解决转化反应器锅炉火花燃焰的高热稳定性，但是大量未经转化反应器的转化原料直接输送到已经转化后的反应器中存在一定风险，极有可能造成一系列反应操作安全问题，影响工业生产的安全进行和效率。并且，建在冶炼工业厂房的克劳斯装置的原料（酸气）中常含大量NH3、芳烃、烯烃等非常难以进行化学处理的杂质，因而不宜直接采用分流工艺进行处理。以往文献认为，当酸气中H2S的浓度不超过50%时，可以考虑这种克劳斯法分流方式。对H2S浓度范围内在30%~55%的酸气，近期相关文献建议通过采取预热酸气和/或空气的措施。这一举措可以大幅提高锅炉的温度，因而可以避免了仅采用一种操作性能较难控制的分流方式和工艺[8]。分流式进入燃烧炉的原材料气量一般为装置容积的1/3(按体积表计)。原因一方面在于能够确保克劳斯反应需要的H2S/SO2为2：1；另一方面在于能够增加部分流向燃烧炉的原材料气量。但这也极有可能造成锅炉温度的下降，因为在温度超过593℃的环境中，H2S与SO2生成的元素硫的反应会吸收热量。到目前为止所有使用分流方式的工业设备其分流量均为原材料和天然气总含量的1/3。就其化学本质来说，原始化学克劳斯法的一种主要类型就是直接进行氧化。生产实践证明，当所用原料中的CO2/H2S臭氧浓度作用范围大约为2%~12%时，建议尽量采用直接氧化的处理方法。首先将硫的酸气和硫与空气分别经过高温预热以达到适当的催化温度，然后送入空气转化器内部继续进行催化反应，配合加入硫和空气，并且其含水量仍可反复利用使1/3体积的硫和H2S相互转化，生成硫和SO2，生成的硫和SO2进一步与剩余的硫和H2S反应，最终得到我们所需的产物-活性元素硝酸硫。实质上这个反应流程主要目的是把H2S氧化结合成为SO2的氧化反应，以及紧接着将会发生的克劳斯反应相互地进行结合并放到一个电子反应器中一起来共同进行。

含H2S酸气氯（或空气）↓↓反应炉（950～1250℃）废热锅炉↓废热锅炉高压蒸汽←↓催化转化器（170～350℃）硫冷凝器（130硫冷凝器（130～200℃）（130～200）低压蒸汽←液硫←↓尾气进一步理后放空图1-1改良克劳斯工艺法示意图(直流法)1.3.2物理回收法物理回收法有蒸馏法和萃取法等。（1）工业提纯废硫磺技术（蒸馏法）根据硫磺和其它杂质的理化性质有较大的差异性和硫磺固、液、气相三态变化的规律，采用熔硫——蒸馏——冷凝——固化制片的基本工艺过程，使纯净的硫磺从工业废硫磺中分离出来，具体流程如下:工业回收废硫磺经粉碎后由螺旋输送机将硫粉送到熔硫釜进口，硫粉进人上部第一组螺旋输机正向输送到末端，从下部漏斗进人中部第二组螺旋输送机再正向输送到前端，如此经往返三个行程18m长的距离，被外部高温导热油加热到150℃以上硫磺及煤焦油全部熔化，流人沉淀槽进行澄清，沉淀槽容积为V=5m³外部为导热油保温，设置两台沉淀槽交替工作，沉淀时间为4~6h，可从沉淀槽玻璃板视镜观察到硫磺和煤焦油的明显分层界面，焦油约占总体积的1/10左右，从底部排净焦油，然后用硫磺泵将硫磺液体打人蒸馏釜，在蒸馏釜内硫磺浸没电热器20~50mm，在445~450℃温度下气化，与釜内的水蒸汽混合后排出釜外进人冷凝器，在冷凝器下部水夹套硫蒸汽与水蒸汽混合物发生急冷，使得大部分硫蒸汽发生冷凝，再通过上段空冷段硫磺几乎全部被冷凝，水蒸汽和微量不凝气(主要是焦油中的蒸发物从上部排空口排人大气，冷凝的硫磺液体从冷凝器下部出口排人由导热油保温的受槽，由阀门控制排人内冷式滚筒薄片机制成均勻的薄片，由自动包装机包装成袋，再由皮带输送机送至成品仓库[2]。（2）萃取结晶提纯硫磺工艺[10]乙基硫磺在各种化学溶剂中连续存放的时间较长，溶解度和浓度相对较高，且其随环境温度发生变化而呈现出较强的化学性质，根据生产所得的乙基硫磺的这些性质分别或相继采用一次溶解、中和、萃取或者二次分层、重结晶、过滤、脱溶、精馏等多种方法，将所有副作用产生的乙基硫磺经过一次提纯即可得到产品完全符合的相关国家标准工业规范技术要求，并无需进行二次回收即可生产研制出由二乙基硫磺氯化物及其制成的硫磺产品。名称介绍取出了其中一定量的氧和二氧化碳及其副产物和少量硫磺，置于四口径的燃烧瓶中，加入各种化学溶剂，安装了各种搅拌、温度计、冷凝器[3]。在快速搅拌的特殊条件下，对于燃烧瓶材料中的各种物料可以进行快速加热。加热后的物料至少使硫磺全部被氨水溶解，加碱之后可以通过调整硫磺ph的碱值，对其底部进行加热分层时需保持一定温度，除去多余的杂质水分并进行集中处理，趁热对油层进行过滤，滤除各种化学杂质及无毒不燃易溶物。滤液在一个装有有机冷凝器的瓶内缓慢搅拌以达到冷却的效果，冷却后，再次进行过滤，筛选提取出来的有机滤液再重新进行套用后回返第一步(每个滤液循环器在使用时都必须根据需要重新补加一些有机溶剂)，滤饼再在真空下快速进行加热，然后重新脱去一些溶剂杂质即可用以制成各种硫磺甘油类产品。滤液精馏循环中是在使用一定的滤液次数后，在使用真空泵的状态下对其滤液进行一次精馏，得到的轻中性组分滤液可用来作为滤液回收后的溶剂，后者在馏分中也可以水解成为对二乙基苯的氯化物。

副产硫磺液碱废水↓↓↑溶剂→溶解→中和→分层→过滤→杂质硫磺滤液滤液回收乙基氯化物←精馏结晶溶剂滤饼脱溶脱溶硫磺产品图1-2萃取结晶提纯硫磺工艺流程图1.4副产硫磺提纯的工艺设计1.4.1设计指标1.4.1.1建设规模年处理2000吨的煤气脱硫产生的不合格硫磺的工艺设计1.4.1.2副产硫磺理后产品指标通过对种工业废弃物硫磺的进行提纯，所得产物完全符合我们相关国家标准的“GB/T244.1-2014工业硫磺的第1部分。GB/T2449.1-2014明确规定了对大型固体金属化学产品工业专用硫磺的相关技术标准要求、取样、试验方法手段、检测方法规则及其使用标志、包装、运输、贮藏和安全，适用于由金属石油厂的炼厂气、天然气、焦炉的粉煤灰和沼气等产品进行工业回收而加工制得的各种大型固体金属化学产品工业专用硫磺，也特别适用于由金属硫铁矿等产品进行工业回收而加工制得的各种大型固体金属化学产品工业专用硫磺。具体产品要求如下：外观:硫磺属于一种固体性的化学工业产物硫磺酸它具有大量的白色块状、颗粒态、片状及白色粉状、淡金黄色到稀有金属或甚至棕红色，无任何人用肉眼接触所能直接看到的化学杂质。技术指标:在固体化学和工业中使用硫磺产品时，其质量要求均应满足下列技术指标1-1。

表1-1固体工业硫磺的质量要求（GB/T2449.1—2014）项目技术指标优等品一等品合格品硫（S）（以干基计），w/%≥99.9599.5099.00水分，w/%≤2.02.02.0灰分（以干基计），w/%≤0.030.100.20酸度（以H2SO4）（以干基计），w/%≤0.0030.0050.02有机物（以C计）（以干基计），w/%≤0.030.300.80砷（As）（以干基计），w/%≤0.0010.010.05铁（Fe）（以干基计），w/%≤0.0030.005__筛余物（以干基计），w/%粒径>150μm≤003.0粒径为75μm-150μm≤0.51.04.0筛余物指标仅用于粉状硫磺数据来源：2014年《中华人民共和国国家标准GB/T2449.1—2014》1.4.2设计内容及所选工艺方法本设计以煤气脱硫产生的不合格硫磺为处理原料，通过物理回收法（蒸馏法），进行工业提纯废硫磺，主有四个工序（熔硫、蒸馏、冷凝、固化制片）达到年处理量2000吨的副产硫磺的目的。这种方法成本低，所得产品纯度达到国家标准（GB/T2449.1—2014），同时可以实现熔硫、提纯的连续化和自动化，生产效率高，污染小。2副产硫磺处理工艺流程的选择2.1工艺流程该工艺用煤气脱硫产生的不合格硫磺作为原料，通过四个序(熔硫、蒸馏、冷凝、固化制片)来获得符合GB/T249.1—2014工业硫磺，为硫磺的进一步回收利用奠定基础。废硫磺由粉碎机粉碎后，产生的硫粉由螺旋输送机送入熔硫釜，然后经过位于上部的第一组螺旋输送机到达末端，再通过位于下部的漏斗经过中部第二组螺旋输送机的正向输送到达前端，这样往返三个行程的距离达18m，通过外部高温导热油的加热升温至150℃以上使得硫磺及煤焦油全部熔化，然后熔化物会流入沉淀槽澄清，沉淀槽外部为导热油保温，而其容积为V=5m3，设置了两台沉淀槽进行轮流工作，沉淀时间为4-6h，可以通过沉淀槽的玻璃板视镜用来观察煤焦油和硫磺的明显分界层面，其中焦油大约为总体积的1/10左右，通过底部排净焦油，然后通过硫磺泵来将硫磺液体泵入蒸馏釜，在蒸馏釜内硫磺浸没电热器20-50mm，并在445~450℃温度时气化，在釜内与水蒸汽混合后排出并进人冷凝器，水蒸汽与硫蒸汽的混合物在位于冷凝器的下部水夹套内急冷，从而冷凝大部分硫蒸汽，尔后再通过上段空冷段的硫磺会基本全部都被冷凝，微量不凝气和水蒸汽(主要为来自焦油中的蒸发物经过上部排空口进入大气，冷凝状态的硫磺液体通过冷凝器下部出口进入通过导热油而保温的受槽，以上的产品再通过阀门控制进入内冷式滚筒薄片机而被制成均匀的薄硫磺片，经过自动包装机被包装成袋，再经过皮带输送机运到成品仓库。其工艺流程图如下：副产硫磺块成品仓库副产硫磺块成品仓库硫磺破碎机冷凝器蒸馏釜受槽硫磺泵包装机薄片机球磨机螺旋输送机沉淀槽皮带输送机熔硫釜焦油收集槽焦油焦油纯净水水蒸汽图2-3副产硫磺提纯工艺流程图2.2主要设计参数废硫磺年处理量2000吨，工作时间300天，每天运行约24小时。（1）粉碎机1.设计参数设计处理能力:Q=160-800kg/h；考虑噪声影响及机器维修等因素，本设计要求处理能达Q=278kg/h处于设计处理能力范围内，故需一台。设计处理余量20%，实际设计处理能力达到500kg/h。主轴的转速:r=3400r/min；进料颗粒量:d=12mm；粉碎的细:x=60-120mesh；粉碎发动的功率:w=11kw；吸尘式吹风机的功率:w1=1.5kw；的重量:m=550kg；外形尺寸(L×W×)=800×900×1550(mm)；2.设计计算Q=2000/300/24=278kg/h≤500kg/h（2）振动筛1.设计参数外形尺寸(机组)(L×W×H)=1350×700×1700(mm)设计处理能力:Q1=1000kg/h(设计处理能力过粉硫机每小时处理量Q=278kg/h，故符合要求)；筛面层数:2；筛规格:S=1500×5000(mm2)；最大进料粒度:d1=200mm(粉硫机处理后力度达d=12mm不超过最大进料粒度，符合要求)；振动频率:f=13-16Hz；电机功率:W2=18.5kw；重量:m1=4500kg；外形尺寸(L×W×H)=4830×220×3100(mm)2.设计计算Q=2000/300/24=278kg/h≤1000kg/h（3）螺旋输送机1.设计参数设计处理能力:Q1=1000kg/h材质:不锈钢，钢；介质温度:200℃以下；口径a=500mm；输送长度:L=20m；机功率:W3=5.5kw2.设计计算Q=2000/300/24=278kg/h≤1000kg/h（4）熔硫釜1.设计参数一固体硫磺的体积=1000/2.07=483.091787439634m3(其中1m3硫磺的体积为2.07kg)熔硫釜设计处理能力:Q1=1000kg/h规格:φ1000×12×2700；工作压力:P=0.5Mpa-2.0Mpa；材质S30408/Q235B/Q345R；结构式:立式；工作温度:-40℃-100℃；介质:硫泡沫、水蒸汽表2-2熔硫釜产品规格类别第1类参数名称容器内夹套内内盘管工作压力0.5Mpa0.5Mpa0.8Mpa设计力0.55Mpa0.55Mpa1Mpa工作温度118℃159℃175℃设计温度130℃168℃200℃介质硫泡沫水蒸汽水蒸汽介质特性无毒非易燃无毒非易燃无毒非易燃介质分组第二组第二组第二组全容积2.7m3//传热面积//6.36m2设计使用年限10年//封头DN1000/1100×8/12//筒体DN1000/1100×8/12//夹套DN1000×12//套管φ45//2.设计计算Q=2000/300/24=278kg/h≤1000kg/h（5）硫磺泵1.设计参数一固体硫磺的体积=1000/2.07=483.091787439634m3(其中1m3硫磺的体积为2.07kg)硫磺泵设计处理能力:Q1=4140kg/h规格：DN300mm；流量：Q=2000m3/h；扬程：H=160m；工作压力：P1=2.5Mpa；工作温度：-30℃~10℃2.设计计算Q1=2.07×2000=4140kgQ=2000/300/24=278kg/h≤4140kg/h（6）冷凝器1.设计参数规格：(内胆)L×W=560×180(mm)/(外壳)LW=600×240(mm)；孔径：φ1=19mm；最大容积：30L；流量：Q=1500m3/h；冷凝器设计处理能力:Q1=3105kg/h2.设计计算Q1=1500×2.07=3105kgQ=2000/300/24=278kg/h≤3105kg/h（7）薄片机1.设计参数规格：L×W×H=1750×1000×1600(mm)；规格型号:SQJ60Ⅱ；转鼓规格：600×800(mm)；电机功：W4=3-4kw;切片转速：R1=2-10r/min(变频控制)；薄片机设计处理能力:Q1=1000kg/h2.设计计算Q=2000/300/24=278kg/h≤1000kg/h（8）蒸馏釜1.设计参数规格DN800mm；H=2.5m；蒸馏釜设计处理能力:Q1=4140kg/h流量：Q=2000m3/h；扬：H=160m；工作压力：P1=2.5Mpa；工作温：-30℃~120℃2.设计计算Q1=2.07×2000=4140kgQ=2000/300/24=278kg/h≤4140kg/h（9）皮带输送机1.设计参数技参数：机构材质：不锈钢(201)；长度：L=20；宽度：W=500mm；高度：400mm；皮带材质：Pvc、pu；电功率W5=60w；输送速度：10m/min（10）沉淀槽1.设计参数（分离刚刚脱离熔融状态不久的硫磺）沉淀池的污水种类：包括平流污水沉淀池；直流单池的污水处理方式用水量：10m3；沉降时间：20min；有效建筑面积：502；进水嘴的尺寸：40mm；出水管的口径：80mm；进水悬浮物浓度：200mg/L；出水悬浮浓度：5设计尺寸：L×W×H=1200×400×2500（mm）（11）包装机1.设计参数产品名称：大定量分装机；称重范围：5-1000g；误差范围：2-5g；设计每包称重500g;每小时设计包装量600包；包装机设计处理能力:Q1=300kg/h整机尺寸：L×W×H=30×500×1290(mm；重量：m2=30kg左右；功率：W6=300W；电压：220V/5Hz2.设计计算Q1=600×0.5=300kgQ=2000/300/24=278kg/h≤300kg2.3设备选型设备主要包括生产设备和环保设备：破碎机，筛分机，包装机，主要设备如表2-1所示表2-1生产设备和环保设备设备名称设备型号功率（kw）处理量生产单位破碎机PEX150*250110.5t/h河南黎明重工科技股份有限公司振动筛DZSF52018.51t/h华矿重工有限公司熔硫釜DN900/1000201t/h硫泡沫泰安宝利来化工机械有限公司硫磺泵2GaBRT94140kg/h江西新德工业泵有限责任公司蒸馏釜DN800mm7.54140kg/h莱州市泽诺化工机械有限公司皮带输送机定制1.53t/h天太振动机械制造有限公司螺旋输送机LS400，GX5.53-180t/h泊头市美航环保设备有限公司薄片机定制32-10r/min泊头市美航环保设备有限公司包装机定制0.8定制河南省豫盛包装机械有限公司2.4生产过程中的污染预防2.4.1噪音污染及预防本项目设备在生产的过程中会容易产生较大的噪音，为了提高其操作性和降低其噪声污染，在设备的型时应尽量选用低噪声设备；破碎机处应设置隔声盖，进、出口处应安装消声器；设备增设减振垫；在机房内部铺设隔音棉进行吸声处理；设置一个隔离值班室，现场仅做巡回检查；配备一定数目的保护性耳罩或者是耳塞，以有效地减轻对噪声的影响；另外，在厂区和高噪声设施周围应该种植一些可降噪声的植物。经上述治理后，设备所排放的噪声符合《工业企业厂界环境噪声排放标准》(gb12348--2008)ii类标准的规定。2.4.2土壤污染及预防本项目中，副产硫磺如果采用的露天堆放，可能会由于雨水冲刷，对土地造成污染，因此可以用塑料防渗，将雨等排至中和池中进行中和。2.4.3大气污染及预防硫磺粉末在物料输送过程中可能会产生少量的硫磺粉尘，故拟在各物料仓顶部装设仓顶袋式除尘器以收集卸料所可能产生的硫磺粉尘，收集后将硫磺粉尘返回至各物料仓，含有微量硫磺粉尘的放射性气体直接排出；在螺旋输送机、薄片机等相互连接的部位容易产生扬尘，本设计应该在相互连接处设置一个帆布软密封链条。并设置吸风罩、布袋除尘器和风机组成的抽风系统。本次灌溉项目少量水蒸气外排，经冷凝后处理即可用于耕地和农田。其他减少制造和加工过程中会产生环境污染物的方法还有合理的绿化，它们可以使得我们美化环境、净化空气、防尘降噪、对环境品质进行监控和提高，在那些存有大量污染物的工业和大型建筑企业中，合理的绿化也被认为是我们保护环境的有效手段和措施。

3副产硫磺处理工艺主要构筑物的计算及经济分析3.1项目投资分析3.1.1固定资产投资（1）厂房建设费用该建设工程属于工业配套建设工程用地1000平方米，主要目的是了适合于化工企业的品生产加工车间，办事处库房，配电室和其他些工业附属配套设施等的开发建造，征用工业建设用地费用为5万，厂房采取自建，费用约10万。（2）设备购置费用整个生产工程中包括加工设备和环保设备，所需数量及金额如表3-1：表3-1所需设备数量及金额序号设备称规格型号单位数量单价/元小计1破碎机（L×W×H）=1350×00×1700（mm）台214000280002振动筛（L×W×H）=4830×2220×310（mm）台148003螺旋输送机口径a=500mm；输送长度：L=20m台130004熔硫釜（L×W×H）=1000×12×2700（mm）台122005沉淀槽个1268006硫磺泵规格：DN300mm台123607蒸馏釜规格：DN800mm；H=2.5m台158008冷凝器规格：(内胆)L×W=560×180（mm）/（外壳）L×W=600×24（mm）;孔径：φ1=19mm台147099受槽个110薄片机（L×W×H）=1750×1000×160（mm）转鼓规格：600×800（mm）台1688811包装机台112皮带输送机长度：L=20m;宽度：W=500mm;高度：400mm台1580013焦油收集槽（L×W×H）=1000×12×2500（mm）个13000合计151181573.1.2水电费用每天实行三班制，每个工作8小时，设备总功率约为110Kw/h，每天耗电量为2640千瓦时。我国目前工业用电各个时段价钱略有差异：1)峰时段用电每千瓦时价格为1.025元；2)平时段用电每千瓦时价格为0.725元；3)谷时段用电每千瓦时价格为0.425元，取平均值为每千瓦时为0.725元，则每天电费为1914元，则按每年设备运转三百天计算，耗电费用大约为574200元。按每使用一吨原料消耗两吨水来算，废硫磺年处理量2000吨，工业用水价格约为5元/吨，则每年用水费大约为20000元。3.1.3人工工资由于处理废硫磺工序高度自动化，因此只需在装料、运输、加工等环节雇人进行管理即可。按照三班倒的方式，如下表3-2硫磺提纯装置定员表序号岗位名称操作操作定员班数人/班小计1班长3132内操人员3393外操人员339小计721班长5000元/月，操作人员4000元/月，每年工作约300个工作日。人员费用为：5000×3×12+4000×18×12=1044000元3.1.5设备折旧及维修费设备按照使用期限十年计算折旧费用。年折旧率=（15万+11.8万）x10%=2.68万3.1.4原材料费用该工艺通过废硫磺提纯生产工业硫磺，年设计处理量2000吨，购置原材料按照2000吨计算，陶瓷行业副产物硫磺的市价约50元/吨，成本约100000元，加上运输成本200000，约需300000元。3.2项目效益分析3.2.1经济效益分析陶瓷行业煤气发生炉脱硫的副产物硫磺纯度低，杂质多，销售困难。该工艺提高硫磺纯度，扩大脱硫副产物硫的应用方向及范围，有效解决了副产硫磺堆存和环境污染问题，取得了一定的经济收益。据2021年5月份的报价，中石化华北地区的固体硫磺主流产品的价格大约在1440-1510元/吨，年处理2000吨的收益见表3-5：表3-3产品产量及价值产品名称单价产量总计工业硫磺1500元/吨1800吨270万元年利润=产品总收入—运行费用—固定资产折旧费用年利润=270-2.68-30-104.4-57.42-2=73.2（万元）3.2.2社会效益该项目投产使用后，每年可解决21人的就业问题，除此之外，企业每年向当地政府上交一定的企业所得税。同时该项目还实现了“变废为宝”来转化固废，使工业硫磺产品进一步利用在各个方面，缓解了社会对硫磺的需求，创造