《年产20万吨硫酸工艺设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《年产20万吨硫酸工艺设计（12页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、年产20万吨硫酸工艺设计一、总论1. 概述（1）硫酸的化学性质硫酸是一种强酸，作为二元酸，它有中性盐（硫酸盐）和酸式盐（硫酸氢盐）。浓硫酸具有氧化剂的性质，同时，根据还原剂的不同，硫酸可以被还原到SO,S和HS。浓硫酸是强脱水剂，对于有机物和人的皮肤有强烈的破坏作用。浓硫酸与硝酸混合组成硝化剂，广泛应用于有机化合物的硝化过程。浓硫酸与发烟硫酸、三氧化硫、氯磺酸都是磺化剂，它们可以把磺酸基引入有机化合物。许多种医药、农药和染料的生产都是基于芳香族有机化合物的磺化。稀硫酸中的硫原子通常不具有强烈的氧化性。与活性在氢之前的金属反应放出氢气。（1）硫酸的物理性质硫酸的物理性质20密度1.8305g/c
2、m3熔解热（100%）10.726KJ/mol熔点C10.37+0.05沸点C100%275598.47%（最高）3265比容热(25C),J/(gK)98.5%1.41299.22%1.405100.39%1.394气化潜热(326.1C)50.124KJ/mol常用硫酸与发烟硫酸的结晶温度硫酸浓度（重量）结晶温度。C硫酸浓度（重量）结晶温度。C10.0-4.710010.37176.0-22.2游离S0310-1.593.0-27游离S03202.598.51.8游离S0365-0.35（3）硫酸的用途硫酸是基本化学工业中重要产品之一。它不仅作为许多化工产品的原料，而且还广泛地应用于其他的
3、国民经济部门。硫酸的用途十分广泛，在化肥工业中，硫酸主要用于生产过磷酸钙和硫酸钱;在冶金工业中则主要用于铜、锌、镉、線等金属的电解精炼；在电镀、搪瓷工业中需要硫酸清洗工件表面；其他工业如轻工业、有机合成工业、无机盐工业等也要消耗相当数量的硫酸，如硫酸主要用于生产化学肥料、合成纤维、涂料、洗涤剂、制冷剂、饲料添加剂和石油的精炼、医药和化学工业。如今己内酰胺生产是硫酸的第二大用户，聚己内酰胺纤维是一种用途很广泛的合成纤维，除用于衣着以外，还用于制造渔网、降落伞、轮胎帘子线和绝燃材料。（4）硫酸的生产方法及特点在10世纪，硫酸就由绿矶矿（硫酸铁）干係后用水吸收而制得。这是铅室法制酸的萌芽。19世纪初
4、期，因布兰法制碱工业的需要，发展了铅室法和塔室法统称为亚硝基法和硝化法。硝化法的特点是以氮的氧化物为媒介，使二氧化硫在有氧及水的情况下生成硫酸。产品浓度低，酸中杂质多，生产中乂要耗用大量的硝酸或硝酸盐。由于染料、化纤、有机合成和石油工业等对浓硫酸和发烟硫酸的需要迅速增加，许多工业部门对硫酸产品的纯度也提出了越來越高的要求，因而塔式法生产硫酸的比重逐渐减低，最终为接触法生产硫酸所替代。2. 文献综述利用冶炼烟气生产硫酸是我国硫酸工业的一种重要工艺方法，冶炼烟气制酸工艺利用矿石原料中的硫资源生产副产品，能够获得一定的经济效益。本文通过介绍一个工程实例的工艺设计过程浓度;自热平衡;工艺计算;设备选型
5、计算，叙述了冶炼烟气制酸装置转化工段主要工艺计算和主要设备的选型计算，提出了在计算过程中一些设计参数的选择方法和需要注意的事项。得出的结论为：在烟气中含有一定浓度的一氧化碳的条件下，含较低二氧化硫浓度的烟气同样可以在转化工段实现自热平衡，用于生产硫酸。I2004年至今中国硫酸产量位居世界首位，2006年中国硫酸产量达50.43Mt,逐渐形成了以硫磺、硫铁矿和冶炼烟气为主的原料结构。改革开放以來，中国硫酸行业的产业集约化程度大幅提高，单系列硫酸装置的最大规模分别为硫铁矿制酸400kt/a、硫磺制酸1000kt/a冶炼烟气制酸600kt/ao还指出今后中国硫酸工业的发展趋势是：装置进一步大型化，产
6、业集约化程度继续提高，全方位提升技术装备水平，加大节能减排力度，提高废热回收利用率，走循环经济的发展道路，实现可持续发展。2徳国ProcessEngineeringAssociate（PEA）公司推出一种可使排放废气中的S02含量低于3X10-4%的二段法硫酸生产新工艺，该工艺可用于处理各种浓度的S02气体。第一段：接触反应器在工艺的第一段，接触反应器中的S02气体在转换成硫酸之前要进行冷却和清洗。该工艺能生产浓度为95%98%的硫酸以及游离S02高达32%的发烟硫酸。在转换器中单层催化剂将65%70%的S02转换成S03,剩下的气体通过管道输送到工艺的第二段。第二段：塔式反应器浓缩或用于生产
7、发烟硫酸。第二段工艺是对原氧化氮工艺的改进（原称容腔工艺或塔式工艺），在此S02几乎完全转换成76%的强酸，然后乂回到接触反应器中进一步76%的硫酸是在塑料塔式反应器中产生的，没有返回到接触反应器中，因此纯度极高，可作特殊用途的酸使用，如作蓄电池酸。3KvaernerChemetics公司开发和建设了一套装置，釆用最新且可靠的工艺，将炼厂排放物中的硫转化成硫酸。该工艺包括以下三个主要步骤：含硫化合物氧化或还原成S02,S02氧化成S03以及S03与水部分冷凝生产浓硫酸。a）H2S氧化。来自于脱硫工艺及其他含硫废气的浓缩H2S被输送到装配有蒸汽锅炉的燃烧室中,H2S被高效地氧化成S02,少部分进
8、一步氧化成S03ob）酸再生。当燃烧废酸或酸渣时，工业上使用的是燃烧炉而不再是燃烧室，其目的是有较长的停留时间，以在约1oooc的温度下分解废酸。酸气化及分解成S02的反应属于吸热反应,因此须向燃烧炉补充热量。H2S能提供部分或全部补充的反应热。当燃烧废酸、重燃料油或酸渣时，须安装一套热气过滤器，使气体除尘后再进入催化转化器。c）催化转化器。來自于燃烧室或燃烧炉的废气经冷却后，用蒸汽锅炉控制温度在400C,经离心式鼓风机将其输送到催化转化器。催化转化器是不锈钢制的圆筒形反应器，塔盘上装有金属氧化物催化剂，将废气中的S02氧化成S03o催化剂的活性组分为V205。低温也有益于生成S03,但是40
9、0C是其下限，因为该温度是催化剂的触发温度。当S02的体积浓度低于2%,且催化剂床层的温升低于50C时，利用单床层反应器系统，SO2的转化率就能超过98%o催化剂床层温升低时无需使用多床层系统。如果进入催化转化器的S02浓度非常高，使用23个床层，且进行级间冷却，S02的转化率可超过97%od）硫酸冷凝。该步骤使用单塔（或双塔）将S03部分冷凝來生产硫酸，冷却冷凝过程在回收塔中完成。硫酸的浓度可达到40%60%（质量）。使用转化器出口的部分废气来蒸发稀硫酸中的水分同时吸收更多的SO3时，硫酸的浓度可达到93%98%。一套使用该法从含硫废气生产硫酸的装置于1998年在瑞典的某造纸厂建成投产。该装
10、置的S02平均转化率超过98.8%，经回收塔后未转化的SO2平均浓度为134ppm（干基），生产的硫酸浓度为93%（质量）o4接近于零排放的硫酸生产新工艺（SAPNE）o该工艺结合了接触法制酸技术和硝化制酸技术。来自净化工序的气体依次经w（H2SO4）65%、w（H2S04）96%硫酸干燥后，进行一段转化,70%的$02转化成S03并制成w（H2SO4）98%硫酸，剩余的SO2再经N0X催化氧化成SO3制成w（H2SO4）76%硫酸，S02的总转化率达99.997%oSAPNE工艺的投资费用是两转两吸工艺的近95%，操作费用近90%o53. 设计任务的依据或项目来源依据2009年10月在大冶有
11、色金属公司冶炼厂实习情况而定。4. 设计产品所需的主要原材料规格、来源。单位成分合计so：S0302co：H:0n2体积%7.060.2811.154.811.265.3100m3/h（标况）6247.2247.s9866.34247.49910.857782.288487.3二、烟气量及成分烟尘量烟尘成分g/m3标况CuFePbZnBiCdSi02As0.060.060.060.040.020.020.060.04原料的來源是冶炼的烟气。二、生产流程或生产方案确定A、由绿矶矿（硫酸铁）干馆后用水吸收而制得。B、亚硝基法和硝化法。硝化法的特点是以氮的氧化物为媒介，使二氧化硫在有氧及水的情况下生
12、成硫酸。C、现在一般用接触法生产硫酸，以触媒为催化剂，转化率高。1、净化工艺的选择为了清除冶炼烟气中的有害杂质，向转化工段提供符合要求的原料气，必须对冶炼烟气进行净化处理。由于水洗净化流程会排放大量污水，热浓酸净化流程对高温烟气的除币巾、除氟尚无成熟对策，堵塞设备，引起触媒中毒，导致转化率低，从而不能保证产品酸的质量，故用稀酸洗净化流程。2、转化工艺的选择进入转化器的烟气含二氧化硫为7.13%,采用双接触工艺，在正常情况下基本上能维持热平衡，而且尾气不须处理，可直接排放。由于冶炼烟气的特点是波动较大，当冶炼烟气中二氧化硫降低到维持转化器的热平衡比较困难时，釆用3+1/IV.1一111、II双接
13、触流程。3、干吸工艺的选择塔一一槽一一泵一一冷却器一一塔流程酸的流速较大，传热系数亦较大，可以节省冷却面积，节省占地面积。三、生产流程简述WKIfiT.ZStWfflj划母烙1|贰海塔|i泮冲征住乳ITI3Kl“，IJ-净化过程烟气净化釆用并流式空塔一一填料塔一一两级电除雾工艺流程，排烟风机出口约250280C的含S0：高温烟气首先进入空塔，与塔顶自上而下喷淋的5%6%稀硫酸并流接触，稀硫酸中水分被绝热蒸发，使烟气降温、增湿，同时矿尘、不巾、氟等杂质大部分被洗涤下來。随后，烟气进入填料塔，与自上而下喷淋的1%-5%稀硫酸逆流接触，杂质进一步被洗涤下来，循环酸中热量被板式换热器移出，烟气温度则被
14、冷却到40C以下，烟气中水分被冷凝而处于饱和状态，从填料塔出來的烟气进入两级电除雾器，酸雾除至0.005g/Nm3以下，送到干燥塔。为控制稀硫酸中杂质含量不超过规定值，塔循环槽稀硫酸由后向前串，工艺补水集中在填料塔沉降槽加入。空塔、填料塔出來的稀硫酸先进入沉降槽，上清液溢流到各自的循环槽，再上塔循环使用，从沉降槽底部出來的酸泥通过底流泵送到底流搅拌槽，经搅拌混合后送到压滤机压滤，滤饼综合利用提取有价元素。电除雾器及铅间接冷凝器分别设有冲洗槽，在循环冲洗中被洗下來的污酸连同工艺补充水一并经泵依次往前串，汇入空塔循环槽。净化工段产出的稀酸经脱吸塔除二氧化硫后，进入中间槽，用中间槽泵送入污酸处理站，
15、处理合格后排放。脱吸后的含S0,气体与出洗涤塔的烟气混合进入间冷却器。净化多余的稀酸由空塔循环泵送到中间泵槽，与压滤机滤液及电除雾积液一并送到污酸处理站处理。干吸工系从诊化工段电除雾器出來的so,烟气，进入干燥塔，在塔内与塔顶喷淋下来的93%酸逆向接触，烟气中水分被浓硫酸干燥至0.lg/n?（标况）以下，经丝网捕沫后进入S0,鼓风机。从转化工段第III换热器出來的含S0,烟气，进入第一吸收塔与喷淋下來的93%酸逆向接触，SOs被吸收。烟气则返回转化工段。从转化工段第IV换热器出來的含S03烟气，进入第二吸收塔，与喷淋下來的98%酸逆向接触，SOs被吸收。出塔烟气S0：小于500ppm.经70m排气筒排放大气。干燥塔出塔的硫酸（93%硫酸），及第一、二吸收塔出塔的硫酸98%硫酸），由塔底流入循环槽，用酸泵经阳极保护酸冷却器降温后，人塔顶做喷淋酸循环使用。为了保护干燥塔塔顶喷淋酸的浓度为93%酸，在干燥塔循环槽内，配人一定量的从一吸塔塔顶喷淋酸的浓度为98%酸。从干燥塔串入一定量的93%酸，进入
