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1、烟气制备硫酸生产工艺的多工位控制技术设计前言硫酸是一种重要的基本化工原料，广泛使用于各工业部门，硫酸 的产量常常被用作衡量一个国家工业发展水平的标志。硫酸主要用干 生产磷肥。合成纤维、涂料、洗涤剂，制冷剂、饲料添加剂、石油精 炼、有色金属冶炼，钢铁、医药和化学工业等，也都离不开硫酸。随着我国高浓度磷复肥和有色金属工业的发展，我国的硫酸工业 也得到了迅速发展。2003年达到创记录的3371万t,产量超过美国位 居世界第一。2006年我国硫酸产量5044万t,同比增长9. 0%,其中 硫磺制酸产量2233万t,同比增长13. 1%；冶炼烟气制酸产量l 163 万t,同比增长18. 6%,硫铁矿制酸
2、产量1 593万t,同比减产1. 2%； 其他原料制酸产量55万t,同比减少6. 9%。截止到2007年9月，全国 硫酸累计产量3 957万t,同比增长10. 2%。第一章 硫酸生产概述1.1 工业制备硫酸的常用方法目前,工业上硫酸生产方法为接触法硫酸生产工艺,接触法硫酸 生产工艺的核心是通过SO气体与V0,催化剂接触，使S0转化为SO。22 523根据生产原料的不同,硫酸的生产方法有以下几种：硫磺制酸、硫铁 矿制酸、冶炼烟气制酸和硫酸盐（磷石膏、硫酸亚铁）制酸等类型。在 接触法硫酸工艺生产过程中,有三个基本的化学反应和与之相联系的 工序：SO气体的制取；SO的转化；SO的吸收。2231、硫铁
3、矿制酸硫铁矿制酸经过原料工段处理过的硫铁矿原料，送入焙烧工序进 行硫铁矿的沸腾焙烧，气体经废热锅炉回收热量再经旋风除尘器和电 除尘器送入气体净化工序，经净化工序的气体进入干燥塔对气体进行 干燥后送入转化工段，进行so的催化氧化，反应生成的so气体送吸 23 收塔吸收产出硫酸。图I典型硫铁矿制酸工艺流程图2、硫磺制酸硫磺制酸以固体硫磺为原料，采用快速熔硫、液硫过滤、液体硫 磺燃烧、余热回收以及“3+1”两转两吸生产工艺（如图2所示）。为尽 量利用液体硫磺焚烧产生的高温位热能和二氧化硫转化产生的中温 位热能，在焚硫炉后设置中压火管废热锅炉，在转化工序一段触煤层 后设置高温过热器，二段设置换热器，三
4、段设置换热器和省煤器，四 段设置低温过热器和省煤器。系统产生中压过热蒸汽并入蒸汽管网， 可送至发电装置；大型装置空气风机多用蒸汽透平驱动。A匸艺水30烈16J ： 虐晶統fifT 女純惓at区舜r &cfe3MPa 4S0t去燕汽牲网込请炉给/叫图2典型硫磺制酸工艺流程图（1）SO 气体的制取21）生产S0气体的最简单方法是燃烧熔融硫磺S+O S0 +Q,反应2 2 2 放出的高温位热能用于生产中高压蒸汽。2）SO：的第二个来源是焙烧硫化物矿石产生的烟气（硫铁矿制酸或冶炼烟气制酸）2FeS +50 +1 / 30 =2 / 3Fe 0 +4S0 +Q或2FeS +50 +12223 4222/
5、 20 =Fe 0 +4S0 +Q,反应放出的高温位热能同样用于生产中高压蒸22 32汽。3）磷石膏（石膏）焦炭还原煅烧反应2CaSO +C=2CAO+2S0 +C0。4224）硫化氢与空气燃烧反应： HS+O+l20=H0+S0+Q。2 2 2 2 2（2）SO的转化2S0 +O =2S0 +Q,该反应是接触法硫酸生产工艺的2223核心，它是一个可逆放热反应，在VO,催化剂的存在下，高于起燃25温度时，反应得以进行。然而，随着反应的进行，气体温度升高，平衡向反应式左移，即阻止生成so。为了提高so转化为so的总转化率，3 2 3 必需使经过部分反应的气体通过数段催化剂床层，并且在气体从上一
6、段床层流向下一段时进行中间冷却。(3) SO的吸收转化工序生成的SO在填料吸收塔中被循环的浓33硫酸(98. 5%)吸收，从气体中除去。反应式S0+H0HS0+Q。32241.2 烟气制备硫酸 在冶炼行业，冶炼产生了大量污染空气的尾气二氧化硫。制酸厂 的任务就是把二氧化硫回收利用制成硫酸，这既解决了环境污染物 体，又能为工厂创造巨大的经济效益。1.2.1、烟气净化在有色金属冶炼过程中，产生的尾气中含有so2和其他杂质，因 此需要进一步净化烟气，降低烟气含尘量，以防止烟尘沉淀而造成管 道、设备、触媒层堵塞。烟气净化可采用干洗净化、水洗净化、稀酸 洗涤、热浓酸洗涤等方法。1.2.2、烟气干吸吸收塔
7、的中心任务是用浓度为 98%的酸吸收经转化后生成的SO3烟气生产成品酸，吸收工段就是把SO3加工成硫酸。在工业生产 中不是用水来吸收 SO3 气体，而是采用浓度为 98%的浓硫酸作吸收 剂，它吸收SO3的效果最好，SO3经浓硫酸吸收后成为高浓度硫酸， 用干燥塔出来的稀硫酸稀释，得到浓度为 98%的硫酸。冶炼厂采用了 两转两吸的工艺流程。干吸流程中有98酸生产和93酸生产，两种生 产控制方法不同。第二章 烟气制备硫酸的一般工艺与设备2.1 一般工艺流程一、原料预处理1、硫铁矿的粉碎机理硫铁矿的粉碎，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
8、、劈力、 研磨力、打击与冲击力等。2、硫精砂的干燥根据公司地域情况、气候等。采用自然晾晒或其他方法，晾晒后 通过铲车或其他工具推入库房。3 工艺流程根据实际情况可采用两次粉碎流程。硫铁矿石经铲车、皮带机传 送到PE400X600鄂式破碎机，经鄂式破碎机破碎后由HL300X15m提 升机提升到70m3的粗料库。然后由B500X15m皮带机传送到 PF1071000X700反击式破碎机，经反击式破碎机破碎后由 B500X25m 皮带机传送到 3000X1500 筛网的震动筛，经筛选后 W3s4mm的矿粉由HL300X25m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
9、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Z3s4mm硫精砂干燥后含水量Z6%二、二氧化硫气体的制取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。这个反映比 较复杂，反映如下：2FeS =2FeS+S ,S+20 =2S0,4FeS+70 =2Fe 0+4S02 2 2 2 2 2 2 3 22、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
10、炉子铺料工作的要求是粒度细且均匀，矿料水分 小与2%,含硫12%s18%。另外，矿斗内要准备一些开车矿，对开车况的要求，一般是：S 2 0%s25%、水W4%、平均粒度要小于正常生产时的平均粒度 约3 0%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3 0 0 mm左 右高度的矿渣，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4 15 1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9oor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
11、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10 ooc时停炉，宜在8 0 0s 9 0 0 C之间停下；炉底压力不易太低；不要让水进入炉内。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。3、工艺流程来自原料工段的硫铁矿经B650皮带喂料
12、机加入沸腾炉，焙烧产 生的二氧化硫浓度约13%、温度900-950C的炉气经炉气冷却器移热 降温到380-420C之间，进入旋风除尘器，经两级旋风除尘使尘含量 降至W15g/Nm3，温度降至350C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。三、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。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
13、、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“文泡电”式封闭酸洗流程。来自焙烧工段的 400C的炉气进入内喷文式管，与喷淋sl0%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1 2%的稀硫酸喷淋接 触进一步除尘和其它杂质，使温度降至40C，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60C65C，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
14、泥厂。泡沫塔排出的 1%2%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Z0.1g/m3酸雾含量Z0.03g/m3尘含量 Z0.005g/m3四、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0；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：S0.0.触媒一SO.触媒23d) 三氧化硫分子从触媒表面脱附下来，进入气相。2
15、、工艺流程运用“3+2 ”两次转化换热III、IV、W、II换热方式，两次转化流程。经净化、干燥后的炉气S0浓度约8%,由S0风机来的22约60C洁净S0炉气，送入转化系统IIIaTIIbI换热器(管外)依2次与三段、一段出来的高温转化气(S0 )换热，余热至4 2 0C进3入转化器一段，一段出来的高温转化器气(S0 )与1换热器(S0 )32换热冷却至4 6 0C进入二段，二段出来的高温转化器气(S0 )与3II换热器(S0 )换热冷却至4 4 0C进入三段，三段出来的高温转2化器气(SO )依次与IIIb、IIIaSO换热冷却至18 01进入第一吸收32塔，SO被9 8. 3硫酸吸收未被吸收的SO和少量SO从一吸塔出来323依次进入Va、Vb管外与五段、四段、二段、出来的高温转化气(SO)换热进入四段、五段进入第二次转化，五段出来的高温转化气(SO3)依次进入Vb、Va(管内)最后进入第二吸收塔(S160OC )被398.3%硫酸吸收，未被吸收的微量SO及SO尾气经二吸塔金
