硫磺法硫酸生产工艺设计

-1-目录1.硫酸生产工艺简介.............................................41.1硫铁矿制硫酸............................................41.2硫磺制酸................................................41.3冶炼烟气制酸............................................41.4硫酸盐制酸..............................................42.产品级原料物化数据...........................................52.1二氧化硫（SO2）.........................................52.2三氧化硫（SO3）.........................................52.3硫酸（H2SO4）............................................63.工艺设计部分.................................................93.1原料熔硫工段...........................................103.2焚硫工段...............................................123.3余热锅炉系统...........................................143.4转化工段...............................................173.5干吸工段...............................................193.6成品工段...............................................213.7污水处理系统...........................................224.物料及热量衡算..............................................254.1设计要求...............................................254.2硫磺焚烧的物料衡算.....................................254.3转化器物料衡算.........................................264.4转化器热量衡算.........................................275.主要设备的工艺计算和设备选型.................................285.1主要设备转化器的设计...................................28-2-5.2催化剂的装填量.........................................285.3各段触媒需用量VK、触媒层厚度H..........................306.设计总结及致谢..............................................32参考文件.......................................................33附件...........................................................34-3-硫磺法硫酸生产工艺设计摘要：以硫磺为原料生产硫酸不需要净化，大大简化了工艺过程，节省投资费用，且产品质量高。设计了以硫磺为生产原料生产硫酸（300kt/a）的工艺流程，描述了硫酸一些性质级制酸过程的反应原理，对焚硫、转化、吸收三个工段以及整个工艺流程做了阐述。重点分析了焚硫和转化工段的各个工艺指标，工艺条件。对焚硫工段的焚硫炉、转化工段的转化器和换热器三个设备做了宏观的设备选型，并且对焚硫炉和转化器做了物料衡算。为了使设计更加合理与完善，在设计中还解决了废水的处理问题。-4-1.硫酸生产工艺简介1.1硫铁矿制硫酸以硫铁矿为原料生产硫酸，共有九种流程，他们的共同特点是均采用沸腾焙烧，干法除尘，酸洗净化，两转两吸，回收高低温位余热技术方案。设计采用的流程为：焙烧炉→废热锅炉→旋风除尘器→电除尘器→Swemco洗涤塔→电除雾器→干燥塔→主鼓风机(2+2两转两吸。该流程首先对硫铁矿进行预处理，对于块状硫铁矿则要粉碎加工成粉矿，对于硫精砂则要进行干燥。若矿的品种较多，入炉前还要按杂质含量要求进行掺配。其主要工序有：硫铁矿焙烧、炉气净化、二氧化硫转化及三氧化硫吸收。1.2硫磺制酸根据硫磺原料的品质来确定制酸工艺流程，若硫磺中含有砷，硒等杂质并危及触媒中毒时，则必须设置转化工序。对于一般纯净的硫磺仅需要三个工序(焚硫、转化与吸收)即可完成制酸全过程。1.3冶炼烟气制酸冶炼烟气即含硫的有色金属在冶炼中产生的废气，其中SO33%～13%，用此气制成硫酸，称冶炼烟气制酸。流程也有多种形式，主要差别表现在净化工序上，比如常见的水洗流程、稀酸洗流程，热浓硫酸洗流程及干法净化流程等。1.4硫酸盐制酸有代表性的硫酸盐是硫酸钙(石膏或磷石膏)制酸。其主要原料为石膏(磷石膏)、焦碳、一定比例将不同原料加入球磨机中，将细磨的混合物料转入粘土、砂、硫铁矿渣等。这些原料分别经颚式破碎机破碎、双辊破碎机(或反击式破碎机)细破，干燥脱水后转入各自原料储斗中。按回转窑内与高温-5-燃煤烟气逆向接触，经预热，在900～1200℃下，按下式反应进行还原分解，生成二氧化硫、二氧化碳与氧化钙。2CaSO4+C=2CaO+2SO2+CO2进一步在1200～1450℃高温下煅烧，进行矿化反应生成水泥熟料。产生的二氧化硫烟气可达7%～9%，从窑头排出并转入制酸系统。制酸流程与硫铁矿制酸过程基本相同，仅是窑气中氧含量较低，转化时需加入适量空气。62.产品级原料物化数据2.1二氧化硫（SO2）SO2由焚硫工段焚硫炉燃烧产生，其主要理化性质如下：分子量：64.06比重：1.43（液体）熔点：-12.7℃沸点：-10℃蒸汽密度：2.92蒸汽压力：337.5×103Pa（21℃时）易溶解于水，溶解于有机溶剂与硫酸，无色且不燃烧气体，有刺激性酸味；容易与水化合，生成亚硫酸（H2SO3），并且因氧化而慢慢转化成硫酸（H2SO4）72.2三氧化硫（SO3）SO3在硫酸生产过程中来源于两个工段：一是焚硫工段焚硫炉内，二是转化工段转化器内。其主要理化性质：分子量：80.06比重：固体1.97液体1.92固体晶形αβγ熔点：62.3℃32.5℃16.8℃沸点：44.8℃升华（Subl）44.8℃-6-蒸汽密度：2.762.762.76蒸汽压力：13.3×103Pa10.5℃14.3℃62.1℃溶解于二硫化碳和硫酸，气体三氧化硫以单体形式存在时，无味并且比空气重。只有刚配制的无色液体是单独存在的，与水接触则固体聚合物形成。固体三氧化硫以三种不同形式存在，稳定的α-形（棱柱晶体），由液体凝固而成；β-形（白色类似石棉的纤维），以及γ-型（玻璃状）后两者都是亚稳定的。2.3硫酸（H2SO4）硫酸在生产中来源于干吸工段，转化工段反应生成的SO3进入吸收工序中间吸收塔、最终吸收塔，由浓硫酸吸收加水配制成96%～98%的成品酸。2.3.1硫酸的化学组成分子式：H2SO4分子量：98.08分子结构：HOSOH2.3.2硫酸的物理性质可以任何比例溶解于水，伴随大量的热产生。纯净的硫酸是清澈、无色透明的油状液体，但不纯时为棕色或灰白色液体，无气味但有明显的酸味。⑴硫酸的密度随着浓度和温度的变化而不同。当酸浓小于98.3%时硫酸的水溶液的密度随着硫酸浓度的增加而增大，于98.3%时达到最大值，当酸浓在98.3%至100%时随着酸浓增大而下降。发烟硫酸随着其中游离的SO3含量增加而增大，游离SO362%时为最大值，过后则逐渐减小。OO-7-⑵熔点及结晶温度（凝固点）充分了解硫酸的结晶温度，对于在寒冷季节搞好硫酸生产，贮存和运输等工作具有重要意义。下图所示为硫酸液体浓度和结晶温度的关系曲线，图中各点的结晶化合物之组成。H2SO4%结晶温度℃图中点组成037.5557.6467.8073.1373.6884.4893.771000-73.10-28.36-47.46-39.51-39.878.56-34.8610.37ABCDEFGHIH2O（冰）低共熔物，H2O+H2SO4·4H2O（介稳定状态）H2SO4·4H2O（熔化点）低共熔物H2SO4·4H2O+H2SO4·2H2O（介稳定状态）H2SO4·2H2O（熔化点）低共熔物，H2SO4·2H2O+H2SO4·H2OH2SO4·H2O（熔化点）低共熔物，H2SO4·H2O+H2SO4H2SO4（熔化点）游离SO3%结晶温度℃图中点固相组成-8-15.6144.7962.0100-10.1535.151.216.8JKLM低共熔物，H2SO4+H2S2O7H2S2O7（熔化点）低共熔物，H2S2O7+H2SO4·2SO3；H2SO4·2SO3（熔化点）SO3（熔化点）掌握了硫酸结晶温度具有下述意义：A.为硫酸贮存输送提供了防止发生冻酸的温度控制依据。B.为了确定产品浓度范围提供了依据。C.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。2.3.3硫酸的化学性质硫酸是最重要的无机强酸之一，浓硫酸具有强酸性、强氧化性、强的吸水性、强的磺化性等。当加热到30℃以上放出蒸气，加热到200℃以上，散发出三氧化硫。⒈硫酸是一种强酸，具有酸的特性，它的化学性质非常活泼，根据硫酸的浓度和温度及金属的种类不同，而生成H2、H2S、SO2、S及金属的硫化物和硫酸盐。a、稀硫酸能与金属直接反应，放出氢气，所以它对金属具有强烈的腐蚀性。Fe+H2SO4=FeSO4+3H2↑b、与金属氧化物作用，生成硫酸盐。Fe2O3+3H2SO4=Fe2（SO4）3+3H2O⒉浓硫酸具有强的氧化性。Cu+2H2SO4（浓）=CuSO4+SO2↑+2H2O⒊浓硫酸具有强的吸水性。浓硫酸对水有大力亲和力，吸收大气水分，从有机物中提取水份导致碳化。-9-利用其这一性质可用来作干燥剂，如硫酸生产中用其干燥湿的SO2炉气。浓硫酸不仅能够吸收游离水份，而且可以把碳水化合物中的氢和氧按2:1的比例以水的形式脱下，这是硫酸伤人的主要途径。⒋浓硫酸具有强的磺化性。C6H6+H2SO4（浓）=C6H5SO3H+H2O2.3.4工业硫酸质量标准本硫磺制酸装置硫酸产品质量，应符合国家标准GB534-2002规定项目特种工业硫酸浓硫酸发烟硫酸优等品一等品合格品优等品一等品合格品浓度%≥游离SO3%灰分%≤铁（Fe）%≤砷（As）%≤铅（Pb）%≤汞（Hg）%≤氮氧化物（以N计）%≤氯（CL）%≤透明度mm≥色度ml≤二氧化硫%≤92.5或980.020.0050.000080.0010.00050.00010.0011601.00.0192.5/980.020.0100.00010.010.001502.092.5/980.030.0100.005502.092.5/980.1020.00.030.0100.00010.010.00120.00.030.0100.00010.100.0103.工艺设计部分主要工艺技术以固体硫磺为原料，采用湿式搅拌快速熔硫、液硫石灰-10-中和、叶片式机械过滤机过滤精制液硫、机械雾化焚烧、III、II—IV、I3+1两次转化两次吸收，接触法制造硫酸。中压余热锅炉回收高、中温热能，副产过热蒸汽供动力车间。3.1原料熔硫工段3.1.1岗位职责3.1.1