年产5万吨硫酸生产基本工艺.doc

年产5万吨硫酸生产工艺 目录第一章11.1 概述11.2硫酸性质1第二章12.1 硫酸生产办法12.2接触法制造硫酸22.2.1接触法生产硫酸由下列四个工序构成22.2.2接触法优缺陷32.3硝化法制造硫酸32.3.1硝化法制造硫酸可归纳为三个重要过程42.3.2硝化法优缺陷4第三章 硫酸生产全工段工艺简介43.1 SO2气体制取43.2 炉气净化53.3 SO2气体转化53.3.1 一次转化一次吸取53.3.2 二次转化二次吸取63.3.3 沸腾转化63.4 SO3气体吸取73.5 尾气解决73.5.1氨法73.5.2碱法73.5.3金属氧化物法83.5.4活性炭法83.5.5控制SO2排放其她办法8第四章94.1 两次吸取法生产硫酸流程图94.1.1 流程阐明94.1.1.1 干燥系统流程阐明9 4.1.1.2 一吸系统流程阐明94.1.1.3 二吸系统流程阐明10第一章1.1 概述硫酸是一种普通化工产品，也是一种古老化学品，据理解，早在17世纪就有化学家运用“铅室法”将燃烧硫磺所得二氧化硫和进行反映而生产出约70%左右稀硫酸，到18世纪又有化学家运用铂催化剂（今用钒催化剂）与较高浓度二氧化硫空气中氧气反映而生产出浓度达98%硫酸。由于硫酸在工业上有广泛用途，因而它被号称为“工业之母”，硫酸产量也惯用来作为评估一种国家工业经济发展水平重要指标。1.2硫酸性质硫酸是（SO3）和水（H2O）化合而成。化学上普通把一种分子三氧化硫与一种分子水相结合物质称为无水硫酸。无水硫酸就是指100%硫酸（又称纯硫酸）。纯硫酸化学式用“H2SO4”来表达，分子量为98.08。硫酸是基本化学工业中重要产品之一。硫酸性质决定了它用途广泛性，硫酸重要用于生产化学肥料、合成纤维、涂料、洗涤剂、致冷剂、饲料添加剂和石油精炼、有色金属冶炼，以及钢铁、医药和化学工业。第二章2.1 硫酸生产办法生产硫酸最古老办法是用绿矾（FeSO47H2O）为原料，放在蒸馏釜中锻烧而制得硫酸。在煅烧过程中，绿矾发生分解，放出二氧化硫和三氧化硫，其中三氧化硫与水蒸气同步冷凝，便可得到硫酸。2（FeSO47H2O）Fe2O3+SO2+SO3+14H2O在18世纪40年代此前，这种办法为不少地方所采用。古代称硫酸为“绿矾油”，就是由于采用了这种制造办法缘故。二氧化硫氧化成三氧化硫是制硫酸核心，但是，这一反映在普通状况下很难进行。日后人们发现，借助于催化剂作用，可以使二氧化硫氧化成三氧化硫，然后用水吸取，即制成硫酸。依照使用催化剂不同，硫酸工业制法可分为接触法和硝化法。2.2接触法制造硫酸当代硫酸生产惯用两次转化工艺，是使通过两层或三层催化剂气体，先进入中间吸取塔，吸取掉生成三氧化硫，余气再次加热后，通过背面催化剂层进行第二次转化，然后进入最后吸取塔再次吸取。由于中间吸取移除了反映生成物，提高了第二次转化转化率，故其总转化率可达99.5以上。某些老厂仍采用老式一次转化工艺，即气体一次通过所有催化剂层，其总转化率最高仅为98左右。在以硫化氢为原料时，进转化器气体中具有大量水蒸气，二氧化硫在水蒸气存在下进行转化，故又称之为湿接触法。将二氧化硫与氧化合成为三氧化硫反映式是：2SO2O2 = 2SO3Q，这个反映在常温下没有触媒存在时，事实上不能进行。为了使这一反映加快，必要提高温度并且采用触媒催化（也叫触媒氧化）。这便是接触法制造硫酸名称由来。当前可作为制造硫酸原料含硫资源除硫磺外，重要有：硫铁矿、硫精砂（尾砂）、有色金属冶炼气、焦炉气、天然气、石油气中硫化氢也可作为制取二氧化硫气体原料。 2.2.1接触法生产硫酸由下列四个工序构成H2SO4SO3SO2 阐明 制备二氧化硫气体； 精制二氧化硫以除去其中杂质； 二氧化硫氧化成三氧化硫； 三氧化硫被吸取而变成硫酸。 2.2.2接触法优缺陷接触法制造硫酸重要有如下长处： 产品纯度高，且产品种类多； 设备腐蚀较轻，容易维护并且维护费用也较小，设备寿命比较长，管理 也比较容易； 生产比较平稳，指标波动范畴小。 接触法缺陷重要有： 投资较大、建造速度慢、采酸率较低等。2.3硝化法制造硫酸硝化法（涉及铅室法和塔式法）是借助于氮氧化物使二氧化硫氧化制成硫酸。其中铅室法在1746年开始采用，反映是在气相中进行。由于这个办法所需设备庞大，用铅诸多，检修麻烦，腐蚀设备，反映缓慢，成品且为稀硫酸，因此，这个办法日后逐渐地被裁减。在铅室法基本上发展起来塔式法，开始于本世纪初期。19在奥地利建成了世界上第一种塔式法制硫酸工厂，其制造过程同样是使氮氧化物起氧传递作用，从而氧化二氧化硫，再用水吸取三氧化硫而制成硫酸，不同是该过程在液相中进行，生产成本及产品质量都大大优于铅室法。塔式法制出硫酸浓度可达76%左右，当前，国内仍有少数工厂用塔式法生产硫酸。当前国内硫酸生产接触法占绝大某些，塔式法已很少，但是硝化法还具备它一定长处。虽然它产酸浓度为76左右，该浓度酸适合制造过磷酸钙，此外此种生产办法设备简朴，建厂快，硫运用率比较高，可以用杂质比较高原料，其缺陷是必要消耗硝酸。 2.3.1硝化法制造硫酸可归纳为三个重要过程低档氮化物（NO）高档氮化物SO2 + 氧化高档氧化氮H2SO4 二氧化硫与氮氧化物作用。反映成果，二氧化硫被 阐明 氧化成硫酸，高档氮氧化物转变为低档氮氧化物（NO）。 一氧化氮氧化。目在于使其变为高档氮氧化物， 并再次参加二氧化硫氧化反映。 氮氧化物回收。以硫酸吸取高档氮氧化物使之与尾气分 离回收。2.3.2硝化法优缺陷硝化法制造硫酸重要有如下长处： 投资小，建设速度快； 采酸率高，可达92%以上，电消耗比较少。硝化法缺陷： 普通只能生产稀硫酸； 设备腐蚀较重，维护也比较困难，维护费用也较高； 生产操作比较不稳定，指标波动大。第三章 硫酸生产全工段工艺简介3.1 SO2气体制取制取SO2气体是制取硫酸第一步，也是制取硫酸重要一步。现今制取SO2气体办法重要有，燃烧硫铁矿，燃烧硫磺，还原硫酸盐，冶炼烟气以及各种含硫工业废料再次运用等办法。但现今采用最多还是硫铁矿与硫磺燃烧这两种方式。3.2 炉气净化进入净化系统炉气具有0.530g/cm3矿尘。矿尘积累起来不但堵塞管道设备，并且其中氧化铁能与酸雾形成硫酸铁，覆盖在二氧化硫催化剂表面，既减少催化剂活性，又增长了床层阻力。此外，硫铁矿中所含砷，硒，氟等杂质，分别以不同形式进入到炉气中，其中一某些或大某些随炉气带入净化系统。砷能使催化剂中毒，氟能腐蚀设备。进入转化器后，还能侵蚀催化剂载体，引起粉化，使催化床阻力上涨。随同炉气带入净化系统尚有水蒸气和少量三氧化硫气体，两者结合可形成酸雾。酸雾在洗涤塔中较难吸取，带入转化系统会减少二氧化硫转化率，腐蚀系统设备和管道。因而，炉气必要进行一部进化和干燥，方可进行二氧化硫催化氧化。炉气净化可用干法或湿法进行。当前普遍采用是湿法净化。炉气净化技术随着净化设备进步而提高。初始，由简朴重力沉降室和惯性除尘室、旋风除尘器等所构成，净化效率低下。自1960年美国科学家F.G.科特雷尔创造了高压静电除尘、除雾设备后，加快了炉气净化技术发展步伐。高效旋风除尘器、文式管、泡沫塔、新型填料塔、星形铅间冷器、板式冷却器、冲击波洗涤器、高密度聚乙烯泵、耐稀酸合金泵等高效耐磨蚀设备浮现，使净化设备选型范畴扩大了，寿命延长了，增进了炉气净化工艺办法更加合理、完善。3.3 SO2气体转化 3.3.1 一次转化一次吸取为了使转化器中SO2催化氧化过程尽量地遵循最佳温度曲线进行，随着转化率提高，必须从反映系统中除去多余热量，是温度相应地减少。按照换热方式不同，转化器可以分为多段换热式和持续换热式两类。由于SO2最后转化率很高，反映前期与后期单位时间内单位体积催化床反映热相差倍数很大，用普通持续换热式转化器时，过程难以遵循最佳温度曲线；并且温度调节也很困难，对于气体构成和空速变化适应性也很差；再加上构造复杂，催化剂装填系数较小，设备生产能力也低。因此当前普遍采用多段换热式转化器。一次转化一次吸取工艺也许达到最佳最后转化率是97.598%如果要得到更高转化率，将使所需催化剂用量大幅度增长，这是不经济，并且还受到平衡转化率限制。如果将尾气直接排入大气，将导致严重大气污染。 3.3.2 二次转化二次吸取两次转化两次吸取工艺与一次转化一次吸取工艺相比，能用较少催化剂而获得很高最后转化率，核心在于将整个转化过程分为两次进行。第一次使大某些SO2得到转化，普通控制转化率在90%左右，然后进入第一吸取塔（或称中间吸取塔）将SO2吸取，再进行第二次转化。此时由于反映混合物中不含SO3，并且SO2浓度很低，O2/SO2比值较一次转化要高得多，在这种状况下，平衡转化率高，反映速度快，用较少催化剂就能保证转化率达到95%左右。两次转化最后转化率因工艺条件而异，普通在99.599.8%范畴内。依照设计规定及工艺条件，本次设计拟采用两转两吸工艺。 3.3.3 沸腾转化老式上，二氧化硫催化氧化过程都是采用固定床转化器。这种转化器生产强度受到各种因素限制： 催化剂颗粒不能太小，否则反映气体通过催化床流体阻力太大； 钒催化剂导热系数小，不能采用换热管将固定床中热量除去； 不能采用高浓度二氧化硫气体。为了克服这些缺陷，可采用沸腾转化。沸腾转化能从催化床中非常有效地除去热量，可以使用小颗粒催化剂和采用高浓度二氧化硫气体。并且，采用沸腾床转化器可以减少工厂投资，提高蒸汽回收量。硫酸厂使用这种转化器重要障碍是催化剂磨损问题。3.4 SO3气体吸取气体中二氧化硫经催化氧化形成三氧化硫后，即送入到吸取系统用发烟硫酸或浓硫酸吸取，形成不同规格产品硫酸。吸取过程可用下式表达：变化上式中n值，便形成相应浓度产品硫酸。当n1时，形成发烟硫酸；n=1时，形成无水硫酸；n1时，则为含水硫酸，即硫酸和水溶液。规定生产发烟硫酸时，可采用两端吸取流程。转化气一次通过发烟硫酸吸取塔和浓硫酸吸取塔，分别为发烟硫酸和98.3%硫酸吸取SO3气体后，气相中SO3含量可降至0.10.01%，然后由浓硫酸吸取塔出口引至尾气解决某些，或直接通过捕沫后放空。3.5 尾气解决硫酸厂尾气中有害物，重要是SO2（约0.2%0.5%），少量SO3和酸雾。因而，减少尾气中有害物排放，重要应当是提高SO2转化率及SO3吸取率。提高SO2最后转化率，使之达到99.75%，就符合当前排放原则。采用两转两吸流程时，在正常条件下，是可以达到。故在新建硫酸厂中，这种流程以得到广泛采用。但是，在初期建成硫酸装置中，绝大多数为一转一吸流程，对尾气及含低浓度SO2气体解决办法甚多，且各具特色。 3.5.1氨法用氨水或铵盐溶液吸取形成亚硫酸铵亚硫酸氢铵吸取液。持续引出某些吸取液进行解决，随着解决办法不同，所获得产品异不同。其中应用最广是氨碱法。 3.5.2碱法用各种碱液吸取尾气中SO2，可以免除氨法中氨损失和雾沫。惯用碱吸取液有碳酸钠溶液，氢氧化镁溶液及石灰乳等。其共同长处是：脱除率高，工艺简朴。其中，石灰乳吸取法突出长处是石灰来源以便，价格低廉，投资和操作费用较低。 3.5.3金属氧化物法金属氧化物所形成碱性溶液，亦可作为SO2吸取剂。重要有碱性硫酸铝石膏法；氧化锌溶液吸取法；氧化锰法等。 3.5.4活性炭法活性炭普通具备较大内表面积，是一种良好吸取剂。当尾气中SO2在一定条件下通过活性炭层时，被活性炭表面吸附。在100如下重要为物理吸附，提高温度后，从物理吸附转向化学吸附。在活性炭表面，吸附态SO2和吸附态氧作用，形成吸附态SO3，有水存在时，便形成硫酸。 3.5.5控制SO2排放其她办法此类办法重要有稀释法，CIL法，调节供气法等。第四章4.1 两次吸取法生产硫酸流程图两次吸取法生产硫酸工艺流程图 1 焚硫炉 2 废热锅炉 3 转化器 4 蒸汽过热器 5 蒸发器 6 锅炉给水预热器7 换热器 8 中间吸取塔 9 最后吸取塔 10过滤器 11 空气干燥器 12鼓风机 13 泵 4.1.1 流程阐明 4.1.1.1 干燥系统流程阐明由净化工段来炉气，从干燥塔底部进入，与塔顶喷淋浓硫酸逆流接触，被吸取了水硫酸从塔底引出进入酸循环槽，且其浓度减少，为了维持酸浓，由吸取工段引来98%H2SO4，串入酸循环槽中。喷淋酸由于吸水放热，酸温上升。酸循环液由酸泵打出，一某些引入酸冷却排管，经冷却后作为喷淋酸，一某些串入吸取工段酸循环槽。4.1.1.2 一吸系统流程阐明吸取酸由塔顶进入，与来自下部转化器逆流接触，吸取了SO3硫酸从塔底引出时，其浓度提高了。为了维持入塔喷淋酸浓度稳定，在干燥塔与吸取塔之间串酸，并加入补充水。随着SO3吸取进行，释放出大量反映热和溶解热，同步，还进行着汽、液两相之间传热，使塔内酸温提高。在串酸过程中，酸温亦有变化。故吸取塔在入塔前必要通过冷却。吸取了SO3酸被引入酸循环槽。再由泵抽出，一某些串入干燥系统，一某些作为吸取酸。此外尚有一某些酸直接从酸循环槽引出作为成品酸到酸贮槽。4.1.1.3 二吸系统流程阐明二次转化炉来转化气进入第二吸取塔底，与下降吸取酸形成逆流，其中SO3基本被吸取完全，则SO3运用率可达99.5%。