硫铁矿制酸工艺样本.doc

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第一章 概述
第一节 装置概况
江西铜业集团化工有限公司老系统硫酸装置设计生产能力为10万吨／年, 以德兴铜矿副产硫精矿为原料, 采用氧化焙烧, 干法除尘, 稀酸酸洗净化和两转两吸接触法制酸工艺。
本装置还具有高回收率和低”三废”排放等优点。总硫回收率期望值可达97％( 保证值为96.0％以上) , 工艺流程采用了二转二吸制酸工艺, ”3+1”四段转化, 提高硫的利用率, 使尾气中SO2及硫酸雾的排放指标低于《大气污染物综合排放标准》, 净化工段20％稀酸外运到大山厂和泗州厂做为选矿药剂使用, 不外排; 硫酸钡烧渣是优质铁精矿, 直接销售给钢铁厂, 达到综合利用的目的。鼓风机噪音采用消声、 隔声及不设固定岗位等有效措施。
本装置技术新、 可靠性高, 采用以下具有成功业绩的最新技术: DCS控制系统; 阳极保护管壳式酸冷器; 二吸塔用高效除雾器控制尾气排放带出酸沫等。
现在建设的江西铜业( 德兴) 60万吨/年硫铁矿循环经济项目一期工程规模为30万吨/年, 项目建成后, 年产98%工业硫酸25万吨, 105%发烟硫酸15万吨, 优质铁精粉18.2万吨, 余热发电量7800万度。计划于 6月竣工投产。
第二节 硫酸及硫氧化物的性质
1 硫酸的物理性质
硫酸的分子量为98.078, 分子式为H2SO4从化学意义上讲, 是三氧化硫与水的等摩尔化合物, 即SO3·H2O。
在工艺技术上, 硫酸是指SO3与H2O以任何比例结合的物质, 当SO3与H2O的摩尔比≤1时, 称为硫酸, 它们的摩尔比﹥1时, 称为发烟硫酸。
硫酸的浓度有各种不同的表示方法, 在工业上一般见质量百分比浓度表示。
硫酸的主要物理性质为:
20℃时密度 g/cm3 1.8305
熔点 ℃ 10.37+0.05
沸点 ℃
100% 275+5
98.479%(最高) 326+5
气化潜热(326.1℃时),KJ/mol 50.124
熔解热(100%), KJ/mol 10.726
比热容(25℃), J/(g k)
98.5% 1.412
99.22% 1.405
100.39% 1.394
11 外观特性
浓硫酸是无色透明液体, 能与水或乙醇混合, 暴露在空气中迅速吸收空气中的水份。
发烟硫酸是无色或微有颜色的粘稠状液体, 敞口则挥发窒息性三氧化硫烟雾。
1.2化学组成
分子量: 98.08
O
分子式: H2SO4 ‖
分子结构: HO－ S －OH
‖
O
1.3密度 　
100%H2SO4在20℃时的密度为1.8305g/cm3, 同一温度下, 硫酸溶液的密度首先随它的浓度增加而增加, 当浓度达到98.3％时其密度达到最大值。当酸浓由98.3％到100％, 随酸浓增大而下降, 当为100%浓度时, 出现密度的最小值( 附表于后) 。
发烟硫酸的密度随其中游离的SO3含量的增加而增加, 达到62％时密度为最大, 以后随SO3含量增加密度减小, 直到100%液体SO3。( 附表于后)
随着温度的升高, 硫酸密度减小、 体积增大, 硫酸密度于是成为函数变量, 其密度与浓度的关系见附表。

表1-1: 硫酸溶液的密度( 20℃时)

H2SO4含量
密度
克/厘米3
SO3含量
%总重量
%重量
克/升
10
106.6
1.0661
8.16
20
227.9
1.1394
16.33
30
365.5
1.2185
24.49
40
521.1
1.3028
32.65
50
697.6
1.3951
40.80
60
898.9
1.4982
48.95
70
1127
1.6105
57.14
80
1382
1.7272
65.31
90
1633
1.8144
73.47
95
1742
1.8337
77.55
96
1762
1.8355
78.37
97
1781
1.8364
79.18
98
1799
1.8365
80.00
99
1816
1.8432
80.81
100
1830
1.8305
81.63
104.5
1981
1.902
85.31

表1-2硫酸密度与温度的关系

重量%

密度g /cm3

温度℃
1
10
20
30
40
50
60
70
80
90
93
95
96
97
98
99
100
0
1.0075
1.0735
1.1510
1.2326
1.3179
1.4110
1.5154
1.6293
1.7482
1.8361
1.8490
1.8544
1.8560
1.8568
1.8568
1.8551
1.8517
10
1.0069
1.0700

1.1453
1.2255
1.3103
1.4000
1.5067
1.6198
1.7376
1.8252
1.8384
1.8439
1.8457
1.8465
1.8455
1.8445
1.8409
20
1.0056
1.0661
1.1391
1.2185
1.3028
1.3951
1.4982
1.6105
1.7202
1.8144
1.8279
1.8337
1.8355
1.8364
1.8365
1.8342
1.8305
30
1.0022
1.617
1.1335
1.2115
1.2963
1.3872
1.4898
1.6041
1.7170
1.8088
1.8176
1.8236
1.8258
1.8268
1.8265
1.8242
1.8205
40
0.9986
1.0670
1.1275
1.2046
1.2878
1.3795
1.4816
1.5925
1.7069
1.7933
1.8074
1.8137
1.8157
1165
1.8167
1.8145
1.8108
50
0.9944
1.0517
1.1215
1.11978
1.2806
1.3719
1.4735
15838
1.6971
1.7829
1.7974
1.8040
1.8060
1.8070
1.8072
1.8050
1.8015
60
0.9895
1.0460
1.1153
1.1909
1.2732
1.3644
1.4656
1.5750
1.6873
1.7729
1.7876
1.7944
1.7956
1.7976
1.7978
1.7958
1.7926
80
0.9779
1.0338
1.1021
1.7710
1.2598
1.1394
1.4497
1.5582
1.6680
1.7525
1.7681
1.7751
1.7773
1.7784
1.7787
1.7778
1.7765
100
0.9645
1.0204
1.0885
1.1630
1.2446
1.3348
1.4344
1.5417
1.6403
1.7331
1.7485
1.7561
1.7586
1.7606
1.7609
1.7609
1.7607

图1-1 SO3水溶液在40℃时的密度变化趋势图
密度 g/cm3

2.2
2.0
1.8
1.6
1.4
1.2
1.0
0.8
0 20 40 60 80 100 120 40 60 80 100
硫酸浓度％H2SO4。 发烟硫酸浓度％ SO3游离
1.4粘度
硫酸的粘度随温度的升高而降低。硫酸溶液与发烟硫酸的粘度随其浓度增加而升高, 随温度提高而降低。
表1-3 硫酸粘度与温度的关系数据
硫酸浓度 %
粘度( 帕.秒)
15℃
20℃
30℃
40℃
50℃
93
0.0317
0.0231
0.0156
0.0121
0.0084
98
0.0349
0.0258
0.0171
0.0129
0.0094
104.5
0.0474

0.0366
0.0288
0.0208
0.0128
1.5结晶温度
硫酸溶液的结晶温度随硫酸含量的不同而在一个较大的范围内波动。由于硫酸的结晶湿度随其浓度的不同有很大变化, 为储存和运输方便, 避免在冬季冻结或结晶, 商品硫酸的浓度都规定为结晶浓度低的浓度,如化工公司的主产品硫酸为98%酸, 其结晶浓度为-0.7 ℃左右。

表1-4 不同浓度硫酸结晶温度
硫酸浓度%
92.5
93
97
97.5
98
98.5
100
104.5
结晶温度℃
-22
-29
-6.9
-3.7
-1.1
+1.8
+10.9
+2.5

1.6 二氧化硫在硫酸及发烟硫酸中的溶解度
二氧化硫在同一浓度的硫酸中其溶解度随温度的升高而降低。在不同浓度的硫酸中随浓度增高而降低, 直到硫酸浓度83.3%最低。此后, 酸浓增加时, 则二氧化硫溶解度又逐渐增加。
表1-5二氧化硫在硫酸及发烟硫酸中的溶解度
硫酸浓度
%H2SO4
SO2溶解度(克/100克H2SO4)
10
20
30
40
50
80
100
75
5.70
2.46
2.04
1.50
1.15
0.56
0.42
85
4.60
1.38
1.29
1.00
0.73
0.37
0.30
90
4.72
304
1.96
1.49
1.16
0.62
0.37
95
5.80
3.02
2.23
1.66
1.38
0.75
0.42
100
6.99
3.82
2.72
2.02
1.72
0.99
0.54
100.4
10.87
5.94
4.31
3.26
2.71
2.07
1.24
1.7 三氧化硫和水混合热
硫酸溶解于水释放的热量称为溶解热。硫酸溶解于水, 也可看作被水稀释, 从这个意义上讲, 这一过程产生的热效应也可称为稀释热。能够利用积分溶解热和微分溶解热计算硫酸稀释过程的热效应。在25℃条件下, 将1 kgH2SO4溶解于n kg水中, 生成(n＋1)kg浓度为C的溶液, 此过程放出的热量称为C浓度H2SO4 的积分溶解热。微分溶解热是指将1kg水加到无限多浓度为C的硫酸中所放出的热量。由于硫酸的数量为无限多, 加水后, 能够认为其浓度不变。三氧化硫和水混合时, 放出热量。此热效应称为三氧化硫和水的混合热。它与生成硫酸的浓度, 混合温度有关。硫酸越稀, 混合热越大。混合温度越高, 混合热越大。
表1-6 三氧化硫和水的混合热 单位: kJ／mol SO3
温度℃
生成硫酸浓度

80
90
98
100
15
123.9
108.9
92.50
87.80
40
129.0
113.9
97.60
92.90
60
132.7
117.6
101.3
96.70
80
136.4
121.4
105.1
100.5
2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) 。
硫酸中的硫原子具有最高原子价+6价, 由于硫的原子价趋向于降低, 因此硫酸具有氧化剂的性质。同时, 依还原剂的不同, 硫酸能够还原到SO2、 S和H2S。根据硫酸浓度的不同, 在生成ZnSO4的同时, 或者生成SO2, 或者S, 或者H2S。浓硫酸与碳反应时, 碳被氧化为CO2, H2SO4被还原为SO2H2SO4与元素硫反应时, H2SO4被还原为SO2, 元素硫也被氧化为SO2。
稀硫酸中的硫原子一般不具有强烈的氧化性。稀硫酸只能氧化按电动序排列在氢左面的金属。例如, 稀硫酸与锌反应, 生成硫酸锌和氢。在这个反应中, 锌是依靠氢离子的还原而氧化的, 不是依靠硫原子价的改变。
浓硫酸的强脱水剂, 对于有机物和人的皮肤有强烈的破坏使用。 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衍生物, 广泛用于炸药、 医药、 染料和食品等工业生产。
浓硫酸与发烟硫酸、 三氧化氯磺酸都是磺化剂, 它们能够反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。
2.1与金属反应, 生成该金属的硫酸盐, 故而硫酸对金属具有强烈的腐蚀性。
Zn十H2SO4＝ZnSO4十H2
Fe十H2SO4＝FeSO4十H2
2.2与金属氧化物直接作用, 生成该金属盐, 利用此法能够制取相应的金属盐。
Fe2O3十3 H2SO4＝Fe2( SO4) 3十3H2O
CuO十H2SO4＝CuSO4十H2O
2.3与其它酸类的盐相互作用, 生成新的酸类
2NaCl十H2SO4＝NaSO 4十2HCl
Ca3(PO4)十H2SO4=2H3PO 4十3CaSO4
2.4与氨作用 生成硫酸铵
2NH3十H2SO4=( NH4) 2SO4
2.5与有机化合物反应。如磺化反应
因硫酸性质活泼, 故对生产过程中的设备、 管道的材质要求耐腐蚀性要好, 同时也考虑它们的机械强度, 加工难易程度, 以及耐热性等。
2.6接触法生产硫酸
以硫铁矿或硫精矿为原料, 经原料处理、 沸腾焙烧制取SO2、 炉气净化、 SO2接触氧化成SO3、 SO3吸收制成浓度不同的硫酸, 其主要的化学反应如下:
焙烧反应:
2FeS2＝2FeS+S2–Q ( 1)
S2十O2＝2SO2＋Q ( 2)
4FeS十7O2＝4SO2十2Fe2O3十Q ( 3)
3FeS十5O2＝3SO2十Fe3O4十Q ( 4)
二氧化硫接触氧化:
SO2十1/2O2=SO3十Q 　 ( 5)
三氧化硫吸收:
SO3十H2O=H2SO4十Q ( 6)
如果焙烧过程中床层温度低( 400～450℃) , 氧过量则会生成硫酸盐和三氧化硫:
2FeS2十7O2＝Fe2( SO4) 3十SO2
2SO2十O2=2SO3
3 硫磺物化特性
3.1硫的熔点
硫的溶点随结晶系及不同状态其溶点略有差异, 一般在110.1～118.9℃
3.2硫的沸点
在9.80×104Pa压力下,硫的沸点为444.6℃。
3.3硫的燃点
硫的燃点为246～266℃。
3.4硫的一般特性
硫几乎不溶于水, 但少量的溶于汽油、 溴化乙烯、 甲苯、 丙酮等有机溶剂中。
硫在空气中有升华现象, 且随温度升高加快升华速度。
硫有较强的化学活泼性, 于空气中常温下即可发生较轻微的氧化现象产生二氧化硫。
当硫磺粉尘在空气中的含量≥35g/m3时, 接触到火源能引起爆炸, 最小引燃能量为15mJ, 最大爆炸压力为27.36×104Pa。
在高温条件下, 硫同氢、 碳、 氯等物质发生化学反应, 产生H2S、 CS2、 S2CL2等。
硫同金属反应( 除金、 铂外) , 可直接化合成金属硫化物。
3.5 工业硫磺(GB2449-92)标准和规范
指 标 名 称
优等品
一等品
合格品
硫(S),% ≥
99.90
99.50
99.00
水份,% ≤
0.10
0.50
1.00
灰份,% ≤
0.03
0.10
0.20
酸度(以H2SO4计),% ≤
0.003
0.005

0.02
有机物, % ≤
0.03
0.3
0.80
砷(As), % ≤
0.0001
0.01
0.05
铁(Fe), % ≤
0.003
0.005

孔径150μm筛余物*, % ≤
无
无
3.0
孔径75μm筛余物*, % ≤
0.5
1.0
4.0
*用于粉状硫磺
4 二氧化硫的性质
二氧化硫(SO2)具有强烈刺激臭味, 在常温下是无色气体。它的分子量为64.063。二氧化硫的主要物理性质如下:
冷暖温度, ℃ -10.02
结晶温度, ℃ -15.48
标准状态下的气体密度, g/L 2.9265
标准状态下摩尔体积, L/mol 21.891
从0到100℃ , SO2气体的平均比热容,J/(g·K) 0.6615
液面上的蒸汽压, KPa
20℃时 330.26

50℃时 841.1389
蒸发潜热,
-10℃时 389.65
0℃时 380.08
20℃时 362.54
30℃时 353.08
在20℃的温度下, 1体积的水可溶解40体积的二氧化硫并放出34.4Kj/mol的热量。随着温度的长高, 二氧化硫在水中的溶解度降低。在硫酸溶液中, 随着硫酸浓度的提高, 二氧化硫溶解降低。当硫酸浓度为85.8%时, 达到最小溶解度。随后, SO2的溶解度重新增加。
二氧化硫气体容易液化。为了使二氧化硫充分液化, 将干燥的气体SO2压缩到0.405Mpa(4atm),并进行冷却.也能够使用在常压下进行低温冷冻的办法使二氧化硫气体液化.液体二氧化硫对于许多无机化合物和有机化合物都具有良好的溶解能力。
二氧化硫在化学反应中能够作为氧化剂, 也能够作为还原剂, 能够生成氨的络合物和过渡金属的络合物。SO2在水溶液中成为七水物SO2·7H2O。在二氧化硫的水溶液中不存在亚硫酸, 可是亚硫酸氢盐含有HSO3-离子, 亚硫酸盐含有SO3-离子。
当亚硫酸盐与硫一起加热时, 得到硫代硫酸盐。
在催化剂存在下。SO2与氧反应, 生成三氧化硫。这个反应是接触法硫酸生产的基础。
5 三氧化硫的性质
在室温和常压下未聚合的三氧化硫是液态。气态三氧化硫的分子量为80.062。三氧化硫的主要物理性质如下:
临界常数 沸点, ℃ 44.8
临界温度 ℃ 218.3 密度(γ型20℃),g/cm3 1.920
临界压力 MPa 8.49 比热容, J/(g·℃)(25~30℃) 3.22
临界密度, g/cm3 0.633
气态三氧化硫冷却到沸点以下可液化成无色透明液体。
气体三氧化硫在空气中与水蒸气反应, 于瞬间产生硫酸液滴悬浮于空气中而形成雾。SO3的各种聚合体与水的反应不那么强烈, 在空气中形成少量烟雾, 它们的碳化作用不强。液体SO3能够以任何比例与液体SO2混合。固体SO3溶解于液体二氧化硫中, 不与SO2生成化学化合物。SO3与H2SO4能够以任何比例相混合。
三氧化硫与水的反应十分激烈, 反应时放出大量反应热。三氧化硫可从动物和植物纤维中吸取水分, 使它们脱水和焦化。三氧化硫是强氧化剂, 在大多数氧化反应中, 三氧化硫被还原为二氧化硫。三氧化硫可使有机化合物磺化, 广泛用作磺化剂。三氧化硫与氯化氢反应, 生成氯磺酸, 用于有机合成工业和制作 烟雾剂。三氧化硫能够与硝酸以任何比例混合。三氧化硫与碱及碱式盐发生强烈反应, 生成盐类。三氧化硫与氨反应, 生成固体混合物, 含有氨基磺酸、 氨基磺酸盐等, 用于制皂工业和锅炉除垢。
6产品规格
工业硫酸按国家标准GB534- 符合下列要求

项 目
指 标
优等品
一等品
合格品
硫酸(H2SO4)含量, ％≥
92.5或98.0
92.5或98.0
92.5或98.0
灰份, ％ ≤
0.02
0.03
0.10
铁(Fe)含量, ％ ≤
0.005
0.010

砷(As)含量, ％ ≤
0.0001
0.005

汞(Hg)含量, ％ ≤
0.001
0.01

铅(Pb)含量, ％ ≤
0.005
0.02

透明度　/mm ≥
50
50

色度 /ml ≤
1.0
2.0

7 硫酸主要用途
7.1化学工业上是制造化学肥料、 无机盐、 合成纤维、 染料、 医药和食品工业的原料;
7.2石油化工行业用于精制石油产品;
7.3国防工业上用于制造炸药、 毒物、 发烟剂等;
7.4冶炼工业上用于冶炼烟气酸洗;
7.5在纺织行业用于印染和漂白等。
第三节 工艺流程及其控制特点
采用的主要工艺流程为: 氧化焙烧、 酸洗净化、 ”3＋1”两次转化、 96％酸干燥、 98％酸中温两次吸收、 废热回收等工艺, 并采用DCS系统进行自动控制。主要特点如下:
(1) 采用氧化焙烧技术, 提高硫的烧出率。
(2) 采用酸洗净化, 以减少稀酸产出。
(3) 采用”3＋1”四段转化, 使SO2总转化率大于99.7%, 保证尾气中的SO2达标排放。
(4) 采用96％酸干燥炉气, 98％酸吸收SO3。
(5) 采用中温吸收, 以抑制雾粒的形成并增大雾粒粒径以便除雾。
(6) 沸腾炉出口设置废热锅炉, 回收废热产中压过热蒸汽用于发电。
1 原料
硫酸生产的原料主要有硫铁矿、 硫磺、 含SO2的冶炼烟气、 天然石膏以及磷石膏等。
硫铁矿以及有色金属伴生副产的硫精砂是中国的主要硫资源, 国内硫酸生产原来一直以硫铁矿为主。
2 焙烧工艺
含硫48%、 含水10%的硫铁矿由焙烧炉的加料斗, 经过皮带给料机连续均匀地送至沸腾炉, 采用氧表控制沸腾炉出口氧含量, 根据其氧含量对沸腾炉的加矿量进行调节。
沸腾炉出口炉气SO2浓度~13%, 温度约950℃。该炉气经废热锅炉后, 温度降至~340℃, 废热锅炉产生的中压过热蒸汽, 供凝汽式汽轮发电机组发电。从废热锅炉出来的炉气进旋风除尘器、 电除尘器进一步除尘, 出电除尘器的炉气温度~320℃, 含尘量<0.2g/Nm3, 然后进入净化工段。
焙烧工序的主要流程为: ”沸腾焙烧炉－废热锅炉－旋风除尘器－电除尘器”流程。
3 制酸工艺
由电除尘器来的炉气, 温度约320℃, 进入动力波, 用浓度约15%的稀硫酸除去一部分矿尘, 降温后进入气液分离塔, 然后进入冷却塔, 进一步除去矿尘、 砷、 氟等有害物质。气体温度降至42℃以下, 再经一级、 二级电除雾器除去酸雾, 出口气体中酸雾含量<0.005g/Nm3。经净化后的气体进入干吸工段, 在干燥塔前设有安全水封。
分离塔为塔、 槽一体结构, 采用绝热蒸发, 循环酸系统不设冷却器, 热量由后面的冷却塔稀酸冷却器带走。分离塔淋洒酸出塔后, 经斜管沉降器沉降, 清液回增湿塔塔底的循环槽, 进入动力波循环系统循环使用, 一部分循环液经过分离塔循环泵打入脱气塔, 经脱吸后的清液经过脱气塔循环泵全部送入干吸工段作为工艺补充水。斜管沉降器沉降下来的污泥, 排入酸沟, 可用石灰中和处理后采用料浆泵送至焙烧工段增湿滚筒与热矿渣混合。
冷却塔也为塔、 槽一体结构, 淋洒酸从冷却塔塔底循环槽流出, 经过冷却塔循环泵打入冷却塔循环使用。增多的循环酸串入增湿塔循环系统, 整个净化系统热量由稀酸冷却器带走。
在生产中, 考虑到因突然停电造成高温炉气影响净化设备, 本项目设计中在动力波上方设置了紧急事故用水阀, 经过分离塔出口气温与动力波紧急事故用水阀联锁来保护下游设备和管道。
烟气净化采用稀酸洗涤绝热蒸发冷却, 部分排放工艺, 采用一级动力波洗涤, 其烟气净化流程为: 焙烧工序出口烟气—一级动力波洗涤器—填料冷却塔—一级电除雾器—二级电除雾器。净化系统热量由填料冷却塔循环酸泵出口设置的稀酸板式冷却器移走; 为防止烟尘在洗涤循环酸中的富集, 而影响烟气冷却净化效果, 在一级动力波循环酸泵出口抽出部分循环酸进入斜板管沉降器, 进行固液分离, 上清液部分经过S02脱吸后送污水处理工序, 部分返回一级动力波洗涤器循环使用。
动力波烟气净化工艺的特点:
( 1) 采用一级动力波设备能够获得比空塔设备更高的效率, 而且 投资费用较空塔少。
( 2) 允许入口烟尘量高: 由于该洗涤器对粒子的捕集率与粒度的 关系曲线较其它洗涤器平坦, 因此可有效地进行分级洗涤, 故能够较低的能量费用获得较高的效率。
( 3) 允许气量波动范围大, 可在50~100％之间变化, 对总的除尘效率不产生影响。
( 4) 喷咀采用一个大开孔的喷咀将液体喷入气体之中, 这样循环 液可在较高的含固量下运行喷咀不会被堵塞( 据加拿大英坷冶炼厂介绍循环液中含固浓度达25％) , 由于循环液固体含量较高, 故液体排放量可相应减少 这样污酸处理装置的负荷能够减轻。
( 5) 开孔喷咀的另一优点是喷出的液体不发生雾化, 因此排气中 就不含细小的液体。因为这种细小的液滴使得气一液难以分离, 故杂质可随烟气排出。相应利用开孔喷咀喷液洗涤烟气的过程酸雾量的生成量较常规烟气净化流程少, 这对电除雾器的负荷也可减少。
由上可知这种洗涤原理的独特之处在于不但充分有效地利用了气相能量, 而且有效地利用了液相能量来形成接触界面, 从而达到高效捕集细粒, 同时达到传热传质的目的。离开填料气体冷却塔的气体依次经过第Ⅰ区和第Ⅱ区管式电除雾器。以除去气体中的酸雾、 尘、 砷等杂质。
每一台电除雾器基本上由带气体进、 出连接管的壳体, 带支承的放电系统和收集管组成。放电系统借助于绝缘子在壳体的上部支承, 绝缘子用热空气吹扫并放置在金属壳内以防止意外和偶然的接触。
放电极悬挂于框架的上部, 借助底框架分隔, 底框架由侧向紧固的绝缘子固定。 在必要时清洗, 所需的清洗液由消防水进行清洗。
废酸贮槽安装在地坑里, 收集来自净化工段的废酸以及在净化工序的任何溢出酸、 泄漏物或冲洗液。并用废酸输送泵送回到动力波系统或进行处理或进行回收利用。
4 干吸工艺
自净化工段来的含SO2炉气, 补充一定量空气, 控制SO2浓度为~8.5%进入干燥塔。气体经干燥后含水份0.1g/Nm3以下, 进入二氧化硫鼓风机。
干燥塔系填料塔, 塔顶装有金属丝网除雾器。塔内用96%硫酸淋洒, 吸水稀释后自塔底流入干燥塔循环槽, 槽内配入由吸收塔酸冷却器出口串来的98%硫酸, 以维持循环酸的浓度。然后经干燥塔循环泵打入干燥塔酸冷却器冷却后, 进入干燥塔循环使用。增多的96%酸全部经过干燥塔循环泵串入一吸塔。
经一次转化后的气体, 温度大约为180℃, 进入一吸塔, 吸收其中的SO3, 经塔顶的纤维除雾器除雾后, 返回转化系统进行二次转化。经二次转化的转化气, 温度大约为156℃, 进入二吸塔, 吸收其中的SO3, 经塔顶的金属丝网除雾器除雾后, 经过烟囱达标排放。
第一吸收塔和第二吸收塔均为填料塔 第一吸收塔和第二吸收塔共用一个酸循环槽, 淋洒酸浓度为98%, 吸收SO3后的酸自塔底流入吸收塔循环槽混合, 加水调节酸浓至98%, 然后经吸收塔循环泵打入吸收塔酸冷却器冷却后, 进入吸收塔循环使用。增多的98%硫酸, 一部分串入干燥塔循环槽, 一部分作为成品酸经过成品酸冷却器冷却后直接输入成品酸贮罐。采用低位高效干吸工艺技术, 采用一级干燥、 二级吸收、 循环酸泵后冷却工艺与双接触转化工艺相对应。
干燥塔采用96％硫酸干燥, 单独设置循环槽, 第一吸收塔, 第二吸收塔采用98％硫酸吸收, 共用一个循环槽, 循环槽为卧式槽。
循环酸的冷却采用316L不锈钢管壳式阳极保护冷却器, 干燥循环酸冷却设置一台, 一吸收、 二吸收循环酸冷却设置—台。
干吸工艺的主要特点:
( 1) 低位高效
塔的操作气速、 喷淋密度较国内生产数据提高, 而填料高度比国内生产实际低 2-3m, 设备配置相应比国内常规低2-3m, 塔内分酸点增多, 并设置高效捕沫器。
( 2) 串酸方式的设计, 省去了成品酸脱吸系统, 同时减少了尾气 排放中的S02浓度。
即干燥向一吸串酸为: 干燥泵出口的浓酸冷却器前一→一吸塔入酸管道。串酸量由干燥泵槽液位控制。
吸收向干燥串酸为: 吸收泵出口浓酸冷却器后→干燥泵槽。串酸量由干燥酸浓度控制。
成品酸产出: 二吸塔出酸管产酸→中间成品槽→泵→成品酸冷却器→酸库。
( 3) 采用卧式泵槽与蝶型底干吸塔相配, 出塔酸由泵槽封头底部进入槽内, 正常生产时塔底不存酸, 事故停车时可相应利用塔底贮存 部分酸, 这样一则相配的泵槽容积可减少, 二则槽底进酸不会冲击内衬磁砖, 三则内衬磁砖受力均匀, 四则节省造价。
( 4) 泵槽加水型式的设计, 使混酸更为均匀, 减轻设备的腐蚀。
( 5) 浓酸冷却器的设置设计, 配置于泵后, 提高了传热效果, 使换热面积相应减少, 酸管道可缩短, 降低工程造价。
( 6) 干吸塔分酸装置设计拟采用管式分酸装置, 增加分酸点, 使 酸分布均匀, 进而提高干吸效果。
( 7) 干吸塔捕沫器设计, 为减少干吸塔酸沫的带出, 减轻对S02主鼓风机及转化系统冷热交换器的腐蚀, 减少最终吸收塔出口尾气酸雾量, 干燥塔、 二吸塔采用丝网除沫器, 一吸收塔采用纤维除沫器。
( 8) 干吸塔底及填料支承装置设计, 为加强气体的分布, 减少塔的阻力, 尽量避免塔底存酸腐蚀, 干吸塔的结构采用蝶型底球拱或者条梁的结构型式。
5 转化工序
经干燥塔金属丝网除沫器除沫后, SO2浓度为~8.5%的炉气进入二氧化硫鼓风机升压后, 经第III换热器和第I换热器换热至~430℃, 进入转化器。第一次转化分别经一、 二、 三段催化剂层反应和I、 II、 III换热器换热, 转化率达到95.5%, 反应换热后的炉气经省煤器降温至180℃, 进入第一吸收塔吸收SO3后, 再分别经过第IV和第II换热器换热后, 进入转化器四进行第二次转化, 总转化率达到99.75%以上, 二次转化气经第IV 换热器换热后, 温度降至156℃进入第二吸收塔吸收SO3。
为了调节各段催化剂层的进口温度, 设置了必要的副线和阀门。为了系统的升温预热方便, 在转化器一段和四段进口设置了两台电炉。
转化工序的主要特点:
( 1) 为了提高总转化率, 减少尾气排放的S02量, 提高烟气中的 硫利用率, 应用3+1式双接触转化, 转化烟气换热流程采用Ⅲ I—ⅥII流程。
( 2) 换热器采用空心环管壳式换热器, 这比传统的单园缺型折流 板式换热器具有更高的传热系数和更低的阻力降。
( 3) 转化工序生产和停产检修加热空气利用第二吸收塔出口的热 烟气循环使用, 利用其中一部分余热, 以利节省燃料。
( 4) 转化工段配管设计, 根据不同的情况, 不同的部位设置伸缩节, 支架、 不同的管托和拉杆结构, 使设备管道布置紧凑, 管道系统弹性较好, 不因热胀冷缩拉裂而漏气。
( 5) 转化器内充填触媒, 为确保S02的环保排放指标, 二氧化硫转化率要控制在99.8%以上, 从国外引进低温钒催化剂。
6 脱盐水及发电装置
脱盐水装置采用一级除盐系统。脱盐水出力为15t/h。
脱盐水流程为:
原水→原水箱→原水泵→机械过滤器→逆流再生阳离子交换器→除二氧化碳器→中间水箱→中间水泵→逆流再生阴离子交换器→脱盐水箱→脱盐水泵→除氧器( 除氧器设置在发电厂房) 。
再生剂采用盐酸及氢氧化钠溶液, 酸碱废水排至硫酸装置外污水处理站。
脱盐水送至锅炉给水除氧器用低压蒸汽进一步加热到105℃进行除氧, 由锅炉给水泵加压, 一路经过省煤器后, 给水温度升高到150℃左右, 然后分别送至废热锅炉的汽包。另一路给水供给高温过热器两级之间的喷水减温器。
废热锅炉为单汽包横向冲刷式砖衬水管锅炉, 受热面为垂直悬吊式蛇形结构, 受热面包括几组蒸发区和高、 低温过热器。给水经过和高温炉气换热后, 在汽包主蒸汽口产出饱和蒸汽, 饱和蒸汽在经过高、 低温过热器最终产出3.82MPa 450℃中压过热蒸汽14t/h。
由锅炉产生的3.82MPa 450℃中压蒸汽14t/h经过主蒸汽管道送至发电厂房。由于其它装置没有用汽需求, 因此采用3000kW凝汽式发电机组, 14t/h中压过热蒸汽可发电2941kw.h。除氧器用汽由汽轮机供除氧器用汽抽汽口供给。
为了保护炉水和蒸汽的品质, 本工段配备了一套炉水加药装置以控制水质。
7 过程控制特点
整个硫酸厂主要采用集散控制系统( DCS) 来实现集中管理, 分散控制。系统结构上应使数据采集功能和控制功能分布在各个不同的模块上, 以有效地分散各种由于意外发生而造成对整个系统的危害。PID参数应能够自动整定。该系统具有丰富的运算控制功能, 逻辑运算功能, 极高的控制品质, 便于集中监视和操作, 监视直观清晰, 系统扩散性好, 易于改进控制方案, 具有诊断和相应的保护功能, 控制站的硬件冗余, 总体不小于1:10, 重要控制回路应为1:1, 与操作站的通讯冗余为1:1。通讯速率不低于1Mbps。动态元素更新时间≤1秒。DCS内部的通讯系统是充分冗余的。DCS供电要求设置不间断电源(UPS)。蓄电池容量按30分钟考虑。
8 主