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1、精选优质文档-倾情为你奉上年产18万吨硫酸厂的设计摘 要：硫酸作为一种基本的无机化工产品，在国民经济的很多部门如化工、轻工、冶金、化肥等领域都有着广泛的用途。本设计采用了先进的两转两吸钒触媒接触法制硫酸技术，二氧化硫尾气采用了氨水溶液进行吸收并制得有用的副产物。本设计的年生产能力为12.3万吨硫酸，其主要生产过程包括以下工序：硫铁矿的焙烧、炉气的净化、二氧化硫的转化、三氧化硫的吸收和尾气的处理。本设计说明书的编制包括：硫酸生产原理与生产工艺流程的论证、物料衡算与热量衡算、主体设备的设计与选型、转化工段的工厂的车间布置设计以及防腐安全等内容。关键词：硫酸; 接触法; 两转两吸流程The fact
2、ory design of producing one hundred and eighty thousand tons of sulfuric acid a yearAbstract: As a basic inorganic chemical product, sulfuric acid has extensive applications in many fields of domestic economy such as chemical engineering, light industry, metallurgy and fertilizer etc. In this design
3、, the same advanced twice transition and twice absorption contact sulfuric acid manufacture method has been adopted, and the exhaust gas of SO2 was absorbed by the solution of NH3H2O and the SO2 can be reclaimed. The capacity of our design is t/a. The main production process consists of the combusti
4、on of sulfur ore, the oxidation of SO2, the absorption of SO3 and the treatment of exhaust gas. The specification of the design consists: introduction, demonstration of the method of producing vitriol, calculation of materials balance and energy balance, design and selection of main equipments, the
5、layout of oxidation process of the plant, anticorrosion and security etc.Keywords: sulfuric acid; contact method; twice transition and twice absorption process.第一章 引 言1.1 硫酸工业的发展概况硫酸的制造，始于八世纪。当时的炼金学者通过蒸馏绿矾制而制得了硫酸。1736年有人用氮的氧化物使二氧化硫氧化成三氧化硫。1740年，将硝石与硫磺在玻璃瓶中混合燃烧来生成硫酸。后来在铅室之前增加脱硝塔，在铅室之后增加吸硝塔，发现塔的作用显著，于
6、是逐渐缩小铅室，增加塔的个数，成为以后的塔式法制硫酸。塔室法制硫酸在历史上虽然起到了它应有的作用，但终究因为这种生产方法存在许多缺点，如产品酸浓度低，酸中杂质多（含尘和氮的氧化物），生产中又要耗用大量的硝酸或硝酸盐，因而逐渐被淘汰，最终为接触法硫酸生产所代替2。 采用接触法生产硫酸，1831年，就有人提出用铂催化剂进行，但是真正在工业发展中采取接触法是在20世纪30年代广泛使用钒催化剂以后。用这种方法生产的硫酸成品浓度高，产品纯，生产强度大，现在世界各国生产硫酸都采用接触法。1.1.1 我国的硫酸工业建国以来我国先后独立研究和开发了许多硫酸生产新技术，如沸腾焙烧、高温及中温余热的利用、新型电除
7、尘器的应用、两转两吸工艺、新型钒催化剂等。近年来，又成功掌握了用石膏、盐石膏和磷石膏制硫酸的技术。从80年代开始，我国硫酸工业又引进了国外一些技术和装备，如阳极保护管壳式酸冷却器、浓硫酸泵、大型硫铁矿沸腾焙烧的基础设计、新型余热锅炉的设计和部分部件、电除尘器的全套设备、LP110和LP120钒催化剂等，对提高我国硫酸工业的技术水平，起到了积极的促进作用。我国现有硫酸生产企业480多家，其中年产4万吨以上的约104家。最大单系列生产能力是硫铁矿制硫酸装置为36万吨/年，冶炼烟气制硫酸系统将更多。我国硫酸产量从1978年以来一直居世界第三位，1949产量为4万吨，1952年为19万吨，1965年为
8、234.00万吨，1970年为291.4万吨，1980年为764.3万吨，1989年为1153.30万吨（其中硫铁矿制硫酸占83.2%、冶炼烟气制硫酸占15%、硫磺制硫酸占1.8%），1993年为1336.5万吨，1995年为1811万吨，1996年为1883.57万吨。近年来，我国硫酸工业发展趋势保持良好状态，2004年硫酸产量及市场显现多年未见的好形势， 2004年每月硫酸产量同比增长都在18%以上，全国硫酸市场出现少有的供不应求形势，价格一路上扬。2004年全国硫酸产量3994.6万吨，同比增长18.5%（详见下表）。其中产量最大的是云南。表1.14 2004年全国硫酸产量（单位：万吨）
9、制酸品种2004年产量同比%占总产量比例%全国产量3994.618.5100硫磺制酸1623.619.340.6冶炼烟气制酸884.817.622.2硫铁矿制酸1431.69.835.8值得一提的是我国是世界上首先在硫酸工业中采用两转两吸工艺的国家之一，上海硫酸厂于1966年首先采用两转两吸工艺。目前，全国两转两吸装置166套，生产能力占总能力的30%。两转两吸工艺的推广应用，大大减少了硫酸尾气SO2对环境的污染。此外，我国的硫酸工业在理论研究方面，对钒催化剂结构、钒催化剂SO2氧化反应动力学、硫铁矿焙烧反应动力学的研究，都取得了好的成效。1.1.2 国际上的硫酸工业发展状况世界约60 %的硫
10、酸用于生产化肥,其中磷肥生产又是硫酸的最大用户,1998 年P2O5 消费量约为32800kt ,预计19982003 年世界磷肥消费量年增长率为218 % ,相应硫酸产量也将增加18000ktPa 。另外,非肥料用硫酸的年增长率为217 %。根据统计，在19982003 年之间,来自冶炼行业的硫酸产量已达到11000ktPa 。目前,世界上大多数国家主要以硫磺为原料生产硫酸,如:1996 年,英国占总产量82.19 %的硫酸以硫磺为原料、美国占82.10 %。1995 年,以硫铁矿为原料的硫酸产量为20 000 kt 左右,占硫酸总产量13%;1997 年,除中国以外,其余地区以硫铁矿为原料
11、的硫酸产量下降了8 %;1998 年以硫铁矿为原料的硫酸产量低于18 000 kt。而我国仍也主要以硫铁矿为原料生产硫酸,其硫酸产量占国内硫酸产量的75 %左右。随着硫磺供应的增加和国际市场硫磺价格的降低,我国的硫磺制酸有了很大的发展,特别是90 年代中后期,新建了一批硫磺制酸装置,并有部分硫铁矿制酸装置改用硫磺为原料,1999 年我国以硫磺为原料的硫酸产量为3 000 kt 以上。2000 年,我国将进口原油4050 Mt ,可回收硫磺900 kt ,这将进一步推动我国硫磺制酸的发展4。此外,我国有色冶炼烟气制酸也获得了很大发展,1998 年以有色冶炼烟气为原料的硫酸产量占全国硫酸产量我国硫
12、酸也主要用于生产化肥,1995 年化肥生产用硫酸占硫酸总产量73.18 % ,1997 年则为72.16% ,而硫铁矿制酸的产量减少5000ktPa ,硫磺制酸产量也增加22000ktPa 。预计在将来10 年内,我国对含硫化肥的需求将会有较大的增长,从而也将增加我国硫酸的消费潜力,预计2010 年我国硫酸产量可达32000kt 左右。但是,目前国际市场上硫磺供大于求,预计在较长的一段时间内国际市场上仍将维持供大于求的局面,国际硫磺价格也不太可能像20 世纪80 年代那样飞涨,这为我国利用国际上丰富的硫磺资源发展硫酸工业带来了机遇。预计2010 年我国进口硫磺总量将达到250 万吨,届时硫磺制
13、酸产量将占我国硫酸总产量的30 %。我国对硫磺需求的快速增长将引起世界市场硫磺供求和价格的波动,若不及时加以适当的控制,当我国硫磺进口量占到世界硫磺贸易量的20 %时,世界市场硫磺价格将出现不断上涨的趋势,我国硫磺制酸将面临极大的风险,同时会导致硫铁矿企业萎缩,使我国硫酸工业以及需要硫酸的工业受到极大的损失。所以应引起高度重视和适度控制。1. 2 硫酸的用途硫酸作为一种重要的基本化工原料，广泛应用于各个工业部门。其产量常被用作衡量一个国家工业发展水平的标志，是化学工业中最重要的产品,号称“工业之母”。硫酸的用途非常广泛,主要用于制造无机化学肥料,其次作为基础化工原料用于有色金属的冶炼、石油精炼
14、和石油化工、纺织印染、无机盐工业、钢铁酸洗、某些无机酸和有机酸、橡胶工业、油漆工业以及国防军工，此外在农药医药、制革、炼焦、食品等工业部门也发挥着其重要的作用。1. 3 硫酸的性质硫酸，俗称硫镪水6，磺镪水，矾油等。英文名sulfuric acid;oil of vitrol.分子式H2SO4，相对分子质量98.07。纯品为无色，无臭，透明油状液体，市售的工业硫酸为无色至微黄色，甚至红棕色。浓度98%左右的硫酸，市场上俗称为“九八酸”，把20%的发烟硫酸称为“104.5酸”，简称“105酸”。1.3.1 硫酸的物理性质密度：密度随着浓度的升高而增大，浓度为97%出现最大值，而后，密度随浓度的升
15、高而降低，100% H2SO4时，密度为1.8308g/cm3。常压下，沸点随浓度的增加而升高；在常压和同一温度下，硫酸液面上的蒸气压随着浓度的升高而降低，知道沸点最高的浓度98.47%，此时硫酸液面上的蒸气压最低，并且与其他液体一样，硫酸溶液和发烟硫酸的沸腾温度与压力有关。比热容：25时，硫酸的比热容随浓度的升高而降低，100% H2SO4的比热容为1.3929J/(g)，发烟硫酸随着SO3含量升高，比热容增大。结晶温度随其浓度的不同而变化，商品硫酸的浓度规定为结晶温度低的浓度，即接近低共熔混合物的浓度。黏度：随温度升高而降低。 1.3.2 硫酸的化学性质 硫酸是一种强酸。作为二元酸，它有中
16、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，所以浓硫酸具有氧化剂的性质。同时，依还原剂的不同，硫酸可以还原到SO2，S和H2S。硫酸与锌反时，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SO2。H2SO4与元素硫反应时，H2SO4被还原为SO2，元素硫也是被氧化为SO2。稀硫酸中的硫原子通常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。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
17、合物的硝化过程。硝酸与硫酸相互作用，产生NO2+离子，它与芳香族化合物反应，生成芳香族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，三氧化硫，氯磺酸都是磺化剂，它们可以把磺酸基（SO3H）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。1.4 硫酸工艺技术的发展目前硫酸工业的唯一生产方法应该算是接触法，人们对于改革硫酸工艺生产进行了很多尝试，例如人们在SO2的沸腾转化、气体的干法净化、加压条件下生产硫酸等方面都进行过大量研究工作。并建立了中间试验或者工业示范装置。然而，由于技术和经济方面的原因，这些工艺技术的改革都未能在工业上得到推
18、广和应用。在德国、前苏联等国家开发了沸腾转化技术，我国也进行过中间试验和工业试验。这种工艺的特点是使二氧化硫气体在颗粒状催化剂的沸腾床进行催化氧化。沸腾床的传质、传热效率高，允许进转化器的气体温度较底，能够减少换热器面积，还能适应转化低浓度或高浓度二氧化硫气体。德国拜尔公司采用沸腾转化工艺的第一套生产装置于1971年投入生产，日产SO3200280t。然而，由于催化剂容易破碎，形成的粉尘被气体带出，造成催化剂的损失和分离粉尘的困难。这种工艺并没有在工业上得到推广。在前苏联、日本、加拿大、法国、美国等国家都进行过加压法生产硫酸的研究与试验。对于SO2于O2在催化剂上的氧化反应，于加压条件下进行可
19、提高反应物产率，二氧化硫转化率可提高99.95%99.99%，消除排放废气的污染。同时，在加压条件下反应还可以使设备体积缩小。法国的第一套加压法硫酸生产装置于1972年投入生产，日产硫酸575t,操作压力为0.56MPa（5.5atm）。该装置采用两转两吸流程，总转化率为99.85%99.9%。加拿大Chemetics公司的加压法硫酸装置日产硫酸240吨，操作压力为1.2MPA。该装置采用一转一吸流程，总转化率为99.9%。前苏联还研究了使用纯氧燃烧硫磺的加压循环法硫酸生产工艺。在这种情况下，硫酸生产装置可以基本上不排放含二氧化硫的废气。用加压法生产硫酸虽然既有上述优点，然而在实际建设和生产中
20、仍存在许多技术困难和经济问题，所以也没有在工业生产中推广应用。自1992年以来，已在独联体建设了六套生产装置，这是由俄罗斯科学院新西伯利亚催化剂研究所马特罗斯等人开发的非稳态转化工艺，周期性地改变气体进入催化剂床层的方向，使催化剂床层同时起到蓄热器的作用。这种工艺可以简化转化工序的流程和设备，适宜于处理低浓度或者高浓度二氧化硫气体。我国沈阳冶炼厂也引进了该项技术。这可能是一种有发展前途的工艺。然而，在气体换向阀的结构、催化剂频繁的周期性温度变化等方面还需要完善和改进，并且需要减少气体流动转换时设备及管道内残留气体对转化率的影响。因此，这一工艺也未能得到推广。独联体国家开发的利用核能同时生产硫酸
21、和氢的工艺和美国帕森斯公司开发的纯氧非催化法硫酸生产工艺，都只是处于实验室研究阶段，工业应用的前景尚难预料。在硫酸工艺技术方面，除了20世纪50年代采用沸腾炉焙烧技术和60年代开始采用两转两吸工艺外，直到近年还没有更多突破性进展，因此有待进一步努力探究开发。第二章 硫酸生产原理与工艺流程2.1 生产方法及原理的简述硫酸生主要是以各种含硫物质为原料（如FeS2、尾沙、硫磺等）制取二氧化硫气体，然后通过催化剂氧化成三氧化硫经吸收而生成硫酸。由于二氧化硫氧化反应生成三氧化硫所采用的催化剂不同而分硝化法和接触法两大类，我设计的硫酸生产采用接触法。硫铁矿制酸采用接触法在整个生产过程可分为原料加工,硫铁矿
22、焙烧制取二氧化硫，炉气净化与干燥，二氧化硫接触氧化，三氧化硫吸收和尾气回收六个步骤。2.2 原料加工2.2.1 硫铁矿的破碎根据我国硫铁矿和硫精矿行业标准（HG/T27861996）的规定，硫铁矿原矿块度应250mm.原矿中可能有大至200250mm的矿块，要想经一次破碎达到12%的浮选矿加料不均匀，会在贮斗中发生“搭桥”现象，不能正常下料，为使生产顺利进行，对浮选硫铁矿进行干燥是必要的。加热炉重油燃烧系统采用流程是：由火车槽车送来的重油，由卸油泵抽送至重油罐（油管均有蒸汽套管保温）贮罐底部设有蒸汽加热器以保持油温在9080，加热炉燃烧用的重油是从贮罐经油水分离器入齿轮油泵，将油压升至0.61
23、.5MPa，再经炉前油加热器使油温升至100130进入油喷嘴造成机械雾化后在燃烧炉内与鼓风机鼓入的空气混合燃烧，生产高温烟道气。干燥矿石流程：浮选矿砂由皮带机较均匀地送入回转干燥筒内，与加热炉燃烧重油来的烟道气（烟气温度控制在600900视矿石情况而定）混合，使湿矿石中的游离水蒸发为水汽随烟气排入大气中，矿石得以干燥。干燥筒内装有内螺旋片，随着筒体的旋转把矿石缓慢的推送至出口端，就在这个推送过程中，矿石在筒内停留有一定时间，得以受热而将水分挥发，这里没有化学反应。带有大量水汽的烟道气，经过一个600旋风除尘器组，除去夹带的细矿灰后排空。为使水汽不在管道和设备内冷凝，要求排风机烟筒内出口烟气温度
24、不低于110。从圆筒出料口下来的控制含水在68%的干燥矿砂，经皮带机输送至矿库堆存待用。该过程称为原焙工序，主要流程如图：图2.1 原焙工序流程图干燥矿经过少量配矿控制含水7%左右，含硫3040%，粉碎粒度3mm组成的合格原料硫铁矿，然后送去焙烧沸腾炉。2.3 硫铁矿焙烧制取SO22.3.1 硫铁矿焙烧原理2.3.1.1 硫铁矿焙烧反应 硫铁矿的主要成分是FeS2，此外还含有As、Se、F的化合物等杂质。在600900焙烧条件下，硫铁矿发生主要了下列反应： S2+2O2=2SO2 4FeS+7O2=2Fe2O3+4SO2 将以上三个反应结合起来，即 4FeS2+11O2=2Fe2O3+8SO2
25、 当空气供应较少，氧气恰可满足反应需要而没有过量时，则形成Fe3O4，即 3FeS2+8O2=Fe3O4+6SO2 除上述反应外还发生一些副反应：部分SO2接触到高温炉渣（Fe2O3）时，被催化氧化为SO3；矿石中的金属碳酸盐分解成氧化物，与SO3作用生成硫酸盐；微量的砷、硒硫化物则大部分变为As2O3和SeO2挥发到炉气中。FeS的焙烧是一个非均相反应过程，它包括下述几个步骤：空气中的氧分子从气相主体扩散到矿粒表面；吸附在矿粒表面的氧分子从矿粒表面穿过覆盖着的氧化物层，进入FeS表面，并与FeS反应，生成SO2和铁的氧化物；反应生成的SO2透过氧化物覆盖层，扩散到气相主体。实验表明，氧分子通
26、过氧化层的扩散速率比起其他过程是最慢的。因此，FeS的燃烧是扩散控制过程，为了加速FeS的焙烧，必须设法加快氧分子的扩散速率。而影响氧分子的扩散因素又有： 风速 炉底风速需维持在0.33.5m/s 矿石的粒度 矿石的粒度小，与空气接触的总面积大，则氧化物覆盖层就薄，氧分子易扩散到矿粒内部，反应速率就快，但矿石粒度太小，会使炉气所含矿尘增多，给炉气净化带来困难。矿石粒径约为3mm较适宜。 氧气的浓度 氧气浓度增加，扩散的推动力增加，扩散速率提高了，从而加快了焙烧过程的速率，矿渣残硫就少。一般氧气保持过量一倍以上。目前均采用鼓入空气的生产流程。 温度 由于扩散速率与扩散系数成比例，而扩散系数又与温
27、度成正比，因此，提高温度对矿石焙烧有利，但温度过高，会引起FeS与炉渣中FeO形成低焙烧混合物而结块，以850950较合适。总之，要使焙烧反应完全，反应速率加快，必须控制较高的温度，充足的氧气和矿石较小的粒度。2.3.1.2 硫铁矿焙烧设备沸腾炉沸腾炉一般采用的是圆形炉，整个炉体是用钢板卷焊而成的圆筒，内衬耐火砖，炉内有空气分布板，将炉体分成上下两层，上层为炉膛，包括沸腾层、过渡段和扩大段；下层是空气分布室，在空气分布板上有若干个风帽，风帽间铺上一层耐火泥，风帽有使空气分布均匀作用，又不致让硫铁矿粒漏入风室。空气由鼓风机送入空气室，经风帽间向炉膛均匀喷出。沸腾炉身下段有加料处，从炉体向外突出，
28、称为加料前室，矿料从加料前室运到炉膛空间。炉壁周围安有水箱、水管，以便焙烧时从沸腾层移走热量，使炉壁温度不至于太高。2.3.1.3 硫铁矿焙烧流程 生产操作时，用输送设备把破碎成粒径约为3mm的矿粉送至加料口，空气由鼓风机吹入炉膛，为了是炉料燃烧完全，在沸腾炉上方补加一定数量的二次空气。由于从空气室鼓入的空气流速很大，炉料在炉膛内像液体一样剧烈运动。这时，矿粉与空气中的氧作用生成SO2、炉气和炉渣。从炉上侧出口SO2气被排出，炉渣的粗粒部分则从出渣口溢流出来，而细粒部分则作为炉尘随炉气排出。若以尾沙为原料时，气流速度较低（1.53m/s），生产强度可达8t/m2d，若以碎矿为原料，生产则可达2
29、030t/m2d。硫铁矿在焙烧时放出大量的热，炉床温度680720，炉顶温度维持在900950间，烧出的炉气含SO211.8%12.5%。为了防止炉温过高而使炉渣熔融，由炉膛主要反应区的水箱和水管吸收部分热量，有的工厂改用废热锅炉移热，用来生产蒸气。 固体流动化技术在硫酸工业上的具体应用上，硫铁矿沸腾焙烧充分体现了这一点。固体流态化就是气体通过固体小颗粒时，床层中的小颗粒是悬浮在气体中，进行着不规则的激烈运动。整个床层像沸腾的液体一样 ，所以流化床也称沸腾床。 磁性焙烧近年来也正在发展。磁性焙烧是在硫酸生产过程中，控制硫铁矿在沸腾焙烧炉内呈弱氧化性气氛，使炉渣中的铁主要成为有磁性的Fe3O4。
30、由于生产的Fe3O4有磁性，可用磁选法使Fe3O4与杂质分离成为高品位的铁精沙（一般含铁55%）。在国外如日本东北矿化工业公司、瑞典波利登公司以及国内不少工厂在生产中应用磁性焙烧技术，为大量利用贫矿渣开拓了新的途径和良好的发展前景。2.4 炉气的净化与干燥2.4.1 炉气的净化2.4.1.1 炉气净化的目的根据后续工序的需要，炉气净化水洗流程的净化指标：酸雾0.03g/Nm3，矿尘0.005g/Nm3，As5mg/Nm3，H2O0.1g/Nm3，F10mg/Nm3。沸腾炉出来的炉气含有固态的矿尘，气态的SO2、O2、As2O3、SeO2、SO3、HF、N2及水蒸气。除SO2、O2是制造硫酸的原
31、料，N2对生产无害外，其余物质对生产有害。矿尘堵塞设备，覆盖在催化剂表面，会降低催化剂活性；As2O3使催化剂中毒而失去活性；SeO2在低于400时也会毒害催化剂；HF能腐蚀设备中的衬里、填料和催化剂的载体；SO3于水蒸气结合成酸腐蚀设备，其含量又远远大于上述指标，所以这些物质必须设法除去，以保证正常的生产。2.4.1.2 炉气净化的方法针对炉气中的不同成分，一般是用吸收操作对气体混合物的进行分离；对固体微粒或液滴的分离，通常是根据不同的大小粒子在气流中运动的不同规律，借外力对粒子的作用，由大到小地逐级分离。SO2炉气的净化主要采用旋风除尘、电除雾、水洗（或酸洗）、干燥等方法。现分述如下：旋风
32、除尘 利用旋风除尘器或旋风分离器使尘粒和气体分离。它是一个带有圆锥形底的垂直圆筒，当含尘炉气以1420m/s 的速度从切线方向进入旋风除尘器后，在器内绕着中央管沿筒壁自上而下作旋转运动（称为外旋流），由于矿尘比气体的质量大得多，具有较大的惯性，产生较大的离心力。所以旋转时沿着切线方向被抛到器壁，由于自身的重力而沿着筒壁落至锥形底部，再定期排出，净化后的气体则自下而上形成另一个旋流（称为内旋流）沿中央管排出，旋风除尘可除掉总矿尘的65%75%。文氏管洗涤除尘（雾） 在文氏管内进行炉气洗涤除尘的，文氏管由收缩管、颈管和放大管三部分组成。颈管周围有喷嘴，洗涤水由此喷入管内。当炉气以50120m/s或
33、60100m/s的速度通过颈管时，有力地冲过喷入的冷水，将水分散成雾状，雾化了的小水滴与炉气中所含的尘粒混合相撞，凝集成大的尘粒（或雾粒），随炉气流经放大管同水流一起除去，此时炉气温度降低很快，由500左右降至70以下。所以，文氏管具有降温、除尘、除雾的作用。经文氏管处理的气体，其中杂质微粒直径在8m以上的可全部除去，直径在1m以下的 ，仅除去90%，需要进一步净化。电除尘（或除雾） 电除尘（或除雾）是使气体经过高压电场而电离，使尘粒或（雾滴）带电，带电的尘粒（或雾滴）移向电极，沉析在电极上而除去，从而使气体净化。电除尘器中用金属管作正级（接地），金属导线作负极（接高压电源），含尘气体从管下部
34、进入，经两极间除尘后从上部排出。当两极间通过5000070000V的直流电后，在金属导线周围空间出现一个电晕区，气体分子在电晕区内电离成正离子和负离子，这些离子碰到尘粒（或雾滴）就附捉到尘粒（或雾滴）上去，使它们带电移向电极而沉淀除去。电除尘（或除雾）可基本上除去直径在0.1-1的微粒2.4.1.3 炉气净化流程 硫酸生产中多采用湿法净化炉气。湿法净化分水洗净化和酸洗净化两种，水洗法的优点是在用水洗涤过程中，由于砷、氟较易溶于水，使洗净的炉气含砷、氟特别少。另外，水洗法投资低，流程简单，易于管理和操作。主要缺点是动力消耗大和生产大量的酸性污水。酸洗流程的优点是因采用二级电除雾器，除雾效率高；无
35、污水排出；洗涤用酸可回收利用；SO2，SO3损失少，但酸洗流程设备多、投资大、流程和操作管理复杂，所以我采用的是“文、泡、电”水洗流程， 高温炉气先经废热锅炉回收热能，旋风除尘器除尘，再用文氏管洗涤器、泡沫洗涤塔、电除雾器的水洗净化，净化后的气体被送去干吸塔干燥。从泡沫塔和文氏管洗下来的污水，溶有相当数量的SO2，为了回收这部分SO2，将水送脱气塔用空气吹去，使空气和吹出来的SO2进入炉气系统，从脱气塔排出的污水经处理后排放入河。2.4.2 炉气干燥的工艺条件4气流速度 干燥塔内空塔速度以0.7-0.9m/s为宜。 喷淋酸的温度及喷淋密度 在实际生产中，干燥塔进酸温度决定于循环酸冷却系统的效率
36、，一般控制在40-45，而夏天不超过48。采用的喷淋密度不小于12-15 m3/m2h，以不超过18 m3/m2h 为适当.干燥酸的适宜温度 在一定温度下硫酸溶液上总的蒸汽压随着H2SO4浓度增加而降低，在98.3%H2SO4时为最低值。从提高炉气的干燥程度和吸收速度，减少SO2损失和酸雾的形式，以及适应严寒季节低温下的操作等方面考虑，干燥酸的浓度应以93-95%为宜。2.5 二氧化硫的催化氧化炉气经净化后，主要含有SO2、O2以及惰性气体N2，SO2和O2在钒催化剂作用下发生氧化反应生成SO3，这也是硫酸生产中关键的一步，称为二氧化硫的催化氧化。2.5.1 SO2氧化中催化剂的使用及反应动力
37、学原理1 催化剂的选用 SO2氧化所用的是钒催化剂，主要是由V2O5、K2O、CaO、Al2O3和硅藻土等物质组成，一般V2O5占7%-10%。多制成圆柱形。其中，V2O5是起催化活性作用的物质；K2O、CaO 、Al2O3为助催化剂，将其少量掺入催化剂中可以成百倍的提高催化活性物质的活性，并增强其耐热性；硅藻土（SiO2）作为载体，可使催化剂质地疏松，不会与SO2炉气起化学作用，可以使V2O5分散为微粒，均匀地分布在它的表面使活性表面增大。气体被催化前，须预热到某一温度，这样反应才能达到所需速率，反应放出的热量才能使催化剂迅速升温，以保证反应在催化剂有效的温度范围内进行，气体所需要预热到的这
38、一温度叫催化剂的“起燃温度”，这是催化剂在实际使用过程中温度的下限。反之，当温度超过某一数值时，催化剂的活性迅速下降，这一温度称为催化剂的“耐热极限温度”，是催化剂使用温度的上限。钒催化剂的活性温度在430-600。我国目前新型钒催化剂起燃温度为380。起燃温度越低越有利。 催化反应原理 SO2经钒催化剂上氧化过程其步骤为： 氧分子被催化剂表面吸附，氧分子中原子键破坏； 催化剂表面从气体中吸附SO2分子； 吸附在催化剂表面的SO2分子和氧原子之间发生反应，生成SO3分子； 生成的SO3离开催化剂表面进入气相中。 动力学方程式 氧的吸附阶段是控制阶段，其化学动力方程式为：r=k1Po22.5.2
39、 SO2催化氧化工艺条件对SO2的氧化来说，主要的工艺条件是炉气的组成、反应压强、反应温度和最终转化率。最佳的生产工艺条件是运用热力学和动力学的规律，结合生产实际和经济原则及环境保护各方面通盘分析后确定下来的。炉气组成 由于SO2催化氧化要消耗氧，所以焙烧过程中要通入过量空气。炉气中O2的浓度越大，SO2的转化率越大，反应速率也越快，但O2的浓度越大，SO2的浓度就越小，氧过量太多，反而会降低生产强度。因此，以硫铁矿为原料采用两转两吸流程，反应器进口炉气组成为SO27%-11%、O26.7%-9.6%。压强 SO2氧化是体积缩小的可逆反应，增大压强有利于SO2的转化，但压强对平衡转化率的影响不
40、大，而且在常压下，转化率已达96%-98%，目前硫酸的生产基本上都是常压生产。温度 温度是影响放热可逆反应最重要因素。对于可逆放热的化学反应，如降低温度平衡向放热反应的方向移动。但是，温度太低则反应速率又太慢，因此，生产中必须选择最适宜的操作温度。不同催化剂最适宜温度温度范围是不同的。催化剂活性的上下限，便是它的最适宜温度范围，钒催化剂最适宜温度范围430-600之间。最适宜温度可用下述公式求得:Tm= Tm-最适宜温度，（K）;Te-反应平衡时的温度,（K）;R-气体常数;E2、E1-正逆反应的活化能，kJ/mol最终转化率 最终转化率是接触法生产硫酸的重要指标之一。提高最终转化率可以提高原
41、料的利用率，使放空尾气中的二氧化硫含量减少，降低生产成本，减少环境污染。我国目前普遍采用的中间换热、一次转化流程，最终转化率一般在97%左右。对于两转两吸工艺，一般要求最终转化率高于99%。2.5.3 SO2催化氧化工艺流程SO2催化氧化工艺流程主要是采用两转两吸转化流程，净化后的炉气，经鼓风机送到转化系统的换热器3、换热器1，将炉气预热到430左右进入转化器第一段催化剂层进行转化，转化后的气体在换热器冷却后，进入第二段催化剂层进行转化，转化后的气体在换热器2冷却后，进入第三段催化剂层转化，此时转化率可达到90%。然后在换热器3内与冷的SO2炉气换热后被冷却到160-180去第一吸收塔将生成的
42、SO3吸收。吸收后的气体经除沫器，再回到转化器，经换热器4、换热器2加热到420左右进入第四段催化剂层进行第二次转化，转化后的气体，在换热器4换热后冷却到80-90去第二吸收塔。这样，总转化率可达到98.5%-99.5%。2.6三氧化硫的吸收2.6.1 SO3吸收工艺条件吸收酸的浓度 98.3%的硫酸是最理想的吸收剂，因为98.3%的硫酸液面上不含水汽，不含或少含SO3，只要转化气本身干燥，不会有酸雾生成，因此一般采用此酸作为吸收剂。浓度低于98.3%的硫酸，酸液面上水蒸汽分压较大，而且浓度越低，温度越高，水蒸气分压越大，气相中的部分SO3分子与扩散到气相主体中的水分子形成硫酸蒸气，冷凝后形成
43、的酸雾很难吸收，随尾气排入大气，导致SO3的吸收率降低。酸喷淋的密度 喷淋酸量过少，由于吸收放热，会造成酸温增加过高，恶化操作。喷淋酸量过大，使气体通过塔的阻力增大，增大动力消耗。所以，适当的酸喷淋密度使SO3吸收过程中气液接触良好，对吸收有利，一般控制在12-15m3/m2.h.吸收酸的温度和进气温度 进气温度较低，气体的溶解度越大，越有利于吸收，但对SO3吸收来说，一般进气温度不低于120，因为温度高一些可以避免酸雾产生。2.6.2 SO3的吸收流程从转化器来的SO3从塔底进入填料式吸收塔，98.3%浓硫酸从塔顶喷淋，两者呈逆流接触。吸收后的硫酸温度上升到60-70，浓度比进塔浓度提高了0
44、.3%-0.5%，经排管冷却器冷却再进入酸槽，在酸槽用来自干燥塔的93%H2SO4混合，调节其浓度，不足水分用新鲜水补充。稀释和冷却后的酸除小部分作为产品外，其余返回吸收塔做SO3的循环酸。经过原焙工序后的硫铁矿进入沸腾炉等再依次进行焙烧工序、净化工序、转化工序等制取终产品，主要流程如图2.2所示： 图2.2硫酸生产主要工艺流程图2.6.3 产品质量及硫酸质量标准不同硫酸产品应符合下列要求表2.1 H2SO4国家标准 GB53489指标名称特种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酸（H2SO4）含量%92.5或98.092.5或98.092.5或98.0 _ _ _ _游离S
45、O3含量% _ _ _ _20.020.020.0灰分含量%0.020.030.030.100.030.030.03铁（Fe）含%0.100.0100.010 _0.0100.0100.030砷（As）含%810-50.00010.005 _0.00010.0001 _铅（Pb）含%0.0010.01 _ _0.01_汞（Hg）含%0.0005 _ _ _ _ _ _氮氧化物（以N计）含量%0.0001 _ _ _ _ _ _SO2含量%0.001 _ _ _ _ _氯（Cl）含%0.001 _ _ _ _ _ _透明度mm1605050 _ _ _ _第三章 物料衡算与热量衡算3.1 物料衡算设计规模：年产99.95%的硫酸18万吨. 除去因停机检修等一些时间后，一年工作日以300天计，即年作业时间7200小时.日产量：/300=600吨/天 或/（30024）=25吨/小时=25000kg/h本设计硫酸生产以硫铁矿为原料，制取二氧化硫气体，然后通过催化剂氧化成三氧化硫经吸收而生产硫酸。化学方程式为：SO2 + O2 = SO3设计采用先进的两转两吸工艺，