硫磺法硫酸生产工艺设计.doc
《硫磺法硫酸生产工艺设计.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《硫磺法硫酸生产工艺设计.doc(34页珍藏版)》请在沃文网上搜索。
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83.1原料熔硫工段93.2 焚硫工段113.3 余热锅炉系统133.4 转化工段153.5 干吸工段173.6 成品工段183.7 污水处理系统204. 物料及热量衡算224.1 设计要求224.2 硫磺焚烧的物料衡算224.3 转化器物料衡算224.4 转化器热量衡算245.主要设备的工艺计算和设备选型245.1主要设备转化器的设计245.2催化剂的装填量25
2、5.3各段触媒需用量VK、触媒层厚度H266. 设计总结及致谢27参考文件28附件29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。1. 硫酸生产工艺简介1.1硫铁矿制硫酸
3、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
4、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SO3 3%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。按回转窑内与高温燃煤烟气逆向接触,经预热,在9001200下,按下式反应进行还原分
5、解,生成二氧化硫、二氧化碳与氧化钙。2CaSO4+C=2CaO+2SO2+CO2进一步在12001450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:337.5103Pa(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
6、(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固体晶形熔点: 62.3 32.5 16.8沸点: 44.8 升华(Subl) 44.8蒸汽密度: 2.76 2.76 2.76蒸汽压力:13.3103Pa 10.5 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-形(棱柱晶体
7、),由液体凝固而成;-形(白色类似石棉的纤维),以及-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:OO HO S OH2.3.2 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。 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
8、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SO3 62%时为最大值,过后则逐渐减小。 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 + H
9、2SO44H2O(介稳定状态)H2SO44H2O(熔化点)低共熔物H2SO44H2O + H2SO42H2O(介稳定状态)H2SO42H2O(熔化点)低共熔物,H2SO42H2O+H2SO4H2OH2SO4H2O(熔化点)低共熔物,H2SO4H2O+H2SO4H2SO4(熔化点)游离SO3%结晶温度图中点固 相 组 成15.6144.7962.0100-10.1535.151.216.8JKLM低共熔物,H2SO4+H2S2O7H2S2O7(熔化点)低共熔物,H2S2O7+H2SO42SO3;H2SO42SO3(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
10、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。 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 + 3H2b、与金属氧化物作用,生成硫酸盐。Fe2O3 +
11、3H2SO4 = Fe2(SO4)3+ 3H2O 浓硫酸具有强的氧化性。Cu + 2H2SO4(浓)= CuSO4 + SO2 + 2H2O 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。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。 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
12、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.
13、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、液硫石灰中和、叶片式机械过滤机过滤精制液硫、机械雾化焚烧、III、IIIV、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3.1.1.1 岗位任务1. 按规定指标进行操作,制备合格液体硫磺;维护好本岗位设备。及时清除熔硫槽悬浮物和大颗粒不熔固体杂质。2. 保证固体硫磺、石灰下料均匀、稳定。根据固体硫磺的酸度分析,计算石灰粉的加入量,调节螺旋输送机出口开启度定量加入石灰中和硫磺中的酸度。3. 设备管道不堵、不漏。勤检查;固体硫磺、石灰进料稳定,蒸
14、汽流量稳定;液位变化及时调节;跑冒滴漏及时处理;设备管道堵塞及时疏通;滤渣及时除卸。3.1.1.2 所管范围硫磺库硫磺料斗、石灰料斗、螺旋给料机、胶带输送机、熔硫槽、预涂槽、预涂泵、过滤机、一级液硫输送槽、一级液硫输送泵、精硫槽、凝结水回收器、熔硫蒸汽和保温蒸汽的减温减压系统,以及所属仪表电气设备。3.1.2工艺流程市场固体硫磺中杂质组分主要为游离酸、烃类、灰分。为保证硫酸装置长周期、稳定生产减少投资、减少维护,改善熔硫工序操作环境,本装置采用石灰中和酸度,湿式搅拌快速熔硫,硅藻土助滤,叶式过滤机精制液硫,过滤后的液硫灰份含量小于0.003%,PH7。解决了进焚硫炉焚烧液硫中的酸度和固体杂质问
15、题,取消了焚硫工段庞大的气体过滤器。硫磺中的沥青是不能沉降和完全过滤掉的杂质,在燃烧过程中,沥青会生成灰渣和烟气,灰渣会沉降在钒触媒表面,引起压降升高,烟气会使烟囱中排放的废气酸度升高,产生可见的烟雾,并且可能在转化工序温度低的设备产生严重的发烟硫酸冷凝腐蚀。通过液硫过滤,可除去30%左右的沥青,减少上述危害。新型湿式搅拌快速熔硫槽液硫界面采用内防腐结构,避免了游离酸对设备槽体和加热盘管的腐蚀。同时,设备高于地坪布置,便于设备维修时残余液硫的排放,降低劳动强度,减少维修时间;硫磺熔融过程中产生的蒸汽集中排气筒排放,考虑了预防硫蒸汽堵塞的措施,同时在槽内设置了蒸汽灭火措施。在熔硫槽液硫出口设置液
16、硫过滤网,除去编织袋碎片、封口绳等轻质杂物,避免它们缠绕到预涂槽泵轴上造成泵的损坏。精硫槽为保温的立式圆形容器,配有盘管式加热器,在槽的四周有空气入口,中心有放空口,且带有蒸汽伴热,以防硫冷凝堵塞,四周入口和中心出口的高度差保证了气体的流动,防止硫化氢气体在罐中累积导致爆炸。槽内设有蒸汽灭火装置。散装硫磺直接由装载机上料或袋装硫磺经人工拆包倒入硫磺料斗经胶带输送机L1101/ L1103并加入石灰送到熔硫槽V1103/ V1104。硫磺经皮带输送机送入熔硫槽,在熔硫槽中固体硫磺在搅拌器作用下用0.6-0.8MPa(表)左右的饱和蒸汽熔为液硫。液硫由熔硫槽自流入预涂槽V1105,预涂槽处于搅拌和
17、保温状态。由预涂槽中预涂泵P1101A/B将液硫送入过滤机M1102A/B/C,过滤后所得合格液硫进入一级液硫输送槽V1106,再经一级液硫输送泵P1102送入精硫槽V1107备用。精硫槽的液硫经精硫泵槽V1108A/B,由精硫输送泵P1103A/B(P1103C/D)送入焚硫工段的焚硫炉F1201/F2201。过滤机所滤的滤饼由汽车运出。3.1.3 生产过程中的化学反应和工艺指标3.1.3.1 生产过程中的化学反应H2SO4 + CaOCaSO4+ H2O式3-1H2SO3 + CaOCaSO3+ H2O式3-22HCL + CaOCaCL2+ H2式3-33.1.3.2 操作工艺指标序号设
18、备名称操作压力(MPa表)操作温度()介质备注1熔硫槽常压135-150液硫其中:蒸汽0.70.81792预涂槽常压135-145液硫PH7-8其中:蒸汽0.41513过滤机内筒0.4145液硫PH7-830ppm外筒0.4151蒸汽4一级液硫输送槽常压135-145液硫PH6-7其中:蒸汽0.41515精硫槽常压135-145液硫PH6-7其中:蒸汽0.41513.2 焚硫工段3.2.1岗位职责3.2.1.1 岗位任务1. 按规定指标进行操作,制备合格SO2炉气,维护好本岗位设备。2. 保证设备、管道不堵、不漏,做到有堵必通,有漏必补。3. 勤检查,保证液体硫磺进料稳定、SO2炉气浓度稳定。
19、精硫泵槽液位变化及时调节,跑冒滴漏及时处理,管道堵塞及时疏通。3.2.1.2 所管范围精硫泵槽、精硫泵、焚硫炉、升温风机、油槽、油泵以及所属电气、仪表、设备管线等。3.2.2 工艺流程精硫泵加压后的液硫,经二根液硫喷枪M1202A/B(M2202A/B)喷入焚硫炉,在焚硫炉F1201/ F2201中雾化的液硫与来自主鼓风机C1301/ C2301的干燥空气进行反应,氧化为二氧化硫,放出大量热量,控制焚硫炉出口炉气SO2浓度10.5%,温度在1000左右进入余热锅炉F1202/ F2202,回收热量后,炉气经三通阀调节气体温度后在425左右去转化工段。由主鼓风机联锁精硫泵的自动停机,由焚硫炉出口
20、温度调节精硫泵的液硫量。来自精硫贮槽的液硫进入精硫泵槽,经精硫泵加压由磺枪喷入焚硫炉与来自主风机的干燥空气混合燃烧生成SO2炉气,高温SO2炉气经余热锅炉回收热能副产蒸汽后降温进入转化工段。采用液硫机械雾化,火管式中压余热锅炉回收焚硫高位热能,结合转化工段余热回收,副产过热蒸汽供动力车间发电,取消传统气体过滤器。焚硫炉装有二个高压雾化喷嘴,可根据生产负荷选择投用一个或两个,从而保证在较宽的工况下有很好的雾化效果。采用火管式余热锅炉,无炉墙的砌筑工作,使筑炉和维修工作减少,气流通过锅炉的结构安排得很简单,气体通过换热管的流速较高,形成气体滞留区的可能性很小,可避免硫酸冷凝,从而减少腐蚀。如果传热
- 1.请仔细阅读文档,确保文档完整性,对于不预览、不比对内容而直接下载带来的问题本站不予受理。
- 2.下载的文档,不会出现我们的网址水印。
- 3、该文档所得收入(下载+内容+预览)归上传者、原创作者;如果您是本文档原作者,请点此认领!既往收益都归您。
下载文档到电脑,查找使用更方便
20 积分
下载 | 加入VIP,下载更划算! |
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 硫磺 硫酸 生产工艺 设计