硫酸生产工艺主要参数的确定过程18582.docx

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1、目录1.1.1设计计规模 设设计规模模:200万吨/年1.1.2 产品及及规格:原料: 硫磺 规规格: 含水:0.224% 灰分分:0.72%产品：998%的的浓硫酸酸规格：产产品质量量标准执执行中华华人民共共和国工工业硫酸酸标准（GGB / T 5344-20002）一一等品规规格，硫硫酸质量量符合下下表要求求。表1.11 硫酸酸质量指指标表指标名称称浓硫酸1硫酸（HH2so4）98.002灰粉%0.0333铁（Fee）含量量0.0114砷(Ass)含量量%0.00055透明度mmm506色度mll2.01.1.3 硫酸的的性质及及基本用用途硫酸纯品品为无色色油状液液体。工工业品因因含杂质质

2、而呈黄黄、棕等等色。密密度(液液态)11.8331g/cm33。凝固固点100.366。沸点点(333000.5)。988.3的硫酸酸水溶液液为恒沸沸混合物物，沸点点3399。一种种活泼的的二元无无机强酸酸。能与与许多金金属、金金属氧化化物或其其他酸的的盐类反反应生成成硫酸盐盐。浓硫硫酸具有有强烈的的脱水作作用和氧氧化性。能能使木材材、纸张张、棉麻麻织物等等强烈脱脱水而炭炭化。与与水混合合反应激激烈，放放出大量量热。用用水稀释释时应在在不断搅搅拌下将将硫酸缓缓缓注入入水中，切切勿将水水注入酸酸中造成成溅酸伤伤人。低低于766的硫硫酸与金金属反应应放出氢氢气。生生产方法法有接触触法和硝硝化法。主

3、主要用于于生产磷磷酸，磷磷肥，各各种硫酸酸盐，二二氧化钛钛(硫酸酸法)，洗洗涤剂，染染料，药药物，合合成纤维维等。也也可用作作搪瓷、金金属的酸酸洗剂，有有机合成成的磺化化剂和脱脱水剂，以以及用于于金属冶冶炼，石石油精制制和电子子工业等等。用工工业硫酸酸在石英英设备中中蒸馏提提纯，或或以去离离子水吸吸收三氧氧化硫制制成纯品品，再经经微孔过过滤膜进进行超净净过滤而而得半导导体及硫硫酸。超超净高纯纯试剂。是是半导体体工业用用量最大大的化学学品。一一般和过过氧化氢氢一起用用于除去去晶体上上已完成成屏蔽作作用的光光刻胶，或或作腐蚀蚀剂。还还可用作作电子产产品的清清洗剂和和腐蚀剂剂。用纯纯净水吸吸收洁净净

4、三氧化化硫气体体制得蓄蓄电池硫硫酸。也也可用蒸蒸馏法、吹吹出法对对工业硫硫酸提纯纯制得。用用作铅酸酸蓄电池池中的电电解液和和电镀等等。1.1.4 我国硫硫酸工业业的发展展状况【1】我国硫磺磺制酸工工业随着着国民经经济的发发展得到到了快速速发展。据据统计,19994 年年全国硫硫酸总产产量155 3000ktt ,硫硫磺制酸酸只占总总产量的的1. 0 % ;而而20002 年年全国硫硫酸总产产量300 5110. 93 kt ,硫磺磺制酸产产量已占占总产量量的366. 44 %。预预计至220055 年、20010 年硫磺磺制酸产产量将占占当年总总产量的的41. 4 %、42.1%。不不但产量量

5、增加,硫酸生生产技术术的进步步也很显显著。在在生产发发展中技技术不断断进取是是我国硫硫酸工业业的特点点。特别别是200 世纪纪80年代代以来,加强与与国外技技术交流流和国际际合作,引进部部分工艺艺技术和和先进设设备,通过消消化和吸吸收国外外先进技技术,开发了了许多新新设备、新新材料,使我国国的硫酸酸生产技技术水平平有了很很大的提提高,逐步缩缩小了与与世界先先进水平平的差距距。采用用国产化化技术建建设硫酸酸装置一一直是我我国硫酸酸工业的的主体。从生产硫硫酸的原原料看,硫磺是是世界硫硫酸生产产的从生生产硫酸酸的原料料看,硫磺是是世界硫硫酸生产产的主要要原料(占65 %以上上) 。20 世纪900

6、年代代以来随随着污染染控制的的日趋严严格,石油和和天然气气回收的的硫磺不不断增加加,已取代代天然硫硫成为硫硫磺市场场的主体体(近年的的统计数数据为887 %) ,世界硫硫磺的价价格虽有有波动,但尚能能承受。我我国由于于硫磺资资源缺乏乏,一直以以硫铁矿矿为主要要原料。近近十年来来由于国国际市场场硫磺供供应充足足,同时我我国石油油、天然然气回收收硫数量量也在不不断增加加,硫磺制制酸有了了快速发发展。与与硫铁矿矿制酸相相比,硫磺制制酸在建建设投资资、水电电等消耗耗,以及原原料运输输量都低低得多。硫硫磺还是是一种清清洁原料料,生产过过程对环环境污染染较小,环境效效益突出出。适度度发展硫硫磺制酸酸,使硫

7、酸酸生产原原料多元元化,已成为为我国硫硫酸工业业发展的的策略之之一。由由于硫酸酸需求量量和生产产量都比比较大,而硫酸酸生产过过程处于于高温和和强腐蚀蚀介质中中,排放的的气体中中存在污污染环境境的有害害成分,因而现现代的硫硫酸生产产技术被被工程界界、科技技界广泛泛关注,并发展展到比较较高的水水平。我国硫磺磺资源较较少，硫硫磺年产产量多年年来维持持在300万吨左左右，根根据有关关部门预预测，我我国在今今后的110-115 年年内，为为满足国国内对油油品的需需求，进进口原油油量将达达到1 亿吨，而而且大部部分为中中东高硫硫原油，在在加工过过程中必必然会产产生大量量硫化氢氢气体；同时内内地炼厂厂对原油

8、油的深度度加工，也也会副产产大量酸酸性气体体。因此此，在可可预见的的将来，我我国回收收硫磺的的总产量量会有较较大幅度度的增长长。未来来的5至至10 年间，我我国的回回收硫磺磺预计可可达到1100-1500 万吨吨，扣除除工业用用硫磺330-440 万万吨，还还有1000万吨吨以上的的硫磺可可用于硫硫酸生产产。预计计20110年我我国进口口硫磺总总量将达达到8000万吨吨，届时时硫磺制制酸产量量将占我我国硫酸酸总产量量的300 %。我我国对硫硫磺需求求的快速速增长将将引起世世界市场场硫磺供供求和价价格的波波动，若若不及时时加以适适当的控控制，当当我国硫硫磺进口口量占到到世界硫硫磺贸易易量的220

9、%时时，世界界市场硫硫磺价格格将出现现不断上上涨的趋趋势，我我国硫磺磺制酸将将面临极极大的风风险，同同时会导导致硫铁铁矿企业业萎缩，使使我国硫硫酸工业业以及需需要硫酸酸的工业业受到极极大的损损失。所所以应引引起高度度重视和和适度控控制。进进入本世世纪,我我国硫酸酸工业增增长势头头加快，年年平均增增长幅度度已达到到12.54%。自220033年以来来，我国国硫酸产能能与产量量已成为为世界最最大硫酸酸生产国国和消费费国20006年年我国硫硫酸产量量44330万吨吨，与220000年硫酸酸产量223500万吨相相比，产产量几乎乎翻了一一番,是是全球硫硫酸总产产量的225%，并并成为全全球硫酸酸市场最

10、最为活跃跃贸易量量大的国国家之一一，也是是硫酸进口口量较大大的国家家之一。进入本世纪，我国硫酸工业以每年递增一个百分点的速度持续增长。我国硫酸70%用于化肥生产,其它为化工,农药,医药,冶金,纺织等工业。我国硫酸产量不足需，每年须进口硫酸与硫磺来满足日益增长的市场需求40%左右。出口量相对较小，2007年1-5月份，硫酸出口量占总产量的0.0047%，仅是去年同期的1/2。2007年上半年，我国硫酸产量将达到2550万吨，全年产量将达到5100万吨，增长幅度将达到12.8 %。我国硫酸工业目前正处于快速发展时期。1.1.5 硫酸在在国民经经济中的的重要性性硫酸是化化学工业业的重要要产品，又又是

11、许多多工业生生产的重重要原料料。硫酸酸常常被被列为国国家主要要化工产产品之一一，人们们往往用用硫酸的的年产量量来衡量量一个国国家的化化工生产产能力。硫硫酸在国国民经济济的各个个方面都都具有广广泛用途途，在有有关化学学工业方方面尤其其重要。硫硫酸所以以被誉为为化学工工业的发发动机。硫酸是一种非常重要的化工原料，几乎所有的工业都直接或间接地用到它。硫酸最大消费者是化肥工业，用以制造磷酸、过磷酸钙和硫酸铵。在石油工业中,硫酸用于产品的精炼。钢铁工业需用硫酸进行酸洗。在有色冶金工业中，需用硫酸配制电解液。硫酸是硝化工序不可缺少的脱水剂。硫酸还是现代氟工业的基础。其他如制革、造纸、电镀、印染、医药、农药

12、、炼焦、蓄电池、合成洗涤剂等生产也都需用硫酸。硫酸也是是十分重重要的化化工基础础原料，被被人称为为化工之之母，衡衡量一个个国家或或者一个个地区的的经济是是否发达达，首先先就看这这个地区区的硫酸酸产量。我我国的硫硫酸工业业开始于于19世世纪，119世纪纪70年年代以前前，我们们过的硫硫酸基本本依靠进进口，用用黄金交交换。现现在我国国的硫酸酸工业飞飞速发展展，从119499年的年年产4万万吨，到到20000年的的23556万吨吨每年，以以每年220%的的高速增增加。 自从加加入 WWTO后后，中国国彻底的的打破了了资源的的局限性性，在全全球范围围内对资资源进行行优化配配置，硫硫酸的工工业原料料也根

13、据据国际市市场进行行重组，一一统天下下的硫铁铁矿制酸酸，几年年之内就就被逼退退到只剩剩半壁江江山。220066年全国国也将关关闭四万万吨以下下的硫铁铁矿制酸酸，硫磺磺制酸法法受到制制酸界的的广泛关关注。我我国的硫硫磺资源源较少，年年产量常常年维持持在300万吨，根根据有关关部门预预测我们们过未来来的100-155年内，为为满足对对油品的的需求，原原油进口口量将达达到一亿亿吨。其其中大部部分为中中东高硫硫原油，其其加工中中必然产产生大量量的硫化化氢气体体；同时时内地炼炼油厂对对原油的的深度加加工，也也会产生生大量酸酸性气体体。因此此，我国国硫磺的的回收总总产量在在未来的的5-110年间间预计可可

14、达到1100-1500万吨，除除去工业业上用硫硫磺300-400万吨，还还有1000万吨吨以上的的硫磺可可共用于于硫酸的的生产。 20003年我我国的硫硫酸表现现消费量量为35565.2万吨吨。其中中磷复合合肥占667.66%，增增加188%；其其他化肥肥消耗44.1%；非化化肥用酸酸28.3%增增加8.7%虽虽然国内内产量增增加很快快，但还还是无法法完全满满足需求求。20003年年进口硫硫磺4999万吨吨，比上上年增加加22%；进口口硫酸1193.9万吨吨，与上上年基本本持平。同同时我国国硫酸的的产量也也达到了了33771.22万吨，增增加100.5%，摆脱脱了长期期以来位位居次席席的地位位

15、，超越越了美国国的30050-31000万吨吨。由于于硫磺进进口价位位一直居居高不下下。部分分硫磺制制酸装置置改回硫硫铁矿制制酸，使使硫铁矿矿制酸的的产量达达到了113033.4万万吨，比比20002年增增加了88.1%，占总总产量338.77%；硫硫磺制酸酸产量为为12660.99万吨，占占总产量量的377.4%；冶炼炼烟气制制酸产量量为7552.11万吨，占占总产量量22.3%；磷石膏膏以及其其他制酸酸产量为为54.7万吨吨。 20004年硫硫酸产量量以及市市场显现现多年的的未见的的好形势势，其中中有两个个原因：一是从从20003年底底开始，中中央紧抓抓三农问问题，出出台一系系列对化化肥企

16、业业的好政政策，促促进了磷磷复合肥肥特别是是高浓度度磷复合合肥的生生产，复复合肥每每月以同同比200%以上上的速度度增加；二是国国民经济济的快速速增长，增增加了对对硫酸的的需求，因因此，220044年硫酸酸每月的的产量同同比增长长都在118%以以上，全全国硫酸酸市场上上一度出出现供不不应求的的形势，价价格一路路上扬。220044年全国国硫酸产产量39994.6万吨吨，同比比增加了了18.5%其其中产量量最大的的是云南南。20055年1-2月总总产量为为6699.4万万吨，比比20004年同同期5664.99增加了了18.5%。预预计20005年年硫酸产产量可超超过44400万万吨，同同比增加加

17、10.1%；其中硫硫磺制酸酸20000万吨吨，同比比增加223.22%；冶冶炼烟气气制酸9900万万吨，同同比增加加4.77%；硫硫铁矿制制酸14450万万吨同比比增加11.4%；其他他制酸555万吨吨，与去去年基本本持平。进进口硫酸酸1755万吨，由由于韩国国硫酸减减少，总总进口量量比20004年年进一步步下降。20066年 利利用废热热能源，硫硫资源带带来的废废热能源源是硫酸酸行业得得天独厚厚的优势势，石油油、天然然气、煤煤等主要要能源原原料的供供不应求求更加反反映出硫硫酸行业业废热能能源的弥弥足珍贵贵。对国国内硫酸酸企业来来说和国国际市场场完全平平等的接接轨将意意味着硫硫酸价格格的进一一

18、步下降降。目前前，西北北欧的硫硫酸企业业出售硫硫酸废热热能源获获得的利利润，已已经远远远超过了了销售硫硫酸获得得的利润润。因此此充分利利用硫酸酸系统高高中低温温位废热热能源是是十分必必要的。我我国现有有利用硫硫酸系统统的中压压蒸汽发发电的硫硫酸企业业只占硫硫酸企业业总数的的10.6%，数数量太少少，应该该积极利利用热管管技术等等新技术术回收硫硫酸中的的废热，提提高我国国硫酸废废热的回回收水平平。对于中国国的硫酸酸工业来来说, 21 世纪是是一个全全新的发发展阶段段, 加入入WTOO 所产产生的影影响是巨巨大而深深远的。资源的的全球化化配置、国国外资金金与技术术的全面面介入, 必将将打破中中国硫

19、酸酸工业的的原有格格局, 我们的的技术水水平、生生产管理理水平也也将因此此而跃上上一个新新的台阶阶。对于企企业来说说,机遇与与挑战并并存, 只要迅迅速树立立“国际准准则”观念, 及时调调整发展展方略、不不断提高高竞争实实力,就能够够成功地地立足于于国内乃乃至国际际硫酸市市场。面对未未来, 我们充充满信心心：经过入入世风雨雨的涤荡荡之后，中国必必将跻身身于世界界硫酸强强国之林林。 环保达达标成为为企业生生存的首首要条件件。211世纪是是绿色的的世纪，实实施的是是可持续续发展战战略，企企业的命命运与环环境的关关系比以以往任何何时候都都更为紧紧密。依依照我国国目前大大气污染染物综合合排放标标准，新新

20、建装置置的二氧氧化硫的的最高允允许排放放浓度为为9600mg/m3。大型型装置，特特别是硫硫磺装置置，只要要设计合合理、管管理严格格完全可可以达到到这一标标准。因因此硫磺磺制硫酸酸拥有很很好的的的工业使使用前景景。1.3生生产路线线选择论论证1.3.1硫磺磺制取硫硫酸主流流程方块块图图1.22硫磺制制取硫酸酸主工艺艺流程图图1.3.2 硫硫磺中杂杂质对制制酸工艺艺的影响响【2】硫磺中的的杂质主主要有灰灰分、水水分、酸酸度和硫硫化氢等等,它们们对制酸酸工艺的的影响分分述如下下:1. 灰灰分硫磺,特特别是回回收硫,在产出出时灰分分含量是是比较少少的。但但它们以以固态经经过堆存存、装卸卸和运输输,以

21、及及用户的的库存,将受到到各种固固体杂质质的污染染,使其其灰分含含量增加加。硫磺磺中灰分分能污染染加热表表面而降降低它的的传热系系数,部部分灰分分在熔硫硫槽、澄澄清槽中中沉降,过多的的灰分将将缩短熔熔硫槽和和澄清槽槽的清理理周期。原原料硫磺磺(固态态)灰分分含量一一般不宜宜超过00.055%。2. 水水分硫磺中的的水分在在熔硫和和液硫澄澄清过程程中基本本上全部部被蒸发发掉。硫硫磺中水水分多或或少,仅仅影响熔熔硫时的的蒸汽消消耗量。与与完全没没有水分分时比较较,每含含1%水水分,熔熔硫蒸汽汽的理论论消耗量量(指完完全没有有热损失失时)增增加166.6%。液态硫磺磺含水分分0.001%0.003%

22、是是正常的的.固态态硫磺当当含水分分在1%以上,熔硫时时则剧烈烈起跑,影响正正常操作作。水分分含量增增高,则则酸度增增加,贻贻患无穷穷。3. 酸酸度硫磺中酸酸度(以以H2SO4计)呈呈游离态态。这些些酸是在在潮湿的的环境和和在细菌菌的作用用下,硫硫被空气气缓慢氧氧化而形形成的。在在熔硫时时,它积积聚在液液硫表面面而被分分离出来来,不会会影响焚焚硫和转转化工序序操作。但但酸度过过高则严严重腐蚀蚀熔硫设设备。4. 硫硫化氢烃类与液液态硫会会通过下下列缓慢慢的反应应而产生生少量的的硫化氢氢:8C5HH12 +13SS 5C8H14 +13HH2S美国Teexassgullf公司司曾对硫硫磺贮槽槽中发

23、生生H2S爆炸炸事故进进行过研研究,对对硫磺贮贮槽上部部空间的的气体进进行分析析,气体体中除经经常含有有浓度不不等的HH2S外,还存在在浓度恒恒定为00.011%(mmol计计)的CC8H14. H2S。有有的可以以达到或或超过燃燃爆浓度度(常温温下为4.33%,但但液硫贮贮槽温度度1322下为3.44%)。但但回收硫硫中,烃烃类含量量少,不不会达到到爆炸限限,而CC8H14浓度度始终恒恒定,可可以认为为它已经经与硫磺磺中烃类类达到平平衡。在在1388以下,烃类与与硫的反反应速度度很慢,生成的的H2S能溶溶解于液液态硫中中。H22S在液液硫中的的溶解度度随温度度上升而而增加,这种反反常现象象是

24、由于于反应生生成多硫硫化氢(H2S4)之故故。温度度降低也也有分解解出H22S的倾倾向。1.3.3 硫硫磺制酸酸与硫铁铁矿制酸酸的优缺缺点比较较【3】目前我国国硫酸工工业是硫硫铁矿制制酸和硫硫磺制酸酸为主。随随着生产产技术的的发展和和市场经经济的变变化，硫硫磺制酸酸体现了了越来越越多的优优点：1.沿海海地区原原料到厂厂价格约约为4550-5500元/吨吨，国内内硫铁矿矿到厂价价格为2200 -2220元/吨（折折35%S）。硫硫磺制酸酸消耗的的水、电电和原料料费用低低于硫铁铁矿制酸酸。生产产成本的的降低有有利于企企业提高高经济效效益；2.硫磺磺制酸装装置中省省掉了焙焙烧、净净化工段段，只有有熔

25、硫、焚焚化、转转化、干干吸、成成品工段段，原料料的加工工也比硫硫铁矿制制酸装置置简单，因因此工艺艺流程短短，物料料处理量量少，设设备少，建建设工期期短。其其基建投投资约为为硫铁矿矿装置的的50%。也降降低了装装置的管管理费用用。3.原料料运输量量少，硫硫磺杂质质少，产产品质量量好，单单位产品品能耗低低，热能能利用效效率高。4.废物物排放量量少，有有利于环环境的保保护。由于上述述原因，采采用硫磺磺为原料料制取硫硫酸有更更大的优优越性。第二章 工艺艺部分2.1 重点设设计工序序的生产产基本原原理【4】二氧化硫硫氧化为为三氧化化硫的反反应为：此反应是是体积缩缩小、放放热、可可逆反应应。这个个反应在在

26、工业上上只有在在催化剂剂存在的的条件下下才能实实现。 其平衡衡常数为为：式中， P、PP、P分别别为SOO3、SOO2、O2的平衡衡分压。在在40007000范围内内，其平平衡常数数与温度度的关系系为：由此可见见，平衡衡常数在在一定范范围内随随温度的的升高而而减小。平衡转化化率在某某一温度度下反映映了该化化学反应应可以进进行的程程度。其其表达式式为：若系统压压力为PP（MPP），初始气体体摩尔组组成为：SO22 a%,O22 b%以1000 mool 的的初始气气体混合合物为计计算基准准，则达达平衡时时：被氧化的的SO22量： aXTT moll消消耗的的O2量：00.5aaXT mmol剩余

27、O22量：bb-0.5aXXT mool平衡时混混合气体体的量：1000-0.5 aaXT mmol故氧的分分压可以以表示为为：故平衡转转化率为为：2.1.1 最最佳温度度的选择择 SO22氧化成成为SOO3 的反反应是可可逆放热热反应，反反应温度度对反应应的影响响很大。从从平衡转转化率的的角度，温温度低，平平衡转化化率就高高，操作作温度低低有利；从反应应速率的的角度，温温度高，反反应速率率就快，操操作温度度高有利利，但是是催化剂剂有活性性范围，太太高太低低都不行行。反应是由由化学动动力学控控制，可可由动力力学模型型用一般般求极值值的方法法导出最最佳温度度计算公公式：其中， TTm最佳温温度

28、TTe 平衡温温度R -气体常常数 EE1 E2 正逆反反应活化化能 最佳温温度与平平衡温度度关系式式是根据据反应动动力学导导出的。当当催化剂剂颗粒较较大时，内内扩散影影响不能能忽略，此此时宏观观动力学学模型很很复杂，需需要用催催化剂表表面利用用率作修修正。此此外，如如果最佳佳温度的的计算值值超过了了催化剂剂的活性性温度范范围，必必须用催催化剂的的活性温温度来确确定操作作温度，也也就是说说最佳温温度要在在催化剂剂的活性性温度范范围内才才有意义义。2.1.2 SO2最适宜宜浓度的的选择SO2最最适宜浓浓度必须须要保证证产量和和最大经经济效益益。硫酸酸产量决决定于送送风机的的能力。硫硫酸厂系系统的

29、阻阻力的770%集集中在转转化器的的催化剂剂层。SSO2的浓度度过低，将将会影响响硫酸的的产量。但但要是增增加SOO2的浓度度，又必必须要增增加催化化剂的填填装量。也也就增加加了催化化剂层的的的阻力力。SOO2最适宜宜浓度和和催化剂剂层的阻阻力有很很大的关关系。实实践中，在在两转两两吸的工工艺条件件下，SSO2的进口口浓度在在9.88%最适适宜。2.1.3 SSO2氧化反反应动力力学二氧化硫硫在催化化剂表面面上氧化化成三氧氧化硫的的过程一一般认为为分四步步进行:1.催化化剂表面面活性中中心吸附附氧分子子，使氧氧分子中中原子间间的键断断裂成为为活泼的的氧原子子；2.催化化剂表面面的活性性中心吸吸

30、附二氧氧化硫分分子；3.彼吸吸附的二二氧化硫硫和氧原原子之间间进行电电子的重重新排列列，化合合成为三三氧化硫硫分子；4.三氧氧化硫分分子从催催化剂表表面脱附附下来，进进人气相相。上述过程程总反应应式为: 这四步步中，对对于钒催催化剂来来说，氧氧的吸附附最慢，是是整个催催化氧化化过程的的控制步步骤。国国际上对对SO2在钒催催化剂上上氧化反反应动力力学进行行过系统统研究，由由于催化化剂的结结构、特特性以及及实验条条件不同同，所得得到的动动力学方方程也不不相同，至至今比较较认可的的是波列列斯科夫夫方程。但但是国内内学者向向德辉考考虑到逆逆反应速速度的影影响，提提出了SSO2在钒催催化剂上上进行氧氧化

31、反应应的本征征动力学学模型。（SO2，O2的起始浓度a，b以及转化率X ）SO2的的摩尔分分率将此三式式代入动动力学方方程式便便可得：2.1.4催化化剂的选选择在硫酸生生产过程程中,研研制耐高高温高活活性催化化剂相当当重要,普通催催化剂允允许起始始的(SOO2)在110%以以下,若若能提高高它们的的耐热性性,在高高温下仍仍能长期期的保持持高活性性,就可可以允许许大大提提高起始始的(SOO2),不不但能增增加生产产能力,降低生生产成本本,而且且能获得得满意的的SO22转化率率.现在在我国广广为采用用的是SS1011-2HH型、SS1077-1HH型和SS1088-H型型三种催催化剂,它们为为环状

32、钒钒催化剂剂.比较较先进的的有S1101-2H(Y)型型、S1107-1H(Y)型型,它们们是菊花花环状钒钒催化剂剂,床层层阻力降降比上述述二系列列催化剂剂基本相相同,催催化剂化化学成分分同上述述二系列列相同，主主催化剂剂为V22O5,助催催化剂为为K2O、KK2SO、MMO3等.将SO2氧化SOO3的催化化剂主要要有三种种：金属属铂、金金属氧化化物（主主要是氧氧化铁）和和钒催化化剂。铂催化剂剂：主要要成份为为铂锗钯三元元素合金金，活性性高，热热稳定性性好，机机械强度度高。但但价格昂昂贵，加加大了成成本，且且易中毒毒。并且且不能混混有银、铜铜、铝，尤尤其是铁铁等少量量杂质，所所以在硫硫酸生产产

33、中不宜宜采用铂铂催化剂剂。氧化铁催催化剂：主要成成份三氧氧化二铁铁(Fe2O3)，该催催化剂虽虽然价廉廉易获得得，但只只有在6640以上高高温时才才具有活活性，转转化率一一般只有有45-50%，工业业上也不不宜采用用氧化铁铁催化剂剂。钒催化剂剂: 钒催催化剂是是以V2O5作为活活性成分分辅以碱碱金属的的硫酸盐盐作为助助催化剂剂。，以以硅胶，硅硅藻土，硅硅酸铝等等用作载载体的多多组分催催化剂。钒钒催化剂剂的化学学成分一一般为：V2O5 5-9；K2O 99-13；Na2O 11-5；SO3 100-20；SiOO250-70，并含有有少量的的Fe2O3、Al2O3、CaOO、MgOO和水分分等。

34、产产品一般般为圆柱柱形，直直径4-10mmm,长长6-115mmm。也有有做成环环形，片片状或圆圆形。活活性高，热热稳定性性好，有有较高的的机械强强度高，且且价格便便宜易获获得。 因此在在硫酸工工业生产产中得以以广泛的的应用。以前国内内钒催化化剂广泛泛采用的的是S1101型型。如净净化指标标好,操操作温度度和气浓浓控制稳稳定,炉炉气中SSO2浓浓度为77%时，转转化率可可达977%，88%时转转化率可可达955%-996%。设设计采用用的最终终转化率率，对于于一次性性转化的的小型厂厂一般取取96%，中型型厂可用用四或五五段，用用五段时时一般用用炉气冷冷激或空空气冷激激调节进进入催化化剂层的的温

35、度。两两次转化化的设计计大多用用四段(少数用用五段)。S1077-1HH型和SS1077-1HH（Y）型型催化剂剂的起燃燃温度为为3600-3770，正常常使用温温度为4480-5880，适合合作“引燃层层”催化剂剂（低温温钒催化化剂）。SS1011-2HH型和SS1011-2HH（Y）型型催化剂剂的起燃燃温度为为3800-3990，正常常使用温温度为4420-6330，适合合作“主燃层层”催化剂剂（中温温钒催化化剂）。在二次转转化流程程中如果果使用低低温钒催催化剂，可可使第一一段催化化剂层和和第四段段催化剂剂层的进进气温度度降低115-200，最终终转化率率也会有有所提高高。因此此催化剂剂S

36、1007和SS1011两者相相比，选选用S1107更更为合适适。所以以在本设设计中催催化剂采采用国产产的S1107型型催化剂剂。S1077催化剂剂的主要要物理化化学性质质见下表表：表2.11 SS1077催化剂剂主要物物理化学学性质表表颗粒尺寸寸(mmm)5(110115) 圆柱形形堆积密度度Kg/L0.5-0.66机械强度度15起燃温度度 （）360 3770正常使用用温度（）4805800最高耐热热温度（）600反应速率率常数可可以直接接使用以以下计算算公式： 而转化率率小于660%，温温度低于于4600时则用用下式：2.2 重点设设计工序序的生产产方法选选择论证证【5】2.2.1 干吸流

37、流程的选选择论证证【6】“两转两两吸”硫酸生生产装置置,干燥和和吸收系系统一般般均设有有“塔槽泵酸冷却却器塔”的浓硫硫酸循环环过程,常见的的干燥吸吸收流程程有以下下四种。流程一：三塔三三槽三泵泵流程：图2.11三塔三三槽三泵泵流程示示意流程二：三塔两两槽三泵泵干燥吸吸收各自自独立流流程：图2.22三塔两两槽三泵泵干燥吸吸收各自自独立流流程示意意该流程沿沿用矿制制酸和冶冶炼烟气气制酸的的干燥和和吸收工工艺,按按循环槽槽数量可可分为”三塔三三槽”工艺流流程见图图2.11和”三塔两两槽”工艺流流程见图图2.22”三塔三三槽”工艺流流程系指指干燥塔塔、一吸吸塔、二二吸塔分分别具有有各自独独立的循循环酸

38、系系统繁荣荣流程; ”三塔塔两槽”工艺流流程系指指干燥塔塔配有独独立循环环槽、而而两台吸吸收塔合合用一台台循环槽槽的流程程各循环环酸系统统的浓度度靠相互互间的串串酸和加加水控制制。 流程三：三塔两两槽三泵泵干燥酸酸与一吸吸酸混合合流程图2.33三塔两两槽三泵泵干燥酸酸与一吸吸酸混合合流程示示意流程四：三塔一一槽一泵泵流程图2.44三塔塔一槽一一泵流程程示意四种干吸吸流程的的特点见见下表：表2.22 四种种干洗流流程对比比表流程特点相对投资资额/11流程一流程长、设设备多,控制点点多,串酸量量大,酸泵及及酸冷却却器材料料的耐腐腐蚀要求求高,装置占占地面积积大,尾气排排放的SSO2量小,投资额额高

39、1.000流程二控制点略略少,串酸量量大,酸泵及及酸冷却却器材料料的耐腐腐蚀要求求略高,尾气排排放的量略大,硫的损损失略高高,投资额额中等0.900流程三控制点略略少,串酸量量小,酸泵及及酸冷却却器材料料的耐腐腐蚀要求求略低,尾气排排放的SSO2量小,投资额额中等0.900流程四流程短,设备少少,控制点点少,无需串串酸,装置占占地面积积小,尾气排排放的SSO2量略大大,投资省省0.855通过对上上述四种种干吸流流程的分分析比较较,对于目目前国内内大、中中型硫磺磺制酸装装置,认为干干吸流程程宜采用用流程三三（三塔塔两槽三三泵干燥燥酸与一一吸酸混混合流程程），理理由如下下：1. 流流程一所所使用的

40、的管线复复杂,设备多多,控制点点多,容易造造成管道道泄漏的的点多,控制麻麻烦。第第一吸收收塔酸循循环泵输输送的循循环酸温温度较高高,这样就就对酸泵泵的耐腐腐蚀性能能提出了了较高的的要求,就国内内目前制制造酸泵泵的材料料而言,尚不能能满足要要求。而而且投资资费用较较高。 22. 流流程二与与流程三三相似,设备数数量相近近,但与流流程三相相比,由于吸吸收塔的的循环酸酸温较高高,因此酸酸循环槽槽中酸温温度较高高,对循环环酸泵和和酸冷却却器的耐耐腐蚀性性能要求求高，同同样的。国国内目前前制造酸酸泵的材材料而言言,也不能能满足要要求；又又由于流流程二的的串酸量量大,串酸管管线多,因此酸酸泵的扬扬量大,电

41、耗多多,操作费费用高，控控制点也也多。且且由于一一次转化化后炉气气中SOO2的含量量仍较大大,它在一一吸塔内内吸收时时溶解到到酸里流流入酸循循环槽中中,溶解在在酸中的的SO2一部分分由一吸吸塔酸循循环泵送送到一吸吸塔,经解析析后进入入二次转转化,一部分分由二吸吸塔酸循循环泵送送到二吸吸塔中经经解析后后排入大大气,因此造造成了尾尾气中SSO2含量超超标,造成对对周围环环境的污污染及硫硫资源的的浪费。3流程程四虽然然其流程程简单、设设备数量量少、控控制点少少,但对于于大、中中型硫酸酸装置而而言,由于三三塔合一一槽,合用一一台酸循循环泵,所以酸酸泵的扬扬量大,而目前前国内大大扬量酸酸泵和酸酸冷却器器

42、的设计计及制造造尚无业业绩。无无法在实实际运用用。但相相信随着着制造业业的不断断发展,今后,此流程程将会被被逐步采采用。而而对于中中小型硫硫酸装置置(小于1660 kkt/ a) 而言,此流程程可节省省投资,操作简简便,降低操操作费用用。4. 采用流流程三的的干吸流流程（见见图2.3）,可改变变流程一一的复杂杂和繁琐琐,避免了了流程二二吸收过过程中酸酸里溶解解的SOO2在二吸吸塔解吸吸而污染染大气,解决了了流程四四中大扬扬量酸泵泵等设备备制作困困难的矛矛盾。此此外,流程一一与流程程二不仅仅适用于于硫磺制制酸装置置,也适用用于硫铁铁矿及冶冶炼烟气气等制酸酸装置,使用范范围较广广；如果果想利用用吸

43、收酸酸显热加加热锅炉炉给水,采用流流程一或或流程二二比较有有利。国国内大部部分硫磺磺制酸企企业是由由硫铁矿矿制酸改改造来的的, 干燥燥用93% 酸、吸吸收用998% 酸, 沿用用了以前前硫铁矿矿制酸的的干吸流流程, 例“3 塔3 槽”、“3 塔2 槽”(吸收合合用) 等, 这样样配管多多, 操作作复杂。由由于干燥燥的是空空气, 干燥酸酸最好用用98% 酸。中中小型硫硫磺制酸酸装置应应采用“3 塔1 槽”(混酸槽槽装有开开孔隔板板) ；大型硫硫磺制酸酸装置应应采用干干燥、第第2 吸混混酸槽合合一, 1 吸吸单独设设混酸槽槽的干吸吸流程, 这样样简化了了管道, 减少少了投资资,开车和和正常操操作更

44、加加容易, 也有有利于低低温废热热的利用用。需要要93% 酸的的企业可可采用成成品988% 酸酸加水稀稀释配制制的方法法。近年年来, 阳极保保护技术术在干吸吸工段得得到了广广泛应用用, 如阳阳极保护护不锈钢钢管壳式式浓硫酸酸冷却器器、阳极极保护不不锈钢浓浓硫酸管管道、阳阳极保护护不锈钢钢槽管式式分酸器器、阳极极保护不不锈钢混混酸槽等等, 大大大降低了了设备腐腐蚀速率率, 延长长了设备备的使用用寿命, 提高高了浓硫硫酸的质质量, 提高了了系统的的开车率率, 值得得推广。2.2.2 转转化流程程的选择择论证【7】自从200世纪660年代代来硫酸酸生产中中SO2转化工工艺最大大的进步步是采用用了了两

45、两次转化化、两次次吸收的的工艺，即即两转两两吸。该该工艺的的关键是是保持转转化工序序的热量量平衡，使使转化反反应维持持在某一一理想的的温度下下进行。无论采用用何种型型式的转转化器,都必须须充分考考虑以下下五个因因素:1. 转转化器设设计应该该使SOO2 转化化反应尽尽可能地地在接近近于适宜宜温度条条件下进进行,单单位硫酸酸产量需需用触媒媒量要少少,一段段出口温温度不要要超过6600。2. 转转化器生生产能力力要大,单台转转化器能能力要与与全系统统能力配配套,不不要搞多多台转化化器。本本世纪初初转化器器能力仅仅有155t/dd,一套套硫酸系系列需数数台转化化器并联联操作,操作麻麻烦不好好管理,耗

46、用材材料多,占地面面积大。气气体分布布不匀,转化率率低。现现在单台台转化器器能力日日产硫酸酸已达到到千吨以以上,个个别厂已已高达220000t的规规模。3. 靠靠SO22反应放放出的热热量,应应能维持持正常操操作,不不要从外外界补充充加热,亦即要要求达到到”自热”平衡。4. 设设备阻力力要小,并能使使气体分分布均匀匀,以减减少动力力消耗。5. 设备结构构应便于于制造、安安装、检检修和操操作，要要力求简简单，使使用寿命命要长，投投资要少少。现在我国国两转两两吸大多多采用“3+11”四段转转化和“3+22”五段转转化的工工艺。在在同规模模、同转转化率的的硫磺装装置中，这这两种转转化工艺艺在设计计上

47、的主主要区别别如下：在同等规规模。最最终转化化率相等等的硫磺磺制酸装装置中，采采用这两两种转化化工艺在在设计上上主要有有以下不不同:1. 催催化剂填填量不同同，SOO2氧化为为SO3的化学学反应是是可逆放放热反应应，只有有在低温温下平衡衡转化率率高，由由于反应应活化能能高，因因此工业业上需要要用催化化剂使反反应在不不太高的的温度下下进行的的足够快快。对于于一定组组分的原原料气在在某一催催化剂下下反应，为为达到一一定的SSO2转化率率，其反反应速率率有一个个极大植植，所对对应的反反应温度度为最佳佳温度。随随着反应应转化率率的提高高，最佳佳温度逐逐渐下降降。因此此随着反反应的进进行，要要采取相相应的方方法来降降低反应应的温度度。转化化反应的的速度决决定了炉炉气在反反应中需需要的接接触时间间，也就就决定了了催化剂剂的用量量。转化化反应分分段越多多，其反反应温度度就越接接近最佳佳温度，催催化剂的的用量在在理论上上也就越越少。采采用“3+11”四段转