硫酸转化工艺课程设计年产5万吨硫酸转化工艺设计38页docWord格式文档下载.docx

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2011年12月26日

摘要

本设计进行25万吨H2SO4/年转化系统工艺设计，根据进口原料气的组成，平衡曲线和最适温度曲线以及催化剂的起燃温度、使用温度大致估计四段转化过程的操作线，再画出X—T平衡曲线和最适温度曲线，根据操作线来进行物料衡算和热量衡算，如果设定值和实际计算值相差太大，需要用方差的方法重新设定操作曲线来计算，直到设计值和计算值差不多，画出硫酸工艺流程图和一次转化工段流程图。

关键词：

硫酸；

转化工艺；

设计

Abstract

Thedesignof250,000tonsH2SO4ofeveryyearconversionsystemisinprocessdesign,accordingtothecompositionoffeedgasimports,balancecurve,theoptimumtemperaturecurve,catalystlight-offtemperatureandthetemperaturegenerallyestimatedusingfourparagraphsintotheoperationoftheprocessline,thendrawX-Tequilibriumcurveandtheoptimaltemperaturecurve,dependingontheoperatinglinetocompletethematerialbalanceandheatbalance,ifthecalculatedvalueistoolargedifferentbetweenthevalueandtheactual,youneedtoresetcurveoperationswiththemethodofthevariance,andthancalculateuntilthattheDesignvaluesandcalculatedvaluesissimilar,drawtheflowchartofsulfuricacidandaconversionsectioninflowchart.

Keyword:

H2SO4；

conversionprocess；

design

第一章文献综述

硫酸，H2SO4，相对分子质量98.078，是指SO3与H2O摩尔比等于1的化合物，或指100﹪H2SO4，外观为无色透明油状液体，密度（20℃）为1.8305g/cm3。

工业上使用的硫酸是硫酸的水溶液，即SO3与H2O摩尔比≤1的物质。

发烟硫酸是SO3的H2SO4溶液，SO3与H2O的摩尔比>

1，以为无色油状液体，因其暴露与空气中，逸出的SO3与空气中的水分结合形成白色烟雾，故称之为发烟硫酸。

硫酸用途非常广泛，无论在工业部门，还是在发展农业生产、满足人民物质生活需要、加强国防力量，都起着重要作用。

硫酸在大宗生产的化学品中产量居于前列，是最重要的化工原料之一。

硫酸最重要的用途是生产化学肥料，用于生产磷铵、重过磷酸钙、硫胺等。

在中国，硫酸产量的60％以上用于生产磷肥和复肥。

在化学工业中，硫酸是生产各种硫酸盐的主要原料，是塑料、人造纤维、染料、油漆、药物等生产中不可缺少的原料。

在农药、除草剂、杀虫剂的生产中亦需要硫酸。

在石油工业中，石油精炼需要使用大量硫酸作为洗涤剂，以除去石油产品中的不饱和烃的硫化物等杂质。

在冶金工业中，钢材加工及成品的酸洗要用硫酸；

电解法精炼铜、锌、镉、镍时，电解液需使用硫酸；

某些贵金属的精炼亦需用硫酸溶去杂质的其它金属。

在炸药及国防工业中，浓硫酸用于制取硝化甘油、消化纤维、三硝基甲苯等炸药。

原子能工业中用于浓缩铀。

运载火箭所用染料亦离不了硫酸。

我国的硫酸工业起始于19世纪70年代，在旧中国产量很少，新中国建立后，硫酸工业获得了高速发展。

传统的工艺流程是硫铁矿制酸法。

这种工艺落后，不但厂区内粉尘飞扬，矿渣如山，而且排放出大量废水、废气，严重污染周围环境，每年仅向农户支付的赔偿金和上缴的排污费占据了不少生产成本。

为了减少污染，降低生产成本改用硫磺制硫酸。

发达国家早就开始普遍推广了，由于近期进口硫磺比国内便宜，利润空间很大，大多数国内硫酸生产厂家转向用硫磺法生产硫酸。

中国是硫铁矿资源较为丰富的国家，硫铁矿产量居世界首位。

相对而言，天然和再生硫磺要少的多，因此硫铁矿是中国硫酸生产的主要原料。

用它生产的硫酸占硫酸总产量的80﹪以上，其它原料在20﹪以下，其中冶炼烟气占16﹪左右。

根据中国硫资源的特点，今后中国的制酸原料仍以硫铁矿为主，同时大力发展冶炼烟气制酸，稳健的发展硫磺制酸、石膏制酸[1]。

早在8世纪就有硝石与绿矾在一起蒸馏得到硫酸的方法。

Paracelsus记述了用绿矾（FeSO4·

7H2O）为原料，放在蒸馏釜中煅烧而制得硫酸的方法。

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时冷凝，便可得到硫酸。

在18世纪40年代以前，这种方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方法的缘故。

实验室硫酸制法：

可以用FeSO4.7H2O加强热，用冰水混合物+U型管冷凝即可，用NaOH吸收SO2，理论可得29.5%的H2SO4关键在于尾气吸收。

其他硫酸制备工艺：

1、氨酸法增浓低浓度二氧化硫气体生产硫酸方法；

2、采用就地再生的硫酸作为催化剂的一体化工艺；

3、草酸生产中含硫酸废液的回收利用；

4、从芳族化合物混酸硝化得到废硫酸的纯化与浓缩工艺；

5、从氧化钛生产过程中排出的废硫酸溶液的再生方法；

6、从稀硫酸中分离有机磷化合物和其它杂质的方法；

7、从制备2-羟基-4-甲硫基丁酸（MHA）工艺的含硫副产物中回收硫酸的方法；

8、催化氧化回收含有机物废硫酸的方法；

9、电瓶用硫酸生产装置；

10、二氧化硫源向硫酸的液相转化方法；

11、沸腾炉焙烧硫磺制备硫酸的方法；

12、沸腾炉掺烧硫磺生产装置中稀酸的回收利用；

13、高浓二氧化硫气三转三吸硫酸生产方法；

14、高温浓硫酸液下泵耐磨轴套；

15、高效阳极保护管壳式浓硫酸冷却器；

16、节能精炼硫酸炉装置；

17、精苯再生酸焚烧制取硫酸的方法；

18、利用废硫酸再生液的方法和装置；

19、利用含硫化氢的酸性气体与硫磺联合制取高浓度硫酸；

20、利用含硫化氢的酸性气体制取高浓度硫酸。

二氧化硫氧化成三氧化硫是制硫酸的关键，但是，这一反应在通常情况下很难进行。

后来人们发现，借助于催化剂的作用，可以使二氧化硫氧化成三氧化硫，然后用水吸收，即制成硫酸。

根据使用催化剂的不同，硫酸的工业制法可分为硝化法和接触法。

硝化法（包括铅室法和塔式法）是借助于氮的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，反应是在气相中进行的。

在铅室法的基础上发展起来的塔式法，开始于本世纪初期。

塔式法制出的硫酸浓度可达76%左右。

目前，我国仍有少数工厂用塔式法生产硫酸。

硝化法制得的硫酸，H2SO4含量低（<

78﹪H2SO4），杂质含量高（主要含有尘及氮氧化物），且需耗用大量硝酸或硝酸盐，远远满足不了染料、化纤、有机合成、石油化工部门的要求。

因此，次发的发展受到限制[2]。

接触法制酸几乎是世界上硫酸工业的唯一生产方法。

其原料为能够生产二氧化硫的含硫物质，一般含有硫磺、硫化物、硫酸盐、含硫化氢的工业废气（包括冶炼烟气）等。

在不同的国家中，由于本国含硫资源的不同，生产硫酸的原料路线有很大的差异，且所用原料的比重随硫资源的供给情况也有所调整。

以硫铁矿为原料的接触法硫酸生产过程是目前广泛采用的方法，它创始于1831年，在本世纪初才广泛用于工业生产。

到20年代后，由于钒触媒的制造技术和催化效能不断提高，已逐步取代价格昂贵和易中毒的铂触媒。

世界上多数的硫酸厂都采用接触法生产。

新中国成立后，即大力发展先进的接触法硫酸生产，逐步代替铅室法和塔式法。

接触法中二氧化硫在固体触媒表面跟氧反应，结合成三氧化硫，然后用98.3%的硫酸吸收为成品酸。

这种方法优于塔式法的是成品酸浓度高，质量纯（不含氮化物），但炉气的净化和精制比较复杂。

在外部换热式转化流程中，反应过程与换热过程是分开的。

气体在床层中进行绝热反应，温度升高到一定程度后，离开催化床进行降温，然后再进入下一段床层进行绝热反应。

每进行这样一次绝热反应成为一段。

为了达到较高的最终转化率，必须采取多段催化转化[3]。

一次转化、一次吸收流程：

所谓一次转化、一次吸收是指SO2经过多段转化以后只经过一个或串联两个吸收塔，吸收其中SO2后就排放。

这种流程比较简单，但转化率相对较低，一般不超过97%。

在60年代以前，我国硫酸厂大多数采用这种流程。

两次转化、两次吸收流程：

60年代以来，转化工艺流程最大的变化就是采用了两次转化、两次吸收新流程，简称为两转两吸。

这项新技术开始时，着眼于充分利用硫的资源和减少SO2气体排放量，保护环境。

这种方法的特点是：

1.最终转化率搞；

2.能够处理较高浓度的SO2气体；

3.减少尾气中SO2排放量；

4.所需换热面积较大；

5.系统阻力比一转一吸增加4-5KPa。

接触法制造硫酸的生产过程包含以下三个基本工序：

第一，由含硫原料制取含二氧化硫气体。

实现这一过程需将寒流原料焙烧，故工业上称之为“焙烧”。

第二，将二氧化硫和氧的气体催化转化为三氧化硫，工业上称之为“转化”。

第三，将三氧化硫与水结合成硫酸。

实现这一过程需将转化所得三氧化硫气体用硫酸吸收，工业上称之为“吸收”。

这样，在三个基本工序之外，再加上原料的贮存与加工，含二氧化硫气体的净化，成品酸的贮存与计量，三废处理等工序才构成一个接触法硫酸生产的完整系统。

硫铁矿制酸是辅助工序最多且最有代表性的化工过程。

前述的原料加工、焙烧、净化、吸收、三废处理，成品酸贮存和计量工序在该过程中均有[4]。

第二章工艺说明书

2.1概述

2.1.1产品规模和规格

（1）年操作日300天/年

（2）生产方式连续生产

（3）生产能力二氧化硫转化率≥98%

（4）产品规格二氧化硫转化率≥98%

2.1.2工艺方案叙述

国内生产硫酸的方法主要是用硝化法和接触法，考虑到硝化法所需设备庞大，用铅很多，检修麻烦，腐蚀设备，反应缓慢，本设计采用的是接触法，该方法制得的成品酸浓度高，纯度较高。

理论上催化氧化操作过程的段数越多，最终转化率越高，而且过程更接近于最佳温度曲线，催化剂的利用率越高。

本设计的生产过程采用一转一吸的工艺流程，即将二氧化硫经过多段转化后只经过一个或串联两个吸收塔，吸收其中SO2后就排放。

转化流程为4段间接换热式。

2.2装置设计说明

2.2.1工艺原理

二氧化硫转化通常是在不高于0.5MPa压力下进行，而且SO2、SO3浓度又较低，体系可视为理想气体。

二氧化硫氧化反应是一个可逆放热反应：

2.2.2工艺流程说明

现运用接触法一转一吸酸洗封闭流程生产硫酸，其生产工艺大致有六大工序，即：

原料预处理、SO2炉气制取、SO2气体净化、二氧化硫转化、三氧化硫吸收、“三废”处理。

这里主要介绍一下转化系统。

转化系统为一转一吸四段反应装置，因为二氧化硫转化的过程是一个放热过程，它的转化率随着温度的升高而降低，因此采用多段反应器，通过一段反应器后物料的温度升高，经冷却后通入下一段反应器继续反应，使整个反应的操作曲线在最适温度曲线附近，既保证了反应的速度，又可以达到较高的转化率。

此流程使用原