年产40万吨铜冶炼烟气制酸系统转化工艺恒算Word文件下载.doc

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张辉

2015年3月25日

目录

摘要：

1

ABSTRACT:

第一章　文献综述 2

第二章工艺说明书 4

2.1概述 4

2.1.1产品规模和规格 4

2.1.2工艺方案叙述 4

2.2装置设计说明 4

2.1.1工艺原理 4

2.2.2工艺流程说明 5

2.2.3主要设备选型说明 5

2.2.4化工原材料规格及用量 5

第三章转化工序物料衡算与热量衡算 6

3.1转化工序流程示意图及简要说明 6

3.2确定各段进口温度及转化率 6

3.2.1温度与平衡转化率的关系 6

3.2.2最适宜温度与转化率的关系 7

3.2.3确定操作线 7

3.2.4各段进口温度及转化率 8

3.3转化工序物料衡算 9

3.3.1进转化器一段气体量及成分 10

3.3.2出一段气体量及成分 10

3.3.3出二段气体量及成分 10

3.3.4出三段气体量及成分 10

3.3.5出四段气体量及成分 10

3.4转化器各段的热量衡算 12

3.4.1转化一段反应热量和出口温度 12

3.4.2转化二段反应热量和出口温度 14

3.4.3转化三段反应热量和出口温度 16

3.4.4转化四段反应热量和出口温度 17

第四章安全备忘录 21

4.1概述 21

4.2二氧化硫和硫酸的危害 21

4.3二氧化硫和硫酸运输、使用等应注意的事项以及如何防护 22

第五章环境保护与治理建议 23

5.1三废主要来源 23

5.1.1废气 23

5.1.2废水 23

5.1.3矿渣 23

5.2三废处理方案 23

5.2.1废气 23

5.2.2废水 23

5.2.3废渣 24

设计小结 25

参考文献 26

致谢 27

本设计是进行400Kt/铜冶炼烟气制酸转化系统工艺设计，首先，通过制定两转两吸接触法作为主工艺路线，画出工艺流程图，再绘制X-T平衡曲线和最适温度曲线，根据转化入口原料气的组成，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，根据操作线来进行物料衡算和热量衡算，完成工艺说明书，安全备忘录，即完成课程设计说明书。

【关键词】：

铜冶炼烟气，两转两吸接触法，SO2触媒，物料横算，热量衡算

Abstract:

Theconversionsystemof400Kt/acoppersmeltoffgassulfuricacid-makingprocessisdesignedonthispaper.Firstly,thedoubleconversionanddoubleabsorptionofcontactingtechnicsisselectedasthemainprocess,andthentheflowchartandequilibriumtemperaturecurveandoptimumtemperaturecurvearedrawcorrodingtheabovementions.Accordingtothecompositionofconversionsectioninletgas,theequilibriumtemperaturecurveandoptimumtemperaturecurve,thelowestreactingtemperatureofcatalyst,todrawtheoperationlineofconversionforfourcatalystbedperformance,andthecalculationofmassbalanceandheatbalancewillbedoneafterdrawingtheoperatinglineoffourperiods.Atlast,completetheprocessmanualandsafetyprocedure,tofinishalldesign.

【Keyword】coppersmeltoffgas,doubleconversionandabsorption,SO2catalyst,massbalance,heatbalance

第一章　文献综述

硫酸是一种重要的基本化工原料，广泛应用于各个工业部门。

硫酸的产量常被用作衡量一个国家工业发展水平的标志。

硫酸主要用于生产化学肥料、合成纤维、涂料、洗涤剂、致冷剂、饲料添加剂和石油的精炼、有色金属的冶炼，以及钢铁、医药和化学工业。

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[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，放在蒸馏釜中锻烧而制得硫酸的方法。

在锻烧过程中，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。

　　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。

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。

酶进行这样一次绝热反应称为一段。

为了达到较高的最终转化率，必须采取多段催化转化。

一次转化、一次吸收流程：

所谓一次转化、一次吸收是指SO2经过多段转化后只经过一个或串联两个吸收塔，吸收其中SO3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排放量，保护环境。

这种方法的特点是：

1.最终转化率高；

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。

第二章工艺说明书

2.1概述

2.1.1产品规模和规格

2.1.1.1年操作日：

300天/年

2.1.1.2生产方式：

连续生产

2.1.1.3生产能力：

转化处理烟气量122315Nm3/h，硫回收率98.84%，二氧化硫转化率≥99.8%，废酸排放量288m3/d，排放酸浓度49.6g/L，其中SO2含量822mg/m3，酸雾含量3.1mg/m3；

尾气污染物含量均低于《大气污染物综合排放标准》（GB16297-1996）的相关规定，满足排放要求。

2.1.1.4产品规格：

根据硫平衡计算，硫酸产量40万吨/年（100%H2SO4），产品酸规格98.5%，质量符合标准《工业硫酸》（GB/T534-2002）中一级品的要求。

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两转两吸的工艺流程，即将二氧化硫经过三段转化后进入一吸塔吸收，吸收一次转化生成的SO3，而后，剩余的SO2返回转化工序，通过四段触媒，进行二次转化后，再返回二吸塔吸收生成的SO3，吸收达标的尾气排放。

转化工艺采用四段3+1两次转化，一次转化以后生成的SO3被一吸塔吸收以后，吸收率99.99%以上，将一次转化所生成的SO3移除烟气的气象组分，减少生成物，有利于提高二次转化的反应推动力和正反应速率，SO2转化率将达到99.。

2.2装置设计说明

2.2.1为确保总转化率≥99.8%，转化触媒采用进口高效触媒，部分为低温触媒。

2.2.2SO2鼓风机采用进口产品。

目前国内SO2风机的的制造水平，通常采用一用一备的配置，这样，不但增加了占地，而且维护量较大、设备利用率低。

2.2.3转化热交换器及SO3冷却器选用新型急扩加速流缩放管壳式换热器。

该换热器采用双面强化传热的缩放型传热管，对管内外两侧气体均有促进界面湍流，强化对流传热，使得总传热系数可达36W/（m2·

K），节省了传热面积；

该换热器采用空心环管间支承结构，可降低流体阻力，且壳程环状进出口不易积垢，有利于降低能耗。

2.1.1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

转化工艺采用四段3+1两次转化，III，I——IV，II换热流程。

图1转化工序流程图

从SO2鼓风机出来的烟气，依次通过III、I换热器，与三段转化、一段转化后的高温烟气进行换热后，气体升温至430℃，进入一段转化，在此，烟气中的大部分SO2被转化成SO3，反应放出的