年产18万吨硫酸厂的设计_毕业设计

1 毕业设计

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臵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 factory design of producing one hundred and eighty

thousand tons of sulfuric acid a year

Abstract: 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, 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 NH3•H2O and

the SO2 can be reclaimed. The capacity of our design is 180000t/a. The main

production process consists of the combustion 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

layout of oxidation process of the plant, anticorrosion and security etc.

Keywords: sulfuric acid; contact method; twice transition and twice absorption

2 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臵为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。

3

表1.1[4] 2004年全国硫酸产量（单位：万吨）

制酸品种 2004年产量 同比% 占总产量比例%

全国产量 3994.6 18.5 100

硫磺制酸 1623.6 19.3 40.6

冶炼烟气制酸 884.8 17.6 22.2

硫铁矿制酸 1431.6 9.8 35.8

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，全国两转两吸装臵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1998～2003 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1998～2003 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臵,并有部分硫铁矿制酸装臵改用硫磺为原料,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40～50 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

4 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

①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，密度随浓度的升高而降低，100% H2SO4℃时，密度为1.8308g/cm3。

②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。

③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。

④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。