工業(yè)硫酸生產(chǎn)工藝及用能特點

1、工業(yè)硫酸生產(chǎn)工藝及用能特點工業(yè)硫酸生產(chǎn)工藝及用能特點（一）生產(chǎn)工藝流程硫酸被譽(yù)為“化學(xué)工業(yè)之母”，廣泛用于各個工業(yè)部門。硫酸的生產(chǎn)在早期采用硝化法，設(shè)備生產(chǎn)效率低，產(chǎn)品濃度低。目前，硝化法逐漸被接觸法所取代。接觸法是冶煉煙氣制酸主要的生產(chǎn)方法，普遍采用釩觸媒做催化劑，由于釩觸媒對煙氣成分及有害雜質(zhì)有嚴(yán)格要求，所以原料不同，產(chǎn)生不同的接觸法制酸工藝，綜合起來，接觸法制酸的基本過程如下：原料處理SO2 爐氣制取 凈化SO2 轉(zhuǎn)化 SO3 吸收 尾氣吸收首先從含硫原料中制造出含有二氧化硫和氧氣的氣體，然后將含二氧化硫和氧氣的氣體接觸氧化成三氧化硫氣體（轉(zhuǎn)化過程），再將三氧化硫與水結(jié)合即生產(chǎn)出硫酸（吸

2、收過程）。轉(zhuǎn)化過程必須采用觸媒催化，吸收過程采用濃硫酸吸收，三氧化硫與濃硫酸中的水分結(jié)合再補(bǔ)充適量水制成成品硫酸。硫酸的生產(chǎn)根據(jù)使用含硫原料的不同可以分為 3 大類：硫磺制酸、硫鐵礦制酸和煙氣制酸。1. 硫磺制酸硫磺制酸主要工序包括熔硫工序、焚硫工序、轉(zhuǎn)化吸收工序。工藝上一般采用快速熔硫、液硫機(jī)械過濾、機(jī)械霧化焚硫技術(shù)，采用“3+1”或“3+ 2”兩轉(zhuǎn)兩吸工藝，并采用中壓鍋爐和省煤器回收焚硫和轉(zhuǎn)化工序的余熱，產(chǎn)生中壓過熱蒸汽。熔硫工序：外購硫磺經(jīng)皮帶輸送至快速熔硫槽，通過間接加熱、攪拌成為液體硫磺，溢流至粗硫槽后，經(jīng)粗硫泵打入經(jīng)過液硫過濾器過濾，過濾后的合格液硫進(jìn)入中間槽，經(jīng)中間槽泵打到液硫貯

3、罐貯存以備焚硫工段使用。在熔硫過程中由低壓蒸汽提供熱源。1硫磺蒸汽冷凝液快速熔硫槽液硫酸循環(huán)槽液硫過濾器循環(huán)酸液硫空氣空氣干燥塔焚硫爐高溫爐氣除鹽水除鹽水蒸汽過熱蒸汽發(fā)電省煤器余熱鍋爐過熱器爐氣混合氣轉(zhuǎn)化器混合氣（兩轉(zhuǎn)兩吸）混合氣吸收塔循環(huán)酸酸循環(huán)槽尾氣處理排放成品酸儲罐成品酸圖 1 硫磺制酸工藝流程圖焚硫工序：來自熔硫工序的精制液硫，由液硫泵加壓后經(jīng)機(jī)械噴嘴噴入焚硫爐，焚硫所需的空氣經(jīng)空氣鼓風(fēng)機(jī)鼓入干燥塔，在干燥塔內(nèi)與 98%濃硫酸逆向接觸，吸收空氣中的水分，然后進(jìn)入焚硫爐與硫蒸氣混合燃燒生成含 SO212%左右、溫度在 1000左右的的高溫爐氣，經(jīng)余熱鍋爐回收熱量后，溫度降至 430左右進(jìn)

4、入轉(zhuǎn)化工序。轉(zhuǎn)化吸收工序：轉(zhuǎn)化吸收普遍使用兩轉(zhuǎn)兩吸工藝，以“3+1”兩轉(zhuǎn)兩吸工藝為例，經(jīng)余熱鍋爐回收熱量后的爐氣先進(jìn)入轉(zhuǎn)化器一段催化劑床層進(jìn)行反應(yīng)，出口氣體溫度升至 600左右，然后進(jìn)入高溫過熱器降溫再進(jìn)入轉(zhuǎn)化器二段催化劑床層進(jìn)行反應(yīng)；二段出口氣體溫度升高后進(jìn)入換熱器換熱降2溫，再進(jìn)入轉(zhuǎn)化器三段催化劑床層進(jìn)行反應(yīng)；三段出口氣體溫度升高后依次經(jīng)換熱器和省煤器換熱，溫度降至 180左右進(jìn)入第一吸收塔，與 98%的濃硫酸接觸吸收其中的三氧化硫，未被吸收的氣體通過塔頂?shù)某鞒テ渲械乃犰F后，依次通過冷、熱換熱器換熱，利用轉(zhuǎn)化二、三段的余熱升溫后進(jìn)入轉(zhuǎn)化器四段然后依次經(jīng)低溫過熱器和省煤器換熱，溫度降至

5、 170左右進(jìn)入第二吸收塔，與 98%濃硫酸接觸吸收其中的三氧化硫，剩余尾氣經(jīng)脫硫洗滌后放空。2. 硫鐵礦制酸硫鐵礦制酸主要流程包括焙燒、凈化、干燥、兩次轉(zhuǎn)化、兩次吸收等。焙燒工序：焙燒工序的主要流程為沸騰焙燒爐余熱鍋爐旋風(fēng)除塵器電除塵器。含硫 2025%、含水 5%左右的硫鐵礦經(jīng)熱風(fēng)爐熱風(fēng)干燥后，通過皮帶給料機(jī)連續(xù)均勻地送至沸騰爐焙燒。沸騰爐出口爐氣 SO2 濃度 13%、溫度約 950左右，該爐氣經(jīng)余熱鍋爐后，溫度降至 400左右，然后通過旋風(fēng)除塵器、電除塵器除塵，進(jìn)入凈化工序。3空氣燃料熱風(fēng)熱風(fēng)爐除鹽水循環(huán)酸槽循環(huán)酸低溫余熱回收硫鐵礦干燥器沸騰爐煙氣余熱鍋爐除塵酸洗凈化干燥塔轉(zhuǎn)化器（兩轉(zhuǎn)

6、兩吸）吸收塔尾氣處理排放除塵尾氣排放爐渣顯熱回收蒸汽爐渣污酸廢酸處理酸泥處理酸泥工藝水93%濃硫酸更濃的硫酸酸 （循 串環(huán) 酸系 ）統(tǒng)98%濃硫酸更濃的硫酸成品硫酸圖 2硫鐵礦制酸工藝流程圖凈化工序：凈化工序采用稀酸洗凈化，煙氣凈化流程為焙燒工序出口煙氣動力波洗滌器填料冷卻塔一級電除霧器二級電除霧器。由電除塵器來的爐氣，進(jìn)入動力波洗滌器，用濃度約 15%的稀硫酸除去一部分礦塵，然后進(jìn)入填料塔，進(jìn)一步除去礦塵、砷、氟等有害物質(zhì)再經(jīng)電除霧器除去酸霧，經(jīng)凈化后的氣體進(jìn)入干吸工序。凈化系統(tǒng)熱量由填料冷卻塔循環(huán)酸泵出口設(shè)置的稀酸板式換熱器移走。為防止煙塵在洗滌循環(huán)酸中的富集，而影響煙氣冷卻凈化效果，在動

7、力波循環(huán)酸泵出口抽出部分循環(huán)酸進(jìn)入斜板管沉降器，進(jìn)行固液分離，上清液部分通過 SO2 脫吸后進(jìn)行稀酸蒸發(fā)，部分返回4一級動力波洗滌器循環(huán)使用。干吸工序：自凈化工序來的含 SO2爐氣，補(bǔ)充一定量空氣后進(jìn)入干燥塔。塔內(nèi)用 93%硫酸淋灑，吸水稀釋后自塔底流入干燥塔循環(huán)槽，槽內(nèi)配入由吸收塔酸冷卻器出口串來的 98%硫酸，以維持循環(huán)酸的濃度。增多的 93%酸全部通過干燥塔循環(huán)泵串入一吸塔。氣體經(jīng)干燥后含水份 0.1g/Nm3以下，由二氧化硫鼓風(fēng)機(jī)送入轉(zhuǎn)化器。經(jīng)一次轉(zhuǎn)化后的氣體進(jìn)入一吸塔，吸收其中的 SO3，經(jīng)塔頂?shù)睦w維除霧器除霧后，返回轉(zhuǎn)化系統(tǒng)進(jìn)行二次轉(zhuǎn)化。經(jīng)二次轉(zhuǎn)化的轉(zhuǎn)化氣進(jìn)入二吸塔吸收其中的 SO

8、3，經(jīng)塔頂?shù)慕饘俳z網(wǎng)除霧器除霧后，進(jìn)入尾吸塔進(jìn)行尾氣處理，最后通過煙囪達(dá)標(biāo)排放。第一吸收塔和第二吸收塔均為填料塔，共用一個酸循環(huán)槽，淋灑酸濃度為 98%，吸收 SO3 后的酸自塔底流入吸收塔循環(huán)槽混合，加水調(diào)節(jié)酸濃至 98%，然后經(jīng)吸收塔循環(huán)泵打入吸收塔酸冷卻器冷卻后，進(jìn)入吸收塔循環(huán)使用。增多的 98%硫酸，一部分串入干燥塔循環(huán)槽，一部分作為成品酸經(jīng)過成品酸冷卻器冷卻后直接輸入成品酸貯罐。轉(zhuǎn)化工序：轉(zhuǎn)化反應(yīng)為放熱反應(yīng)，為提高轉(zhuǎn)化效率需要移除系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量。以“ ”換熱流程為例，經(jīng)干燥后的爐氣通過二氧化硫鼓風(fēng)機(jī)升壓，經(jīng)第換熱器和第換熱器換熱后進(jìn)入轉(zhuǎn)化器。第一次轉(zhuǎn)化分別經(jīng)一、二、三段催化劑層反應(yīng)和

9、、換熱器換熱，轉(zhuǎn)化率達(dá)到 95.5%，反應(yīng)換熱后的爐氣經(jīng)降溫后進(jìn)入第一吸收塔吸收 SO3，再分別經(jīng)過第和第換熱器換熱后，進(jìn)入轉(zhuǎn)化器四段進(jìn)行第二次轉(zhuǎn)化，總轉(zhuǎn)化率能達(dá)到 99.8%以上，二次轉(zhuǎn)化氣經(jīng)第換熱器換熱后進(jìn)入第二吸收塔吸收 SO3。3. 冶煉煙氣制酸煙氣制酸冶煉煙氣主要來自銅、鎳、鉛、鋅和黃金等 5 類金屬，是冶煉裝置附屬的生產(chǎn)系統(tǒng)。煙氣制酸中，干法凈化冷凝成酸工藝已被淘汰；稀酸洗凈化單接觸法工藝（一轉(zhuǎn)一吸）應(yīng)用較少；稀酸洗凈化雙接觸法工藝（兩轉(zhuǎn)兩吸），因硫利用率高、硫酸質(zhì)量好、SO2 排放容易達(dá)標(biāo)而得到廣泛應(yīng)用；非穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)化法制酸工藝適用于低 SO2 濃度的冶煉煙氣，如 SO2 濃度3.5

10、%的冶煉煙氣，在中5小型鉛、銅等冶煉廠較為適用。我國有色金屬冶煉煙氣制酸主要采用兩轉(zhuǎn)兩吸法。稀酸洗凈化雙接觸法煙氣制酸是采用稀酸凈化、兩次轉(zhuǎn)化、兩次吸收的常壓接觸法制酸工藝。工序流程可分為：凈化工序、干吸工序、轉(zhuǎn)化工序。煙氣流程為煙氣一級動力波空氣冷卻塔二級動力波電除霧器干燥塔轉(zhuǎn)化器一吸塔轉(zhuǎn)化器二吸塔尾氣排空。凈化工序：由收塵系統(tǒng)排風(fēng)機(jī)出來的高溫冶煉煙氣（ 300左右）送入硫酸車間凈化工序。該煙氣首先在一級動力波洗滌器中冷卻和洗滌除雜質(zhì)，再進(jìn)入氣體冷卻塔進(jìn)行進(jìn)一步冷卻及除雜質(zhì)，然后又進(jìn)入二級動力波洗滌器再次凈化。此時煙氣中絕大部分煙塵、砷及氟等雜質(zhì)已被清除，同時煙氣溫度降至 35左右,然后通過

11、電除霧器除下酸霧，煙氣中夾帶的少量砷、氟、塵等雜質(zhì)也進(jìn)一步被清除。凈化后的煙氣送往干吸工序。6空氣燃料熱風(fēng)熱風(fēng)爐除鹽水循環(huán)酸槽循環(huán)酸低溫余熱回收硫鐵礦干燥器沸騰爐煙氣余熱鍋爐除塵酸洗凈化干燥塔轉(zhuǎn)化器（兩轉(zhuǎn)兩吸）吸收塔尾氣處理排放除塵尾氣排放爐渣顯熱回收蒸汽爐渣污酸廢酸處理酸泥處理酸泥工藝水93%濃硫酸更濃的硫酸酸 （循 串環(huán) 酸系 ）統(tǒng)98%濃硫酸更濃的硫酸成品硫酸圖 3煙氣制酸工藝流程圖凈化工段中的第一級動力波洗滌器、氣體冷卻塔及第二級動力波洗滌器均有單獨的稀酸循環(huán)系統(tǒng)。氣體冷卻塔的循環(huán)酸通過板式換熱器進(jìn)行換熱。稀酸采取由稀向濃、由后向前的串酸方式。引出的廢酸由一級洗滌器循環(huán)槽中根據(jù)廢酸生成

12、量和廢酸的含砷、含塵量抽出一定的量送至沉降槽沉降。沉降槽的底流送入壓濾機(jī)進(jìn)行壓濾，濾餅因含有價金屬可直接外售或返回熔煉系統(tǒng)，濾液及沉降槽的上清液進(jìn)入上清液貯槽，再用泵送至脫吸塔，脫吸塔脫吸后的氣體送入火法冶煉系統(tǒng)電除塵前煙氣管道，脫吸后的廢酸流入污酸處理工序。7轉(zhuǎn)化工序：以四段“ 3+1”式雙接觸工藝、“ ”換熱流程為例，由凈化工序通過SO2 鼓風(fēng)機(jī)送來的冷 SO2 氣體，俗稱一次氣，利用第熱交換器和第熱交換器被第四段和第一段觸媒層出來的熱氣體加熱后進(jìn)入轉(zhuǎn)化器一段觸媒層經(jīng)第一、二、三段觸媒層催化氧化后轉(zhuǎn)化為 SO2 轉(zhuǎn)化率約為 95%的 SO3 氣體，經(jīng)各自對應(yīng)的換熱器換熱后送往第一吸收塔吸收

13、 SO3 制取硫酸。第一吸收塔出來的未反應(yīng)的冷 SO2氣體，俗稱二次氣，利用第熱交換器和第熱交換被第三段、第二段觸媒出來的熱氣體加熱后，進(jìn)入轉(zhuǎn)化器四段觸媒層進(jìn)行第二次轉(zhuǎn)化。經(jīng)催化轉(zhuǎn)化后，總轉(zhuǎn)化率99.8%的 SO3氣體，經(jīng)第熱交換器換熱后送往第二吸收塔吸收 SO3 制取硫酸。干吸工序：干吸工序普遍采用一級干燥、二次吸收，循環(huán)酸泵后冷卻的流程與雙接觸轉(zhuǎn)化工藝相對應(yīng)。來自凈化工段經(jīng)二級電除霧器的煙氣在干燥塔入口加入空氣調(diào)節(jié)氧硫比后進(jìn)入干燥塔，在塔內(nèi)與塔頂噴淋下來的 93%硫酸充分接觸，經(jīng)絲網(wǎng)捕沫器捕沫，使出口煙氣含水率0.1g/Nm3后進(jìn)入 SO2鼓風(fēng)機(jī)。來自一次轉(zhuǎn)化的 SO3煙氣進(jìn)入第一吸收塔，

14、在塔內(nèi)與塔頂噴淋下來的約 98%的濃硫酸充分接觸，吸收煙氣中的 SO3生成硫酸，煙氣經(jīng)纖維除霧器后進(jìn)入轉(zhuǎn)化工段進(jìn)行二次轉(zhuǎn)化。經(jīng)二次轉(zhuǎn)化的 SO3煙氣進(jìn)入第二吸收塔吸收煙氣中的 SO3 生成硫酸，尾氣經(jīng)治理后排空。干燥塔、第一吸收塔以及第二吸收塔均設(shè)有單獨的酸循環(huán)系統(tǒng)，循環(huán)方式均為塔槽泵酸冷卻器塔。干燥塔循環(huán)酸吸收煙氣中的水分后濃度有所降低，而第一吸收塔和第二吸收塔的循環(huán)酸吸收 SO3 后濃度有所提高，根據(jù)工藝操作要求各自需維持一定的酸濃度，為此采用干燥和吸收相互串酸和加水的方式進(jìn)行自動調(diào)節(jié)。系統(tǒng)中多余的 98%酸或者 93%酸可作成品酸產(chǎn)出。（二）用能特點1. 用能種類在硫酸生產(chǎn)過程中，消耗的

15、能源主要為電力和耗能工質(zhì)（新水、氧氣、壓縮空氣等），除此以外，硫鐵礦的干燥需要熱風(fēng)爐提供熱量，需要一部分燃料；系統(tǒng)開車時需要點火燃料（制酸系統(tǒng)開車時需要將觸媒在短時間內(nèi)預(yù)熱到工藝所需的溫度）；物料轉(zhuǎn)運過程中需要消耗柴油、汽油等能源。82. 余熱利用在硫酸生產(chǎn)過程中，硫磺焚燒、硫鐵礦焙燒、SO2 氧化、SO3 吸收、濃酸稀釋等過程都為放熱反應(yīng)，工藝過程中伴隨著著大量熱量的產(chǎn)生，這些熱量根據(jù)利用價值的高低可以分為高溫位熱能和中低溫位熱能，在液體硫磺燃燒和硫鐵礦焙燒過程中產(chǎn)生的高溫?zé)煔獾挠酂釣楦邷匚粺崮埽D(zhuǎn)化吸收、濃酸稀釋過程中產(chǎn)生的熱能以及沸騰爐爐渣顯熱等熱量為中低溫位熱能。在硫磺制酸工藝中，為盡量利用液體硫磺焚燒產(chǎn)生的高溫位熱能和二氧化硫轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的中溫位熱能，在焚硫爐后設(shè)置中壓火管余熱鍋爐，在轉(zhuǎn)化工序一段觸媒層后設(shè)置高溫過熱器，二段設(shè)置換熱器，三段設(shè)置換熱器和省煤器，四段設(shè)置低溫過熱器和省煤器。系統(tǒng)產(chǎn)生中壓過熱蒸汽并入蒸汽管網(wǎng)，可送至發(fā)電裝置。目前，隨著硫磺制酸配套低溫位熱能利用技術(shù)的推廣應(yīng)用，對硫磺制酸過程中余熱的利用比較充分。在硫鐵礦制酸工藝中，中高溫位熱能的利用也比較充分，在沸騰爐后設(shè)置余熱鍋爐吸收煙氣中的高溫位熱能產(chǎn)生中壓蒸汽，在轉(zhuǎn)化吸收過程中可以設(shè)置省煤器利用反應(yīng)產(chǎn)生的熱量，