硫酸生產(chǎn)改造的畢業(yè)論文范文

1、硫酸生產(chǎn)系統(tǒng)的擴能技術(shù)改造Sulfuric acid production system renovation and expansion硫酸生產(chǎn)系統(tǒng)的擴能技術(shù)改造摘要根據(jù)理論知識結(jié)合調(diào)查結(jié)果， 對某公司硫酸生產(chǎn)裝置分工介紹擴能、節(jié)能的技術(shù)改造，使該公司的鉛鋅設備生產(chǎn)能力由5萬噸/每年提高到10萬噸/每年。關(guān)鍵詞小型硫酸裝置；擴能;節(jié)能；技改措施某公司鉛鋅設備年生產(chǎn)能力由5萬噸/年提高到10萬噸/年，相應的其制酸系統(tǒng)年生產(chǎn)能力需要提高。我的做法是從工藝和設備兩方面采取措施，在原設備盡量少改的情況下使硫酸產(chǎn)量得到大幅度的提高，同時注意節(jié)能。1、 沸騰焙燒強化焙燒，使沸騰爐的能力大幅度提高的潛力是

2、很大的，可以使產(chǎn)量成倍的增加。高強度焙燒的經(jīng)驗是高溫，沸騰層溫度達到950左右；爐底風量鼓足，風量足的標志是渣色為棕紅棕黑色；出口爐氣補氧，燃燒特殊情況產(chǎn)生的升華硫。高溫可提高硫鐵礦燃燒速度，沸騰層溫度越高在沸騰層中脫硫速度越快，脫硫率越高。沸騰層中脫硫率高，吹到沸騰層空間燃燒硫的比例少，爐頂與沸騰層溫差小，使爐子能正常操作。例如南化200Kt/a沸騰爐燒江西永平浮選礦，粒度 < 44 um(-325目)占70%以上。當沸騰層溫度提高到650時，爐頂溫度超過1000；當沸騰層溫度提高到750時，爐頂溫度 < 1000，爐子即能正常操作。爐底風量鼓足，其標志是渣色為棕紅棕黑色。其原因

3、為，沸騰層中Fe2O3的存在，可以在短時間內(nèi)補充部分央企，當投礦偏高時，就能發(fā)生反應：FeS2 + 16Fe2O3 = 11Fe3O4 +2SO2 ，這時渣色加深，可減少投礦量，從而避免了升華硫的產(chǎn)生，減少硫的損失。要不要開二次風，應根據(jù)爐子的焙燒條件而定。當渣很黑，放出的渣冒SO2時，就應加大爐底風量，而應減少二次風或關(guān)二次風，使渣色呈棕紅棕黑色；當渣色已偏紅，而塵又偏紅黑，可以適當見胡搜啊爐底風量，開二次風。特別是礦很細，還用原來爐子，焙燒強度達16.4t/(d)時，爐氣停留時間5.6 s 左右，沸騰層溫度為800 - 850，如果不開二次風，沸騰層風速降低，爐子就可以排小量渣，爐頂溫度為

4、950左右，操作穩(wěn)定。一般而言，當?shù)V的粒子越粗，溫度越高，而焙燒強度又低時，渣就容易變黑，底風需鼓足，不能開二次風。因礦粗，粒子就會停留在沸騰層中作為渣排走，如果空氣不足渣變黑，硫脫不干凈，硫到爐外繼續(xù)燃燒，造成硫的損失；溫度高，加速了脫硫速度，即使粒子的吹出速度小于沸騰爐氣速的那部分粒子，在沸騰層中脫硫的比例也會提高，沸騰層中需氧量增加，造成沸騰層缺氧，渣變黑；焙燒強度低，風速也低，礦不容易吹到爐頂燃燒，沸騰層中需氧量增加，渣容易變黑，風更需鼓足。有的廠礦比較粗，沸騰層溫度又高，焙燒強度又偏低，還開二次風，爐底風量嚴重不足，排出來的中硫未脫干凈，爐外繼續(xù)脫硫，這種硫的損失是無法計算的，操作中

5、應該加以改進，高強度焙燒，有人擔心因氣速提高，會增加爐氣中含塵量。實際作為燒尾砂的爐子，即使是強度不太高的爐子也有90%左右的塵要被爐氣代做，既然這樣煙塵量增加5%-10%就影響不大。強度高了，塵在爐頂或爐出口管子會不會燒結(jié)？這首先要看一看結(jié)塊的成分是在什么條件下產(chǎn)生的。一般出現(xiàn)這種情況是在沸騰層風量不足，礦中的硫未脫盡就被吹上去了，有一部分在爐頂繼續(xù)燃燒，溫度升高達1000 以上，同時這時硫還未燒盡，煙塵為Fe3O4并含有FeS，形成最低共熔點的條件二燒結(jié)。因此前面提到的高溫空氣鼓足就是讓礦在沸騰層中充分燃燒，防止爐頂或出口燒結(jié)我們采用高強度焙燒也層有十幾年沒有產(chǎn)生燒結(jié)的記錄。同時也要指出，

6、爐頂和出口管燒結(jié)也不是高強度所特有的，有的廠低強度焙燒也出現(xiàn)燒結(jié)，其原因也是風量不足引起的，有的廠歸結(jié)為礦的原因引起燒結(jié)，這不確切。在改造過程中，有的爐子確實太小，也不一定提倡新建一臺爐子，可對原有的爐子加 以改造，對于那些爐底面積小，而擴大層較大的爐子 ，我們采用 “偷梁換柱”的方法擴大爐膛面積 (見圖1)，這種改造方案對于小爐子可增加50%左右的焙燒面積 。例如我們對一臺爐子用此方法進行改造 ，改造前為1轉(zhuǎn)1吸，硫酸產(chǎn)量90td，燒的是混合礦，含硫18%20%，焙燒強度33t(d)左右 ；改造后為2轉(zhuǎn)2吸，產(chǎn)量達到160td，焙燒強度42t(d) 改造前由于爐底風量不足，排 出來的渣總是冒

7、SO2 ；改造后爐底風量開足，排出來的渣為棕紅色，不再冒SO2，硫的利用率也提高了。改造后硫鐵礦消耗量比改造前只增加78td(實物量)，產(chǎn)量卻提高6070td。可見控制渣色對于提高硫 的利用率是非常重要的。2、 凈化在凈化改造中，有 的廠還是采用水洗對污水進行處理，并部分利用回水，這時一般的文一泡一電流程，就會不很適應。主要是進干燥塔的氣溫高，使爐氣水分含量容易超標，甚至引起干吸水分不能平衡，影響酸濃 。因此，我們在泡沫塔 的頂部增加 8001000mm高的波紋填料，起到 良好的降溫效果，用水量減少，提高了出泡沫塔污水溫度，提高了脫吸效率。據(jù)測試 ，波紋填料400-500mm就相 當于一塊泡沫

8、塔板的作用，降溫效果明顯。 凈化除塵問題 ，對于無 電除塵或電除塵效果不理想的裝置 ，凈化除塵問題就 比較重要。一般采用文一泡一電流程的裝置，其除塵效率差別很差也很大。對文氏管而言，筆者見到120kta硫鐵礦制酸裝置 ，原料為云浮浮選礦 ，喉徑670mm 的外噴文 氏管，進 口含塵量根據(jù)污泥量推算約為 20gm³。 此文氏管除塵效率 比較理想，雖然沒有實測數(shù)據(jù)，但從泡沫塔出口和電除霧出口排出的污水只見微微有點紅，從泡沫塔視鏡觀察泡沫塔內(nèi)部，氣體是透明的，水也是清亮的。筆者見到文氏管有如此好的除塵效果也是感到驚奇。分析其原因是該廠在外噴水的分布上下了功夫，使 四周水能均勻地進入文氏管，

9、獲得好的除塵效果。而有的內(nèi)噴文氏管除塵效果就不夠理想，從泡沫塔出來的污水可以明顯看出來，水呈深紅或棕紅色 。究其原因，主要可能是噴液量不夠。一般認為內(nèi)噴文氏管液相壓力應在030MPa，而這些廠只有020MPa左右。由于水壓低，水到喉管邊緣力量不夠而帶塵氣體在喉管邊緣不能很好接觸到液體，對整體除塵效率影響很大。因此，對內(nèi)噴文氏管要達到較好的除塵效率水壓是非常重要的。泡沫塔的應用效果差別也較大 。有不少廠泡沫塔阻力大而除塵效率卻不理想，其原因為所使用的塔板太厚(一般為 1620mm)，經(jīng)小孔的阻力大，泡沫層實際并沒有很好形成。這種情況我們建議將孔開成錐型。這樣可減少泡沫塔阻力。對于仍采用水洗凈化的

10、裝置，從環(huán)保和節(jié)水的角度 ，應盡快將其改造為封閉酸洗凈化流程。以前認為不設置電除塵器采用酸洗凈化有不少 困難 ，而現(xiàn)在這個問題已經(jīng)很容易解決了，從酸洗流程運行的情況看效果非常明顯，設備簡單，投資少，運行可靠，排污量只相當于水洗凈化流程的1 左右。爐氣酸洗凈化有以下幾點值得借鑒。1) 控制爐氣中的含塵量，減輕凈化工段設備的除塵負荷 。一般對于硫鐵礦 (尾砂)焙燒爐氣采用兩級高效旋風除塵器就可將含塵量控制在約4gm³左右 ，這個指標是從現(xiàn)場測試和考核得出的，就是說進入凈化洗滌酸中的礦塵量為78kgt硫酸，這些礦塵已不會對洗滌酸的循環(huán)產(chǎn)生不 良影響。2) 設備的選擇。爐氣凈化仍采用兩級洗滌

11、設備，最后進入電除霧器 。第 1級為文氏管、循環(huán)槽 、泵、沉降器等，采用絕熱蒸發(fā)，污酸從沉降器底部排出；第2級為冷卻塔、循環(huán)槽、泵、沉降器和板式換熱器，由板式換熱器移走熱量，板式換熱器的冷卻水用空冷塔降溫。文氏管進 口的氣體溫度較低，一般為270320，操作氣速較高，出 口溫度不超過 60，接近于水洗文氏管的冷卻效果，有利于降低后續(xù)設備的造價。冷卻塔則采用了3層泡沫塔板和波紋填料的組合結(jié)構(gòu)，能完全滿足冷卻和除熱的要求，同時，采用的板式換熱器結(jié)構(gòu)緊湊，傳熱效率高，維修方便，體積小，投資少，已完全替代了間冷器。3) 生產(chǎn)操作和控制。酸洗封閉凈化過程中的控制 ，就是對文氏管洗滌液中所含雜質(zhì)的控制，如

12、礦塵、氟、砷和三氧化硫形成的硫酸。盡管危害最大的是氟和砷，但實際上控制的是洗滌酸的濃度，因為洗滌酸中這三者的量基本是成正 比的。一般從沉降器底部排放的稀硫酸為含 10%20% H2SO4 ，排出的稀硫酸量為56145Lt硫酸 ，固液比為 12119.3有利于脫吸其中約3 的二氧化硫 ，也有利于稀硫酸的回收和處理 。4) 硫酸的處理。以硫鐵礦為原料的制酸裝置，稀硫酸的處理，一種辦法是將大部分稀硫酸加入礦渣增濕器中增濕礦渣，其余部分直接送至礦渣堆場增濕礦渣 ；此辦法操作簡單，處理徹底，但會產(chǎn)生二次酸性物污染 ，而且會影響高品位礦渣的質(zhì)量 ，所以新設計時不采用這種方法。另一種辦法是將稀硫酸進行液固分

13、離，澄清的稀硫酸可送至干吸工段配酸，有條件 的企業(yè)可將稀硫酸用于過磷酸鈣生產(chǎn)的配酸，然后用酸泥增濕礦渣 ；此辦法不但回收了約70%的硫酸 ，而且也減少了礦渣的含硫量，較前一種辦法好，但要投入和選擇適合的分離設備及設置稀酸貯存設備。還有就是將稀硫酸中和并沉降分離，污泥增濕礦渣，清液達標排放 。以鋅精礦等為原料的制酸裝置，一般首先考慮回收其中的有價值的金屬，然后經(jīng)中和達標排放 ?？傊?，按以上措施 ，將水洗凈化改為酸洗凈化流程 ，達到了既經(jīng)濟又環(huán)保的 目的。3、 干吸我們在吸收塔 中使用波紋填料，按我們的要求做時，吸收塔強度可大幅度提高，例如硫酸產(chǎn)量 160 td的1840mm二吸塔 ，氣量經(jīng)溫度

14、和壓力校正(當?shù)卮髿鈮?67kPa)，操作速度達到 2.7ms以上。使用 1年多未發(fā)現(xiàn)有帶沫現(xiàn)象 。有的單位沒有完全按我們的要求去做 ，效果相對就差一點。 一般改用波紋填料時，把篦子板提高，當加高的瓷磚砌到最后一圈的時候，就用 230mm×115mm×65mm 和115mm×115mm×65mm二種規(guī)格的瓷磚來砌 ，支承篦子板的幾個點用 230mm×115mm×65mm磚砌 ，其余用 115mm×115mm ×65mm來砌 (見圖3)。這樣可以增加放篦子板部位的氣體通流面積 。這一點對大塔而言影響不大，但對小塔影響

15、就很大 ，例如1600mm塔 ，這樣做以后 ，放篦子板部位可增加20%的面積 。另外使用波紋填料后 ，在分酸管及以上部位也不再放別的填料?；蛉苑挪y填料 ，或不放填料 ，均取得好的效果 。 填料用于吸收塔 ，填料高度33.5m就足夠了；但用于干燥塔卻不理想，水分不能達標。同時我們與很多廠接觸過程 中發(fā)現(xiàn) ，有不少廠水分不合格，但幾乎沒有廠反映吸收率達不到要求 。為什么吸收率指標很容易達到而干燥指標不容易達到呢?這要從吸收與干燥的機理上去分析。吸收過程 SO3的冷凝溫度總是大大高于酸溫，因此，SO3進入吸收塔后在冷卻過程 中就被冷凝下來，或者說大部分是SO3冷凝下來的，小量SO3氣體是被H2SO

16、 4吸收下來的，因此，吸收率容易達到。而干燥用酸溫度總是高于爐氣 中水蒸氣冷凝溫度，且干燥過程SO2 氣體是被加熱，水蒸氣總是不飽和，因此，SO2 氣體中的水分在干燥過程中不可能冷凝 。干燥過程爐氣中的水氣完全是被H2SO 4 吸收下來的；而吸收過程氣體和液體就需有充分的接觸時間，否則就會吸收不好。波紋填料塔具有 良好的氣液分布，但作為填料的每個斜坡流道而言，總是氣體往上流，而酸往下流，只有氣液交界面接觸 ，以及二層波紋填料 的交界面氣液有機會接觸 。僅僅是這樣的接觸，無論從接觸面積與時間是不夠的，所以干燥效果不理想。干燥塔若選用波紋填料 ，最好能選用比表面大一 些的，填料高度適當提高一些。影

17、響氣液充分接觸 因素較多。填料裝填是否均 勻，指 的是密實度是否均勻，若中間與周邊松緊不一致，則影響氣液分布；有的產(chǎn)生升華硫后，引起氣液分布不均，噴淋密度不夠，進塔氣溫和酸溫高等都可能導致出干燥塔爐氣水分不合格。在吸收方面，向我們咨詢最多的是尾氣 冒煙問題。尾氣 冒煙一般認為是吸收不好，但從吸收率上又查不 出原因，感到困惑 ；又認為是水分不合格 ，形成酸霧 ，所以冒煙 。其實 以上都不是根本原因。真正原因是吸收酸溫度。認為酸溫越低吸收越好的觀點是不對的。這一點與干燥不一樣 ，干燥酸溫度越低越有利于干燥 。當吸收酸溫低了，氣體中的SO3與水氣突然冷卻就形成酸霧 ，形成酸霧后就再也吸收不下來了，所

18、 以煙囪就冒煙，因為只要存在少量的酸霧，看起來就很明顯，吸收率是看不出來。一般二吸進塔酸溫度達到6570，尾氣就幾乎看不到煙了，各廠情況有所不同，有的廠進塔酸溫6O左右就不冒煙了，有的要7O才不 冒煙。還有，新裝置或大修后開車因系統(tǒng)水分含量大，開車頭一二天有的進塔酸溫度要到8O以上才不 冒煙。當酸溫高了，SO3氣體與水氣就有冷凝成酸的條件 ，不形成酸霧就不會 冒煙 。對一吸塔的酸溫也同樣有要求，一吸酸溫過低同樣會產(chǎn)生酸霧，只是我們看不到罷了，但它們會腐危害不能低估 。4、轉(zhuǎn)化談到轉(zhuǎn)化，首先要講平衡轉(zhuǎn)化率的問題，這對硫鐵礦制酸就顯得較為重要 。如不重視這一問題，設計就會產(chǎn)生偏差 ，生產(chǎn)中就會造成

19、不應有的損失 。如果焙燒FeS2，當爐氣中氧等于零時，(SO2)可達 16.3% ；如果燒磁硫鐵礦即Fe7S8時，當爐氣中氧等于零時，SO)達138 。這是理論數(shù)據(jù)，實際上因礦中含有其它雜質(zhì)，以上SO 體積分數(shù)往往難以 達到。只有少數(shù)硫鐵礦，例如云浮精選礦、江西永平高品位礦 、陜西金堆城礦(SO2)能達到 15% 以上。一 般的礦 只能按 1314%來考慮，有的甚至要低于13%以此來設計轉(zhuǎn)化氣濃，并使其 n(O 2)n(S)1，這樣轉(zhuǎn)化設計就比較可靠，比較符合實際，總轉(zhuǎn)化率也較高。筆者接觸到幾套硫鐵礦制酸裝置，設計(SO2)為8.5% ，使用進 口催化劑設計 1段轉(zhuǎn)化率70%溫度430600。

20、實際生產(chǎn)，1段出口只能達到570580，轉(zhuǎn)化率低了9百分點左右，這就打亂了熱量平衡關(guān)系，1段 出口溫度低 20C，與之相關(guān) 的 一 些的換或 換傳熱系數(shù)或傳熱面積就要增加 30% 以上。總轉(zhuǎn)化率也低于設計值 。出現(xiàn)以上情況 ，筆者認為是對氧硫 比認識不足而引起的。假定爐氣 (O2)等于零 ，(SO2)為 16 %。那么當(SO2)降到8.5% 時，(O2)可達10% ，氧硫比118。這樣 的條件600C時的平衡轉(zhuǎn)化率為72 %那么 1段出 口轉(zhuǎn)化率有可能達到69%70% 。假定爐，氣 中(O2)含量等于 0，(S O2)為14%的條件，當(SO2)=8.5%時 ，(O2)含量只有 8.25 %

21、，n (O2)n(S)只有 0.97，600C時平衡轉(zhuǎn)化率只有 69%70% 。那么1段出口要達到69%70% 的轉(zhuǎn)化率就是不可能的。如果爐子出口(O2)等于0，而(SO2) 小于 14% 時，氧硫比更低 ，平衡轉(zhuǎn)化率就會更低 ，1段出口轉(zhuǎn)化率更難保證70% 。與以上相反 ，有的條件氧硫 比達到1.21.3，那么在確定各段轉(zhuǎn)化率 ，特別是 1段 出口轉(zhuǎn)化率與氧硫比1的條件就會有較大差別。例如同樣7.3%的SO2，個(O2)為9% ，另一個為7% 7.395%，前者1段出口轉(zhuǎn)化率應達到72 ，后者設計應<70%。有 的廠反映SO2 濃度高，1段出口溫度低 ；SO2濃度下降，1段出口溫度反而

22、升高 。這也是因為爐氣SO2濃度低時氧硫比高，有利于提高轉(zhuǎn)化率。在實踐 中，有的廠爐氣SO2 濃度太高，不能正常生產(chǎn)，生產(chǎn)中要開電爐 。后來把爐氣二氧化硫濃度降下來 ，什么問題也沒有了。綜上所述 ，無論是進行轉(zhuǎn)化設計和在生產(chǎn)中，都應十分重視進轉(zhuǎn)化爐氣 中二氧化硫氣體的成分，即氧硫比，否則就會出現(xiàn)偏差，造成損失。在生產(chǎn)中，有的廠對低溫催化劑有片面認識，影響轉(zhuǎn)化率。把低溫催化劑的起燃溫度，或者能反應的溫度作為操作溫度 了。有的把4段、5段進 口溫度控制在400405，轉(zhuǎn)化率不理想，后來4段進 口調(diào)到430，5段進 口425，結(jié)果轉(zhuǎn)化率提高了06百分點；3+1流程，3、4段用低溫催化劑，進 口溫度控

23、制在400405。時，總轉(zhuǎn)化率99%；把3段進 口提到435，4段進口提到 430，結(jié)果總轉(zhuǎn)化率 99.5% 。這是因為任何一個工業(yè)反應器，其催化劑量總是有限的，不可能達到平衡轉(zhuǎn)化率，這時就要從平衡轉(zhuǎn)化率、所要求的轉(zhuǎn)化率和反應速度三者之間的關(guān)系上去分析。例如一個氣體成分為 (SO2)8.0%，(O2)9%，一次轉(zhuǎn)化在450時平衡轉(zhuǎn)化率為 97，410時為98.7% 。實際要求轉(zhuǎn)化率為94%95% ，而反應速度450比410要快得多，溫度適當高一些就有利于提高轉(zhuǎn)化率。二次轉(zhuǎn)化也同樣。在生產(chǎn)中各段進 口溫度可以適當調(diào)整，以便選擇一個合適的溫度 。在轉(zhuǎn)化器設計和改造方面，要擴產(chǎn)的單位，原轉(zhuǎn)化器不用可

24、惜，用了又不夠大。這時我們采取新做1臺2段轉(zhuǎn)化器，與原來舊轉(zhuǎn)化器第2層并聯(lián)為一段使用 ，節(jié)約了投資。有的廠現(xiàn)場放不下新轉(zhuǎn)化器，舊的又想利用 ，可在原轉(zhuǎn)化器頂部加一段新轉(zhuǎn)化器 (見圖4)，老轉(zhuǎn)化器頂部做 1個耐熱砼球拱 ，這一球拱既是隔板，又是立柱的支承受力部位 。這種結(jié)構(gòu)最長的已使用近20年，老轉(zhuǎn)化器 內(nèi)徑為5000mm，新加的一 段為6200mm，球拱不開裂，不漏氣，使用較理想 。另外還設計了一臺新的全球拱5段轉(zhuǎn)化器 ，球拱即為隔板 ，每層立柱均支在球拱上。這種結(jié)構(gòu)具有施工方便，隔板可靠，每層催化劑層中無立柱，給裝填催化劑帶來了很大方便。我們還給一套裝置 的轉(zhuǎn)化器進行了如下改造 。原轉(zhuǎn)化器為4600mm，硫酸產(chǎn)量為 160td；為節(jié)約投資把原轉(zhuǎn)化器每2層并聯(lián)使用作3、4段，外面加了1臺7000mm轉(zhuǎn)化器做1、2段，產(chǎn)量提高到360 td。 在技改中，我們也盡可能利用原來的換熱器，有的2臺改為4臺，只新增2臺換熱器，將原來的換熱器并聯(lián)使用，為用戶節(jié)約了投資。5、 硫酸生產(chǎn)節(jié)能措施 隨著技術(shù)進步，給硫酸設計生產(chǎn)帶來 了很大方便。一方面有高壓頭的風機，高揚程的酸泵等可靠的設備