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文檔簡介
200kt/a硫磺制酸轉(zhuǎn)化工段工藝設(shè)計(jì)目錄TOC\o"1-5"\h\z第一章緒論11.1.硫酸的性質(zhì)與用途11.2.硫酸的工業(yè)發(fā)展史21.3.硫酸的工業(yè)概況及其發(fā)展趨勢31.3.1.國外硫酸工業(yè)概況及其發(fā)展趨勢31.3.2.中國硫酸工業(yè)概況及其發(fā)展趨勢4第二章廠址的選擇7第三章原料的選擇9原料的選擇93.2.硫磺制酸的優(yōu)點(diǎn)93.3.硫磺的來源10第四章轉(zhuǎn)化工段工藝設(shè)計(jì)124.1.基本原理124.1.1.二氧化硫氧化熱力學(xué)124.1.2.二氧化硫氧化動(dòng)力學(xué)124.2.工藝流程14工藝流程的確定14二轉(zhuǎn)二吸與一轉(zhuǎn)一吸144.2.1.2."3+1"與"3+2"轉(zhuǎn)化工藝的主要區(qū)別154.2.1.3.工藝流程的確定174.2.2.工藝條件184.2.2.1.轉(zhuǎn)化器一段入口條件中二氧化硫含量184.3.工藝設(shè)備204.3.1.轉(zhuǎn)化工段的主要工藝設(shè)備204.3.2.自動(dòng)控制方案224.4工藝計(jì)算234.4.1.物料衡算244.4.2.能量衡算26第五章環(huán)境保護(hù)與安全生產(chǎn)335.1.環(huán)境保護(hù)335.2.安全生產(chǎn)33第六章總結(jié)34致36參考文獻(xiàn)38第一章緒論1.1硫酸的性質(zhì)和用途[1,2]硫酸(HSO)相對分子質(zhì)量98.078,是指SO與H0的摩爾比等于1的化和物,2432或指100%HSO。外觀為無色透明油狀液體,密度(20°C)為1.8305g/cm3。工24業(yè)上使用的硫酸是硫酸的水溶液,即S0與H0摩爾比W1的物質(zhì)。發(fā)煙硫酸是32S0的硫酸溶液,S0與H0的摩爾比$1的物質(zhì),亦為無色油狀液體,因其暴露332于空氣中,逸出的S0與空氣中的水分結(jié)合形成白色酸霧,固稱之為發(fā)煙硫酸。3硫酸或發(fā)煙硫酸的濃度均可用HS0質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示。但發(fā)煙硫酸的濃度常用24其中所含游離S0(即除HS0也外的S0)或全部的S0質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示。不同表達(dá)32433方式的硫酸濃度可用也下公式相互換算:C=1.225C=100+0.225CH2S04S03(t)S03(f)C——HS0的質(zhì)量分?jǐn)?shù),%;H2S0424C——S0的質(zhì)量分?jǐn)?shù),%;S03(t)3C——游離S0質(zhì)量分?jǐn)?shù),%。S03(f)3表1.1硫酸的組成名稱S0/H0摩爾比32HS0質(zhì)量分率24H2S04質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%游離中和92%硫酸0.68092.00——75.1098%硫酸0.90398.00——80.00100%硫酸1100.63——81.6320%發(fā)煙酸1.30104.502085.3065%發(fā)煙酸3.29114.626593.57幾種典型濃度硫酸的組成如上表1.1所示。硫酸是強(qiáng)酸之一,具有酸的通性。但濃酸有其特殊的性質(zhì)。物理性質(zhì)方面,有相對密度大,沸點(diǎn)高,液面上水蒸汽的平衡分壓極低等特性;化學(xué)方面,有氧化,脫水和磺化的特性,有關(guān)物理,化學(xué)性質(zhì)及有關(guān)數(shù)據(jù)可查閱文獻(xiàn)。硫酸的用途非常廣泛,無論在工業(yè)部門,還是在發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn),滿足人民物質(zhì)生活需要,加強(qiáng)國防力量,都起非常重要作用。硫酸在大宗生產(chǎn)的化學(xué)品中產(chǎn)量居于前列,最重要的是化工原料之一。硫酸最主要用途是生產(chǎn)化學(xué)肥料,用于生產(chǎn)磷銨,重過磷酸鈣,硫銨等。在中國,硫酸產(chǎn)量的60%以上用于生產(chǎn)磷肥和復(fù)肥。在化學(xué)工業(yè)中,硫酸是生產(chǎn)各種硫酸鹽的主要原料,是塑料,人造纖維,染料,油漆,藥物等生產(chǎn)中不可缺少的原料。在農(nóng)藥,除草劑,殺鼠劑的生產(chǎn)中亦需要硫酸。在石油工業(yè)中,石油精練需使用大量硫酸作為洗滌劑,以除去石油產(chǎn)品中不飽和烴和硫化物等雜質(zhì)。在冶金工業(yè)中,鋼材加工及成品的酸洗要用硫酸;電解法精練銅,鋅,鎘,鎳時(shí),電解液需使用硫酸;某些貴金屬的精練亦需用硫酸液去夾雜的其它金屬。在火炸藥及國防工業(yè)中,濃硫酸用于制取硝化甘油,硝化纖維,三硝基甲苯等炸藥。原子能工業(yè)中用于濃縮鈾。運(yùn)載火箭所用燃料亦離不了硫酸。1.2硫酸的工業(yè)發(fā)展簡史[1,2]8世紀(jì)左右,阿拉伯人干餾綠磯(FeSO?7H0)得到一種腐蝕性液體,該液42體即為硫酸。15世紀(jì)后半葉,有人將硫磺與硝石一起在潮濕的空氣中焚燒,制得稀硫酸。16世紀(jì)初,在波西米亞(Bohemia)開始以硫酸鐵干餾法制造發(fā)煙硫酸。1570年,G?竇納阿斯(Donaeus)闡明了硫酸的多種性質(zhì),此后人民才真正認(rèn)識(shí)了硫酸。1740年前后,英國人J?沃德(Ward)在玻璃器皿中燃燒硫磺和硝石混合物,并將產(chǎn)生的含二氧化硫,氮氧化物及氧氣的混合氣體與水反應(yīng)制成了硫酸。1746年,英國人J?羅巴克(Roebuck)依照以上方法,在伯明翰建成一座6英尺見方的鉛室,以間歇方式制造硫酸。成為世界上最早的鉛室法制酸工廠。1810年,英國人金?赫爾克開始采用連續(xù)方式焚硫,這是連續(xù)法生產(chǎn)硫酸的開端。此后,鉛室法在發(fā)展中不斷得到完善。其中,法國著名科學(xué)家蓋?呂薩克(Gaylussac)于1827年提出在鉛室后設(shè)置吸硝塔;英國人J?格洛弗(Glover)于1859年提出在鉛室前設(shè)置脫硝塔。這兩項(xiàng)技術(shù)的結(jié)合使用實(shí)現(xiàn)了氮氧化物的循環(huán),至此鉛室法工藝基本成熟。早期的鉛室制酸廠,所用原料為硫磺。19世紀(jì)30年代,英國和德國相繼開發(fā)成功以硫鐵礦為原料的制酸技術(shù)。之后,利用冶煉煙氣制酸亦獲成功。1911年,奧地利人C?奧普爾(Opl)以塔替代鉛室,在赫魯紹建成了世界上第一套塔式法制酸裝置。自此,硫酸工業(yè)的發(fā)展進(jìn)入塔式法時(shí)代。1923年,H?彼德森(Peterson)在匈牙利烏扎羅爾建成1塔脫硝,2塔成酸,4塔吸硝的七塔式裝置,并對酸循環(huán)流程和塔氣液接觸方式進(jìn)行了改進(jìn),使生產(chǎn)效率有較大的提高。鉛室法和塔式法制酸均以氮氧化和物為媒介,使SO在O及HO存在的情況222下生成硫酸,因此又稱之為硝化法。硝化法制得的硫酸(HSO)含量低(<78%HSO),2424雜質(zhì)含量高(主要含有塵及氮氧化合物),且需耗用大量硝酸或硝酸鹽,遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了染料、化纖、有機(jī)合成、石油化工等部門的要求。因此,此法的發(fā)展受到限制。1831年,英國人P?菲利普斯(Philips)提出在鉑絲過鉑粉上進(jìn)行SO轉(zhuǎn)2化制SO的方法,后人稱之為接觸法。1875年開始在工業(yè)上應(yīng)用。19世紀(jì)末203世紀(jì)初,相繼建成一些接觸法制酸裝置。但是,以鉑為催化劑的接觸法,酸成本較高,盡管酸的需求量日益增大,限于經(jīng)濟(jì)原因,該項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展較為緩慢,硝化法仍占優(yōu)勢。釩化合物作為SO2轉(zhuǎn)化催化劑是由R??耶爾斯(Meyers)于1899年提出的。1913年,德國BASF公司開發(fā)出添加堿金屬鹽的釩催化劑,使催化劑達(dá)到了鉑催化劑的水平,而且價(jià)格低、不易中毒。此后,在世界圍,釩催化劑很快取代了鉑催化劑的地位。在硝化法和接觸法的競爭中,由于釩催化劑的廣泛應(yīng)用,接觸法占明顯優(yōu)勢,從此硝化法逐漸被淘汰。第二次世界大戰(zhàn)后,硫酸需求量迅速增加,硫酸工業(yè)發(fā)展逐漸加快。生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展主要表現(xiàn)為:生產(chǎn)裝置的大型化,開發(fā)和采用生產(chǎn)強(qiáng)度更高的新型反應(yīng)技術(shù)和新型單元操作設(shè)備,生產(chǎn)控制自動(dòng)化,節(jié)能與廢熱利用,新型材料的采用等。20世紀(jì)50年代初,德國和美國同時(shí)開發(fā)成功硫鐵礦沸騰焙燒技術(shù);1964年,德國拜耳公司首先采用兩轉(zhuǎn)兩吸技術(shù);1971年,德國拜耳公司又首先建成一座直徑4m的沸騰床轉(zhuǎn)化器;1972年,法國尤吉納-庫爾曼公司建成第一座以硫磺為原料的加壓法裝置,裝置操作壓力為0?5Mp,日產(chǎn)酸550t(100%HSO);2420世紀(jì)80年代初,前聯(lián)學(xué)者提出非穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)化器,1982年實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。其它還有:低溫位廢熱利用的發(fā)展,環(huán)狀及含銫低起活溫度新型催化劑的應(yīng)用,三廢治理及綜合利用等,都標(biāo)志著硫酸生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)展。1.3硫酸工業(yè)概況及其發(fā)展趨勢1.3.1國外硫酸工業(yè)概況及其發(fā)展趨勢[3,4,5]接觸法制硫酸幾乎是目前世界上硫酸工業(yè)的唯一生產(chǎn)方法。其原料為能夠產(chǎn)生二氧化硫的含硫物質(zhì),一般有硫磺、硫化物、硫酸鹽、含硫化氫的工業(yè)廢氣(包括冶煉煙氣)等。在不同國家中,由于本國含硫資源的不同,生產(chǎn)硫酸的原料路線有很大的差異,且所用原料的比重隨硫資源的供給情況也有所調(diào)整。相對而言,硫磺資源較豐富,制酸過程簡單,且經(jīng)濟(jì)效益好,以硫磺為原料制酸占總酸量的絕大多數(shù)。近年來全世界的硫酸產(chǎn)量中,硫磺制酸約占65%,硫鐵礦制酸約占16%,其它原料制酸約占19%。自從接觸法硫酸生產(chǎn)工藝出現(xiàn)兩轉(zhuǎn)兩吸技術(shù)以來,硫鐵礦制酸的基本工藝過程沒有大的改變,仍為沸騰焙燒、電除塵、酸洗凈化、電除霧、塔式干吸、兩轉(zhuǎn)兩吸。硫酸工業(yè)提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、降低成本、減少污染的進(jìn)展主要在以下幾方面:裝置的大型化。裝置的大型化可以顯著降低成本和提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。因此,小型工廠正逐漸被大型工廠取代,發(fā)達(dá)國家新建裝置的規(guī)模一般為300?900kt/a.目前,硫酸大部分的產(chǎn)量是由300kt/a以上的裝置生產(chǎn)。設(shè)備結(jié)構(gòu)和材質(zhì)的改進(jìn)。改進(jìn)設(shè)備結(jié)構(gòu)可增強(qiáng)設(shè)備生產(chǎn)強(qiáng)度、減小設(shè)備尺寸、降低損耗、延長壽命,降低建設(shè)投資和運(yùn)行費(fèi)用。其中新材質(zhì)的應(yīng)用為設(shè)備性能的提高,結(jié)構(gòu)的改進(jìn)和新技術(shù)應(yīng)用提供了保證。這方面的進(jìn)展是近20年硫酸工業(yè)技術(shù)發(fā)展的主要表現(xiàn)。節(jié)能與廢熱利用。20世紀(jì)70年代廣泛利用了含硫原料燃燒熱,以及S02轉(zhuǎn)化的反應(yīng)熱產(chǎn)生蒸汽發(fā)電,其電量出、除滿足本身需要外,一半左右的電能向外輸送。對于硫磺制酸裝置,熱利用率可達(dá)到65%?70%。80年代初開發(fā)了HRS低溫位熱量回收系統(tǒng),使廢熱利用率達(dá)到90%以上。為了節(jié)省系統(tǒng)動(dòng)力,普遍提高了原料氣中SO濃度,廣泛采用了環(huán)狀催化劑、大開孔率填料支承結(jié)構(gòu)、新興2填料等技術(shù)。生產(chǎn)的計(jì)算機(jī)管理。在新建廠中,普遍采用計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)(DCS)和計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng),以確保裝置運(yùn)行穩(wěn)定和達(dá)到最優(yōu)操作狀態(tài)。減少污染物排放,保護(hù)環(huán)境。目前,國外除了廣泛采用兩轉(zhuǎn)兩吸工藝提高SO的轉(zhuǎn)化率,以及凈化幾乎全部為酸洗外,為進(jìn)一步使轉(zhuǎn)化率達(dá)到99.9%以2上,愈來愈多的裝置使用高活性含銫催化劑和“3+2”五段催化層。據(jù)稱,該工藝既能降低成本又能達(dá)到嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)。可以預(yù)見,接觸法硫酸生產(chǎn)將向增加能量回收、減少排放和降低成本的方向發(fā)展,其手段仍然主要依賴以上五個(gè)方面。此外,多年來在SO沸騰轉(zhuǎn)化、加壓轉(zhuǎn)化、非穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)化等方面的研究成果,2為接觸法硫酸生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展提供新的契機(jī)。引人注目的是,新近美國拉爾夫-帕森斯(Ralph-Parsons)公司開發(fā)的純氧非催化法生產(chǎn)工藝和俄羅斯等國開發(fā)的利用核能同時(shí)HS0和H的工藝為硫酸生產(chǎn)開辟了新天地。2421.3.2中國硫酸工業(yè)概況及發(fā)展趨勢[1,3,4,6]硫酸工業(yè)是中國化學(xué)工業(yè)中建立較早的一個(gè)部門。1874年機(jī)器制造局三分廠建成中國較早的鉛室板裝置,1876年投產(chǎn),日產(chǎn)硫酸約2噸,用于制造無煙火藥。1934年,第一座接觸發(fā)裝置在鞏縣兵工廠分廠投產(chǎn)。1949年以前,中國硫酸最高年產(chǎn)量為180Kt(1942年),硫酸廠20余家。20世紀(jì)50年代至70年代,在恢復(fù)、擴(kuò)建和改造基礎(chǔ)上,新建不少中小型裝置,硫酸產(chǎn)量有較大增加。1979年硫酸產(chǎn)量達(dá)6998Kt(100%硫酸計(jì)),僅次于美國及前聯(lián),居世界第三位。中國是硫鐵礦資源較為豐富的國家,硫鐵礦產(chǎn)量居世界首位。相對而言,天然和再生硫磺要少得多,因此硫鐵礦是中國硫酸生產(chǎn)的主要原料。用它生產(chǎn)的硫酸占硫酸總產(chǎn)量的80%以上,其它原料在20%以下,其中冶煉煙氣占16%左右。根據(jù)中國資源的特點(diǎn),今后中國的制酸原料仍以硫鐵礦為主,同時(shí)大力發(fā)展冶煉煙氣制酸,穩(wěn)健地發(fā)展硫磺制酸、石膏制酸。80年代以前,中國硫酸工業(yè)的裝置數(shù)量多而規(guī)模小,工藝舊,三廢排放嚴(yán)重,所采用工藝基本都是水洗凈化一次轉(zhuǎn)化,設(shè)備效率低,開工率低,能耗大。隨著改革開放政策的實(shí)施,80年代后,引進(jìn)了一批大型生產(chǎn)裝置,使硫酸產(chǎn)量有進(jìn)一步增加。目前,中國硫酸企業(yè)總生產(chǎn)能力為22Mt/a。1998年產(chǎn)量為20.495Mt(以100%硫酸計(jì)),僅次于美國,居世界第二位。同時(shí),在技術(shù)上也有明顯提高。主要表現(xiàn)在:裝置大型化,相繼新建一批200Kt/a及280Kt/a裝置,更大規(guī)模的具有世界水平的硫鐵礦制酸、冶煉煙氣制酸裝置正在建設(shè)之中。利用新工藝改造舊裝置,目前多數(shù)水洗凈化裝置已改為酸洗,仍未改造的裝置,其廢水基本得到治理,兩次轉(zhuǎn)化技術(shù)得到推廣,裝置的能力已超過一次轉(zhuǎn)化裝置的能力,一次轉(zhuǎn)化裝置的尾氣多數(shù)得到治理;在提高熱能利用方面,大中型裝置基本做到了利用高、中溫位熱能發(fā)電,在建或新建大型裝置還將利用低溫位熱能,使熱回收率接近90%。廣泛采用新結(jié)構(gòu)、新材料的高效設(shè)備代替老式設(shè)備,很多進(jìn)口設(shè)備,如酸泵、酸冷卻器、轉(zhuǎn)化器、大型沸騰爐、電除霧器等已基本國產(chǎn)化。使用環(huán)狀催化劑,積極引進(jìn)和開發(fā)高活性低溫催化劑。隨著設(shè)計(jì)技術(shù)、設(shè)備制造及安裝技術(shù)的不斷提高,中國硫酸工業(yè)必將大型化、自動(dòng)化、低排放、低消耗等方面取得更大進(jìn)展。目前,我國以硫磺為原料生產(chǎn)硫酸的裝置能力估計(jì)為7500?8000kt。其中約有一半是在1999年以來2年多新建的,另外在建和籌建項(xiàng)目的能力也很大。“十五”期間,由于西部磷肥基地和全國各地磷肥項(xiàng)目建設(shè)的需要,硫酸工業(yè)仍將得到進(jìn)一步的發(fā)展,有一批老廠需要進(jìn)行技術(shù)改造,有些企業(yè)還要摻燒硫磺等等。若增加3000kt/a規(guī)模的硫磺制酸的裝置能力,則需要1000kt/a左右的硫磺。毫無疑問,其中的絕大部分還需要通過國際貿(mào)易的途徑解決,在近20年中世界市場的硫磺的貿(mào)易量為15000?18000kt/a(去除最高和最低值)。在我國硫磺的產(chǎn)量沒有較大的變化的情況下,需要從世界市場輸入硫磺的數(shù)量占世界貿(mào)易額相當(dāng)大的份量,對硫磺市場的平衡有一定的影響。硫磺輸入量逐年增加,以硫磺為原料生產(chǎn)硫酸迅速發(fā)展的主要原因有以下幾點(diǎn):八、、?首先是在我國社會(huì)主義市場經(jīng)濟(jì)框架已初步建立和市場觀念以深入人心的背景下,以提高經(jīng)濟(jì)效益為中心,對經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行戰(zhàn)略性調(diào)整,經(jīng)濟(jì)發(fā)展的質(zhì)量和效益提到前所未有的高度,企業(yè)和市場在資源配置中發(fā)揮了積極的作用。在國家提出的長遠(yuǎn)設(shè)想及進(jìn)行產(chǎn)業(yè)政策引導(dǎo)下,順應(yīng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和加入世貿(mào)組織,輸入硫磺生產(chǎn)硫酸進(jìn)而制造磷肥獲得了較快的增長。其次是隨著我國進(jìn)一步改革開放,全球經(jīng)濟(jì)一體化,各國資源共享。在世界硫磺供大于求的情況下不失時(shí)機(jī)開拓外貿(mào)市場,輸入硫磺生產(chǎn)硫酸,使我國硫酸工業(yè)得到迅速發(fā)展獲較好的效益。這是一個(gè)不可多得的機(jī)遇。再次是以硫磺為原料生產(chǎn)硫酸,具有工藝流程短,設(shè)備少,投資省,建設(shè)周期短,操作簡便,生產(chǎn)穩(wěn)定,易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制,成本低,沒有污水和廢渣產(chǎn)生等優(yōu)點(diǎn),經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益較好。此外,還有一個(gè)不可忽略的原因是我國磷肥工業(yè)近幾年發(fā)展很快,促進(jìn)了硫酸工業(yè)相應(yīng)發(fā)展。第二章廠址的選擇廠址的選擇是工業(yè)基本建設(shè)的一個(gè)重要環(huán)節(jié),是一項(xiàng)政策性、技術(shù)性很強(qiáng)的工作。廠址的選擇工作的好壞對工廠的建設(shè)進(jìn)度、投資數(shù)量、經(jīng)濟(jì)效率、環(huán)境保護(hù)及社會(huì)效益等方面多會(huì)帶來重大的影響。從宏觀上來講,它是實(shí)現(xiàn)國家長遠(yuǎn)規(guī)劃,決定生產(chǎn)力布局的一個(gè)基本環(huán)節(jié)。從微觀上看,廠址的選擇是進(jìn)行項(xiàng)目可行性研究和工程設(shè)計(jì)的前提。在廠址的選擇時(shí)應(yīng)遵循以下基本原則[1,2。]1、廠址位置必須符合國家工業(yè)布局,城市或地區(qū)規(guī)劃要求,盡可能靠近城市城鎮(zhèn)原有企業(yè),以便于生產(chǎn)上的協(xié)作,生活上的方便。2、址宜選在原料、燃料供應(yīng)和產(chǎn)品銷售便利的地區(qū),并在出運(yùn)、機(jī)修公用工程和生活設(shè)施等方面有良好的基礎(chǔ)和協(xié)作條件的地區(qū)。3、應(yīng)靠近水資源充足,水質(zhì)良好的水源地,當(dāng)有城市供水、地下水和地面水三種供水條件時(shí),應(yīng)該進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較后選用。4、廠址應(yīng)盡可能靠近原由交通線(水運(yùn)、鐵路、公路)即應(yīng)有便利的交通運(yùn)輸條件。在有條件的地方,需優(yōu)先采用水運(yùn)。對于有超重、超大或超長設(shè)備的工廠,還應(yīng)該注意沿途是否具備運(yùn)輸條件。5、廠址盡可能靠近熱點(diǎn)供應(yīng)地,一般來講,廠址應(yīng)該考慮電源的可靠性,并應(yīng)盡可能利用熱電站的蒸汽供應(yīng),以減少新建工廠的熱力和供電方面的投資。6、選廠盡可能注意節(jié)約用地,不占或少占良田好地菜園果園等。廠區(qū)的大小形狀和其他條件應(yīng)滿足工藝流程合理布置的需要,并應(yīng)有發(fā)展的可能性。7、選廠應(yīng)注意當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境條件,并對工廠投產(chǎn)后對于環(huán)境可能造成的影響作出預(yù)評(píng)價(jià),工廠的生產(chǎn)區(qū)排渣場居民區(qū)的建設(shè)地點(diǎn)應(yīng)同時(shí)選定。8、廠址應(yīng)避離洪水位、或在采取措施后仍不能確保不受水淹的地段,廠址的自然地形應(yīng)有利于廠房和管線的布置,外交通聯(lián)系和場地的排水。9、廠址附近應(yīng)有生產(chǎn)污水排放的可靠排除地,并保證不因新廠簡單致使當(dāng)?shù)厥艿叫碌奈廴炯拔:Α?0、廠址應(yīng)不妨礙或破壞農(nóng)業(yè)水利工程,應(yīng)盡量避免拆除民房或建筑物,砍伐果園和拆除大量墳?zāi)埂?1、廠址應(yīng)避免布置在下列地區(qū):地震斷層帶地區(qū)和基本烈度為9度以上的地震區(qū);土層厚度較大的III級(jí)自重濕陷性黃土地區(qū);易受洪水、泥石流、滑坡、土崩等危害的山區(qū);有卡斯特、流砂、游泥、古河道、底下墓穴、古井等地質(zhì)不良地區(qū);有開采價(jià)值的礦藏地區(qū);對機(jī)場、電臺(tái)等使用有影響的地區(qū);有嚴(yán)重放射性物質(zhì)影響的地區(qū)及爆破危險(xiǎn)區(qū);國家規(guī)定的歷史文物,如古董、古寺、古建筑等地區(qū);園林風(fēng)景區(qū)和森林自然保護(hù)區(qū)、風(fēng)景游覽地區(qū);水土保護(hù)禁耕區(qū)和生活飲用水源第一衛(wèi)生防護(hù)區(qū);自然疫源區(qū)和地方病流行地區(qū)。揚(yáng)農(nóng)集團(tuán)瑞祥分廠位于市儀征市工業(yè)園區(qū),公司整體發(fā)展規(guī)劃較好,留有公司發(fā)展規(guī)劃地,北鄰寧通高速和長江沿岸,交通便利。公司旁邊有一條河流,水質(zhì)良好。周邊有大量的化工企業(yè),還有一個(gè)火力發(fā)電的電廠。該電廠能為公司提供足夠的能源。市地處北亞熱帶向南溫過渡地帶,年均溫一月份達(dá)0.7°C,八月份達(dá)到26.8°C,年均溫度為14.65°C,夏季東南風(fēng)為主,冬季西北風(fēng)為主[3]該公司處于主導(dǎo)風(fēng)向的下風(fēng),且離城市較遠(yuǎn),因此對城市影響很小。目前,國際硫磺價(jià)格較穩(wěn)定,而國硫鐵礦資源日益貧乏;硫磺制酸具有工藝簡單、設(shè)備少、建設(shè)周期短、轉(zhuǎn)化率高、環(huán)保形態(tài)良好。根據(jù)揚(yáng)農(nóng)集團(tuán)瑞祥分廠所處地理位置考慮硫磺質(zhì)量及價(jià)格,決定采用加拿大硫磺;其中國硫磺的價(jià)格大約900元/t左右,與國市場價(jià)格相當(dāng),但質(zhì)量要比國土法生產(chǎn)的質(zhì)量高。根據(jù)計(jì)劃認(rèn)證和市場預(yù)測,需新建一套年產(chǎn)20萬噸的硫酸車間方能滿足。因此,在公司的發(fā)展規(guī)劃地新建一套年產(chǎn)20萬噸的硫酸車間。第三章原料的選擇生產(chǎn)硫酸的主要原料有三類:硫、金屬硫化物和硫酸鹽。其中專門為硫酸生產(chǎn)而開采的硫資源有硫礦,硫鐵礦和磁硫礦,還有石膏和硬石膏;作為副生的硫資源有:天然氣或石油回收硫,有色金屬礦山副產(chǎn)硫精礦,含煤硫鐵礦,有色金屬冶煉氣,硫化氫等;作為工業(yè)廢棄物回收利用的硫資源有:磷石膏,廢脫硫劑,煉油廢酸和其他工業(yè)過程產(chǎn)業(yè)的廢酸以及硫酸亞鐵等。我們選擇硫磺作原料制硫酸。3.1原料的選擇溫度,°C501002003004004111.09蒸汽壓,Pa0.0471.13293.316399.550662101324表3.1各種溫度下固體硫和液體硫上面的蒸汽壓氣體硫分子在1700°C時(shí)是由單原子構(gòu)成;在800—1400°C間分子主要有S硫磺是制造硫酸使用最早又最好的原料。硫在通常情況下為固體。硫在熔融時(shí),初成為黃色流動(dòng)液體(粘度8X10-3—10X10-3Pa)。熔化硫自155°C開始變?yōu)楹稚?,再提高溫度粘度反而減小,至400°C時(shí),深褐色的溶硫又慢慢變?yōu)橐琢鲃?dòng)的液體(粘度14X10-3表3.1各種溫度下固體硫和液體硫上面的蒸汽壓氣體硫分子在1700°C時(shí)是由單原子構(gòu)成;在800—1400°C間分子主要有S2構(gòu)成,溫度更低,則雙分子就轉(zhuǎn)變成S和S的分子。一般氣態(tài)中也含有S分子。684世界上天然硫礦床有意大利的西西里島;日本的道;美國的路易斯安那州及德克薩斯州。最近我國地區(qū)也發(fā)現(xiàn)有天然硫礦其他含硫原料。3.2硫磺制酸的優(yōu)點(diǎn)硫磺制酸和硫鐵礦制酸相比具有工序少,流程短,工藝成熟,硫利用率高,副產(chǎn)蒸汽多,電耗低,三廢少的特點(diǎn)。1、工序少,流程短硫磺制酸的首道工序是固體硫磺的熔融和精制,過程和設(shè)備都比較簡單;第二道工序是將精制的液硫用于空氣燃燒,幾乎得到不含塵、砷、硒、氟等有害雜質(zhì)的SO爐氣,因此不需要設(shè)備干法除塵設(shè)備,也沒有必要設(shè)立濕式凈化工序。2硫磺制酸沒有礦渣、礦塵和稀酸產(chǎn)生,相應(yīng)的處理裝置也就無須設(shè)置。2、工藝合理,硫利用率高,副產(chǎn)蒸汽多,電耗低[6]硫磺制酸不存在“熱-冷-熱”不合理現(xiàn)象,而且不存在凈化工序的硫損失,在焚硫爐硫的燃燒率可達(dá)100%,在轉(zhuǎn)化工段中二氧化硫的累計(jì)轉(zhuǎn)化率大于99.7%,三氧化硫的吸收率大于99.95%,故硫的利用率高。由于硫磺的燃燒和二氧化硫的轉(zhuǎn)化都產(chǎn)生大量的熱量,這些熱量用于產(chǎn)生大量蒸汽,這些蒸汽除本公司自用外,一般還有大量的蒸汽作為商品外供給周邊的化工廠。硫磺制酸自身的電耗為60—70KW/h/tHSO,是硫鐵礦制酸的60%左右。243、爐氣中SO和O濃度高,可以強(qiáng)化相關(guān)設(shè)備⑹22空氣燃燒所得到的干爐氣中,若不計(jì)微量SO,則SO和O合計(jì)量等于21%,322而不是空氣焙燒燃燒硫鐵礦時(shí)的18%—18.5%。由于焚硫氣體中SO和O的濃度高,22因此可以強(qiáng)化硫磺制酸的轉(zhuǎn)化器、換熱器和吸收塔等設(shè)備,亦即在同樣的規(guī)模下這些設(shè)備將比較小。4、“三廢”少,轉(zhuǎn)化率高[6]硫鐵礦制酸存在著廢渣、廢水、廢氣即“三廢”都要治理的問題。而硫磺制酸只要吸收尾氣需要排放,沒有廢渣和工藝廢水污染問題。焚硫氣體中氧硫比較高,這就提高了SO的轉(zhuǎn)化速度和轉(zhuǎn)化率,并使轉(zhuǎn)化反2應(yīng)的起始溫度降低。所以硫磺制酸比硫鐵礦制酸可獲得較高的轉(zhuǎn)化率,即硫磺制酸排放的吸收尾氣中SO含量低。23.3硫磺的來源我國目前消費(fèi)的硫磺主要依靠進(jìn)口,國際市場硫磺供需情況和價(jià)格變化將對我們的決策產(chǎn)生重要影響,我國現(xiàn)在及未來幾年里硫磺新增產(chǎn)能表[7]:
<12006—2009年我國毓璜嚴(yán)能新增情況豐:騫投產(chǎn)時(shí)間九江石化遼河石化海南體化2010R02006年年初2006九江石化遼河石化海南體化2010R02006年年初2006年了月2006年7月14020071402007年?月這幾年我國進(jìn)口量幾本上不算平穩(wěn)。廣州石牝中石袖西南分公司西南油%田羅家寒凈化廠430從我國過去幾年的硫磺的進(jìn)口量來看,渡口河審化廠7002009年5刀壩曰iyyo年iyy?硏iwy年zuuu干ZWZ年血)3年2004年2005年2006年進(jìn)口蚩理t4^7357937197^27333370斗09249936766S3068813同比增長播-23.61162.61I1L153S.O723.3121.4322.0235.5022.776.10進(jìn)口金額/萬美元295018374504947415062135211870639239607547977870992中國進(jìn)口的硫磺只要來自加拿大。20世紀(jì)70年代以來,溫哥華硫磺離岸價(jià)的變化列于上表:有上表可以預(yù)測,由于近期硫磺市場還供大于求,所以硫磺的價(jià)格不會(huì)象80年代那樣飛漲,但因?yàn)橹袊?、澳大利亞和印度等國家硫磺進(jìn)口數(shù)量增加很快硫磺價(jià)格也不會(huì)降低到1998年的水平,而且會(huì)呈緩慢增長的趨勢。目前世界上大多數(shù)國家主要以硫磺為原料生產(chǎn)硫酸,如:1996年英國占總產(chǎn)量82.9%的硫酸以硫磺為原料,美國占82.0%。1995年,以硫鐵礦為原料的硫酸產(chǎn)量為20000Kt左右,占硫酸總產(chǎn)量的13%。1997年除中國外,其他地區(qū)以硫鐵礦為原料的硫酸產(chǎn)量下降了8%;1998年以硫鐵礦為原料的硫酸產(chǎn)量低于18000Kt。隨著硫磺供應(yīng)的增加和國際硫磺價(jià)格的降低,我國的硫磺制酸有了很大的發(fā)展。1995—1998年,我國硫酸生產(chǎn)原料組成情況如下表:我國2006年國產(chǎn)硫磺的價(jià)格在持續(xù)下降,如下圖:
圖12006年國產(chǎn)硫碳月平均價(jià)格走勢采用硫磺制酸的優(yōu)越性主要表現(xiàn)在經(jīng)濟(jì)和環(huán)保兩個(gè)方面。因此采用硫磺代替硫鐵礦制酸是一種大趨勢。本設(shè)計(jì)從實(shí)際出發(fā),的鐵路運(yùn)輸緊,而且硫鐵礦資源貧乏,如選用硫鐵礦制酸,則需要其他硫鐵礦供應(yīng),這樣增加了硫酸成本。綜合射陽疏能所處的地理位置,以及原料的價(jià)格,決定采用加拿大進(jìn)口硫磺為原料制酸第四章轉(zhuǎn)化工段工藝設(shè)計(jì)4.1基本原理[2、3、4、5]4.1.1二氧化硫氧化熱力學(xué)爐氣經(jīng)過焚硫爐、廢熱鍋爐后進(jìn)入轉(zhuǎn)化系統(tǒng),進(jìn)行二氧化硫轉(zhuǎn)化為三氧化硫的轉(zhuǎn)化過程,這個(gè)過程是硫磺制酸的第二個(gè)化學(xué)變化過程,即:S0+1O——>S0+Q2223P(4-1)式中Q為恒壓熱效應(yīng),相當(dāng)于厶H,其值為溫度的函數(shù),即:PR-△H=92.253+2.352X10"-43.784X10"T2+26.884X10-9T3-6.900X10-12T4R(4-2)由上式可算出各溫度下的AH值,兩者的對應(yīng)關(guān)系見下圖:R圖4.1S02轉(zhuǎn)化反應(yīng)熱與溫度關(guān)系圖4.1S02轉(zhuǎn)化反應(yīng)熱與溫度關(guān)系K=PK=PPSO3丿eq(Pp丿eqSO2O2(4-3)式中p,p,p分別為SO,SO,O的分壓,atm(latm=0.10133Mpa),SO3SO2O2322右下標(biāo)eq表示平衡.平衡常數(shù)K亦為溫度發(fā)函數(shù),可由特霍夫定律推得以下關(guān)系式.P4812.3lgK=-2.8245lgT+2.284X10-3T-7.02X10-7T2+1.197X10-ioT3+2.23PT(4-4)溫度在400—700°C時(shí),-AH和K可由下列簡化式計(jì)算,計(jì)算結(jié)果可滿足工RP程設(shè)計(jì)要求.-H=101342-9.25TR(4-5)lg4-6)K=4905.5lg4-6)K=4905.5-4.6454.1.2二氧化硫氧化動(dòng)力學(xué)4.1.2.1二氧化硫氧化速率及催化劑的使用從熱力學(xué)上講,二氧化硫與氧可以自發(fā)進(jìn)行反應(yīng)。但在動(dòng)力學(xué)方面,由于反應(yīng)活化能高達(dá)209340J/mol,在溫度400-一600°C圍,反應(yīng)速率很慢,達(dá)不到工業(yè)生產(chǎn)要求,只有溫度達(dá)到1000°C以上,反應(yīng)速率才較快。但由于反應(yīng)是一個(gè)可逆放熱反應(yīng),此時(shí)平衡轉(zhuǎn)化率很低。為此,必須采用催化劑降低活化能,提高反應(yīng)速率,使反應(yīng)能在較低溫度下足夠快地進(jìn)行,并能達(dá)到較高轉(zhuǎn)化率,以滿足工業(yè)生產(chǎn)要求。釩催化劑以五氧化二釩為主要活性組分,以堿金屬(主要是鉀)硫酸鹽為助催化劑,以硅膠、硅藻土、硅酸鋁等作載體。釩催化劑化學(xué)組成一般為V2O56%?258.6%,KO9%?13%,NaO1%?5%,SO10%?20%,223Si^50%?70%,并含有少量FeqOg、A^O^CaO、MgO及水分等。產(chǎn)品形狀有圓柱狀、環(huán)狀、球狀。中國生產(chǎn)的釩催化劑主要有S101、S106、S107、S108、S109等型號(hào)。S101為中溫催化劑,操作溫度425?600°C,各段均可使用,壽命可達(dá)10年以上,活性達(dá)到國際先進(jìn)水平。S102為環(huán)狀中溫催化劑,特點(diǎn)是表面利用率較高,床層阻力小,但易粉碎。S105、S107.S108為低溫催化劑,起活溫度380?390°C,操作溫度400?550°C,—般裝在一段上部和最后一段,以使反應(yīng)能在低溫下進(jìn)行。這時(shí)不僅能提高總轉(zhuǎn)化率和減小換熱面積,還允許提高轉(zhuǎn)化器進(jìn)口氣體中SO含量。2目前國外生產(chǎn)的催化劑可分四大類:中溫催化劑、低溫催化劑、沸騰床催化劑、非釩催化劑。美國孟山都公司開發(fā)出含銫高活性、低溫起燃催化劑,可允許較高SO濃度,并能達(dá)到較高的轉(zhuǎn)化率。非釩催化劑目前尚處于試驗(yàn)階段。2如上所述,釩催化劑的毒物有砷、氟、酸霧和水分等,分述如下。砷。砷化合物對釩催化劑的危害表現(xiàn)在兩個(gè)方面:A.釩催化劑能竣吸附As2o3并氧化成As2o5,因而將催化劑孔隙堵塞,增大氣體擴(kuò)散阻力,減少活性表面;b.As2o3能與V2O5生成一種V2o5?As2o5揮發(fā)性物質(zhì),該物質(zhì)在550°c23252525以上揮發(fā),然后在稍低溫度的后段床層凝結(jié),由此使反應(yīng)器催化劑從上至下大面積活性下降。氟。氟在爐氣中以HF形式存在,它能與硅氧化物作用生成SiF,在催化4劑上SiF4水解生成Si02,催化劑表面被Si02覆蓋,嚴(yán)重的結(jié)成硬殼,使床層阻力上升,催化劑活性下降。氟還能與釩反應(yīng)生成VF5(沸點(diǎn)111.2°C),使V2O5揮發(fā)損失,降低催化劑活性。酸霧與水分。水分和酸霧在轉(zhuǎn)化器操作溫度下,對催化劑并無毒害,但在較低的溫度下,卻是有害的,這是因?yàn)榕c催化劑中K2S2O7*K2SO4相平衡的水蒸汽分壓很低,在150°C下近于零。當(dāng)氣相中的水汽達(dá)到一定含量時(shí),會(huì)吸附在催化劑上,又因在表面上存有硫酸鹽,使得表面上硫酸的平衡分壓極低,因而,硫酸蒸氣會(huì)在比正常露點(diǎn)高的溫度下冷凝下來。此時(shí)冷凝下的硫酸能溶解表面上硫酸鹽和硫代釩酸鉀,導(dǎo)致催化劑活性下降和機(jī)械強(qiáng)度降低。礦塵。礦塵覆蓋在催化劑表面,可使其活性降低,并增加催化床層阻力。4.2工藝流程4.2.1工藝流程的確定[2、3、4、5、6]4.2.1.1兩轉(zhuǎn)兩吸與一轉(zhuǎn)一吸對一次轉(zhuǎn)化一次吸收工藝的分析可知,該種工藝可能達(dá)到的最終轉(zhuǎn)化率為97.5%?98%。如要得到更高的轉(zhuǎn)化率,將使催化劑用量大幅度增加,而且轉(zhuǎn)化的段數(shù)亦要增加,這是很不經(jīng)濟(jì)的。如果將尾氣直接排入大氣,將造成嚴(yán)重的大氣污染。為了減少SO對大氣的污染,許多制酸裝置設(shè)置了尾氣處理裝置,其處理2的方法很多,但都存在硫利用率低,投資和運(yùn)行費(fèi)用高的缺點(diǎn)。為此,人們在提高SO轉(zhuǎn)化率方面,從SO催化轉(zhuǎn)化反應(yīng)熱力學(xué)及動(dòng)力學(xué)尋找答案,先后開發(fā)出22“加壓工藝”、“低溫高活性催化劑”及“兩轉(zhuǎn)兩吸”工藝等技術(shù)。自20世紀(jì)60年代以來,硫酸生產(chǎn)中SO轉(zhuǎn)化工藝最大的技術(shù)進(jìn)步是采用了兩次轉(zhuǎn)化、兩次2吸收工藝,簡稱兩轉(zhuǎn)兩吸。所謂“兩轉(zhuǎn)兩吸”工藝就是說,爐氣進(jìn)行一次轉(zhuǎn)化、一次吸收后,再進(jìn)行第二次轉(zhuǎn)化和第二次吸收。由SO氧化的熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)可知,從氣體混合物中移2去產(chǎn)物,會(huì)提高平衡轉(zhuǎn)化率和反應(yīng)速率。因此,在第一次吸收后進(jìn)行第二次轉(zhuǎn)化,由于反應(yīng)氣體中不含SO,使O濃度與SO濃度比值較一次轉(zhuǎn)化時(shí)高得多,平衡322轉(zhuǎn)化率明顯提高,反應(yīng)速率亦相對大大提高。在此條件下,可用較少的催化劑就能保證第二次轉(zhuǎn)化率達(dá)到95%左右。經(jīng)兩次轉(zhuǎn)化后,最終轉(zhuǎn)化率按下式計(jì)算。X=X+(1-X)Xf1124-7)式中X、X、X—分別為第一次、第二次和最終轉(zhuǎn)化率。如X=0.9,X=0.952f12貝U:X=0.9+(1-0.9)X0.95=0.995(4-8)f由此可見,兩次轉(zhuǎn)化中,每次轉(zhuǎn)化率雖不很高,但累計(jì)以后轉(zhuǎn)化率能達(dá)到很高值。根據(jù)宏觀動(dòng)力學(xué)及式(4-16),可分別計(jì)算一次轉(zhuǎn)化和兩次轉(zhuǎn)化的接觸時(shí)間。當(dāng)S0含量為9%,轉(zhuǎn)化率低于92%時(shí),兩種工藝的接觸時(shí)間基本相同;而當(dāng)轉(zhuǎn)2化率達(dá)到95%時(shí),一次轉(zhuǎn)化的接觸時(shí)間為4.56S,兩次轉(zhuǎn)化是2.03S,由此可知轉(zhuǎn)化率由92%上升到95%,第一次轉(zhuǎn)化需2.63S,而第二次轉(zhuǎn)化只需0.096S,這時(shí)第二次轉(zhuǎn)化的催化劑用量為第一次轉(zhuǎn)化用量的1/26,如轉(zhuǎn)化率繼續(xù)提高,一次轉(zhuǎn)化所需催化劑將比兩次轉(zhuǎn)化催化劑用量高得更多。因此兩次轉(zhuǎn)化兩次吸收不僅能較容易地獲得高轉(zhuǎn)化率,而且在經(jīng)濟(jì)上項(xiàng)更為合算。兩轉(zhuǎn)兩吸工藝具有以下特點(diǎn):①最終轉(zhuǎn)化率高,轉(zhuǎn)化反應(yīng)速度快。②能夠處理濃度較高的氣體;③可減少尾氣中S0的排放量;④由于增加中間吸收塔,轉(zhuǎn)化2氣溫度由高T低T高,整個(gè)系統(tǒng)熱量損失較大。所需的換熱面積較大;⑤系統(tǒng)阻力比一轉(zhuǎn)一吸工藝增加4?5KPa。⑥二次轉(zhuǎn)化流程較一次轉(zhuǎn)化復(fù)雜,操作亦稍復(fù)雜。采用兩次轉(zhuǎn)化工藝時(shí),催化劑裝填段數(shù)及其在前后兩次轉(zhuǎn)化的分配與最終轉(zhuǎn)化率、換熱面積大小有很大關(guān)系。流程的特征,可用第一、第二次轉(zhuǎn)化段數(shù)和含S0氣通過換熱器的次序來表示?,F(xiàn)在,一般有“2+1”、“3+1”、“2+2”、“32+2”等組合方式,而國外多采用“3+1”組合方式,這種方式,氣體進(jìn)入第一吸收塔(中間吸收塔)后,由于經(jīng)過三段轉(zhuǎn)化,在塔中將會(huì)有更多S0從系統(tǒng)中3移去,如果第二次轉(zhuǎn)化反應(yīng)溫度足夠低,則可獲得稍高的最終轉(zhuǎn)化率。為了進(jìn)一步提高最終轉(zhuǎn)化率,以適應(yīng)越來越高的環(huán)保要求,采用“3+2”組合方式逐漸增多,其段數(shù)分配得更好,最終轉(zhuǎn)化率可達(dá)到99.7%以上,但投資和操作費(fèi)用有所增加。目前國硫磺制酸裝置大多采用“3+1”四段轉(zhuǎn)化和“3+2”五段轉(zhuǎn)化。4.2.1.2“3+1”與“3+2”轉(zhuǎn)化工藝的主要區(qū)別[6,7](1).催化劑裝填量不同S0氧化為S0的化學(xué)反應(yīng)是可逆的放熱反應(yīng),高溫下的平衡轉(zhuǎn)化率低,低溫23下的平衡轉(zhuǎn)化率高。由于反應(yīng)活化能高,這個(gè)反應(yīng)在常溫下進(jìn)行得極慢。工業(yè)生產(chǎn)上為加快其反應(yīng)速度,必須采用催化劑,使該反應(yīng)能在不太高的溫度下進(jìn)行得足夠快。對一定組分的原料氣在某一催化劑中反應(yīng),為達(dá)到一定的SO轉(zhuǎn)化率,其反應(yīng)速率有一個(gè)極大值,與此對應(yīng)的反應(yīng)溫度稱為最佳反應(yīng)溫度。隨著反應(yīng)的繼續(xù),轉(zhuǎn)化率不斷提高,最佳反應(yīng)溫度則逐漸下降。因此,為使轉(zhuǎn)化反應(yīng)能以最快的速率進(jìn)行,就應(yīng)在反應(yīng)過程中隨著轉(zhuǎn)化率的升高,須采取相應(yīng)的降溫措施,不斷降低反應(yīng)溫度。轉(zhuǎn)化反應(yīng)的速度決定了含SO爐氣在轉(zhuǎn)化反應(yīng)時(shí)需要的接觸時(shí)間,由此也就決定了催化劑的用量。如2果轉(zhuǎn)化反應(yīng)的段數(shù)分得越多,其反應(yīng)溫度就越接近最佳溫度,催化劑用量在理論上就會(huì)越少。但是分段多了使設(shè)備增多,投資增加,流程變復(fù)雜。根據(jù)新的國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)及發(fā)展要求,新建的硫酸裝置允許其尾氣排放的SO2濃度最高為960mg/m3(標(biāo)準(zhǔn)狀況),相應(yīng)要求SO總轉(zhuǎn)化率應(yīng)達(dá)到99.75%以上。硫2磺制酸裝置在原料氣(爐氣)中4)(SO)為9%?11.5%的條件下,使用進(jìn)口的普通釩2催化劑,采用“3+1”四段轉(zhuǎn)化工藝,其最終轉(zhuǎn)化率可達(dá)到99.8%或更高。采用“3+2”五段轉(zhuǎn)化工藝,四段出口的轉(zhuǎn)化氣經(jīng)換熱降溫后進(jìn)入五段進(jìn)行轉(zhuǎn)化,從平衡轉(zhuǎn)化率的角度考慮,有利于平衡轉(zhuǎn)化率的提高。一些硫磺制酸裝置(如紅日、昆陽磷肥廠等)在“3+2”轉(zhuǎn)化工藝中采用了國產(chǎn)的催化劑,它們的最終轉(zhuǎn)化率也達(dá)到了上述指標(biāo)。但就催化劑裝填量而言,同一種催化劑在同等裝置規(guī)模、最終轉(zhuǎn)化率相等的條件下,采用“3+1”四段轉(zhuǎn)化其裝填量略高于“3+2”五段轉(zhuǎn)化。(2).工藝流程不同顯而易見采用“3+2”五段轉(zhuǎn)化,為控制轉(zhuǎn)化器五段的進(jìn)口轉(zhuǎn)化氣溫度,需要增加四段出口轉(zhuǎn)化氣的換熱設(shè)備,或者采用冷激式轉(zhuǎn)化流程(通常采用冷激式的)。冷激式轉(zhuǎn)化流程按所用的冷激氣分為SO氣和空氣兩種oSO冷激氣轉(zhuǎn)化流程是往轉(zhuǎn)化反22應(yīng)后的熱轉(zhuǎn)化氣中補(bǔ)充一定量的冷SO氣(冷的原料氣),使轉(zhuǎn)化氣的溫度降低。2該流程與外部換熱的轉(zhuǎn)化流程相比,催化劑的用量要增加,且冷激氣補(bǔ)入的位置(催化劑層的段數(shù))越往后,催化劑的增加量越多。它的優(yōu)點(diǎn)是不必為此增設(shè)換熱器。目前,國外硫磺制酸裝置大多在轉(zhuǎn)化器的四段出口設(shè)置中溫蒸汽過熱器,用中壓過熱蒸汽與四段出口的轉(zhuǎn)化氣進(jìn)行換熱,既降低了進(jìn)五段的轉(zhuǎn)化氣溫度,又充
分利用了轉(zhuǎn)化氣的余熱。常用的“3+2”與“3+1”轉(zhuǎn)化工藝流程見下圖4.2和圖4.3示意。聃柳osioaoi$溜粗牧期理腳娜圖4.2“3+2”五段轉(zhuǎn)化工藝流程示意圖4.3“3+1”四段轉(zhuǎn)化工藝流程示意兩種轉(zhuǎn)化工藝在國硫磺制酸中的應(yīng)用“3+1”四段轉(zhuǎn)化和“3+2”五段轉(zhuǎn)化,這兩種轉(zhuǎn)化工藝在國的硫磺制酸裝置中目前都得到了應(yīng)用。采用“3+1”的典型裝置是精細(xì)化工集團(tuán)股份的300Kt/a硫磺制酸裝置,已連續(xù)運(yùn)行多年了,年開車率高于99%,最終轉(zhuǎn)化率達(dá)99.8%,日產(chǎn)量超過1000t(100%HS0計(jì)),排放的尾氣24中SO濃度低于730mg/rw、酸霧含量小于25mg/rw(標(biāo)準(zhǔn)狀況)。采用“3+2”的2昆陽磷肥廠由40Kt/a硫鐵礦制酸裝置改造為120Kt/a的硫磺制酸裝置,也已投產(chǎn)多年,運(yùn)行平穩(wěn),最終轉(zhuǎn)化率達(dá)99.76%。由上可見,“3+1”與“3+2”這兩種轉(zhuǎn)化工藝在國的硫磺制酸裝置中同時(shí)并存,說明它們各有所長。4.2.1.3工藝流程的確定[2,5,6]綜合上述,本設(shè)計(jì)采用兩轉(zhuǎn)兩吸“3+2”式工藝流程,從焚硫爐來的氣體降溫到410°C進(jìn)入轉(zhuǎn)化器一段進(jìn)行轉(zhuǎn)化,出轉(zhuǎn)化器一段催化劑床層的595°C左右爐氣進(jìn)入3#過熱器組,與2#過熱器組來的蒸汽換熱,爐氣氣溫降到430°C后又進(jìn)入轉(zhuǎn)化器二段繼續(xù)反應(yīng);出二段的爐氣進(jìn)入熱換熱器,與第一吸收塔出口經(jīng)第一,第二冷換熱器預(yù)熱的爐氣換熱,溫度降至430°C后又進(jìn)入轉(zhuǎn)化器三段催化劑床層反應(yīng);出三段的爐氣依次進(jìn)入第二,第一冷換熱器和1#省煤器降溫到180°C,然后送入第一吸收塔,完成一次轉(zhuǎn)化。經(jīng)過第一吸收塔吸收SO后的爐氣依次通過第一,第二冷換熱器和熱換熱3器,利用轉(zhuǎn)化二,三段的反應(yīng)熱升溫到420°C,然后進(jìn)入轉(zhuǎn)化器四段催化劑床層反應(yīng);出四段的爐氣進(jìn)入2#過熱器組,與1#過熱器組來的蒸汽換熱,溫度降到410°C后進(jìn)入轉(zhuǎn)化器五段催化劑床層反應(yīng),出五段的爐氣進(jìn)入2#省煤器與除氧軟水換熱溫度降到180°C后去第二吸收塔,第二次轉(zhuǎn)化完成。吸收后的廢氣經(jīng)處理后排空,工藝流程見圖4.4。3#過熱器組轉(zhuǎn)化器熱換熱器—2#冷換熱器1#冷換熱器空氣預(yù)
來自1#過熱器組來自廢熱鍋爐-1來自1#過熱器組來自廢熱鍋爐-1卩去廢熱鍋爐2#過熱器組軟水來自第一吸收塔去第一吸收塔吸收塔2#過熱器組1#過熱器組2#省煤器圖4.4轉(zhuǎn)化工段工藝流程圖4.2.2工藝條件[2、3、4、5、6]4.2.2.1轉(zhuǎn)化器一段入口氣體中二氧化硫含量轉(zhuǎn)化器入口氣體中SO含量指標(biāo)是制酸過程中一個(gè)極重要的綜合性技術(shù)、經(jīng)2濟(jì)及環(huán)保指標(biāo)。從制酸全過程及轉(zhuǎn)化工段的局部來看,SO對經(jīng)濟(jì)效益存在著二2重性。含量提高時(shí),一方面,使轉(zhuǎn)化裝置、催化劑的投資及硫的損失增加;另一方面,在相同產(chǎn)量下,SO含量增加,氣量則減小,可使全系統(tǒng)的設(shè)備、管道等2投資降低。不過,這兩種相反的作用在不同的二氧化硫含量圍里作用程度不同。轉(zhuǎn)化率與溫度呈線性關(guān)系,其斜率為絕熱溫升九。九與轉(zhuǎn)化器入口氣體中SO2含量成正比,如采用較高SO含量操作,第一段床層溫度會(huì)超過600°C,以至達(dá)催2化劑的失活溫度。若氣體在床層中分布不均勻,床層局部過熱將更加嚴(yán)重。由焚硫過程知,爐氣中SO與0含量存在確定的關(guān)系,爐氣中SO含量增高,0含量2222降低,O/SO比值降低,一定溫度下的平衡轉(zhuǎn)化率相應(yīng)降低。因此,在不很影響22裝置生產(chǎn)能力的情況下,欲獲得較高的轉(zhuǎn)化率,應(yīng)盡量提高進(jìn)氣中O/SO比值。22適時(shí)除去轉(zhuǎn)化氣中SO,提高后段轉(zhuǎn)化氣原始組成的O/SO比值。22相反,采用較低含量操作,會(huì)使裝置能力相應(yīng)降低,動(dòng)力消耗增加;SO含2量越低,轉(zhuǎn)化換熱需要的面積急劇增大,對已有裝置,換熱面積以定,當(dāng)SO含2量降到一定限度時(shí),由于熱損失超過反應(yīng)放熱會(huì)使轉(zhuǎn)化系統(tǒng)無法維持自然平衡。為了確保在“3+2”工藝下總轉(zhuǎn)化率$99.7%,本設(shè)計(jì)中的O/SO比不能低于220.776,若O/SO比值過大,會(huì)使風(fēng)機(jī)裝機(jī)容量增大,導(dǎo)致成本增大,綜合上述多22種因數(shù),本設(shè)計(jì)將轉(zhuǎn)化器進(jìn)口SO的含量定為11.2%,O/SO比值為0.875。222
4.2.2.2轉(zhuǎn)化器一段入口氣體的溫度從圖4.5可知在多段反應(yīng)過程中,第一段絕熱操作線偏離最佳溫度線較遠(yuǎn)。這是因?yàn)?,如使第一段在最佳溫度附近操作,則第一段進(jìn)氣溫度將很高,很容易使催化劑過熱失活,而且由于受平衡轉(zhuǎn)化率的限制,第一段的轉(zhuǎn)化率將很低;相反,如使操作溫度偏離最佳溫度線遠(yuǎn)一點(diǎn),可在一段獲較高的出口轉(zhuǎn)化率,且不會(huì)因?yàn)榉磻?yīng)速率下降,使催化劑用量圖4.5多段反應(yīng)過程的T-X圖大幅度增加。這因?yàn)樵诘谝欢蜸O、0含量較高,采22用較低進(jìn)口溫度,一段反應(yīng)速率亦很快,催化劑用量不會(huì)因降溫增加很多。故實(shí)際生產(chǎn)中不要求第一段按最佳溫度操作,而是使進(jìn)口溫度盡量低,使其接近催化劑起燃溫度,以獲得高轉(zhuǎn)化率,減少轉(zhuǎn)化段數(shù)。此外,第一段溫度越低,預(yù)熱爐使用的換熱面積亦越少。因此,對于S105型和S107型低溫釩催化劑,進(jìn)氣溫度一般接近400°C;對于S101型中溫催化劑一般接近420°C。因本設(shè)計(jì)中轉(zhuǎn)化器一段中采用國產(chǎn)S101型催化劑,為了確保催化劑的溫度使用圍,經(jīng)計(jì)算本設(shè)計(jì)中一段進(jìn)口溫度為410°C,又因本設(shè)計(jì)采用的是五段轉(zhuǎn)化,最終轉(zhuǎn)化率為99.7%,轉(zhuǎn)化器各段進(jìn)口溫度和轉(zhuǎn)化率見表4.1。表4.1轉(zhuǎn)化器各段進(jìn)口溫度和轉(zhuǎn)化率-轉(zhuǎn)化段序號(hào)工藝條件項(xiàng)目1IIIIIIVV所用催化劑S101S101S101S101S107進(jìn)口溫度,。C410430430420410累計(jì)轉(zhuǎn)化率,%62809599.2$99.74.3工藝設(shè)備[3]4.3.1轉(zhuǎn)化工段的主要工藝設(shè)備a.轉(zhuǎn)化器我國目前采用較多的轉(zhuǎn)化器型式大體有外部換熱型轉(zhuǎn)化器,部換熱型轉(zhuǎn)化器、臥式部換熱型轉(zhuǎn)化器、徑向轉(zhuǎn)化器等四大類型。無論采用何種型式轉(zhuǎn)化器都必須充分考慮以下五個(gè)因素:1、轉(zhuǎn)化器設(shè)計(jì)應(yīng)使SO轉(zhuǎn)化反映盡可能地在接近于適宜溫度的條件下進(jìn)行,單2位硫酸產(chǎn)量需用觸媒量要少,一段出口溫度不超過600°C2、轉(zhuǎn)化器生產(chǎn)能力要大,單臺(tái)轉(zhuǎn)化器能力要與全系統(tǒng)能力配套,不要搞多臺(tái)轉(zhuǎn)化器3、靠SO反應(yīng)放出的熱量,應(yīng)能維持正常操作,不要從外部補(bǔ)充加熱,亦即要2求達(dá)到“自然”平衡。4、設(shè)備阻力要小,并能使氣體分布均勻,以減少動(dòng)力消耗。5、設(shè)備結(jié)構(gòu)應(yīng)便于制造、安裝、檢修和操作,要力求簡單,使用壽命長,投資要少。本設(shè)計(jì)采用外部換熱型轉(zhuǎn)化器。此種轉(zhuǎn)化器外殼用鋼板焊制而成、平底。錐形頂蓋,四周在不同標(biāo)高處開有扇形氣體進(jìn)出管道的接口和入門,直徑7—9m,高度16—20m,觸媒填裝量100—125m3,每臺(tái)轉(zhuǎn)化器的能力日產(chǎn)100%HS024500—900t,二氧化硫濃度8%,轉(zhuǎn)化率在96%—99.7%。為了防止腐蝕及變形,轉(zhuǎn)化器部的支柱,隔板均為生鐵鑄制或用低銅鑄鐵鑄制。轉(zhuǎn)化器頂蓋幾殼體壁,為了防止生成氧化鐵皮,一般噴0.2—0.3mm厚的鋁,只要打砂除銹工序處理的好,噴鋁后可有效地防止高溫腐蝕,使用壽命可達(dá)20年以上,是一種良好可靠的防腐方法。轉(zhuǎn)化器上端在氣體進(jìn)口處,裝有不銹鋼制分布板,上面鉆有很多小孔,板直徑比進(jìn)氣口大200mm左右,主要作用是防止氣流直接沖吹觸媒層,并使氣體分布均勻。這塊分布板是用長絲桿螺絲固定的,水平位置可根據(jù)氣流分布情況加以調(diào)整。本設(shè)計(jì)中轉(zhuǎn)化器規(guī)格:Q5850mmX16274mm,催化劑裝填量80ma轉(zhuǎn)化器結(jié)構(gòu):采用鋼殼襯耐火磚及表面噴鋁的隔熱防腐結(jié)構(gòu)。b.管殼式換熱器用于二氧化硫轉(zhuǎn)化工序的換熱器有各種形式,其中以管殼式用的最普遍,換熱器外殼由8?14mm厚的鋼板卷焊而成,管束是無縫鋼管,一般用脹接法固定在上下花板上。管群間設(shè)有圓形擋板,使氣體折流橫向的穿過管群,以提高傳熱效率。擋板通常有0?4塊,常為偶數(shù)。為了使氣體流動(dòng)均勻,不產(chǎn)生死角并減少阻力,圓缺形擋板弓形部分不排列管子,折流板切去率約為0.3。為了減少轉(zhuǎn)化氣對設(shè)備的腐蝕和易于清理催化劑粉末對設(shè)備的堵塞,一般熱氣流從上向下,冷氣流由下向上流動(dòng),也就是說so氣體走管自上而下,so氣體走管間,自下而上。32圖4.6管殼式換熱器1-外殼2-膨脹節(jié)3-管束4-上花板5-下花板6-擋板7-人孔8-耐酸泥或耐火泥為防止溫度變化引起殼體變形或斷裂,在殼體的1/2?1/3處設(shè)有膨脹節(jié)。為防止原料氣帶入酸沫沖刷腐蝕,延長使用壽命,可采用在殼程氣體進(jìn)口處的管子外加擋板或擴(kuò)大氣體進(jìn)口氣道的辦法。換熱器性能好壞,應(yīng)該用兩相指標(biāo)來衡量,其一是“換熱面定額”要小,即每天每產(chǎn)生1t酸所需換熱面積要小。其二是換熱器單位壓降的傳熱系數(shù)要大。強(qiáng)化管殼式換熱器,可從管和管間(殼程)兩方面著手。提高管傳熱效果,通常采用提高氣速及將管子經(jīng)特殊加工成異形管,以增加氣體在管的湍流程度,從而加大管氣體的給熱系數(shù)。提高殼程傳熱效果是在殼程加折流擋板。本設(shè)計(jì)中熱換熱器規(guī)格:Q2180mmX7800mmF=578肝冷換熱器1#:2680mmX8310mmF=696m2冷換熱器2#:*2680mmX8310mmF=1010m空氣預(yù)熱器:2680mmX3750mmF=200mc省煤器⑷在硫磺制酸過程中,進(jìn)吸收塔前的SO煙氣溫度(170?250°C)接近于露點(diǎn)溫3度,很容易造成低溫廢熱回收設(shè)備的露點(diǎn)腐蝕。在實(shí)際生產(chǎn)過程中,通常利用普通省煤器回收SO煙氣的低溫廢熱,在省煤器的給水進(jìn)口處極易發(fā)生露點(diǎn)腐蝕。3考慮到露點(diǎn)腐蝕問題,在本設(shè)計(jì)中將采用熱管省煤器。這是由于熱管省煤器防低溫冷凝腐蝕性好;熱管具有單根獨(dú)立性,即使幾根損壞,僅有少量管工質(zhì)漏入爐氣中,不會(huì)造成整臺(tái)設(shè)備或后續(xù)設(shè)備的腐蝕,系統(tǒng)不必因此停工;可將進(jìn)吸收塔爐氣溫度降至130?180°C,這是目前其它廢熱利用設(shè)備難以做到的;熱管元件兩段端可以自由伸縮,解決了熱膨脹應(yīng)力問題;熱管的安裝檢修十分方便.4.3.2自動(dòng)控制方案[5,6]硫磺制酸裝置以投資少、污染小、見效快的特點(diǎn),成為近幾年許多企業(yè)投資的熱點(diǎn)。從近幾年來投產(chǎn)的幾套硫磺制酸裝置的運(yùn)行情況來看,只要控制好熔硫部分液體硫磺的溫度及入焚硫爐的硫磺量,爐氣中的二氧化硫濃度就能得到有效控制。由于硫磺制酸工藝流程比較簡單、設(shè)備布局比較緊湊,故儀表設(shè)計(jì)采用集中控制較好。全部儀表集中到一個(gè)控制室,有利于各工段操作人員聯(lián)系,對工藝操作有利,亦比較美觀。當(dāng)電氣專業(yè)的控制柜集中在同一個(gè)控制室時(shí),應(yīng)考慮儀表柜有良好的接地網(wǎng)及與電氣專業(yè)設(shè)備的屏蔽。儀表檢測及控制的容一般依賴于工藝條件。自控專業(yè)設(shè)計(jì)檢測及控制的原則:在滿足工藝要求的前提下,根據(jù)不同類型、不同廠家儀表的實(shí)際運(yùn)行效果,作出準(zhǔn)確的選型,以保證儀表運(yùn)行過程中的可靠性。綜合本設(shè)計(jì)的具體情況,現(xiàn)將有關(guān)儀表的設(shè)計(jì)點(diǎn)敘述如下。1)轉(zhuǎn)化器一段進(jìn)口SO濃度的自動(dòng)連續(xù)測量2依據(jù)轉(zhuǎn)化器一段進(jìn)口SO濃度的高低控制焚硫爐入口的噴磺量,達(dá)到進(jìn)轉(zhuǎn)化2器一段SO濃度的穩(wěn)定,因此在轉(zhuǎn)化器一段進(jìn)口設(shè)計(jì)安放流量自動(dòng)控制儀表,二2氧化硫濃度的自動(dòng)連續(xù)測量記錄儀表。2)轉(zhuǎn)化器一、四段進(jìn)口氣體溫度的自動(dòng)調(diào)節(jié)因?yàn)橐?、四段進(jìn)口氣體溫度對穩(wěn)定操作和提高SO轉(zhuǎn)化率有很大影響,因此2設(shè)計(jì)了相應(yīng)的溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)。選用一段進(jìn)口調(diào)節(jié)閥時(shí)應(yīng)考慮其耐溫性能。其相應(yīng)的溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)見圖4.7:圖4.7進(jìn)口氣體溫度的自動(dòng)調(diào)節(jié)3)溫度顯示儀表轉(zhuǎn)化器溫度測量點(diǎn)比較多,測溫儀表應(yīng)正確地選擇測量圍并有比較高的精度。本設(shè)計(jì)將采用2臺(tái)記錄儀表(6點(diǎn)記錄儀)來分別顯示記錄1-5段進(jìn)出口溫度,測量圍0-600°C。其余各點(diǎn)采用單點(diǎn)數(shù)字顯示儀。4)壓力顯示儀表在本設(shè)計(jì)中,除了安裝溫度顯示儀表,還將在轉(zhuǎn)化器每段進(jìn)口安裝壓力顯示儀表,其目的是為了了解氣體進(jìn)入轉(zhuǎn)化器每段床層時(shí)的壓力,以次來分析催化劑床層的阻力。4.4工藝計(jì)算[1,3]原料名稱:硫磺產(chǎn)品名稱:硫酸產(chǎn)品規(guī)格:純度98%生產(chǎn)能力:200Kt/a工作時(shí)間:300d/aX24h/d原料硫磺進(jìn)料流量的確定(在生產(chǎn)中SO的吸收率為99.95%):3S、SO‘、SO?HSO23241111FS99.7%FSO299.95%FSO3(80X106X98%)/98X300X24則:F=277.918Kmol/hSO3F=278.75Kmol/hSO2F=278.75Kmol/hS取基準(zhǔn):進(jìn)料空氣為100Kmol/h,則0為21Kmol/h,N為79Kmol/h22S+O=SO+Q的轉(zhuǎn)化率為100%,轉(zhuǎn)化爐進(jìn)口的氣體含量為22SO,11.2%;O,9.8%,N,79%222則F=100X11.2%=11.2Kmol/hSO2F=100X9.8%=9.8Kmol/hO2F=100-11.2-9.8=79Kmol/hN2由上反應(yīng)式可知,進(jìn)料硫蒸氣為11.2Kmol/h4.4.1物料衡算進(jìn)一段:F=278.75Kmol/hSO2F=243.91Kmol/hO2F=1966.18Kmol/hN2出一段(進(jìn)二段):F=278.75X(1-0.62)=264.82Kmol/hSO2F=277.918X0.62=172.31Kmol/hSO3F=243.91-(172.31/2)=157.56Kmol/hO2F=1966.18Kmol/hN2出二段(進(jìn)三段):F=278.75X(1-0.8)=55.76Kmol/hSO2F=278.75X0.8=223Kmol/hSO3F=234.91-(233/2)=132.41Kmol/hO2F=1966.18Kmol/hN2出三段:F=278.75X(1-0.95)=13.94Kmol/hSO2F=278.75X0.95=264.82Kmol/hSO3F=243.91-(264.82/2)=111.09Kmol/hO2F=1966.18Kmol/hN2進(jìn)四段:考慮三段出口氣體經(jīng)冷換熱器后去第一吸收塔,因SO的吸收率為不低于399.95%,因而可認(rèn)為在吸收塔中SO全部被吸收,而SO,0川的量不變3222F=13.94Kmol/hSO2F=111.09Kmol/hO2F=1966.18Kmol/hN2出四段(進(jìn)五段):F=278.75X(1-0.992)=2.23Kmol/hSO2F=278.75X0.992-264.82=11.7Kmol/hSO3F=111.09-(11.7/2)=116.94Kmol/hO2F=1966.18Kmol/hN2出五段:F=278.75X(1-0.997)=0.8363Kmol/hSO2F=278.75X0.997-264.82=5.2405Kmol/hSO3
F=111.09-(5.2405/2)=104.5431Kmol/hO2F=1966.18Kmol/hN2表4.2轉(zhuǎn)化器的物料衡算進(jìn)■段KmolKgm3V%SO2278.7517840624411.20O2243.917804.85463.369.80N21966.185463.3644042.3279.002988.7480697.755749.675100出一段(進(jìn)二段)SO2105.9252711.68949.0884.41SO3172.315530.41548.5127.19O2157.562015.841411.0886.56N21966.1822021.1617616.92881.84E960.96532279.0821525.616100出二段(進(jìn)三段)SO255.761427.2499.522.35SO322371361998.089.38O2132.411694.721186.3045.57N21966.1822021.1617616.92882.70E950.9332279.0821300.832100出三段SO213.94356.8124.880.59SO3264.8284742372.7211.24O2111.091427.136998.99524.73N21966.1822021.1617616.92883.44E942.56832279.09621113.5232100進(jìn)四段SO213.94356.8124.880.67O2264.81427.136998.99525.33
N21966.1822021.1617616.92894.00E836.6432380.09618740.8032100出四段(進(jìn)五段)SO22.2357.08819.98080.11SO211.7374.64104.89920.56O2116.9451352.208946.54565.06N21966.1822021.1617616.92844.27E834.301523805.09618688.3536100出五段SO20.836321.4087.49280.04SO313.0936419.24117.38720.63O2104.54311343.296940.30725.03N21966.1822021.1617616.92894.30E834.02323805.10418682.11521004.4.2能量衡算氧,二氧化硫,三氧化硫,氮?dú)庠谌我馄骄鶞囟萒下的摩爾熱容的表達(dá)式為O:C=(7.16+1.0X10-3T-0.4X105/T2)X4.1868KJ/Kmol2PSO:C=(11.04+1.88X10-3T-1.84X105/T2)X4.1868KJ/Kmol2PSO:C=(13.90+6.10X10-3T-3.22X105/T2)X4.1868KJ/Kmol3PN:C=27.32+6.226X10-3T-0.9502X10-6T2KJ/Kmol2P一段進(jìn)口由上述表達(dá)式計(jì)算0?410°C時(shí)的SO,O,N的平均摩爾熱容如下:222SO:46.61KJ/KmolO:31.25KJ/Kmol22N:30.08KJ/Kmol2溫度為410°C,進(jìn)一段氣體每升高1°C所需熱量:SO:278.75X46.6仁129925.53KJ/°C2O:243.91X31.25=7622.19KJ/°C2N:1966.18X30.08=59142.694KJ/°C2則爐氣每升高1°c所需總熱量為丫=129925?53+7622?19+59142?694=79757?4215KJ/°C則爐氣帶入的熱量為Q=79757.4215X410=32700542.82KJ1進(jìn)一段出口溫度的確定SO+1/2O=SO+Q223在0°C時(shí)Q=96162,又Q隨溫度變化而變化,在溫度400?700°C之間,反應(yīng)熱量可用下式計(jì)算:Q=101342-9.25T式中,T:絕對溫度,K放出的反應(yīng)熱使轉(zhuǎn)化氣體溫度升高,反應(yīng)熱的大小與氣體中so含量有關(guān)。由于2反應(yīng)放熱,氣體經(jīng)過每層觸媒后溫度升高,可用下式計(jì)算:t=t+九(X一X)00式中,t:氣體出觸媒層的溫度t:氣體進(jìn)觸媒層的的溫度0X:氣體出觸媒層時(shí)的轉(zhuǎn)化率X:氣體進(jìn)觸媒層時(shí)的轉(zhuǎn)化率0九:絕熱溫升系數(shù),由開始?xì)怏w的組成確定查表可得SO:11.29時(shí)2九=308t=410+308(0.62-0)=600.96°C1反應(yīng)時(shí)平均溫度t=410+600.961m2=505.48°C計(jì)算0-601°C的SO,SOO,N的平均摩爾熱量如下:23,22C:SO48.39KJ/molO32.28KJ/molpm22SO68.74KJ/mol3N30.58KJ/mol2出一段氣體每升高1°C所需熱量:SO所需熱量:105.925X48.39=51525.71KJ/°C2SO所需熱量:172.31X68.74=11844.5894KJ/°C3O所需熱量:157.56X32.28=5086.04KJ/°C2N所需熱量:1966.18X30.58=60125.78KJ/°C2所需總熱量:工=5125.71+11844.589+5086.04+60125.78=82181.6894KJ/°C
摩爾反應(yīng)熱Q=101342-9.25T=101342-9.25(273+505.48)=94141.06KJ/mol1總反應(yīng)熱Q=172.31X94141.06=16221446.05KJ1反一段出口溫度t=氣體帶入+反應(yīng)熱=13080143.9+6507971.48=5952“=出口平均熱量=32886.006='一段出口氣體帶出熱量為:Q=82181.6894X595.29=48921988.86KJ1出因?yàn)橐欢纬隹诘臒崃枯^多,是壓力為次中壓可進(jìn)入3#過熱器組以產(chǎn)生2.45Mpa.400°C過熱蒸汽將經(jīng)過3#過熱器組的爐氣降溫至430°C進(jìn)入二段。2)二段進(jìn)口0-430°C時(shí)的平均摩爾熱容為O31.32KJ/Kmol2O31.32KJ/Kmol2N30.13KJ/Kmol22SO65.08KJ/Kmol3進(jìn)二段氣體每升高1°C所需熱量:SO:105.925X46.83=4960.4677KJ/°C2SO:172.31X65.08=11213.935KJ/°C3O:157.56X31.32=4934.78KJ/°C2N:1966.18X30.13=59241.0KJ/°C2Q=(4960.4677+11213.935+4934.78+59241.0)X430=34550578.56KJ/h2進(jìn)二段出口:t=430+308(0.8-0.62)=485.44°C2出反應(yīng)時(shí)的平均溫度t=(430+485.44)/2=457.72°C4MKmol反應(yīng)熱Q=101342-9.25(273+457.72)=94582.84KJ總反應(yīng)熱Q=(223-172.31)X94582.84=4794404.16KJ/h2反Q=Q+Q=34550578.56+4794404.16=39344982.72KJ/h2出2進(jìn)2反出二段的爐氣經(jīng)過熱換熱器后進(jìn)三段三段進(jìn)口溫度為430°C,進(jìn)三段氣體每升高1°C所需熱量:SO:55.76X46.83=2610.775KJ/°C2SO:223X65.08=14512.85KJ/°C3O:132.41X31.32=4146.775KJ/°C2N:1966.18X30.13=59240.85KJ/°C2Q=(2610.775+14512.85+4146.775+59240.85)X430=34619830.3KJ/h3進(jìn)三段出口:t=430+308X(0.95-0.8)=476.2°C3t=(430+476.2)/2=453.1°C3MKmol反應(yīng)熱Q=101342-9.25X(273+453.1)=94625.58KJ/h總反應(yīng)熱Q=(264.82-223)X94625.58=3957249.116KJ/h3Q=Q+Q=34619830.3+3957249.11=38577079.12KJ/h3出3進(jìn)3反出三段爐氣經(jīng)冷換熱器和預(yù)熱器及省煤器后進(jìn)入一吸收塔進(jìn)一吸前0-180°C時(shí)的平均摩爾熱容為SO43.23KJ/KmolO30.23KJ/Kmol22SO57.24KJ/KmolN29.45KJ/Kmol32進(jìn)第一吸收塔的氣體每升高1°C所需熱量:SO:13.94X43.23=602.525KJ/°C2SO:264.82X57.24=15157.875KJ/°C3O:111.09X30.23=3370.65KJ/°C2N:1966.18X29.45=57903.85KJ/°C2Q=(602.525+15157.875+3370.65+57903.85)X180=13866282KJ/h1吸進(jìn)在預(yù)熱器中空氣由39°C預(yù)熱到130°C,則空氣在預(yù)熱過程中吸收的熱量為:0-39°C時(shí)的0,N的平均摩爾熱容為:22O29.24KJ/KmolN29.06KJ/Kmol22則空氣帶入預(yù)熱器的熱量是Q=((278.75+243.91)X29.24+1966.18X29.06)X39=2824353.675KJ/h預(yù)進(jìn)0-130°C時(shí)的0,N的平均摩爾熱容為:22O29.93KJ/KmolN29.32KJ/Kmol22空氣帶出預(yù)熱器的熱量是Q=((278.75+243.91)X29.93+1966.18X29.32)X130=9527852.75KJ/h預(yù)出Q=Q-Q=9527852.75-2824353.675=6703499.075KJ/h空吸預(yù)出預(yù)進(jìn)4)四段進(jìn)冷換熱器入口氣體帶入熱量為0-80°C時(shí)的平均摩爾熱容CPMSO:40.82KJ/KmolO:29.58KJ/Kmol22N:29.17KJ/Kmol2經(jīng)一吸收塔后進(jìn)冷換熱器氣體每升高1°C所需熱量:SO:13.94X40.82=227.57KJ/°C2O:111.09X29.58=1319.27KJ/°C2N:1966.18X29.17=22941.33KJ/°C2Q=(227.57+1319.27+22941.33)X80=1959053.6KJ/h冷進(jìn)進(jìn)入4段轉(zhuǎn)化時(shí)的溫度為420°C,進(jìn)四段氣體每升高1°C所需熱量計(jì)算:S0所需熱量:13.94X46.72=651.15KJ/°C30所需熱量:111.09X31.28=3298.175KJ/°C2N所需熱量:1966.18X30.105=57353.325KJ/°C2所需總熱量工=651.15+3298.175+57353.325=63330.412KJ/°C帶入熱量Q=63330.412X420=26598773.25KJ4進(jìn)預(yù)計(jì)反應(yīng)后的溫度:t=t+九(x-x)400t=420+(0.992-0.95)X3084=432.936°C420+432936反應(yīng)時(shí)平均溫度t=1=426.468°C4m2摩爾反應(yīng)熱Q=101342-9.25X(273.15+426.468)=94871.92KJ0—432.936°C時(shí)熱反應(yīng)SO:0.812X46.859=104.495KJ/°C2SO:11.7X65.154=762.301KJ/°C30:116.94X31.328=3309.49KJ/°C2N:1966.18X30.1398=59260.27KJ/°C2所以所以工=104.495+762.301+3309.49+59260.27=63436.9KJ/°C反應(yīng)熱:Q=11.7X94871.92=1110001.464KJ4所以4段出口溫度t=(1110001.464+26598773.25)/63436.9=436.8^4所以4段出口氣體帶去熱量Q=63436.9X436.8=27709237.92KJ4出4段出口氣體經(jīng)2#過熱器組后進(jìn)5段5)進(jìn)5段的氣體溫度為410°C每升高1°C所需熱量:SO=2.23X46.61=103.95KJ/°C2SO=11.7X64.59=756.175KJ/°C30=116.94X31.25=3301.25KJ/°C2N=1966.18X30.08=59142.694KJ/°C2所需總熱量工=103.95+756.175+3301.25+59142.694=63303.925KJ/°C帶入熱量:Q=6330
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