年產(chǎn)10萬噸硫酸的生產(chǎn)工藝模擬設(shè)計(jì)綜述

硫酸生產(chǎn)工藝流程的綜述前言硫酸是一種重要的基本化工原料，廣泛應(yīng)用于各大工業(yè)領(lǐng)域。主要用于生產(chǎn)涂料、合成纖維、洗滌劑、制冷劑、化學(xué)肥料、飼料添加劑和石油的精煉、有色金屬的冶煉，以及鋼鐵、醫(yī)藥和化學(xué)工業(yè)。隨著社會的不斷發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，硫酸在科學(xué)技術(shù)和人們?nèi)粘Ｉ钪兴l(fā)揮的作用也越來越大。硫酸跨領(lǐng)域、涉及性廣等一系列特點(diǎn)對各個領(lǐng)域產(chǎn)生了重要的影響，而且各個領(lǐng)域?qū)α蛩岬闹匾曇泊龠M(jìn)了硫酸自身的發(fā)展和硫酸工業(yè)的進(jìn)步，因此，研究硫酸的生產(chǎn)工藝不僅可以提高硫酸的生產(chǎn)水平，還可以帶動其他行業(yè)的發(fā)展。1硫酸工業(yè)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢1.1國內(nèi)硫酸發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢我國的硫酸工業(yè)起始于19世紀(jì)70年代，當(dāng)時產(chǎn)量很少。早期的硫酸工業(yè)是與軍工聯(lián)系在一起的。最早建設(shè)的7個硫酸廠其中就有6個在軍工廠內(nèi)?？谷諔?zhàn)爭和解放戰(zhàn)爭時期，解放區(qū)的硫酸企業(yè)也是為軍工服務(wù)的。新中國建立后,硫酸工業(yè)獲得了快速地發(fā)展。20世紀(jì)50年代以后逐步推廣接觸法，取代鉛室法和塔式法,20世紀(jì)80年代以后全部采用接觸法。根據(jù)1999年底的不完全統(tǒng)計(jì),我國現(xiàn)有硫酸生產(chǎn)廠家632家,生產(chǎn)能力為32500kt/a。[1]1995年的產(chǎn)量為17.16Mt，僅次于美國，世界排名第二。近年來我國硫酸產(chǎn)量如下（Mt）：[2]年份1991199219931994199519961997產(chǎn)量，Mt13.3214.0713.4615.3017.1617.5619.462000—2009年是我國硫酸工業(yè)發(fā)展最快的階段,硫酸產(chǎn)量年均增長率為10.4%。2004年我國硫酸產(chǎn)量達(dá)到39950kt,首次超過美國位世界第一位,占到當(dāng)年世界硫酸總產(chǎn)量184990kt的21.6%。2009年硫酸產(chǎn)量創(chuàng)歷史新高,達(dá)59686kt,占到世界硫酸產(chǎn)量的32.2%,連續(xù)6年位居世界第一位。2000-2009年以來,硫磺制酸發(fā)展最快，產(chǎn)量年均增長率為18.0%,2009年產(chǎn)量達(dá)到27958kt;有色金屬工業(yè)的發(fā)展也直接帶動了冶煉煙氣制酸的發(fā)展,產(chǎn)量年均增長率為11.2%,近5年的年均增長率更是達(dá)到15.6%,2009年冶煉煙氣制酸產(chǎn)量達(dá)到17785kt;受低價進(jìn)口硫磺和有色金屬發(fā)展的影響,硫鐵礦制酸發(fā)較為平緩,產(chǎn)量年均增長率3%,2009年產(chǎn)量為13846kt。[3]隨著我國硫酸工業(yè)的迅猛發(fā)展,硫酸生產(chǎn)原料格局也發(fā)生了巨大變化,從硫鐵礦占統(tǒng)治地位,逐步形成了“硫磺一冶煉煙氣一硫鐵礦”三大原料制酸三足鼎立的格局,并且硫磺和冶煉煙氣制酸所占比例越來越大。硫磺制酸產(chǎn)量占硫酸總產(chǎn)量的比例由2000年的25.2%提高到2009年的46.8%,冶煉煙氣制酸產(chǎn)量占總產(chǎn)量比例由2000年的27.3%提高到2009年的29.8%；硫鐵礦制酸產(chǎn)量占總產(chǎn)量比例則由20000年的45.7%下降到2009年的23.2%。[3-4]經(jīng)過最近25年的發(fā)展,我國的硫酸工業(yè)產(chǎn)能、產(chǎn)量大幅度增加,技術(shù)裝備水平持續(xù)提高,既滿足了化肥生產(chǎn)的需求,為保證我國的糧食安全做出了巨大貢獻(xiàn),又滿足了石化、化工、紡織、輕工、有色冶金、鋼鐵等行業(yè)的需求，為國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展提供了重要的保障。1.2國外硫酸發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢世界硫酸工業(yè)生產(chǎn)始于18世紀(jì)中葉。1746年建立了第一個鉛室法硫酸廠，月產(chǎn)濃度33.4%的硫酸334Kg，用于漂白亞麻。20世紀(jì)初，塔式法硫酸生產(chǎn)出現(xiàn)，塔式法的設(shè)備生產(chǎn)強(qiáng)度為鉛室法的6-10倍，并將成品酸的濃度提高到了75%以上，前蘇聯(lián)對塔式法生產(chǎn)硫酸進(jìn)行了深入的研究，大大降低了建設(shè)硫酸廠的投資并提高了塔的生產(chǎn)強(qiáng)度。1900年美國建立了第一個一硫鐵礦為生產(chǎn)原料的接觸法硫酸廠，用鉑做催化劑。1915年，開始使用釩催化劑，由于釩催化劑價格低廉，對一些有毒害物質(zhì)的抵抗力較高，昂貴的的鉑催化劑和低活性的鐵催化劑便漸漸被取代。接觸法生產(chǎn)的硫酸濃度高，雜質(zhì)含量低，用途廣，還可以生產(chǎn)發(fā)煙硫酸和液體三氧化硫，沒有氮氧化物對大氣的污染，50年代以來已成為世界硫酸生產(chǎn)的主要方法。1998年世界硫酸生產(chǎn)量約15511萬t〔w(H2SO4)100%硫酸〕,比1997年增長2.2%,詳見表1,其中約有64%是以元素硫?yàn)樵仙a(chǎn)的,24%是冶煉煙氣制酸,12%以硫鐵礦為原料。[5]硫鐵礦的焙燒反應(yīng)過程，由一系列依次進(jìn)行的階段所組成。依次為FeS2的分解、氧向硫鐵礦表面的擴(kuò)散、氧與硫化亞鐵的反應(yīng)生成SO2由表面向氣流中擴(kuò)散。在表面上除了FeS與O2的反應(yīng)外，還進(jìn)行著硫磺蒸氣向外擴(kuò)散和氧與硫的反應(yīng)等。爐氣的凈化就是將出沸騰爐的SO2氣體中所含有的某些氣態(tài)或固態(tài)有害雜質(zhì)通過專門的設(shè)備將它們清除。SO2的轉(zhuǎn)化2SO2+O2=2SO3+Q該反應(yīng)是接觸法硫酸生產(chǎn)工藝的核心，它是一個可逆放熱反應(yīng)，在V2O5催化劑的存在下，高于起燃溫度時，反應(yīng)得以進(jìn)行。然而，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，氣體溫度升高，平衡向反應(yīng)式左移，即阻止生成SO3。為了提高SO2轉(zhuǎn)化為SO3的總轉(zhuǎn)化率，必需使經(jīng)過部分反應(yīng)的氣體通過數(shù)段催化劑床層，并且在氣體從上一段床層流向下一段時進(jìn)行中間冷卻。

SO3的吸收SO3+H2O→H2SO4+Q。轉(zhuǎn)化工序生成的SO3，在填料吸收塔中被循環(huán)的濃硫酸（98.5%）吸收，從氣體中除去。硫鐵礦制酸的工藝流程圖[9]硫鐵礦原料經(jīng)過原料工段處理過的，送入焙燒工序進(jìn)行硫鐵礦的沸騰焙燒，氣體經(jīng)廢熱鍋爐回收熱量再經(jīng)旋風(fēng)除塵器和電除塵器送入氣體凈化工序，經(jīng)凈化工序的氣體進(jìn)入干燥塔對氣體進(jìn)行干燥后送入轉(zhuǎn)化工段，進(jìn)行SO2的催化氧化，反應(yīng)生成的SO3氣體送吸收塔吸收產(chǎn)出硫酸。參考文獻(xiàn)[1]郭景芝,茆衛(wèi)兵.21世紀(jì)中國硫酸工業(yè)發(fā)展趨勢[J].硫酸工業(yè),2002,(5):1~8.[2]ChinaDaily.1998(3):8.[3]齊焉,2009年我國硫酸磷肥生產(chǎn)概述[J].硫酸工業(yè),2010（2）；1-5.

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