硫磺制硫酸生产工艺

硫磺制硫酸生产工艺一、硫酸工业的发展概况1、我国硫酸产量、消费量持续增长，但是自2006年硫酸产量增速趋缓。2、硫酸原料结构得到根本改善。3、硫酸装置已基本实现大型化、国产化。4、硫酸供应量持续增长。5、盲目建设硫磺制酸装置使沿海地区能力过剩。6、中国是硫酸大国，但还不是硫酸技术强国，我国硫磺制酸工业余热回收利用潜力很大，提高低温位余热回收率将提到议事日程。7、硫磺制酸的新设备和新技术。国内各研发部门不断推陈出新，生产技术和装备水平再上新台阶，大型硫磺制酸装置设计中的关键技术和设备都有突破性的进展。8、硫磺制酸行业的CDM项目亟待开展。二、硫酸磷肥部硫酸装置简介硫酸磷肥部硫酸装置有三套硫磺制酸系统，一套固体熔硫装置，一套硫化氢制酸系统。1#硫磺制酸系统生产能力为250kt/a，该装置自2001年12月份建成后，于当月20日进行点火烘煮炉，28日喷磺，系统一次性开车成功。2#硫磺制酸系统生产能力为200kt/a，该装置自2002年8月建成后，因当时原料硫磺供应紧张，装置投产时间一直后移，于2003年11月10日进行点火烘煮炉，17日喷磺开车，系统一次性开车成功。3#硫磺制酸系统生产能力为300kt/a，该装置2005年8月份建成，9月8日喷磺开车，系统一次性开车成功。固体熔磺装置生产能力为80kt/a，2002年11月开车正常。硫化氢装置，06年元月5日投磺打通流程，目前一切准备工作已就绪等待大化肥供出浓度达到设计要求的硫化氢气体。三、硫酸产品说明。硫酸装置的主要产品是98%硫酸及105%硫酸。1、产品特性硫酸是重要的基本化学工业产品之一，外观为无色透明的油状液体。广泛应用于化肥、合成纤维、军工、冶金、石油化工和医药工业等部门。2、硫酸的化学性质a、硫酸是一种强酸，它的化学性质非常活泼，它能与金属直接反应，生成该金属的硫酸盐，所以它对金属有强烈的腐蚀性。例如：Zn十H2SO4＝ZnSO4十H2Fe＋H2SO4＝FeSO4＋H2b、硫酸与金属氧化物作用时，生成该金属的盐，利用此法可制取相应的金属盐类Fe2O3＋3H2SO4＝Fe2（SO4）3十3H2OCuO十H2SO4＝CuSO4十H2OC、硫酸与其它酸类的盐相作用时，可以制造很多种类的酸如：2NaCl＋H2SO4＝Na2SO4＋2HClCa3（PO4）2＋3H2SO4＋2H3PO4＋3CaSO4CaF2＋H2SO4＝2HF十CaSO4d、硫酸与氨及其水溶液作用生成硫酸铵2NH3＋H2SO4＝（NH4）2SO4四、硫酸生产的原料1、硫磺的主要特性：分子式：S，分子量：32.06，外观为黄色晶体或液体。因固体硫磺有α、β、γ等同素异形体，故其熔点从110℃至119℃不等,沸点444.6℃,自燃点232℃,闪点207.2℃,初熔时液硫的相对密度为1.803，140℃时相对密度为1.79，硫磺粉尘在空气中易爆燃，爆炸极限：下限2.3g/m3,上限无资料。硫磺几乎不溶于水,微溶于乙醇,丙醇、汽油、甲醛等有机溶剂中，易溶于二氧化碳，硫化氢在液体硫磺中有较好的溶解性，因而在实际生产中要注意对液硫中硫化氢危害的防范。在高温下硫同H2、C、Cl2反应生成H2S、CS2、SCl2等，硫同金属（除金、铂）反应，可直接化合成金属硫化物，200℃以上可与浓硫酸反应生成SO2。硫磺初熔时其粘度随温度升高而下降，当温度超过159℃时，粘度随温度升高而升高，190℃时粘度达到最大值。温度超过190℃时其粘度又恢复到初熔的特性，根据这一特性，生产中液硫的最佳操作温度为135~145℃。液态硫粘度----温度曲线3、主要原材料规格原料检验项目单位投料条件硫磺含硫％99.5有机物％＜0．3灰分％＜0．2砷％＜0．001不溶性水％＜2.0硫化氢CH3OH％0.1095CO2％50.3441H2％0.0069N2％2.3874H2S％47.1474CH4％0.0004CO％0.0043五、硫磺制酸的主要工序（一）、液硫贮存输送（二）、空气的干燥（三）、液硫的焚烧（四）、二氧化硫的接触氧化（五）、三氧化硫的吸收（六）、高温余热回收（七）、硫化氢制酸（八）、固体硫磺的熔化（一）、液硫贮存输送1、液硫贮存与输送岗位任务A、负责船载或车运液硫原料的接卸，并作好计量，负责低压蒸汽的停送。B、保证输硫管线的畅通，保持各贮槽中的液硫温度和液位在规定范围内。C、严格按工艺指标操作，保证向焚硫炉供应符合工艺要求的液硫。D、维护好管辖范围内各机电设备和仪表。E、密切与关联岗位的联系，防范液硫火灾，搞好安全生产。（一）、液硫贮存输送2、主要设备设备名称设备位号规格、型号和材质数量液硫贮槽V101abcφ13000×13500有效容积1750m3，内设14组盘管，换热面积303.6m2，槽盖里设盘管换热面积54.3m24液硫地下槽V102钢槽4224×5224×2100，内设3组盘管换热面积24.8m21液硫输送泵P101型号YSQ=29.7m3/hH=18m配用电机型号Y160M1—2B5N=11KWI=21.8An=2900r/min1液硫地下槽泵P102ab型号YSQ=13.1m3/hH=20.7m配用电机型号Y132S2—285N=7.5KWI=15.0An=2900r/min23、工艺流程图4、液硫贮存正常操作主要控制指标与控制序号序号指标名称单位控制范围1各贮槽液硫温度℃135～1452地下槽液位（以槽底为基准）m0.8－1.63低压蒸汽压力MPa≥0.45（二）、空气的干燥1、空气干燥的目的空气干燥的目的使用93%酸干燥空气和硫化氢装置来的潮湿炉气，以保证转化工序炉气的水份合格。水分本身对触媒无直接毒害作用，所以有湿法转化———冷凝成酸的流程。但是在一般制酸过程中炉气都经干燥除水后进入转化系统，并严格控制炉气中的水分含量指标。这主要有几个原因：1、空气干燥的目的（1）、水分会稀释进入转化系统的酸沫和酸雾，会稀释沉积在设备和管道表面的硫酸，造成腐蚀。（2）、水分含量增高，会使转化后的三氧化硫气体的露点温度升高，在低于三氧化硫气体露点温度的设备内，都会有硫酸冷凝出来，温度高和浓度不定（接近100%或含有游离SO3）的硫酸对设备有强烈的腐蚀作用。以上两点形成的腐蚀物，对触媒有严重的损坏作用。（3）、三氧化硫会与水蒸汽结合成硫酸蒸气，在换热降温过程中以及在吸收塔的下部有可能生成酸雾，酸雾不易被捕集，绝大部分随尾气排出，排气筒便会逸出白烟，不但使硫的损失增大，更重要的是污染了环境。２、干燥过程中要考虑的因素（1）、气体温度和含水量。（２）、干燥所用的硫酸浓度和温度。（３）、炉气干燥的指标：01g／m３。３、１＃系统空气干燥的主要设备序号设备名称规格型号材质数量１干燥塔Φ4650/Φ4892总高17430钢壳内衬瓷砖内装填料高6.26mΦ38阶梯环填料600mmΦ76矩鞍型填料5500mm150×150×16十字隔板瓷圈一层顶部为除沫Φ3400×10双层H=3600１２干燥酸循环泵型号JO2—52—4n=1460r/minQ=320m3/hH=29mN=90kWn=1480r/min２３循环槽高度2200mm外径Φ6520钢壳内衬瓷砖１４干燥酸冷却器Φ787.4×9144F=433.8m2管子直径1/2“材质316L外壳材质304L花板材质304L折流板材质316L带阳极保护的浓酸不锈钢冷却器１干燥塔４、干燥工序工艺流程方框图及主要控制点干燥塔干燥酸循环槽循环泵干燥酸冷却器１２００kw鼓风机转化工序自循环水空气去循环水去９８％循环槽自ＳＯ３吸收（三）、液硫的焚烧１、岗位任务：由液硫贮存工序来的合格的液态硫磺通过磺枪喷入焚硫炉内燃烧,制取二氧化硫(俗称炉气)，燃烧所需的空气经干燥塔内93%硫酸干燥后由1200KW风机送来。２、燃烧化学反应：Ａ、S十O2＝SO2十QSO3+１／２O2＝SO３十Q其间生成少量的SO3，其含量约相当于SO2的1~5%。B、不同的空气温度下液硫的燃烧温度和SO2％Ｏ２％ＳＯ２２０％１０％１０％２０％3、１＃系统焚硫主要设备设备名称设备位号规格、型号和材质数量焚硫炉F201壳体φ5200（内）×14L=14600材质Q235内衬一层保温砖二层耐火砖，净内径φ4016，内砌3道折流墙１废热锅炉B201壳体φ2200（内）×50L=6090，材质20g，内接487根φ57×5无缝钢管（材质20g），每根长6000，汽包筒体φ1500（内）×40，L=5500，全长6568，材质20g，8根φ159×7下降管1空气鼓风机C201型号：BJSB-CNMΦ1200-1050单吸一级离心式鼓风机风量1700m3/min静压3640mmH2O功率：1200kW转速2980r/min，额定电流：132A电压：6000V，油泵四级电机n=1500r/min，额定电流I=3.5A，功率1.5KW14、焚硫炉３、焚硫工序工艺流程方框图及主要控制点干燥塔精硫槽循环泵焚硫炉１２００kw鼓风机空气自液硫贮存焚硫炉放空放空去转化工序４、焚硫工序主要控制指标序号序号指标名称单位控制范围1鼓风机出口水份g/m3≤0.12鼓风机出口酸雾g/m3≤0.005３焚硫炉出口温度℃950±404焚硫炉出口ＳＯ２浓度％9.5±０.５5精硫槽液位m０.８－０.９6精硫槽温度℃１３５－１４５7低压蒸汽压力MPa≥0.45（四）、二氧化硫的接触氧化１、岗位任务：出焚硫炉的炉气温度约为950℃,经火管式锅炉回收热量后温度降至410℃左右,然后进入转化器,在钒催化剂的作用下使SO2氧化为SO3，反应为放热反应。借此反应热通过换热系统使之达到转化器各段所需的反应温度，多余的热量由两个省煤器和两个过热器中的除氧水和蒸汽移走。２、转化反应方程式如下：SO2十1/2O2＝SO3十Q３、转化反应的特点：（１）反应温度如果只考虑反应速度，则反应温度应当越高越好。如果只考虑平衡转化率，则反应温度应当越低越好。这是矛盾的。因此，在选择转化温度指标时，不但要考虑有较高的转化率，同时还要考虑有较高的反应速度。所以在转化过程中，就不应该自始至终保持同一个温度范围。反应的初期，二氧化硫和氧的浓度高、三氧化硫浓度低，距离平衡状态较远，宜使气体在较高的温度下转化，使具有较大的反应速度；反应的后期，气体成分的浓度关系正好相反，距离平衡状态较近，宜使气体在较低的温度下转化，以获得最高的转化率。这过程中温度的调节，是靠设置在转化系统中的各个换热器或靠加入冷炉气、冷空气来达到的。３、转化反应的特点：（２）反应压力平衡转率随压力增大而增高；高温比低温状况下其平衡转化率随压力增大而增高的值较大。故硫酸生产系统，转化和吸收工序，在加压下生产是有好处的，尤其是硫磺制酸系统更为有利。所以，近年来国际上不少国家在积极研究采用加压流程。取得了显著的技术经济效益。（３）反应气体起始成分方程式表明，在一定的温度和压力下，气体起始成分中的氧含量愈大和二氧化硫的含量愈小，则平衡转化率便愈高；如果从转化过程中，把生成物除去，逆反应速度必会大大减小，平衡状态立即被打破，反应就变得有利于正反应的进行，进一步提高了转化率。这就是建立两转两吸新流程的理论依据。两转两吸工艺，就是把一次转化成的ＳＯ３吸收掉，提高进二次转化器的原始气体成分中的Ｏ２含量，从而使平衡转化率得到大的提高。例如在４４０℃和１９.６１kpa下经两次转化后，总转化率在ＳＯ２浓度８.５％下可达到９９.５％以上（实际生产状况），其平衡转化率接近１００％。如不采用两转两吸工艺，在ＳＯ２浓度８.５％状况下，其平衡转化率只有９７.２６％，实际转化率就更低，一般只能达到９５％左右。４、１＃系统转化主要设备：设备名称设备位号规格、型号和材质数量转化器R201φ9169，H=18550，分四段共装触媒220m3，其中一段S107—1H（Y）型15m3，S101—2H（Y）型29m3，二段S101—2H型55m3，三段S101—2H（Y）型60m3，四段S107—1H（Y）型61m3１废热锅炉B201壳体φ2200（内）×50L=6