硫酸生产技术培训技术人员.docx
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硫酸生产技术培训技术人员
硫酸生产技术培训（技术人员）
总体思路：
温故知新
第一部分国内生产概况
2009年我国硫酸总产量为5969万吨，比增11%。
其中：
硫磺制酸2796万吨，占46.8%；硫铁矿制酸1385万吨，占23.2%；冶炼烟气制酸1778万吨，占29.8%；其它原料制酸产量10万吨，占硫酸总产量的0.2%，2009年鲁北集团的石膏制酸装置未开车，国内仅有少量硫化氢、废硫酸等原料制酸在生产。
2009年，广东省硫酸总产量161万吨，比降12%。
除了我公司用硫磺制酸及韶冶用冶炼烟气制酸外，其它都用硫铁矿制酸。
第二部分基础知识
硫酸的生产工艺较为简单。
不同的原料路线的制酸工艺中，硫磺制酸的工艺最简单，可概括为：
两种产品、三条化学方程式、三个平衡、七种单元操作。
1两种产品
（1）硫酸（性质及用途）
（2）蒸汽（饱和蒸汽、过热蒸汽）
生产两种产品所用的物料（原料、中间物料及产品）在整个生产过程中都相互隔开（间接换热）。
2三条化学方程式
（1）焚硫反应
S（l）＋O2（g）=SO2（g）＋△H1
△H1：
硫的燃烧热，硫的温度为298K时，△H1=9276
喷雾式焚硫炉
（2）转化反应
SO2（g）＋1/2O2（g）SO3（g）＋△H2
△H2：
转化反应热，温度为273K时，△H2=96
可逆反应
①平衡转化率
温度、压力、原始气体浓度平衡转化率两转两吸工艺
从转化过程中，把生产的SO3除去，逆反应将大大减少，有利于提高转化率。
所以，需采用“两转两吸”工艺。
②反应速率
转化活化能高转化速率很低触媒（催化剂V2O5）
③固定床转化器
（3）吸收反应
SO3（g）＋H2O（l）=H24（l）＋△H3
△H3：
吸收反应热，132.4
填料塔
3三个平衡
物料平衡（容易理解、贯穿整个生产过程）
热平衡（平衡转化率；余热利用；保温；换热面积；冷却水参数，冷却塔选型）
相平衡（饱和蒸汽参数；确定进吸收塔的气体温度，避免结露；空气的干燥，SO3的吸收）
4七种单元操作
（1）流体输送（贯穿整个生产过程，包括液硫、硫酸、水、空气及炉气、蒸气的输送）
（2）传热（除了成品输送工段及脱盐水制取系统的所有工段）
（3）蒸发（锅炉，将水变为蒸气）
（4）吸收及解吸（空气的干燥、SO3的吸收，中间水的脱二氧化碳、脱盐水的除氧）
（5）过滤（脱盐水的制取）
（6）反渗透（脱盐水的制取）
（7）离子交换（脱盐水的制取）
第三部分工艺流程及其特点
1工艺流程
制酸装置工艺流程图
脱盐水流程图
除氧系统图
（1）主物料系统
制气及气系统：
液硫＋空气SO2炉气SO2＋SO3炉气尾气
酸系统：
水（空气中的水和补充水），SO3炉气，工业硫酸，硫酸（S）
（2）液硫保温系统
硫的熔点：
110～119℃
蒸汽，冷凝水
（3）锅炉热力系统
自来水，脱盐水，饱和蒸汽，过热蒸汽
（4）脱盐水及除氧系统
工业水，中间水，脱盐水，锅炉给水，压缩空气（气动阀用，工艺用）
（5）循环水系统
补充水，循环水
（6）开/停车辅助系统
初酸输送系统
焚硫、转化升温系统
2车间平面布置图
总平面布置图
（1）罐区
（2）焚硫、锅炉及转化
（3）风机房及干燥、吸收
（4）循环水冷却
（5）脱盐水及除氧
3主要设备
（1）空气风机
整个系统由压缩机、电动机、增速器、润油油系统、动力油站等组成。
风机为单吸入、单级、悬臂或双支撑结构，10电机驱动压缩机。
压缩机叶轮采用高效叶轮，效率高、节能。
空气风机设计参数
进口流量：
700m3
出口升压：
40
额定功率：
640
电机电压10
电机功率～700
（2）转化器
转化器
转化工序的核心设备是转化器，本工序的特点是高温操作，介质为高温3、2气体。
转化器材料选用304不锈钢。
转化器由筒体、立柱、格栅和隔板组成，完全焊接结构。
不锈钢材料高温下仍具有较好的强度，在操作温度下比碳钢要高好几倍，漏气、串气的问题将得到解决，提高了转化率和系统的稳定生产，改善了工厂的操作环境。
硫磺制酸系统故障率低，使用不锈钢转化器有更多的优越性。
主要技术参数：
直径：
Φ5600
总高：
～15200
材质：
304H不锈钢
标方空速：
～0.40m
触媒：
正常76.2m2
最大容积：
84m3
设备总重:
～269000
（3）焚硫炉
焚硫炉
采用喷雾式焚硫炉，其结构简单、容积强度高。
炉型为卧式钢制圆筒内衬保温砖和耐火砖结构。
液体硫磺经喷枪喷入炉内，空气由端部进气口进入，经旋流装置及雾化后的硫磺充分接触燃烧，产生2气体。
主要技术参数：
①结构参数如下
衬后内径：
Φ3500
衬后长度：
12000
②主要工艺参数及特性
炉膛操作温度：
1000～1200℃
炉膛操作压力：
0.03（G）
雾化方式：
机械雾化
工作介质：
空气、液硫、2气体
喷枪喷硫量:
：
1.6～3.6m3
液硫磺温度：
135～145℃
空气温度：
65℃
正常空气流量：
327353；最大空气流量；360003
设备外壳温度：
～65℃
燃烧强度：
328×15×9282/115=3971083
（4）干燥和吸收塔
第一吸收塔
干燥塔和吸收塔的结构基本相同，均为立式圆筒形结构，碳钢内衬耐酸瓷砖，塔底为蝶形底；干燥塔和吸收塔内部隔离层均采用耐酸石棉板。
干燥塔和吸收塔塔内填料采用高效的76陶瓷矩鞍填料，填料支撑选择大开孔率的瓷球拱，使塔底受力更为均匀合理，不易漏酸、维修方便。
分酸器采用槽管式分酸器，可使酸的分布更加均匀，大大改善了填料的润湿率和分酸均匀度，增大空塔速度，提高吸收效率。
干燥塔顶采用高效丝网除雾器，吸收塔顶采用高效纤维烛式除雾器。
干、吸塔外形尺寸和相关技术参数如下：
①干燥塔
筒体内径：
Φ3400
总高：
～16000
填料高：
4000
酸喷淋强度：
28m32
空塔气速：
1.18m
②第一吸收塔
筒体内径：
Φ3400
总高：
～16000
填料高：
4000
酸喷淋强度：
22m32
空塔气速：
1.13m
③第二吸收塔
筒体内径：
Φ3400
总高：
～14500
填料高：
4000
酸喷淋强度：
22m32
空塔气速：
1.17m
干吸工序利用98%的浓硫酸吸收空气中的水份（干燥塔）或3气体（吸收塔），来完成工艺气体的干燥和得到硫酸产品。
（5）浓硫酸冷却器
①干燥塔酸冷却器
带阳极保护管壳式酸冷却器Φ700×7750，170M2。
硫酸浓度98.2%硫酸量200M3
进口酸温93℃，出口酸温65℃
进口水温34℃，出口水温42℃
②一吸塔酸冷却器
带阳极保护管壳式酸冷却器，Φ600×5960，95M2。
硫酸浓度98.2%硫酸量200M3
进口酸温93℃出口酸温75℃
进口水温34℃出口水温42℃
③成品酸冷却器
带阳极保护管壳式酸冷却器，Φ450×6000，65M2。
硫酸浓度98%硫酸量8.6M3
进口酸温70℃出口酸温40℃
进口水温34℃出口水温42℃
（6）火管锅炉
火管锅炉为卧式双锅筒自然循环锅炉，露天布置。
由上下锅筒、进出口烟箱和锅炉范围内管系等部件组成。
上锅筒为汽包，下锅筒为锅壳，烟管固定在锅筒两端的管板上。
烟气由进口烟箱分流，纵向通过烟管，在出口烟箱内汇流引出。
脱盐水经过省煤器加热后被送入汽包，汽包内的炉水通过下降管侧进入锅壳的壳程空间，炉水受热后形所的汽水混合物再通过上升管进入汽包，形成自然循环回路。
上升管和下降管同时作为汽包在锅筒上方的支撑结构，使汽包及锅壳连成一体。
在汽包内设有导流折板和波形板两道汽水分离装置。
此外，汽包上还设有安全阀、水位计、压力表、加药管和连续排污管等接管口。
余热火管锅炉91704180
炉气量327003/h
额定蒸发量18h，饱和蒸汽2.8225℃
4主要操作指标
2010年7月工艺参数
5特点
（1）本装置以液体硫磺为原料，采用机械雾化液体硫磺燃烧、余热回收、“3+1”两转两吸生产工艺，单系列生产装置。
原料纯度高，容易生产出高质量的工业酸（“过滤酸”）、电池酸和试剂硫酸。
（2）采用“3+1”两转两吸工艺技术，并采用进口高效低压降钒触媒，一吸塔和二吸塔采用纤维烛式除雾器，2总转化率达99.83%，3吸收率达99.99%，尾气2≤6983，酸雾403。
实际转化率一般达到99.9%，不使用尾气吸收系统时，尾气2≈3593。
《大气污染物综合排放标准》（16297-1996）的要求（2含量≤9603）。
（3）干燥、吸塔工段工艺路线合理，既减少了二吸塔尾气中2的排放量，又降低了酸中溶解的二氧化硫量，提高了产品质量。
第四部分存在问题及改进措施
1存在问题
1.1部分设备选型不当
以下几台设备，其额定功率均过大，导致运行过程中能耗较高。
（1）空气风机
硫酸装置设计工艺参数
现有风机参数
现有风机实际运行参数（装置负荷100%情况下）
建议新选风机参数
流量
m3
27300
42000
（700m3）
27000～28000
（450-467m3）
30000
（500m3）
压力
40
41
27～29
35
电压
10
10
10
电流
A
44（额定）
39
31（额定）
功率
630
574
450
（2）循环水泵
（3）锅炉给水泵
1.2不能直接稳定地产出试剂酸
除了铁含量，其它指标均达到《625-2007化学试剂硫酸》规定的“化学纯”的要求。
上述标准要求铁含量≤0.0001%，我公司5月10日以来，循环酸槽的硫酸含铁量为：
≤0.0001%的硫酸：
18%；
≤0.00015%的硫酸：
54%；
≤0.0002%的硫酸：
82%。
2已作或正在实施的改进
2.1硫酸（S）项目
（1）流程
在循环酸槽二吸泵出口处安装控制阀门，干燥塔出口处的硫酸，经取样分析确认符合蓄电池用硫酸或化学纯硫酸（分析用户关注的某些指标即可）的要求后，即打开该阀门，将电池酸输送到装车台附近的高位槽中，然后按现有工业硫酸的装车方法进行装车。
另外，本方案还改用脱盐水工段的中间水作为干吸工段的制酸补充水，在中间水泵出口处接管到循环酸槽即可。
（2）实施过程
2009年底提出该项目，3月1日开始实施，4月30日竣工，5月9日开始试生产硫酸（S），5月10日开始销售硫酸（S）。
（3）项目总投资为：
19.4万元。
（4）实际生产能力：
约11吨/小时，但库存容量只有40吨。
（5）产品质量：
全部优于《2692-2007蓄电池用硫酸》规定的“浓硫酸优等品”的要求。
其中，约20%的硫酸（S）的质量达到《625-2007化学试剂硫酸》规定的“化学纯”的要求。
（6）应用情况：
经下游用户使用证明，该产品可代替目前市场上的“过滤酸”和“酸”，用于电子行业的线路板清洗、铅酸蓄电池的电解液及生产试剂级硫酸盐等。
2.2正在实施的节能改造项目
（1）增加一台较小的空气风机
①功率较小
②采用变频器调速（原空气风机采用液力偶合器调速）
③已完成设备基础建设及大部分设备已到货，预计下个月上旬完成安装
（2）废水回收
预计下个月完成。
3最大潜力
本生产线的最大潜力是：
通过技术改造，减少铁元素从设备（管道）中“溶出”，使生产线在绝大多数情况下能稳定生产出化学纯级试剂硫酸。
干吸工段循环酸接触不锈钢设备面积
当然，是通过对晟安现有生产线的技术改造生产化学纯级试剂硫酸，还是硫酸项目二期的生产线直接按生产试剂硫酸设计，尚有待研究。
（制酸装置规模、试剂硫酸市场容量、及的取舍或配合）
第五部分应用实例
1流体输送的计算（硫酸（S）项目）
管道压损计算
循环酸槽二吸泵出口处的硫酸分两路输送，一路送入二吸塔，另一路送到高位酸槽和成品酸冷却器；二吸塔喷淋酸进口比高位酸槽硫酸进口高2m左右；采65的钢衬氟管道输送。
不增加泵能否将硫酸输送到高位酸槽？
如能，最大流量是多少？
2热量衡算（外供三氧化硫气体项目）
按现有制酸流程，从转化器三段出来的气体温度为455℃，经冷热换热器和省煤器降温至165℃后进入一吸塔。
所以，从转化器三段抽走部分气体，会影响系统的热平衡，并使蒸汽产量减少。
本项目从转化器三段抽走气体量为53453，从而使现有制酸系统损失的热量为2307。
热回收率按95%计算，则这部分热可以将25℃的水加热成蒸汽（250℃，1.8）的量为0.78吨/小时。
外供三氧化硫减少的蒸汽量计算
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二〇一〇年八月二十四日
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