年产30万吨硫磺制酸装置低温热能回收项目可行性研究报告.docx

1、年产30万吨硫磺制酸装置低温热能回收项目可行性研究报告年产30万吨硫磺制酸装置低温热能回收项目可行性研究报告附图: 1） 设备平面布置图 NR0901-12） 硫酸系统工艺流程图 NR0901-2 3） 汽水系统工艺流程图 NR0901-3第一章 总 论1.1 概述1.1.1项目名称、主办单位名称、企业性质及法人 项目名称： 30万吨/年硫磺制酸装置低温热能回收项目 主办单位：法定地址：法 人：1.1.2 可行性研究报告编制的依据和原则1.1.2.1 编制依据（1）化工建设项目可行性研究报告内容和深度的规定(修订本)，原化学工业部化计发(1997)426号文。（2）XXXXXX复合肥有限公司与

2、中国XX集团XX设计院签定的“XXXXXX复合肥有限公司30万吨/年硫磺制酸装置低温热能回收项目可行性研究报告编制合同”，合同编号：NHSC-09001。1.1.2.2 编制原则 本可研报告的编制将遵循下述原则：(1) 立足我院自身技术优势，选用技术先进、工艺成熟、运行可靠的低温热能回收工艺技术，确保系统安全、可靠、稳定长周期运行。(2) 充分利用硫酸装置已有的公用设施、辅助设施，节约工程投资，降低运行费用。(3) 遵循持续发展的战略观念，严格执行环境保护法规、安全和工业卫生法规，控制对环境的污染，建设清洁生产装置。(4) 充分利用现有场地，布置紧凑，布局合理。(5) 充分考虑热能回收系统施工

3、时，不影响其他装置运行；热能回收系统启停时，也不影响主装置的正常运行。(6) 充分利用硫酸装置的集散控制系统（DCS）进行扩能改造，对生产过程进行监视和控制，方便生产管理和设备维护。(7) 全部采用可靠的国产化的技术和装备，节约工程投资。1.1.3 项目提出的背景XXXXXX复合肥有限公司，始建于1973年，位于XX中部XX市，东靠胶济铁路线，西邻205国道，南接济青高速公路，国家、省磷肥、复合肥定点生产厂家。现有职工1018人，工程技术人员245人，中高级职称178人，总资产7.9亿元，拥有30万吨硫酸钾复合肥、10万吨磷肥、10万吨磷铵粉、10万吨工业盐酸、12万吨硫铁矿制酸装置配套300

4、0千瓦余热发电系统、30万吨/年硫磺制酸装置配套6000千瓦余热发电系统、3万吨/年干法氟化铝、在建6万吨/年干法氟化铝等生产线。公司经过多年的生产实践，培养了一批懂经济、善管理、开拓型的干部。近年来，企业的经营管理和生产技术水平不断提高，经济实力不断增强。在各种含硫原料制取硫酸的生产过程中，含硫原料的燃烧、二氧化硫的氧化及三氧化硫的吸收三个主要过程均伴有大量的化学能释放出来。含硫原料的燃烧及二氧化硫的氧化过程中产生的高、中温余热利用均已有较为成熟的工艺。在硫酸装置干燥和吸收过程中，伴有大量的反应热、冷凝热和稀释热产生，这部分热量的利用由于高温浓硫酸的强腐蚀性而受到了很大的限制，目前除了少量装

5、置用于加热工业和生活用水外，一般都是用循环冷却水移走而白白浪费。公司30万吨/年硫磺制酸装置配套6000千瓦余热发电系统，已实现高温余热、中温余热这两部分的热量产生中压蒸汽发电的综合利用。自2006年11月至今，运转平稳，实现了资源的综合利用，取得了良好的经济效益。但干吸部分的低温余热一直未得到有效的开发利用。国内已有一些企业利用国外技术建设了低温热能回收装置，取得了一定的经济效益，在国家积极倡导节能减排的形势下，开发利用30万吨/年硫磺制酸装置的低温废热的时机已经成熟。1.1.4 投资的必要性及其意义（1）发展企业产业链，实现循环经济的需要项目选定建于XXXXXX复合肥有限公司30万吨/年硫

6、磺制酸装置上，是公司产业的延伸。最终产生的低压蒸汽可以供给公司30万吨/年硫酸钾复合肥、10万吨/年磷铵、磷酸浓缩和氨加热使用，实现自产自用的整体生产循环，实现产销平衡。另外附近的XX汇丰XX有限公司生产需要大量的低压蒸汽，因此也可以在必要时考虑外供。（2）企业实现资源综合利用的需要因为低温热能回收项目是利用30万吨/年硫磺制酸装置上干吸工段的低温余热生产低压蒸汽，除消耗少量的电力外，不存在其他能源的消耗，完全符合国家产业链的要求，即节能又实现有效资源的综合利用。（3）企业增加经济利润，降低生产成本的需要因低温热能回收项目选定在公司原有装置上建设，区位优势明显，各项配套功能齐全，在交通运输、供

7、水、供电等方面为本工程提供了良好的条件。因此，考虑公司内的各项有利条件，即节省投资，又可加快工程建设进度实现投资向效益的尽快转变，对提高企业的经济效益具有重要的意义。XXXXXX复合肥有限公司是一个已有悠久历史的硫酸生产企业，有一整套生产、维修和管理的经验，为本项目的顺利实施创造了极为有利的条件。利用30万吨/年硫磺制酸装置低温废热产生低压蒸汽，一方面可以提高企业的经济效益，另一方面在能源供应日趋紧张的今天，具有深远的社会意义，因此，本项目的建设是必要的、合理的。1.1.5 可行性研究的范围30万吨/年硫酸装置低温热能回收项目设计范围包括：1）主要生产设施：低温热能回收装置。2）公用工程设施：

8、总图布置、界区内供排水管网、装置配电及照明、装置自控（含DCS扩能改造）等。本可行性研究探求硫酸装置技术和设备的先进性、可靠性和适用性以及经济上的合理性，并作出评价。1.2 研究的简要结论1.2.1 研究的简要结论 1）本项目利用30万吨/年硫磺制酸装置低温废热产生低压蒸汽，符合国家节能减排的产业政策。2）低温热能回收所产低压蒸汽可以满足公司其他产品对蒸汽的需求，实现废热的综合利用，蒸汽出路有保证，市场前景好。 3）本项目采用国产化的工艺技术，技术先进、可靠、适用。 4）充分利用干燥和吸收过程中产生低温热能产低压蒸汽，余热回收利用率高。 5）本装置无“三废”排放，无环境污染问题，具有显著的环境

9、效益。6）从全部投资现金流量表（见表8）上分析，本项目税前(后)主要经济指标：财务净现值达4652.16万元，财务内部收益率达30.24%，投资回收期为4.08年（含建设期）。财务内部收益率大于行业基准收益率，说明盈利能力满足了最基本要求，投资回收期均低，这表明项目投资能按时收回，财务净现值均大于零，该项目在财务上是可行的。 因此，本项目可行性研究认为，项目建成后经济效益明显，同时环境效益和社会效益显著，在技术上和经济上都是可行的。1.2.2 主要技术经济指标主要技术经济指标表序号项 目 名 称单位数量备 注一、硫酸生产规模与产品方案1.原硫酸装置生产规模万吨/年30以100%H2SO4计2.

10、产品方案 0.8MPa蒸汽万吨/年13.6二、 年操作日天333.3以每年8000小时计三、 公用动力消耗量1. 供 水 脱盐水吨/年141042. 供 电总装机容量千瓦114.2需要容量千瓦74.8年耗电量万度45四、 三废排放量无正常生产无三废排放五、 运 输 量 运 出万吨/年13.6产品蒸汽用管道运输六、 定 员人0利用原硫酸车间人员七、 装置占地面积平方米180八、建设总投资万元5115.80 其中：建设投资万元5048.77 建设期利息万元67.03 流动资金万元0.00十年平均销售收入万元2040.00正常年份十一 年平均总成本万元906.31正常年份十二 年平均利润总额万元11

11、33.69所得税前十三 年平均销售税金及附加万元0.00正常年份十四 企业财务评价指标1. 年平均投资利润率%22.16正常年份2. 年平均投资利税率%22.16正常年份 3 所得税前内部收益率%30.244. 所得税后内部收益率%30.24 5 所得税前投资回收期年4.08包括建设期6. 所得税后投资回收期年4.08包括建设期7. 所得税前财务净现值万元4652.16基准收益率取11%8. 所得税后财务净现值万元4652.16基准收益率取11%9. 盈亏平衡点%36.20用生产能力利用率表示10. 贷款偿还期年2.63包括建设期第二章 市场预测2.1 市场情况预测我国当前正处于工业化与城市化

12、快速推进的阶段，能源需求正以前所未有的速度增长。从2000年到2006年，我国能源消费增长了146，达到246亿吨标煤。随着我国经济的发展，能源需求还会进一步增长。在某种程度上可以说，我国是能源资源总量丰富的国度，但是，由于我国人口众多，人均能源可采储量远低于世界平均水平。2000年，我国人均石油可采储量只有26吨，人均天然气可采储量1，074立方米，人均煤炭可采储量90吨，分别为世界平均值的111 、43和554。因此，从人均能源资源占有量看，我国是世界上能源较为贫乏的国家，能源资源禀赋条件并不优越。为了满足能源需求，我国能源生产不断扩大。即使如此，我国能源供需矛盾仍然没有根本解决，我国能源

13、供需缺口将随着经济发展而不断扩大。能源消耗与环境恶化是直接相关的。能源等自然资源的开发利用不可避免地会对生态环境造成一定程度的破坏，过度的能源消耗，一方面加剧了我国能源资源供需紧张的矛盾，另一方面加重了生态恶化和环境污染。无论是从国家能源安全和可持续发展的角度，还是根据能源供需平衡与提高经济运行效率的需要，提高能源利用效率是我国解决能源贫乏、能源过度消耗与环境恶化的重要途径。能源是发展工农业生产和提高人民生活水平不可缺少的重要物质条件。经济要发展，能源需先行。一方面，随着现代化社会的发展，能源需求量不断增加，另一方面，我国提出了“十一五”期间万元GDP能耗降低20的目标。因此，在开发新能源，调

14、整能源结构的同时，努力提高能源利用效率、开发新的节能技术是当前需要解决的重要课题。硫酸是重要的基本化工原料，是世界上生产量最大的化工产品，广泛应用于各行各业。随着中国现代化建设的需要，各行业对硫酸的需求量均呈上升趋势。硫酸的生产原料主要有硫磺、硫铁矿、天然石膏、磷石膏以及含SO2的冶炼烟气。在各种含硫原料制取硫酸的生产过程中，含硫原料的燃烧、二氧化硫的氧化及三氧化硫的吸收三个主要过程均伴有大量的化学能释放出来。国内大部分硫酸装置均回收了生产过程中产生的高、中温余热，并用于产汽或发电，但对于干燥和吸收过程中产生的大量低温热能，一般都没有利用。随着能源价格的上涨，愈来愈需要回收硫酸生产过程中的低温

15、位热能产生蒸汽，以提高企业的经济效益，增加市场竞争的筹码。国内现有硫酸装置五百多套，硫酸产量居世界首位，到2007年底，我国已形成硫酸生产能力约6500万吨，因此低温热能技术的推广在能源越来越紧张的今天，有着极其广阔的前景。XXXXXX复合肥有限公司蒸汽需求量较大，30万吨/年硫酸钾复合肥、10万吨/年磷铵、30万吨/年硫磺制酸和12万吨/年硫铁矿制酸装置锅炉给水除氧、磷酸浓缩和氨加热等均需要使用大量的蒸汽，本项目建成后，将为公司每年提供13.6万吨（即17t/h）0.8MPa低压蒸汽，所产蒸汽全部供公司内部使用。2.2 产品价格分析本项目的建设具有较多优越性，本项目是在现有硫酸装置基础上废热

16、回收项目，除了消耗少量电力外，无需外加其他能源，即可产生大量低压蒸汽，以满足公司其他产品对蒸汽需求，实现废热的综合利用。本项目采用国产化的工艺技术，技术先进、可靠、适用。工艺流程简洁，投资省，建设条件良好，建设周期短，余热回收利用率高。本项目的建设极大地降低了企业成本，提高了企业的经济效益，能够有效增强企业的竞争力。根据国内能源价格的现状，结合当地目前的蒸汽市场价格，取0.8MPa低压蒸汽价格130元/吨作为本项目经济评价的价格基础。与近几年蒸汽价格相比较，该价格定位是比较适中的。第三章 产品方案及生产规模3.1 产品方案由于硫酸装置配套的低温热能回收装置只能产生1.0MPa以下的低压蒸汽，而

17、XXXXXX复合肥有限公司其他生产过程只需要0.8MPa的低压蒸汽，另外附近的XX汇丰XX有限公司生产也需要大量的0.8MPa低压蒸汽，因此确定低温热能回收装置产生的蒸汽为0.8MPa饱和蒸汽。3.2 生产规模建设规模的确定，要考虑到产品需求、资金的筹措、企业经济效益以及厂址的建设条件等诸多方面的因素。装置的规模还要涉及技术来源、工程设计、设备制造、施工建设以及操作管理等工程技术因素。(1) 适应公司需要XXXXXX复合肥有限公司现有30万吨/年硫酸钾复合肥、10万吨/年磷铵、及磷酸装置等，利用30万吨/年硫酸装置的低温热能产生低压蒸汽，可以满足上述装置的用汽要求，实现自产自用的整体生产循环，

18、实现产销平衡。为了满足公司用汽的需要，并达到一定的经济规模，选择兴建一套30万吨/年硫磺制酸装置完全配套的低温热能回收装置较为合理，即年产0.8MPa低压蒸汽13.6万吨。(2) 充分利用公司的有利条件XXXXXX复合肥有限公司在供电、供水以及其它公用工程等方面为本工程提供了良好的基础条件。将有利于降低建设投资，加快建设进度，提高整个企业的经济效益。(3) 技术的可靠性本硫酸生产装置所有技术装备，除了第一吸收塔顶改造需要进口除雾器外，均可实现国产化。以下就技术的可靠性方面加以说明。(a) 关于技术的来源低温热回收技术在国际上开发应用已有二十年，较为成熟的有美国孟山都、德国鲁奇公司。其原理都是通

19、过大幅度提高吸收循环酸温度，用吸收反应热来产生低压蒸汽。而其中只有美国孟莫克公司的HRS技术得到推广应用，已有20多套装置投产，运行时间最长已有20年左右。目前在国内已有三套装置建成投产，另有数套装置正在建设过程中。目前中国XX集团XX设计院已完成了前期研究工作，并已在南化集团公司硫酸车间建成了一套低温热能回收试验装置，目前运行状况良好。我院自主研发的低温热回收系统，完全利用国产新型材料和技术手段，投资省，特别适于现有硫酸装置的改造。综上所述，该装置所拟定的规模，是有可靠的技术来源的。(b) 关于设备的设计和制造中国XX集团XX设计院在硫酸装置设计方面具有丰富的经验，这些经验为低温热能回收装置

20、的设计奠定了可靠的基础。低温热能回收装置的设备不多，高温酸循环泵及蒸汽发生器等，国内已有成熟的制造经验，完全可以实现国产化。由于高温吸收带来较多的酸雾，原第一吸收塔配套的除雾器需要更换，由于国内的除雾器在质量上与国外产品差距较大，需要进口。 (c) 关于装置的生产管理XXXXXX复合肥有限公司有多年的硫酸生产经验，为低温热能回收装置的正常运行打下了坚实的基础。在生产操作和管理方面，硫酸装置干吸工段的操作与低温热能回收装置有很大的相似性，只要稍加培训，理解了低温热回收的原理，掌握了其主要操作方法，就完全可以保证装置的正常生产。以上分析表明：在技术的可靠性方面，30万吨/年硫磺制酸装置低温热能回收

21、装置的规模是可行的。3.3 产品的品种及规格30万吨/年硫酸装置配套的低温热能回收系统的产品及规格如下：年产蒸汽能力： 13.6万吨产品规格： 0.8MPa低压饱和蒸汽日操作时间： 24小时年操作时间： 8000小时第四章 工艺技术方案4.1 低温热回收技术原理通常的硫酸装置吸收过程是这样的：SO2气体经过转化工段转化成SO3气体后，进入的硫酸装置的吸收塔底部，塔上部利用高浓度硫酸（98%）进行喷淋，浓硫酸中的水分与气体中的SO3反应生成硫酸（即被浓硫酸吸收），使得喷淋的浓硫酸浓度增大，同时由于这一反应是放热反应，浓硫酸的酸温也要升高。吸收气体中SO3的浓硫酸自塔底排至酸循环槽中，槽内加适当水

22、将硫酸稀释到进入吸收塔前的浓度，再用循环酸泵送入酸冷却器中冷却，冷却后的浓硫酸（酸温一般低于80）再进入吸收塔顶进行喷淋。在这一循环过程中，吸收SO3产生的反应热是通过酸冷却器中的循环水带走而白白浪费掉。本技术要利用SO3吸收过程的反应热来产生蒸汽，因此必须提高循环酸的温度在200左右。由于硫酸的腐蚀性一般随着其温度的增加而加强，这也是限制低温热能回收产生中压蒸汽的最重要的因素，但某些金属材料在一定的硫酸浓度范围内，即使在200左右甚至更高的温度下，也具有较强的耐腐蚀性能。这是低温热能回收技术的一个基础，因此耐高温浓硫酸腐蚀的材料的选择是本项目的一个关键，这些材料包括塔体、泵槽、酸管道、阀门、

23、泵体和蒸汽发生器等所采用的材料。我院采用的合金材料在试验装置中经过长期使用证明是合适的，是完全能适应低温热回收的操作环境的。应该重视的是，必须将整个循环酸系统中的酸浓严格控制在99%，这样才能保证系统的耐腐蚀性和长期稳定的运行，同时也要保证进高温吸收塔的硫酸浓度在99%，因为过高的吸收酸浓将严重影响SO3的吸收效率，亦即严重影响低温热能回收系统的热回收效率。我院低温热能回收技术是在硫酸装置传统的第一吸收塔前串联的一台具有一段填料层的高温吸收塔，这样整个吸收过程分为高温吸收部分和低温吸收部分。高温吸收部分是通过大幅度提高吸收循环酸温度，以蒸汽发生器代替酸冷却器产低压蒸汽，并在蒸汽发生器出口增设了

24、浓硫酸混合器、锅炉给水加热器、脱盐水加热器等，即利用吸收过程反应热来产生低压蒸汽，从而大幅度提高硫酸装置的热能回收率。低温吸收部分与传统的低温吸收过程相同，经过高温吸收塔吸收后的工艺气体再进入传统的第一吸收塔进行进一步的吸收，以保证维持较高的吸收率，同时第一吸收塔中除去产生的酸雾。在蒸汽发生器后专门设置了硫酸混合器，以使加入的水与高温浓硫酸充分地混合。由于水加入浓硫酸的过程非常激烈，并放出大量热量，另外此处因水的加入腐蚀性特别严重，因此混合器的设计和材料的选择要求十分严格，既要保证加入的水能够分散均匀，又要求在高温下有很好的耐腐蚀性能。蒸汽发生器是本项目的一个关键设备，汽水循环系统采用自然循环

25、方式。要求设备既要有锅炉本身具有的高效率和良好的结构设计，也要求具有极高的耐腐蚀性能，同时设计可靠的安全保护及连锁系统，以确保装置长期、可靠、稳定地运行。4.2 国内外工艺技术概况硫酸装置低温余热的利用大体来说有三种形式：（1）加热其它物料，如预热锅炉给水、加热生活用水和工业用水。还有许多具体应用，例如加热造纸液、浓缩硫酸和磷酸、用于磷矿的浮选、铀矿的浸取、铜精炼的电解槽加热、锌精炼的溶液预热、磷铵生产过程中生产磷酸一铵（MAP）及磷酸二铵（DAP）前氨与磷酸的加热，也可用于钛白粉生产过程的加热及海水淡化生产等等。（2）采用高温吸收，生产中低压蒸汽。（3）以低沸点物料作载体，带动透平发电机组发

26、电。自从七十年代在工业上推广使用氟塑料冷却器、板式换热器和阳极保护管壳式酸冷却器以来，吸收塔循环酸的热量已可用来生产8095的热水，然而由于热水的温度较低，又只能利用其显热，使这部分热量的利用受到很大限制。如果利用低温热能生产蒸汽，是理想的解决办法。利用低温余热产生蒸汽，就必须进一步提高循环酸的温度，然而现有的耐浓硫酸腐蚀的不锈钢和合金似乎都不能适应如此高的酸温。研究人员发现，当硫酸浓度接近100%时，对不锈钢和合金的腐蚀能力便降低，即使温度升高，腐蚀速率也不一定增加。例如304L不锈钢，在硫酸浓度为98.5%100%的范围内，温度在143227时，其年腐蚀率在0.030.43毫米之间。有些合

27、金的耐腐蚀性能比304L不锈钢更好。因此，只需选择和控制适宜的硫酸浓度，就可以用不锈钢或合金制造设备和管道等，并用于工业生产。基于上述发现，使得利用低温余热产生蒸汽成为可能。低温热回收技术在国际上开发应用已有二十年左右，美国孟山都、德国鲁奇、加拿大凯米迪公司都开发成功该技术。其原理都是通过提高吸收循环酸温度，用吸收反应热来产生低压蒸汽，而其中只有美国孟莫克公司的HRS技术得到推广应用，目前已有20多套装置投产，运行时间最长已有20年左右。近两年国内的大型硫磺制酸装置中已有三套装置引进了美国孟莫克公司的HRS，还有个别装置正在建设中。中国XX集团XX设计院作为中国化工的硫酸、磷肥设计技术中心，在

28、硫酸装置设计方面具有丰富的工程经验。中国XX集团XX设计院具有很强的技术开发能力，软硬件装备齐全，有关技术人员已做了相当长时间充分的技术准备。自2005年开始我院已经投入了大量的力量对低温位热能回收技术进行了研究开发，集中了我院科研、设计人员的力量，形成一个具有较强实力的工作组，确定了技术攻关要点，掌握了工艺流程、设备和工艺材料。2007年9月，我院在中XXXX化学工业有限公司硫酸车间，依托现有的硫酸装置，建成了一套低温位热能回收试验装置，目前运行状况良好。我院借助于在硫酸工程设计方面的丰富经验，对低温热能回收技术的研究已经取得了较大成果并且取得了国家专利局授权的硫酸蒸汽发生器的专利（专利证书

29、号：ZL2006 20125513.6）。我院无论在工艺参数的选取还是在工艺设备方面如高温吸收塔、蒸汽发生器、混合器、高温浓硫酸泵的结构设计方面都有其自身的特点。4.3工艺流程和消耗定额4.3.1 工艺设计特点我院自主研发的低温热能回收(DWRHS)技术，立足于我院五十年来在硫酸设计领域形成的雄厚的技术实力和丰富的工程经验，将理论探索、技术研发和工程实践紧密结合，努力实现材料和设备的全部国产化。我院自主研发的低温热能回收(DWRHS)技术具有以下特点：（1）立足我院自身技术优势，选用运行可靠的低温热能回收工艺技术，确保系统安全、可靠、稳定长周期运行。（2）遵循可持续发展的战略观念，严格执行环境

30、保护法规、安全和工业卫生法规，建设清洁生产装置。（3）完全利用国产新型材料和技术手段，所有设备、材料实现国产化，投资省，适于国内硫酸装置的新建或改造。（4）采用两塔吸收，高、低温吸收分开，可根据生产厂的实际情况灵活操作，同时有利于保证吸收效率和和控制酸雾指标，确保整套硫酸装置的安全运行。对于老厂改造，可只建高温吸收塔系统，原一吸塔循环系统可用作低温吸收塔系统。高温吸收塔系统采用高温吸收工艺，将系统的酸浓控制在99%99.9%，进高温吸收塔的循环酸温提高到190C以上，并在系统中以蒸汽发生器代替传统的酸冷却器产生低压蒸汽。（5）本技术特别适用于老厂技术改造，做到尽量使布置紧凑，并适应现有场地条件

31、。可充分利用硫酸装置已有的公用设施、辅助设施，节约工程投资，降低运行费用。（6）充分考虑热能回收系统施工时，不影响其他装置运行；热能回收系统启停时，也不影响主装置的正常运行。（7）采用先进的检测、控制技术，装置正常运行时操作全部自动化，不仅有利于装置的操作管理，更有利于装置的安全、稳定。对于老厂改造，可充分利用硫酸装置的集散控制系统（DCS）进行扩能，对生产过程进行监视和控制，方便生产管理和设备维护。4.3.2工艺流程叙述低温热能回收装置的硫酸系统工艺流程图详见NR0901-2经原有30万吨/年硫磺制酸装置一次转化的SO3气体进入高温吸收塔底部，与塔上部喷淋的浓硫酸（99%）逆流接触，吸收了SO3的硫酸浓度为99.5%99.9%，温度为2002