年产四万吨硫酸二氧化硫转化工段工艺设计项目可研报告30.docx

1、年产四万吨硫酸二氧化硫转化工段工艺设计项目可研报告30毕 业 设 计（ 2012 届 ）题目：年产四万吨硫酸-二氧化硫转化工段工艺设计项目可研报告学 院 化学化工学院 专 业 化学工程与工艺 年 级 08 级化工(1)班 学生学号 12008240281 学生姓名 丁倩男 指导教师 任永胜 日 期2011年11月30日 目录1、总论 11.1 项目名称及承办单位 11.2 可行性研究编制单位 11.3 研究工作的依据与范围 11.3.1研究工作的依据 11.3.2 研究项目的范围 22、市场现状 22.1 国内外市场现状 22.1.1国外市场现状 22.1.2 国内市场现状 32.1.3 区内

2、市场现状 32.2 产品价格分析 33、工程设计项目 43.1 产品的生产方案及生产规模 43.2 工艺技术方案 43.2.1 制硫酸工艺的发展历程 43.2.2 接触法制酸的过程简介 53.2.3 二氧化硫的转化 73.3主要设备选择 93.3.1转化器 93.3.2废热锅炉 103.3.3主鼓风机 103.4 主要技术经济指标 103.5 物料衡算 103.6热量衡算 124、 厂址选择 134.1建厂条件 134.2公用工程设施情况 144.2.1供水 144.2.2供电 154.2.3原料输送 154.3气象条件 154. 3. 1气象 154.3.2降水 154.3.3风向及风速:

3、154.3.4 湿度: 164.4人员及组织情况 165、环境保护和对“三废”的治理方案 185.1 废酸(包括酸泥)与废水 185.2废气处理 195.3废渣处理 206、劳动保护和安全生产 206. 1生产过程中主要职业危害因素分析 206. 2采取的主要防治措施 216.2.1 防尘 216.2.2 防毒 216.2.3 防腐蚀 216.2.4 防噪声 226.2.5 防火、防爆 226.2.6 防静电和防雷击 226.2.7 防机械损伤及高温烫伤 236. 3 消防 237、结论 24参考文献 251、总论1.1 项目名称及承办单位项目名称：年产四万吨硫酸-二氧化硫转化工段工艺设计项目

4、承办单位：宁夏大学化学化工学院企业性质：企事业单位法定代表人：项目负责人：联系电话：*项目拟建地点：宁夏宁东工业园区1.2 可行性研究编制单位编制单位：宁夏大学化学化工学院工程咨询等级：甲级工程咨询证书编号：*发证机关：国家发展和改革委员会1.3 研究工作的依据与范围1.3.1研究工作的依据1、国家有关法律、法规及产业政策；2、 项目承担单位提供的基础数据；3、 项目建设单位关于编制本项目可行性研究的委托书；4、有关设计规范、规定。1.3.2 研究项目的范围1、本研究项目对宁夏地区的硫酸产品进行需求情况分析；市场预测、产品方案、生产规模、二氧化硫转化工段工艺技术路线的比较和确定；对几个可供选择

5、的厂址从建厂条件方面进行分析论证，提出推荐厂址的的意见和理由。2、对建厂的经济效益和社会效益进行较深度的评价，综述项目实施方案的企业经济效益和社会效益的情况及不确定性因素对项目经济效益的影响与风险程度，对三废治理方案、安全生产、环境保护设施的投资估计及环境质量做出评价。3、对项目实施进度及劳动定员的确定2、市场现状2.1 国内外市场现状2.1.1国外市场现状世界约60%的硫酸用于生产化肥，其中磷肥生产又是硫酸的最大用户。1998 年P2O5 消费量约为32 800 kt , 预计1998- 2003 年世界磷肥消费量年增长率为2.8% , 相应硫酸产量也将增加18 000 kt / a。另外,

6、 非肥料用硫酸的年增长率为2.7% 。预计1998- 2003 年, 来自冶炼行业的硫酸产量将达到11 000 kt/ a, 而硫铁矿制酸的产量将减少5 000 kt/ a, 则硫磺制酸产量将增加22 000kt/ a。世界硫酸和磷酸盐的消费和预测见表1。表1 世界硫酸和磷酸盐的消费和预测Mt1996年1997年1998年1999年2000年2001年2002年2003年P2O5消费量31.131.832833.734.735.636.637.5P2O5产量32.833.634.335.536.537.538.539.5肥料用硫酸89.291.094.197.599.8102.5105.510

7、6.1非肥料用硫酸61.064.365.567.569.271.573.875.3硫酸消费总量150.2155.2159.6165.0169.0174.0179.3182.42.1.2 国内市场现状我国硫酸也主要用于生产化肥, 1995 年化肥生产用硫酸占硫酸总产量的73.3%, 1997 年则为72.2%。1996 年下半年由于化肥销售形势下降, 硫酸库存量超过1 000 kt , 1997 年硫酸的产销率为97.9%, 1998 年、1999 年仍处于产大于销的局面。预计2000 年我国对硫酸的需求量为22 000 23 000 kt。现在我国有关部门已逐渐认识到含硫化肥在粮食生产中的重要

8、作用, 并将发展含硫化肥放在了重要地位, 因此, 预计在将来10 年内, 我国对含硫化肥的需求将会有较大的增长, 从而也将增加我国硫酸的消费潜力, 预计2010 年我国硫酸产量可达32 000 kt 左右。2.1.3 区内市场现状以石嘴山市为中心，周边乌海、大武口有较大的市场，附近烧碱生产能力已超过20万吨/年，加上临近地区的精细化工，共市场需求量已超过5万吨/年，加上其它用户，将接近6万吨/年左右，而目前该地区只有3万吨/年的生产能力。2.2 产品价格分析国内各地域硫酸价钱均呈现分歧法式的降落，此中东北、西北和华北地域降幅较显明，其它地域下滑幅度不大，基础以稳为主。以98%为例，东北地域主流

9、成交约在1400-1750元/吨，华北地域主流成交约在1150-1600元/吨，华中地域主流成交约在1150-1450元/吨，华南地域主流成交约在1100-1600元/吨，西北地域主流成交约在900-1300元/吨。据消息，今朝国内硫磺制酸企业受到本钱的影响多都减产破产，而硫铁矿制酸企业近期增添了相当多的装配，是以弥补了硫磺制酸产量的空白。而受到下流化肥、化工以及电解锰等企业需求欠安的影响，过多的硫铁矿酸呈现了滞销的现象，是以过多的库存积存，使得硫酸的价钱在短期内很难有所回升。3、工程设计项目3.1 产品的生产方案及生产规模生产方案：接触法生产硫酸生产规模：年产四万吨硫酸3.2 工艺技术方案3

10、.2.1 制硫酸工艺的发展历程生产硫酸最古老的方法是用绿矾（FeSO47H2O）为原料，放在蒸馏釜中锻烧而制得硫酸。在锻烧过程中，绿矾发生分解，放出二氧化硫和三氧化硫，其中三氧化硫与水蒸气同时冷凝，便可得到硫酸。2（FeSO47H2O） Fe2O3+SO2+SO3+14H2O在18世纪40年代以前，这种方法为不少地方所采用。古代称硫酸为“绿矾油”，就是由于采用了这种制造方法的缘故。二氧化硫氧化成三氧化硫是制硫酸的关键，但是，这一反应在通常情况下很难进行。后来人们发现，借助于催化剂的作用，可以使二氧化硫氧化成三氧化硫，然后用水吸收，即制成硫酸。根据使用催化剂的不同，硫酸的工业制法可分为硝化法和接

11、触法。硝化法（包括铅室法和塔式法）是借助于氮的氧化物使二氧化硫氧化制成硫酸。其中铅室法在1746年开始采用，反应是在气相中进行的。由于这个方法所需设备庞大，用铅很多，检修麻烦，腐蚀设备，反应缓慢，成品且为稀硫酸，所以，这个方法后来逐渐地被淘汰。在铅室法的基础上发展起来的塔式法，开始于本世纪初期。1907年在奥地利建成了世界上第一个塔式法制硫酸的工厂，其制造过程同样是使氮的氧化物起氧的传递作用，从而氧化二氧化硫，再用水吸收三氧化硫而制成硫酸，不同的是该过程在液相中进行，生产成本及产品质量都大大优于铅室法。塔式法制出的硫酸浓度可达76左右，目前，我国仍有少数工厂用塔式法生产硫酸。硝化法的反应历程较

12、复杂，但可用简单的化学方程式表示如下：SO2+ NO2+ H2O = H2SO4+ NONO2循环利用NO + O2=NO2反应中所需的NO由硝酸供给，氧气来自空气。接触法是目前广泛采用的方法，它创始于1831年，在本世纪初才广泛用于工业生产。到20年代后，由于钒触媒的制造技术和催化效能不断提高，已逐步取代价格昂贵和易中毒的铂触媒。世界上多数的硫酸厂都采用接触法生产。接触法中二氧化硫在固体触媒表面跟氧反应，结合成三氧化硫，然后用98.3的硫酸吸收为成品酸。这种方法优于塔式法的是成品酸浓度高，质量纯（不含氮化物），但炉气的净化和精制比较复杂。3.2.2 接触法制酸的过程简介先将硫磺或黄铁矿在空气

13、中燃烧或焙烧，以得到二氧化硫气体。将二氧化硫氧化为三氧化硫是生产硫酸的关键，其反应为：2SO2+O22SO3这个反应在室温和没有催化剂存在时，实际上不能进行。根据二氧化硫转化成三氧化硫途径的不同，制造硫酸的方法可分为接触法和硝化法。接触法是用负载在硅藻土上的含氧化钾或硫酸钾（助催剂）的五氧化二钒V2O5作催化剂，将二氧化硫转化成三氧化硫。硝化法是用氮的氧化物作氧化剂，把二氧化硫氧化成三氧化硫： SO2+N2O3+H2OH2SO4+2NO根据所采用设备的不同，硝化法又分为铅室法和塔式法，现在铅室法已被淘汰；塔式法生产的硫酸浓度只有76；而接触法可以生产浓度98以上的硫酸；采用最多。接触法生产工艺

14、：接触法的基本原理是应用固体催化剂，以空气中的氧直接氧化二氧化硫。其生产过程通常分为二氧化硫的制备、二氧化硫的转化和三氧化硫的吸收三部分。1、二氧化硫的制备和净化：以硫铁矿等其他原料制成的原料气，含有矿尘、氧化砷、二氧化硒、氟化氢、氯化氢等杂质，需经过净化，使原料气质量符合转化的要求。为此，经回收余热的原料气，先通过干式净化设备（旋风除尘器、静电除尘器）除去绝大部分矿尘，然后再由湿法净化系统进行净化。经过净化的原料气，被水蒸气所饱和，通过喷淋93硫酸的填料干燥塔，将其中水分含量降至0.1g/m3以下。2、二氧化硫的转化：二氧化硫于转化器中，在钒催化剂存在下进行催化氧化： SO2+ O2SO3

15、H=-99.0kJ钒催化剂是典型的液相负载型催化剂，它以五氧化二钒为主要活性组分，碱金属氧化物为助催化剂，硅藻土为催化剂载体，有时还加入某些金属或非金属氧化物，以满足强度和活性的特殊需要。通常制成直径46mm、长515mm柱状颗粒。近年来，丹麦、美国和中国相继开发了球状、环状催化剂，以降低催化床阻力，减少能耗。钒催化剂须在某一温度以上才能有效地发挥催化作用，此温度称为起燃温度，通常略高于400。近年来，研制成功的低温活性型钒催化剂，其起燃温度降低到370左右，因而提高了二氧化硫转化率。转化器进口的原料气温度保持在钒催化剂的起燃温度之上，通常为410440。由于原料气经过湿法净化系统后降温至40

16、左右，所以必须通过换热器，以转化反应后的热气体间接加热至反应所需温度，再进入转化器。二氧化硫经氧化反应放出的热量，使催化剂层温度升高，二氧化硫平衡转化率随之降低，如温度超过650，将使催化剂损坏。为此，将转化器分成35层，层间进行间接或直接冷却，使每一催化剂层保持适宜反应温度，以同时获得较高的转化率和较快的反应速度。现代硫酸生产用的两次转化工艺，是使经过两层或三层催化剂的气体，先进入中间吸收塔，吸收掉生成的三氧化硫，余气再次加热后，通过后面的催化剂层，进行第二次转化，然后进入最终吸收塔再次吸收。由于中间吸收移除了反应生成物，提高了第二次转化的转化率，故其总转化率可达99.5以上，部分老厂仍采用

17、传统的一次转化工艺，即气体一次通过全部催化剂层，其总转化率最高仅为98左右。3、三氧化硫的吸收：转化工序生成的三氧化硫经冷却后在填料吸收塔中被吸收。吸收反应虽然是三氧化硫与水的结合，即： SO3+H2OH2SO4 H=-132.5kJ但不能用水进行吸收，否则将形成大量酸雾。工业上采用98.3硫酸作吸收剂，因其液面上水、三氧化硫和硫酸的总蒸气压最低，故吸收效率最高。出吸收塔的硫酸浓度因吸收三氧化硫而升高，须向98.3硫酸吸收塔循环槽中加水并在干燥塔与吸收塔间相互串酸，以保持各塔酸浓度恒定。成品酸由各塔循环系统引出。吸收塔和干燥塔顶设有金属丝网除沫器或玻璃纤维除雾器，以除去气流中夹带的硫酸雾沫，保

18、护设备，防止环境污染。两次转化工艺的最终吸收塔出口尾气中的二氧化硫浓度小于50010-6，尾气可直接排入大气；而一次转化工艺的吸收塔尾气中的二氧化硫浓度高达200010-6300010-6，故须设置尾气处理工序，以使排气符合环境保护法规。氨水吸收法是应用最广的尾气处理方法。3.2.3 二氧化硫的转化1、 二氧化硫催化氧化的反应机理二氧化硫的氧化属气-固相催化氧化反应,当无催化剂时,反应活化能是209 kJ/mol,反应不易进行,在钒催化剂上反应时,反应活化能降至9296 kJ/mol。催化氧化机理由四个步骤构成。钒催化剂上存在着活性中心,氧分子吸附在它上面后,JG(OZJLX,YOJG)键遭到

19、破坏甚至断裂,使氧分子变为活泼的氧原子(或称原子氧),它比氧分子更易与SO2反应。SO2吸附在钒催化剂的活性中心,SO2中的S原子受活性中心的影响被极化。因此很容易与原子氧结合在一起,在催化剂表面形成络合状态的中间物种。这一络合状态的中间物种,性质相当不稳定,经过内部的电子重排,生成了性质相对稳定的吸附态物种。催化剂催化剂(络合状态中间物种) (吸附态物种)吸附态物种在催化剂表面解吸而进入气相。经研究,在上述四个步骤中,第一步骤进行得最慢(即氧分子均裂变成氧原子),整个反应的速度受这个步骤控制,故将它称为SO2氧化为SO3的控制阶段(或称控制步骤)。2、二氧化硫催化氧化的工艺流程1）两次转化两

20、次吸收流程一次转化一次吸收工艺，最佳的最终转化率是97.5%98% 。如果要得到更高的转化率，转化段数要增加很多，这是很不经济的。如将尾气直接排入大气，将造成严重污染，采用两次转化两次吸收工艺就能很好的解决上述问题。两次转化两次吸收流程有反应速度快，最终转化率高；采用较高体积分数的SO2炉气；减轻尾气污染；热量平衡；因增加中间吸收和换热器，气流阻力增加，鼓风机压力增大，动力消耗也增加。两次转化有10多种流程，用得较多的是四段转化，分为（2+2）和（3+1）流程。（2+2）是指炉气经二段转化后进行中间吸收，再经二段转化后第二次吸收。（2+2）流程的转化率在相同条件下比（3+1）流程的稍高一些，因

21、为SO3较早被吸收掉，有利于反应平衡和加快反应速率。（3+1）流程则在换热方面较易配置。2）工艺流程选择转化系统采用“3+14段转化、 换热流程。即第一次转化和第二次转化各用两段催化剂床层，用转化器第二段出口的低温热和第一段出口的热量加热进第一次转化的冷气体，用第四段出口、第三段出口的热量和第二段出口的高温热加热进第二次转化的冷气体。进入转化器的(SO2)为9%，氧硫比为1.11，设计总转化率为99.99 %。采用孟山都公司的催化剂，转化器各段进出口温度见表2。采用“3+1”两次转化，可以更好地发挥转化器第二段和第三段的作用。再者，由于降低进转化器的氧硫比，相对减少了进人干吸和转化工段的气量，

22、从而提高转化部分的废热回收率，使得在气体进人第一吸收塔和第二吸收塔之前均设置省煤器来加热进废热锅炉的锅炉给水具有实际意义。表2 转化器各段进出口温度转化器床层进口温度/出口温度/一435593二445497三435465四4254263.3主要设备选择本装置所选用的设备都是在同类型装置上稳定运行一年以上，并被证明是成熟可靠的设备，多数是由国际、国内知名厂商制造，主要设备规格见表3。3.3.1转化器转化器亦由意大利西利沙蒙公司与南化集团设计院共同设计。以碳钢为主材，顶盖和部分隔板为不锈钢，铸铁立柱和铸铁蓖子板。段间隔板采用大弧形结构，与壳体为全焊接、解决了热膨胀及段间压差产生的应力影响，确保转化

23、器各层之间完全不串气。各段气体进口均设计了气体分布装置，既达到气体均匀分布的目的，又防止了气体高速冲刷催化剂层。转化器内装填的是孟山都催化剂，第一、二段采用LP120型、第三、四段采用LP110型，总装填定额为190 L/(td)，总装填量为228 m。3.3.2废热锅炉废热锅炉采用德国SHG公司技术。由SHG与南化集团设计院合作设计，SHG公司与杭州锅炉厂联合制造。该锅炉由锅炉本体和沸腾炉冷却盘管、矿渣冷却器冷却盘管组成，炉水循环为强制循环。锅炉本体共有4个蒸发区和3个过热区，炉气横向冲刷锅炉管束，炉管由特殊合金材料制成并在其表面再镀上耐磨面层。3.3.3主鼓风机主鼓风机是美国AC压缩机公司

24、设计和制造的离心风机，型号为D48JR，单级悬臂、开式叶轮。壳体为碳钢，叶轮为合金钢。驱动电动机为ABB公司的产品，风机配有完善的启动控制系统。3.4 主要技术经济指标3.5 物料衡算表3 转化器物料平衡表进一段 v%SO256.13 3592.32 1257.3129.0O250.5171616.5441131.58088.1N2517.214476.5611581.24882.9623.66719685.42413970.1408100出一段（二段进）SO219.6455 1257.312 440.0592 3.25 SO3 36.48452918.76817.2528 6.03O2 32

25、.274751032.792 722.95445.33 N2 517.0214476.5611581.24885.39605.42475 19685.42413561.5144 100出二段（三段进）SO2 6.45495 413.1168 144.59088 1.08 SO3 49.67505 3974.004 1112.72112 8.30O225.679475 821.7432 575.220244.29N2 517.0214476.56 11581.24886.33 598.829475 19685.424 13413.78024 100出三段（四段进） SO2 3.3678 215.

26、539275.43872 0.56 SO352.7622 4220.976 1181.873288.83 O2 24.1359 772.3488 540.64416 4.04 N2 517.02 14476.56 11581.24886.57597.2859 19685.424 13379.20416 100进四段（二次） SO2 3.3678 215.539275.43872 0.62 O224.1359 772.3488 540.64416 4.43 N2 517.02 14476.56 11581.248 94.95 544.523715464.448 12197.33088 100出四

27、段(二次） SO2 0.16839 10.77696 3.771936 0.03 SO3 3.19941 255.9528 71.6667840.59 O2 22.536195 721.15824 504.810768 4.04 N2 517.02 14476.56 11581.24895.23542.92399515464.448 12161.497491003.6热量衡算1.转化器热量衡算表4 转化器工况段数气体进口反应热量气体出口温度热量温度热量一段4308328500.73629570.2600.2811958070.9二段4408571984.31313492.0501.829885

28、476.31三段4408580770307570.22454.498888340.23四段4306975976318823.47448.887294799.472.换热器热量衡算项目 交换热量/3307186.51265702.816161311.1062877779.12温差 186.49 61.76 79.145 210.24计算传热面 470.5 543.7 1348 363.2采用传热面积523.05 598.07 1685 454表5 换热器工况4、 厂址选择4.1建厂条件1、 自然环境宁东能源化工基地位于宁夏回族自治区中东部。在灵武、盐池、同心、红寺堡地区，有一个南北长130公里，

29、东西宽50公里，面积约为3500平方公里的煤炭富集区宁东能源化工基地，已探明煤炭储量273亿吨，远景储量1394.3亿吨，是一个全国罕见的储量大、煤质好、地质构造简单的整装煤田，被列为国家13个重点开发的亿吨级矿区之一。 宁东能源化工基地分为3个分基地：宁东煤炭基地，宁东火电基地、宁东煤化工基地。基地核心区位于银川市灵武境内，重点发展煤、电、煤化工三大核心产业，机械加工、生物制品、建筑材料等相关产业和一大批辐射产业。宁东能源化工基地规划区总面积约3484平方公里，东以鸳鸯湖、马家滩、萌城矿区的边界为限；西与白芨滩东界接壤，延伸到积家井、韦州矿区西界；南至韦州矿区和萌城矿区的最南端延省界的连接线；北邻内蒙古自治区鄂托克前旗。东西宽1641km，南北长127km。宁东基地属中温带干旱气候区，具有干燥、雨量少而集中、蒸发量大、日照时间长、冬春季风沙多等特点。年平均气温为6.78.8C，年平均风