【《某硫酸生产工艺路线的选择分析案例》4200字】

某硫酸生产工艺路线的选择分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u21038某硫酸生产工艺路线的选择分析案例 1219421总论 1192191.1概述 1198521.1.1硫酸概述 1141181.1.2硫酸生产国内外研究现状 274801.2设计依据 2247191.3厂址选择 3233861.4设计规模与生产制度 3277021.5原料与产品规格 317492工艺路线的选择 473162.1工艺技术方案的选择 47552.1.1硝化法制造硫酸 540122.1.2接触法制造硫酸 5179032.2本设计的流程选择 6312463工艺流程叙述 7216093.1干吸工艺流程简述 7120023.2两转两吸的工艺流程 81总论1.1概述1.1.1硫酸概述现在我国对于化工方面，硫酸生产主要都应用于各种化肥助剂的辅助生产，这个行业使用硫酸很多。所以化肥工业未来的进一步发展可能会在短期内对中国硫酸行业格局产生较直接影响。[1]硫酸可以在构成国民经济发展的其他任意方面几乎都是具备最普遍而且最为重要的用处，所以硫酸常被用来称作是化学工业生产的重要发动机。在钢铁工业冶炼中首先需要先用工业硫酸进行电解酸洗，并且在现代制氟工业生产的化工基础材料也是采用硫酸。其他的行业中如在印染、制革、电镀、造纸等方面生产的也一般都可以用到硫酸。1.1.2硫酸生产国内外研究现状1.国内硫酸生产现状我国平均每年产生的工业废硫酸产能量大概都在每年1.16亿吨硫酸左右/年。根据全国硫铁冶炼与生产硫酸工业信息总站统计公布出来的数据来看，2019年投产装置有35套，产能达到720万吨/年；2020年在建拟建装置有84套，产能达到1260万吨/年；2022年在建拟建装置有173套，产能达到1470万吨/年。大部分是冶炼烟气制酸达到1430万吨/年，硫磺制酸达到760万吨/年，废酸再生达到500万吨/年，硫精砂制酸达到360万吨/年。2.国外硫酸生产现状美国的硫酸产量是位居世界总产量第一位，其次也就是二十年前的苏联了。发展中国家生产的各种硫酸产量近几年也开始快速增长，如摩洛哥企业在1984年时的年硫酸产量更是增加到了429.5万吨。在从对世界各国市场的调查分析中来看，化肥工业用户仍然将是消耗硫酸产品最大主要的消费者。[2]从最近3年的数据来看，冶炼烟气制硫酸的设备最大单系列日产能力达到2.54kt，硫磺制酸最大单系列日产能力达到2.81kt。美国新威尔士工厂通过大型化的生产设备，集中投资建设了五套大型的硫酸生产装置，总生产能力每日能有11.5万吨，使建设投资和生产运营费用持续下降。1.2设计依据①设计任务书②化工设计相关国家标准③国家相关政策④《化工工厂初步设计文件内容深度规定》⑤《化工工艺设计手册》⑥《中国制造2025》⑦《化工工艺设计施工图内容和深度统一规定》（HG/T20519-2009）及有关专业国家标准⑧《建筑设计防火规范》（GB50016-2014）（2018年修正版）和《石油化工企业设计防火规范（2018年版）》（GB50160-2008）⑨危险化学品重大危险源辨识（GB18218-2018）1.3厂址选择厂址选在滨州化学工业园内，可以充分利用土地。滨州化学工业园建成于2006年3月，园区交通方便。国道206路纵贯工业园南北，国道221横贯穿园区东西，长春直达深圳的高速与青岛到银川的速相连贯穿整个园区，能够快速直接地与荣乌和京沪两高速通道相连接；园区南部距首府济南机场101公里，不到两小时便可迅速到济南机场，当日还可迅速来回北京；现已规划开工正在建设当中的黄大坝铁路、德烟铁路南北纵横交错穿越，国家各大型干线铁路客货联站等都建在园区内。重点工程是围绕发展的高效环保型石油化工、基本配套的新型有机化工基础原料、石油化工材料项目。目前，包括中国石化集团公司、京博控股集团有限公司、中国化工集团公司等为主的一批全国知名或国内外数家大型知名的化工企业集团已经全部在园区进行集中招商投资并注册落户，累计投资超过200亿元。1.4设计规模与生产制度本项目的设计规模与生产制度以国家的政策为依据进行实行，并借鉴国内外行业经验，以市场为主导进行设计。主产品：98.0%工业硫酸生产规模85.0万t/a中间产品：二氧化硫生产规模56.0万t/a中间产品：三氧化硫生产规模68.0万t/a副产品：20%稀硫酸生产规模2.982万t/a表1.198.0%工业硫酸的指标序号项目指标序号项目指标1H₂SO₄≥98.0%5透明度≥50mm2灰分≤0.03%6色度≤2.0ml3Fe≤0.01%7Hg≤0.01%4As≤0.005%8Sb≤0.02%1.5原料与产品规格表1.2原辅材料消耗及产品产量序号名称及规格单位年消耗量/产量备注一消耗物操作时间8000h1硫铁矿(含硫35%)t7.696×10*52电度1.54×10*83循环水t9.62×10*7装置自供4直流水t6.4×10*6循环水补充水5脱盐水t9.62×10*6装置自供6钒催化剂升3×10*47轻柴油(闪点<60℃)kg1.56×10*5开车用8氢氧化钠t13569煤t2.56×10*4二主产品198%硫酸t8.5×10*5三副产物1稀硫酸(含硫酸20%)t2.92×10*42硫铁矿渣(含硫0.4%)t4.968×10*5干基3电度1.82×10*8表1.3硫铁矿成分一览表序号名称含量(%)序号名称含量(%)1硫356氧化钙2.232二氧化硅17.477氧化镁0.843铁36.288砷0.0224铜0.1849氟0.0495三氧化二铝2.742工艺路线的选择2.1工艺技术方案的选择用来研究生产硫酸的问题，最古老且有效可靠的一种制备方法之一就是直接用无水硫酸绿矾素钾(FeSO4·7H2O)等水溶液为制备基础原料。取其液在高压蒸馏釜中经反复的锻烧过程从而进行蒸馏反应即得硫酸。在高温直接煅烧制硫酸的硫酸冶炼生产过程中，绿矾会被首先加热发生的高温烟气分解，放出少量的气态二氧化硫再蒸馏与生产出液态三氧化硫。其中析出的固态三氧化硫气泡和固态硫化氢水蒸气等又将会同硫酸高温时气体一起被冷凝，即可制成直接煅制煅烧生产得来的硫酸。2（FeSO4·7H2O）Fe2O3+SO2+SO3+14H2O（2-1）早在几乎整个从18世纪末到大约40世纪年代初，这种硫磺冶炼的办法在整个世界上加以普遍采纳。二氧化硫如何能直接被氧化分解成三氧化硫是目前制取各种优质的硫酸产品的关键，然而，这一反应在满足现代工业的一般情况下却十分不容易进行。直到后来研究的深入，人们逐渐了解发现，可以通过利用催化剂的反应效果使二氧化硫先分解反应成三氧化硫，然后再通过慢慢用水进行吸收，便可以得到硫酸。根据其需要使用到的催化剂成份的不一样，硫酸制备的工业制法中主要也可以很简单地分为接触式反应法制备和硝化反应法。[3]2.1.1硝化法制造硫酸硝化反应法(包含铅室法和塔式法)主要特点是指通过直接利用氨氮系统中含有的三氯氧化物与二氧化硫进行反应制得标准的硫酸。其中还有在公元约于1746年以前才逐步开始获得广泛使用的硫酸铅室法，该系列反应方法实际上均是由直接在标准硫酸气相系统反应中进行和完成的。由于要进行硫酸这个化学实验研究方法的反应操作需要很多庞大且昂贵复杂的化学反应操作设备，使用的有很多特殊种类的铅，腐蚀反应操作设备，检修也极为繁琐麻烦，反应也十分复杂缓慢，制成品大多仅能为比较稀稠的硫酸，所以到现在为止此一研究操作方法也都逐渐地在被淘汰。（1）硝化法的优点：①投资少，建设的速度快②采酸率极高且消耗的电少（2）硝化法的缺点：①一般只能用来生产稀硫酸②生产操作波动大2.1.2接触法制造硫酸接触式催化硫酸法是目前已经广泛应用的化学制取的方法，它最初起始于1831年的法国，在本世纪代初才开始得以普遍应用在各个实际化学工业设计及化学生产实践活动中。到了上一个世纪和20世纪年代中叶，人们对新型钒钛触媒催化剂材料的可直接的催化和对催化剂的制造及分离等技术进行研究并持续地发展提高。在接触法的生产工艺中，二氧化硫离子可附着在固体触媒外表上而和氧离子等发生反应，结合后生成三氧化硫，接着再用含约98%硫离子的浓硫酸溶液吸收为纯硫成品进行制酸。这种湿法冶炼提纯办法优于传统塔式法的突出优势即是品质更优越等。有色金属生产及金属冶炼所用电炉气的硫化氢也可作为制作二氧化硫气体的重要原料。（1）接触法制作硫酸步骤①制备二氧化硫气体②精制二氧化硫除杂质③二氧化硫氧化成三氧化硫④三氧化硫被吸收成为硫酸（2）接触法的优缺点接触法的优点：①产品种类多且产品纯度高②设备容易维护③生产较为稳定，较好管理④设备的寿命较长接触法施工缺点有投资与花费差异较大、采酸率通常较低、建造施工速度太慢。2.2本设计的流程选择使用两转两吸的工艺，首先要满足环保、节能、减排的要求，尽最大可能降低能耗。硫磺首先在常温状态下先经过高温焚硫炉内进行燃烧并加热固化，后被直接送入到高温转化反应器内并进行了第二次升温转化，首先进入转化器的第一段高温触媒层内并进行了转化反应，再接着进入到高温转化过热器的内部并进行降温，把降温后的反应气体送入转化器第二段高温触媒层进行第二次转化反应，等到低温转化的温度在逐步地升高后进入到热热换热器中进行降温反应的处理，接着再进入到转化层反应器中进行第三段触媒层反应器内进行氧化反应。在反应进程发生完毕后气体将按顺序依次进入冷热换热器与省煤器Ⅰ层中进行转化降温，降温时间结束完毕后未吸收的一次转化降温气体将依次进入第一吸收塔内进行吸收SO3，未被吸收的SO2气体依次经冷热换热器、热热换热器加热和降温循环完毕后进入第四段触媒层进行转化反应，反应后的二次转化气依次进入低温过热器层和低温省煤器Ⅱ层进行降温循环反应，而后进入第二吸收塔吸收SO3，俗称两次转化，两次吸收，简称"两转两吸"。[4]3工艺流程叙述3.1干吸工艺流程简述使用的生产方法是接触法制作硫酸。此工艺流程可分为以下部分：图3.1本项目工艺流程框架图具体工艺如图3.2所示。图3.2接触法制硫酸工艺流程图3.2两转两吸的工艺流程此硫酸干吸工段的主要工艺设计是两转两吸，其工作流程示意图如下图3.3中所示。图3.3两转两吸工艺流程利用催化剂两次充分转化过程与两次的完全充分吸收转化这样的循环反应工艺流程可做到将整个转化和吸收过程分为前后或两次循环分别来进行，能够有效确保使用较少的催化剂可得到一个非常高水平的转化率。大部分SO2是可以直接在第一次完全转化得到，转化率一般会被控制在90%的上下，接着在其中的第一吸收塔上(或称中间吸收塔)进行的反应中转化替换掉了大部分SO3，随后进行第二次的转化。此时又因为在反应结束前的混合物体系中基本上已经没有再生成的SO3，并且此时其中的SO2相对平均的浓度较低，O2/SO2的比值又要较一次转化反应高很多，这样也就能使得产物转化率比较高与反应的速度快，消耗较少的催化剂就能很快地使得产物最终的转化率提高到约95%以上。[5]两次平衡转化过程所得产品的最终平衡转化率值也都随着原料生产过程工艺条件环境等不同及要求差异而有所