1、1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
2、，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）O 2 （ g）= S O 2（g）H 1H 1：硫的燃烧热，硫的温度为 298K 时，H 1 = 9276kJ/kg喷雾式焚硫炉（2）转化反应S O2（g） 1/2 O2 （g） S O3（g）H 2H 2：转化反应热，温度为 273K 时，H 2 = 96kJ/mol可逆反应平衡转化率温度、压力、原始气体浓度 平衡
3、转化率 两转两吸工艺从转化过程中，把生产的 S O3 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）固定床转化器（3）吸收反应S O3（g）H 2O（l） = H2SO4（l）H 3H 3：吸收反应热，132.4kJ/ mol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，S O3 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
4、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、S O3 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.dwg脱盐水流程图.dwg除氧系统图.dwg（1）主物料系统制气及气系统：液硫空气 S O2 炉气 S O2S O 3 炉气 尾气酸系统：水（空气中的水和补充水） ，S O 3 炉气，工业硫酸，硫酸（S）（2）液硫保温系统硫的熔点：110119蒸汽，冷凝水3（3）锅
5、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.dwg（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，10KV 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/min出口升压： 40kPa额定
6、功率： 640kW电机电压 10kV电机功率 700kW（2）转化器转化器.dwg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SO3、SO 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：5600总高：152004材质：304H 不锈钢标方空速：0.40m/s触媒：正常 76.2m2最大容积： 84m3设备总重: 26
7、9000 kg （3）焚硫炉焚硫炉.dwg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，经旋流装置与雾化后的硫磺充分接触燃烧，产生 SO2 气体。主要技术参数：结构参数如下衬后内径：3500mm衬后长度：12000mm主要工艺参数及特性炉膛操作温度：10001200炉膛操作压力：0.03MPa（G）雾化方式：机械雾化工作介质：空气、液硫、SO 2 气体喷枪喷硫量:：1.63.6m 3/h液硫磺温度：135145空气温度：65正常空气流量：32735Nm 3/h；最大空气流量；36000Nm 3/h设备外壳温度：
8、65燃烧强度： 328159282/115=397108KJ/M3.h（4）干燥和吸收塔第一吸收塔.dwg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 76mm 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：干燥塔筒体内径： 3400总高：
9、 16000填料高： 4000酸喷淋强度：28m 3/m2.h空塔气速：1.18m/s第一吸收塔5筒体内径：3400总高： 16000填料高： 4000酸喷淋强度：22m 3/m2.h空塔气速：1.13m/s第二吸收塔筒体内径：3400总高： 14500填料高： 4000酸喷淋强度：22m 3/m2.h空塔气速：1.17m/s干吸工序利用 98%的浓硫酸吸收空气中的水份（干燥塔）或 SO3 气体（吸收塔） ，来完成工艺气体的干燥和得到硫酸产品。（5）浓硫酸冷却器干燥塔酸冷却器带阳极保护管壳式酸冷却器 7007750，F=170M 2。硫酸浓度 98.2% 硫酸量 200 M3/h进口酸温 93
10、 ， 出口酸温 65进口水温 34， 出口水温 42一吸塔酸冷却器带阳极保护管壳式酸冷却器，6005960，F=95M 2。硫酸浓度 98.2% 硫酸量 200 M3/h进口酸温 93 出口酸温 75进口水温 34 出口水温 42成品酸冷却器带阳极保护管壳式酸冷却器，4506000，F=65M 2。硫酸浓度 98% 硫酸量 8.6M3/h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
11、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，使汽包与锅壳连成一体。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 L=9170mm H=4180mm炉气量 32700Nm3/ h额定蒸发量 18t/ h，饱和蒸汽 2.8MPa 22564 主要操作指标2010 年 7 月工艺参数.xls5 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
12、、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，SO 2 总转化率达 99.83%，SO 3 吸收率达 99.99%，尾气SO2698mg/Nm 3，酸雾 40 mg/Nm3。实际转化率一般达到 99.9%，不使用尾气吸收系统时，尾气 SO2359 mg/Nm3。 大气污染物综合排放标准 （GB16297-1996 ）的要求（SO 2 含量 960mg/Nm3） 。（3）干燥、吸塔工段工艺路线合理，既减少了二吸塔尾
13、气中 SO2 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/h 2730042000(700m3/min)2700028000(450-467m3/min)30000(500m3/min)压力kPa 40 41 2729 35电压kV 10 10 10电流A 44（额定） 39 31（额定）功率kw 630 574 450（2）循环水泵（3）锅炉
14、给水泵1.2 不能直接稳定地产出试剂酸7除了铁含量，其它指标均达到GB/T625-2007 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：Fe0.0001%的硫酸：18%；Fe0.00015%的硫酸：54%；Fe0.0002%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
15、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HG/T2692-2007 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GB/T625-2007 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
16、，该产品可代替目前市场上的“过滤酸” 和“CP 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功率较小采用变频器调速（原空气风机采用液力偶合器调速）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.xls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8目二期的生产线直接按
17、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、与 HRS 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. doc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 DN65mm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 5345 Nm3/h，从而使现有制酸系统损失的热量为 2307MJ/h。热回收率按 95%计算，则这部分热可以将 25的水加热成蒸汽（250，1.8MPa）的量为 0.78 吨/小时。外供三氧化硫减少的蒸汽量计 算.xls惠州市百利宏晟安化工有限公司运行管理部二一年八月二十四日
