南通紡院工藝設計
硫 酸
工藝設計專業：應用化工技術
姓名：李衡
學號：20092617
指導老師：夏婷婷講師
第一部分：概述
硫酸是重要的基礎化工原料，是化學工業中最重要的產品，主要用於製造無機化肥，其次作為基礎化工原料用於有色金屬的冶煉、石油精煉和石油化工、紡織印染、無機鹽工業、某些無機酸和有機酸、橡膠工業、油漆工業以及國防軍工、農藥醫藥、製革、煉焦等工業部門，還用於鋼鐵酸洗。
1、硫酸工業的歷史
目前我國共有硫酸生產企業數百家，其中小型硫酸廠佔大半，總產量為55%左右，其生產工藝、裝置和環保等技術水平相對落後，原材料消耗高，裝置效率低，環境汙染較嚴重，經濟效益較差，與大型企業相比仍有相當大的差距，嚴重影響了這些企業的市場競爭力。
近年來，我國硫磺制酸發展較快。主要是硫磺**低、國內硫鐵礦資源緊張等因素制約了硫鐵礦制酸的發展。
2、硫酸的性質
純的硫酸是一種無色油狀液體，凝固點283.36k、沸點611k（98.3%的硫酸），密度1.
854g/cm3，相當於物質的量濃度為18.4mol/l。濃硫酸溶於水會產生大量的熱，若不小心將水倒入濃硫酸中，將會產生劇熱而導致**。
因此在稀釋濃硫酸時，只能把濃硫酸在攪拌下緩緩地倒入水中，絕不能把水倒入濃硫酸中。
3、工業常用製取硫酸的方法
1、硫鐵礦制酸
硫鐵礦在沸騰焙燒爐內通空氣燃燒產生so2氣體，經餘熱鍋爐**熱量後，依次通過旋風除塵和電除塵進行乾法除塵。隨後，爐氣再通過洗滌、冷卻、除霧等一系列的淨化操作進入乾燥塔。乾燥後的爐氣用主鼓風機壓送至一轉一吸或兩轉兩吸制酸裝置內製取硫酸。
其反應如下：
2．硫磺制酸
反應時生成的熱傳遞給進入接觸室的需要預熱的濃和氣體並冷卻反應後生成的氣體（即熱交換過程） 熔融硫磺在焚硫爐內用乾燥空氣燃燒產生so2氣體，經餘熱鍋爐**燃燒熱後進入「一轉一吸」或「兩轉兩吸」制酸系統製取硫酸。其反應如下：
3．冶煉煙氣制酸
主要利用有色金屬銅、鉛、鋅、鎳、鈷等硫化礦在熔煉過程中產生的so2煙氣進行制酸。其工藝流程除焙燒系統隨有色金屬硫化礦的焙燒工藝不同而有異外，其製酸工藝與沸騰爐爐氣制酸相同。
第二部分、硫酸的工藝設計
一、 硫酸的生產
根據二氧化硫轉化制酸所用的觸媒和轉化進行的髮式不同，先後形成了生產硫酸的兩大方法：接觸法和硝化法。
由於接觸法比硝化法具有產品濃度高、雜質少的優點，所以本設計採用接觸法制取濃硫酸。
硫酸生產的原料主要有硫磺、硫鐵礦、硫酸鹽及含硫工業廢物。
硫磺含硫99.5%，該工藝流程簡單、投資費用少、生產成本低。但天然硫礦在世界上並不豐富，從石油、天然氣生產中可**大量硫。
硫鐵礦按其**分類有普通硫鐵礦、浮選硫鐵礦和含煤硫鐵礦。普通硫鐵礦中含硫25%-52%，含鐵35%-44%。浮選硫鐵礦又稱尾砂，含硫量為30%-40%。
含煤硫鐵礦含硫35％一40%，含碳10％一20%。
我國2023年硫酸產量中以硫鐵礦制酸的佔71.52%，冶煉煙氣佔制酸21.53%，硫磺制酸佔5.44%，石膏制酸佔1.2%.
由於天然硫礦在世界上並不豐富，世界市場硫磺**將出現不斷**的趨勢，我國硫磺制酸將面臨極大的風險；石膏制酸由於該技術投資大、能耗高，在解決固體廢渣的同時，又很容易造成「廢氣」和「廢液」更為嚴重的二次汙染，因此，今後我國對磷石膏制酸技術的發展，將持非常謹慎的態度；冶煉煙氣**較少而且制酸產量不高；而硫鐵礦**廣、**合理、產酸量高。
二、硫酸的生產流程
1、原料工段
原料處理能力要滿足生產周轉，與硫酸生產能力相匹配，能夠滿足焙燒工藝的進料工況條件結合礦源及工程，應著重考慮如下問題原料的卸車及轉運方式、礦庫的貯存能力(庫容)、乾燥及含塵尾氣處理、塊礦的破碎及篩分等。原料工段設定應盡量少進行固體物料的交叉，流程越簡單越好。
2、焙燒流程
焙燒流程一般為:焙燒爐—廢熱鍋爐—旋風除塵器—電除塵器，也可以不設旋風除塵器，甕福2 x 400 kt/a硫鐵礦制酸專案、原南化七系統等即如此。這種流程非常緊湊，但電除塵器需專門設計且操作管理要求較高。
為了盡可能使工藝技術和裝置製造立足國內，增加裝置操作的可靠性，使用國內的電除塵器，則傾向於設定旋風除塵器。一般採用增濕輸送的乾法排渣，有刮板輸送機—冷卻滾筒(增濕)一帶式輸送機流程和冷卻滾筒+冷卻滾筒(增濕)—帶式輸送機兩種流程，目前設計傾向於使用後一種流程。
3、淨化流程
大型硫酸裝置選擇酸洗淨化流程。國內大型裝置空塔流程居多，即空塔(增濕塔)—填料冷卻塔(稀酸板式換熱器)一兩級電除霧器。近十多年來我國投產的硫鐵礦制酸酸洗淨化流程絕大多數使用此流程，亦是比較容易掌握的流程。
近年來冶煉煙氣制酸選擇動力波洗滌器代替空塔居多，國內有關專家認為，動力波洗滌器特別適用於煙氣量波動比較大的情況，效果較好，但壓降較大，對氣量均衡穩定的硫鐵礦制酸並無明顯優勢。
4 、乾吸流程
乾吸流程有塔槽一體化流程、三塔一槽流程、三塔兩槽流程和三塔三槽流程。塔槽一體化即乾燥塔、一吸塔、二吸塔均不設外部幫浦槽，由各塔的底部分別存液，迴圈幫浦設於塔外的管道上，國內比較典型的為貴州甕福2×400kt/a硫鐵礦制酸裝置。塔槽一體化省去了幫浦槽和很多的管線，使得工藝流程簡單、裝置布置緊湊，有一定的優越性，但在設計時要考慮幫浦的密封，特別是一吸迴圈幫浦。
目前，國內設計多採用三塔兩槽流程，又以乾燥塔乙個迴圈槽.兩吸收塔共用乙個迴圈槽居多。乾吸塔普遍使用不鏽鋼槽管式分酸器及大規格填料，可大幅增加分酸點，降低填料高度，優化塔的操作狀況，提高塔的操作效率，塔的頂部裝設高效除霧器。
5 、轉化流程
轉化工序基本採用兩轉兩吸流程，國內「2+2」,「3+2」,「3+1」幾種流程都有，但目前採用較多的是，「3+1」流程，配套換熱流程有ⅲ ⅰ—ⅳ ⅱ和ⅳ ⅰ—ⅲ ⅱ等，設計選擇較多的ⅲ ⅰ—ⅳ ⅱ根據系統熱平衡計算，可以考慮設定熱管省煤器。轉化系統的流程和設計引數的選擇，實際上是系統的優化問題，需與所用催化劑和所用裝置情況綜合考慮，應盡量提高一轉化的轉化率，使尾氣排放更容易達到日益嚴格的環保要求。
硫酸生產流程框圖
6、工藝流程確定
硫酸生產工藝流程以爐氣淨化方法來命名，有封閉洗流程和水洗流程。硫鐵礦制酸接觸法水洗流程與封閉洗流程基本相似，只是淨化工序有些不同。
與封閉洗流程比較，水洗流程基建費用低、裝置少、操作管理簡便。但是，水洗流程產生汙水中的硫酸濃度太低，難於**，二氧化硫有一部分溶解在汙水中損失，汙水中含有砷、氟、礦塵等有害雜質，需要進行處理，否則會造成環境汙染。本設計採用封閉洗流程。
注：工藝流程說明
成品貯鬥中的合格原料經過爐前膠帶喂料機從沸騰爐加料口送入沸騰爐內，在800-900℃的高溫氣流的作用下，發生激烈的沸騰燃燒。燃燒後粒徑較大的礦渣從溢流口排出爐外，粒徑較小的礦塵隨爐氣等物質混合一起從爐頂出口進餘熱鍋爐，旋風分離器，電除塵器，部分礦塵在鍋爐，旋風分離器，電除塵器中被分離出來。爐內的流動空氣由爐前鼓風機提供。
同時在焙燒過程中為保證沸騰爐內的溫度條件，除部分熱量由爐氣和礦渣帶出沸騰爐外，多餘的熱量則由爐內的沸騰層汽化器進行熱交換帶走。
操作指標：爐底中、上層溫度 700~1000℃
爐底壓力11.0~16.0kpa
渣、塵含硫0.5%
燒出率98.5%
爐出口溫度700~1000℃
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