50t/d硫磺制酸技术方案及报价
1.前言
国际上硫酸生产主要以硫磺为原料。上个世纪九十年代,由于国际硫磺市场持续低迷、国内冶炼技术的不断发展,我国硫酸生产的原料结构发生了深刻变化,硫磺制酸与冶炼烟气制酸得到了飞速发展,改变了过去依赖硫铁矿的单一格局。
与硫铁矿制酸相比,硫磺制酸具有运行成本低、环境污染小、操作稳定等特点。在同等规模、污染物达到国家排放标准的情况下,硫磺制酸的装置投资仅为硫铁矿制酸装置投资的一半,具有占地面积小、投资省、建设速度快的优点,除了副产大量的中、低压蒸汽外,没有其他副产品,几乎没有废渣废液排放,有利于企业的发展。
目前世界硫酸生产技术基本上都采用接触法工艺,硫酸工业的技术和装备水平已处在较高的水准上。中国自改革开放以来,随着大型硫酸装置的技术引进以及“八五”国家重大技术装备的科研攻关,使中国的硫酸工业技术水平都有了较大的发展,大型硫酸的国产化水平不断提高,技术水平已达到国际先进水平,局部处于国际领先水平。
2. 产品方案及生产规模
2.1硫酸装置的产品为98%工业硫酸。
2.2产品的品种、规格及质量指标
本项目的产品为98%工业硫酸,利用余热产次中压饱和蒸汽(2.5MPa ,225℃),经减压后的低压蒸汽供熔硫、液硫保温。
主产品: 98% 工业硫酸,年产量1.54万吨。
副产品: 次中压饱和蒸汽 (2.5MPa,225℃)2.7 t /h,即21600 t /a 。
98% 工业硫酸,质量符合中华人民共和国国家“工业硫酸标准(GB/T534-2002)”中一级品的要求,具体如下:
项 目 指 标
H2SO4 ( 98%
灰分 ( 0.03%
As ( 0.005%
Fe ( 0.01%
透明度 ( 50mm
色度 ( 2.0ml
Hg ( 0.01%
Pb ( 0.02%
产品规格: 合乎GB3637-83标准。
3.工艺流程说明
3.1 硫磺制酸
3.1.1原料及熔硫工段
原料硫磺由火车运到厂区,并倒运至原料库贮存。固体硫磺与一定比例的固体CaO由胶带输送机送入熔硫槽内用蒸汽间接加热熔融并中和,熔化后的液体硫磺进入澄清槽中进行沉降分离,澄清的液硫在蒸汽的保温下,用硫磺泵送入焚硫炉。
3.1.2焚硫转化工段
液硫由精硫泵加压后经喷枪机械雾化而喷入焚硫炉,硫磺燃烧所需的空气, 由空气鼓风机加压后送入干燥塔,塔内用93%的硫酸干燥,使出塔空气中的水分≤0.1g/Nm3。干燥空气在焚硫炉内与液硫一起燃烧,出焚硫炉的是含9.0%~9.5% SO2的高温炉气,约1000℃的SO2炉气经余热锅炉产生2.5MPa蒸汽,炉气温度降至450℃左右进入炉气过滤器,然后以420℃~430℃进入转化器一段进行转化;转化器一段出口570℃~590℃的高温炉气进入第二废热锅炉,降低温度至460℃~480℃进入转化器二段进行转化;转化后的炉气进入热热换热器间接换热,温度降至440℃~445℃进入转化器三段继续转化。从转化器三段出来的455℃~465℃、一次转化率达92%~94%的SO3炉气,经冷热换热器,降温至220℃后去一吸塔进行SO3吸收。在第一吸收塔中,气体中的SO3被98%硫酸吸收,再经过塔顶的丝网除雾器除去其中的酸雾后,依次通过冷热换热器、热热换热器分别与转化器五段和二段出口的炉气进行逆流换热,气体被加热至430℃后进入转化器第四段催化剂床层进行第二次转化。出第四段床层的气体用干燥空气冷却到425℃进入转化器第五段进行反应,出第五段床层的二次转化的气体经冷热换热器温度降至165℃后进入第二吸收塔,在第二吸收塔中,气体中的SO3被98%硫酸吸收后,经过塔顶的除沫器除去其中的酸雾,出二吸塔的尾气由尾气烟囱放空。经过两次转化后,SO2转化率不小于99.5%,尾气中SO2排放浓度小于960mg/m3。
为了调节各段催化剂层气体进口温度,设置了必要的副线和阀门。转化系统开车升温采用电加热器。
焚硫炉、锅炉采用柴油点火升温、烘炉、煮锅,转化采用电炉升温。
经处理的软化水用高压水泵送入余热热锅炉,产生2.45MPa的饱和蒸汽经减压送到原料工段供熔硫、保温及液体SO2生产使用。
3.1.3干吸工段
空气鼓风机设在干燥塔上游,干燥酸循环系统采用三塔三槽,干吸塔均为填料塔。湿空气由空气鼓风机升压后送入干燥塔,塔内用93%的硫酸吸收其水分,经丝网除雾器除去酸雾,再进入焚硫炉与硫磺进行燃烧。经干燥后的空气含水量≤0.1g/Nm3以下。
干燥塔内喷淋93%的硫酸,吸收空气中的水分后自塔底排至干燥塔酸循环槽,以一吸塔循环系统串入的98%硫酸维持其浓度,以循环酸泵送入干燥塔酸冷却器冷却降温后入干燥塔喷淋。增多的93~94%硫酸串入一吸塔酸循环槽。
来自转化工段的一次转化气进入一吸塔,在一吸塔内喷淋98%硫酸,吸收SO3 浓度升高后的硫酸流入一吸塔酸循环槽。配入干燥塔酸循环系统串来的93%硫酸,并加水维持其浓度,经循环酸泵送入一吸塔酸冷却器冷却降温后入一吸塔喷淋。增多的98%硫酸一部分串至干燥塔酸循环槽,一部分作为成品酸送成品酸贮槽贮存。
来自转化工段的第二次转化气进入第二吸收塔,在第二吸收塔内喷淋98%硫酸,吸收SO3 浓度升高后的硫酸流入二吸塔酸循环槽,加入清水调节其浓度,经循环酸泵送入二吸塔酸冷却器,冷却降温后入二吸塔喷淋。增多的98%硫酸串入一吸塔酸循环槽。
干燥塔、第一吸收塔、第二吸收塔均采用塔——槽——泵——酸冷器——塔的循环流程。
换热器采用阳板式酸冷却器。冷却水循环使用、适当排污并补充一定的新鲜水。
3.2 3kt/a柠檬酸钠法液体二氧化硫`
3.2.1设计条件
利用从硫磺制酸的第一余热锅炉出来的二氧化硫气体生产,温度约430℃,二氧化硫浓度约10%,气体流量1500Nm3/h。
3.2.2工艺流程介绍
本工程中液体二氧化硫的生产采用柠檬酸钠法,吸收介质为柠檬酸钠溶液,此介质无毒,不产生废渣,因而可以大大改善操作条件和环境卫生,由于吸收剂可以循环利用,有利于降低二氧化硫的液体生产成本,此外该方法生产流程短,设备简单,易于上马。
(1) 吸收工序
二氧化硫在水中的溶解度中等,由于二氧化硫溶解在水中形成亚硫酸,电离出H+离子,限制了二氧化硫的继续溶解。而柠檬酸钠缓冲溶液可以控制PH值的变化,增加二氧化硫的溶解度,从而使吸收塔中的吸收效率大大提高,提高了二氧化硫的利用率,降低生产成本,减少尾气的环境污染。
从余热锅炉出来的二氧化硫气体生产,温度约430℃,二氧化硫浓度约10%,气体流量1500Nm3/h,经冷却、除雾后,进入SO2吸收塔,利用柠檬酸钠溶液吸收,二氧化硫吸收率达97.5%,吸收后的尾气除雾后放空或回硫磺制酸干燥塔进口,吸收后的含二氧化硫的富液去解吸工序。
(2) 解吸工序
含二氧化硫的富液从解吸塔上部喷淋下来,由于蒸汽的加热作用,富液中的二氧化硫被解吸出来,形成贫液,贫液经换热器降温后去吸收工序。解吸塔塔顶出来的含有水汽的高浓度二氧化硫气体经降温、除水、冷却、除沫和干燥后去压缩工序,此过程的干燥需用浓硫酸一级干燥和硅胶二级干燥,确保二氧化硫气体中水分小于0.2%。
(3) 压缩工序
经硅胶干燥后的二氧化硫气体经压缩机压缩、除油和冷却后进入成品罐,然后再由成品罐送往其他车间使用。
中温炉气的显热、干燥塔内吸收水分产生的稀释和压缩机的压缩热均用循环水冷却,生产中柠檬酸钠不断消耗,需要向贫液循环槽中不断补入柠檬酸和碳酸钠。
4. 工艺流程特点
a.采用快速熔硫槽,熔硫速度快,热效率高,维护方便。
b.采用卧式焚硫炉、机械雾化喷嘴,结构简单,热容强度高,投资省。
c.采用高强度填料塔、管式分酸,具有分酸均匀,阻力低,操作弹性大的特点。
d.浓酸采用板式换热器,传热系数高、换热面积小、阻力低、投资省、操作环境好。
e.采用“3+2”五段转化、两转两吸工艺,使用国产优质催化剂,转化器进口气体SO2浓度9.0~10.0%时,转化率可达到99.7 %,尾气SO2含量不大于960mg/m3,确保达到国家排放标准。
f.焚硫炉出口采用卧式火管锅炉,结构简单、安全可靠。转化采用二台低压锅炉,系统的热量得到充分利用。
g.仪表设置简单实用符合硫磺制酸生产特点。
h.冷却水循环使用,节约了水资源。
i.转化工段一、四段设置升温电炉,可以缩短开车时间,保护催化剂。
5. 技术经济指标
生产规模 60t/d(100%H2SO4)
运行时间 8000h/a
产品规格
硫酸 (H2SO4 98%) 15720吨/年
液体 SO2 3000 吨/年
外供蒸汽 0.6~0.8 MPa 饱和蒸汽21600吨/年
硫磺消耗 332.6kg/t酸
电 耗 67kw·h/t酸
水 耗 工艺用水2.5t/t酸
软水消耗1.3t/t酸
催化剂消耗 ≤0.12kg/t酸
SO2总转化率 ≥99.7%
SO3总吸收率 ≥99.95%
用柠檬酸钠法生产1吨液体SO2的消耗为:
硫磺 513kg
电 150kw.h
NaCO3 20kg
水 5t
蒸汽 3t
6. 自控技术方案
6.1 本硫磺制酸装置自控仪表控制设计为一个总控室,设有KG型仪表柜五台。仪表盘上配置若干台显示仪、记录仪、调节仪,将把熔硫工段、焚硫工段、转化工段、干吸工段生产过程中所产生的温度、压力、浓度全部显示和记录,且将显示和存储硫酸浓度,SO2气体浓度,将显示硫酸槽硫酸的液位及液位上下限液位报警。锅炉的压力显示和记录、液位显示和自调,以及供给锅炉水的流量及记录,将转化电炉的控制操作及电流监视配置在总控室内,以便随时根据转化器的要求升温和停止。
另外,在熔硫工段,液硫温度采用现场指示,以便现场工作人员的随时调整。转化工段的压力显示,用单管压力计集中在控制室内显示。转化工段各转化段进出口均引出气体取样管至地面1.0米的地方,以便随时取样,分析转化状态。在干吸工段平台上配置一台压力表盘,将干吸工段的气体压力集中显示,以便随时监测干吸工段各设备的阻力,利于系统操作。
6.2 液体SO2装置自控仪表控制也设计为一个总控室,设有KG型仪表柜。仪表盘上配置若干台显示仪、记录仪、调节仪,将把吸收工段、解吸工段、压缩工段生产过程中所产生的温度、压力、浓度全部显示和记录。
7环境保护
7.1. 建设项目的主要污染源及污染物
7.1.1主要污染源、污染物排放点
硫磺制酸工艺流程
本工程制酸工艺采用固体硫磺焚烧,两转两吸(“3+2”)工艺技术生产硫酸。固体硫磺经皮带输送机送入熔硫槽,液硫进入液硫澄清槽精制后入精硫槽,液体硫磺由硫磺泵送入焚硫炉燃烧,燃烧后的SO2气体进入废热锅炉回收热能后气体温度降低到430℃,进入气体过热器过滤,过滤后的气体进入转化器,使SO2转化为SO3,SO3气体再经换热器降温后,进入第一吸收塔和第二吸收塔用浓硫酸二次吸收生产出成品酸,吸收后的尾气由高烟囱排放。以下为硫磺制酸方快流程及排污点示意图。
固体硫磺
熔硫槽
液硫澄清槽
硫磺泵
焚硫炉
噪声 空气
硫磺渣
鼓风机
干燥塔
尾气
吸收酸 吸收酸
废热锅炉
一次转化
一次吸收
二次转化
二次吸收