25万吨硫磺制酸工艺设计(3)

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铁（Fe）% ≤ 有机物 % ≤ 水分% ≤ 100目筛（孔径0.149mm） 筛余物%≤ 200目筛（孔径0.074mm） 筛余物%≤ 机械杂质（木、砂、纸） 0.003 0.05 0.10 无 0.005 0.30 0.50 无 不规定 0.80 1.00 不规定 GB2457-81 GB2455-81 GB2452-81 GB2458-81 0.5 1.0 不规定 不允许 (3) 饱和蒸汽：执行企业标准

P(a)=0.6Mpa

3.3.3 催化剂的选用

SO2的转化反应是一个放热、可逆、体积缩小的氧化反应，是硫酸生产的重点工段，SO2的转化完全与否，关系到原料硫磺的利用率、环境保护和经济效益等，所以对SO2氧化用催化剂的选择提出了更高要求。SO2氧化反应所用催化剂要求满足以下条件：①有较高的转化率，目的是提高硫的利用率和减少二氧化硫排放量。②有较低的起燃温度、较高的耐热性能，以降低能耗，缩短开车预热时间，并适应气浓、气量的变化。③使用寿命长，以保证系统的长期开工率。现在硫酸生产中的二氧化硫氧化主要用的是钒催化剂。

钒催化剂是以五氧化二钒（V2O5）为主要活性成分，其组成为V2O55~9%、SO310~20%、SiO250~70%，并含有少量Fe2O3、CaO、MgO及水份等。以碱金属盐类（硫酸盐）作助催化剂，以硅胶、硅藻土、硅酸盐作为载体。而引起钒催化剂中毒的主要物质是砷、氟、酸雾以及矿尘等。除了矿尘覆盖催化剂表面降低催化剂活性外，其它3种有毒物质是以化学中毒形式来使催化剂中毒失去活性的。

现在国内广泛采用的是S101-2H型、S107-1H型和S108-H型三种催化剂，这三种催化剂为环状催化剂。比较先进的有S101-2H(Y) 型和S107-1H(Y)型，它们是菊花环钒催化剂，床层阻力降比前者小，抗堵能力比前者强：堆密度小、强度高这两个指标已达到国际先进水平。S107-1H型和S107-1H(Y)型，起燃温度为360℃～370℃，正常使用温度为420℃～580℃；S101-2H型和S101-2H(Y)型的起燃温度为380℃～390℃，正常的使用温度为420℃～630℃，因此比较可得S107型催化剂要优于S101型催化。

S107型催化剂和S101型催化反应速度常数见表2.2和表2.3。

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表2.2 S101型钒催化剂反应速度常数：

温度，℃

K1

秒-1大气压-1

600 590 580 570 560 550 540 530 520 510 500

10.7 9.65 8.66 7.74 6.60 5.60 4.75 4.05 3.26 2.65 2.10

490 480 470 460 450 440 430 420 410 400 —— 温度，℃

K1

秒-1大气压-1

1.79 1.58 1.35 1.10 0.85 0.71 0.56 0.44 0.36 0.28 ——

K1* 秒-1大气压-1

—— —— 1.35 0.80 0.47 0.31 0.19 0.11 —— —— ——

说明：在转化率小于60%，温度小于470℃时用K1*值。

S107型催化剂的主要物理和化学性质：含V2O55.5~6.5%，颗粒尺寸Φ5×（10～15）mm圆柱形；堆积密度0.50～0.60kg/L；孔隙率0.50%～0.60%；机械强度﹥15kgf/cm2；

表2.3 S107型或S105型钒催化剂反应速度常数

温度，℃

K1 秒-1大气压-1

温度，℃

K1

秒-1大气压-1

K*

秒-1大气压-1

—— —— 1.20 0.81 0.55 0.37 0.25 0.16

600 590 580 570 560 550 540 530

8.15 7.25 6.40 6.05 5.05 4.60 4.05 3.50

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480 470 460 450 440 430 420 410

1.58 1.36 1.20 1.02 0.85 0.70 0.58 0.49

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520 510 500 490

2.92 2.45 2.13 1.86

400 390 380 —

0.41 0.32 0.26 ——

0.11 0.072 0.046 ——

说明：在转化率小于60%，温度低于460℃是用K1*值。

所以综合考虑，选择国产S107型钒催化剂作为SO2 氧化用催化剂。

4、工艺技术方案

4.1 工艺技术方案的选择 4.1.1 国内外工艺技术概况 （1）国外工艺技术概况

（a）国外硫酸生产的原料主要是硫磺，其生产规模正向大型化发展，最大单系列能力为美国MEC公司在澳大利亚Murrin承建的4400吨/日，带低温余热回收（HRS）系统的硫酸装置。一般新建装置规模≥3000吨/日，由于装置大型化，对节约投资，提高劳动生产率，降低生产成本等方面效果显著。

（b）随着环保法日趋严格，生产技术趋向采用“3+1”或“3+2”两转两吸流程，总转化率在99.7～99.9％，尾气SO2含量低于300PPM，酸雾含量低于45mg/m。

（c）采用先进技术，强化设备能力，不断采用结构先进、效率高、节能耐用的机泵设备，从而使硫酸装置的生产稳定，开工率高，安全可靠，先进硫酸厂年开工率达到99％以上。

（d）注重硫酸生产中的热能回收和转换，最大限度回收高、中、低位热能。 （2）国内工艺技术状况

近几年我国硫磺制酸工业有较快的发展，生产技术水平不断提高，其液体硫磺精制大多采用沉降法，转化工艺为“3+1”和“3+2”两转两吸工艺，转化触媒多采用国产触媒，转化率在99.5～99.7％，干吸塔、换热器、转化器等都采用一些新设备、新材料。热力系统一般只回收利用高、中位热能，副产中、低压蒸汽自用或副产中压蒸汽用于发电或驱动透平主风机。与国外相比存在单系列能力小、设计余量偏大、热利用水平偏低等缺点。

4.1.2 工艺技术方案的选择

本项目选择工艺技术方案为：固体硫磺皮带输送，快速熔硫、液硫过滤器过滤精制液硫，机械雾化焚硫，“3+2”两转两吸流程，其主要特点：

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（1）结合中国国情，采用引进技术消化吸收的国內领先的硫磺制酸转化、干吸技术，进行工程设计。具有技术先进，操作稳妥可靠，投资合理，综合经济效益好的特点。

（2）采用“3+2”两转两吸流程，采用国产大颗粒环型触媒，提高转化器气速，减少压降，延长触媒使用寿命，总转化率保证达到99.7％以上，采用全不锈钢转化器，确保其安全运行。

（3）转化工段的换热器选用列管换热器，进气扩散管，使气体均匀分布，设备直径小，占地面积小。

（4）干吸塔采用大开孔球拱和新型填料，蝶形底，采用带阳极保护的不锈钢管槽式分酸器，加大淋洒密度，降低填料高度，提高干吸塔生产强度，一二采用国产纤维除雾器，提高除雾效率，保护后续设备及环境。

（5）采用火管锅炉、蒸汽过热器、省煤器合理组成热力系统，回收高中位热能，产生450℃、3.82MPa蒸汽，用于推动透平风机，乏汽供熔硫、浓缩磷酸及生活取暖，热利用率高。

（6）采用高低温交叉配酸吸收技术和干吸塔低位配置，减少酸冷却器换热面积，降低设备投资。

（7）干吸塔上、下酸管采用阳极保护304L不锈钢管，安装维修方便，使用寿命长,减少酸的跑冒滴漏。

（8）采用新型不锈钢转化器，高温下（≤620℃）不会发生蠕变，使用寿命长，维修量小。触媒层设置从上至下依次为3、4、5、2、1，便于更换触媒，减少烟气管长度，消除热应力。

（9）为了保证转化率，保护转化触媒，配置有间接升温系统。 4.1.3 本工艺技术可达到的工艺指标为：

SO2浓度 10.5％

硫酸产量: 31.2吨/时（100％ H2SO4） SO2转化率: ≥99.7％ SO3吸收率: 99.99％ 尾气排放SO2 ≤960mg/Nm3

4.2 工艺流程简述、余热回收系统方案的选择和消耗定额 4.2.1 工艺流程简述

A、熔硫工段：固体硫磺经汽车直接运入硫磺仓库后，采用人工上料，固体硫磺经

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过下料斗，再经过大倾角皮带运输机送入快熔槽，快熔槽设蒸汽盘管间接加热到135℃—145℃，并设有搅拌桨搅拌加快硫磺熔化，液体硫磺溢流进入粗硫槽，加入石灰中和液体硫磺中的酸度，粗硫经粗硫泵打到液硫过滤器过滤，过滤后的液硫流入精硫槽，再由精硫泵打入液硫大罐贮存待用。另设有硅藻土预涂层槽及泵，用于液硫过滤器预涂过滤层用。

B、焚硫工段：开车前将储存在液硫大罐中的液体硫磺用屏蔽泵打到焚硫炉前槽，液硫再经过硫磺泵加压后送入液硫喷枪，经过液硫喷枪雾化后进入焚硫炉，与从干燥塔来的干燥空气在800℃以上的温度下混合燃烧，借助焚硫炉前设置的旋风导流装置和炉尾的二次风让液体硫磺沫迅速的汽化、燃烧和扩散，生成我们想要的二氧化硫气体，温度高达1050℃送去余热锅炉降温。之前采用柴油经过油泵和喷枪对焚硫炉进行升温到800℃以上。

C、转化工段：从焚硫炉来经过余热锅炉降温到420℃的二氧化硫气体，送到转化器的一段，二氧化硫气体在转化器五段催化剂床层间经过五氧化二钒的催化氧化下生成三氧化硫气体，经过每段转化床层后其温度上升，二氧化硫气体量减少而三氧化硫气体的量在增加，转化一段出口气体温度达600℃，经过高温过热器降温到442℃后进入转化二段，转化二段出来的气体温度达506℃，再经过从一吸塔来的330℃的低温气体在热热换热器内降温到430℃进入转化三段，转化二段出来的气体温度达459℃，再经过从一吸塔来的70℃低温气体在冷热换热器内降温到240℃后，进入空气预热器进一步的降温到170℃后去一吸塔，从一吸塔回来的70℃的低温气体依次经过2台冷热和1台热热换热器加温到425℃后去转化四段，从转化四段出来的气体温度达440℃，再经过2#省煤器降温到430℃后进入转化五段，从转化五段出来的气体温度达432℃，最后经过低温过热器和1#省煤器降温到160℃后进入二吸塔。

为了在升温过程中保护触媒不受柴油燃烧产生的水汽损害，本系统还设置了转化工段间接升温系统，干燥空气经升温炉加热后直接送入转化器一段、四段对转化器升温。

D、干吸工段：空气经过空气鼓风机加压后进入干燥塔干燥，再经过塔顶的金属丝网除雾器除沫后进入焚硫炉。从转化三、五段段来的含大量三氧化硫的气体分别在第一和第二吸收塔内，借助异鞍瓷质填料，利用98%硫酸中的水吸收三氧化硫气体，生产我们想要的硫酸，硫酸浓度升高后不利于吸收进行完全，因此通过串酸或加工艺水来调整到98%的浓度恒定不变，吸收是放热反应，酸温升高后经过阳极保护管壳式换热器中的水间接冷却到60℃合适的硫酸温度，第一和第二吸收塔顶都设置了纤维除雾器，带液的

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