沙角A电厂废气深度脱硫并资源化利用项目绝热固定床反应器.docxVIP

第一章生产方案的确定

1.1硫酸的生产原理

1.1.1硫酸生产方法及其原理

一、煅烧绿矾法

硫酸生产始于8世纪。生产硫酸最古老的方法是以绿矾为原料，放在蒸馏釜中煅烧而制得硫酸。其原理如下：

在18世界40年代以前，这种方法为不少地方所采用。古代称硫酸为“绿矾油”就是由这种方法而得名。

二、硝化法

1740年，英国澳德在伦敦附近建立了世界上第一个硫酸厂。其生产过程是将硫磺和硝石的混合物置于铁容器中加热，将生成的气体导入一个玻璃容器内，用水吸收，制得硫酸。但用这种方法容器易碎，无法大规模生产。

1746年，英国的巴罗克对此法进行改造，开始采用铅室法制硫酸。铅室法制硫酸的生产原理是在气相中借助氮的氧化物使二氧化硫氧化制成硫酸。这种方法所需设备庞大，耗铅多、投资高，制得硫酸的浓度仅为65%，于是便产生了塔式法。

1881年，奥地利的澳普尔建立了世界上第一套塔式装置。其生产原理同样是使氮的氧化物起氧的传递作用，使SO2氧化成SO3，再用水吸收，制得硫酸。与铅室法不同的是，该反应是在液相中进行，所得硫酸浓度可达76%左右，生产成本较低。铅室法和塔式法合称为硝化法或亚硝基法，其反应过程较为复杂，主要反应的化学方程式如下：

三、接触法

1831年，英国的菲利普斯首先应用接触法制造硫酸，利用铂丝为催化剂较好地解决了SO2氧化成SO3这个制造硫酸的关键问题。20世纪初期，1903年俄国田帖列夫化学工厂。建成了世界上第一套采用铂石棉触媒来氧化二氧化硫制造浓硫酸的装置。20世纪20年代后，钒触媒制造技术和催化效能不断提高终于完全取代了铂和其他催化剂，这一变革大大推动了接触法硫酸工业的发展。迄今为止，接触法仍是硫酸工业最主要的生产方法。其反应式如下：

1.1.2接触法制硫酸主要工艺流程[3]

接触法生产硫酸分为一次转化和两次转化。

一、一次转化的三种常用流程（按换热方式分）

1.中间间接换热式流程

2.炉气冷激式流程

3.空气冷激式流程

二、两次转化的常用流程（按触媒段分）

1.二、一段式三段转化流程

2.三、一段式四段转化流程

3.二、二段式四段转化流程

4.三、二段式五段转化流程

1.1.3设计流程的确定

为了充分利用热能以及获得较高转化率选择两转两吸2+2型流程，炉气在进入接触塔之前，先由二段和三段转化气预热到设计温度，进入接触塔经一段和二段反应后进入一级吸收塔，出吸收塔的尾气由四段和一段转化气预热至设计温度，再进入接触塔三段和四段反应后，进入二级吸收塔。最终转化率为98.4%，吸收率几乎为100%。其流程简图如下：

1——第一换热器；2——第二换热器；

3——第三换热器；4——第四换热器；5——接触塔

图1-1接触法制硫酸接触工段流程简图

第二章工艺计算

2.1物料衡算

2.1.1设计依据

年产量：11万吨硫酸（按纯硫酸算）；

年生产日：330天；

炉气温度：27℃；

SO3吸收率：100%；

炉气组成及含量：

SO27.5%

O210.5%

N282%

转化器设计初步数据：[4]

表2-1设计转化率及各段转化进口温度

入口

出口

温度（℃）

转化率（%）

温度（℃）

转化率（%）

一段

415

0

583

75.6

二段

451

75.6

487.5

92.1

三段

436

累积：92.10

442

累积：96.76

四段

431

累积：96.76

435

累积：98.48

转化器系统压力：为了减小设备尺寸设计工作压力为0.3Mpa

2.1.2物料衡算

1．炉气量：

炉气量可由下式计算[3]：

V标=×22.4×××

式中G─硫酸产量，Kg/小时；

XT─最终转化率，%；

η吸─吸收率，%；

C进─转化器进口二氧化硫浓度，%；

V标─标准状况下的通气量，Nm3/h。

所以炉气进量标准体积：

V标=Nm3/h

实际体积可由下式校核：

则=15965.40m3

表2-2炉气量及其组成以1小时为基准

组成

%

Nm3

kmol

kg

SO2

7.5

3226.22

144.03

9217.92

O2

10.5

4516.71

201.64

6452.48

N2

82

35273.37

1574.70

44091.60

小计

100

43016.30

1920.37

59762.00

图3-1转化气流向

2．转化器一段出口（二段入口）气量G1

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