冶炼烟气制酸设计.doc
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1、湖 南 石 油 化 工 职 业 技 术 学 院 专 科 生 毕 业 设 计湖南石油化工职业技术学院毕业设计(论文)任务书题 目:年产二十万吨硫酸装置工艺设计(35%含硫烟气)作 者:李国文学 号:201214310013所属学院:湖南石油化工职业技术学院专业年级:应用化工生产技术(应化3121)指导教师:张雄飞职 称:完成时间:2014年8月24号至2014年11月1号湖南石油化工职业技术教务处制年产20万吨烟气制硫酸装置工艺设计(3.5%烟气)摘 要我国正处于工业文明的高速发展时期,合理利用资源、保护生态环境尤为重要。在有色金属开采冶炼利用所产生的废硫酸量很大已成为业内及相关行业工作者日益关
2、注的问题。我国是硫酸生产和消费需求的大国,针对有色金属冶炼过程中产生的烟气,其烟气量按(m3/h)成分(%);SO2、SO3、H2O、O2、N2、CO2、CO杂质As、Fe、Hg、Cu、Zn、Pb、Co、Cl2、Cd、Se、S io2等杂质的处理问题研究,提出较优的解决方案。冶炼烟气制酸的流程可分为:净化工段、干吸工段、转化工段,硫化法,填料塔关键词:生态环境;烟气;填料塔;工艺设计;硫酸Annual output of 200000 tons of flue gas system of sulfuric acid unit process design (3.5% or higher flu
3、e gas) AbstrctOur country is in the rapid development of modern industrial civilization period, the reasonable use of resources, protect the ecological environment is particularly important. In smelting non-ferrous metal mining use of waste sulfuric acid produced by large quantity has become the ind
4、ustry and relevant industry workers concern increasingly. Power, is the sulfuric acid production and consumer demand in China for non-ferrous metal smelting process of flue gas, the smoke volume (m3 / h) content (%); SO2, SO3, H2O, O2, N2, CO2, CO As impurities, Fe, Hg, Cu, Zn, Pb, CO, Cl2, Cd, Se,
5、SiO2impurities such As deal with the problem of research, put forward a better solution. Smelting gas sulphuric acid process can be divided into: cleaning section, dry absorption section, section, The method of sulfide, packed tower Key words: ecological environment; The flue gas. Packed tower; Proc
6、ess design; Sulfuric acid 第一章概述1.1硫酸简介硫酸是化学五大无机强酸(硫酸、硝酸、盐酸、氢溴酸、氢碘酸)之一。中文名称:硫酸英文名称:sulfuric acid分子式:H2SO4CAS登录号:7664-93-9EINECS 登录号231-639-5分子相对质量: 98.08 成分/组成信息:硫酸 98.0(浓)中心原子杂化方式:sp3结构式-1.2硫酸的性质及用途(浓硫酸)1.2.1物理性质纯硫酸是一种无色无味油状液体。常用的浓硫酸中H2SO4的质量分数为98.3,其密度为1.84gcm-3,其物质的量浓度为18.4molL-1。硫酸是一种高沸点难挥发的强酸,易溶
7、于水,能以任意比与水混溶。浓硫酸溶解时放出大量的热,因此浓硫酸稀释时应该“酸入水,沿器壁,慢慢倒,不断搅。” 若将浓硫酸中继续通入三氧化硫,则会产生发烟现象,这样超过98.3%的硫酸称为“发烟硫酸”。熔沸点当硫酸浓度为98.3时:熔点:-90.8;沸点:338吸水性将一瓶浓硫酸敞口放置在空气中,其质量将增加,密度将减小,浓度降低,体积变大,这是因为浓硫酸 具有吸水性。 就硫酸而言,吸水性是浓硫酸的性质,而不是稀硫酸的性质。0 q- v4 h; W% q8 A浓硫酸的吸水作用,指的是浓硫酸分子跟水分子强烈结合,生成一系列稳定的水合物,并放出大量 的热:H2SO4 + nH2O = H2SO4nH
8、2O,故浓硫酸吸水的过程是化学变化的过程,吸水性是浓硫酸的化学性 质。浓硫酸不仅能吸收一般的游离态水(如空气中的水),而且还能吸收某些结晶水合物(如CuSO4 5H2O、Na2CO310H2O)中的水。1.2.2 化学性质脱水性就硫酸而言,脱水性是浓硫酸的性质,而非稀硫酸的性质,即浓硫酸有脱水性且脱水性很强。浓硫酸具有很强的腐蚀性。( ?2 n4 n, x) T% |; u5 脱水性是浓硫酸的化学特性,物质被浓硫酸脱水的过程是化学变化的过程,反应时,浓硫酸按水分 子中氢氧原子数的比(21)夺取被脱水物中的氢原子和氧原子。 可被浓硫酸脱水的物质一般为含氢、氧元素的有机物,其中蔗糖、木屑、纸屑和棉
9、花等物质中的有机物,被脱水后生成了黑色的炭(碳化)。 X. z& 浓硫酸 如C12H22O11=12C + 11H2Oh4 h* F0 J+ Y o: E5 强氧化性跟金属反应常温下,浓硫酸能使铁、铝等金属钝化。加热时,浓硫酸可以与除金、铂之外的所有金属反应,生成高价金属硫酸盐,本身一般被还原成SO2Cu + 2H2SO4(浓) = CuSO4 + SO2+ 2H2O2Fe + 6H2SO4(浓) = Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O 在上述反应中,硫酸表现出了强氧化性和酸性。 跟非金属反应热的浓硫酸可将碳、硫、磷等非金属单质氧化到其高价态的氧化物或含氧酸,本身被还原为SO2。在
10、这类反应中,浓硫酸只表现出氧化性。C + 2H2SO4(浓) = CO2 + 2SO2 + 2H2O ( S+2H2SO4(浓) =3SO2+2H2O ! p2P + 5H2SO4(浓) = 2H3PO4 + 5SO2 + 2H2O跟其他还原性物质反应 1浓硫酸具有强氧化性,实验室制取H2S、HBr、HI等还原性气体不能选用浓硫酸。 7H2S + H2SO4(浓) = S + SO2 + 2H2O2HBr + H2SO4(浓) = Br2 + SO2 + 2H2O2HI + H=SO4(浓) = I2 + SO2 + 2H2O 吸水性9就硫酸而言,吸水性有很多用处,比如很多的气体都可以用浓硫酸
11、来干燥。它是良好的干燥剂。这个与脱水性有很大的不同:脱水性一般反应前没有水,而是H,O元素以个数比2:1的形式形成水,从有机物中出来。而吸水性则是反映前就有水,只是在此过程中硫酸做了一个干燥剂的作用。如: CuSO45H2O(H2SO4)CuSO4+5H2O这个反应,就是体现硫酸的吸水性,而不是脱水性,因为反应前有水。还有在实验室制取乙烯的过程中,页体现浓硫酸的吸水性,促使反应项正反应方向进行。在一些硫酸作催化剂的反应中,尤其是是浓硫酸,一般都体现硫酸的吸水性。难挥发性(高沸点)9 K&制氯化氢、硝酸等(原理:利用难挥发性酸制易挥发性酸) 如,用固体氯化钠与浓硫酸反应制取氯化氢气体2NaCl(
12、固)+H2SO4(浓)=Na2SO4+2HCl再如,利用浓盐酸与浓硫酸可以制氯化氢气。酸性制化肥,如氮肥、磷肥等。2NH3+H2SO4=(NH4)2SO4 Ca3(PO3)2+2H2SO4=2CaSO4+Ca(H2PO4)2稳定性浓硫酸与亚硫酸盐反应 Na2SO3+H2SO4=Na2SO4+H2O+SO2) X5 j3 9 f! . D) 1.2.3 稀硫酸 物理性质无色透明液体。熔点较低。化学性质可与多数金属(比铜活泼)氧化物反应,生成相应的硫酸盐和水;可与所含酸根离子对应酸酸性比硫酸根离子生成方应的硫酸根离子和弱酸;可与碱反应生成相应的硫酸盐和水;可与氢前金属在一定条件下反应,生成相应的硫
13、酸盐和氢气; 条件下可催化蛋白质、二糖和多糖的水解。1.2.4 用途利用其酸性,可制磷肥、氮肥;可除锈;可制实用价值较大的硫酸盐。利用浓硫酸的吸水性,用浓硫酸作吸水剂和干燥剂。利用浓硫酸的脱水性,浓硫酸常用作精炼石油的脱水剂、有机反应的脱水剂等。利用浓硫酸的高沸点难挥发性,常用于制取各种挥发性酸。1.3硫酸国内外生产现状及冶炼烟气制酸前景1.3.1国外硫酸生产现状20072013年全球硫酸年均增长率在3.4%,2012年全球硫酸贸易总量16500kt,2012年全球硫酸消费比例为磷肥49%,工业用酸28%,硫酸铵7%,普钙6%,酸浸炼铜6%。酸浸炼镍2.5%,采铀1.5%。英国商品咨询公司(C
14、RU)专家预测,到2017年全球硫酸供应量将比2012年的基础上增加45000kt/a,其中硫磺制酸产量将在2012年的基础上增加35000kt/a,达到176Mt/a;中国约增加11100kt/a。冶炼烟气制酸产量将在2012年的基础上增加14400kt/a,达到79700kt/a;中国约增加8000kt/a。在硫酸需求方面,专家预测到2017年全球硫酸需求量将在2012年的基础上增加45400kt/a,其中主要是东亚(中国)、非洲、中东和南亚等地区。全球磷肥耗酸量将在2012年的基础上增长14000kt/a,达到132mt/a;酸浸炼铜耗酸量将在2011年的基础上增加900kt/a,达到1
15、3400kt/a。总体而言,全球硫酸产销基本维持平衡态势。1.3.2国内硫酸生产现状(1) 硫酸产量迅速增长。硫酸工业是国民经济的基础行业,直接影响我国的粮食生产。由于我国是世界最大的农业国,决定了我国必然会成为硫酸生产大国。2003年我国硫酸产量为33711kt,超过美国成为世界上第一产酸大国。2012年我国硫酸工业更是以84030kt创下历史新高。一是与高浓度磷复肥配套建设大型硫磺制酸装置投产,2012年有云南三环中化化肥、云南祥丰化肥、湖北宜化集团等。二是沿海地区以利用能源为目的建设的大中型硫磺制酸装置,2012年有镇江凯林热能、江苏格林艾普化工绍兴明业化纤、宁波新福钛白粉等企业约300
16、0Kt/a 产能装置投产.三是有色金属冶炼配套建设大中型冶炼烟气制酸装置, 2012年已有江西铜业集团公司、铜陵有色铜山矿业、湖北大冶有色约7500Kt/a产能装置投产。四是硫铁矿和硫精砂产区为资源的发展利用而建设大中型硫铁矿制酸装置。我国硫酸产能增长情况见表14。表14 20042012我国硫酸增长产量及增长率年 份200420052006200720082009201020112012产量 /kt399464625050440570005379059690703307973884030累计年平均增长率/%12.915.89.113.05.610.717.813.45.4(2) 原料结构日趋
17、合理,形成三足鼎立形势。过去我国一直以硫铁矿制酸为主,入世以后,我国经济进一步全球化,给硫磺制酸和冶炼烟气制酸的高速发展带来了机遇入世以来年我国硫酸产量原料结构的变化情如下表15所示。表15 20012012年我国硫酸产量及原料构成项目硫酸产量/kt硫铁矿制酸硫磺制酸冶炼烟气制酸其他制酸产量/kt比例/%产量/kt比例%产量/kt比例/%产量/kt比例/%2002年3052012 05839.51111636.4693222.74141.42003年337111303438.71260937.4752122.35471.62004年399461431635.81623640.6884822.2
18、5461.42005年462501612034.81974042.7981021.25801.32006年504401593031.62233044.31163023.15501.02007年570001678029.42655046.61315023.15200.92008年537901686031.32081038.71543028.76901.32009年596901384623.22795846.81778529.8970.22010年703301772025.23298046.91929027.43400.52011年797381969124.73844148.22129726.73
19、090.42012年840302061024.53904046.52386028.45200.6(3) 区域集中化明显增长,产业集中度进一步提高。经过几十年的发展,硫酸工业小企业星罗棋布,制酸装置遍地开花的局面开始得到改变。制酸企业开始向原材料主产地,产品消费地靠拢。开始形成一批极具竞争地的硫酸产业集中工业区。2012年我国有19个省市硫酸产量超过1000kt,产量排名前5位的省份分别是:云南、湖北、山东、贵州和四川,其产量占全国硫酸总产量的50.27%;产量排名前10位省份产量达到62260kt,占到全国硫酸总产量的74.09%。 云南、湖北硫酸产量均超过10000kt,其中云南产量1240
20、0kt,同比增长5.7%;湖北产量10710kt,同比增长3.2%。我国硫酸产业分布在西南地区的云南,四川和重庆及湖北等磷肥生产集中地区;二是沿海工业发达的华东地区;三是有色金属冶炼集中省份和硫铁矿产区。(4) 硫酸企业实力大大增强我国硫酸工业在发展过程中,通过行业优化重组淘汰原料一大批规模小,产能低,能耗高,污染重的企业。取而代之的是规模大,产能高,能耗低,污染少的新型高科技制酸企业。2012年硫磺制酸排名前10位企业产量2118kt,占全国硫磺制酸总产量的54.25%,同比上升2百分点;云天化国际居首,为6174kt; 贵州开磷(集团)有限责任公司排名第二,为3739kt。2012年年有产
21、量的硫铁矿制酸企业188家,硫铁矿制酸产量排名前10位企业产量576kt,占全国硫铁矿制酸总产量的27.9%,同比上升1百分点;铜陵化学工业集团有限公司(简称铜化集团)排名第一,为933kt;其次为湖北祥云(集团)化工股份有限公司(简称湖北祥云集团)的833kt。2012年有产量的冶炼烟气制酸企业133家,冶炼烟气制酸产量排名前10位企业产量,占全国冶炼烟气制酸总产量的1162kt,与2011年基本持平;铜陵有色金属集团控股有限公司(简称铜陵有色)排名第一,为2110kt其次为江西铜业集团公司(简称江铜)2102kt。(5) 硫酸市场需求旺盛近年来化肥用酸量占硫酸总消费量比例一直稳定在70 %
22、 左右,其中磷肥用酸量约占硫酸总消费量的6 %。2009年我国高浓度磷复肥产量已占磷肥总产量的76 .6% ,高浓度磷复肥耗酸量已占硫酸总消费量的53 % 。随着国民经济的快速增长,化工、轻工、纺织、钢铁等行业中的大多数用酸产品的年均增长率都在20 % 左右,因此非化肥工业对硫酸的需求量增长很快,预计未来年非化肥工业用酸量年均增长率约为13%。(6) 技术装备水平的发展近年来一大批大型装置的建设使我国硫酸生产技术装备水平达到了一个新的高度,与国际先进水平的差距进一步缩小。硫酸装置普遍采用二转二吸制酸工艺,大型硫酸装置SO2总转化率可达到9.8%,尾气SO2基本达标排放。硫铁矿和冶炼烟气制酸装置
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