高浓度SO_2制酸过程热平衡计算研究
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摘要
在硫酸生产的过程中,含硫原料的焙烧、二氧化硫的催化氧化及三氧化硫(气)和水生成硫酸的反应,都属于放热反应,其中有大量的反应热释放出。其中的焙烧反应和二氧化硫的氧化反应所产生的热属于高中温位余热,对于这部分余热的利用,国内外均有成熟的经验；硫酸生产中的低温位余热主要包括：干燥-吸收系统中三氧化硫的溶解热,硫酸的生成热和稀释热,这些热量通常在干燥-吸收系统被冷却水带走。此外还有气体压缩的物理热。一方面硫酸生产需消耗大量的能量,而另一方面实际生产的过程中回收利用的热量却很少。从循环经济的角度来说,余热利用率高,可以降低生产的成本。硫酸生产工艺中设置一些高效的热回收装置,已经变得越来越重要。目前,硫酸生产过程中的余热回收利用及节能措施已经成为衡量硫酸生产现代化水平的一个重要标志。
随着有色冶金硫化矿火法冶炼生产技术的发展,富氧技术的使用使冶炼烟气制酸中的二氧化硫浓度变得越来越高。采用高浓度的二氧化硫作为制酸原料,可以有效地提高转化效率和放热量,将流程中所产生的热量用于反应的自热平衡,可以有效提高反应的稳定性。
本研究在物料、热量衡算的基础上,通过对高浓度烟气制酸过程中二氧化硫的催化转化和三氧化硫的吸收过程进行热力学计算；对高浓度二氧化硫的催化转化的速率、热释放速度、温度变化进行理论计算,同时采用计算机模拟计算,利用Chem CAD软件模拟得出数据。通过与理论计算的结果进行比较,分析研究影响热量回收的主要因素。模拟结果可以定量表明高浓度冶炼烟气制酸的工艺过程中会产生大量的热量(高中温位、低温位余热),为余热回收利用设备的选择和工艺设计提供重要的参考依据。
In the sulfuric acid production, calcination of sulfur-bearing materials,catalysis and oxidation of sulfur dioxide, and the reaction of sulfur trioxide(gas) and water are all exothermic reaction which release a large number of reaction heat.the heat generated in the calcination and oxidation of sulfur trioxide is high temperature residual heat, which can be uesed sophisticated. In the sulfuric acid production, low temperature residual heat that consists of dissolving heat of sulfur dioxide in drying-absorbing system, formation and dilution heat of sulfuric acid is take away by cooling water in the drying-absorbing system. A large amount of energy is consumed in sulfuric acid production, but only a few heat can be recoveryed. From the point of circulate economy, the production costs can be reduced in the case of high utilization of residual heat, thus efficient heat recovery device should be adopted in sulfuric acid production. At present, the residual heat recovery and energy conservation in sulfuric acid production is becoming more and more important.
The using of oxygen-enriched technology cause the concentrate of SO2 in the smelter off-gas become higher and higher. Using high-concentrated SO2 as raw materials to produce sulfuric acid, that will be improve the conversion efficiency and heat release effectively. At the same time,the heat which was created by the technological process can be used in the self-heated balance, then increase the stabilization of the reacting.
Based on the calculation of the material balance and the calorific balance, several calculations have been done in this paper, included thermodynamics of SO2 conformed and SO3 absorbed; the rate of conforming and heat releasing; the alteration of temperature. And Compared these data with the result of analogue data by the Chem CAD software, then got the major factors of heat reclaim. The analog results can provide the heat quantity in high-concentrated of process smelter off-gas produced sulfuric acid. There will be have important reference for the equipment selection and the technological design.
随着有色冶金硫化矿火法冶炼生产技术的发展,富氧技术的使用使冶炼烟气制酸中的二氧化硫浓度变得越来越高。采用高浓度的二氧化硫作为制酸原料,可以有效地提高转化效率和放热量,将流程中所产生的热量用于反应的自热平衡,可以有效提高反应的稳定性。
本研究在物料、热量衡算的基础上,通过对高浓度烟气制酸过程中二氧化硫的催化转化和三氧化硫的吸收过程进行热力学计算；对高浓度二氧化硫的催化转化的速率、热释放速度、温度变化进行理论计算,同时采用计算机模拟计算,利用Chem CAD软件模拟得出数据。通过与理论计算的结果进行比较,分析研究影响热量回收的主要因素。模拟结果可以定量表明高浓度冶炼烟气制酸的工艺过程中会产生大量的热量(高中温位、低温位余热),为余热回收利用设备的选择和工艺设计提供重要的参考依据。
In the sulfuric acid production, calcination of sulfur-bearing materials,catalysis and oxidation of sulfur dioxide, and the reaction of sulfur trioxide(gas) and water are all exothermic reaction which release a large number of reaction heat.the heat generated in the calcination and oxidation of sulfur trioxide is high temperature residual heat, which can be uesed sophisticated. In the sulfuric acid production, low temperature residual heat that consists of dissolving heat of sulfur dioxide in drying-absorbing system, formation and dilution heat of sulfuric acid is take away by cooling water in the drying-absorbing system. A large amount of energy is consumed in sulfuric acid production, but only a few heat can be recoveryed. From the point of circulate economy, the production costs can be reduced in the case of high utilization of residual heat, thus efficient heat recovery device should be adopted in sulfuric acid production. At present, the residual heat recovery and energy conservation in sulfuric acid production is becoming more and more important.
The using of oxygen-enriched technology cause the concentrate of SO2 in the smelter off-gas become higher and higher. Using high-concentrated SO2 as raw materials to produce sulfuric acid, that will be improve the conversion efficiency and heat release effectively. At the same time,the heat which was created by the technological process can be used in the self-heated balance, then increase the stabilization of the reacting.
Based on the calculation of the material balance and the calorific balance, several calculations have been done in this paper, included thermodynamics of SO2 conformed and SO3 absorbed; the rate of conforming and heat releasing; the alteration of temperature. And Compared these data with the result of analogue data by the Chem CAD software, then got the major factors of heat reclaim. The analog results can provide the heat quantity in high-concentrated of process smelter off-gas produced sulfuric acid. There will be have important reference for the equipment selection and the technological design.
引文
[1]徐邦学.硫酸生产工艺流程与设备安装施工技术及质量检验检测标准实用手册[M]广西电子音像出版社,2004：3-21
[2]刘少武,齐焉等.硫酸工作手册[M].南京：东南大学出版社,2001：217-231
[3]张一麟.大型硫磺制酸国产化装置的技术特点[J].硫磷设计与粉体工程,2004,(5)：1-6.
[4]郭景芝.国外硫酸工艺技术进展[J].化工生产与技术,2003,(3)：25-29
[5]M.LEHNER.W.GEIPEL.SeParationofSulPhurTrioxideAerosolswiththeN ElectrostaticPreciPitator"CAROLA"[J].SulPhur,2003, (9):1-7
[6]KarlH.Daum.应对高浓度SO2烟气的挑战[J],硫酸工业,2006,(1)：1-10
[7]胡伟生.高浓度S02转化技术[J].有色冶金设计与研究,2001,(12)：26-30
[8]应燮堂.两种高浓度S02制酸工艺的评述[J].硫酸工业,2005,(6)：13-17
[9]陈南洋.我国有色冶炼低浓度二氧化硫烟气制酸技术进展[J].硫酸工业2005,(2)：15-18
[10]纪罗军等.低浓度烟气非稳态转化制酸工艺的应用[J].硫酸工业,2006,(6)：5-10
[11]俞志兴.WSA工艺在酸性气体中的应用及问题探讨[J],硫酸工业,2006,(6)：19-23
[12]盛叶彬.大型硫铁矿制酸装置国产化的可行性[J]北工技术经济,2005,(2)：4144
[13]魏而宏.我国硫铁矿制酸现状、存在问题及建议[J].硫酸工业,2002,(6)：1-4
[14]王颖.大型硫酸装置国产化工艺和设备[J].硫酸工业,2005,(6)：4-12
[15]黄新.促进我国硫铁矿制酸的发展[J].硫酸工业,2004,(5)：15-1
[16]徐光泽.对大型硫铁矿制酸装置发展的几点思考[J].硫酸工业,2006,(5)：12-15
[17]茹卫兵.我国硫酸产需现状与展望[J].硫酸工业,2006,(6)：1-4
[18]施群我国硫酸工业现状和冶炼烟气制酸特点[J].有色冶金设计与研究2006,(2)：1-3
[19]刘玉强.金川集团公司化工厂新型干吸塔的应用情况[J].硫磷设计与粉体工程2005,(6)：24-26
[20]乔彦强译.世界最大冶炼烟气制酸厂的设计[J].中国有色冶金,2005,(2)：1-4
[21]刘少武.硫酸工作手册[M].东南大学出版社,2001.2
[22]陈五平.无机化工工艺学(中册[M]).化学工业出版社,2002.5
[23]崔英德.实用化工工艺[M].化学工业出版社,2002.3
[24]刘少武.二氧化硫的转化和尾气处理[J].化学工业出版社,1982.2
[25]陈新志.化工热力学[M].化学工业出版社,2005.8
[26]F.K.波列斯科夫.硫酸生产中的催化过程.(北京化工设计院技术情报科)[M].北京：中国工业出版社,1959.3
[27]应燮堂.两种高浓度S02制酸工艺的评述[J].硫酸工业,2005,(6),13-17
[28]曾庆坚.硫酸厂处理高浓度S02烟气的一种创新方法[J].中国有色冶金.2005.4月第2期
[29]曹向东.硫酸生产中高位温余热利用的方案比较和中低温位余热的回收[J].能源研究与利用,2001年第四期
[30]Esperanza Alvarez. Activation of sulfur dioxide oxidation monolithic catalyst by flue gas treatment. Applied Catalysis B:Environmental,2003,41:53-60
[31]Joseph P. Dunn. Oxidation of sulfur dioxide to sulfur trioxide over supported vanadia catalysts. Applied Catalysis B:Environmental,1998,19:103-117
[32]闰久智.磷石膏制硫酸联产水泥工艺[J].磷肥与复肥,2004,(3)：53-55
[33]邓秉毅.我国硫酸工业现状与未来[J].市场周刊.新物流,2005,(38)：44
[34]郑苏云,陈通,郑林树.磷石膏综合利用的现状和研究进展[J].化工生产与技术,2003,(4)：33-35
[35]黄新,王海帆.我国磷石膏制硫酸联产水泥的现状[J].硫酸工业,2000,(3)10-14
[36]王爱群,陈美红.用硫化氢气体制造硫酸[J].硫酸工业,2001,(3)：20-24西安建筑科技大学硕士学位论文
[37]俞向东.硫磺制酸废热回收及利用[J].硫酸工业,2000,(3)：43-47
[38]郝锐译.鲁奇硫酸装置热回收系统[J].硫磷设计与粉体工程,2005,(5)：7-10
[39]梁海卫美国肯尼柯特冶炼厂HRS系统介绍[J].硫酸工业,2003,(1)：11-15
[40]AshokD.Dalvi.W.GordonBacon,Robert C.Osborne.The Pastand the Future of Nickel Laterites.PDAC2004InternationalConvention,2004(内部资料)
[41]中国有色工程设计研究总院.金川集团有限公司菲律宾菲尔尼克镍项目可行性研究,2003(内部资料)
[42]KvaemerMetals.ProjectFeasibilityStudyThePhilnicoNiekelProjeetThePhiliPPines,2000(内部资料)
[43]孙正东.硫酸工业低温位热能回收技术的发展(续)[J].磷肥与复肥,2000(3)：44-46
[44]赵增泰.摩洛哥硫酸、磷肥工业概况[J].硫酸工业,2002,(3)：1-5
[45]汤桂华.硫酸[M].北京：化学工业出版社,1999
[46]T.Hong, P.Ritsehel, S.M.pureelli.孟山都公司硫酸新技术[J].硫酸工业,2003,(1)：1-5
[47]刘淑芸,杨长华,王瑞广.热管省煤器在硫磺制酸中的应用[J].硫酸工业,2003,
(6)：29-30
[48]郭文豪.低温热价格的计算[J].炼油设计,1997(3)：67-69
[49]董四禄.我国冶炼烟气制酸的现状及发展前景[J].硫酸工业,2005,(1)：10-13
[50]黄祥华.我国冶炼烟气制酸进展[J].有色冶炼,2001,6(3)：1-3
[51]冯权莉,叶咏恒,陈文威.乙醇-水双效精馏模拟研究南工业大学学报,1999,15(3)：49-54.
[52]寇业荣.乙烯废液处理塔的核算及改造建议[J].化2000,10(2)：23-25.
[53]贾蓉,罗金生,张立杰,等.应用ChemCAD软件模拟过程[J].化工生产与技术,2003,(5)：44-46.
[54]匡国柱,史启才化工单元过程及设备课程设计北京化学工业出版社,北京：化学工业出版社,2001
[55]王静康.化工设计[M].北京化学工业出版社,1995
[56]陈声宗.化工设计[M].北京化学工业出版社,2001
[57]娄哲翔.基于钒催化剂转化二氧化硫的热计算[D],2007,(27)：1-4
[58]周美华,徐静泼,王夏琴基于MATLAB的化工课程设计软件开发.计算机与应用化学,2001,18(5)：496-497
[59]周开敏、蔡挂才.空心环管壳式换热器在20kt/a硫酸系统中的应用[J].硫酸工业,2004,(4)：32-34
[60]施群.我国硫酸工业现状和冶炼烟气制酸特点[J].有色冶金设计与研究,2006,(27)：1-4
[2]刘少武,齐焉等.硫酸工作手册[M].南京：东南大学出版社,2001：217-231
[3]张一麟.大型硫磺制酸国产化装置的技术特点[J].硫磷设计与粉体工程,2004,(5)：1-6.
[4]郭景芝.国外硫酸工艺技术进展[J].化工生产与技术,2003,(3)：25-29
[5]M.LEHNER.W.GEIPEL.SeParationofSulPhurTrioxideAerosolswiththeN ElectrostaticPreciPitator"CAROLA"[J].SulPhur,2003, (9):1-7
[6]KarlH.Daum.应对高浓度SO2烟气的挑战[J],硫酸工业,2006,(1)：1-10
[7]胡伟生.高浓度S02转化技术[J].有色冶金设计与研究,2001,(12)：26-30
[8]应燮堂.两种高浓度S02制酸工艺的评述[J].硫酸工业,2005,(6)：13-17
[9]陈南洋.我国有色冶炼低浓度二氧化硫烟气制酸技术进展[J].硫酸工业2005,(2)：15-18
[10]纪罗军等.低浓度烟气非稳态转化制酸工艺的应用[J].硫酸工业,2006,(6)：5-10
[11]俞志兴.WSA工艺在酸性气体中的应用及问题探讨[J],硫酸工业,2006,(6)：19-23
[12]盛叶彬.大型硫铁矿制酸装置国产化的可行性[J]北工技术经济,2005,(2)：4144
[13]魏而宏.我国硫铁矿制酸现状、存在问题及建议[J].硫酸工业,2002,(6)：1-4
[14]王颖.大型硫酸装置国产化工艺和设备[J].硫酸工业,2005,(6)：4-12
[15]黄新.促进我国硫铁矿制酸的发展[J].硫酸工业,2004,(5)：15-1
[16]徐光泽.对大型硫铁矿制酸装置发展的几点思考[J].硫酸工业,2006,(5)：12-15
[17]茹卫兵.我国硫酸产需现状与展望[J].硫酸工业,2006,(6)：1-4
[18]施群我国硫酸工业现状和冶炼烟气制酸特点[J].有色冶金设计与研究2006,(2)：1-3
[19]刘玉强.金川集团公司化工厂新型干吸塔的应用情况[J].硫磷设计与粉体工程2005,(6)：24-26
[20]乔彦强译.世界最大冶炼烟气制酸厂的设计[J].中国有色冶金,2005,(2)：1-4
[21]刘少武.硫酸工作手册[M].东南大学出版社,2001.2
[22]陈五平.无机化工工艺学(中册[M]).化学工业出版社,2002.5
[23]崔英德.实用化工工艺[M].化学工业出版社,2002.3
[24]刘少武.二氧化硫的转化和尾气处理[J].化学工业出版社,1982.2
[25]陈新志.化工热力学[M].化学工业出版社,2005.8
[26]F.K.波列斯科夫.硫酸生产中的催化过程.(北京化工设计院技术情报科)[M].北京：中国工业出版社,1959.3
[27]应燮堂.两种高浓度S02制酸工艺的评述[J].硫酸工业,2005,(6),13-17
[28]曾庆坚.硫酸厂处理高浓度S02烟气的一种创新方法[J].中国有色冶金.2005.4月第2期
[29]曹向东.硫酸生产中高位温余热利用的方案比较和中低温位余热的回收[J].能源研究与利用,2001年第四期
[30]Esperanza Alvarez. Activation of sulfur dioxide oxidation monolithic catalyst by flue gas treatment. Applied Catalysis B:Environmental,2003,41:53-60
[31]Joseph P. Dunn. Oxidation of sulfur dioxide to sulfur trioxide over supported vanadia catalysts. Applied Catalysis B:Environmental,1998,19:103-117
[32]闰久智.磷石膏制硫酸联产水泥工艺[J].磷肥与复肥,2004,(3)：53-55
[33]邓秉毅.我国硫酸工业现状与未来[J].市场周刊.新物流,2005,(38)：44
[34]郑苏云,陈通,郑林树.磷石膏综合利用的现状和研究进展[J].化工生产与技术,2003,(4)：33-35
[35]黄新,王海帆.我国磷石膏制硫酸联产水泥的现状[J].硫酸工业,2000,(3)10-14
[36]王爱群,陈美红.用硫化氢气体制造硫酸[J].硫酸工业,2001,(3)：20-24西安建筑科技大学硕士学位论文
[37]俞向东.硫磺制酸废热回收及利用[J].硫酸工业,2000,(3)：43-47
[38]郝锐译.鲁奇硫酸装置热回收系统[J].硫磷设计与粉体工程,2005,(5)：7-10
[39]梁海卫美国肯尼柯特冶炼厂HRS系统介绍[J].硫酸工业,2003,(1)：11-15
[40]AshokD.Dalvi.W.GordonBacon,Robert C.Osborne.The Pastand the Future of Nickel Laterites.PDAC2004InternationalConvention,2004(内部资料)
[41]中国有色工程设计研究总院.金川集团有限公司菲律宾菲尔尼克镍项目可行性研究,2003(内部资料)
[42]KvaemerMetals.ProjectFeasibilityStudyThePhilnicoNiekelProjeetThePhiliPPines,2000(内部资料)
[43]孙正东.硫酸工业低温位热能回收技术的发展(续)[J].磷肥与复肥,2000(3)：44-46
[44]赵增泰.摩洛哥硫酸、磷肥工业概况[J].硫酸工业,2002,(3)：1-5
[45]汤桂华.硫酸[M].北京：化学工业出版社,1999
[46]T.Hong, P.Ritsehel, S.M.pureelli.孟山都公司硫酸新技术[J].硫酸工业,2003,(1)：1-5
[47]刘淑芸,杨长华,王瑞广.热管省煤器在硫磺制酸中的应用[J].硫酸工业,2003,
(6)：29-30
[48]郭文豪.低温热价格的计算[J].炼油设计,1997(3)：67-69
[49]董四禄.我国冶炼烟气制酸的现状及发展前景[J].硫酸工业,2005,(1)：10-13
[50]黄祥华.我国冶炼烟气制酸进展[J].有色冶炼,2001,6(3)：1-3
[51]冯权莉,叶咏恒,陈文威.乙醇-水双效精馏模拟研究南工业大学学报,1999,15(3)：49-54.
[52]寇业荣.乙烯废液处理塔的核算及改造建议[J].化2000,10(2)：23-25.
[53]贾蓉,罗金生,张立杰,等.应用ChemCAD软件模拟过程[J].化工生产与技术,2003,(5)：44-46.
[54]匡国柱,史启才化工单元过程及设备课程设计北京化学工业出版社,北京：化学工业出版社,2001
[55]王静康.化工设计[M].北京化学工业出版社,1995
[56]陈声宗.化工设计[M].北京化学工业出版社,2001
[57]娄哲翔.基于钒催化剂转化二氧化硫的热计算[D],2007,(27)：1-4
[58]周美华,徐静泼,王夏琴基于MATLAB的化工课程设计软件开发.计算机与应用化学,2001,18(5)：496-497
[59]周开敏、蔡挂才.空心环管壳式换热器在20kt/a硫酸系统中的应用[J].硫酸工业,2004,(4)：32-34
[60]施群.我国硫酸工业现状和冶炼烟气制酸特点[J].有色冶金设计与研究,2006,(27)：1-4