冶煉煙氣制酸工藝介紹（課堂PPT）

1、1冶煉煙氣制酸工藝介紹講課人： 張?jiān)迄i2010年12月16日23一 冶煉煙氣處理的必要性n1 生存環(huán)境與公司生產(chǎn)的共融性 草原的藍(lán)天 冶煉的生產(chǎn) 矛盾 并不矛盾，而是可以和諧共處 環(huán)保 冶煉煙氣處理4n2 重金屬冶煉工廠應(yīng)遵守的環(huán)保法規(guī)中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)法中華人民共和國(guó)水污染防治法中華人民共和國(guó)大氣污染防治法中華人民共和國(guó)固體廢物污染環(huán)境防治法中華人民共和國(guó)環(huán)境噪聲污染防治法建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境保護(hù)管理?xiàng)l例放射環(huán)境管理辦法5二 冶煉煙氣處理的主要手段n1 冶煉煙氣制酸n2 冶煉煙氣制硫磺n3 氨酸法n4 石灰/石灰石石膏法n5 堿式硫酸鋁石膏法n6 托普索WSA工藝n7 非穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)化法6三 冶煉煙氣

2、制酸n1 冶煉煙氣制酸簡(jiǎn)述 由于大部分冶煉原料均為金屬硫化物，比如硫化鋅、硫化鉛等，在冶煉中會(huì)釋放大量的二氧化硫，其對(duì)環(huán)境的的污染十分嚴(yán)重。 而當(dāng)煙氣中的SO2的濃度高于3.5%時(shí)，則可采用冶煉煙氣制酸的方法，將其變廢為寶。這不僅充分利用了資源、保護(hù)了環(huán)境，還為企業(yè)增加了經(jīng)濟(jì)效益。7n2 冶煉煙氣制酸的工序流程 本次所講的煙氣制酸是采用稀酸凈化、兩次轉(zhuǎn)化、兩次吸收的常壓接觸法制酸工藝。 工序流程可分為：凈化工段、干吸工段、轉(zhuǎn)化工段、酸庫(kù)工段 煙氣流程：煙氣一級(jí)動(dòng)力波空氣冷卻塔二級(jí)動(dòng)力波電除霧器干燥塔SO2風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)化器一吸塔轉(zhuǎn)化器二吸塔尾氣排空8n3 凈化工段（1）煙氣凈化的目的：盡可能地除去下列

3、雜質(zhì)礦塵 容易堵塞管道砷和硒 危害觸媒氟 危害瓷環(huán) 瓷環(huán)填料 觸媒的載體二氧化碳和烴類氣體 消耗較多氧，使氧硫比失衡水分（酸霧）是一切雜質(zhì)的載體 9（2）煙氣凈化的主體設(shè)備一級(jí)動(dòng)力波空氣冷卻塔二級(jí)動(dòng)力波電除霧器圓錐沉降槽壓濾機(jī) 凈化工段稀酸循環(huán)系統(tǒng)上清液儲(chǔ)槽SO2脫吸塔10（3）煙氣的凈化流程 由收塵系統(tǒng)排風(fēng)機(jī)出來(lái)的340（300）高溫冶煉煙氣送入硫酸車間凈化工段。該煙氣首先在一級(jí)高效洗滌器中被絕熱冷卻和洗滌除雜質(zhì)，再進(jìn)入氣體冷卻塔進(jìn)行進(jìn)一步冷卻及除雜質(zhì)，然后又進(jìn)入第二級(jí)高效洗滌器再次凈化。此時(shí)煙氣中絕大部分煙塵、砷及氟等雜質(zhì)已被清除。同時(shí)煙氣溫度降至34（35）左右。進(jìn)入兩級(jí)管式電除霧除下酸

4、霧，使煙氣中的酸霧含量降至5mg/m3。煙氣中夾帶的少量砷、氟、塵等雜質(zhì)也進(jìn)一步被清除，凈化后的煙氣送往干吸工段。 1112一級(jí)動(dòng)力波的工作原理一級(jí)動(dòng)力波的工作原理：冶煉煙氣來(lái)270330稀酸循環(huán)泵排污管去氣體冷卻塔65氣冷串酸來(lái)電除霧沖洗來(lái)高位水槽一級(jí)動(dòng)力波13一動(dòng)來(lái)氣65循環(huán)泵串酸去一動(dòng)去二動(dòng)35二動(dòng)串酸來(lái)循環(huán)水換熱器 進(jìn)入氣體冷卻塔的一些雜質(zhì)較大部分含于酸霧中，溫度一般在5065之間。因?yàn)楹瑝m量低，不易堵塞，所以氣體冷卻塔采用填料塔，用濃度為12%的硫酸噴淋洗滌。在氣體冷卻塔主要發(fā)生以下五個(gè)作用：1、爐氣進(jìn)一步被冷卻到35 以下，噴淋酸被加熱；2、爐氣中的礦塵、金屬氧化物進(jìn)一步被洗滌除去

5、，氣體中殘留的砷、氟、和硒等雜質(zhì)部分溶解于酸液中；3、部分酸霧被捕集；4、由于爐氣溫度的降低，使氣體中水蒸汽在酸霧粒子表面冷凝而使酸霧顆粒增大，為提高二級(jí)動(dòng)力波除酸霧效率創(chuàng)造了條件；5、由于氣體溫度降低，水的飽和蒸汽壓相應(yīng)降低，爐氣中的水部分冷凝。熱14稀酸循環(huán)泵串酸去氣冷補(bǔ)充新水氣冷來(lái)氣35去一電除霧30二級(jí)動(dòng)力波的作用：1.爐氣進(jìn)一步被冷卻，一般可降低35 .溫度降低了，爐氣中部分水蒸汽在酸霧表面冷凝而使酸霧顆粒增大，有利于一二級(jí)電除霧器的除霧效率提高。同時(shí)也使?fàn)t氣帶入干燥塔的水量減少（因?yàn)闋t氣帶入干燥塔的水量大體上等于第二級(jí)電除霧器的氣體溫度下的飽和水蒸汽含水量），有利于成品酸濃的維持和

6、提高；2、由于噴淋酸濃度的降低，酸霧被稀釋而使顆粒長(zhǎng)大；酸濃從30%降到5%，使酸霧顆粒直徑將增大近1倍，如果酸濃降到1%，酸霧顆粒直徑將增大2.3倍，這對(duì)電除霧器的除霧效率使非常有利的；3、三氧化二砷、氟化氫和酸霧等雜質(zhì)，在二級(jí)動(dòng)力波內(nèi)有部分會(huì)被捕集溶解在酸液中。因此噴淋酸濃度會(huì)逐漸提高，酸中砷、氟等雜質(zhì)含量也會(huì)逐漸增多。折流板15380V交流電源絕緣箱高壓發(fā)生器沖洗水接大地一級(jí)電除霧器原理：爐氣通過(guò)高壓直流電場(chǎng)產(chǎn)生電離，塵粒或酸霧與負(fù)離子相遇而荷電，在電場(chǎng)力額作用下移向沉淀極釋放電子而變成中性粒子，靠重力順壁而下，使?fàn)t氣得以凈化。結(jié)構(gòu)：A.高壓發(fā)生器及絕緣系統(tǒng)B.帶芒刺的陰極線，產(chǎn)生電暈，

7、發(fā)射電子，使煙氣中微粒（酸霧）帶負(fù)電。C.六角形陽(yáng)極管，收集帶負(fù)電荷的微粒。D.沖洗水系統(tǒng)，沖洗陰極線和陽(yáng)極管壁上的升華硫和沉積物。工作參數(shù):電壓:3545KV電流:110130mA氣速:1.21.5m/s二動(dòng)來(lái)氣去二電除霧 酸霧30mg/m3去電除霧沖洗槽16380V交流電源絕緣箱高壓發(fā)生器沖洗水接大地二級(jí)電除霧器一電除霧來(lái)氣去干燥塔酸霧5mg/m3水分0.1g/m3沖洗槽至一動(dòng)一級(jí)電除霧器沖洗水安全水封安全水封作用：維持系統(tǒng)負(fù)壓，保護(hù)前段玻璃鋼設(shè)備。工作參數(shù):電壓:3040KV電流:90110mA氣速:1.21.5m/s17凈化工段稀酸循環(huán)系統(tǒng)n凈化工段中的第一級(jí)高效洗滌器，氣體冷卻塔及第

8、二級(jí)高效洗滌器均有單獨(dú)的稀酸循環(huán)系統(tǒng)。氣體冷卻塔的循環(huán)酸通過(guò)板式換熱器進(jìn)行換熱。稀酸采取由稀向濃、由后向前的串酸方式。引出的廢酸由一級(jí)高效洗滌器循環(huán)槽中根據(jù)廢酸生成量和廢酸的含砷、含塵量抽出一定的量送至沉降槽沉降。沉降槽的底流送入壓濾機(jī)進(jìn)行壓濾。濾餅因含有價(jià)金屬可直接外售或返回熔煉系統(tǒng)，濾液及沉降槽的上清液進(jìn)入上清液貯槽。再用泵送至脫吸塔，脫吸塔脫吸后的氣體送入鋅系統(tǒng)電除霧前煙氣管道進(jìn)入系統(tǒng)。脫吸后的廢酸流入污酸處理工序。 脫吸塔18回凈化流程上清液稀酸SO2空氣壓濾機(jī)一級(jí)動(dòng)力波污酸圓錐沉降槽濾渣堆放污酸處理脫吸塔上清液儲(chǔ)槽n 脫吸塔的主要作用是脫出溶解在稀酸中的二氧化硫，減少環(huán)境污染的同時(shí)提

9、高總硫利用率。 圓錐沉降槽的主要作用是：利用稀酸中固體的重力作用，實(shí)現(xiàn)固液初步分離，通過(guò)壓濾機(jī)進(jìn)一步分離，回收和利用煙塵中的有價(jià)金屬。19（5）控制要點(diǎn)n1 事故高位槽不能缺水n2 各管道煙氣溫度要嚴(yán)格控制n3 稀酸洗凈化的酸濃要有所控制n4 安全水封不能缺水n5 電除霧器的開(kāi)啟要求204 轉(zhuǎn)化工段（1）二氧化硫轉(zhuǎn)化的定義 煙氣在凈化工序除去礦塵、酸霧、砷、氟等有害雜質(zhì)后，再通過(guò)干吸工序的干燥塔除去水分，然后進(jìn)入轉(zhuǎn)化工序，在一定的溫度下，通過(guò)觸媒的催化，使煙氣中的二氧化硫與氧化合生產(chǎn)三氧化硫，簡(jiǎn)稱二氧化硫的轉(zhuǎn)化。21（2）煙氣轉(zhuǎn)化工段的主體設(shè)備換熱器轉(zhuǎn)化器鼓風(fēng)機(jī)22（3）煙氣流程 轉(zhuǎn)化工段采用

10、了四段“+”式雙接觸工藝，“” 換熱流程。 從SO2鼓風(fēng)機(jī)來(lái)的冷SO2氣體，俗稱一次氣，利用第熱交換器和第熱交換器被第四段和第一段觸媒層出來(lái)的熱氣體加熱到430進(jìn)入轉(zhuǎn)化器一段觸媒層經(jīng)第一、二、三段觸媒層催化氧化后SO2轉(zhuǎn)化率約為94.9%的SO3氣體，經(jīng)各自對(duì)應(yīng)的換熱器換熱后送往第一吸收塔吸收SO3制取硫酸。 第一吸收塔出來(lái)的未反應(yīng)的冷SO2氣體，俗稱二次氣，利用第熱交換器和第熱交換被第三段、第二段觸媒出來(lái)的熱氣體加熱到430，進(jìn)入轉(zhuǎn)化器四段觸媒層進(jìn)行第二次轉(zhuǎn)化。經(jīng)催化轉(zhuǎn)化后，總轉(zhuǎn)化率99.75%的SO3氣體，經(jīng)第熱交換器換熱后送往第二吸收塔吸收SO3制取硫酸。 在各換熱器進(jìn)行換熱時(shí)，被加熱的

11、SO2氣體走各列管熱交換器的管間，而被冷卻的SO3氣體則走各列管熱交換器的管內(nèi)。為了控制進(jìn)第一吸收塔的SO3煙氣溫度不至于太高，在第熱交換器與第一吸收塔之間設(shè)置了SO3冷卻器；為了控制進(jìn)第二吸收塔的SO3煙氣溫度不至于太高，在第熱交換器與第二吸收塔之間設(shè)置了SO3冷卻器，利用冷卻風(fēng)機(jī)用間接換熱的辦法使進(jìn)第一、第二吸收塔的溫度適宜。 轉(zhuǎn)化器23交四層二層交交交一冷二冷 （SO3冷卻器）二冷風(fēng)機(jī)SO2風(fēng)機(jī)一冷風(fēng)機(jī)去一吸塔轉(zhuǎn)化器去二吸塔 一吸塔來(lái)干燥塔來(lái)三層一層一次氣 二次氣 （SO3冷卻器）T1入=430 T1出=450 T2入=430 T2出=460T3入=440T3出=460T4入=420T4

12、出=4402425n1二氧化硫氣體的轉(zhuǎn)化的化學(xué)方程 SO2 +O2 SO3 +Q 從這個(gè)化學(xué)方程式可以看出這是一個(gè)分子數(shù)目減少（體積減?。┖头艧岬姆磻?yīng)。在SO2 與O2反應(yīng)生成SO3 （這個(gè)從左向右方向進(jìn)行的反應(yīng)叫正反應(yīng)）的同時(shí)， SO3也有一部分分解為SO2和O2 （這個(gè)從右向左方向進(jìn)行的反應(yīng)叫逆反應(yīng)）。因此，我們說(shuō)SO2轉(zhuǎn)化反應(yīng)是一個(gè)可逆的反應(yīng)過(guò)程。已反應(yīng)了的SO2對(duì)起始SO2總量之比百分比叫做總轉(zhuǎn)化率。n2反應(yīng)的平衡和轉(zhuǎn)化率 在反應(yīng)開(kāi)始時(shí)，由于反應(yīng)物（ SO2 ）濃度很高，沒(méi)有SO3，所以正反應(yīng)速度很快，隨著反應(yīng)的進(jìn)行， SO2和O2濃度減少，正反應(yīng)速度變慢，而隨著SO3濃度的增加，逆應(yīng)

13、速度變快。一個(gè)變慢一個(gè)變快，相互接近，最后達(dá)到正反應(yīng)速度與逆反應(yīng)相等。這時(shí)轉(zhuǎn)化生成的SO3量剛好等于分解的SO3量。只要反應(yīng)條件不改變，無(wú)論時(shí)間多長(zhǎng)，反應(yīng)物不再減少，生成物也不再增加。此時(shí)反應(yīng)達(dá)到了化學(xué)平衡，反應(yīng)速度為零。各個(gè)組分的濃度稱為平衡濃度，這時(shí)SO2的轉(zhuǎn)化率稱為平衡轉(zhuǎn)化率?；瘜W(xué)反應(yīng)達(dá)到了平衡就是在一定條件下達(dá)到了反應(yīng)的極限，所以平衡轉(zhuǎn)化率就是在該條件下可能達(dá)到的最大轉(zhuǎn)化率。平衡轉(zhuǎn)化率越高，則實(shí)際可能達(dá)到的轉(zhuǎn)化率也越高。催化劑高溫（4）轉(zhuǎn)化原理263反應(yīng)所用的催化劑n釩觸媒含有7%-12%五氧化二釩，這是具有催化活性的主體成分。一般把五氧化二釩叫“活性劑”。還含有一定量的堿金屬鹽，通稱

14、堿金屬鹽為“促進(jìn)劑”，或叫“助催化劑”，一般常采用鉀的硫酸鹽。觸媒中除五氧化二釩、硫酸鉀兩種成分以外，還有大量的二氧化硅，它的作用主要是做載體。工業(yè)上一般采用硅藻土或硅膠，以用硅藻土為多。載體的作用使反應(yīng)氣體與觸媒中活性組分充分接觸，從而提高轉(zhuǎn)化效率 。 在高溫下，觸媒催化活性下降主要有以下原因：n（1）在高溫下，觸媒中的五氧化二釩和硫酸鉀形成了一種比較穩(wěn)定的，無(wú)催化活性的氧釩基釩酸鹽，分子式為： 4V2O5 V2O4 K2O 4V2O5 V2O4 2K2O 5V2O5 V2O4 K2On（2）在610以上的高溫作用下，觸媒中的鉀和二氧化硅結(jié)合，隨著活性物質(zhì)中鉀含量的減少，使五氧化二釩從熔融物

15、中析出來(lái)，造成催化活性下降；n（3）在610 左右，五氧化二釩和載體二氧化硅之間會(huì)慢慢發(fā)生固相反應(yīng)，使部分五氧化二釩變成了沒(méi)有活性的硅酸鹽。27（5）控制要點(diǎn)n1 轉(zhuǎn)化器各層的溫度n2 氧硫比的控制n3 SO2鼓風(fēng)機(jī)開(kāi)度的調(diào)節(jié)285 干吸工段（1）氣體干吸的目的 在轉(zhuǎn)化操作溫度下，雖然SO2氣體中的水蒸氣對(duì)釩催化劑是沒(méi)有危害的，但是水蒸氣和轉(zhuǎn)化后的SO3一起，在吸收中會(huì)形成酸霧且很難被吸收，可導(dǎo)致尾氣煙囪冒煙，同時(shí)酸霧與水分綜合利用，可造成干吸及轉(zhuǎn)化工序中管道設(shè)備的腐蝕，甚至造成催化劑結(jié)塊，活性降低、阻力增大等。 三氧化硫的吸收是接觸法制造硫酸的最后一道工序，雖然在生產(chǎn)硫酸的吸收操作中，存在著

16、物理和化學(xué)吸收的兩種過(guò)程，但是我們還是習(xí)慣地稱其為三氧化硫的吸收。29（2）干吸工段的主題設(shè)備干燥塔吸收塔酸循環(huán)槽換熱器除霧沫設(shè)備30（3）干吸工序的煙氣流程n干吸工段采用了常規(guī)的一級(jí)干燥、二次吸收的煙氣處理流程。n在干吸工段，干燥塔內(nèi)循環(huán)淋灑93%濃硫酸，一吸塔和二吸塔內(nèi)循環(huán)淋灑98%濃硫酸。n濃硫酸循環(huán)系統(tǒng)均采用塔槽泵冷卻器塔的泵后冷卻工藝流程。吸收主要設(shè)備有：吸收塔、循環(huán)酸槽、酸泵以及酸冷器等 。n帶陽(yáng)極保護(hù)的酸冷卻器用于干吸工序濃硫酸的冷卻，采用固定管殼式結(jié)構(gòu)，殼側(cè)走酸，管側(cè)走水，冷卻介質(zhì)用工業(yè)循環(huán)冷卻水。陽(yáng)極保護(hù)管殼式濃酸冷卻器的主材質(zhì)是316L不銹鋼，殼體用314不銹鋼，并附陽(yáng)極保

17、護(hù)裝置。采用泵后冷卻流程，即酸冷卻器位于泵和塔之間，泵出口之后。濃硫酸冷卻器是加壓操作，并采用板式換熱器進(jìn)行換熱。 3132電除霧來(lái)氣30循環(huán)泵循環(huán)水吸串干干串吸去轉(zhuǎn)化 水分0.1g/m3酸濃儀去地下槽 干燥塔母酸管串至成品槽熱干燥塔酸濃93%95%上塔酸溫40出塔酸溫?zé)煔獾母稍?凈化工段出來(lái)的凈化煙氣，在淋灑93%硫酸的干燥塔內(nèi)脫除煙氣中所含的水份，經(jīng)干燥后含水0.1g/m3的煙氣經(jīng)SO2鼓風(fēng)機(jī)送往轉(zhuǎn)化工段。33循環(huán)水加入新水干串吸吸串干去尾吸或排空酸濃儀串至成品槽去三交殼程二冷卻器來(lái)氣一冷卻器來(lái)氣去地下槽母酸管熱熱二吸塔一吸塔2煙氣的吸收酸濃：98.2%98.8%酸溫：5560濃硫酸冷卻器

18、343 酸溫的冷卻1-管式干燥冷卻器，2-管式 吸收冷卻器355尾氣的外排 第二吸收塔的煙氣經(jīng)塔頭纖維除霧器除霧后將酸霧量降至42mg/m3，然后由尾氣煙囪排空。尾氣煙囪入口的SO2濃度336PPm 36n（1）雙膜理論：在氣液兩相接觸時(shí)其間存在著界面，界面雙方又分別存在著一層穩(wěn)定的氣膜和液膜，一切質(zhì)量和熱量的傳遞必須克服氣膜和液膜阻力后才可以進(jìn)行，這就是我們所稱的雙膜理論。氣體在干燥過(guò)程中，氣體中的水蒸氣通過(guò)氣相主體以對(duì)流的形式擴(kuò)散到氣膜，然后以分子擴(kuò)散的形式通過(guò)液膜，再以對(duì)流擴(kuò)散的形式傳遞到液相主體，從而使氣體得以干燥。液相主體氣液兩相界面氣膜液膜氣相主體雙膜示意圖 干燥塔至SO23K風(fēng)機(jī)

19、4 干吸的原理37n根據(jù)“雙膜理論”，我們?cè)趯?shí)際生產(chǎn)過(guò)程中可以從以下三方面著手，強(qiáng)化傳質(zhì)過(guò)程。n1提高氣液流動(dòng)速度，使氣膜和液膜變薄，更新快，有利于傳質(zhì)過(guò)程的進(jìn)行。但流速過(guò)快，流體阻力隨之增大，而且還會(huì)出現(xiàn)乳化和液泛現(xiàn)象。n2增大氣液接觸面積，即一方面要注意選擇表面積大、流體力學(xué)性能好的填料，如將拉西環(huán)改為矩鞍形環(huán)和階梯環(huán)等。另一方面還要注意改進(jìn)設(shè)備結(jié)構(gòu)（因氣液兩相有穩(wěn)定的界面，氣液間接觸面積的大小，主要由設(shè)備由設(shè)備結(jié)構(gòu)決定），例如將填充塔改為泡沫塔等。n3增加噴淋密度或改善噴淋狀況，提高填料的潤(rùn)濕率，增加有效的接觸面積。但要注意防止由此引起的阻力過(guò)大和帶沫的現(xiàn)象，更要注意不能發(fā)生液泛現(xiàn)象。38n2SO3氣體的吸收原理 SO3被濃硫酸吸收后與其中的水化合成硫酸，其反應(yīng)式為：n SO3+H2OH2SO4+(n-1) SO3+89247 J 由此反應(yīng)可知，隨著SO3與水比例的改變，可以生成各種濃度的硫酸。若n1，則生成發(fā)煙硫酸； n=1，則生成無(wú)水硫酸；