硫酸工業(yè)工藝流程

硫酸工業(yè)工藝流程第1頁(yè)/共134頁(yè)硫酸工業(yè)工藝流程

3.1緒論3.2從硫鐵礦制二氧化硫爐氣3.3爐氣的凈化與干燥3.4二氧化硫的催化氧化3.5三氧化硫的吸收3.6三廢治理與綜合利用第2頁(yè)/共134頁(yè)33.1緒論一、性質(zhì)二、用途三、生產(chǎn)方法四、硫酸工業(yè)發(fā)展概況第3頁(yè)/共134頁(yè)4一、性質(zhì)純硫酸（H2SO4）是一種無(wú)色透明的油狀液體，相對(duì)密度為1.8269，幾乎比水重一倍。工業(yè)生產(chǎn)的硫酸系指SO3和H2O以一定比例混合的溶液。發(fā)煙硫酸是其中SO3和H2O摩爾比大于1的溶液。發(fā)煙硫酸由于SO3蒸氣壓較大，暴露在空氣中能釋放出SO3和空氣中的水蒸氣迅速結(jié)合凝聚成酸霧。發(fā)煙硫酸因而得名。硫酸濃度以所含H2SO4的質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示，而發(fā)煙硫酸濃度以所含游離SO3或總SO3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示.以其中所含H2SO4的重量百分比來(lái)表示，常用有：98%硫酸（98酸）、100%硫酸（無(wú)水硫酸）、20%發(fā)煙硫酸（105酸）。第4頁(yè)/共134頁(yè)5一、性質(zhì)（一）物理性質(zhì)1、結(jié)晶溫度：濃硫酸中結(jié)晶溫度最低的是93.3％硫酸，結(jié)晶溫度為-38℃。高于或低于這個(gè)濃度的結(jié)晶溫度都要提高。特別應(yīng)當(dāng)注意，98％硫酸結(jié)晶溫度是+0.1℃，99％硫酸結(jié)晶溫度是+5.5℃，這樣的產(chǎn)品酸結(jié)晶溫度較高。所以，冬季生產(chǎn)時(shí)要注意保溫防凍，以防濃硫酸納晶，必要時(shí)調(diào)整產(chǎn)品濃度。2、硫酸的密度：硫酸水溶液的密度隨著硫酸含量的增加而增大，于98.3％時(shí)達(dá)到最大值，過(guò)后則遞減；發(fā)煙流酸的密度也隨其中游離SO3的含量的增加而增大，達(dá)62%SO3（游離）時(shí)為最大值，繼續(xù)增加游離SO3含量，則發(fā)煙硫酸的密度減小。在生產(chǎn)中，可以通過(guò)測(cè)定硫酸的溫度和密度來(lái)測(cè)定硫酸的濃度。3、硫酸的沸點(diǎn)：硫酸含量在98.3％以下時(shí)，它的沸點(diǎn)是隨著濃度的升高而增加的。濃度為98.3％的硫酸沸點(diǎn)最高（338.8℃），而100％的硫酸反而在較低的溫設(shè)（279.6℃）下沸騰。當(dāng)硫酸溶液蒸發(fā)時(shí)，它的濃度不斷增高，直到98.3%后保持恒定，不再繼續(xù)升高。發(fā)煙硫酸的沸點(diǎn)，隨著游離SO3的增加由279.6℃逐漸降至44.4℃。第5頁(yè)/共134頁(yè)6一、性質(zhì)（二）化學(xué)性質(zhì)1、與金屬及金屬氧化物反應(yīng)2、與有機(jī)物發(fā)生磺化反應(yīng)3、有吸水能力，工業(yè)上常用作干燥劑和濃縮劑4、用作有機(jī)反應(yīng)的催化劑，如烷基化反應(yīng)等第6頁(yè)/共134頁(yè)7二.用途硫酸是無(wú)機(jī)化工、有機(jī)化工中用量最大、用途最廣的化工產(chǎn)品。主要用于生產(chǎn)磷肥(在我國(guó)占硫酸總量的65-75%)；此外還可用于生產(chǎn)無(wú)機(jī)鹽、無(wú)機(jī)酸、有機(jī)酸、化纖、塑料、農(nóng)藥、顏料、染料、硝化纖維、TNT、硝化甘油及中間體等；石油、冶金行業(yè)也都大量使用。我國(guó)硫酸的消費(fèi)情況被稱為工業(yè)之母。第7頁(yè)/共134頁(yè)8三.生產(chǎn)方法(硝化法、接觸法)SO2+N2O3+H2O==H2SO4+2NO2NO+O2==2NO2

NO+NO2==N2O3

硝化法也稱亞硝基法，可分為：鉛室法塔式法:直接用SO2,H2O,O2反應(yīng)生成硫酸。（一）硝化法原理第8頁(yè)/共134頁(yè)9(二)接觸法原理生產(chǎn)工序：原料及預(yù)處理三廢處理吸收轉(zhuǎn)化焙燒凈化

生產(chǎn)原理：

1、SO2的生成S+O2==SO24FeS2+11O2==2Fe2O3+8SO2

2、SO2的氧化SO2+1/2O2==SO3

3、SO3與水結(jié)合nSO3+H2O==H2SO4+(n-1)SO3

第9頁(yè)/共134頁(yè)10(二)接觸法原理生產(chǎn)硫酸的原料硫鐵礦：主要成份是FeS2。磁硫鐵礦：主要成份為Fe7S8。含S量越高，鍛燒時(shí)放熱越多。兩種礦含S量相同時(shí)，磁硫鐵礦鍛燒放熱量比普通硫鐵礦高30%左右。自然開(kāi)采的硫鐵礦都含有很多雜質(zhì)，使礦呈灰、褐、黃銅等不同顏色。通常含硫量只有30%~50%。硫磺：使用天然硫磺生產(chǎn)硫酸最好，但我國(guó)礦少。其它原料：硫酸鹽、冶煉煙氣、含硫工業(yè)廢料等。第10頁(yè)/共134頁(yè)113.2從硫鐵礦制二氧化硫爐氣一、原料及其預(yù)處理二、硫鐵礦焙燒理論基礎(chǔ)三、硫鐵礦沸騰焙燒四、熱能回收第11頁(yè)/共134頁(yè)12一、原料及其預(yù)處理硫鐵礦的性質(zhì)：最常見(jiàn)的硫鐵礦主要成分為二硫化鐵(FeS2)。它有兩種結(jié)晶形態(tài)，一種屬于立方晶系，稱黃鐵礦，密度4.95~5.00g/cm3，另一種屬于斜方晶系稱白鐵礦，密度4.55g/cm3，比黃鐵礦略輕一點(diǎn)，后者與前者為同質(zhì)異晶。最常見(jiàn)的是黃鐵礦，因而人們常把黃鐵礦稱為硫鐵礦。還有一種還有一種礦石近似黃鐵礦，而構(gòu)造較為復(fù)雜，其分子通式以FenSn+1(5≤n≤16)表示。(其中n=7最多)，由于具有強(qiáng)磁性，這類(lèi)礦石稱為磁黃鐵礦或磁硫鐵礦。硫鐵礦的分類(lèi)(按來(lái)源分)：普通硫鐵礦：直接或開(kāi)采硫化銅礦時(shí)取得的，主要成分FeS2，另外含有銅、鉛、鋅、錳、鈣、砷、硒等雜質(zhì)。浮選硫鐵礦和尾砂：含硫較低的硫鐵礦需進(jìn)行浮選加以富集，使原料中硫含量達(dá)到預(yù)定要求，浮選所得礦料，稱浮選硫鐵礦。有的硫鐵礦與有色金屬硫化銅共生，可在采出有色金屬礦后進(jìn)行浮選分離，富集有色金屬部分稱為精礦或精砂，另一部分為硫鐵礦與廢石的混合物稱為尾砂。含煤硫鐵礦。也稱黑礦，與煤共生。因含煤，在焙燒時(shí)耗氧量高，爐溫高，爐氣中SO2濃度低，一般不單獨(dú)使用。第12頁(yè)/共134頁(yè)13一、原料及其預(yù)處理

硫鐵礦和含煤硫鐵礦一般呈塊狀，浮選硫鐵礦和尾砂呈粉狀，因含水分較多，在貯存和運(yùn)輸中會(huì)結(jié)塊。塊狀礦石在進(jìn)入焙燒爐前應(yīng)破碎并篩分，使之達(dá)到工藝要求。含水較多的浮選硫鐵礦和尾砂應(yīng)烘干。一個(gè)工廠所用礦石常由多個(gè)礦山供應(yīng)，品位、雜質(zhì)成分不一，為保證裝置正常運(yùn)行，應(yīng)搭配使用。硫鐵礦的破碎：粒度大小和分布要求：進(jìn)沸騰焙燒爐的原料，其粒度不僅影響硫的燒出率，而且還影響爐子操作，一般粒度不得超過(guò)3mm(有的定為4mm)。硫鐵礦的破碎通常經(jīng)過(guò)粗碎與細(xì)碎兩道工序。粗碎：使用顎式破碎機(jī)、反擊式破碎機(jī)(或圓錐破碎機(jī))，將不大于200mm的礦石碎至25mm以下。細(xì)碎：使用反擊式破碎機(jī)，也有使用球磨機(jī)或電磨，將粗碎后的礦石進(jìn)一步破碎到爐子加料所需的細(xì)度，即從25mm壓碎至3mm(或4mm)以下。在以浮選硫鐵礦(或尾砂、硫精砂)為原料的工廠，使用鼠籠式破碎機(jī)打散結(jié)塊原料。第13頁(yè)/共134頁(yè)14一、原料及其預(yù)處理硫鐵礦的篩分：礦石破碎后，其中只有一部分達(dá)到粒度要求，因此在破碎過(guò)程中要進(jìn)行篩分，將合格的礦石通過(guò)震動(dòng)篩與粗粒度礦石分離。篩下臺(tái)格部分選至成品礦貯倉(cāng)或焙燒爐礦斗。篩上部分重新返回破碎。硫鐵礦的配礦

硫鐵礦產(chǎn)地不同，其組成有較大差別。為使焙燒爐操作易于控制、爐氣成分均一，應(yīng)采用恒定品位的礦料。因此常采取多種礦石搭配使用的辦法，亦即配礦。配礦不僅可充分合理利用資源，且對(duì)穩(wěn)定生產(chǎn)、降低有害雜質(zhì)，以及提高硫的燒出率都十分重要。配礦的原則：①貧礦與富礦搭配，以使混合礦中含硫量恒定。②含煤硫鐵礦與普通硫鐵礦搭配，使混合礦中含碳量小于1％。③高砷礦與低砷礦搭配。配礦的方法：通常采用鏟車(chē)或行車(chē)對(duì)不同成分礦料按比例抓取翻混。沸騰焙燒爐所用硫鐵礦指標(biāo)為：

S>20％：As<0.05％；C<1％；Pb<0.6％；F<0.05％；H2O<8％。第14頁(yè)/共134頁(yè)15一、原料及其預(yù)處理硫鐵礦的脫水：塊礦一般含水量在5％以下，尾砂含水量低的也在8％以上，高的可達(dá)15％～18％。沸騰爐干法加料要求含水量在8％以內(nèi)，水量過(guò)多，不僅會(huì)造成原料輸送困難，而且結(jié)成的團(tuán)礦入爐后會(huì)破壞爐子的正常操作。因此，干法加料應(yīng)對(duì)過(guò)濕的礦料進(jìn)行干燥，通常采用自然干燥，在大型工廠采用專門(mén)設(shè)備(如滾筒烘干機(jī))烘干。第15頁(yè)/共134頁(yè)16二、硫鐵礦焙燒理論基礎(chǔ)（一）焙燒反應(yīng)（二）焙燒方法（三）焙燒過(guò)程（四）反應(yīng)速度的影響因素第16頁(yè)/共134頁(yè)17（一）焙燒反應(yīng)主要反應(yīng)：

Ⅰ2FeS2=2FeS+S2(g)ΔH0298=295.68kJ

ⅡS2(g)+2O2=2SO2ΔH0298=-724.07kJ

4FeS+7O2=2Fe2O3+4SO2ΔH0298=-2453.30kJ3FeS+5O2=Fe3O4+3SO2ΔH0298=-1723.79kJ總反應(yīng)式為：4FeS2+11O2=8SO2+2Fe2O3ΔH0298=-3310.08kJ3FeS2+8O2=6SO2+Fe3O4ΔH0298=-2366.28kJ過(guò)程中的副反應(yīng)：ⅠSO3和硫酸鹽的生成Ⅱ高溫下礦石與燒渣反應(yīng)Ⅲ與Cu、Zn、Co、Pb、As、Se等反應(yīng)生成氧化物或硫酸鹽第17頁(yè)/共134頁(yè)18（一）焙燒反應(yīng)過(guò)程中的副反應(yīng)：ⅠSO3和硫酸鹽的生成

SO2+O2=SO3

（在Fe2O3催化作用下）

SO3+Fe2O3=Fe2(SO4)3Fe3O4+4SO3=Fe2(SO4)3+FeSO4Ⅱ高溫下礦石與燒渣反應(yīng)

FeS2+16Fe2O3=11Fe3O4+2SO2FeS+10Fe2O3=7Fe3O4+SO2FeS2+5Fe3O4=16FeO+2SO2FeS+3Fe3O4=10FeO+SO2Ⅲ硫鐵礦中的雜質(zhì)在焙燒過(guò)程中轉(zhuǎn)化為氧化物礦石中所含銅、鉛、鋅、鈷、鎘、砷、硒等的硫化物，在焙燒后有一部分成為氧化物。其中銅、鋅、鈷、鎘的氧化物均留在礦渣中，而氧化鉛、三氧化二砷及=氧化硒則部分氣化，隨爐氣進(jìn)入后續(xù)工序。第18頁(yè)/共134頁(yè)19（二）焙燒方法

焙燒方法主要由硫鐵礦成份和渣的處理方式?jīng)Q定。一般硫鐵礦多采用氧化焙燒。1、常規(guī)焙燒2、磁性焙燒3、脫砷焙燒4、硫酸化焙燒

第19頁(yè)/共134頁(yè)201、常規(guī)焙燒氧過(guò)量，使硫鐵礦完全氧化，主要反應(yīng)為

4FeS2+11O2==8SO2+2Fe2O3

流程示意圖如下：爐床溫度約800~850℃爐頂溫度900~950℃爐底壓力10-15kPa出爐氣SO213%~13.5%沸騰焙燒爐旋風(fēng)除塵電除塵器

爐氣去精制廢熱鍋爐礦料空氣第20頁(yè)/共134頁(yè)212、磁性焙燒控制進(jìn)氧量，使過(guò)量氧較少，反應(yīng)為

3FeS2+8O2==6SO2+Fe3O4

磁化-氧化焙燒（兩個(gè)硫化床迭合）

下層：反應(yīng)區(qū)（750-900℃）

FeS2+16Fe2O3==11Fe3O4+2SO2

上層：再生區(qū)（850-1000℃）

4Fe3O4+O2==6Fe2O3焙燒后使渣中主要為磁性鐵，以作煉鐵的原料。特點(diǎn)：爐氣中二氧化硫含量高，三氧化硫含量低，低品位硫鐵礦也可得到較好的煉鐵原料。其焙燒溫度約900℃左右。第21頁(yè)/共134頁(yè)223、脫砷焙燒（兩個(gè)階段）脫砷焙燒主要用于含砷量大的硫鐵礦。熱分解

4FeAsS==4FeS+As42FeS2==2FeS+S24FeAsS+4FeS2==8FeS+As4S4

氧化

As4+3O2==2As2O31/2S2+O2==SO2As4S4+7O2==2As2O3+4SO23FeS+5O2==Fe3O4+3SO2

#在脫砷焙燒中，關(guān)鍵是只能生成磁性氧化鐵，避免Fe2O3。因2Fe2O3+As2O3==4FeO+As2O5使砷留于殘?jiān)?。脫砷焙燒要求低氧高二氧化硫。通常采用二段焙燒流程，一段主要脫砷，二段主要燒盡硫鐵礦。4、硫酸化焙燒

屬冶煉廢氣制酸，空氣過(guò)剩系數(shù)1.5-2.0，溫度600-700℃。第22頁(yè)/共134頁(yè)23

一段焙燒溫度控制為900℃,爐氣含20%SO2，經(jīng)除塵后與渣同進(jìn)入二段焙燒。二段溫度為800℃,出二段爐氣SO2含量約10%。圖3.4第23頁(yè)/共134頁(yè)24（三）焙燒過(guò)程（氣-固非均相）

硫鐵礦焙燒反應(yīng)是一個(gè)氣．固相非催化反應(yīng)。由于硫鐵礦的密度大、孔隙小、反應(yīng)速率較快以及有固體產(chǎn)物生成，可用顆粒尺寸不變的未反應(yīng)收縮芯模型來(lái)描述單顆粒的整個(gè)反應(yīng)過(guò)程。焙燒的宏觀速率不僅和化學(xué)反應(yīng)速率有關(guān)，還與傳熱傳質(zhì)過(guò)程有關(guān)。第24頁(yè)/共134頁(yè)25（三）焙燒過(guò)程（氣-固非均相）1、氣流中氧氣通過(guò)滯流膜和固相產(chǎn)物層（Fe2O3或FeS）向內(nèi)擴(kuò)散，擴(kuò)散過(guò)程中遇到的硫蒸汽和一硫化鐵逐漸消耗并生成SO2；2、顆粒內(nèi)部FeS2分解產(chǎn)生的硫磺蒸氣通過(guò)固相產(chǎn)物層向外擴(kuò)散，擴(kuò)散過(guò)程中被遇到的氧逐漸消耗；3、生成的二氧化硫通過(guò)產(chǎn)物層向外擴(kuò)散第25頁(yè)/共134頁(yè)26

由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到的硫鐵礦焙燒反應(yīng)lgK～1/T曲線表明，曲線分三段：第一段為485～560℃，斜率大，活化能大，基本與二硫化鐵分解反應(yīng)活化能一致，屬FeS2分解動(dòng)力學(xué)控制；第三段為720～1155℃，斜率小，活化能小，由氧的內(nèi)擴(kuò)散控制；第二段為560～720℃，由一硫化鐵燃燒和氧擴(kuò)散聯(lián)合控制。在實(shí)際生產(chǎn)中，反應(yīng)溫度高于700℃，硫鐵礦焙燒屬氧擴(kuò)散控制。此時(shí)反應(yīng)總速率主要由反應(yīng)溫度、顆粒粒度、氣固相相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度、氣固相接觸面積等決定。（三）焙燒過(guò)程（氣-固非均相）第26頁(yè)/共134頁(yè)271.操作溫度。提高操作溫度，可加快擴(kuò)散速率。但不宜太高，溫度太高會(huì)使?fàn)t內(nèi)結(jié)疤，焙燒反而不能順利進(jìn)行。通常溫度范圍為850950C.2.硫鐵礦粒度。礦石粒度小，可以減小擴(kuò)散阻力，增加空氣與礦石的接觸面積，對(duì)氧擴(kuò)散控制總焙燒速率有利。3.空氣與礦粒的相對(duì)運(yùn)動(dòng)?？諝馀c礦粒的相對(duì)運(yùn)動(dòng)大，會(huì)減小氧的外擴(kuò)散阻力。4.入爐空氣氧含量。氣氛中氧濃度高，一則氧的外擴(kuò)散和內(nèi)擴(kuò)散推動(dòng)力大，氧的擴(kuò)散速率高；二則可提高爐氣中氧含量，有利于SO2催化轉(zhuǎn)化。（四）反應(yīng)速度的影響因素第27頁(yè)/共134頁(yè)28三硫鐵礦的沸騰焙燒（一）基本原理（二）沸騰焙燒爐的構(gòu)造（三）沸騰焙燒工藝流程（四）電除塵器第28頁(yè)/共134頁(yè)29（一）硫鐵礦沸騰焙燒基本原理１、流態(tài)化概念

固體流態(tài)化是在流動(dòng)流體的作用下將固體顆粒群懸浮起來(lái)，從而使固體顆粒具有某些流體表觀特征的一種技術(shù)。２、臨界流化速度uf３、最大流化速度ut４、沸騰爐的氣體操作速度uf<u<ut第29頁(yè)/共134頁(yè)30（一）硫鐵礦沸騰焙燒基本原理５、沸騰焙燒優(yōu)缺點(diǎn)采用沸騰焙燒與常規(guī)焙燒相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：①操作連續(xù)，便于自動(dòng)控制；②固體顆粒較小，氣固相間的傳熱和傳質(zhì)面積大；③固體顆粒在氣流中劇烈運(yùn)動(dòng)，使得固體表面邊界層不斷被破壞不斷更新，從而使化學(xué)反應(yīng)速率、傳熱和傳質(zhì)效率大力提高。缺點(diǎn)：焙燒爐出口氣體中的粉塵較多，增加了氣體除塵負(fù)荷。第30頁(yè)/共134頁(yè)31（二）沸騰焙燒爐的構(gòu)造類(lèi)型：直筒型：沸騰層和上部燃燒空間的直徑大致相同，兩個(gè)空間的氣流速度幾乎一樣，較適用于原料粒度較細(xì)的尾砂。擴(kuò)大型：擴(kuò)大型沸騰爐主要包括：1、風(fēng)室2、分布板3、沸騰層4、上部燃燒空間

第31頁(yè)/共134頁(yè)32典型沸騰焙燒爐結(jié)構(gòu)如圖3.2。下部為沸騰區(qū)，中部為擴(kuò)散區(qū)，上部為焙燒空間。沸騰區(qū)耐火磚較厚，而上部耐火磚較薄，這是為了減小爐內(nèi)與鋼壁的溫度差，減小二氧化硫在壁上凝結(jié)，從而減小腐蝕。焙燒過(guò)程中，為避免溫度過(guò)高爐料熔結(jié)，需從沸騰層移走焙燒釋放的多余熱量，通常采用插入沸騰層的冷卻管束冷卻。上部面積大是為了降低流速，增加沉降機(jī)會(huì)。沸騰層氣速高，可焙燒較大顆粒的礦料，而細(xì)小顆料被氣流帶到擴(kuò)大段后，因氣速下降有部分又返回沸騰層，不致造成過(guò)多礦塵進(jìn)入爐氣。1沸騰焙燒爐的結(jié)構(gòu)和操作第32頁(yè)/共134頁(yè)332余熱的回收焙燒時(shí)放出大量的熱，爐氣溫度850~950℃，若直接通入凈化系統(tǒng)，設(shè)備要求高。直接冷卻后凈化也是能量的極大浪費(fèi)。通常設(shè)置廢熱鍋爐來(lái)回收熱量，或產(chǎn)蒸汽發(fā)電或直接推動(dòng)動(dòng)力機(jī)械作功。硫鐵礦廢熱鍋爐的特殊性：1.含塵量大，不要直接沖擊鍋爐管，注意爐管排列間距要大，防止積灰。2.含S量大，腐蝕性強(qiáng)，注意防止SO3在壁內(nèi)冷凝。所以應(yīng)采用較高壓力以提高SO3露點(diǎn)，防止腐蝕。3.防止?fàn)t氣泄漏和空氣進(jìn)入爐內(nèi)。一種沸騰焙燒和廢熱回收流程如圖3.3。第33頁(yè)/共134頁(yè)圖3.3第34頁(yè)/共134頁(yè)35（三）沸騰焙燒工藝流程示意圖焙燒爐廢熱鍋爐旋風(fēng)分離電除塵器硫鐵礦空氣爐氣廢渣第35頁(yè)/共134頁(yè)36除塵方法可分為機(jī)械除塵和電除塵兩大類(lèi)。1.機(jī)械除塵自然沉降除塵、慣性除塵、布袋除塵、旋風(fēng)分離器除塵原理在化工原理課程已講，除塵效率高。排氣（四）爐氣除塵第36頁(yè)/共134頁(yè)37（四）爐氣除塵——電除塵器構(gòu)成：除塵室、高壓供電設(shè)備。原理：電暈電極上電場(chǎng)強(qiáng)度特別大，使導(dǎo)線產(chǎn)生電暈，其周?chē)鷼怏w被電離，負(fù)電離子充滿電場(chǎng)空間，在從電暈電極向沉淀電極移動(dòng)時(shí)，遇到顆粒被其吸附從而帶電。帶電粉塵移向沉淀電極，在電極上放電，使粉塵變成中性并沉積在沉淀電極上，經(jīng)振動(dòng)后墜落在吸塵斗中而被清除。第37頁(yè)/共134頁(yè)38（四）爐氣除塵氣體電離含塵氣體煙塵荷電荷電煙塵放電第38頁(yè)/共134頁(yè)39電除塵器：靜電除塵器除塵效率高，可達(dá)99%以上，可使含塵量降至0.2g/Nm3的絕對(duì)值。電除塵器1、電除塵器2工作過(guò)程（四）爐氣除塵——電除塵器第39頁(yè)/共134頁(yè)403.3爐氣的凈化與干燥一、爐氣的凈化二、爐氣的干燥第40頁(yè)/共134頁(yè)413.3爐氣的凈化與干燥一、爐氣的凈化目的：除去無(wú)用雜質(zhì)，提供合格原料氣。（一）雜質(zhì)的危害及凈化要求（二）凈化原理（三）凈化工藝流程第41頁(yè)/共134頁(yè)42（一）雜質(zhì)的危害

1、礦塵爐氣中的礦塵不僅會(huì)堵塞設(shè)備與管道，而且會(huì)造成后序工序催化劑失活。

2、As2O3和SeO2

砷和硒在爐氣中以氣態(tài)氧化物形式存在，其含量與原料中砷、硒含量和焙燒工藝條件有關(guān)。它們是轉(zhuǎn)化催化劑危害最大的毒物，并影響成品酸的應(yīng)用范圍。

從上述各項(xiàng)雜質(zhì)的危害來(lái)看，爐氣凈化的程度愈高愈好。但凈化程度越高，凈化流程越復(fù)雜，還必須采用高性能設(shè)備，建設(shè)投資和操作費(fèi)用也會(huì)越大。

第42頁(yè)/共134頁(yè)43（一）雜質(zhì)的危害3、HF和SiF4原料中氟化物經(jīng)焙燒后有一部分進(jìn)入爐氣中，這些氟化物大部分以氟化氫形態(tài)存在，小部分以四氟化硅形態(tài)存在。氟化氫對(duì)硅質(zhì)設(shè)備及填料有嚴(yán)重的腐蝕作用，而且其腐蝕作用是反復(fù)的。反應(yīng)如下：

SiO2+4HF=SiF4+2H2OSiF4+(x+2)H2O=SiO2·xH2O↓+4HF氟化物進(jìn)人轉(zhuǎn)化器后，在高溫、干燥條件下，發(fā)生式反應(yīng)，產(chǎn)生的水合氧化硅在催化劑表面形成灰白色硬殼，嚴(yán)重時(shí)使催化劑結(jié)塊，恬性下降，甚至使床層阻力增大。第43頁(yè)/共134頁(yè)44（一）雜質(zhì)的危害4、H2O和SO3

爐氣中三氧化硫含量一般在0.03％～0.3％之間，是二氧化硫轉(zhuǎn)化后的產(chǎn)物。照理，它是無(wú)害的且多多益善。但在凈化二氧化二砷、二氧化硒時(shí)，對(duì)爐氣采取了洗滌降溫的方法，使三氧化硫和水蒸氣結(jié)合為酸霧，這些酸霧又溶解有三氧化二砷和極細(xì)的礦塵，如不除去，會(huì)使催化劑中毒、設(shè)備遭受腐蝕。爐氣中水含量視礦石和空氣的水含量而定。水分本身無(wú)直接毒害作用，但它會(huì)稀釋進(jìn)入轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的酸霧和酸沫，嚴(yán)重腐蝕設(shè)備和管道，同時(shí)水蒸氣會(huì)與轉(zhuǎn)化后得到的三氧化硫在冷卻和吸收過(guò)程中生成酸霧，酸霧不易被捕集，絕大部分隨尾氣排出，使硫損失增大，污染環(huán)境。因此爐氣必須進(jìn)行干燥。第44頁(yè)/共134頁(yè)45（二）雜質(zhì)的凈化要求

目前，中國(guó)執(zhí)行的指標(biāo)如下(在二氧化硫鼓風(fēng)機(jī)出口測(cè)定點(diǎn))。單位為標(biāo)準(zhǔn)狀況下mg/m3。水分<100酸霧，一級(jí)電除霧<30

二級(jí)電除霧<5塵<1砷<1氟<0.5第45頁(yè)/共134頁(yè)46（三）凈化原理1、砷、硒的清除

三氧化二砷和二氧化硒常用水或稀硫酸洗滌爐氣來(lái)清除。從表3.2可以看出，兩者飽和蒸汽壓隨溫度下降顯著降低。溫度降到50℃以下氣相中含量已經(jīng)很少。洗滌形成的固體顆粒，形成酸霧凝聚中心，在除霧器可以將其除去。第46頁(yè)/共134頁(yè)As2O3

，SeO2在氣體中的飽和濃度溫度As2O3飽和SeO2

飽和

/°C濃度/mg/Nm3濃度/mg/Nm3500.0160.044700.3100.8801004.2001.00012537.00082.000150280.0530.0

6420100150200250300臨界過(guò)飽和度T/°C第47頁(yè)/共134頁(yè)482、酸霧的生成與清除（1)酸霧的形成爐氣中少量三氧化硫要與水反應(yīng)生成硫酸，溫度較低時(shí)，爐氣中大多數(shù)三氧化硫都轉(zhuǎn)化成硫酸蒸汽。當(dāng)氣相中硫酸蒸汽壓大于其飽和蒸汽壓時(shí)，硫酸蒸汽就會(huì)冷凝。實(shí)際情況是，洗滌過(guò)程中降溫速度很快，氣相中硫酸分壓迅速增加，很快就可達(dá)到飽和。其過(guò)飽和度定義為由于硫酸冷凝成霧，霧滴上的飽和蒸汽壓與平面液上的飽和蒸汽壓不一樣。故實(shí)際判斷條件是臨界過(guò)飽和度S′。（三）凈化原理實(shí)驗(yàn)知：氣體冷卻速度越快，蒸汽的S越高，越易達(dá)到臨界值生成酸霧。故應(yīng)控制一定的冷卻速度，使S<S’。第48頁(yè)/共134頁(yè)49若氣相中有懸浮塵粒，則實(shí)際過(guò)飽和度比上述臨界過(guò)飽和度還低?？傊?，酸霧是很易在爐氣凈化過(guò)程中形成的，一定要仔細(xì)考慮除霧。（2）酸霧的清除酸霧霧滴的直徑很小，很難除去，洗滌時(shí)只有小部分被酸吸收，大部分只能在后續(xù)的電除霧器中除去。電除霧器的原理與電除塵器一樣，只不過(guò)是除去液態(tài)霧滴罷了。即使用電除霧器，也要采取增大霧滴直徑的基本措施來(lái)保證除霧效果。霧滴直徑越大，表面效應(yīng)越少，與平面液體差異越小。工業(yè)上往往設(shè)置冷卻塔既降低溫度又通過(guò)增濕來(lái)增大霧滴直徑。（三）凈化原理第49頁(yè)/共134頁(yè)50（三）凈化工藝流程1.酸洗流程

①“三塔二電”酸洗流程（圖）②“二塔二電”稀酸洗流程（圖）③熱濃酸洗流程(圖）2.水洗流程①經(jīng)典水洗流程（圖）②新型水洗流程（圖）第50頁(yè)/共134頁(yè)51

兩類(lèi)凈化流程的比較：

水洗流程簡(jiǎn)單、投資省、操作方便，砷和氟的凈化率都高。但SO3和SO2溶于水難于回收，使S的利用率低。最大不足是排放有毒含塵污水多，環(huán)境污染大。(每噸硫酸約排15噸污水！)

酸洗流程中酸可循環(huán)使用，多余酸排出系統(tǒng)他用?？衫脿t氣中的SO3，提高了S的利用率。酸泥中的砷硒也可回收。最大優(yōu)點(diǎn)是排污量少，約為水洗流程的1/200~1/300。目前投產(chǎn)的工廠一般都不允許采用水洗流程。（三）凈化工藝流程第51頁(yè)/共134頁(yè)52（三）凈化工藝流程3.動(dòng)力波凈化工藝：動(dòng)力波三級(jí)洗滌器凈化流程

（圖）動(dòng)力波洗滌器有多種形式，已成為一個(gè)系列。其中有逆噴型和泡沫塔型兩種洗滌器應(yīng)用于制酸的凈化。逆噴型洗滌器的裝置簡(jiǎn)圖如圖5－4所示。逆噴型洗滌器：洗滌液通過(guò)一個(gè)非節(jié)流的圓管，逆著氣流噴入一直立的圓筒中。在圓筒中，工藝氣體與洗滌液相撞擊，動(dòng)量達(dá)到平衡。此時(shí)生成的氣液混合物形成穩(wěn)定的泡沫區(qū)，該泡沫區(qū)浮在氣流中，為一強(qiáng)烈的湍動(dòng)區(qū)域，其液體表面積很大且不斷更新，當(dāng)氣體經(jīng)過(guò)該區(qū)域時(shí)，便發(fā)生顆粒捕集、氣體吸收和氣體急冷等過(guò)程。泡珠塔型洗滌器：外形與普通有固定擋板的板式塔相同，但塔板開(kāi)孔率及操作氣速相對(duì)較大，運(yùn)行中，在兩塔板間的開(kāi)孔區(qū)形成泡沫區(qū)。泡沫區(qū)中氣液接觸非常密切，可有效地脫除塵埃細(xì)粒、冷卻氣體和多級(jí)吸收氣體。第52頁(yè)/共134頁(yè)53二、爐氣的干燥㈠干燥的原理

常用93%--95%的濃硫酸作干燥劑。當(dāng)爐氣中的水蒸氣分壓大于硫酸液面上的水蒸氣分壓時(shí)，爐氣即被干燥。第53頁(yè)/共134頁(yè)54吸收酸的濃度平衡時(shí)硫酸濃度與液面上的水蒸氣分壓的關(guān)系如圖3.9。硫酸濃度增大，平衡水蒸氣分壓降低。在40℃時(shí)，92％硫酸溶液上的水蒸氣分壓只有2.7Pa.(此時(shí)純水的飽和蒸汽壓為7.9kPa!)。硫酸濃度大于80%后，SO2的溶解度增大很快，氣相中的SO3也容易與水蒸氣形成酸霧。兩方面都使S的損失增多。所以也不宜追求過(guò)高的硫酸濃度。通常以93%~95%的硫酸為干燥劑。這種硫酸由于冰點(diǎn)低，還可避免冬季低溫時(shí)硫酸的結(jié)晶現(xiàn)象。二、爐氣的干燥第54頁(yè)/共134頁(yè)第55頁(yè)/共134頁(yè)56（二）工藝條件的選擇1、氣流速度2、噴淋酸的溫度3、噴淋酸的濃度4、噴淋密度二、爐氣的干燥第56頁(yè)/共134頁(yè)57氣流速度氣速增大，傳質(zhì)系數(shù)增大。但壓降與氣速的平方成正比，所以氣速不能過(guò)大。同時(shí)氣速大還要帶走較多酸沫，引起S的損失。適宜的氣速范圍：干燥塔：空塔以0.7~0.9m/s為宜。填料塔與采用的填料類(lèi)型有關(guān)，若用瓷質(zhì)矩鞍環(huán)，適宜氣速為1.1~1.2m/s。吸收酸溫度從前面吸收酸濃度的分析中已知，低于50℃已可使水分夠低了，通常采用與常溫很接近的溫度35~45°C（二）工藝條件的選擇第57頁(yè)/共134頁(yè)58噴淋酸濃度干燥后氣相中酸霧含量如下表、SO2的損失與噴淋酸濃度的關(guān)系如表3.4。硫酸濃度/%酸霧含量/(mg/Nm3)40℃60℃80℃100℃900.62.06.023.0953.011.033.0115.0989.019.056.0204.0

硫酸濃度/%SO2損失/(以產(chǎn)品%計(jì))60℃70℃80℃

930.550.510.37951.000.920.64973.302.922.22（二）工藝條件的選擇第58頁(yè)/共134頁(yè)59噴淋密度硫酸稀釋要放出大量的熱，若噴淋量少，會(huì)使酸的濃度降低太多，酸溫升太大，加劇酸霧形成，降低干燥效果。噴淋密度過(guò)大，要增加干燥塔阻力損失，同時(shí)也增加循環(huán)酸量，兩方面都使動(dòng)力消耗增多。通常適宜的噴淋密度為10~15m3/(m2?h)。2爐氣干燥的工藝流程一種典型工藝流程如圖3.10.圖3.10（二）工藝條件的選擇第59頁(yè)/共134頁(yè)603.4二氧化硫的催化氧化一、催化氧化原理二、工藝條件的選擇三、工藝流程及關(guān)鍵設(shè)備第60頁(yè)/共134頁(yè)61一、催化氧化原理（一）SO2氧化反應(yīng)的化學(xué)平衡（二）SO2氧化用催化劑（三）SO2催化氧化機(jī)理第61頁(yè)/共134頁(yè)62化學(xué)反應(yīng)：SO2(g)+0.5O2(g)=SO3(g)反應(yīng)熱平衡常數(shù)用熱力學(xué)關(guān)系積分可得平衡常數(shù)與溫度的關(guān)系kJ/mol(一)二氧化硫氧化反應(yīng)的化學(xué)平衡

第62頁(yè)/共134頁(yè)63在溫度區(qū)間400~700℃，可用下列簡(jiǎn)化經(jīng)驗(yàn)公式，在工程計(jì)算上有相當(dāng)好的結(jié)果。如將反應(yīng)熱看成常數(shù)積分可得

(3.1.3)如果反應(yīng)開(kāi)始時(shí)沒(méi)有SO3，由于消耗1molSO2生成1molSO3，所以SO2的轉(zhuǎn)化率可表示為J/mol(一)二氧化硫氧化反應(yīng)的化學(xué)平衡

第63頁(yè)/共134頁(yè)64反應(yīng)平衡時(shí)，平衡轉(zhuǎn)化率(一)二氧化硫氧化反應(yīng)的化學(xué)平衡

第64頁(yè)/共134頁(yè)65設(shè)原料氣中SO2和O2的摩爾分率分別為a,b,總量為1kmol.則平衡時(shí)SO2，O2和SO3和的量分別為a(1-xe)，b-0.5axe，axe，可得平衡轉(zhuǎn)化率的計(jì)算式為(一)二氧化硫氧化反應(yīng)的化學(xué)平衡

第65頁(yè)/共134頁(yè)經(jīng)熱力學(xué)計(jì)算得到的不同爐氣組成下平衡轉(zhuǎn)化率與溫度壓力的關(guān)系如表3.5和3.6。

P=0.1MPa時(shí)不同爐氣組成平衡轉(zhuǎn)化率a/%5.06.07.07.59.0b/%13.912.411.010.58.1

溫度/°CKp0

xe/%40044699.399.399.299.198.848017798.398.297.997.897.156017.685.784.783.482.879.0

平衡轉(zhuǎn)化率與壓強(qiáng)溫度的關(guān)系

P/MPa

溫度/°C0.10.51.05.045097.598.999.299.650093.596.997.899.055085.692.994.997.7

第66頁(yè)/共134頁(yè)67（1）溫度由表可看出，當(dāng)壓力、爐氣的起始組成一定時(shí)，降低溫度，平衡轉(zhuǎn)化率可得到提高，這是二氧化硫氧化反應(yīng)系放熱反應(yīng)所致。溫度越低，則平衡轉(zhuǎn)化率越高。（2）壓力一氧化硫氧化反應(yīng)是體積縮小的反應(yīng)，故壓力增大可提高平衡轉(zhuǎn)化率。由表可知，其他條件不變時(shí)，增大壓力，平衡轉(zhuǎn)化率也隨之增大，但壓力對(duì)平衡轉(zhuǎn)化率的影響沒(méi)有像溫度對(duì)平衡轉(zhuǎn)化率的影響那樣顯著。常壓下就有較高轉(zhuǎn)化率，所以工業(yè)上多采用常壓轉(zhuǎn)化方式。（3）爐氣的起始組成由表可知，溫度、壓力一定時(shí)，焙燒同樣的含硫原料，因所采用的空氣過(guò)剩系數(shù)不同，平衡轉(zhuǎn)化率也不同。氣體的起始組成中，a越小或b越大，平衡轉(zhuǎn)化率越大，反之亦然。(一)二氧化硫氧化反應(yīng)的化學(xué)平衡

第67頁(yè)/共134頁(yè)68鉑活性高；價(jià)貴，易中毒。氧化鐵價(jià)廉；≥640℃才有活性。釩催化劑

活性高，價(jià)中，穩(wěn)定性好。目前主要用釩催化劑作二氧化硫催化氧化反應(yīng)的催化劑。其主要成份為V2O5(6~12%),另外還有氧化鉀、氧化鈉作助催化劑，以二氧化硅作載體。國(guó)產(chǎn)釩催化劑的主要性能

S101S102S105

準(zhǔn)密度/kg?dm-30.60~0.650.35~0.600.60~0.70

孔隙率/%>50>50>50

比表面m2?g-13~63~66~8

起燃溫度/℃410~420410~420380~390

活性溫度/℃415~600420~600400~550

最高操作溫度/℃600600500

目前國(guó)內(nèi)廣泛使用的是S101和S105。(二)二氧化硫氧化用催化劑第68頁(yè)/共134頁(yè)69釩催化劑的主要毒物是砷、硒、氟和酸霧。砷的毒害主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是釩催化劑能吸附As2O3，堵塞催化劑活性表面；二是在500℃以上高溫V2O5能與As2O3生成V2O5?As2O5

，這是一種易揮發(fā)物質(zhì)，從而造成釩的損失。硒在溫度較低時(shí)對(duì)釩催化劑有毒害，但加熱后(400-500℃)可以復(fù)原。HF能與二氧化硅生成SiF4，破壞載體，使催化劑粉碎。F還能與V反應(yīng)生成VF5,其沸點(diǎn)低(112.2℃)，也要造成釩的損失。酸霧腐蝕鋼設(shè)備，腐蝕的粉塵落在催化劑表面上使其活性降低。同時(shí)積累的Fe2SO4可能使催化劑結(jié)塊。(二)

SO2氧化用催化劑第69頁(yè)/共134頁(yè)70SO2在釩催化劑上的催化氧化過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，對(duì)于其機(jī)理的探討目前仍無(wú)定論。一種共識(shí)是：氣固催化理論不足以解釋已有實(shí)驗(yàn)結(jié)果，認(rèn)為可能是氣－液相催化較合適。存在液相的根據(jù)是：生成的硫酸鹽有兩種形式：焦硫酸鹽和正硫酸鹽，兩者能形成低熔點(diǎn)的共熔物。在催化劑內(nèi)可以溶解釩的氧化物，熔融液的粘度很大，可附在二氧化硅載體表面上。其傳質(zhì)過(guò)程可能為：(1)氣相擴(kuò)散到催化劑外表面；(2)氣相從外表面向催化劑內(nèi)部微孔擴(kuò)散；(3)溶入內(nèi)表面的液膜；(4)在液膜中進(jìn)行催化反應(yīng)；(5)產(chǎn)物從液膜中逸出；(6)產(chǎn)物從內(nèi)孔向外表面擴(kuò)散；(7)產(chǎn)物從外表面向氣相擴(kuò)散。（三）SO2催化氧化機(jī)理第70頁(yè)/共134頁(yè)71不同機(jī)理可得出不同動(dòng)力學(xué)方程，一種由雙釩理論得出的公式為：用二氧化硫和氧的初始濃度代入可得注意：上式中a,b應(yīng)為摩爾分率。（三）SO2催化氧化機(jī)理第71頁(yè)/共134頁(yè)72SO2向內(nèi)部微孔擴(kuò)散和產(chǎn)物從內(nèi)部微孔向外表面擴(kuò)散都有很大的，而且受物質(zhì)濃度差制約，所以通常內(nèi)表面利用率不高。（三）SO2催化氧化機(jī)理第72頁(yè)/共134頁(yè)73二、二氧化硫催化氧化的工藝條件1最適宜溫度與合成氨中變換和合成反應(yīng)的討論一樣，放熱反應(yīng)都存在一個(gè)最佳溫度問(wèn)題。最佳溫度公式與前面形式是一樣的。只要由平衡常數(shù)求出平衡溫度，就可求最佳溫度。不難看出，上式是由平衡常數(shù)與其表達(dá)式結(jié)合導(dǎo)出的。第73頁(yè)/共134頁(yè)74反應(yīng)速度與溫度的關(guān)系如圖二、二氧化硫催化氧化的工藝條件第74頁(yè)/共134頁(yè)752二氧化硫的起始濃度從前式可看出，a增加，r降低，達(dá)到一定轉(zhuǎn)化率所需的催化劑用量增加。反之a(chǎn)減少，r增大，但設(shè)備其它條件不變時(shí)，生產(chǎn)能力下降。所以兩方面考慮這二個(gè)因素，r和a都要適當(dāng)。二、二氧化硫催化氧化的工藝條件第75頁(yè)/共134頁(yè)76綜合關(guān)系見(jiàn)圖.綜合考慮后，SO2最佳濃度在7％左右。其它條件變化時(shí)，一般有下列結(jié)果：以硫磺為原料時(shí)，8.5％左右。以含煤硫鐵礦為原料時(shí)，<7％。以一般硫鐵礦為原料，但工藝采用兩轉(zhuǎn)兩吸，則可將SO2濃度提高到9-10％，且轉(zhuǎn)化率可高達(dá)99.5%。x二、二氧化硫催化氧化的工藝條件第76頁(yè)/共134頁(yè)773最終轉(zhuǎn)化率最終轉(zhuǎn)化率與一定的工藝流程和生產(chǎn)條件有關(guān)。通常有一最佳值，超過(guò)此值生產(chǎn)成本會(huì)顯著上升。一般說(shuō)來(lái)97.5-98%較合適。但若有SO2回收裝置，還可取低一點(diǎn)。如果采用兩轉(zhuǎn)兩吸流程，最終轉(zhuǎn)化率可達(dá)99.5%。二、二氧化硫催化氧化的工藝條件第77頁(yè)/共134頁(yè)78按最佳溫度分配各段反應(yīng)，并充分利用反應(yīng)熱是轉(zhuǎn)化流程和反應(yīng)器設(shè)計(jì)的基本原則。工藝要求1、催化劑用量少，設(shè)備強(qiáng)度大2、使反應(yīng)過(guò)程沿最適宜溫度曲線進(jìn)行3、阻力小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，投資少三、SO2催化氧化的工藝流程及設(shè)備第78頁(yè)/共134頁(yè)79（一）SO2催化氧化的設(shè)備

工業(yè)生產(chǎn)中，為了使轉(zhuǎn)化器中二氧化硫氧化過(guò)程盡可能遵循最佳溫度曲線進(jìn)行，以獲得最佳經(jīng)濟(jì)效益，必須及時(shí)從反應(yīng)系統(tǒng)中移走區(qū)應(yīng)熱。二氧化硫催化氧化器，通常采用多段換熱的形式，其特點(diǎn)是氣體的反應(yīng)過(guò)程和降溫過(guò)程分開(kāi)進(jìn)行。即氣體在催化床層進(jìn)行絕熱反應(yīng)，氣體溫度升高到一定時(shí)，離開(kāi)催化床層，經(jīng)冷卻到一定源度后，再進(jìn)入下一段催化床層，仍在絕熱條件下進(jìn)行反應(yīng)。為了達(dá)到較高的最終轉(zhuǎn)化率，必須采用多段反應(yīng)，段數(shù)愈多，最終轉(zhuǎn)化率愈高，在其他條件一定的，催化劑的利用率愈高。但段數(shù)過(guò)多，管道閥門(mén)也增多，不僅增加系統(tǒng)的阻力，也使操作復(fù)雜。三、SO2催化氧化的工藝流程及設(shè)備第79頁(yè)/共134頁(yè)801、轉(zhuǎn)化爐類(lèi)型：段間外部換熱型（圖）：段間內(nèi)部換熱型（圖）：2、段間換熱式轉(zhuǎn)化器的中間冷卻方式間接換熱式：內(nèi)部間接換熱和外部間接換熱。冷激式兩種：爐氣式冷激、空氣冷激。（一）SO2催化氧化的設(shè)備第80頁(yè)/共134頁(yè)81間接換熱式內(nèi)部間接換熱的優(yōu)點(diǎn)是使整個(gè)轉(zhuǎn)化器結(jié)構(gòu)緊湊、阻力小、熱損失小。但也有轉(zhuǎn)化器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大、維修不便的缺點(diǎn)。外部換熱的缺點(diǎn)是連接管線長(zhǎng)、阻力大、熱損失大。優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)化器內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。為了盡量接近最佳溫度操作，轉(zhuǎn)化器通常為多段式。每一段可看成是絕熱反應(yīng)。轉(zhuǎn)化器內(nèi)T-x圖如圖3.16。溫度與轉(zhuǎn)化率的關(guān)系可由熱力學(xué)原理求反應(yīng)熱計(jì)算。（一）SO2催化氧化的設(shè)備第81頁(yè)/共134頁(yè)82冷激式采用冷激式可省去換熱器，理論上無(wú)熱損失，但催化劑用量要多些(原因是混合后SO2濃度降低)。所以實(shí)際一般只在1,2段采用冷激式。冷激方式有爐氣式冷激、空氣冷激。如圖3.17和圖3.18。（一）SO2催化氧化的設(shè)備第82頁(yè)/共134頁(yè)833、二氧化硫轉(zhuǎn)化器轉(zhuǎn)化器設(shè)計(jì)一般有以下主要原則：(1)滿足最佳溫度要求，以提高催化劑利用率；(2)生產(chǎn)能力大，可以省料、省地、省投資；(3)壓降小，可省能；(4)換熱面積足夠大，保證熱量平衡；(5)催化劑裝填系數(shù)大，體積不變時(shí)提高生產(chǎn)能力；(6)便于安裝檢修更換催化劑。轉(zhuǎn)化器的結(jié)構(gòu)如圖（一）SO2催化氧化的設(shè)備第83頁(yè)/共134頁(yè)84（二）工藝流程1、一轉(zhuǎn)一吸流程

①四段轉(zhuǎn)化間接換熱式流程圖冷激只用于1-2段間。2-3,3-4段間都采用外部換熱方式。4-5段間用內(nèi)部換熱器，這是因?yàn)?段反應(yīng)量少，需要移走的熱量少，不致使轉(zhuǎn)化器內(nèi)部結(jié)構(gòu)太復(fù)雜。②五段轉(zhuǎn)化爐氣冷激式流程圖第84頁(yè)/共134頁(yè)85（二）工藝流程2、二轉(zhuǎn)二吸流程

二次轉(zhuǎn)化流程主要有(2+2)和(3+1)型。(2+2)意思是經(jīng)2段轉(zhuǎn)化后吸收，再經(jīng)2段轉(zhuǎn)化后進(jìn)行二次吸收。(3+1)意思是先經(jīng)3段轉(zhuǎn)化進(jìn)行中間吸收，再經(jīng)1段轉(zhuǎn)化后進(jìn)行二次吸收。①ⅣⅠ-ⅢⅡ型流程原理示意圖②ⅢⅠ-ⅣⅡ型流程圖③ⅢⅡ-ⅣⅠ型流程圖幾種配置方式的主要特點(diǎn)：A：進(jìn)一段催化劑爐氣溫度最高，適用于進(jìn)料爐氣溫度較低的情況。B：進(jìn)一段催化劑爐氣溫度最低，一段催化劑活性降低時(shí)可由二、三段換熱器來(lái)保證一次轉(zhuǎn)化正常。C：進(jìn)一段催化劑爐氣溫度較高，有利于一段催化床的操作。第85頁(yè)/共134頁(yè)86兩轉(zhuǎn)兩吸流程的特點(diǎn)：(1)反應(yīng)速度快，最終轉(zhuǎn)化率高；(2)可用SO2濃度較高的爐氣；(3)減輕尾氣污染和尾氣處理負(fù)荷；(4)需增加一換熱器：一次吸收后需要再加熱到420℃左右才能進(jìn)行轉(zhuǎn)化反應(yīng)；(5)動(dòng)力消耗增加。二次轉(zhuǎn)化的最終轉(zhuǎn)化率計(jì)算：因?yàn)橐淮无D(zhuǎn)化后將SO3吸收掉，SO2濃度降低，相應(yīng)O2含量高，O2/SO2比例高，平衡轉(zhuǎn)化率高，反應(yīng)速度快。所以只需少量催化劑就可保證轉(zhuǎn)化率達(dá)到95%以上。若一次轉(zhuǎn)化x1=0.90

xf=0.9+(1-0.9)×0.95=0.995（二）工藝流程第86頁(yè)/共134頁(yè)873.5三氧化硫的吸收SO2催化氧化成SO3后，送入吸收工序用發(fā)煙硫酸或濃硫酸吸收，吸收過(guò)程可寫(xiě)為：nSO3(g)+H2O(l)=H2SO4(aq)+(n-1)SO3(aq)n>1時(shí)生成發(fā)煙硫酸，n=1時(shí)生成無(wú)水硫酸,

n<1時(shí)生成含水硫酸。第87頁(yè)/共134頁(yè)88一、發(fā)煙硫酸吸收過(guò)程的原理和影響因素用發(fā)煙硫酸吸收SO3的過(guò)程為物理過(guò)程，吸收速率主要取決于推動(dòng)力p(pSO3-p*SO3)。實(shí)際過(guò)程的推動(dòng)力為：p1

p2*p2

p1*按一般吸收過(guò)程原理，吸收酸溫度上升，平衡分壓增加，推動(dòng)力下降，吸收速率下降。吸收過(guò)程溫度不宜高。第88頁(yè)/共134頁(yè)89吸收酸溫度與產(chǎn)品酸的最大濃度關(guān)系T/°C2030405060708090100游離SO3濃度50454238332721147注意上表是在氣體中SO3濃度為7％時(shí)的實(shí)驗(yàn)值。因標(biāo)準(zhǔn)發(fā)煙硫酸游離SO3濃度為21%，所以在氣體中SO3濃度為7％時(shí)，酸溫不能超過(guò)80度。若氣相中SO3實(shí)際濃度較高，可采用略高一些的溫度。一、發(fā)煙硫酸吸收過(guò)程的原理和影響因素第89頁(yè)/共134頁(yè)90溫度升高，吸收率下降，氣相SO3濃度增加，吸收率上升。吸收率與溫度濃度的關(guān)系如圖3.24。注意：溫度影響變化幅度大，濃度影響變化幅度較小。通常吸收酸出口溫度控制在60度左右，所以用發(fā)煙硫酸吸收的吸收率并不高，生產(chǎn)中還需增加第二塔用濃硫酸來(lái)吸收以保證吸收率。

一、發(fā)煙硫酸吸收過(guò)程的原理和影響因素第90頁(yè)/共134頁(yè)911吸收酸濃度用濃硫酸吸收時(shí)，不能僅看SO3的平衡分壓，其主要原因與酸霧生成有關(guān)。酸濃度較低時(shí)，雖然SO3平衡分壓低，但水的平衡分壓卻上升。氣相中水含量越高，SO3與水汽形成酸霧的機(jī)會(huì)就越多。酸霧是很難分離的，形成后必定要排放不少因而造成酸的損失和環(huán)境污染。當(dāng)硫酸濃度大于98.3%時(shí)，水的平衡分壓很低，接近于零。但SO3平衡分壓很高，吸收不完全。所以通常選吸收酸濃度為98.3%，可得到最大的吸收率。在25℃時(shí)，SO3，H2O，H2SO4的平衡分壓均接近0，若進(jìn)入吸收系統(tǒng)的氣體干燥，可使吸收率達(dá)到99.95%。二、濃硫酸吸收過(guò)程的原理和影響因素第91頁(yè)/共134頁(yè)92吸收正常時(shí)，將不會(huì)看到酸霧排出。若酸濃度較低，由于吸收不完全，可在尾氣排放出口看到酸霧。同樣，酸濃度過(guò)高也會(huì)看到酸霧，此時(shí)的現(xiàn)象為：尾氣排放口氣體由淺藍(lán)色逐漸變成白色酸霧。吸收酸濃度與吸收率的關(guān)系如圖所示。60℃80℃90℃100℃120℃吸收率%10099.59998.598吸收酸濃度/%9598.3二、濃硫酸吸收過(guò)程的原理和影響因素第92頁(yè)/共134頁(yè)932吸收酸溫度按一般吸收原理，溫度升高吸收率下降。溫度與吸收率關(guān)系見(jiàn)上圖。酸濃度低于或高于98.3%時(shí)，溫度升高使吸收率下降的幅度大。在98.3%附近，幅度小。單從吸收看，酸溫越低越好。但溫度過(guò)低會(huì)增加酸冷卻器面積，同時(shí)低溫?zé)岵荒苡行Ю?。所以通常的吸收溫度控制?0~75°C。溫度過(guò)高除降低吸收率這一不利影響外，對(duì)于酸吸收這一特定過(guò)程，還會(huì)加劇設(shè)備的腐蝕速率，增大運(yùn)行成本。二、濃硫酸吸收過(guò)程的原理和影響因素第93頁(yè)/共134頁(yè)943進(jìn)塔氣溫從吸收角度看，溫度低一點(diǎn)好。但SO3吸收過(guò)程中有酸霧生成，進(jìn)塔氣溫太低生成酸霧機(jī)會(huì)多，對(duì)生產(chǎn)不利。水蒸氣含量與轉(zhuǎn)化氣露點(diǎn)的關(guān)系如表2-13。若轉(zhuǎn)化中含SO37%，含水0.1g時(shí)，露點(diǎn)為112℃，操作氣溫大于此溫度時(shí)才能防止酸霧的生成。由于廣泛采用兩轉(zhuǎn)兩吸流程，有提高第一吸收塔進(jìn)口溫度的趨勢(shì)。水蒸氣含量與轉(zhuǎn)化氣露點(diǎn)的關(guān)系水汽含量/g?Nm-30.10.20.30.40.50.60.7

轉(zhuǎn)化氣露點(diǎn)/℃112121127131135138141二、濃硫酸吸收過(guò)程的原理和影響因素第94頁(yè)/共134頁(yè)95三、三氧化硫吸收的工藝流程

濃酸吸收三氧化硫氣體，一般在塔設(shè)備中進(jìn)行。吸收三氧化硫系放熱過(guò)程，隨著吸收過(guò)程的進(jìn)行，吸收酸的溫度隨著增高，為使循環(huán)酸的溫度保持一定，必須使其通過(guò)冷卻設(shè)備，以除去在吸收過(guò)程中增加的熱量。每個(gè)吸收塔除應(yīng)有自己的循環(huán)酸貯槽外，還應(yīng)有輸送酸的泵。因此，吸收工序的設(shè)備應(yīng)由吸收塔、酸貯槽、泵和冷卻器等組成。第95頁(yè)/共134頁(yè)96三、三氧化硫吸收的工藝流程（一）流程配置方式甲方式：乙方式：丙方式：吸收塔酸貯槽泵冷卻器吸收塔酸貯槽泵冷卻器酸貯槽泵冷卻器吸收塔第96頁(yè)/共134頁(yè)97三、三氧化硫吸收的工藝流程它們通?？山M成以下三種不同的流程，如圖所示。

流程（a）的特點(diǎn)：酸冷卻器設(shè)在泵后，酸流速較大，傳熱系數(shù)大，所需的換熱面積較小，干吸塔基礎(chǔ)高度相對(duì)較小，可節(jié)省基建費(fèi)用；冷卻管內(nèi)酸的壓力高，流速大，溫度較高，腐蝕較嚴(yán)重；酸系輸送的酸是冷卻前的熱濃酸，酸泵的腐蝕較嚴(yán)量。流程（b）的特點(diǎn)：酸冷卻器管內(nèi)酸液流速小，需較大傳熱面積；塔出口到酸槽的液位差較小，可能會(huì)因醉液流動(dòng)不暢而造成事故；冷卻管內(nèi)酸的壓力小，流速小，酸對(duì)換熱管的腐蝕較小。流程（C）的特點(diǎn)：酸的流速介于以上兩種流程之間，傳熱較好；冷卻器配置在泵前，酸在冷卻器管內(nèi)流動(dòng)一方面靠位差，另一萬(wàn)面靠泵的抽吸，管內(nèi)受壓較小，比較安全。第97頁(yè)/共134頁(yè)98四、生產(chǎn)發(fā)煙硫酸的吸收流程標(biāo)準(zhǔn)發(fā)煙硫酸含游離SO320%，H2SO480%。若按100%無(wú)水硫酸折算，其濃度為104.5%。二次吸收流程如圖。一次吸收用發(fā)煙硫酸，二次吸收用98.3%的濃硫酸，以保證吸收率。注意：吸收流程中由于吸收后酸溫升高，所以設(shè)有酸冷卻器，并且循環(huán)酸還要稀釋以保持操作穩(wěn)定。生產(chǎn)發(fā)煙流酸的干燥吸收過(guò)程如圖。第98頁(yè)/共134頁(yè)99五、生產(chǎn)濃硫酸的吸收流程一種普遍采用的一次吸收流程如圖。轉(zhuǎn)化氣從塔底送入，濃硫酸從塔頂噴淋。進(jìn)塔氣溫度140~160℃，噴淋酸溫控制在50℃以下，出塔酸溫用噴淋量控制，使出塔酸溫<70℃。吸收酸同樣要冷卻和稀釋后循環(huán)。第99頁(yè)/共134頁(yè)1003.6用其它含硫原料制硫酸一、硫磺（一）工藝流程（圖）（二）流程特點(diǎn)

1、省去了濕法凈化工序

2、熱能利用率高二、石膏反應(yīng)式：2CaSO4+C==2CaO+2SO2+CO2第100頁(yè)/共134頁(yè)101

三、有色金屬冶煉氣（一）主要設(shè)備

沸騰爐、燒結(jié)爐、鼓風(fēng)爐、反射爐、電爐、閃速爐、轉(zhuǎn)爐等（二）主反應(yīng)：2PbS+3O2==2PbO+2SO2+Q2ZnS+3O2==2ZnO+2SO2+Q4FeS2+11O2==2Fe2O3+8SO2+Q副反應(yīng)

2PbO+2SO2+O2==PbSO4+Q2ZnO+2SO2+O2==ZnSO4PbS+2PbO==3Pb+SO23.6用其它含硫原料制硫酸第101頁(yè)/共134頁(yè)1023.7三廢治理與綜合利用三廢指廢渣、廢水、廢氣。一、尾氣中有害物的處理尾氣中主要有SO2，極少量SO3及酸霧。當(dāng)用兩轉(zhuǎn)兩吸流程時(shí)，轉(zhuǎn)化率達(dá)到99.75%以上時(shí)，廢氣可不處理，直接排放。所以兩轉(zhuǎn)兩吸流程現(xiàn)在廣泛被采用。氨－酸法是用氨水吸收尾氣中的SO2、SO3及酸霧，最終生成(NH4)2SO4溶液。氨－酸法過(guò)程由吸收、分解及中和三個(gè)部分組成。氨－酸法處理尾氣的基本原理如下。第102頁(yè)/共134頁(yè)1031吸收

氨水吸收SO2，先生成(NH4)2SO3和NH4HSO3溶液，其反應(yīng)如下:SO2(g)+2NH3?H2O(aq)=(NH4)2SO3(aq)+H2O(NH4)2SO3(aq)+SO2(g)+H2O=2NH4HSO3(aq)

同時(shí)，尾氣中少量SO3及酸霧發(fā)生下列反應(yīng)：2(NH4)2SO3+SO3+H2O=2NH4HSO3+(NH4)2SO42(NH4)2SO3+O2=2(NH4)2SO42NH3?H2O+H2SO4=(NH4)2SO4+2H2O

吸收過(guò)程中，(NH4)2SO3濃度下降，吸收能力下降，因此要不斷補(bǔ)充氨，保持操作穩(wěn)定。

NH3(g)+NH4HSO3=(NH4)2SO3

為了保持亞硫酸銨和亞硫酸氫銨的比例穩(wěn)定，要移出部分母液去分解。一、尾氣中有害物的處理第103頁(yè)/共134頁(yè)1042分解系統(tǒng)因補(bǔ)充氨而使吸收液量有所增加，多余的吸收液用93％硫酸進(jìn)行分解，可得到含有一定量水蒸氣的純SO2和(NH4)2SO