冶炼烟气制酸设计

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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

23、普遍采用了稀酸洗净化工艺，减少了酸性污水排放量；推广了硫化法、石灰一铁盐法等污水处理工艺并采用了西恩过滤器、戈尔膜过滤器等设备，有效控制了水污染。大型铜冶炼基本采用富氧冶炼技术，铅冶炼应用了氧气底吹一鼓风炉还原创新技术，从而提高了烟气SO2浓度，有利于制酸处理。在低SO2浓度冶炼烟气制硫酸方面，有的企业(如株洲冶炼)采用了引进的WSA湿法制酸技术生产硫酸，有的企业(如豫光金铅、安阳眠山)采用了非稳态转化制酸技术，一些企业(如金川集团、金堆城钥业)还采用了高、低浓度SO2配气制酸技术，提高了有色冶炼硫回收利用率。硫铁矿和冶炼烟气制酸装置基本回收了高温位热能，部分大型装置还回收利用了中温位热能，目

24、前正在向低温位热能回收迈进，并开发了一些专有技术(如YRHS工艺)。山东祥光铜业70 ka铜冶炼烟气制酸装置是目前我国最为先进的硫酸装置，其引进的奥图泰高浓度SO2转化工艺可使进转化器SO2的浓度提高到16% 15% 。2012年我国硫酸产量7636.6万吨，同比增长4.8%。一半以上用在磷肥行业，其他的医药、皮革、冶金工业和金属加工、石油工业汽油、润滑油等石油产品的生产、染料、合成洗涤剂、高分子化合物、改善碱性土壤等方面，都离不开硫酸的身影，甚至国防工业、航天科技、原子能工业都直接或间接的用到硫酸产品。（来自中国硫酸工业协会）1.3.3 冶炼烟气制酸前景我国冶炼烟气制酸产量呈逐年上升趋势，2

25、009年产量为17785Kt，占硫酸产量的29.8，比2008年提高了一个百分点，产量最大的是铜陵有色，为2290Kt，其次是金川集团1850Kt，江西铜业1720Kt，前十位冶炼烟气产量占全国的54.3，具有国际先进水平的大型冶炼烟气制酸装置产能占总产能的50以上，冶炼烟气制酸技术和装置正在向大型化、高自动化、高可靠性、低耗能、低污染方向发展，产业集中度在进一步提高。目前，冶炼烟气制酸工艺基本相同，设备配置略有不同，主工艺大多采用绝热蒸发、稀酸洗涤净化、一级干燥、两次转化、两次吸收流程，净化产出的经处理回收其中的有价金属，废水回收利用或达标排放，尾气经中和脱硫后达标排放。冶炼烟气制酸系统大部

26、分都是密闭的，生产都是连续作业，随着管理和技术的进步，生产管理正向着标准化、大岗位、低成本、低定员、高劳动生产率的方向发展冶炼烟气制酸简述 由于大部分冶炼原料均为金属硫化物，比如硫化锌、硫化铅等，在冶炼中会释放大量的二氧化硫，其对环境的的污染十分严重。而当烟气中的SO2的浓度高于3.5%时，则可采用冶炼烟气制酸的方法，将其变废为宝。这不仅充分利用了资源、保护了环境，还为企业增加了经济效益。冶炼烟气处理的主要手段1 冶炼烟气制酸2 冶炼烟气制硫磺3 氨酸法4 石灰/石灰石石膏法5 碱式硫酸铝石膏法6 托普索WSA工艺7 非稳态转化法冶炼烟气制酸的工序流程 本工艺制酸是采用稀酸净化、两次转化、两次

27、吸收的常压接触法制酸工艺。 工序流程可分为：净化工段、干吸工段、转化工段、酸库工段 烟气流程：烟气一级动力波空气冷却塔二级动力波电除雾器干燥塔SO2风机转化器一吸塔转化器二吸塔尾气排空净化工段（1）烟气净化的目的：尽可能地除去下列杂质，矿尘 容易堵塞管道砷和硒 危害触媒。氟 危害瓷环 瓷环填料 触媒的载体；二氧化碳和烃类气体 耗较多氧，使氧硫比失衡水分（酸雾）是一切杂质的载体 烟气净化的主体设备 一级动力波；空气冷却塔。二级动力波；电除雾器 净化工段稀酸循环系统；圆锥沉降槽 压滤机 上清液储槽 SO2脱吸塔烟气的净化流程； 由收尘系统排风机出来的340（300）高温冶炼烟气送入硫酸车间净化工段

28、。该烟气首先在一级高效洗涤器中被绝热冷却和洗涤除杂质，再进入气体冷却塔进行进一步冷却及除杂质，然后又进入第二级高效洗涤器再次净化。此时烟气中绝大部分烟尘、砷及氟等杂质已被清除。同时烟气温度降至34（35）左右。进入两级管式电除雾除下酸雾，使烟气中的酸雾含量降至5mg/m3。烟气中夹带的少量砷、氟、尘等杂质也进一步被清除，净化后的烟气送往干吸工段。SO2烟气净化的原理净化工段稀酸循环系统净化工段中的第一级高效洗涤器，气体冷却塔及第二级高效洗涤器均有单独的稀酸循环系统。气体冷却塔的循环酸通过板式换热器进行换热。稀酸采取由稀向浓、由后向前的串酸方式。引出的废酸由一级高效洗涤器循环槽中根据废酸生成量和

29、废酸的含砷、含尘量抽出一定的量送至沉降槽沉降。沉降槽的底流送入压滤机进行压滤。滤饼因含有价金属可直接外售或返回熔炼系统，滤液及沉降槽的上清液进入上清液贮槽。再用泵送至脱吸塔，脱吸塔脱吸后的气体送入锌系统电除雾前烟气管道进入系统。脱吸后的废酸流入污酸处理工序。 脱吸塔的主要作用是；脱出溶解在稀酸中的二氧化硫，减少环境污染的同时提高总硫利用率。控制要点1 事故高位槽不能缺水2 各管道烟气温度要严格控制3 稀酸洗净化的酸浓要有所控制4 安全水封不能缺水5 电除雾器的开启要求转化工段（1）二氧化硫转化的定义 烟气在净化工序除去矿尘、酸雾、砷、氟等有害杂质后，再通过干吸工序的干燥塔除去水分，然后进入转化

30、工序，在一定的温度下，通过触媒的催化，使烟气中的二氧化硫与氧化合生产三氧化硫，简称二氧化硫的转化。（2）烟气转化工段的主体设备换热器 转化器 鼓风机（3）烟气流程转化工段采用了四段“+”式双接触工艺，“” 换热流程。 从SO2鼓风机来的冷SO2气体，俗称一次气，利用第热交换器和第热交换器被第四段和第一段触媒层出来的热气体加热到430进入转化器一段触媒层经第一、二、三段触媒层催化氧化后SO2转化率约为94.9%的SO3气体，经各自对应的换热器换热后送往第一吸收塔吸收SO3制取硫酸。 第一吸收塔出来的未反应的冷SO2气体，俗称二次气，利用第热交换器和第热交换被第三段、第二段触媒出来的热气体加热到4

31、30，进入转化器四段触媒层进行第二次转化。经催化转化后，总转化率99.75%的SO3气体，经第热交换器换热后送往第二吸收塔吸收SO3制取硫酸。 在各换热器进行换热时，被加热的SO2气体走各列管热交换器的管间，而被冷却的SO3气体则走各列管热交换器的管内。为了控制进第一吸收塔的SO3烟气温度不至于太高，在第热交换器与第一吸收塔之间设置了SO3冷却器；为了控制进第二吸收塔的SO3烟气温度不至于太高，在第热交换器与第二吸收塔之间设置了SO3冷却器，利用冷却风机用间接换热的办法使进第一、第二吸收塔的温度适宜。 （4）转化原理-催化剂-/高温-1二氧化硫气体的转化的化学方程 SO2 +O2 SO3 +Q

32、 从这个化学方程式可以看出这是一个分子数目减少（体积减小）和放热的反应。在SO2 与O2反应生成SO3 （这个从左向右方向进行的反应叫正反应）的同时， SO3也有一部分分解为SO2和O2 （这个从右向左方向进行的反应叫逆反应）。因此，我们说SO2转化反应是一个可逆的反应过程。已反应了的SO2对起始SO2总量之比百分比叫做总转化率。2反应的平衡和转化率 在反应开始时，由于反应物（ SO2 ）浓度很高，没有SO3，所以正反应速度很快，随着反应的进行， SO2和O2浓度减少，正反应速度变慢，而随着SO3浓度的增加，逆应速度变快。一个变慢一个变快，相互接近，最后达到正反应速度与逆反应相等。这时转化生成

33、的SO3量刚好等于分解的SO3量。只要反应条件不改变，无论时间多长，反应物不再减少，生成物也不再增加。此时反应达到了化学平衡，反应速度为零。各个组分的浓度称为平衡浓度，这时SO2的转化率称为平衡转化率。化学反应达到了平衡就是在一定条件下达到了反应的极限，所以平衡转化率就是在该条件下可能达到的最大转化率。平衡转化率越高，则实际可能达到的转化率也越高。 3反应所用的催化剂钒触媒含有7%-12%五氧化二钒，这是具有催化活性的主体成分。一般把五氧化二钒叫“活性剂”。还含有一定量的碱金属盐，通称碱金属盐为“促进剂”，或叫“助催化剂”，一般常采用钾的硫酸盐。触媒中除五氧化二钒、硫酸钾两种成分以外，还有大量

34、的二氧化硅，它的作用主要是做载体。工业上一般采用硅藻土或硅胶，以用硅藻土为多。载体的作用使反应气体与触媒中活性组分充分接触，从而提高转化效率 。 在高温下，触媒催化活性下降主要有以下原因：（1）在高温下，触媒中的五氧化二钒和硫酸钾形成了一种比较稳定的，无催化活性的氧钒基钒酸盐，分子式为： 4V2O5 V2O4 K2O 4V2O5 V2O4 2K2O 5V2O5 V2O4 K2O（2）在610以上的高温作用下，触媒中的钾和二氧化硅结合，随着活性物质中钾含量的减少，使五氧化二钒从熔融物中析出来，造成催化活性下降；（3）在610 左右，五氧化二钒和载体二氧化硅之间会慢慢发生固相反应，使部分五氧化二钒

35、变成了没有活性的硅酸盐。（5）控制要点1 转化器各层的温度2 氧硫比的控制3 SO2鼓风机开度的调节干吸工段（1）气体干吸的目的 在转化操作温度下，虽然SO2气体中的水蒸气对钒催化剂是没有危害的，但是水蒸气和转化后的SO3一起，在吸收中会形成酸雾且很难被吸收，可导致尾气烟囱冒烟，同时酸雾与水分综合利用，可造成干吸及转化工序中管道设备的腐蚀，甚至造成催化剂结块，活性降低、阻力增大等。 三氧化硫的吸收是接触法制造硫酸的最后一道工序，虽然在生产硫酸的吸收操作中，存在着物理和化学吸收的两种过程，但是我们还是习惯地称其为三氧化硫的吸收。（2）干吸工段的主题设备干燥塔吸收塔酸循环槽换热器除雾沫设备（3）干

36、吸工序的烟气流程干吸工段采用了常规的一级干燥、二次吸收的烟气处理流程。在干吸工段，干燥塔内循环淋洒93%浓硫酸，一吸塔和二吸塔内循环淋洒98%浓硫酸。浓硫酸循环系统均采用塔槽泵冷却器塔的泵后冷却工艺流程。吸收主要设备有：吸收塔、循环酸槽、酸泵以及酸冷器等 。带阳极保护的酸冷却器用于干吸工序浓硫酸的冷却，采用固定管壳式结构，壳侧走酸，管侧走水，冷却介质用工业循环冷却水。阳极保护管壳式浓酸冷却器的主材质是316L不锈钢，壳体用314L不锈钢，并附阳极保护装置。采用泵后冷却流程，即酸冷却器位于泵和塔之间，泵出口之后。浓硫酸冷却器是加压操作，并采用板式换热器进行换热。1气的干燥 净化工段出来的净化烟气

37、，在淋洒93%硫酸的干燥塔内脱除烟气中所含的水份，经干燥后含水0.1g/m3的烟气经SO2鼓风机送往转化工段。 3 酸温的冷却 1-管式干燥冷却器，2-管式 吸收冷却器5尾气的外排第二吸收塔的烟气经塔头纤维除雾器除雾后将酸雾量降至42mg/m3，然后由尾气烟囱排空。尾气烟囱入口的SO2浓度336PPm （1）双膜理论：在气液两相接触时其间存在着界面，界面双方又分别存在着一层稳定的气膜和液膜，一切质量和热量的传递必须克服气膜和液膜阻力后才可以进行，这就是我们所称的双膜理论。气体在干燥过程中，气体中的水蒸气通过气相主体以对流的形式扩散到气膜，然后以分子扩散的形式通过液膜，再以对流扩散的形式传递到液

38、相主体，从而使气体得以干燥。根据“双膜理论”，我们在实际生产过程中可以从以下三方面着手，强化传质过程。1提高气液流动速度，使气膜和液膜变薄，更新快，有利于传质过程的进行。但流速过快，流体阻力随之增大，而且还会出现乳化和液泛现象。2增大气液接触面积，即一方面要注意选择表面积大、流体力学性能好的填料，如将拉西环改为矩鞍形环和阶梯环等。另一方面还要注意改进设备结构（因气液两相有稳定的界面，气液间接触面积的大小，主要由设备由设备结构决定），例如将填充塔改为泡沫塔等。3增加喷淋密度或改善喷淋状况，提高填料的润湿率，增加有效的接触面积。但要注意防止由此引起的阻力过大和带沫的现象，更要注意不能发生液泛现象。

39、2SO3气体的吸收原理 SO3被浓硫酸吸收后与其中的水化合成硫酸，其反应式为：nSO3+H2OH2SO4+(n-1)SO3+89247 J 由此反应可知，随着SO3与水比例的改变，可以生成各种浓度的硫酸。若n1，则生成发烟硫酸； n=1，则生成无水硫酸； n1，则生成含水硫酸。 影响SO3气体吸收的主要因素 影响SO3气体吸收的主要因素有硫酸的浓度、吸收温度、循环酸量、设备结构和气速等。（5） 控制要点1 干燥酸浓度应控制在93.5%95%，浓度高一些，可以避免发生腐蚀；2 吸收酸浓度应控制在98.3%，因为此时的吸收率是最高。3 酸循环槽的液位控制4 成品酸槽的液位控制6 酸库工段；储酸槽

40、计量槽 管道 酸泵四 低碳生产1 降低水耗a 采用回用雨水和外排循环水，降低水耗；b 净化工段的污酸经圆锥沉降槽后，回用部分稀酸到一级动力波循环使用；c 控制好净化的工艺指标，在满足工艺条件下，减少补水和外排水；d 加强巡检力度，杜绝各类水管发生滴漏现象；e 精细操作，按照工艺技术指标严格控制各工段塔体设备、槽设备的液位，杜绝浸液现象。2 降低电耗a 密切联系上下游工序，紧密配合，精细操作，降低电炉的开启频率；b 应用高压变频设备节能设备，在现有的技术装备允许的条件下，以调整3K风机的导叶开度为辅来降低电能节约电耗；c 加强巡检力度，维护和保养管理，发现事故隐患及时组织处理，避免设备空载运行。

41、3 保障尾气达标排放a 加强与上一道工序的联系，密切观察投料量，确保SO2浓度稳定；b 控制好各项工艺条件参数（酸浓、酸温等），使其平稳，减少波动；c 加强应对突发紧急事故处理的能力（如循环酸泵故障等），能及时采取有效正确的方式处理；d 对电炉和尾气吸收塔等重要辅助设施要进行周期管理，确保关键时刻能及时启动。冶炼烟气制酸中的干燥和吸收工段1干吸工段工艺流程1.1干吸工段工艺流程图SO2烟气干燥塔K风机烟 气酸 冷 器酸泵循 环 酸 槽一 吸 塔热交换器(管内)烟 气酸 冷 器酸泵循 环 酸 槽热交换器(管间)烟 气SO3冷却器(管内)二吸塔尾气排空烟 气成品中间槽酸泵酸冷器硫酸（去酸库）冷却塔

42、循环水池水泵1.2工艺及设备简述所谓的“两转两吸”工艺就是，炉气进行一次转化、一次吸收后、再进行第二次转化和第二次吸收。采用两次转化工艺时，催化剂转填段数以及其在前后两次转化的分配与最终转化率、换热面积大小有很大关系。流程的特征，可采用第一、二次转化段数和含SO2气通过换热器的次序来表示。例如：3+1，、-、流程，是指第一次转化用三段催化剂，第二次转化用一段催化剂；第一次转化前，含SO2气体通过换热器的次序为：第换热器（指冷却从第段催化剂床出来的转化气用的换热器），第换热器；第二次转化前，含的SO2气体通过换热器的次序为第换热器，第换热器。此外常见的还有3+1，、-、等流程。现在，一般有“2+

43、1”、“ 3+1”、“ 2+2”、“ 3+2”等组合方式，国内外多采用“3+1”组合方式。这种方式，气体进入第一吸收塔（中间吸收塔）后，由于经过三段转过三段转化，在塔中将会有更多SO3从系统中移去，如果第二次转化反应温度足够低，则可以获得稍高的最终转化率。吸收主要设备有：吸收塔、循环酸槽、酸泵以及酸冷器等，这些设备同干燥系统的设备在功能与结构上都相近，其中吸收塔类型同干燥系统。干燥-吸收系统所用酸冷器可以分为管壳式、淋洗式、螺旋板式和板式等。带阳极保护的酸冷却器用于干吸工序浓硫酸的冷却，采用固定管壳式结构，壳侧走酸，管侧走水，冷却介质用工业循环冷却水。阳极保护管壳式浓酸冷却器的主材质是316L

44、不锈钢，壳体用314不锈钢，并附阳极保护装置.浓硫酸冷却器位于塔与酸循环为之间，泵的入口之前。由于浓硫酸冷却器的酸是借重力流动克服阻力，这类流程只适宜用阻力小的酸冷却器。如排管冷却器，而难以采用流速高、传热系数高，阻力大的板式或管壳式磋冷却器。由于需要依靠液位差克服管道、阀门、酸冷却器的阻力，因此塔要放在较高的平台上。泵后冷却流程。即酸冷却器位于泵和塔之间，泵出口之后。浓硫酸冷却器是加压操作。此类流程特别适合采用板式换热器和管壳式酸冷却器的场合。由于酸流速提高，可增大传热系数，从而节省传热面积，近年的设计多选用板式或管壳试酸冷却器，故都采用此两种流程。工业上较普遍采用的除雾、沫设备有纤维除雾器

45、和金属丝网除沫器。纤维除雾器可以捕集3m的雾沫。在硫酸工业中，丝网除沫器用于干燥塔出口气体的捕沫效果很好，但用于吸收塔出口气体的除雾沫效率不太高。纤维除雾器专门用于捕集吸收塔出口气体的酸雾。纤维除雾器只适应于对清洁气体的除雾。金属丝网除沫器是一种压降较低、效率较高的气液分离设备。在硫酸工业中已广泛应用作干燥塔上的捕沫设备。2炉气的干燥二氧化硫烟气干燥的工艺流程为：从电除雾来的二氧化硫气体从干燥塔的下部进入干燥塔，同时，从干燥塔的顶部喷淋适量密度的93%的干燥用硫酸，气液两相在塔内的填料表面进行充分接触并传质和传热，在两相充分接触时，由于浓硫酸具有强吸水性，干燥酸将气体中的水分充分吸收。经过干燥

46、后的气体被风机送往转化工段。2.1酸雾和酸雾的形成原因酸雾就是硫酸分子在气相中达到硫酸蒸气的过饱和现象，看似像雾一样。酸雾的形成原因主要是SO3与气相中的水蒸汽迅速结合，生成硫酸分子，由于来不及溶解在水里，在气相中发生硫酸蒸气的过饱和现象而凝成酸雾，酸雾比硫酸分子大得多，且悬浮在气相中。从酸雾的形成原因可知，酸雾要形成必须具备两个条件：首先是要有SO3气体，其次是有水蒸汽。酸雾形成的因素比较复杂，主要是取决于SO2烟气的干燥和SO3的吸收。2.2响炉气干燥的主要因素2.2.1炉气温度和含水量炉气经过干法除尘、稀酸洗涤降温和电除雾器除雾以后，尘、氟、砷等杂质一般均达到了规定指标，但炉气中的水分却

47、增加了，一般达到了饱和状态。炉气中水分含量与炉气温度有关，温度越高其水分含量就越多。在生产中进入干燥塔的允许最高气体温度，是由干燥吸收酸系统水平衡所决定的。在炉气二氧化硫浓度为80%的情况下，炉气干燥塔温度不得超过40度。在实际操作中下一般要控制在38度以下。结合我车间生产实际情况，烟气中SO2平均浓度为8%，成品硫酸浓度为98%，结合图一（见图一）可查得最高允许温度为38，为使经干燥后的烟气含水量0.1 g/Nm3，我们要求干燥塔入口烟气温度35。2.2.2干燥所用的硫酸浓度和温度一般根据四个因素来确定干燥炉气用的硫酸浓度和温度：硫酸液面上的水蒸气分压要小，保证干燥后的炉气含水量小于0.1g

48、/Nm3；在干燥过程中尽量少产生酸雾或不产生酸雾；在干燥过程中对水的吸收速度要快，需要的吸收面积要小；对SO2气体溶解要少，尽量减少炉气中二氧化硫的损失。2.2.3干燥酸浓度和温度的选择硫酸液面一般有水蒸汽、硫酸蒸气和SO3等三个组分。组分的含量通常以其蒸气压的高低或以g/Nm3来表示。这三个组分的多少，主要与硫酸浓度和温度有关。干燥酸浓度低于85%，在100以下，硫酸液面上的硫酸蒸气和SO3很少，实际上可认为只存在水蒸汽，干燥酸浓度超过85%以后，随着浓度的升高，硫酸蒸气的含量逐渐增加，水蒸汽的含量在逐渐减少。硫酸液面上的SO3，要待干燥酸浓达到94%时，温度在100下，才有少量。 表一 硫

49、酸液面上的蒸汽分压干燥酸浓度（%）8590949698.4100104.5 蒸汽分压20PH2O5.3335.3330.0320.005PH2SO40.00010.0040.0290.012PSO30.01731.99740PH2O25.3312.9330.2130.0400. 00PH2SO40.0040.0120.0270.1870.073PSO30.0010.147226.6560PH2O97.32513.3321.200.2530.0270.001PH2SO40.0030.0230.0670.1730.9330.40PSO30.0110.933641.2880PH2O323.9751.

50、9665.3331.2670.1600.011PH2SO40.0120.1070.3330.804.01.60PSO30.0040.0674.9332229.8100PH2O941.25170.6519.9885.3330.800.053PH2SO40.0530.4671.333177.7514.665.333PSO30.0010.0210.4021.336779.4从表一（见表一）可以看出，干燥酸的浓度应取90%以上，干燥酸温度应比60低得多才行。当干燥酸浓度达到98.3%，干燥酸温度在60，水蒸汽分压为0.027 Kpa，在干燥酸浓度大于98.3%的硫酸液面上几乎没有水蒸汽存在，只有硫酸蒸

51、气和SO3。因此从水蒸汽分压越小则吸水性越强这点来看，希望干燥酸浓度越高越好。另外，干燥酸浓度对烟气的干燥速度也有一定的影响，由于硫酸液面上的水蒸汽分压随着干燥酸浓度的增加而降低，所以干燥酸浓度越高，干燥烟气中水分的推动力就越大，干燥水分的速度就越快。若所需干燥水分的数量一定，速度快就可以减少干燥塔内填料的面积。下表列举了为SO2浓度在7%，空塔速度0.6m/s，喷淋密度在12m3/（m2h）条件下，每小时产1t硫酸，干燥塔所需要的拉西环填料总表面积（m2）与硫酸浓度的关系。表二 浓度与填料便面积的关系干燥酸浓度（%）90919293959799表面积（m2）15001356124019611

52、1410721030表二（见表二）可以看出，当硫酸浓度低于93%时，所需填料面积随干燥酸浓度的升高明显降低，当浓度高于93%以后，干燥酸浓度提高所需填料面积减小的幅度就不大了。总的来说干燥酸浓度越高，所需填料面积就越小。但是，干燥酸浓度越高，硫酸液面上的硫酸蒸气分压就越高，就越容易产生酸雾，而且产生的酸雾粒子越细。同时干燥酸温度越高形成的酸雾就越多，从理论上推算，湿烟气进入干燥塔底部与硫酸蒸气混合，露点约在150左右，而烟气和干燥酸的温度都远低于这一温度，所以硫酸蒸气在干燥塔底部几乎全部形成酸雾。因此干燥酸浓度越高，温度越高，硫酸蒸气含量就越多，产生的酸雾就越多越细，如表三所示（见表三）： 表

53、三 干燥酸浓度、温度和产生酸雾之间的关系干燥酸浓度（%）酸雾含量(g/Nm3)406080100900.00060.020.0060.023950.0030.0110.0330.115960.0060.0190.0560.204其次，在干燥酸浓度93%以后，浓度越高，温度越低，溶解的就越多SO2就越多，随着干燥塔的循环酸一起带出的SO2就越多，损失的SO2就越多。所以一般工厂都把干燥烟气的干燥酸浓度定为93%，入塔干燥酸温度控制在3545之间。此种酸的结晶度比较低，为-27，对冬季的硫酸生产、运输和贮存很有利，这也是选用干燥酸浓度为93%的原因之一。此外，当采用阳极保护酸冷器时，干燥酸浓应在9

54、3%96%范围之内，浓度高一些，避免发生腐蚀。为了保证干燥效率和控制酸雾的生成量，出塔酸浓度笔进塔酸浓度降低的范围一般控制在0.3%-0.5%，酸温升高10左右。此外， SO2在85%的H2SO4中的溶解度最低，85%的H2SO4 ， SO2的溶解度随H2SO4浓度提高而增加；其次干燥酸浓度越高，串酸量越增大，随干燥酸一起串入吸收塔随同成品酸带走的SO2就越多，损失的SO2就越多。损失的SO2一部分通过向吸收塔串酸解吸到尾气中，增加了尾气中的SO2含量。为了减少的SO2损失，需增加串酸脱吸塔，将串往吸收循环槽的干燥酸在脱吸塔中用空气脱出干燥酸中溶解的SO2 ，从脱吸塔出来的气体送到干燥塔入口。

55、 2.3双膜理论2.3.1双膜理论的定义在气液两相接触时其间存在着界面，界面双方又分别存在着一层稳定的气膜和液膜，一切质量和热量的传递必须克服气膜和液膜阻力后才可以进行，这就是我们所称的双膜理论。2.3.2双膜理论的特点：（1）相间质的传递，是以分子扩散方式通过两层膜进行的。在炉气洗涤、干燥和吸收作业中，气体或气体中某些组分通过气相主体以对流的形式扩散到气膜，然后以分子的扩散形式通过气膜到双膜界面而溶解于液膜，然后又以分子的扩散形式通过液膜，再以对流扩散的方式传递到液相主体。（2）传质速度主要取决于传递的组分在气膜中的分压和液膜中的浓度，在气膜组分分压越高，液膜中组分浓度越低，传质推动力就越大

56、，传质速度越快。反之，传质速度越慢（3）在气液两相的主体中，对流扩散的阻力比分子扩散的阻力小得多，因此传递的阻力主要集中在两种膜上。所以传质的速度决定在两膜中的扩散速度。用液体吸收气体的速度又主要取决于气体通过气膜的扩散速度。（4）两膜的扩散速度与双膜的厚度成反比。流速加快，双膜变薄，更新快。也就是说提高流速由于流体流动使湍流层变薄和不断更新，有利于传质。 根据“双膜理论”，我们在实际生产过程中可以从以下三方面着手，强化传质过程。 首先，提高气液流动速度，使气膜和液膜变薄，更新快，有利于传质过程的进行。但流速过快，流体阻力随之增大，而且还会出现乳化和液泛现象 其次，增大气液接触面积，即一方面要

57、注意选择表面积大、流体力学性能好的填料，如将拉西环改为矩鞍形环和阶梯环等。另一方面还要注意改进设备结构（因气液两相有稳定的界面，气液间接触面积的大小，主要由设备由设备结构决定），例如将填充塔改为泡沫塔等。 第三，增加喷淋密度或改善喷淋状况，提高填料的润湿率，增加有效的接触面积。但要注意防止由此引起的阻力过大和带沫的现象，更要注意不能发生液泛现象。2.4炉气干燥的指标假定干燥后的残存水分全部变成酸雾，可算出最大的酸雾生成量（见表四）。表四 干燥后炉气中不同水分含量时可能生成的最大酸雾量干燥后水分（g/Nm3）0.050.100.150.20水分全生成酸雾量（g/Nm3）0.3060.0050.9

58、081.21炉气中水分含量不同，经转化后硫酸蒸汽的露点就不同（见表五）。表五 不同水分含量下转化后气体中硫酸蒸汽的露点炉气含水（g/Nm3）0.10.20.30.40.5060.7硫酸蒸汽露点（）112121127131135138141为减轻炉气对鼓风机、冷热交换器和三氧化硫冷却器等设备的腐蚀，国家规定炉气干燥指标为水分含量不超过0.1 g/Nm3。2.5干燥工段常见异常情况及处理措施2.5.1干燥酸泵突然跳闸原因分析：（1）外部供电故障；（2）本系统或本岗位电器故障引起的停电；（3）雷击或其他不可抗拒因素所引起的跳闸；处理措施：（1）立即关闭串酸阀；（2）联系沸腾炉和艾萨炉主控停止进料并降

59、低3K风机导叶开度和关闭补氧阀，必要时打开串气阀串气；（3）联系电工查明原因，确认不是断电造成干燥酸泵跳闸，立即联系巡检工调节相关阀门启动备用泵；如果确认是断电造成干燥酸泵跳闸，立即查明原因及时处理，迅速排除故障；（4）检查循环槽有无漫酸等异常现象，如有漫酸清理现场残酸；（5）待供电正常后按正常开车步骤将本岗位干燥酸泵开起来并观察运行情况；2.5.2干燥循环槽漫酸原因分析：（1）操作事故，操作工阀门调节不当导致干燥循环槽漫酸；（2）液位计失灵不能正确及时反馈干燥循环槽的液位，或因液位计反馈信息错误，导致员工误操作造成干燥循环槽漫酸；（3）串酸阀失灵或损坏，影响正常操作；（4）循环槽液位控制较高，当泵出现故障或突