合成硫酸工艺第二节课件.ppt

1、1.1 二氧化硫炉气的制备 1.1.1 硫铁矿的预处理(破碎与筛分)1.1.2 硫铁矿的焙烧 1.2 炉气的净化与干燥 1.2.1 净化的目的 1.2.2 净化设备 合成硫酸工艺1.3 接触法生产硫酸1.3.1 二氧化硫的催化氧化 1)钒催化剂的成份 V2O5(含量6至10%)为主催化剂；K2O为助催化剂；硅藻土(主要成分SiO2)为载体；有时还配少量Al2O3、BaO、Fe2O3等，以增强催化剂某一方面的性能。2)二氧化硫催化氧化反应机理SO2在催化剂表面的氧化过程包括以下四个步骤：a.催化剂表面活性中心吸附O2分子，使O2分子中原子间的键松弛，生成活泼氧原子。b.催化剂表面活性中心吸附二氧

2、化硫SO2分子。c.SO2和氧原子在催化剂表面生成SO3。d.SO3分子从催化剂表面解析，进入气相。1.3.2 SO2催化氧化的设备和流程 1）转化器 转化器的筒体由钢板焊成，筒内衬有耐腐蚀材料，外壁包有保温材料。催化剂分为多层固定于转化器内，炉气(SO2和O2)在床层中进行绝热反应。按换热方式不同，转化器分为两类：a.间接换热式间接换热式 靠换热器移去反应热 b.直接换热式直接换热式 通过补充一定量的冷气体(炉气或空气)降低气体的温度，又称冷激式。2)工艺流程a.中间换热式四段转化流程 1-第一段换热器2-第二段换热器3-第三段换热器4-第四段换热器 哪些因素有利于提高转化率？中间换热式四段

3、转化流程优缺点优点：各床层间热交换器都在转化器中，结构紧凑；操作集中；压力降小；保温易。缺点：反应器大，结构复杂，层间换热器的清理、检修不便。b.四段转化空气冷激流程 1-预热器2-换热器 从哪些方面提高转化率？四段转化空气冷激流程优缺点 优点：补加空气，出口转化率高。缺点：要增加空气干燥设施和鼓风机，热利用率低。c.二转二吸流程 炉气经3、2热交换器预热到430左右，进入转化器第段催化剂层，转化后气体经第1换热器冷却后进第段转化，依次类推。通过段转化后，转化率达95，经第3换热器冷却后送去第一吸收塔吸收(、为一转；一吸)。吸收后的气体经除沫器，再送到第4、第1换热器加热后，到420左右进入第

4、段催化剂进行二次转化(为二转)。转化后的气体经第4换热器冷却后，送去第二吸收塔吸收(二吸)。从哪些方面提高转化率？二转二吸流程 优点：转化率高(达995)，减少了污染。缺点：两次预热炉气，需传热面积大；不适于SO2浓度低的炉气，因为转化时放热量太少，难于保持热平衡。1.3.3 三氧化硫的吸收 将SO3用硫酸水溶液吸收制成硫酸；或从转化工序出来的转化气(SO3含量不超过10)与水蒸气结合生成硫酸蒸气，再冷凝为硫酸。前者为吸收成酸吸收成酸，后者是冷凝成酸冷凝成酸。1)吸收成酸 吸收成酸是用硫酸水溶液吸收SO3 n SO3H2OH2SO4(n-l)SO3Q 当当n1时，生成发烟硫酸；时，生成发烟硫酸

5、；n=1时，生成无水硫酸；时，生成无水硫酸；n1时，生成含水硫酸时，生成含水硫酸。浓度为98.3的硫酸吸收效果最好：浓度低于浓度低于98.3的硫酸的硫酸，液面上水蒸气分压大。浓度越低，水蒸气分压越大。SO3气体和水蒸气迅速结合成硫酸分子，生成的硫酸分子来不及溶解于水溶液中，绝大部分随不溶性气体(占转化气约 90)一起逸出。因此不能用水或稀硫酸来吸收。浓度高于浓度高于 98.3的硫酸，的硫酸，SO3蒸气压较大。浓度越高，SO3蒸气压越大，吸收推动力越小。吸收速率低。只有浓度为 98.3的硫酸，在任何温度下，总蒸气压最小，是理想的吸收剂。吸收SO3所用的硫酸，须严格控制温度：温度太高，硫酸中水分蒸

6、发，与SO3气体形成酸雾，吸收率降低；温度过低，粘度增大，降低传质系数和吸收速率，吸收酸温以40-50为宜。1-吸收塔2-冷却管3-酸槽4-泵2)冷凝成酸 冷凝成酸适用于转化气中含有水分的场合，SO3与水蒸气结合成硫酸蒸气 SO3(气)H2O(气)H2SO4(气)125 kJ 温度降低，平衡常数增大，平衡向右移动，生成大量H2SO4蒸气。当H2SO4蒸气分压超过其饱和蒸气压，即冷凝成硫酸溶液：H2SO4(气)H2SO4(液)50.13 kJ 上述两个可逆反应构成一个平衡体系：SO3(气)H2O(气)=H2SO4(气)=H2SO4(液)冷凝成酸流程与吸收成酸流程相似，但两者存在不同之处。吸收成酸

7、为化学吸收过程，吸收剂为 98.3浓硫酸，操作温度较低，进塔气体温度在120200。冷凝成酸是物理过程，适用硫酸的浓度较低，操作温度较高，一般转化气体进口温度保持在220400以上。1.3.4 接触法生产硫酸的全流程 硫铁矿经破碎、筛分后，加入沸腾炉，空气由炉底送入。硫铁矿在炉内焙烧，生成的炉气及矿尘从炉顶排出，粗矿渣从炉底渣口排出。SO2炉气经旋风分离器、文氏管、泡沫塔、电除雾器、干燥塔净化。净化后的炉气，用鼓风机升压，经换热器和转化炉内换热器升温到430，进入催化床进行催化氧化。总转化率可达99.5以上，第二吸收塔排出的尾气中 SO2不到0.1，可直接排放。干燥塔内用浓度为93的硫酸喷淋，吸收炉气中的水分，浓度越来越低。吸收塔用的是 98.3的硫酸，吸收 SO3后浓度越来越高。为了维持酸的浓度不变，向 93的酸槽中添加 98.3的硫酸；向 98.3的酸槽中添加 93的硫酸。