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
2、活性中心吸附二氧化硫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
3、素有利于提高转化率?中间换热式四段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
4、器,再送到第4、第1换热器加热后,到420左右进入第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 SO3H2O
5、H2SO4(n-l)SO3Q 当当n1时,生成发烟硫酸;时,生成发烟硫酸; 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
6、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)
7、=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。