1、硫铁矿硫铁矿制取二制取二氧化硫氧化硫原料气原料气二氧化二氧化硫炉气硫炉气净化与净化与干燥干燥二氧化二氧化硫的催硫的催化氧化化氧化三氧化三氧化硫的吸硫的吸收收硫酸硫酸除去杂质气体、除去杂质气体、粉尘、水粉尘、水尾气处理尾气处理1 第七章第七章 硫硫 酸酸第一节第一节 概概 述述第二节第二节 硫铁矿制取二氧化硫炉气硫铁矿制取二氧化硫炉气第三节第三节 炉气的净化与干燥炉气的净化与干燥第四节第四节 二氧化硫的催化氧化二氧化硫的催化氧化第五节第五节 三氧化硫的吸收及尾气的处理三氧化硫的吸收及尾气的处理3学习目标：学习目标：1.1.掌握：硫铁矿焙烧的基本原理；炉气净化与干燥的原掌握：硫铁矿焙烧的基本原理；
2、炉气净化与干燥的原理及工艺流程；二氧化硫催化氧化的基本原理、工艺条件理及工艺流程；二氧化硫催化氧化的基本原理、工艺条件的选择及工艺流程；三氧化硫吸收工艺条件的选择及工艺的选择及工艺流程；三氧化硫吸收工艺条件的选择及工艺流程。流程。2.2.理解：沸腾焙烧工艺条件的选择及工艺流程；沸腾焙理解：沸腾焙烧工艺条件的选择及工艺流程；沸腾焙烧炉及二氧化硫转化器的基本结构；二氧化硫转化器的操烧炉及二氧化硫转化器的基本结构；二氧化硫转化器的操作分析。作分析。3.3.了解：硫酸的性质、生产方法；三氧化硫吸收尾气处了解：硫酸的性质、生产方法；三氧化硫吸收尾气处理的方法。理的方法。4第一节第一节 概述概述一、硫酸性
3、质一、硫酸性质 纯硫酸纯硫酸(H H2 2SOSO4 4)为无色透明油状液体，几乎比水重一为无色透明油状液体，几乎比水重一倍，相对密度倍，相对密度1.82691.8269，不易挥发，溶于水时放热，有比较，不易挥发，溶于水时放热，有比较强的强的腐蚀性和脱水性腐蚀性和脱水性。硫酸是重要的基本化学工业原料。在化肥、冶金、国硫酸是重要的基本化学工业原料。在化肥、冶金、国防、有机合成、石油炼制等工业都有广泛用途。防、有机合成、石油炼制等工业都有广泛用途。工业生产的硫酸指工业生产的硫酸指SOSO3 3和以和以H H2 2O O一定比例混合的溶液，一定比例混合的溶液，而发烟硫酸是其中而发烟硫酸是其中SOSO
4、3 3和和H H2 2O O摩尔比大于摩尔比大于1 1的溶液，发烟硫酸的溶液，发烟硫酸由于由于SOSO3 3蒸气压较大，暴露在空气中能释放出蒸气压较大，暴露在空气中能释放出SOSO3 3，和空气，和空气中的水蒸气迅速结合并凝聚成酸雾而得名。硫酸浓度以含中的水蒸气迅速结合并凝聚成酸雾而得名。硫酸浓度以含的的H H2 2SOSO4 4质量分数表示，而发烟硫酸浓度以所含游离质量分数表示，而发烟硫酸浓度以所含游离SOSO3 3或总或总SOSO3 3的质量分数表示。的质量分数表示。5第一节第一节 概述概述 1.1.结晶温度结晶温度:93.3%93.3%硫酸：硫酸：-38-38（最低）（最低）99%99%
5、硫酸：硫酸：+5.5+5.5（最高）（最高）2.2.硫酸密度硫酸密度:硫酸水溶液的密度随硫酸含量的增加而增大，于硫酸水溶液的密度随硫酸含量的增加而增大，于98.3%98.3%时达到最大，过后则递减。时达到最大，过后则递减。3.3.硫酸的沸点硫酸的沸点:硫酸水溶液的沸点随硫酸含量的增加而增大，于硫酸水溶液的沸点随硫酸含量的增加而增大，于98.3%98.3%时达到最高（时达到最高（383.3383.3），过后则递减。），过后则递减。6第一节第一节 概述概述二、硫酸的生产方法二、硫酸的生产方法硫酸的工业生产方法主要有两种方法，即硫酸的工业生产方法主要有两种方法，即亚硝基法和接触法亚硝基法和接触法。亚
6、硝基法又称硝化法亚硝基法又称硝化法:以硫璜或含硫矿石（如黄铁矿）为以硫璜或含硫矿石（如黄铁矿）为原料，在焚矿炉中燃烧成二氧化硫，除去尘埃，再和硝酸蒸原料，在焚矿炉中燃烧成二氧化硫，除去尘埃，再和硝酸蒸气（氮的氧化物）相混，借助氮的氧化物的交替氧化作用和气（氮的氧化物）相混，借助氮的氧化物的交替氧化作用和还原作用使二氧化硫氧化成三氧化硫，最后被水（或稀硫酸）还原作用使二氧化硫氧化成三氧化硫，最后被水（或稀硫酸）吸收而成硫酸成品。吸收而成硫酸成品。22SO)(OS高温NOSONOSO3224223SOHOHSO7第一节第一节 概述概述 亚硝基法有铅室法和塔式法两种亚硝基法有铅室法和塔式法两种 铅室
7、法始于铅室法始于1818世纪，因设备庞大，生产强度低，需用世纪，因设备庞大，生产强度低，需用大量铅，成品酸浓度仅达大量铅，成品酸浓度仅达65%65%。塔式法是在铅室法的基础上发展起来的，也因与铅室塔式法是在铅室法的基础上发展起来的，也因与铅室法一样，制备的硫酸浓度低（产品浓度达法一样，制备的硫酸浓度低（产品浓度达75%75%）、杂质含、杂质含量高。量高。铅室法和塔式法因其各自的缺点，而逐步被铅室法和塔式法因其各自的缺点，而逐步被接触法接触法取取代。代。本书主要介绍接触法制硫酸工艺本书主要介绍接触法制硫酸工艺8第一节第一节 概述概述接触法制硫酸工艺接触法制硫酸工艺由于硫磺及硫化物在空气中易于燃烧
8、，并生成由于硫磺及硫化物在空气中易于燃烧，并生成SOSO2 2，即，即S+O2SO2并在此基础上，使并在此基础上，使SOSO2 2催化氧化，即可获得催化氧化，即可获得SOSO3 3，即，即2 SO2+O22SO3硫酸是硫酸是SOSO3 3和和H H2 2O O化合后的产物，即化合后的产物，即2SO3+H2OH2SO49第一节第一节 概述概述 由反应式可知，接触法硫酸生产过程分为三个工序：由反应式可知，接触法硫酸生产过程分为三个工序：由含硫原料制取二氧化硫气体，实现这一过程需将含硫由含硫原料制取二氧化硫气体，实现这一过程需将含硫原料焙烧，故工业上称为原料焙烧，故工业上称为“焙烧工序焙烧工序”；将
9、含二氧化硫和氧的气体催化转化为三氧化硫，工业上将含二氧化硫和氧的气体催化转化为三氧化硫，工业上称为称为“转化工序转化工序”；将三氧化硫与水结合成硫酸，实现这一过程需将转化所将三氧化硫与水结合成硫酸，实现这一过程需将转化所得三氧化硫气体用硫酸吸收，工业上称为得三氧化硫气体用硫酸吸收，工业上称为“吸收工序吸收工序”。10第一节第一节 概述概述 不论采用何种原料、何种工艺和设备，以上三个工序不论采用何种原料、何种工艺和设备，以上三个工序必不可少，除三个基本工序外，再加上原料的贮存与加工，必不可少，除三个基本工序外，再加上原料的贮存与加工，含二氧化硫气体的净化，成品酸的贮存于计量，三废处理等含二氧化硫
10、气体的净化，成品酸的贮存于计量，三废处理等工序才构成一个接触法硫酸生产的完整系统。工序才构成一个接触法硫酸生产的完整系统。实现上述这些工序所采用的设备和流程随原料种类、实现上述这些工序所采用的设备和流程随原料种类、原料特点、建厂具体条件的不同而变化，主要区别在于辅助原料特点、建厂具体条件的不同而变化，主要区别在于辅助工序的多少及辅助工序的工作原理。工序的多少及辅助工序的工作原理。11第一节第一节 概述概述硫化氢硫化氢制酸是一典型的无辅助工序的过程，硫化氢燃烧后制酸是一典型的无辅助工序的过程，硫化氢燃烧后得到无催化剂毒物的二氧化硫气体，可直接进入后续转化得到无催化剂毒物的二氧化硫气体，可直接进入
11、后续转化和吸收工序。和吸收工序。硫磺硫磺制酸，如使用高纯度硫磺作原料，整个制酸过程只设制酸，如使用高纯度硫磺作原料，整个制酸过程只设空气干燥一个辅助工序。空气干燥一个辅助工序。冶炼烟气冶炼烟气制酸和制酸和石膏石膏制酸，焙烧处于有色冶金和水泥制作制酸，焙烧处于有色冶金和水泥制作过程之中，所得二氧化硫气体含有矿尘、杂质等，因而需过程之中，所得二氧化硫气体含有矿尘、杂质等，因而需在转化前设置气体净化工序。在转化前设置气体净化工序。硫铁矿硫铁矿制酸是辅助工序最多且最有代表性的化工过程。前制酸是辅助工序最多且最有代表性的化工过程。前述的原料加工、焙烧、净化、吸收、三废处理，成品酸贮述的原料加工、焙烧、净
12、化、吸收、三废处理，成品酸贮存和计量工序在该过程中均有。存和计量工序在该过程中均有。12第二节第二节 硫铁矿制取二氧化硫炉气硫铁矿制取二氧化硫炉气一、硫铁矿焙烧的基本原理一、硫铁矿焙烧的基本原理1.1.焙烧反应焙烧反应 硫铁矿的焙烧主要是矿石中的硫铁矿的焙烧主要是矿石中的FeSFeS2 2与空气中的氧反应，与空气中的氧反应，生成生成SOSO2 2炉气。焙烧反应分两步进行：炉气。焙烧反应分两步进行：第一步：硫铁矿在高温下受热分解为硫化亚铁和硫第一步：硫铁矿在高温下受热分解为硫化亚铁和硫2FeS2=2FeS+S2第二步：硫蒸气的燃烧和硫化亚铁的氧化反应，分解得到第二步：硫蒸气的燃烧和硫化亚铁的氧化
13、反应，分解得到硫蒸汽与氧反应，即瞬间生成二氧化硫硫蒸汽与氧反应，即瞬间生成二氧化硫S2+O2=SO2 13 硫铁矿分解出硫后，剩下的硫化亚铁逐渐变成多孔性物硫铁矿分解出硫后，剩下的硫化亚铁逐渐变成多孔性物质，继续焙烧，质，继续焙烧，当空气过剩量大时当空气过剩量大时，最后生成红棕色的固态，最后生成红棕色的固态物质三氧化二铁。物质三氧化二铁。4FeS+7O2=2Fe2O3+4SO2焙烧反应的总反应式：焙烧反应的总反应式：4FeS2+11O2=2Fe2O3+8SO2 当空气过剩量小时当空气过剩量小时，则生成，则生成FeFe3 3O O4 4，固态物质呈黑色；总，固态物质呈黑色；总反应式：反应式：3F
14、eS2+8O2=Fe3O4+6SO2 一、硫铁矿焙烧的基本原理一、硫铁矿焙烧的基本原理14 上述反应中硫与氧反应生成的二氧化硫及过量氧、上述反应中硫与氧反应生成的二氧化硫及过量氧、氮和水蒸气等气体统称为氮和水蒸气等气体统称为炉气炉气 铁与氧生成的氧化物及其他固态物质统称为铁与氧生成的氧化物及其他固态物质统称为烧渣烧渣。一、硫铁矿焙烧的基本原理一、硫铁矿焙烧的基本原理152.2.焙烧速率焙烧速率 硫铁矿的焙烧是气硫铁矿的焙烧是气-固非均相反应过程，反应是在气固非均相反应过程，反应是在气固两相的接触表面上进行，整个反应过程由一系列反应固两相的接触表面上进行，整个反应过程由一系列反应步骤组成：步骤组
15、成：FeSFeS2 2的分解；氧向硫铁矿表面扩散；氧与的分解；氧向硫铁矿表面扩散；氧与FeSFeS反应；生成的反应；生成的SOSO2 2由矿粒表面向气流主体扩散。另外还存由矿粒表面向气流主体扩散。另外还存在着硫磺蒸汽向外扩散及氧与硫的反应等。在着硫磺蒸汽向外扩散及氧与硫的反应等。由前述硫铁矿的焙烧反应分两步进行的，为了提高由前述硫铁矿的焙烧反应分两步进行的，为了提高焙烧的反应速率，应该研究上列反应中哪一步反应是整焙烧的反应速率，应该研究上列反应中哪一步反应是整个过程的控制步骤。根据实验测得的结果，个过程的控制步骤。根据实验测得的结果，硫化亚铁的硫化亚铁的焙烧反应速率焙烧反应速率是整个焙烧过程的
16、控制步骤。是整个焙烧过程的控制步骤。一、硫铁矿焙烧的基本原理一、硫铁矿焙烧的基本原理16 FeSFeS与气相中氧的反应是在矿料颗粒的外表面及整个与气相中氧的反应是在矿料颗粒的外表面及整个颗粒内部进行的。当矿粒外表面的颗粒内部进行的。当矿粒外表面的FeSFeS与氧反应后，由于与氧反应后，由于生成氧化铁矿渣层，而氧与矿料内部硫化亚铁继续作用时，生成氧化铁矿渣层，而氧与矿料内部硫化亚铁继续作用时，就必须通过矿渣层。反应生成的就必须通过矿渣层。反应生成的SOSO2 2气体，也必须通过氧气体，也必须通过氧化铁层扩散出来。故随着焙烧反应的进行，氧化铁层的厚化铁层扩散出来。故随着焙烧反应的进行，氧化铁层的厚
17、度加厚，氧和度加厚，氧和SOSO2 2所受的扩散阻力也越来越大，这样硫化所受的扩散阻力也越来越大，这样硫化亚铁的焙烧速率不仅受化学反应本身因素的影响，同时也亚铁的焙烧速率不仅受化学反应本身因素的影响，同时也受扩散过程各因素的影响。受扩散过程各因素的影响。一、硫铁矿焙烧的基本原理一、硫铁矿焙烧的基本原理17提高焙烧速率的途径：提高焙烧速率的途径：提高操作温度。但不宜太高，太高会使炉内结疤，焙提高操作温度。但不宜太高，太高会使炉内结疤，焙烧反而不能顺利进行。通常温度范围为烧反而不能顺利进行。通常温度范围为900900左右。左右。u 减小硫铁矿粒度。可以减小扩散阻力，增加接触面积。减小硫铁矿粒度。可
18、以减小扩散阻力，增加接触面积。u 提高入炉空气氧含量。提高入炉空气氧含量。一、硫铁矿焙烧的基本原理一、硫铁矿焙烧的基本原理18一、硫铁矿焙烧的基本原理一、硫铁矿焙烧的基本原理3.3.沸腾焙烧沸腾焙烧 硫铁矿的焙烧过程是在培烧炉内进行的，随着固体流硫铁矿的焙烧过程是在培烧炉内进行的，随着固体流态化技术的发展，焙烧已由固定床型的块矿炉、机械炉发态化技术的发展，焙烧已由固定床型的块矿炉、机械炉发展成为展成为流化床型的沸腾炉流化床型的沸腾炉。硫铁矿的沸腾焙烧，就是应用。硫铁矿的沸腾焙烧，就是应用固体流态化技术来完成焙烧反应。焙烧过程中床层呈现固固体流态化技术来完成焙烧反应。焙烧过程中床层呈现固定床、流
19、化床及流体输送三种状态。沸腾炉焙烧必须保持定床、流化床及流体输送三种状态。沸腾炉焙烧必须保持床层正常沸腾。床层正常沸腾。19一、硫铁矿焙烧的基本原理一、硫铁矿焙烧的基本原理沸腾焙烧具有以下优点：沸腾焙烧具有以下优点：操作连续，便于自动控制；操作连续，便于自动控制；固体颗粒较小，气固相间的传热、传质面积大固体颗粒较小，气固相间的传热、传质面积大固体颗粒在气流中剧烈运动，使得固体表面边界层受固体颗粒在气流中剧烈运动，使得固体表面边界层受到不断地破坏和更新，促使化学反应速率、传热和传质到不断地破坏和更新，促使化学反应速率、传热和传质效率大大提高。效率大大提高。204.4.沸腾焙烧炉沸腾焙烧炉 沸腾炉
20、炉体为钢壳，内衬耐火砖。炉内空间分为上部沸腾炉炉体为钢壳，内衬耐火砖。炉内空间分为上部为为燃烧空间、沸腾层燃烧空间、沸腾层和和空气室空气室三部分。三部分。空气室也可称为风室，鼓风机将空气鼓入炉内先经空空气室也可称为风室，鼓风机将空气鼓入炉内先经空气室，为使空气能均匀经过气体分布板进入沸腾层，空气气室，为使空气能均匀经过气体分布板进入沸腾层，空气室一般做成锥形，分布板上安排有许多风帽。风帽的作用室一般做成锥形，分布板上安排有许多风帽。风帽的作用是使空气均匀喷入炉膛，保证炉截面上没有任何是使空气均匀喷入炉膛，保证炉截面上没有任何“死角死角”，同时也防止矿粒从板上漏入空气室。同时也防止矿粒从板上漏入
21、空气室。一、硫铁矿焙烧的基本原理一、硫铁矿焙烧的基本原理21 沸腾层是矿料焙烧的主要空间，炉内温度此处为最沸腾层是矿料焙烧的主要空间，炉内温度此处为最高，为防止温度过高而使矿料熔结，在沸腾层设有冷却高，为防止温度过高而使矿料熔结，在沸腾层设有冷却装置来控制温度和回收热量。沸腾层的高度一般以矿渣装置来控制温度和回收热量。沸腾层的高度一般以矿渣溢流口高度为准。溢流口高度为准。上部燃烧空间的直径比沸腾层有所扩大，在此加入上部燃烧空间的直径比沸腾层有所扩大，在此加入二次空气，使被吹起来的矿料细粒在此充分燃烧，以确二次空气，使被吹起来的矿料细粒在此充分燃烧，以确保一定的烧出率，同时降低气体流速，以减少吹
22、出的矿保一定的烧出率，同时降低气体流速，以减少吹出的矿尘量，减轻炉气除尘的负荷。尘量，减轻炉气除尘的负荷。一、硫铁矿焙烧的基本原理一、硫铁矿焙烧的基本原理22一、硫铁矿焙烧的基本原理一、硫铁矿焙烧的基本原理23二、沸腾焙烧的工艺条件二、沸腾焙烧的工艺条件第二节第二节 硫铁矿制取二氧化硫炉气硫铁矿制取二氧化硫炉气1.1.沸腾层温度沸腾层温度 温度一般控制在温度一般控制在850850 950950 C C左右，影响温度的主要因左右，影响温度的主要因素是素是投料量投料量、矿料的含硫量矿料的含硫量以及以及空气加入量空气加入量。为使沸腾层温度保持稳定，应使投料量、矿料的含为使沸腾层温度保持稳定，应使投料
23、量、矿料的含硫量以及空气加入量尽量固定不变。矿料含硫量一般变化硫量以及空气加入量尽量固定不变。矿料含硫量一般变化不大；而调节空气加入量来改变温度，会影响炉气中二氧不大；而调节空气加入量来改变温度，会影响炉气中二氧化硫的浓度，也会造成沸腾层气体速度的变化，进而影响化硫的浓度，也会造成沸腾层气体速度的变化，进而影响炉底压力。故常用调节投矿量来控制沸腾层温度。炉底压力。故常用调节投矿量来控制沸腾层温度。24二、沸腾焙烧的工艺条件二、沸腾焙烧的工艺条件 2.2.炉气中二氧化硫的浓度炉气中二氧化硫的浓度 空气加入量一定时，提高炉气中二氧化硫的浓度，可空气加入量一定时，提高炉气中二氧化硫的浓度，可以降低三
24、氧化硫的浓度。三氧化硫浓度的降低，对净化工以降低三氧化硫的浓度。三氧化硫浓度的降低，对净化工序的正常操作和提高设备能力是有利的。而二氧化硫浓度序的正常操作和提高设备能力是有利的。而二氧化硫浓度增大，空气过剩量就减少，造成烧渣中残硫量增加，这是增大，空气过剩量就减少，造成烧渣中残硫量增加，这是不利的。不利的。故炉气中二氧化硫浓度一般控制在故炉气中二氧化硫浓度一般控制在10%-14%10%-14%为宜。为宜。3.3.炉底压力炉底压力 炉底压力一般在炉底压力一般在8.8-11.8KPa8.8-11.8KPa（表压）（表压）。炉底压力应。炉底压力应尽量维持稳定，压力波动会直接影响空气加入量，随后沸尽量
25、维持稳定，压力波动会直接影响空气加入量，随后沸腾层温度也会波动，一般用连续均匀排渣来控制炉底压力腾层温度也会波动，一般用连续均匀排渣来控制炉底压力稳定。稳定。25二、沸腾焙烧的工艺流程二、沸腾焙烧的工艺流程三、沸腾焙烧工艺流程三、沸腾焙烧工艺流程26二、沸腾焙烧的工艺流程二、沸腾焙烧的工艺流程 矿料先由皮带输送机送到加料贮斗，经圆盘加料器连续矿料先由皮带输送机送到加料贮斗，经圆盘加料器连续加料。矿料从加料口均匀地加入沸腾炉，鼓风机将空气鼓入加料。矿料从加料口均匀地加入沸腾炉，鼓风机将空气鼓入沸腾炉下部的空气室，炉内进行焙烧反应。焙烧生成的炉气沸腾炉下部的空气室，炉内进行焙烧反应。焙烧生成的炉气
26、出沸腾炉后先到废热锅炉，炉气在废热锅炉内降温（利用炉出沸腾炉后先到废热锅炉，炉气在废热锅炉内降温（利用炉气的热量产生蒸汽），同时除去一部分矿尘。气的热量产生蒸汽），同时除去一部分矿尘。炉气出废热锅炉再进入旋风除尘器，在此除去大部分矿炉气出废热锅炉再进入旋风除尘器，在此除去大部分矿尘进入电除尘器，经过废热锅炉、旋风除尘器、电除尘器多尘进入电除尘器，经过废热锅炉、旋风除尘器、电除尘器多次除尘，使炉气中矿尘含量（标准状态）降到次除尘，使炉气中矿尘含量（标准状态）降到0.20.5g/cm30.20.5g/cm3，炉气送净化工序进行净化。沸腾炉的烧渣和上述除去的矿尘，炉气送净化工序进行净化。沸腾炉的烧渣
27、和上述除去的矿尘，均由埋刮板机送到渣尘贮斗，再由运渣车运走。均由埋刮板机送到渣尘贮斗，再由运渣车运走。27第三节第三节 炉气的净化与干燥炉气的净化与干燥一、炉气的净化一、炉气的净化1.1.炉气净化的目的和要求炉气净化的目的和要求 炉气经焙烧得到的炉气中，除含有转化工序所需的有炉气经焙烧得到的炉气中，除含有转化工序所需的有用气体用气体SOSO2 2和和O O2 2以及惰性气体以及惰性气体N N2 2之外，还含有之外，还含有SOSO3 3、AsAs2 2O O3 3 、SeOSeO2 2 、H H2 2O O、氟化物及矿尘等，它们均为有害物质，在进、氟化物及矿尘等，它们均为有害物质，在进入转化工序
28、之前必须除去。入转化工序之前必须除去。炉气中的矿尘不仅会堵塞设备与管道，而且会造成后炉气中的矿尘不仅会堵塞设备与管道，而且会造成后续工序催化剂失活；砷和硒则是催化剂的毒物；炉气中的续工序催化剂失活；砷和硒则是催化剂的毒物；炉气中的水分和水分和SOSO3 3极易形成酸雾，不仅对设备产生严重腐蚀，而且极易形成酸雾，不仅对设备产生严重腐蚀，而且很难被吸收除去。故炉气在送入转化之前，必须先对炉气很难被吸收除去。故炉气在送入转化之前，必须先对炉气进行净化，使之达到净化指标。进行净化，使之达到净化指标。28一、炉气的净化一、炉气的净化矿尘的清除矿尘的清除 对炉气中的矿尘清除，需了解矿尘的粒度大小，采用相对
29、炉气中的矿尘清除，需了解矿尘的粒度大小，采用相应的净化方法来清除。依据矿粒由大到小可一次采用自由沉应的净化方法来清除。依据矿粒由大到小可一次采用自由沉降（如降尘室）或旋风分离（如旋风分离器）、电除尘降（如降尘室）或旋风分离（如旋风分离器）、电除尘（0.1-10m0.1-10m）、液相洗涤法（）、液相洗涤法（0.05m0.05m，泡沫洗涤塔）。，泡沫洗涤塔）。砷、硒的清除砷、硒的清除 砷、硒在焙烧过程中分别形成氧化物砷、硒在焙烧过程中分别形成氧化物AsAs2 2O O3 3、SeOSeO2 2，它们，它们在气体中的饱和含量随着温度降低而迅速下降，因此可采用在气体中的饱和含量随着温度降低而迅速下降
30、，因此可采用水或稀硫酸来降温洗涤炉气。实践证明，当温度低于水或稀硫酸来降温洗涤炉气。实践证明，当温度低于5050时，时，气体中的砷、硒的氧化物已降至规定的指标值以下。气体中的砷、硒的氧化物已降至规定的指标值以下。2.2.炉气净化的原理和方法炉气净化的原理和方法29一、炉气的净化一、炉气的净化酸雾的形成与清除酸雾的形成与清除 酸雾是利用水或稀硫酸洗涤炉气时，洗液中的水蒸气酸雾是利用水或稀硫酸洗涤炉气时，洗液中的水蒸气进入气相，使炉气中的水蒸气的含量增加，造成水蒸气与进入气相，使炉气中的水蒸气的含量增加，造成水蒸气与SOSO3 3结合成硫酸蒸气。当温度降到一定程度，硫酸蒸气就会结合成硫酸蒸气。当温
31、度降到一定程度，硫酸蒸气就会达到饱和，直至过饱和。当过饱和度等于或大于过饱和度达到饱和，直至过饱和。当过饱和度等于或大于过饱和度的临界值时，硫酸蒸气就会在气相中冷凝，形成在气相中的临界值时，硫酸蒸气就会在气相中冷凝，形成在气相中悬浮的微小液滴，称之为酸雾。悬浮的微小液滴，称之为酸雾。实践证明，气体的冷却速度越快，蒸气的过饱和度越实践证明，气体的冷却速度越快，蒸气的过饱和度越高，越易形成酸雾。为防止酸雾的形成，必须控制一定的高，越易形成酸雾。为防止酸雾的形成，必须控制一定的冷却速度，使整个洗涤过程中硫酸蒸气的过饱和度低于临冷却速度，使整个洗涤过程中硫酸蒸气的过饱和度低于临界值。界值。30一、炉气
32、的净化一、炉气的净化 酸雾的清除，采用电除雾器完成。酸雾的清除，采用电除雾器完成。为了提高除雾效为了提高除雾效果，采用果，采用逐级增大粒径、逐级分离逐级增大粒径、逐级分离的方法。一是逐级降的方法。一是逐级降低洗涤酸的浓度，从而使气体被增湿，酸雾因吸收水分低洗涤酸的浓度，从而使气体被增湿，酸雾因吸收水分而增大粒径；一是逐级冷却气体，使酸雾也被冷却，气而增大粒径；一是逐级冷却气体，使酸雾也被冷却，气体中的水分在酸雾的表面亦被冷凝，同样可以增大酸雾体中的水分在酸雾的表面亦被冷凝，同样可以增大酸雾的粒径。此外增加电除雾器的段数，增加气体在电除雾的粒径。此外增加电除雾器的段数，增加气体在电除雾器中的停留
33、时间，到达提高除雾的效果。器中的停留时间，到达提高除雾的效果。31一、炉气的净化一、炉气的净化3.3.炉气净化的工艺流程炉气净化的工艺流程 以硫铁矿为原料的接触法制酸装置的炉气净化流程以硫铁矿为原料的接触法制酸装置的炉气净化流程有很多种。如酸洗流程、水洗净化流程等。有很多种。如酸洗流程、水洗净化流程等。（1 1）酸洗流程）酸洗流程“文泡冷电文泡冷电”酸酸洗流程洗流程动力波净化工艺动力波净化工艺（2 2）水洗流程）水洗流程a)a)文泡文水洗流程文泡文水洗流程b)b)文泡电水洗流程文泡电水洗流程c)c)文文冷电水洗流程文文冷电水洗流程32二、炉气的干燥二、炉气的干燥第三节第三节 炉气的净化与干燥炉
34、气的净化与干燥 目的：目的：除去水蒸气，防止生成酸雾（腐蚀设备、除去水蒸气，防止生成酸雾（腐蚀设备、污染大气）污染大气）干燥原理干燥原理:浓硫酸的强吸湿性浓硫酸的强吸湿性 炉气中水蒸气的分压大于硫酸液面上的水蒸气分炉气中水蒸气的分压大于硫酸液面上的水蒸气分压时，炉气即被干燥。压时，炉气即被干燥。33二、炉气的干燥二、炉气的干燥图图7-6 7-6 炉气干燥流程示意图炉气干燥流程示意图34第四节第四节 二氧化硫的催化氧化二氧化硫的催化氧化一、二氧化硫催化氧化的基本原理一、二氧化硫催化氧化的基本原理1.SO1.SO2 2氧化为氧化为SOSO3 3的化学平衡的化学平衡32221SOOSO这是一个体积缩
35、小的、可逆放热这是一个体积缩小的、可逆放热的、气固相催化应。的、气固相催化应。35一、二氧化硫催化氧化的基本原理一、二氧化硫催化氧化的基本原理 温度：温度：当压力、炉气组成一定时，降低温度，可当压力、炉气组成一定时，降低温度，可提高二氧化硫的转化率（二氧化硫氧化放热反应）提高二氧化硫的转化率（二氧化硫氧化放热反应）压力：压力：二氧化硫氧化反应是体积减小的反应，提二氧化硫氧化反应是体积减小的反应，提高压力可提高平衡转化率高压力可提高平衡转化率 炉气起始组成：炉气起始组成：温度、压力一定，焙烧同样的含温度、压力一定，焙烧同样的含硫原料，因所用空气过剩系数不同，平衡转化率不同，空硫原料，因所用空气过
36、剩系数不同，平衡转化率不同，空气过剩系数大，二氧化硫的转化率提高气过剩系数大，二氧化硫的转化率提高362.2.二氧化硫氧化的反应速率二氧化硫氧化的反应速率温度和炉气的起始浓度对反应速率均有影响。温度和炉气的起始浓度对反应速率均有影响。3.3.二氧化硫氧化催化剂二氧化硫氧化催化剂 目前生产中，普遍采用钒催化剂。活性组分是五目前生产中，普遍采用钒催化剂。活性组分是五氧化二钒。引起钒催化剂中毒的物质有砷、氟、酸雾氧化二钒。引起钒催化剂中毒的物质有砷、氟、酸雾及矿尘等。及矿尘等。一、二氧化硫催化氧化的基本原理一、二氧化硫催化氧化的基本原理37二、二氧化硫氧化的工艺条件二、二氧化硫氧化的工艺条件第四节第
37、四节 二氧化硫的催化氧化二氧化硫的催化氧化1.1.反应温度反应温度 原则：在催化剂活性温度范围内催化剂床层温度原则：在催化剂活性温度范围内催化剂床层温度应沿最佳温度线变化，即先高后低应沿最佳温度线变化，即先高后低2.2.二氧化硫的起始浓度二氧化硫的起始浓度 根据硫酸生产总费用最低的原则来确定二氧化硫根据硫酸生产总费用最低的原则来确定二氧化硫的起始浓度。的起始浓度。38二、二氧化硫氧化的工艺条件二、二氧化硫氧化的工艺条件3.3.最终转化率最终转化率 最终转化率是硫酸生产的重要指标之一。提最终转化率是硫酸生产的重要指标之一。提高最终转化率可以减少废气中高最终转化率可以减少废气中SOSO2 2含量，
38、减轻对环含量，减轻对环境的污染，同时也可以提高硫的利用率，降低生产境的污染，同时也可以提高硫的利用率，降低生产成本，但却导致催化剂用量和流体通过催化剂床层成本，但却导致催化剂用量和流体通过催化剂床层阻力的增加，故从经济角度，其最终转化率也存在阻力的增加，故从经济角度，其最终转化率也存在最适宜值。最适宜值。最适宜的最终转化率与所采用的工艺流程、设最适宜的最终转化率与所采用的工艺流程、设备和操作条件有关。备和操作条件有关。39第四节第四节 二氧化硫的催化氧化二氧化硫的催化氧化三、二氧化硫催化氧化的工艺流程三、二氧化硫催化氧化的工艺流程 随着硫酸工业的发展，转化工艺流程经历了很大发展。随着硫酸工业的
39、发展，转化工艺流程经历了很大发展。其最终目的是提高转化率，节省单位产品催化剂用量，降其最终目的是提高转化率，节省单位产品催化剂用量，降低基建投资和系统阻力。为此必须使低基建投资和系统阻力。为此必须使SOSO2 2催化氧化过程实现催化氧化过程实现最佳化。为了使转化器中的最佳化。为了使转化器中的SOSO2 2催化氧化过程尽可能按最适催化氧化过程尽可能按最适宜温度曲线进行，随着转化率的提高，必须从反应系统中宜温度曲线进行，随着转化率的提高，必须从反应系统中移除多余的热量，使温度相应的降低。移除多余的热量，使温度相应的降低。根据转化次数来分有根据转化次数来分有“一转一吸一转一吸”流程和流程和“两转两两
40、转两吸吸”流程。流程。40图图 3+13+1，、-,-,、组合形式的两转两吸流程组合形式的两转两吸流程三、二氧化硫催化氧化的工艺流程三、二氧化硫催化氧化的工艺流程41 “两转两吸两转两吸”流程与流程与“一转一吸一转一吸”流程比较，具有下流程比较，具有下述述优点：优点：1 1）最终转化率比一次转化高。）最终转化率比一次转化高。2 2）能够处理二氧化硫含量高的炉气。）能够处理二氧化硫含量高的炉气。3 3）“两转两吸两转两吸”流程多了一次转化和吸收，但实际投资和生产成流程多了一次转化和吸收，但实际投资和生产成本均有所降低，劳动生产率有所提高。本均有所降低，劳动生产率有所提高。“两转两吸两转两吸”流程
41、存在的流程存在的缺点缺点如下：如下：1 1）由于增设中间吸收塔，转化气温度由高到低、再到高，整个）由于增设中间吸收塔，转化气温度由高到低、再到高，整个系统热量损失较大。系统热量损失较大。2 2）两次转化较一次转化增加了一台中间吸收塔及几台换热器，）两次转化较一次转化增加了一台中间吸收塔及几台换热器，阻力比一次转化流程增大阻力比一次转化流程增大3900-4900Pa3900-4900Pa。三、二氧化硫催化氧化的工艺流程三、二氧化硫催化氧化的工艺流程42四、二氧化硫转化器四、二氧化硫转化器第四节第四节 二氧化硫的催化氧化二氧化硫的催化氧化 二氧化硫催化氧化器通常采用二氧化硫催化氧化器通常采用多段换
42、热多段换热的形式，其的形式，其特点是气体的特点是气体的反应过程反应过程和和降温过程降温过程分开进行。反应催化分开进行。反应催化床分床分3-53-5段。段。转化器的中间冷却方式：转化器的中间冷却方式：段间换热主要有间接换热式和冷激式两种。段间换热主要有间接换热式和冷激式两种。43四、二氧化硫转化器四、二氧化硫转化器 内部间接换热的优点是使整个转化器结构紧凑、阻内部间接换热的优点是使整个转化器结构紧凑、阻力小、热损失小。但也有转化器结构复杂、体积大、维修力小、热损失小。但也有转化器结构复杂、体积大、维修不便的缺点。外部换热的缺点是连接管线长、阻力大、热不便的缺点。外部换热的缺点是连接管线长、阻力大
43、、热损失大。优点是转化器内部结构简单。损失大。优点是转化器内部结构简单。间接换热又分为内部间接换热和外部间接换热。间接换热又分为内部间接换热和外部间接换热。冷激方式有炉气冷激方式有炉气(SO(SO2 2)冷激、空气冷激、空气(O(O2 2)冷激两种方式。冷激两种方式。44四、二氧化硫转化器四、二氧化硫转化器45第五节第五节 三氧化硫的吸收及尾气的处理三氧化硫的吸收及尾气的处理SOSO3 3的吸收反应是的吸收反应是SOSO3 3与硫酸溶液中的与硫酸溶液中的H H2 2O O进行反应：进行反应：34223)1(SOnSOHOHnSO当当 n1n1时生成发烟硫酸；时生成发烟硫酸；n=1n=1时生成无
44、水硫酸；时生成无水硫酸；n1n1时生成含水硫酸。时生成含水硫酸。46第五节第五节 三氧化硫的吸收及尾气的处理三氧化硫的吸收及尾气的处理一、吸收的工艺条件一、吸收的工艺条件1 1吸收酸浓度吸收酸浓度图图7-9 7-9 吸收酸浓度、温度对吸收率的影响吸收酸浓度、温度对吸收率的影响 如图所示，在如图所示，在任何温度下选择浓度为任何温度下选择浓度为98.3%98.3%的硫酸作为吸收液的硫酸作为吸收液比较合适。若吸收酸浓比较合适。若吸收酸浓度太低，因水蒸气分压度太低，因水蒸气分压增高，易形成酸雾；但增高，易形成酸雾；但若吸收酸浓度太高，则若吸收酸浓度太高，则液面上液面上SOSO3 3分压较高，气分压较高
45、，气相中的不能完全被吸收。相中的不能完全被吸收。47一、吸收的工艺条件一、吸收的工艺条件2 2吸收酸的温度吸收酸的温度 吸收酸温度对吸收率的影响吸收酸温度对吸收率的影响是明显的，在其他条件相同的情是明显的，在其他条件相同的情况下，吸收酸温度升高，由于酸况下，吸收酸温度升高，由于酸液自身的蒸发加剧，使液面上总液自身的蒸发加剧，使液面上总的蒸气压明显增加，从而降低吸的蒸气压明显增加，从而降低吸收率。从图收率。从图7-107-10可以看出，温度可以看出，温度越低，吸收率越高，因此，从吸越低，吸收率越高，因此，从吸收的角度考虑，酸温低好。收的角度考虑，酸温低好。在酸液吸收三氧化硫时，如在酸液吸收三氧化
46、硫时，如用喷淋式冷却器来冷却吸收酸，用喷淋式冷却器来冷却吸收酸，酸温应控制在酸温应控制在60-7560-75左右。左右。图图7-10 7-10 发烟硫酸吸收率发烟硫酸吸收率与三氧化硫含量及温度的与三氧化硫含量及温度的关系关系483.3.进吸收塔的气体温度进吸收塔的气体温度一、吸收的工艺条件一、吸收的工艺条件 在一般的吸收操作中，进塔气体温度较低有利于吸收。在一般的吸收操作中，进塔气体温度较低有利于吸收。但在吸收但在吸收SOSO3 3时，并不是气体温度越低越好。因转化气温时，并不是气体温度越低越好。因转化气温度过低，易形成酸雾，尤其在炉气干燥不佳时愈甚。当炉度过低，易形成酸雾，尤其在炉气干燥不佳
47、时愈甚。当炉气含水量为气含水量为0.1g/m0.1g/m3 3（标准状态）时，其露点为（标准状态）时，其露点为112112，故，故控制进入吸收塔的气体温度一般不低于控制进入吸收塔的气体温度一般不低于120120，以减少酸，以减少酸雾的形成。若炉气干燥程度较差时，则还应适当提高进气雾的形成。若炉气干燥程度较差时，则还应适当提高进气温度。温度。49二、吸收工艺流程二、吸收工艺流程第五节第五节 三氧化硫的吸收及尾气的处理三氧化硫的吸收及尾气的处理1.1.吸收流程的配置吸收流程的配置 吸收吸收SOSO3 3系放热过程，随着过程的进行，吸收酸的温系放热过程，随着过程的进行，吸收酸的温度随之升高，为使循环
48、酸温度保持在一定的范围，必须度随之升高，为使循环酸温度保持在一定的范围，必须设置冷却装置。另外每个吸收塔除应有自己的循环酸贮设置冷却装置。另外每个吸收塔除应有自己的循环酸贮槽外，还应有输送酸的泵。因此，吸收工序的设备应由槽外，还应有输送酸的泵。因此，吸收工序的设备应由吸收塔、酸贮槽、泵和冷却器等组成。酸液循环配置的吸收塔、酸贮槽、泵和冷却器等组成。酸液循环配置的方案有如图方案有如图7-117-11所示的几种。所示的几种。50二、吸收工艺流程二、吸收工艺流程图图7-11 7-11 塔、槽、泵、酸冷却器的联结方式图塔、槽、泵、酸冷却器的联结方式图 51二、吸收工艺流程二、吸收工艺流程 （a a）配
49、置：酸冷）配置：酸冷却器设在泵后，酸流却器设在泵后，酸流速较大，传热系数大，速较大，传热系数大，所需的换热面积较小；所需的换热面积较小；干吸塔基础高度相对干吸塔基础高度相对较小，可节省基建费较小，可节省基建费用；冷却管内酸的压用；冷却管内酸的压力较高，流速大，温力较高，流速大，温度较高，腐蚀较严重；度较高，腐蚀较严重；酸泵的腐蚀也较严重。酸泵的腐蚀也较严重。52二、吸收工艺流程二、吸收工艺流程 （b b）配置：酸冷）配置：酸冷却管内酸液流速小，却管内酸液流速小，需较大传热面积；塔需较大传热面积；塔出口到酸槽的液位差出口到酸槽的液位差较小，会因为酸流动较小，会因为酸流动不畅造成事故；冷却不畅造成
50、事故；冷却管内酸的压力小，流管内酸的压力小，流速小，酸对换热管的速小，酸对换热管的腐蚀较小腐蚀较小53二、吸收工艺流程二、吸收工艺流程 （c c）配置：）配置：酸的流速介于上述酸的流速介于上述二者之间，传热较二者之间，传热较好；冷却器设在泵好；冷却器设在泵前，酸在冷却器管前，酸在冷却器管内流动一方面靠位内流动一方面靠位差，另一方面靠泵差，另一方面靠泵的抽吸，管内受压的抽吸，管内受压较小，比较安全。较小，比较安全。54二、吸收工艺流程二、吸收工艺流程2.2.典型的吸收流程典型的吸收流程图图7-12 7-12 生产发烟硫酸和浓硫酸的工艺流程生产发烟硫酸和浓硫酸的工艺流程55二、吸收工艺流程二、吸收
