【畢業(yè)學(xué)位論文】韶關(guān)冶煉廠低濃度煙氣兩轉(zhuǎn)兩吸制酸工藝的研究-化學(xué)工程

分類號(hào) 密級(jí) 編號(hào) 士 學(xué) 位 論 文 論文題目 韶關(guān)冶煉廠低濃度煙氣兩轉(zhuǎn)兩吸制酸工藝的研究 學(xué)科、專業(yè) 化學(xué)工程 研究生姓名 龍 紅 衛(wèi) 導(dǎo)師姓名及專 業(yè)技術(shù)職稱 黃可龍 教授 余國(guó)珍 高工 工程碩士論文 摘要 要 本文對(duì)硫酸生產(chǎn)技術(shù)的現(xiàn)狀及進(jìn)展進(jìn)行了綜述 ，從熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)的角度闡述了煙氣制酸基本原理， 從理論上較詳細(xì)地分析了兩轉(zhuǎn)兩吸制酸工藝的優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合韶關(guān)冶煉廠實(shí)際生 產(chǎn)情況和硫酸工業(yè)在新設(shè)備、新材料等方面的進(jìn)展， 詳盡地對(duì)兩轉(zhuǎn)兩吸制酸工藝在 低濃度冶煉煙氣制酸流程上的運(yùn)用進(jìn)行了可行性分析； 通過(guò)采取高蓄熱量的球拱轉(zhuǎn)化器、 進(jìn)口催化劑、傳熱系數(shù)高的新型熱交換器、 增設(shè)補(bǔ)熱爐、 高溫吸收工藝、 加強(qiáng)系統(tǒng)保溫，回收 入轉(zhuǎn)化煙氣 %的情況下，成功地實(shí)現(xiàn)了兩轉(zhuǎn)兩吸工藝制酸。 在研究中采取的措施周密科學(xué)地運(yùn)用于改造工程中，改造工程成功投產(chǎn)，并使各項(xiàng)工藝技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)成功 地達(dá)到或超過(guò)了設(shè)計(jì)指標(biāo)，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)保效益、社會(huì)效益； 為工廠的可持續(xù)發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)。 該項(xiàng)目采用兩轉(zhuǎn)兩吸工藝在低濃度冶 煉煙氣制酸工藝中應(yīng)用技術(shù)，在國(guó)內(nèi)屬首創(chuàng)，具有較大的推廣價(jià)值 關(guān)鍵詞 ：低濃度冶煉煙氣，兩轉(zhuǎn)兩吸，高溫吸收，制酸 工程碩士論文 摘要 he of of of is on of in of in of on is on of of to of of an of of we to is as of in or to of to it is of to in 工程碩士論文 目錄 錄 摘 要 .一章 文獻(xiàn)綜述 . 1 酸生產(chǎn)現(xiàn)狀及進(jìn)展 . 1 酸生產(chǎn)方法概述 . 1 酸生產(chǎn)現(xiàn)狀及進(jìn)展 . 1 酸工藝流程 . 4 轉(zhuǎn)一吸收工藝流程 . 5 轉(zhuǎn)兩吸收工藝流程 . 7 壓流程和沸騰轉(zhuǎn)化流程 . 8 穩(wěn)態(tài)法轉(zhuǎn)化流程 . 9 性炭催化氧化流程 . 10 它制酸工藝流程 . 11 研究的提出及研究?jī)?nèi)容 . 12 第二章 低濃度冶煉煙氣兩轉(zhuǎn)兩吸工藝的可行性研究 . 13 酸工藝的原理 . 13 . 13 . 15 擇兩轉(zhuǎn)兩吸工藝作為低濃度冶煉煙氣制酸工藝 . 18 冶現(xiàn)有制酸工藝介紹 . 18 轉(zhuǎn)兩吸流程與一轉(zhuǎn)一吸流程的比較 . 21 擇兩轉(zhuǎn)兩吸工藝的有利條件 . 23 擇兩轉(zhuǎn)兩吸工藝的必要性 . 24 濃度冶煉煙氣制酸采用兩轉(zhuǎn)兩吸工藝可行性分析 . 24 藝的設(shè)計(jì) . 32 化流程的選擇 . 32 藝流程的描述 . 33 藝技術(shù)特點(diǎn) . 35 要技術(shù)指標(biāo)（設(shè)計(jì)值） . 36 化系統(tǒng)改造 . 38 第三章 兩轉(zhuǎn)兩吸工藝投入生產(chǎn)后的情況及存在問(wèn)題 . 41 轉(zhuǎn)兩吸工藝投入生產(chǎn)后的運(yùn)轉(zhuǎn)情況 . 41 工程碩士論文 目錄 在問(wèn)題 . 44 第四章 結(jié)論 . 45 參 考 文 獻(xiàn) . 46 致 謝 . 49 攻讀碩士期間發(fā)表的論文及科研成果 . 50 工程碩士論文 第一章 文獻(xiàn)綜述 1第一章 文獻(xiàn)綜述 酸生產(chǎn)現(xiàn)狀及進(jìn)展 酸生產(chǎn)方法概述 按二氧化硫的氧化方法不同， 把硫酸生產(chǎn)方法分成兩類1：亞硝基法和接觸法。根據(jù)制酸原料的不同，又把接觸法分成 ：硫鐵礦制酸、硫磺制酸、冶煉煙氣制酸、硫酸鹽制酸、硫化氫制酸以及含硫廢液 制酸。亞硝基法最基本特征是利用氮氧化物完成了二氧化硫的氧化反應(yīng)，故也稱為 硝化法。應(yīng)用亞硝基法制酸有鉛室法工藝和塔式法工藝，到目前為止，世界上 仍保留亞硝基法的硫酸廠已為數(shù)甚少。上世紀(jì)末，當(dāng)五氧化二釩代替鉑作為催化劑的最佳 主要成份后，接觸法生產(chǎn)硫酸成為整個(gè)化學(xué)工業(yè)最有效的方法。而五氧化二釩觸媒 對(duì)煙氣成份及有害雜質(zhì)有嚴(yán)格要求，所以，不同的原料，產(chǎn)生不同的制酸工藝。綜 合起來(lái)，接觸法制酸的基本過(guò)程可分為六個(gè)工序：原料預(yù)處理、 氣的凈化、 氣的處理。我國(guó)目前接觸法制酸2主要有硫鐵礦制酸、硫磺制酸、冶煉煙氣制酸和硫酸鹽制酸。在上世紀(jì)六十年代以前，接 觸法制酸流程均為一轉(zhuǎn)一吸，上世紀(jì)六十年代初期，出現(xiàn)了兩轉(zhuǎn)兩吸工藝。 酸生產(chǎn)現(xiàn)狀及進(jìn)展 硫酸工業(yè)發(fā)展的特點(diǎn)3主要表現(xiàn)在：硫酸產(chǎn)量的增長(zhǎng)、原料結(jié)構(gòu)的發(fā)展、規(guī)模的大型化、設(shè)備的強(qiáng)化、熱能的回收與 利用新工藝、新材料的開發(fā)等方面。 (1)硫酸產(chǎn)量的增長(zhǎng) 據(jù)統(tǒng)計(jì)， 1950 年到上世紀(jì)九十年代初期， 全世界硫酸產(chǎn)量以年均增長(zhǎng)率 6%的速度發(fā)展4。世界主要產(chǎn)酸國(guó)的產(chǎn)量見表 11994 年，全世界硫酸產(chǎn)量5為 108t， 比 1993 年增加 1994 年的消費(fèi)量是 108t， 比 1993 年增加 1994 年，中國(guó)的硫酸產(chǎn)量6為 107t； 2003 年度為 107t7， 19952003年我國(guó)的硫酸產(chǎn)量見表 1 (2)原料結(jié)構(gòu)的發(fā)展 多年來(lái)，制酸原料8一直是以硫磺為主，約占世界總酸量的 70%，其它是有色金屬冶煉煙氣和硫鐵礦等。 90 年代中期， 各種制酸原料所占比例 （ 1995 年統(tǒng)計(jì)數(shù)字）如下： 工程碩士論文 第一章 文獻(xiàn)綜述 2硫磺 硫鐵礦 冶煉煙氣及其它 表 1界主要產(chǎn)酸國(guó)的產(chǎn)量 106t 年 國(guó)家 1950 1960 1970 1980 1989 美國(guó) 蘇聯(lián) 國(guó) 本 國(guó) 邦德國(guó) 界 119952003 年我國(guó)的硫酸產(chǎn)量 107t 年 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 產(chǎn)量 著有色金屬工業(yè)的發(fā)展，冶煉煙氣制酸產(chǎn)量一直呈上升趨勢(shì)。但近年來(lái)由于美國(guó)開發(fā)了新的非冶煉浸析法9生產(chǎn)有色金屬，并且使費(fèi)用比傳統(tǒng)的冶煉法減少約40%。因此，可預(yù)計(jì)這一技術(shù)的推廣應(yīng)用，使冶煉煙 氣制酸所占比例要相應(yīng)下降。此外，隨著磷肥工業(yè)的發(fā)展、環(huán)境保護(hù) 的需要以及發(fā)展綜合利用，石膏及磷石膏將做為制酸原料并以較快的增長(zhǎng) 速度進(jìn)入制酸原料行列。 我國(guó)制酸原料以硫鐵礦為主，95 年以前占 80%以上，近幾年來(lái)，由于硫磺和冶煉煙氣制酸的快速發(fā)展，各種制酸原料所占比例發(fā)生了較大變化，具體見表 12003 年，我國(guó)冶煉煙氣制酸比例10約為 22%，據(jù)估計(jì)，到 2010 年，其比例會(huì)提高至 30%以上。 表 119952003 年我國(guó)各種制酸原料所占比例 % 年 原料 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 硫磺 鐵礦 煉煙氣 它 3)規(guī)模大型化 工程碩士論文 第一章 文獻(xiàn)綜述 3化工裝置的規(guī)模大型化，集中體現(xiàn)了經(jīng) 濟(jì)與技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展。早在 1949年，契爾頓就揭示了這個(gè)道理。他 提出裝置投資與規(guī)模大小的關(guān)系11如下： ()()()()n=2121規(guī)模規(guī)模投資投資式中：對(duì)于硫酸裝置， 根據(jù)上述關(guān)系，可見單位能力（ 資額，隨裝置規(guī)模增大而遞減。我國(guó)硫酸廠有 500 余家，大部分為中小型硫酸廠，隨著經(jīng) 濟(jì)技術(shù)的發(fā)展，裝置規(guī)模也正在逐步朝大型化發(fā)展。 (4)熱能的利用與回收 硫酸生產(chǎn)過(guò)程，產(chǎn)生的可供回收利用的有高溫位、中溫位與低溫位熱能（按行業(yè)習(xí)慣分類） 。以硫磺及硫鐵礦為原料的制酸， 以及部分冶煉煙氣制酸的二氧化硫制取工序，均產(chǎn)生高溫位余熱。根據(jù) 生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，回收這部分高溫余熱可產(chǎn)生 1.3 而提高了硫酸裝置的效能。我國(guó)自 60 年代開始回收高溫位余熱12，到 90年代初，全國(guó)大中型硫酸廠大都安裝了 余熱鍋爐和發(fā)電機(jī)組。中溫余熱產(chǎn)生在一次轉(zhuǎn)化工藝的尾部。據(jù)實(shí)踐，每生產(chǎn) 1t 硫酸約可生產(chǎn)出 汽。隨著兩次轉(zhuǎn)化工藝的興起，轉(zhuǎn)化中溫余熱已轉(zhuǎn)移到酸吸收 系統(tǒng)的低溫位余熱中。當(dāng)代國(guó)際上低溫?zé)崮艿幕厥仗幱陬I(lǐng)先地位的即為美國(guó)開發(fā)的 量回收系統(tǒng)以及 量回收系統(tǒng)13。該技術(shù)包括高溫吸收三氧化硫，通 過(guò)鍋爐將循環(huán)酸中的余熱轉(zhuǎn)變成低壓蒸汽，發(fā)氣量可達(dá) 國(guó)低溫?zé)崮芑厥绽梅矫嬉踩〉靡?定成效，將回收的熱能用來(lái)加熱鍋爐給水或作為生活取暖等。 另外， 一些國(guó)家正著手向能源工廠轉(zhuǎn)型14，即利用 S 的燃燒熱生產(chǎn)蒸汽或發(fā)電，而 2S 生成 S 和 (5)強(qiáng)化設(shè)備 強(qiáng)化設(shè)備即為提高設(shè)備單位面積或容積的生產(chǎn)強(qiáng)度。隨著生產(chǎn)強(qiáng)度的提高，帶來(lái)的直接經(jīng)濟(jì)效果是降低了設(shè)備造價(jià)。 設(shè)備強(qiáng)化主要體現(xiàn)在操作氣速的提高和停留時(shí)間的縮短15。而操作氣速的提高，則是科學(xué)試驗(yàn) 與生產(chǎn)實(shí)踐發(fā)展的結(jié)果，典型的強(qiáng)化設(shè)備有：沸騰爐、空塔、填料塔、 列管換熱器、冷卻器和電除霧器等。 (6)新技術(shù)的開發(fā) 硫酸工業(yè)為了達(dá)到經(jīng)濟(jì)、能源、環(huán)保和效率等方面的標(biāo)準(zhǔn)而進(jìn)行了大量的開發(fā)研究工作，尤其是工藝過(guò)程的各項(xiàng)“硬 件”上，使本就很好的工藝進(jìn)入到精益求精的地步，工藝和設(shè)備的變化使新裝置“ 高精尖”得多；技術(shù)的進(jìn)步，使硫酸工業(yè)在增加能量回收、減少排放和降低成本方 面發(fā)生了重大變化。據(jù)報(bào)道，代表當(dāng)代新技術(shù)開發(fā)的前沿課題主要有： 開發(fā)與應(yīng)用非穩(wěn)態(tài)1617低二氧化硫濃度煙氣制酸工藝、 濕接觸法 （ 1819工程碩士論文 第一章 文獻(xiàn)綜述 4制酸工藝、加壓法流程20和沸騰轉(zhuǎn)化流程21制酸工藝。非穩(wěn)態(tài)制酸技術(shù)是前蘇聯(lián)開發(fā)并獲得成功， 藝為丹麥托普索公司開發(fā)。目前 ，我國(guó)已成功應(yīng)用非穩(wěn)態(tài)低二氧化硫濃度煙氣制酸工藝 (如原沈陽(yáng)冶煉廠、 安陽(yáng)豫北廠、 河南濟(jì)源金利冶煉廠等 )和濕接觸法（ 酸工藝 (如株洲冶煉廠鉛冶煉煙氣制酸 )進(jìn)行低二氧化硫濃度煙氣制酸。 開發(fā)富氧空氣、氧氣焙燒硫鐵礦或硫化礦22。與傳統(tǒng)的空氣焙燒硫鐵礦或硫化礦相比，顯著特點(diǎn)是可以制取高濃度 進(jìn)一步采用“ 3+2”二轉(zhuǎn)二吸23或采用銫觸媒21的“ 3+1” 二轉(zhuǎn)二吸工藝，將 上，為大幅度強(qiáng)化設(shè)備及降低建設(shè)費(fèi)用等創(chuàng)造條件。 研制起燃溫度低、高活性、低阻力、高強(qiáng)度的催化劑24。隨著固定床及沸騰床催化技術(shù)的發(fā)展，使硫酸礦耗、能耗 明顯降低。欲再提高轉(zhuǎn)化工序的經(jīng)濟(jì)效果，研制高性能觸媒是重要的課題，目前已 取得顯著進(jìn)展，特別是銫觸媒的開發(fā)與應(yīng)用25，對(duì)提高 開發(fā)用纖維活性炭催化劑合成硫酸新技術(shù)2627。 溫度在 25時(shí)的活性炭催化氧化二氧化硫的速率已幾乎是 300 400下釩催化劑的數(shù)百倍，而且反應(yīng)十分完全，因此各種活性炭硫酸生產(chǎn)工藝應(yīng)運(yùn)而生。 該技術(shù)目前處于小試階段,新技術(shù)可處理( 15%的氣體, 應(yīng)用范圍較廣,且理論上二氧化硫轉(zhuǎn)化率均可達(dá)到99%以上,既可以改進(jìn)現(xiàn)有的硫酸生產(chǎn)工 藝,也可以處理如電廠等排放的低濃度二氧化硫煙道氣來(lái)生產(chǎn)硫酸。 研制耐腐、耐磨、耐熱的材料和新設(shè)備。材料重點(diǎn)是集中在合金和非金屬材料方面28，近期研制并應(yīng)用于生產(chǎn)上的 優(yōu)質(zhì)合金和非金屬材料已多達(dá)幾十種2930，如 料、 腐蝕合金、 金、玻璃鋼、聚四氟等材料，大大延長(zhǎng)了設(shè)備使用期；新設(shè)備3138主要有動(dòng)力波洗滌器、陽(yáng)極保護(hù)管殼酸冷卻器、纖維除霧器、 式分酸器、路易斯泵、板式酸冷卻器、轉(zhuǎn)化器、換熱器、干吸塔、 硫酸生產(chǎn)發(fā)展起到了顯著作用。 據(jù)預(yù)測(cè)， 21 世紀(jì)中國(guó)硫酸工業(yè)的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)39將是：裝置規(guī)模大型化、環(huán)保意識(shí)進(jìn)一步增強(qiáng)、原料結(jié)構(gòu)合理重組、技術(shù)裝備水平全方位提升 ,以及向能源工廠轉(zhuǎn)型。 酸工藝流程 衡量轉(zhuǎn)化工藝的指標(biāo)是一定的較高的轉(zhuǎn)化率，設(shè)備投資少，操作費(fèi)用低。二氧化硫催化氧化的反應(yīng)器和流程 ，都是在這一原則下設(shè)計(jì)和選用的。 在圖 10上表明隨著反應(yīng)的進(jìn)行（即轉(zhuǎn)化率的提高） ，反應(yīng)速 度最高的反應(yīng)溫度（即最佳溫度）不斷 地降低，但要使過(guò)程按最佳溫度曲線實(shí)施卻工程碩士論文 第一章 文獻(xiàn)綜述 5是有困難的。一方面，當(dāng)轉(zhuǎn)化率大約在小于 60%時(shí)，最佳溫度要高于 600，而通常釩催化劑長(zhǎng)期在 600以上使用會(huì)失去活性。因此， 反應(yīng)只能從較低溫度下開始。盡管在低轉(zhuǎn)化率下，反應(yīng)過(guò)程未能接近最佳溫度曲線進(jìn)行，但由于反應(yīng)初期， 應(yīng)速度仍較快。雖然偏 離最佳溫度曲線，但對(duì)催化劑用 圖 1 多段反應(yīng)過(guò)程的 量增加不多。另一方面，隨著轉(zhuǎn)化率升 高，反應(yīng)溫度不斷上升，為了不超過(guò)催化劑的活性溫度和使過(guò)程接近最佳溫度曲線 進(jìn)行，必須把反應(yīng)熱不斷地從系統(tǒng)中移出?；谝陨峡紤]，便產(chǎn)生了不同 的移熱方式和不同的工藝流程。 在外部換熱式轉(zhuǎn)化流程中，反應(yīng)過(guò)程與換熱過(guò)程是分開的。氣體在床層中進(jìn)行絕熱反應(yīng)，溫度各式高到一定程度后， 離開催化床進(jìn)行降溫，然后再進(jìn)入下一段床層繼續(xù)進(jìn)行絕熱反應(yīng)。每進(jìn)行這樣一次 絕熱反應(yīng)稱為一段。為了達(dá)到較高的最終轉(zhuǎn)化率，必須采取多段催化轉(zhuǎn)化。兩段床 層間的換熱過(guò)程，通常是在管殼式換熱器中進(jìn)行，即已反應(yīng)的熱轉(zhuǎn)化氣與未反應(yīng)的冷 種方式稱為中間換熱式。如果向熱轉(zhuǎn)化氣中補(bǔ)加冷 轉(zhuǎn)化氣降溫 ，則稱之為冷激式。 轉(zhuǎn)一吸收工藝流程 所謂一轉(zhuǎn)一吸收工藝流程即一次轉(zhuǎn)化、一次吸收，是指 其中一個(gè)塔為發(fā)煙酸塔） ，吸收其中 流程比較簡(jiǎn)單，但轉(zhuǎn)化率相對(duì)較低，一般不超過(guò) 97%。由于對(duì)環(huán)境保護(hù)意識(shí)的不斷提高， 次轉(zhuǎn)化流程不能滿足這一要求。在 60年代以前，我國(guó)硫酸廠大多采用這種流程。 60年代以后，逐步改造成兩轉(zhuǎn)兩吸工藝流程或加尾氣處理流程。一轉(zhuǎn)一吸收工藝流程又分為 間接換熱式和空氣冷激式轉(zhuǎn)化流程。 （ 1）多段間接換熱式轉(zhuǎn)化流程 圖 1度 圖。從圖中可以看出，段數(shù)越工程碩士論文 第一章 文獻(xiàn)綜述 6多，不但可以達(dá)到更高的最終轉(zhuǎn)化率， 而且過(guò)程更接近于最佳溫度曲線，催化劑的利用率越高。然而反應(yīng)器的段數(shù)增多， 必然使設(shè)備和管路變成復(fù)雜，阻力增大。實(shí)際生產(chǎn)中，普遍采用 45段型式的流程。 （ 2）多段冷激式轉(zhuǎn)化流程 通常采用的冷激式轉(zhuǎn)化流程，按所用氣體組成分為 氣中補(bǔ)充一定量的冷 低轉(zhuǎn)化氣的溫度。冷激式反應(yīng)過(guò)程的 激式換熱過(guò)程在 是由于冷 變了氣體中 激過(guò)程所用冷 段中氣體初始組成未變。因此，各操作線是平行的，平衡曲線也沒改變。實(shí)踐和計(jì)算都表明， 需催 化劑用量要多，越往后段增加越多。因此，通常只在第一、二段之間采用 后幾段仍采用外部換熱。采用這種換熱方式的好處是節(jié)省換熱面積，但催化 劑用量要多一些。一般來(lái)說(shuō)，這種流程的總轉(zhuǎn)化率很難達(dá)到較高水平，因 而不合發(fā)展趨勢(shì)，已被淘汰。 圖 1 空氣冷激式轉(zhuǎn)化流程 不但達(dá)到降低轉(zhuǎn)化氣溫度的目的，而且增加了氣體中的氧量，非常有利于提 高最終轉(zhuǎn)化率。但是，冷空氣的加入，使系統(tǒng)中的氣量增大。因此，開始進(jìn)入催化劑床層的 4為空氣冷激式轉(zhuǎn)化反應(yīng)過(guò)程的 圖是以燃燒硫磺得到爐氣中含 作出的。由于每段轉(zhuǎn)化反應(yīng)后的氣體中 ，都補(bǔ)加了冷空氣降溫，也就相應(yīng)地改變了原始 果各段絕熱操作線斜率改變，平衡轉(zhuǎn)化率也提高，平衡曲線向上移動(dòng)?？諝饫浼]改變 冷卻線仍是一水平線?？諝饫浼ひ蚬?jié)了中間換熱設(shè)備，流程簡(jiǎn)化了很多，但 必須指出全部用空氣冷激降溫的轉(zhuǎn)化流程必工程碩士論文 第一章 文獻(xiàn)綜述 7須滿足：送入反應(yīng)器的原料氣無(wú)需預(yù)熱 ，其溫度可使催化劑維持在起燃溫度以上；原料氣中 則由于冷空氣的稀釋，使 造成體積流量增大。因此，用硫磺和硫化氫 為原料時(shí)，有條件采用空氣冷激。如用硫鐵礦為原料，只能采用部分空氣冷激。 轉(zhuǎn)兩吸收工藝流程 上世紀(jì) 60年代以來(lái)，轉(zhuǎn)化工藝流程最大的變化是采用了兩次轉(zhuǎn)化、兩次吸收新流程，簡(jiǎn)稱為兩轉(zhuǎn)兩吸。這項(xiàng)新技術(shù)開始時(shí)，著眼于充分利用硫的資源和減少 護(hù)環(huán)境。 60年代初西德 001， 總轉(zhuǎn)化率達(dá) 此后，世界各國(guó)迅速推廣。近 30年來(lái)，新建的硫酸廠幾乎都采用這一流程。 兩轉(zhuǎn)兩吸流程常用一、二次轉(zhuǎn)化段數(shù)和含 如 3+2；、 -、流程，是指第一次轉(zhuǎn)化用三段 催化劑，第二次轉(zhuǎn)化用二段催化劑；第一次轉(zhuǎn)化前含 熱交換器（指冷卻從第段催化劑床出來(lái)的轉(zhuǎn)化 氣用的換熱器，其余類推） 熱器；第二次轉(zhuǎn)化前含 換熱器 熱器 熱器。典型兩轉(zhuǎn)兩吸流程42主要有 3+2五段轉(zhuǎn)化和 3+1四段轉(zhuǎn)化，其流程舉例于圖 1 以硫鐵礦為原料的兩次轉(zhuǎn)化、兩次吸收流程，進(jìn)轉(zhuǎn)化器 9%，經(jīng)過(guò)三段或兩段催化轉(zhuǎn)化后，轉(zhuǎn)化率在 95%或 88%，轉(zhuǎn)化氣送去第一吸收塔吸收 吸收后的氣體再進(jìn)入轉(zhuǎn)化器， 經(jīng)二段或兩段轉(zhuǎn)化后， 總轉(zhuǎn)化率在 上（新的指標(biāo)為 上） ，二次轉(zhuǎn)化氣再去第二吸收塔吸收。 圖 1 3+2五段兩次轉(zhuǎn)化，、換熱流程 1熱交換器， 2、 3熱交換器， 4轉(zhuǎn)化器， 5熱交換器， 6熱交換器， 7、 8熱交換器， 9一吸塔， 10二吸塔 10987654321煙氣排空工程碩士論文 第一章 文獻(xiàn)綜述 8圖 13+1四段兩次轉(zhuǎn)化，、換熱流程 1熱交換器， 2熱交換器， 3轉(zhuǎn)化器， 4熱交換器， 5、 6熱交換器， 7一吸塔， 8二吸塔 壓流程和沸騰轉(zhuǎn)化流程 （ 1）加壓法硫酸生產(chǎn)流程 目前，進(jìn)一步發(fā)展硫酸工業(yè)最有前途的趨勢(shì)是在制酸系統(tǒng)采用加壓的方法。法國(guó)、美國(guó)、日本、加拿大、前蘇聯(lián)等一些國(guó)家的工程技術(shù)人員，從 60 年代末就積極地從事加壓法新工藝的研究開發(fā)工作。 法國(guó)的科技人員首先使加壓法新工藝42在 圖1壓法硫磺制酸流程 1過(guò)濾器； 2干燥塔； 3壓縮機(jī)； 4焚硫爐； 5余熱鍋爐； 6爐氣過(guò)濾器； 7一次轉(zhuǎn)化器； 8換熱器； 9二次轉(zhuǎn)化器； 10省煤器； 11吸收塔； 12透平機(jī) 87654321排空煙氣蒸汽蒸汽放空液態(tài)硫121210111110988875432工程碩士論文 第一章 文獻(xiàn)綜述 91972 年實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，他們開發(fā)的 ，在里昂附近的彼埃爾貝尼特地方建廠，規(guī)模 165kt/a，以硫磺為原料，到1980 年末，已在世界上 8個(gè)國(guó)家建成投產(chǎn)了 10 多套大型加壓制酸裝置43。加壓法流程有循環(huán)流程，也有非循環(huán)流程。有 一些是以兩兩吸為基礎(chǔ)的；另一些是由于加壓提高了硫的利用率和為減少 省掉了第二次轉(zhuǎn)化。法國(guó)的 示。 （2）沸騰轉(zhuǎn)化流程 沸騰轉(zhuǎn)化就是利用爐氣把觸媒吹動(dòng)起來(lái)，使觸媒顆粒呈流態(tài)化沸騰狀態(tài)，故稱沸騰轉(zhuǎn)化，也叫流態(tài)化轉(zhuǎn)化44。如圖 1示。沸騰轉(zhuǎn)化的主要特點(diǎn)有：觸媒層是沸騰床，傳熱效率高、床內(nèi)溫度均勻， 所需換熱面積比較小。若用冷激式，換熱面積更省。爐氣可在低于起燃溫度的情況下通入。例如，含 爐氣，通入溫度為 550 (的第一段觸媒的沸騰床， 轉(zhuǎn)化率為 75%時(shí)， 氣體進(jìn)口溫度只需 325即可。沸騰轉(zhuǎn)化所用觸媒顆粒較小（ ，因而表面利用率高，故可在二氧化硫濃度較高的條件下操作，單 位觸媒和設(shè)備的產(chǎn)酸量大。沸騰過(guò)程對(duì)細(xì)粉粒實(shí)際上是一個(gè)揚(yáng)折過(guò)程，觸媒層阻力不 會(huì)增大。沸騰轉(zhuǎn)化過(guò)程對(duì)觸媒強(qiáng)度要求高，要高度耐磨損，對(duì)氣量要求平穩(wěn)，濃度 也不允許有較大波動(dòng)。運(yùn)行中要適時(shí)補(bǔ)充觸媒，因觸媒磨損帶走，如不及時(shí)補(bǔ)充觸 媒轉(zhuǎn)化率會(huì)很快因觸媒量減少而下降。 圖 1騰轉(zhuǎn)化流程 1熱交換器； 2沸騰轉(zhuǎn)化器； 3中間吸收塔 穩(wěn)態(tài)法轉(zhuǎn)化流程 80 年代初期，前蘇聯(lián)科學(xué)院西伯 利亞分院觸媒研究所研究成功的 5（以下簡(jiǎn)稱“非穩(wěn)態(tài)法” ）已獲工業(yè)性新進(jìn)展。迄今已在世界各國(guó)得到應(yīng)用，為解決低濃度含硫煙氣制酸問(wèn)題提供了 新經(jīng)驗(yàn)、為革新現(xiàn)有轉(zhuǎn)化技術(shù)指出了一條新1123去二吸煙氣工程碩士論文 第一章 文獻(xiàn)綜述 10路子。其工作機(jī)理是根據(jù)轉(zhuǎn)化器內(nèi)沿固 定觸媒層低速移動(dòng)著的熱鋒區(qū)，能發(fā)生 車時(shí)將溫度為 50 70的二氧化硫氣體，直接送入已經(jīng)過(guò)預(yù)熱的觸媒層（溫度為 400 440） ，氣體受熱升溫，發(fā)生放熱反應(yīng)。氣體從觸媒層吸收的和反應(yīng)產(chǎn)生的熱量，隨氣流逐 漸地向觸媒的深層流動(dòng)、最后離開觸媒層。因而在觸媒層內(nèi)出現(xiàn)了緩慢移動(dòng)著的熱 鋒區(qū)。當(dāng)熱鋒區(qū)移動(dòng)到觸媒層內(nèi)的一定位置時(shí)，改變氣流方向，其熱鋒區(qū)就隨氣流 方向的改變而改變移動(dòng)。如此反復(fù)循環(huán)，可使觸媒層內(nèi)保持一個(gè)合適范圍 的不斷移動(dòng)著的熱鋒區(qū)，即適合 鋒區(qū)內(nèi)的某一個(gè)截面，簡(jiǎn)稱熱鋒面。 此熱鋒面的擴(kuò)散速度取決于過(guò)程的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)和反應(yīng)的熱效應(yīng)，并與氣流速度、熱 容、密度成正比，與觸媒層熱容、密度成反比。研究證實(shí)，熱鋒面擴(kuò)散速度僅是氣流通過(guò)觸媒層速度的 1/1000，所以熱鋒面從1m 厚的觸媒層排離時(shí)間通常需幾個(gè)小時(shí)。在熱鋒區(qū)的最高溫度，在條件相同情況下，它是超過(guò)在靜態(tài)條件下（即觸媒層 和氣流方向不變）可能達(dá)到的最高溫度值，它等于 t進(jìn)+而，可使（ 3） %的二氧化硫氣體進(jìn)行轉(zhuǎn)化，加熱很少時(shí)，觸媒層仍可保持較高的溫度。在觸媒層 氣流出口處，溫度沿氣流方向形成下降的曲線。這同可逆反應(yīng)的最佳操作制度相近 ，這就保證了非穩(wěn)態(tài)法可獲得較高的轉(zhuǎn)化率。其生產(chǎn)流程如圖 1示 (以阿那維爾礦冶公司的裝置為例 )。 供開車熱氣體去尾氣處理43221煙氣圖 1體非穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)化流程 1過(guò)濾器； 2氣動(dòng)切換伐； 3轉(zhuǎn)化器； 4吸收塔 性炭催化氧化流程 加拿大 學(xué)利用特殊方法制備的 活性炭催化劑進(jìn)行含水二氧化硫的催化氧化工藝研究4647， 工藝流程如圖 1二氧化硫的熱氣體經(jīng)廢熱鍋爐加熱后與水蒸氣按一定比例混合；混合氣體通 過(guò)冷卻器冷卻到一定溫度后進(jìn)入裝有活性炭工程碩士論文 第一章 文獻(xiàn)綜述 11的反器反應(yīng)，反應(yīng)生成三氧化硫及硫酸 ；用有機(jī)溶劑洗滌得到粗硫酸產(chǎn)品，同時(shí)，保持活性炭催化劑的吸附活化催化的能 力，有機(jī)溶劑循環(huán)使用，損失部分由新鮮溶劑補(bǔ)充；出反應(yīng)器的氣體已除去大部分 的二氧化硫，通過(guò)冷凝器和氣液分離器后，與來(lái)自填料精餾塔的氣體一同進(jìn)入裝有 活性炭的氣體捕獲器脫硫后排放；從反應(yīng)器出來(lái)的粗硫酸產(chǎn)品經(jīng)過(guò)加熱器加熱后進(jìn) 入填料精餾塔，精餾后的塔底產(chǎn)品經(jīng)過(guò)產(chǎn)品冷卻器冷卻后得到所需要的產(chǎn)品硫酸， 塔頂產(chǎn)品經(jīng)過(guò)冷凝器冷凝后在氣液分離器中進(jìn)行分離，氣體進(jìn)入裝有活性炭的氣體 捕獲器，液體部分回流到填料精餾塔，部分通過(guò)溶劑循環(huán)管路進(jìn)入溶劑槽進(jìn)行循環(huán)使用。 活性炭催化氧化生產(chǎn)工藝適用于各種含硫氣體，特別是 ( 15%的潮濕氣體，包括焚硫爐氣，工業(yè)廢 氣和冶煉煙氣。二氧化硫回收率可高達(dá) 90%，產(chǎn)品硫酸濃度可達(dá)到 92% 100%，如果提高進(jìn)催化系統(tǒng)氣體中的水含量，也可生產(chǎn)較低濃度的產(chǎn)品。另外，通過(guò)改變操作參 數(shù)可以生產(chǎn)有機(jī)硫酸酯或有機(jī)磺酸化合物。 圖 1活性炭催化氧化工藝流程 1 廢熱鍋爐； 2 冷卻器； 3 溶劑槽； 4 冷凝器； 5 分離器； 6 裝活性炭的氣體捕獲器； 7 產(chǎn)品冷卻器； 8 再沸器； 9 加熱器； 10 催化反應(yīng)器； 11 填料精餾塔； 12 冷凝器； 13 分離器 它制酸工藝流程 為進(jìn)一步降低制酸廢氣 排放濃度和適應(yīng)更高 近國(guó)外開發(fā)了藝48(一轉(zhuǎn)一吸 +非穩(wěn)態(tài)低二氧化硫濃度煙氣制酸 )、 藝 (接觸法+塔式法 )48、 藝47(部分制酸廢氣返回系統(tǒng)稀釋二氧化硫煙氣 )、三轉(zhuǎn)三煙氣蒸汽補(bǔ)充溶劑放空活性碳再生產(chǎn)品12345678910111213工程碩士論文 第一章 文獻(xiàn)綜述 12吸49等新技術(shù)，其轉(zhuǎn)化率均達(dá)到 上，廢氣排放濃度低至 80mg/ 研究的提出及研究?jī)?nèi)容 韶關(guān)冶煉廠目前有兩套鉛鋅冶煉生產(chǎn)系統(tǒng)，其中一系統(tǒng)建于 20世紀(jì) 70年代。冶煉部分采用英國(guó)的 混合鉛鋅精礦為原 料，燒結(jié)機(jī)煙氣用于制酸，原制酸流程為一轉(zhuǎn)一吸工藝，隨著冶煉系 統(tǒng)生產(chǎn)能力的提高及設(shè)備使用時(shí)間延長(zhǎng)，從工藝、設(shè)備等方面已存在著許多問(wèn)題， 如存在生產(chǎn)能力偏低、設(shè)備陳舊、難以滿足周邊環(huán)境對(duì)廠的嚴(yán)格要求等，已難以滿 足日益擴(kuò)大