第五章硫酸工藝

1、第五章：硫酸的生產(chǎn)第五章：硫酸的生產(chǎn)化學(xué)工業(yè)歷史化學(xué)工業(yè)歷史化學(xué)加工在形成工業(yè)之前的歷史，可以從化學(xué)加工在形成工業(yè)之前的歷史，可以從1818世紀(jì)中葉追世紀(jì)中葉追溯到遠(yuǎn)古時(shí)期溯到遠(yuǎn)古時(shí)期，從那時(shí)起人類就能運(yùn)用化學(xué)加工方法制，從那時(shí)起人類就能運(yùn)用化學(xué)加工方法制作一些生活必需品，如作一些生活必需品，如釀造、染色、冶煉、造紙釀造、染色、冶煉、造紙以及以及制制造火藥造火藥等。等。從從1818世紀(jì)中葉至世紀(jì)中葉至2020世紀(jì)初是世紀(jì)初是化學(xué)工業(yè)的初級階段化學(xué)工業(yè)的初級階段，此時(shí)，此時(shí)無機(jī)化工無機(jī)化工已初具規(guī)模。已初具規(guī)模。在18世紀(jì)40年代英國建立了第一個(gè)典型的硫酸廠?；瘜W(xué)工藝學(xué)化學(xué)工藝學(xué)把通過化學(xué)反應(yīng)生

2、產(chǎn)產(chǎn)品的工藝稱為把通過化學(xué)反應(yīng)生產(chǎn)產(chǎn)品的工藝稱為化學(xué)工藝化學(xué)工藝?；どa(chǎn)須努力化工生產(chǎn)須努力提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。化工工藝學(xué)化工工藝學(xué)所探求的是所探求的是如何對生產(chǎn)流程、生產(chǎn)設(shè)備如何對生產(chǎn)流程、生產(chǎn)設(shè)備和工藝條件和工藝條件等進(jìn)行優(yōu)化，以獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益。等進(jìn)行優(yōu)化，以獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益。 硫酸的生產(chǎn)、合成氨硫酸的生產(chǎn)、合成氨 一、硫酸的用途一、硫酸的用途化肥工業(yè)化肥工業(yè): : 過磷酸鈣和硫酸銨。磷肥是硫酸的最大用戶。過磷酸鈣和硫酸銨。磷肥是硫酸的最大用戶。冶金工業(yè)冶金工業(yè): : 金屬銅、鋅、鎘、鎳的精煉時(shí)金屬銅、鋅、鎘、鎳的精煉時(shí)電解液用硫酸配制電解液用硫酸配制。有

3、機(jī)合成工業(yè)有機(jī)合成工業(yè): : 生產(chǎn)各種磺化產(chǎn)品、硝化產(chǎn)品。生產(chǎn)各種磺化產(chǎn)品、硝化產(chǎn)品。石油工業(yè)石油工業(yè): : 產(chǎn)品精煉時(shí)用硫酸除去產(chǎn)品中的不飽合烴等。產(chǎn)品精煉時(shí)用硫酸除去產(chǎn)品中的不飽合烴等。無機(jī)鹽工業(yè)無機(jī)鹽工業(yè): : 各種硫酸鹽、磷酸鹽、鉻酸鹽等。各種硫酸鹽、磷酸鹽、鉻酸鹽等。原子能工業(yè)原子能工業(yè): : 用于離子交換法提取鈾。用于離子交換法提取鈾。第一節(jié)：概第一節(jié)：概 述述二、工業(yè)硫酸的規(guī)格二、工業(yè)硫酸的規(guī)格 濃硫酸：濃硫酸：92%，98%（最常見），（最常見），100%發(fā)煙硫酸：發(fā)煙硫酸：20%，65%（游離（游離SO3含量）含量）特殊規(guī)格硫酸：特殊規(guī)格硫酸：含極少金屬雜質(zhì)和砷的含極少金屬雜

4、質(zhì)和砷的鉛蓄電池用酸鉛蓄電池用酸, ,高濃度高濃度 的的發(fā)煙硫酸發(fā)煙硫酸, ,以及各種規(guī)格的試劑用酸等。以及各種規(guī)格的試劑用酸等。目前國內(nèi)硫酸（目前國內(nèi)硫酸（98%）主流平均出廠價(jià)格為主流平均出廠價(jià)格為340-430元元/ /噸噸 第二節(jié)：第二節(jié)：硫酸工業(yè)制法的歷史變遷硫酸工業(yè)制法的歷史變遷一千多年前，波斯人用煅燒天然綠礬制得硫酸 1740年開始，天然硫磺與硝石混合加熱，硝化法1831年，英國人接觸法制硫酸目前絕大多數(shù)為接觸法，但亞硝基法也有應(yīng)用 1. 波斯人波斯人煅燒綠礬煅燒綠礬（ （FeSO47H2O) ： ： 2（ （FeSO47H2O) = Fe2O3 + SO2 + SO3 + 14

5、H2O SO3 + H2O = H2SO42. 在陶器中加熱在陶器中加熱硫磺硫磺和和硝酸硝酸的混合物（的混合物（硝化法硝化法）：）： NO2 + SO2 = NO + SO3 SO3 + H2O = H2SO43. 接觸法接觸法: :用鉛為催化劑用鉛為催化劑, ,但鉛價(jià)貴且易中毒，發(fā)展較但鉛價(jià)貴且易中毒，發(fā)展較慢。慢。 2020世紀(jì)世紀(jì)4040年代出現(xiàn)了年代出現(xiàn)了釩催化劑釩催化劑, ,加快了接觸法的發(fā)展很加快了接觸法的發(fā)展很快就成為生產(chǎn)硫酸的主要方法。目前，快就成為生產(chǎn)硫酸的主要方法。目前，98%98%以上硫酸都以上硫酸都是用這種方法生產(chǎn)。是用這種方法生產(chǎn)。綠礬圖片綠礬圖片n我國硫酸最早于我國

6、硫酸最早于18761876年在天津生產(chǎn)年在天津生產(chǎn), ,以后主要在沿海以后主要在沿海幾個(gè)城市略有發(fā)展幾個(gè)城市略有發(fā)展-解放前最高年產(chǎn)量是解放前最高年產(chǎn)量是1818萬噸萬噸(1942(1942年）。年）。n20032003年，我國硫酸產(chǎn)量達(dá)到年，我國硫酸產(chǎn)量達(dá)到3371.23371.2萬噸萬噸，超越美國。，超越美國。n20092009年全國硫酸產(chǎn)量年全國硫酸產(chǎn)量約約60006000萬噸萬噸。 n20112011年全國硫酸產(chǎn)量年全國硫酸產(chǎn)量約約74177417萬噸萬噸。n20142014年全國硫酸產(chǎn)量達(dá)年全國硫酸產(chǎn)量達(dá)88468846萬噸。萬噸。 n全國產(chǎn)量最高的省份：云南，山東，貴州，江蘇，全國

7、產(chǎn)量最高的省份：云南，山東，貴州，江蘇，江西，湖北，廣西江西，湖北，廣西第三節(jié)第三節(jié): :原料、路線和接觸法生產(chǎn)硫酸的原則流程原料、路線和接觸法生產(chǎn)硫酸的原則流程 一、原料一、原料硫硫是主要原料（最理想的原料）是主要原料（最理想的原料）硫鐵礦硫鐵礦也是主要原料（我國用硫鐵礦約占硫酸總產(chǎn)量也是主要原料（我國用硫鐵礦約占硫酸總產(chǎn)量的的70%）硫酸鹽硫酸鹽自然界產(chǎn)的石膏自然界產(chǎn)的石膏(CaSO4)、芒硝、芒硝(Na2SO4) 2CaSO4 + C = 2CaO + 2SO2 + CO2 ( (在爐中灼燒在爐中灼燒) )含硫工業(yè)廢物含硫工業(yè)廢物有色冶金廠副產(chǎn)大量含有色冶金廠副產(chǎn)大量含SO2的廢氣的廢氣

8、 ( (意義重大意義重大) )選用不同的原料決定著不同的生產(chǎn)路線和工藝流程選用不同的原料決定著不同的生產(chǎn)路線和工藝流程n硫磺硫磺n2014年全球硫磺需求總量年全球硫磺需求總量約為約為58.0 Mt。n硫磺主要來自：硫磺主要來自：天然氣凈天然氣凈化回收硫磺（約化回收硫磺（約4949）、）、石油煉制回收（約石油煉制回收（約4545）、）、油砂回收（約油砂回收（約4 4）、煤）、煤化工等其它（約化工等其它（約2 2）。）。n20142014年年中國中國硫磺產(chǎn)量約為硫磺產(chǎn)量約為5.7Mt，其中約，其中約5555來自煉油回收，約來自煉油回收，約4444來自天然氣凈化回收來自天然氣凈化回收，其它其它( (

9、主要是煤化工主要是煤化工) )約占約占1 1。n其中其中8585用于硫酸生產(chǎn)。用于硫酸生產(chǎn)。n20152015年中國硫磺產(chǎn)量大至年中國硫磺產(chǎn)量大至6Mt。硫鐵礦有三種硫鐵礦有三種: : （根據(jù)來源不同）（根據(jù)來源不同）普通硫鐵礦：普通硫鐵礦：呈金黃色，有金屬光澤，含硫呈金黃色，有金屬光澤，含硫2552%，含含鐵鐵3544%。也稱。也稱黃鐵礦黃鐵礦，主要成分為，主要成分為FeS2。 浮選硫鐵礦：浮選硫鐵礦：浮選銅或鋅的硫化物礦所選出的廢浮選銅或鋅的硫化物礦所選出的廢物物, , 又稱尾砂，含又稱尾砂，含硫量硫量303049%49%。含煤硫鐵礦：含煤硫鐵礦：采煤或選煤時(shí)得到的廢物，含硫采煤或選煤時(shí)得

10、到的廢物，含硫353540%40%。n黃鐵礦：黃鐵礦：淺黃的顏色和淺黃的顏色和明亮的金屬光澤，類似明亮的金屬光澤，類似黃金顏色。黃金顏色。 v硫鐵礦硫鐵礦二、接觸法生產(chǎn)硫酸的原則流程二、接觸法生產(chǎn)硫酸的原則流程 以以硫鐵礦硫鐵礦為原料經(jīng)歷三個(gè)化學(xué)反應(yīng)：為原料經(jīng)歷三個(gè)化學(xué)反應(yīng)：4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2 2SO2 + O2 = 2SO3 SO3 + H2O = H2SO4 若采用其它原料若采用其它原料只是第一步反應(yīng)不同，如：只是第一步反應(yīng)不同，如： 硫硫 S + O2 = SO2 硫化氫硫化氫 H2S + 1.5O2 = H2O + SO2 廢酸廢酸 H2SO4 +

11、 C + 0.5O2 = H2O + SO2 + CO2 硫酸生產(chǎn)流程硫酸生產(chǎn)流程n原料原料造氣造氣接觸氧化接觸氧化成酸成酸產(chǎn)品產(chǎn)品硫鐵礦為原料時(shí)，原料氣含有很多雜質(zhì)，因此硫鐵礦為原料時(shí)，原料氣含有很多雜質(zhì)，因此 原料原料造氣造氣凈化凈化接觸氧化接觸氧化成酸成酸產(chǎn)品產(chǎn)品第四節(jié)第四節(jié): :二氧化硫的催化氧化過程二氧化硫的催化氧化過程 催化劑要求催化劑要求：活性大、反應(yīng)活化能低，壽命長、不易粉：活性大、反應(yīng)活化能低，壽命長、不易粉碎、老化和中毒。碎、老化和中毒。我國采用我國采用V2O5釩催化劑釩催化劑：硅藻土為載體，添加少量：硅藻土為載體，添加少量硫酸硫酸鉀和硫酸鋇鉀和硫酸鋇為助催劑。為助催劑。釩

12、催化劑可使釩催化劑可使反應(yīng)活化能反應(yīng)活化能降低到降低到8896 kJmol-1，反應(yīng)，反應(yīng)速率約可提速率約可提高數(shù)億倍高數(shù)億倍，活性溫度，活性溫度420600。避免催化劑中毒避免催化劑中毒：三氧化二砷三氧化二砷、二氧化硒二氧化硒（使五氧化二（使五氧化二釩中毒）、釩中毒）、氟化氫和酸霧氟化氫和酸霧（破壞硅藻土的微孔結(jié)構(gòu)）。（破壞硅藻土的微孔結(jié)構(gòu)）。2SO2 + O2 = 2SO3一、工藝條件的優(yōu)化一、工藝條件的優(yōu)化n1.1.反應(yīng)溫度反應(yīng)溫度n優(yōu)化溫度必須在催化劑活性范圍以內(nèi)。優(yōu)化溫度必須在催化劑活性范圍以內(nèi)。n是可逆、放熱反應(yīng)。反應(yīng)開始時(shí)，溫度應(yīng)該高些，是可逆、放熱反應(yīng)。反應(yīng)開始時(shí)，溫度應(yīng)該高些

13、，如如580，以爭取獲得較大的反應(yīng)速率；反應(yīng)后期，以爭取獲得較大的反應(yīng)速率；反應(yīng)后期溫度應(yīng)該低一些，如溫度應(yīng)該低一些，如430440，以獲得較高的轉(zhuǎn)，以獲得較高的轉(zhuǎn)化率?；省?2SO2 + O2 = 2SO3釩催化劑活性溫度釩催化劑活性溫度420600n2. 催化劑的粒徑催化劑的粒徑n催化反應(yīng)在催化劑活性表面上發(fā)生，需增加活催化反應(yīng)在催化劑活性表面上發(fā)生，需增加活性表面積，制成有許性表面積，制成有許多微小內(nèi)孔的顆粒多微小內(nèi)孔的顆粒。n催化劑粒徑越小，擴(kuò)散速率越大，但催化劑構(gòu)催化劑粒徑越小，擴(kuò)散速率越大，但催化劑構(gòu)成的床層對氣流阻力較大。成的床層對氣流阻力較大。n實(shí)際反應(yīng)初期實(shí)際反應(yīng)初期: :

14、溫度較高，使用粒徑較小的催化溫度較高，使用粒徑較小的催化劑，以免降低反應(yīng)速率。劑，以免降低反應(yīng)速率。n反應(yīng)后期反應(yīng)后期: : 溫度較低，使用較大顆粒的催化劑溫度較低，使用較大顆粒的催化劑以降低床層阻力。以降低床層阻力。 3. 最終轉(zhuǎn)化率最終轉(zhuǎn)化率提高轉(zhuǎn)化率是優(yōu)化的主要目標(biāo)，轉(zhuǎn)化率應(yīng)該越大越好。提高轉(zhuǎn)化率是優(yōu)化的主要目標(biāo)，轉(zhuǎn)化率應(yīng)該越大越好。最終轉(zhuǎn)化率與催化劑用量、成本的關(guān)系最終轉(zhuǎn)化率與催化劑用量、成本的關(guān)系轉(zhuǎn)化率大，原料利用率高，設(shè)備的生產(chǎn)能力大，生產(chǎn)轉(zhuǎn)化率大，原料利用率高，設(shè)備的生產(chǎn)能力大，生產(chǎn)成本低。成本低。但但轉(zhuǎn)化率大，所需催化劑和反應(yīng)器的設(shè)備費(fèi)轉(zhuǎn)化率大，所需催化劑和反應(yīng)器的設(shè)備費(fèi)也大。

15、也大。生產(chǎn)成本對轉(zhuǎn)化率作圖有最低點(diǎn)：最優(yōu)轉(zhuǎn)化率生產(chǎn)成本對轉(zhuǎn)化率作圖有最低點(diǎn)：最優(yōu)轉(zhuǎn)化率n4.4.反應(yīng)壓力反應(yīng)壓力n加壓雖然可以提高平衡轉(zhuǎn)化率，但實(shí)際轉(zhuǎn)化率已很加壓雖然可以提高平衡轉(zhuǎn)化率，但實(shí)際轉(zhuǎn)化率已很高，加壓需要增加動力，經(jīng)濟(jì)上不合算，高，加壓需要增加動力，經(jīng)濟(jì)上不合算，一般采用一般采用常壓法生產(chǎn)常壓法生產(chǎn)。n但加壓可以使尾氣達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，而且還可以提高但加壓可以使尾氣達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，而且還可以提高產(chǎn)量，使投資費(fèi)降低。產(chǎn)量，使投資費(fèi)降低。目前僅目前僅法國，加拿大，日本有少數(shù)工廠采用加壓法法國，加拿大，日本有少數(shù)工廠采用加壓法。 2SO2 + O2 = 2SO3n5. 原料氣組成原料氣組成n當(dāng)以

16、硫鐵礦為原料時(shí)反應(yīng)得原料氣含：當(dāng)以硫鐵礦為原料時(shí)反應(yīng)得原料氣含：SO2 1012%，O2 86%。為了提高。為了提高SO2轉(zhuǎn)化率和加快轉(zhuǎn)化率和加快反應(yīng)速率，摻入少量空氣，使反應(yīng)速率，摻入少量空氣，使SO2降為降為8 810%10%， O O2 2上升為上升為10108%8%。n6.6.空速空速n空間速度簡稱空間速度簡稱“空速空速”，是指單位時(shí)間內(nèi)通過，是指單位時(shí)間內(nèi)通過單位體積催化劑的氣體體積。單位體積催化劑的氣體體積。n二氧化硫的催化氧化采用的空間速度通常約為二氧化硫的催化氧化采用的空間速度通常約為600600700h700h-l-l。 二、反應(yīng)器二、反應(yīng)器固定床反應(yīng)器固定床反應(yīng)器 和和 沸

17、騰床沸騰床( (恒溫恒溫) )反應(yīng)器反應(yīng)器軸向反應(yīng)器和軸向反應(yīng)器和徑向反應(yīng)器徑向反應(yīng)器阻力大，能耗高阻力大，能耗高 1.1.徑向固定床反應(yīng)器徑向固定床反應(yīng)器n反應(yīng)器一般分四段，每段放置反應(yīng)器一般分四段，每段放置7 7個(gè)同心個(gè)同心圓環(huán)式催化劑筐。圓環(huán)式催化劑筐。n反應(yīng)氣體從上方進(jìn)入，從筐的四周和頂反應(yīng)氣體從上方進(jìn)入，從筐的四周和頂部穿過催化劑床層到達(dá)筐的中心，然后部穿過催化劑床層到達(dá)筐的中心，然后向下匯集后，再重新分配進(jìn)入下一段，向下匯集后，再重新分配進(jìn)入下一段，直到從反應(yīng)器底部流出。直到從反應(yīng)器底部流出。n反應(yīng)器第反應(yīng)器第1 1，2 2段間采取用冷原料氣冷激段間采取用冷原料氣冷激的辦法將第的辦

18、法將第1 1段反應(yīng)后的氣體物料降溫，段反應(yīng)后的氣體物料降溫，2 2，3 3段間，段間，3 3，4 4段間采取中間換熱方式。段間采取中間換熱方式。n2.2.流化床反應(yīng)器流化床反應(yīng)器n以細(xì)粒（以細(xì)粒（d = 0.3 1 mm）催化）催化劑作床層。反應(yīng)氣以較高的速劑作床層。反應(yīng)氣以較高的速率由下而上通過，催化劑處于率由下而上通過，催化劑處于流化狀態(tài)。流化狀態(tài)。n所產(chǎn)生的反應(yīng)熱能夠通過反應(yīng)所產(chǎn)生的反應(yīng)熱能夠通過反應(yīng)器壁上的冷卻箱及時(shí)引出，恒器壁上的冷卻箱及時(shí)引出，恒溫。溫。n催化劑處于不斷翻騰和相互撞催化劑處于不斷翻騰和相互撞擊、摩擦的狀態(tài)，因此催化劑擊、摩擦的狀態(tài)，因此催化劑需有較強(qiáng)的耐撞擊、耐摩擦

19、的需有較強(qiáng)的耐撞擊、耐摩擦的性能。性能。n目前用的催化劑損耗率已低于目前用的催化劑損耗率已低于固定床催化劑的損耗率。固定床催化劑的損耗率。1.1.氣體分布器；氣體分布器；2.2.轉(zhuǎn)化器殼體；轉(zhuǎn)化器殼體；3.3.熱熱電偶；電偶；4.4.入孔；入孔；5.5.除沫器；除沫器； 6.6.冷卻器；冷卻器；7.7.襯里；襯里；8.8.泡冒分布板；泡冒分布板；9.9.多孔分布多孔分布板板n流化床反應(yīng)器的優(yōu)越性：流化床反應(yīng)器的優(yōu)越性：n(1)(1)使反應(yīng)物迅速達(dá)到優(yōu)化的使反應(yīng)物迅速達(dá)到優(yōu)化的反應(yīng)溫度和相應(yīng)的轉(zhuǎn)反應(yīng)溫度和相應(yīng)的轉(zhuǎn)化率?；?。n(2)(2)氣體物料進(jìn)入催化劑床層后能氣體物料進(jìn)入催化劑床層后能夠立即

20、升溫，所夠立即升溫，所以氣體不經(jīng)預(yù)熱也可進(jìn)行反以氣體不經(jīng)預(yù)熱也可進(jìn)行反應(yīng)。應(yīng)。n(3)(3)催化劑處于催化劑處于流化狀態(tài)，反應(yīng)器內(nèi)沒有死角流化狀態(tài)，反應(yīng)器內(nèi)沒有死角，不，不會發(fā)生固定床的會發(fā)生固定床的“塵堵塵堵”現(xiàn)象，操作簡易穩(wěn)定?，F(xiàn)象，操作簡易穩(wěn)定。第五節(jié)第五節(jié): : 接觸法生產(chǎn)硫酸的流程接觸法生產(chǎn)硫酸的流程以硫鐵礦為原料生產(chǎn)硫酸要經(jīng)歷三個(gè)化學(xué)反應(yīng)以硫鐵礦為原料生產(chǎn)硫酸要經(jīng)歷三個(gè)化學(xué)反應(yīng): : 4FeS2 + 11O2 2Fe2O3 + 8SO2 2SO2 + O2 2SO3 SO3 + H2O H2SO4 接觸法生產(chǎn)硫酸的原則流程：接觸法生產(chǎn)硫酸的原則流程： 原料原料造氣造氣凈化凈化接觸氧

21、化接觸氧化成酸成酸產(chǎn)品產(chǎn)品 以硫鐵礦為原料的生產(chǎn)過程以硫鐵礦為原料的生產(chǎn)過程: :n(1)(1)造氣過程：造氣過程：礦石的粉碎、配礦和熔燒。礦石的粉碎、配礦和熔燒。 n(2)(2)凈化過程：凈化過程：除去原料氣中的各種雜質(zhì)。除去原料氣中的各種雜質(zhì)。n(3)(3)氧化過程：氧化過程：使二氧化硫氧化為三氧化硫。使二氧化硫氧化為三氧化硫。n(4)(4)成酸過程：成酸過程：使三氧化硫生成硫酸產(chǎn)品。使三氧化硫生成硫酸產(chǎn)品。二氧化硫二氧化硫爐氣的生產(chǎn)爐氣的生產(chǎn) 1.1.造氣（凈化過程）造氣（凈化過程） 硫鐵礦經(jīng)破碎、篩分，粒度達(dá)到硫鐵礦經(jīng)破碎、篩分，粒度達(dá)到4mm以以下，經(jīng)配料下，經(jīng)配料后送入沸騰后送入沸

22、騰焙燒焙燒爐，經(jīng)過兩步反應(yīng)：爐，經(jīng)過兩步反應(yīng)： 2FeS2 2FeS + S2 （850-900） 4FeS + 7O2 2Fe2O3 + 4SO2 總總反應(yīng)方程式：反應(yīng)方程式： 4FeS2 + 11O2 2Fe2O3 + 8SO2 3FeS2 + 8O2 Fe3O4 + 6SO2 （當(dāng)空氣不足時(shí)）（當(dāng)空氣不足時(shí)）硫鐵礦從加料口硫鐵礦從加料口4 4進(jìn)入爐膛內(nèi)；空氣進(jìn)入爐膛內(nèi)；空氣從進(jìn)口從進(jìn)口1 1進(jìn)爐，然后被風(fēng)帽進(jìn)爐，然后被風(fēng)帽2 2分成許多分成許多細(xì)流噴入爐膛與硫鐵礦反應(yīng)。細(xì)流噴入爐膛與硫鐵礦反應(yīng)。空氣速度較大，硫鐵礦在氣流中翻滾空氣速度較大，硫鐵礦在氣流中翻滾如沸騰狀。由于固體顆粒間不斷摩

23、擦，如沸騰狀。由于固體顆粒間不斷摩擦，反應(yīng)容易深入到礦粉內(nèi)部，提高燒出反應(yīng)容易深入到礦粉內(nèi)部，提高燒出率。率。沸騰爐的生產(chǎn)強(qiáng)度很大?？梢圆捎昧臃序v爐的生產(chǎn)強(qiáng)度很大?？梢圆捎昧淤|(zhì)礦砂。質(zhì)礦砂。 圖圖4 沸騰爐沸騰爐 1.空氣進(jìn)口；空氣進(jìn)口；2.風(fēng)帽；風(fēng)帽； 3.二次空氣入口；二次空氣入口；4.加料口；加料口； 5.爐氣出口；爐氣出口；6.卸渣口卸渣口沸騰爐沸騰爐 爐氣的凈化和干燥爐氣的凈化和干燥根據(jù)二氧化硫催化氧化的需要，凈化要求高根據(jù)二氧化硫催化氧化的需要，凈化要求高 (mgm-3)： 酸霧酸霧5，礦塵，礦塵2，砷，砷5，氟，氟10固體雜質(zhì)固體雜質(zhì)：鐵、銅、鉛、鈣、鋇等的氧化物或硫酸鹽。鐵、銅

24、、鉛、鈣、鋇等的氧化物或硫酸鹽。堵塞催化劑床層和管路，堵塞催化劑床層和管路，降低催化劑活性降低催化劑活性，增加阻力，增加阻力，增加能耗。增加能耗。氣體雜質(zhì)氣體雜質(zhì)：SO3易形成酸霧引起設(shè)備腐蝕；易形成酸霧引起設(shè)備腐蝕；As2O3能與能與催化劑生成易揮發(fā)的催化劑生成易揮發(fā)的V2O5As2O3，冷卻后易結(jié)成硬殼，冷卻后易結(jié)成硬殼，降低催化劑活性降低催化劑活性；HF能與催化劑以及耐酸材料中的能與催化劑以及耐酸材料中的SiO2反應(yīng)生成反應(yīng)生成SiF4。 凈化方法凈化方法一般的凈化、分離順序：一般的凈化、分離順序：從從大到小、由易到難大到小、由易到難，采用不同的設(shè)備逐級分離。，采用不同的設(shè)備逐級分離。較

25、大較大的粒子：靠重力作用，自然沉淀分離。的粒子：靠重力作用，自然沉淀分離。較小較小的粒子：旋風(fēng)分離器（離心力的作用）。的粒子：旋風(fēng)分離器（離心力的作用）。更小更小的粒子：的粒子：電除塵器電除塵器、電除霧器，文氏管洗滌器、電除霧器，文氏管洗滌器加旋風(fēng)分離器（液體吸收或固體吸附）。加旋風(fēng)分離器（液體吸收或固體吸附）。爐氣的凈化方法：水洗法，酸洗法爐氣的凈化方法：水洗法，酸洗法水洗法：水洗法：是用水淋洗爐氣是用水淋洗爐氣,使溫度從使溫度從850-950迅迅速降低到速降低到70以下。這時(shí)爐氣中的以下。這時(shí)爐氣中的礦塵被水潤礦塵被水潤濕留在水中濕留在水中,氣體雜質(zhì)如氣體雜質(zhì)如As2O3，HF、SO3等也

26、等也溶于水而除去。溶于水而除去。酸洗法酸洗法：旋風(fēng)除塵旋風(fēng)除塵電除塵電除塵 空塔洗滌空塔洗滌填料塔填料塔洗滌洗滌一級電除霧一級電除霧 增濕增濕 二級電除霧二級電除霧 干燥干燥第第1,21,2步：步：除塵除塵, ,先去粗粒后去細(xì)粒。先去粗粒后去細(xì)粒。第第3,43,4步：步：除去除去As2O3、HF、SO3等雜質(zhì)。等雜質(zhì)。第第5 5步：步：用電除霧器除去直徑大于用電除霧器除去直徑大于1m的的酸霧酸霧。第第6步：步：把小于把小于1m的酸霧用的酸霧用5%的稀酸洗滌，的稀酸洗滌，使小粒使小粒酸霧長大成大霧滴酸霧長大成大霧滴，然后經(jīng)第，然后經(jīng)第7步除去步除去。第第8 8步步：用用98%98%的濃硫酸進(jìn)行干

27、燥的濃硫酸進(jìn)行干燥。電除霧器電除霧器酸洗法的優(yōu)點(diǎn)酸洗法的優(yōu)點(diǎn)：不產(chǎn)生廢水：不產(chǎn)生廢水, , 除酸霧比較徹除酸霧比較徹底。它所產(chǎn)生的廢酸有一定的濃度底。它所產(chǎn)生的廢酸有一定的濃度, ,便于處便于處理或作為廢酸出售。理或作為廢酸出售。 水洗法的凈化效果好水洗法的凈化效果好, ,設(shè)備簡單設(shè)備簡單, , 但產(chǎn)生大但產(chǎn)生大量含量含SO2和和SO3的的廢水廢水, ,需要對廢水進(jìn)行處理。需要對廢水進(jìn)行處理。從整體講從整體講,經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益都不太好經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益都不太好。2.2.接觸氧化接觸氧化n2SO2 +O2 2SO3n二氧化硫的氧化是一個(gè)可逆、放熱、體二氧化硫的氧化是一個(gè)可逆、放熱、體積變小、活

28、化能較大的反應(yīng)積變小、活化能較大的反應(yīng) 。n3.3.成酸過程成酸過程nSO3( (氣氣)+)+H2O( (液液) ) H2SO4( (液液) )n用水或稀硫酸吸收三氧化硫？用水或稀硫酸吸收三氧化硫？n化學(xué)熱力學(xué)和動力學(xué)可行，但實(shí)際技術(shù)不行?；瘜W(xué)熱力學(xué)和動力學(xué)可行，但實(shí)際技術(shù)不行。n原因：水或稀硫酸表面上有相當(dāng)數(shù)量的水蒸氣，原因：水或稀硫酸表面上有相當(dāng)數(shù)量的水蒸氣， SOSO3 3氣體分子首先與水蒸氣分子發(fā)生反應(yīng)生成氣態(tài)氣體分子首先與水蒸氣分子發(fā)生反應(yīng)生成氣態(tài)的硫酸，凝集成酸霧。酸霧會漂浮空氣中，極少有的硫酸，凝集成酸霧。酸霧會漂浮空氣中，極少有機(jī)會與液體水或稀硫酸接觸而被吸收，而是隨著不機(jī)會與液體水或稀硫酸接觸而被吸收，而是隨著不溶性氣體一起排放到大氣，浪費(fèi)又污染環(huán)境。溶性氣體一起排放到大氣，浪費(fèi)又污染環(huán)境。n實(shí)際采用實(shí)際采用98.3%98.3%的濃硫酸做吸收劑。的濃硫酸做吸收劑。 生產(chǎn)上一般采用填生產(chǎn)上一般采用填料吸收塔，這是因料吸收塔，這是因?yàn)樘盍纤容^容易為填料塔比較容易解決材質(zhì)問題。解決材質(zhì)問題。填料塔的填料填料塔的填料是耐酸陶器。是耐酸陶器。塔的外殼是鋼，塔的外殼是鋼，內(nèi)襯耐酸