1、湖南石油化工職業技術學院畢業設計（論文）任務書題 目：年產二十萬噸硫酸裝置工藝設計（35%含硫煙氣）作 者： 學 號： 所屬學院：湖南石油化工職業技術學院專業年級：應用化工生產技術 指導教師： 職 稱：完成時間： 年產20萬噸煙氣制硫酸裝置工藝設計(3.5%煙氣)摘 要我國正處于工業文明的高速發展時期，合理利用資源、保護生態環境尤為重要。在有色金屬開采冶煉利用所產生的廢硫酸量很大已成為業內及相關行業工作者日益關注的問題。我國是硫酸生產和消費需求的大國，針對有色金屬冶煉過程中產生的煙氣，其煙氣量按（m3/h）成分（%）；SO2、SO3、H2O、O2、N2、CO2、CO雜質As、Fe、Hg、Cu、

2、Zn、Pb、Co、Cl2、Cd、Se、S io2等雜質的處理問題研究，提出較優的解決方案。冶煉煙氣制酸的流程可分為：凈化工段、干吸工段、轉化工段,硫化法，填料塔關鍵詞：生態環境；煙氣；填料塔；工藝設計；硫酸Annual output of 200000 tons of flue gas system of sulfuric acid unit process design (3.5% or higher flue gas) AbstrctOur country is in the rapid development of modern industrial civilization perio

3、d, the reasonable use of resources, protect the ecological environment is particularly important. In smelting non-ferrous metal mining use of waste sulfuric acid produced by large quantity has become the industry and relevant industry workers concern increasingly. Power, is the sulfuric acid product

4、ion and consumer demand in China for non-ferrous metal smelting process of flue gas, the smoke volume (m3 / h) content (%); SO2, SO3, H2O, O2, N2, CO2, CO As impurities, Fe, Hg, Cu, Zn, Pb, CO, Cl2, Cd, Se, SiO2impurities such As deal with the problem of research, put forward a better solution. Smel

5、ting gas sulphuric acid process can be divided into: cleaning section, dry absorption section, section, The method of sulfide, packed tower Key words: ecological environment; The flue gas. Packed tower; Process design; Sulfuric acid 第一章概述1.1硫酸簡介硫酸是化學五大無機強酸（硫酸、硝酸、鹽酸、氫溴酸、氫碘酸）之一。中文名稱：硫酸英文名稱：sulfuric ac

6、id分子式：H2SO4CAS登錄號：7664-93-9EINECS 登錄號231-639-5分子相對質量： 98.08 成分/組成信息:硫酸 98.0（濃）中心原子雜化方式:sp3結構式-1.2硫酸的性質及用途（濃硫酸）1.2.1物理性質純硫酸是一種無色無味油狀液體。常用的濃硫酸中H2SO4的質量分數為98.3，其密度為1.84g·cm-3，其物質的量濃度為18.4mol·L-1。硫酸是一種高沸點難揮發的強酸，易溶于水，能以任意比與水混溶。濃硫酸溶解時放出大量的熱，因此濃硫酸稀釋時應該“酸入水，沿器壁，慢慢倒，不斷攪?！?若將濃硫酸中繼續通入三氧化硫,則會產生"發

7、煙"現象,這樣超過98.3%的硫酸稱為“發煙硫酸”。熔沸點當硫酸濃度為98.3時：熔點：-90.8；沸點：338吸水性將一瓶濃硫酸敞口放置在空氣中，其質量將增加，密度將減小，濃度降低，體積變大，這是因為濃硫酸 具有吸水性。 就硫酸而言，吸水性是濃硫酸的性質，而不是稀硫酸的性質。0 q- v4 h; W% q8 A濃硫酸的吸水作用，指的是濃硫酸分子跟水分子強烈結合，生成一系列穩定的水合物，并放出大量 的熱：H2SO4 + nH2O = H2SO4·nH2O，故濃硫酸吸水的過程是化學變化的過程，吸水性是濃硫酸的化學性 質。濃硫酸不僅能吸收一般的游離態水（如空氣中的水），而且還能

8、吸收某些結晶水合物（如CuSO4 5H2O、Na2CO310H2O）中的水。1.2.2 化學性質脫水性就硫酸而言，脫水性是濃硫酸的性質，而非稀硫酸的性質，即濃硫酸有脫水性且脫水性很強。濃硫酸具有很強的腐蝕性。( ?2 n4 n, x) T% |; u5 脫水性是濃硫酸的化學特性，物質被濃硫酸脫水的過程是化學變化的過程，反應時，濃硫酸按水分 子中氫氧原子數的比（21）奪取被脫水物中的氫原子和氧原子。 ' 可被濃硫酸脫水的物質一般為含氫、氧元素的有機物，其中蔗糖、木屑、紙屑和棉花等物質中的有機物，被脫水后生成了黑色的炭（碳化）。 X. z& 濃硫酸 如C12H22O11=12C +

9、 11H2Oh4 h* F0 J+ Y o: E5 強氧化性跟金屬反應常溫下，濃硫酸能使鐵、鋁等金屬鈍化。加熱時，濃硫酸可以與除金、鉑之外的所有金屬反應，生成高價金屬硫酸鹽，本身一般被還原成SO2Cu + 2H2SO4(濃) = CuSO4 + SO2+ 2H2O2Fe + 6H2SO4(濃) = Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O 在上述反應中，硫酸表現出了強氧化性和酸性。 跟非金屬反應熱的濃硫酸可將碳、硫、磷等非金屬單質氧化到其高價態的氧化物或含氧酸，本身被還原為SO2。在這類反應中，濃硫酸只表現出氧化性。C + 2H2SO4(濃) = CO2 + 2SO2 + 2H2O (

10、S+2H2SO4(濃) =3SO2+2H2O ! p2P + 5H2SO4(濃) = 2H3PO4 + 5SO2 + 2H2O跟其他還原性物質反應 1濃硫酸具有強氧化性，實驗室制取H2S、HBr、HI等還原性氣體不能選用濃硫酸。 7H2S + H2SO4(濃) = S + SO2 + 2H2O2HBr + H2SO4(濃) = Br2 + SO2 + 2H2O2HI + H=SO4(濃) = I2 + SO2 + 2H2O ' 吸水性9就硫酸而言，吸水性有很多用處，比如很多的氣體都可以用濃硫酸來干燥。它是良好的干燥劑。這個與脫水性有很大的不同：脫水性一般反應前沒有水，而是H，O元素以個

11、數比2：1的形式形成水，從有機物中出來。而吸水性則是反映前就有水，只是在此過程中硫酸做了一個干燥劑的作用。如： CuSO4·5H2O（H2SO4）CuSO4+5H2O這個反應，就是體現硫酸的吸水性，而不是脫水性，因為反應前有水。還有在實驗室制取乙烯的過程中，頁體現濃硫酸的吸水性，促使反應項正反應方向進行。在一些硫酸作催化劑的反應中，尤其是是濃硫酸，一般都體現硫酸的吸水性。難揮發性（高沸點）9 K&制氯化氫、硝酸等（原理：利用難揮發性酸制易揮發性酸） 如，用固體氯化鈉與濃硫酸反應制取氯化氫氣體2NaCl（固）+H2SO4（濃）=Na2SO4+2HCl再如，利用濃鹽酸與濃硫酸可以

12、制氯化氫氣。酸性制化肥，如氮肥、磷肥等。2NH3+H2SO4=(NH4)2SO4 Ca3(PO3)2+2H2SO4=2CaSO4+Ca(H2PO4)2穩定性濃硫酸與亞硫酸鹽反應 "Na2SO3+H2SO4=Na2SO4+H2O+SO2) X5 j3 9 f! . D) 1.2.3 稀硫酸 物理性質無色透明液體。熔點較低?；瘜W性質可與多數金屬（比銅活潑）氧化物反應，生成相應的硫酸鹽和水；可與所含酸根離子對應酸酸性比硫酸根離子生成方應的硫酸根離子和弱酸；可與堿反應生成相應的硫酸鹽和水；可與氫前金屬在一定條件下反應，生成相應的硫酸鹽和氫氣； 條件下可催化蛋白質、二糖和多糖的水解。1.2.4

13、 用途利用其酸性，可制磷肥、氮肥；可除銹；可制實用價值較大的硫酸鹽。利用濃硫酸的吸水性，用濃硫酸作吸水劑和干燥劑。利用濃硫酸的脫水性，濃硫酸常用作精煉石油的脫水劑、有機反應的脫水劑等。利用濃硫酸的高沸點難揮發性，常用于制取各種揮發性酸。1.3硫酸國內外生產現狀及冶煉煙氣制酸前景1.3.1國外硫酸生產現狀20072013年全球硫酸年均增長率在3.4%，2012年全球硫酸貿易總量16500kt，2012年全球硫酸消費比例為磷肥49%，工業用酸28%，硫酸銨7%，普鈣6%，酸浸煉銅6%。酸浸煉鎳2.5%，采鈾1.5%。英國商品咨詢公司(CRU)專家預測，到2017年全球硫酸供應量將比2012年的基礎

14、上增加45000kt/a，其中硫磺制酸產量將在2012年的基礎上增加35000kt/a，達到176Mt/a；中國約增加11100kt/a。冶煉煙氣制酸產量將在2012年的基礎上增加14400kt/a，達到79700kt/a；中國約增加8000kt/a。在硫酸需求方面，專家預測到2017年全球硫酸需求量將在2012年的基礎上增加45400kt/a，其中主要是東亞(中國)、非洲、中東和南亞等地區。全球磷肥耗酸量將在2012年的基礎上增長14000kt/a，達到132mt/a；酸浸煉銅耗酸量將在2011年的基礎上增加900kt/a，達到13400kt/a?？傮w而言，全球硫酸產銷基本維持平衡態勢。1.

15、3.2國內硫酸生產現狀(1) 硫酸產量迅速增長。硫酸工業是國民經濟的基礎行業，直接影響我國的糧食生產。由于我國是世界最大的農業國，決定了我國必然會成為硫酸生產大國。2003年我國硫酸產量為33711kt，超過美國成為世界上第一產酸大國。2012年我國硫酸工業更是以84030kt創下歷史新高。一是與高濃度磷復肥配套建設大型硫磺制酸裝置投產，2012年有云南三環中化化肥、云南祥豐化肥、湖北宜化集團等。二是沿海地區以利用能源為目的建設的大中型硫磺制酸裝置，2012年有鎮江凱林熱能、江蘇格林艾普化工紹興明業化纖、寧波新福鈦白粉等企業約3000Kt/a 產能裝置投產.三是有色金屬冶煉配套建設大中型冶煉煙

16、氣制酸裝置， 2012年已有江西銅業集團公司、銅陵有色銅山礦業、湖北大冶有色約7500Kt/a產能裝置投產。四是硫鐵礦和硫精砂產區為資源的發展利用而建設大中型硫鐵礦制酸裝置。我國硫酸產能增長情況見表14。表14 20042012我國硫酸增長產量及增長率年 份200420052006200720082009201020112012產量 /kt399464625050440570005379059690703307973884030累計年平均增長率/%12.915.89.113.05.610.717.813.45.4(2) 原料結構日趨合理，形成三足鼎立形勢。過去我國一直以硫鐵礦制酸為主，入世以后

17、，我國經濟進一步全球化，給硫磺制酸和冶煉煙氣制酸的高速發展帶來了機遇入世以來年我國硫酸產量原料結構的變化情如下表15所示。表15 20012012年我國硫酸產量及原料構成項目硫酸產量/kt硫鐵礦制酸硫磺制酸冶煉煙氣制酸其他制酸產量/kt比例/%產量/kt比例%產量/kt比例/%產量/kt比例/%2002年3052012 05839.51111636.4693222.74141.42003年337111303438.71260937.4752122.35471.62004年399461431635.81623640.6884822.25461.42005年462501612034.8197404

18、2.7981021.25801.32006年504401593031.62233044.31163023.15501.02007年570001678029.42655046.61315023.15200.92008年537901686031.32081038.71543028.76901.32009年596901384623.22795846.81778529.8970.22010年703301772025.23298046.91929027.43400.52011年797381969124.73844148.22129726.73090.42012年840302061024.53904046

19、.52386028.45200.6(3) 區域集中化明顯增長，產業集中度進一步提高。經過幾十年的發展，硫酸工業小企業星羅棋布，制酸裝置遍地開花的局面開始得到改變。制酸企業開始向原材料主產地，產品消費地靠攏。開始形成一批極具競爭地的硫酸產業集中工業區。2012年我國有19個省市硫酸產量超過1000kt，產量排名前5位的省份分別是：云南、湖北、山東、貴州和四川，其產量占全國硫酸總產量的50.27%；產量排名前10位省份產量達到62260kt，占到全國硫酸總產量的74.09%。 云南、湖北硫酸產量均超過10000kt，其中云南產量12400kt，同比增長5.7%；湖北產量10710kt，同比增長3.

20、2%。我國硫酸產業分布在西南地區的云南，四川和重慶及湖北等磷肥生產集中地區；二是沿海工業發達的華東地區；三是有色金屬冶煉集中省份和硫鐵礦產區。(4) 硫酸企業實力大大增強我國硫酸工業在發展過程中，通過行業優化重組淘汰原料一大批規模小，產能低，能耗高，污染重的企業。取而代之的是規模大，產能高，能耗低，污染少的新型高科技制酸企業。2012年硫磺制酸排名前10位企業產量2118kt，占全國硫磺制酸總產量的54.25%，同比上升2百分點；云天化國際居首，為6174kt； 貴州開磷(集團)有限責任公司排名第二，為3739kt。2012年年有產量的硫鐵礦制酸企業188家，硫鐵礦制酸產量排名前10位企業產量

21、576kt，占全國硫鐵礦制酸總產量的27.9%，同比上升1百分點；銅陵化學工業集團(簡稱銅化集團)排名第一，為933kt；其次為湖北祥云(集團)化工股份(簡稱湖北祥云集團)的833kt。2012年有產量的冶煉煙氣制酸企業133家，冶煉煙氣制酸產量排名前10位企業產量，占全國冶煉煙氣制酸總產量的1162kt，與2011年基本持平；銅陵有色金屬集團控股(簡稱銅陵有色)排名第一，為2110kt其次為江西銅業集團公司(簡稱江銅)2102kt。(5) 硫酸市場需求旺盛近年來化肥用酸量占硫酸總消費量比例一直穩定在70 % 左右，其中磷肥用酸量約占硫酸總消費量的6 %。2009年我國高濃度磷復肥產量已占磷肥

22、總產量的76 .6% ，高濃度磷復肥耗酸量已占硫酸總消費量的53 % 。隨著國民經濟的快速增長，化工、輕工、紡織、鋼鐵等行業中的大多數用酸產品的年均增長率都在20 % 左右，因此非化肥工業對硫酸的需求量增長很快，預計未來年非化肥工業用酸量年均增長率約為13%。(6) 技術裝備水平的發展近年來一大批大型裝置的建設使我國硫酸生產技術裝備水平達到了一個新的高度，與國際先進水平的差距進一步縮小。硫酸裝置普遍采用二轉二吸制酸工藝，大型硫酸裝置SO2總轉化率可達到9.8%，尾氣SO2基本達標排放。硫鐵礦和冶煉煙氣制酸裝置普遍采用了稀酸洗凈化工藝，減少了酸性污水排放量；推廣了硫化法、石灰一鐵鹽法等污水處理工

23、藝并采用了西恩過濾器、戈爾膜過濾器等設備，有效控制了水污染。大型銅冶煉基本采用富氧冶煉技術，鉛冶煉應用了氧氣底吹一鼓風爐還原創新技術，從而提高了煙氣SO2濃度，有利于制酸處理。在低SO2濃度冶煉煙氣制硫酸方面，有的企業(如株洲冶煉)采用了引進的WSA濕法制酸技術生產硫酸，有的企業(如豫光金鉛、安陽眠山)采用了非穩態轉化制酸技術，一些企業(如金川集團、金堆城鑰業)還采用了高、低濃度SO2配氣制酸技術，提高了有色冶煉硫回收利用率。硫鐵礦和冶煉煙氣制酸裝置基本回收了高溫位熱能，部分大型裝置還回收利用了中溫位熱能，目前正在向低溫位熱能回收邁進，并開發了一些專有技術(如YRHS工藝)。山東祥光銅業70

24、ka銅冶煉煙氣制酸裝置是目前我國最為先進的硫酸裝置，其引進的奧圖泰高濃度SO2轉化工藝可使進轉化器SO2的濃度提高到16% 15% 。2012年我國硫酸產量7636.6萬噸，同比增長4.8%。一半以上用在磷肥行業，其他的醫藥、皮革、冶金工業和金屬加工、石油工業汽油、潤滑油等石油產品的生產、染料、合成洗滌劑、高分子化合物、改善堿性土壤等方面，都離不開硫酸的身影，甚至國防工業、航天科技、原子能工業都直接或間接的用到硫酸產品。（來自中國硫酸工業協會）1.3.3· 冶煉煙氣制酸前景我國冶煉煙氣制酸產量呈逐年上升趨勢，2009年產量為17785Kt，占硫酸產量的29.8，比2008年提高了一個

25、百分點，產量最大的是銅陵有色，為2290Kt，其次是金川集團1850Kt，江西銅業1720Kt，前十位冶煉煙氣產量占全國的54.3，具有國際先進水平的大型冶煉煙氣制酸裝置產能占總產能的50以上，冶煉煙氣制酸技術和裝置正在向大型化、高自動化、高可靠性、低耗能、低污染方向發展，產業集中度在進一步提高。目前，冶煉煙氣制酸工藝基本相同，設備配置略有不同，主工藝大多采用絕熱蒸發、稀酸洗滌凈化、一級干燥、兩次轉化、兩次吸收流程，凈化產出的經處理回收其中的有價金屬，廢水回收利用或達標排放，尾氣經中和脫硫后達標排放。冶煉煙氣制酸系統大部分都是密閉的，生產都是連續作業，隨著管理和技術的進步，生產管理正向著標準化

26、、大崗位、低成本、低定員、高勞動生產率的方向發展冶煉煙氣制酸簡述 由于大部分冶煉原料均為金屬硫化物，比如硫化鋅、硫化鉛等，在冶煉中會釋放大量的二氧化硫，其對環境的的污染十分嚴重。而當煙氣中的SO2的濃度高于3.5%時，則可采用冶煉煙氣制酸的方法，將其變廢為寶。這不僅充分利用了資源、保護了環境，還為企業增加了經濟效益。冶煉煙氣處理的主要手段1 冶煉煙氣制酸2 冶煉煙氣制硫磺3 氨酸法4 石灰/石灰石石膏法5 堿式硫酸鋁石膏法6 托普索WSA工藝7 非穩態轉化法冶煉煙氣制酸的工序流程 本工藝制酸是采用稀酸凈化、兩次轉化、兩次吸收的常壓接觸法制酸工藝。 工序流程可分為：凈化工段、干吸工段、轉化工段、

27、酸庫工段 煙氣流程：煙氣一級動力波空氣冷卻塔二級動力波電除霧器干燥塔SO2風機轉化器一吸塔轉化器二吸塔尾氣排空凈化工段（1）煙氣凈化的目的：盡可能地除去下列雜質，礦塵 容易堵塞管道砷和硒 危害觸媒。氟 危害瓷環 瓷環填料 觸媒的載體；二氧化碳和烴類氣體 耗較多氧，使氧硫比失衡水分（酸霧）是一切雜質的載體 煙氣凈化的主體設備 一級動力波；空氣冷卻塔。二級動力波；電除霧器 凈化工段稀酸循環系統；圓錐沉降槽 壓濾機 上清液儲槽 SO2脫吸塔煙氣的凈化流程； 由收塵系統排風機出來的340（300）高溫冶煉煙氣送入硫酸車間凈化工段。該煙氣首先在一級高效洗滌器中被絕熱冷卻和洗滌除雜質，再進入氣體冷卻塔進行

28、進一步冷卻及除雜質，然后又進入第二級高效洗滌器再次凈化。此時煙氣中絕大部分煙塵、砷及氟等雜質已被清除。同時煙氣溫度降至34（35）左右。進入兩級管式電除霧除下酸霧，使煙氣中的酸霧含量降至5mg/m3。煙氣中夾帶的少量砷、氟、塵等雜質也進一步被清除，凈化后的煙氣送往干吸工段。SO2煙氣凈化的原理凈化工段稀酸循環系統凈化工段中的第一級高效洗滌器，氣體冷卻塔及第二級高效洗滌器均有單獨的稀酸循環系統。氣體冷卻塔的循環酸通過板式換熱器進行換熱。稀酸采取由稀向濃、由后向前的串酸方式。引出的廢酸由一級高效洗滌器循環槽中根據廢酸生成量和廢酸的含砷、含塵量抽出一定的量送至沉降槽沉降。沉降槽的底流送入壓濾機進行壓

29、濾。濾餅因含有價金屬可直接外售或返回熔煉系統，濾液及沉降槽的上清液進入上清液貯槽。再用泵送至脫吸塔，脫吸塔脫吸后的氣體送入鋅系統電除霧前煙氣管道進入系統。脫吸后的廢酸流入污酸處理工序。 脫吸塔的主要作用是；脫出溶解在稀酸中的二氧化硫，減少環境污染的同時提高總硫利用率?？刂埔c1 事故高位槽不能缺水2 各管道煙氣溫度要嚴格控制3 稀酸洗凈化的酸濃要有所控制4 安全水封不能缺水5 電除霧器的開啟要求轉化工段（1）二氧化硫轉化的定義 煙氣在凈化工序除去礦塵、酸霧、砷、氟等有害雜質后，再通過干吸工序的干燥塔除去水分，然后進入轉化工序，在一定的溫度下，通過觸媒的催化，使煙氣中的二氧化硫與氧化合生產三氧化

30、硫，簡稱二氧化硫的轉化。（2）煙氣轉化工段的主體設備換熱器 轉化器 鼓風機（3）煙氣流程轉化工段采用了四段“+”式雙接觸工藝，“” 換熱流程。 從SO2鼓風機來的冷SO2氣體，俗稱一次氣，利用第熱交換器和第熱交換器被第四段和第一段觸媒層出來的熱氣體加熱到430進入轉化器一段觸媒層經第一、二、三段觸媒層催化氧化后SO2轉化率約為94.9%的SO3氣體，經各自對應的換熱器換熱后送往第一吸收塔吸收SO3制取硫酸。 第一吸收塔出來的未反應的冷SO2氣體，俗稱二次氣，利用第熱交換器和第熱交換被第三段、第二段觸媒出來的熱氣體加熱到430，進入轉化器四段觸媒層進行第二次轉化。經催化轉化后，總轉化率99.75

31、%的SO3氣體，經第熱交換器換熱后送往第二吸收塔吸收SO3制取硫酸。 在各換熱器進行換熱時，被加熱的SO2氣體走各列管熱交換器的管間，而被冷卻的SO3氣體則走各列管熱交換器的管內。為了控制進第一吸收塔的SO3煙氣溫度不至于太高，在第熱交換器與第一吸收塔之間設置了SO3冷卻器；為了控制進第二吸收塔的SO3煙氣溫度不至于太高，在第熱交換器與第二吸收塔之間設置了SO3冷卻器，利用冷卻風機用間接換熱的辦法使進第一、第二吸收塔的溫度適宜。 （4）轉化原理-催化劑-/高溫-1>二氧化硫氣體的轉化的化學方程 SO2 +O2 SO3 +Q 從這個化學方程式可以看出這是一個分子數目減少（體積減小）和放熱的

32、反應。在SO2 與O2反應生成SO3 （這個從左向右方向進行的反應叫正反應）的同時， SO3也有一部分分解為SO2和O2 （這個從右向左方向進行的反應叫逆反應）。因此，我們說SO2轉化反應是一個可逆的反應過程。已反應了的SO2對起始SO2總量之比百分比叫做總轉化率。2>反應的平衡和轉化率 在反應開始時，由于反應物（ SO2 ）濃度很高，沒有SO3，所以正反應速度很快，隨著反應的進行， SO2和O2濃度減少，正反應速度變慢，而隨著SO3濃度的增加，逆應速度變快。一個變慢一個變快，相互接近，最后達到正反應速度與逆反應相等。這時轉化生成的SO3量剛好等于分解的SO3量。只要反應條件不改變，無論

33、時間多長，反應物不再減少，生成物也不再增加。此時反應達到了化學平衡，反應速度為零。各個組分的濃度稱為平衡濃度，這時SO2的轉化率稱為平衡轉化率。化學反應達到了平衡就是在一定條件下達到了反應的極限，所以平衡轉化率就是在該條件下可能達到的最大轉化率。平衡轉化率越高，則實際可能達到的轉化率也越高。 3>反應所用的催化劑釩觸媒含有7%-12%五氧化二釩，這是具有催化活性的主體成分。一般把五氧化二釩叫“活性劑”。還含有一定量的堿金屬鹽，通稱堿金屬鹽為“促進劑”，或叫“助催化劑”，一般常采用鉀的硫酸鹽。觸媒中除五氧化二釩、硫酸鉀兩種成分以外，還有大量的二氧化硅，它的作用主要是做載體。工業上一般采用硅

34、藻土或硅膠，以用硅藻土為多。載體的作用使反應氣體與觸媒中活性組分充分接觸，從而提高轉化效率 。 在高溫下，觸媒催化活性下降主要有以下原因：（1）在高溫下，觸媒中的五氧化二釩和硫酸鉀形成了一種比較穩定的，無催化活性的氧釩基釩酸鹽，分子式為： 4V2O5 V2O4 K2O 4V2O5 V2O4 2K2O 5V2O5 V2O4 K2O（2）在610以上的高溫作用下，觸媒中的鉀和二氧化硅結合，隨著活性物質中鉀含量的減少，使五氧化二釩從熔融物中析出來，造成催化活性下降；（3）在610 左右，五氧化二釩和載體二氧化硅之間會慢慢發生固相反應，使部分五氧化二釩變成了沒有活性的硅酸鹽。（5）控制要點1 轉化器各

35、層的溫度2 氧硫比的控制3 SO2鼓風機開度的調節干吸工段（1）氣體干吸的目的 在轉化操作溫度下，雖然SO2氣體中的水蒸氣對釩催化劑是沒有危害的，但是水蒸氣和轉化后的SO3一起，在吸收中會形成酸霧且很難被吸收，可導致尾氣煙囪冒煙，同時酸霧與水分綜合利用，可造成干吸及轉化工序中管道設備的腐蝕，甚至造成催化劑結塊，活性降低、阻力增大等。 三氧化硫的吸收是接觸法制造硫酸的最后一道工序，雖然在生產硫酸的吸收操作中，存在著物理和化學吸收的兩種過程，但是我們還是習慣地稱其為三氧化硫的吸收。（2）干吸工段的主題設備干燥塔吸收塔酸循環槽換熱器除霧沫設備（3）干吸工序的煙氣流程干吸工段采用了常規的一級干燥、二次

36、吸收的煙氣處理流程。在干吸工段，干燥塔內循環淋灑93%濃硫酸，一吸塔和二吸塔內循環淋灑98%濃硫酸。濃硫酸循環系統均采用塔槽泵冷卻器塔的泵后冷卻工藝流程。吸收主要設備有：吸收塔、循環酸槽、酸泵以及酸冷器等 。帶陽極保護的酸冷卻器用于干吸工序濃硫酸的冷卻，采用固定管殼式結構，殼側走酸，管側走水，冷卻介質用工業循環冷卻水。陽極保護管殼式濃酸冷卻器的主材質是316L不銹鋼，殼體用314L不銹鋼，并附陽極保護裝置。采用泵后冷卻流程，即酸冷卻器位于泵和塔之間，泵出口之后。濃硫酸冷卻器是加壓操作，并采用板式換熱器進行換熱。1>氣的干燥 凈化工段出來的凈化煙氣，在淋灑93%硫酸的干燥塔內脫除煙氣中所含

37、的水份，經干燥后含水0.1g/m3的煙氣經SO2鼓風機送往轉化工段。 3> 酸溫的冷卻 1-管式干燥冷卻器，2-管式 吸收冷卻器5>尾氣的外排第二吸收塔的煙氣經塔頭纖維除霧器除霧后將酸霧量降至42mg/m3，然后由尾氣煙囪排空。尾氣煙囪入口的SO2濃度336PPm （1）雙膜理論：在氣液兩相接觸時其間存在著界面，界面雙方又分別存在著一層穩定的氣膜和液膜，一切質量和熱量的傳遞必須克服氣膜和液膜阻力后才可以進行，這就是我們所稱的雙膜理論。氣體在干燥過程中，氣體中的水蒸氣通過氣相主體以對流的形式擴散到氣膜，然后以分子擴散的形式通過液膜，再以對流擴散的形式傳遞到液相主體，從而使氣體得以干燥

38、。根據“雙膜理論”，我們在實際生產過程中可以從以下三方面著手，強化傳質過程。1>提高氣液流動速度，使氣膜和液膜變薄，更新快，有利于傳質過程的進行。但流速過快，流體阻力隨之增大，而且還會出現乳化和液泛現象。2>增大氣液接觸面積，即一方面要注意選擇表面積大、流體力學性能好的填料，如將拉西環改為矩鞍形環和階梯環等。另一方面還要注意改進設備結構（因氣液兩相有穩定的界面，氣液間接觸面積的大小，主要由設備由設備結構決定），例如將填充塔改為泡沫塔等。3>增加噴淋密度或改善噴淋狀況，提高填料的潤濕率，增加有效的接觸面積。但要注意防止由此引起的阻力過大和帶沫的現象，更要注意不能發生液泛現象。2

39、>SO3氣體的吸收原理 SO3被濃硫酸吸收后與其中的水化合成硫酸，其反應式為：nSO3+H2OH2SO4+(n-1)SO3+89247 J 由此反應可知，隨著SO3與水比例的改變，可以生成各種濃度的硫酸。若n1，則生成發煙硫酸； n=1，則生成無水硫酸； n1，則生成含水硫酸。 影響SO3氣體吸收的主要因素 影響SO3氣體吸收的主要因素有硫酸的濃度、吸收溫度、循環酸量、設備結構和氣速等。（5） 控制要點1 干燥酸濃度應控制在93.5%95%，濃度高一些，可以避免發生腐蝕；2 吸收酸濃度應控制在98.3%，因為此時的吸收率是最高。3 酸循環槽的液位控制4 成品酸槽的液位控制6 酸庫工段；儲

40、酸槽 計量槽 管道 酸泵四 低碳生產1 降低水耗a 采用回用雨水和外排循環水，降低水耗；b 凈化工段的污酸經圓錐沉降槽后，回用部分稀酸到一級動力波循環使用；c 控制好凈化的工藝指標，在滿足工藝條件下，減少補水和外排水；d 加強巡檢力度，杜絕各類水管發生滴漏現象；e 精細操作，按照工藝技術指標嚴格控制各工段塔體設備、槽設備的液位，杜絕浸液現象。2 降低電耗a 密切聯系上下游工序，緊密配合，精細操作，降低電爐的開啟頻率；b 應用高壓變頻設備節能設備，在現有的技術裝備允許的條件下，以調整3K風機的導葉開度為輔來降低電能節約電耗；c 加強巡檢力度，維護和保養管理，發現事故隱患及時組織處理，避免設備空載

41、運行。3 保障尾氣達標排放a 加強與上一道工序的聯系，密切觀察投料量，確保SO2濃度穩定；b 控制好各項工藝條件參數（酸濃、酸溫等），使其平穩，減少波動；c 加強應對突發緊急事故處理的能力（如循環酸泵故障等），能及時采取有效正確的方式處理；d 對電爐和尾氣吸收塔等重要輔助設施要進行周期管理，確保關鍵時刻能及時啟動。冶煉煙氣制酸中的干燥和吸收工段1干吸工段工藝流程1.1干吸工段工藝流程圖SO2煙氣干燥塔K風機煙 氣酸 冷 器酸泵循 環 酸 槽一 吸 塔熱交換器(管內)煙 氣酸 冷 器酸泵循 環 酸 槽熱交換器(管間)煙 氣SO3冷卻器(管內)二吸塔尾氣排空煙 氣成品中間槽酸泵酸冷器硫酸（去酸庫）

42、冷卻塔循環水池水泵1.2工藝及設備簡述所謂的“兩轉兩吸”工藝就是，爐氣進行一次轉化、一次吸收后、再進行第二次轉化和第二次吸收。采用兩次轉化工藝時，催化劑轉填段數以及其在前后兩次轉化的分配與最終轉化率、換熱面積大小有很大關系。流程的特征，可采用第一、二次轉化段數和含SO2氣通過換熱器的次序來表示。例如：3+1，、-、流程，是指第一次轉化用三段催化劑，第二次轉化用一段催化劑；第一次轉化前，含SO2氣體通過換熱器的次序為：第換熱器（指冷卻從第段催化劑床出來的轉化氣用的換熱器），第換熱器；第二次轉化前，含的SO2氣體通過換熱器的次序為第換熱器，第換熱器。此外常見的還有3+1，、-、等流程?，F在，一般有

43、“2+1”、“ 3+1”、“ 2+2”、“ 3+2”等組合方式，國內外多采用“3+1”組合方式。這種方式，氣體進入第一吸收塔（中間吸收塔）后，由于經過三段轉過三段轉化，在塔中將會有更多SO3從系統中移去，如果第二次轉化反應溫度足夠低，則可以獲得稍高的最終轉化率。吸收主要設備有：吸收塔、循環酸槽、酸泵以及酸冷器等，這些設備同干燥系統的設備在功能與結構上都相近，其中吸收塔類型同干燥系統。干燥-吸收系統所用酸冷器可以分為管殼式、淋洗式、螺旋板式和板式等。帶陽極保護的酸冷卻器用于干吸工序濃硫酸的冷卻，采用固定管殼式結構，殼側走酸，管側走水，冷卻介質用工業循環冷卻水。陽極保護管殼式濃酸冷卻器的主材質是3

44、16L不銹鋼，殼體用314不銹鋼，并附陽極保護裝置.濃硫酸冷卻器位于塔與酸循環為之間，泵的入口之前。由于濃硫酸冷卻器的酸是借重力流動克服阻力，這類流程只適宜用阻力小的酸冷卻器。如排管冷卻器，而難以采用流速高、傳熱系數高，阻力大的板式或管殼式磋冷卻器。由于需要依靠液位差克服管道、閥門、酸冷卻器的阻力，因此塔要放在較高的平臺上。泵后冷卻流程。即酸冷卻器位于泵和塔之間，泵出口之后。濃硫酸冷卻器是加壓操作。此類流程特別適合采用板式換熱器和管殼式酸冷卻器的場合。由于酸流速提高，可增大傳熱系數，從而節省傳熱面積，近年的設計多選用板式或管殼試酸冷卻器，故都采用此兩種流程。工業上較普遍采用的除霧、沫設備有纖維

45、除霧器和金屬絲網除沫器。纖維除霧器可以捕集<3m的霧粒，而絲網除沫器只能捕集>3m的霧沫。在硫酸工業中，絲網除沫器用于干燥塔出口氣體的捕沫效果很好，但用于吸收塔出口氣體的除霧沫效率不太高。纖維除霧器專門用于捕集吸收塔出口氣體的酸霧。纖維除霧器只適應于對清潔氣體的除霧。金屬絲網除沫器是一種壓降較低、效率較高的氣液分離設備。在硫酸工業中已廣泛應用作干燥塔上的捕沫設備。2爐氣的干燥二氧化硫煙氣干燥的工藝流程為：從電除霧來的二氧化硫氣體從干燥塔的下部進入干燥塔，同時，從干燥塔的頂部噴淋適量密度的93%的干燥用硫酸，氣液兩相在塔內的填料表面進行充分接觸并傳質和傳熱，在兩相充分接觸時，由于濃硫

46、酸具有強吸水性，干燥酸將氣體中的水分充分吸收。經過干燥后的氣體被風機送往轉化工段。2.1酸霧和酸霧的形成原因酸霧就是硫酸分子在氣相中達到硫酸蒸氣的過飽和現象，看似像霧一樣。酸霧的形成原因主要是SO3與氣相中的水蒸汽迅速結合，生成硫酸分子，由于來不及溶解在水里，在氣相中發生硫酸蒸氣的過飽和現象而凝成酸霧，酸霧比硫酸分子大得多，且懸浮在氣相中。從酸霧的形成原因可知，酸霧要形成必須具備兩個條件：首先是要有SO3氣體，其次是有水蒸汽。酸霧形成的因素比較復雜，主要是取決于SO2煙氣的干燥和SO3的吸收。2.2響爐氣干燥的主要因素2.2.1爐氣溫度和含水量爐氣經過干法除塵、稀酸洗滌降溫和電除霧器除霧以后，

47、塵、氟、砷等雜質一般均達到了規定指標，但爐氣中的水分卻增加了，一般達到了飽和狀態。爐氣中水分含量與爐氣溫度有關，溫度越高其水分含量就越多。在生產中進入干燥塔的允許最高氣體溫度，是由干燥吸收酸系統水平衡所決定的。在爐氣二氧化硫濃度為80%的情況下，爐氣干燥塔溫度不得超過40度。在實際操作中下一般要控制在38度以下。結合我車間生產實際情況，煙氣中SO2平均濃度為8%，成品硫酸濃度為98%，結合圖一（見圖一）可查得最高允許溫度為38，為使經干燥后的煙氣含水量0.1 g/Nm3，我們要求干燥塔入口煙氣溫度35。2.2.2干燥所用的硫酸濃度和溫度一般根據四個因素來確定干燥爐氣用的硫酸濃度和溫度：硫酸液面

48、上的水蒸氣分壓要小，保證干燥后的爐氣含水量小于0.1g/Nm3；在干燥過程中盡量少產生酸霧或不產生酸霧；在干燥過程中對水的吸收速度要快，需要的吸收面積要?。粚O2氣體溶解要少，盡量減少爐氣中二氧化硫的損失。2.2.3干燥酸濃度和溫度的選擇硫酸液面一般有水蒸汽、硫酸蒸氣和SO3等三個組分。組分的含量通常以其蒸氣壓的高低或以g/Nm3來表示。這三個組分的多少，主要與硫酸濃度和溫度有關。干燥酸濃度低于85%，在100以下，硫酸液面上的硫酸蒸氣和SO3很少，實際上可認為只存在水蒸汽，干燥酸濃度超過85%以后，隨著濃度的升高，硫酸蒸氣的含量逐漸增加，水蒸汽的含量在逐漸減少。硫酸液面上的SO3，要待干燥

49、酸濃達到94%時，溫度在100下，才有少量。 表一 硫酸液面上的蒸汽分壓干燥酸濃度（%）8590949698.4100104.5 蒸汽分壓20PH2O5.3335.3330.0320.005PH2SO40.00010.0040.0290.012PSO30.01731.99740PH2O25.3312.9330.2130.0400. 00PH2SO40.0040.0120.0270.1870.073PSO30.0010.147226.6560PH2O97.32513.3321.200.2530.0270.001PH2SO40.0030.0230.0670.1730.9330.40PSO30.01

50、10.933641.2880PH2O323.9751.9665.3331.2670.1600.011PH2SO40.0120.1070.3330.804.01.60PSO30.0040.0674.9332229.8100PH2O941.25170.6519.9885.3330.800.053PH2SO40.0530.4671.333177.7514.665.333PSO30.0010.0210.4021.336779.4從表一（見表一）可以看出，干燥酸的濃度應取90%以上，干燥酸溫度應比60低得多才行。當干燥酸濃度達到98.3%，干燥酸溫度在60，水蒸汽分壓為0.027 Kpa，在干燥酸濃度大

51、于98.3%的硫酸液面上幾乎沒有水蒸汽存在，只有硫酸蒸氣和SO3。因此從水蒸汽分壓越小則吸水性越強這點來看，希望干燥酸濃度越高越好。另外，干燥酸濃度對煙氣的干燥速度也有一定的影響，由于硫酸液面上的水蒸汽分壓隨著干燥酸濃度的增加而降低，所以干燥酸濃度越高，干燥煙氣中水分的推動力就越大，干燥水分的速度就越快。若所需干燥水分的數量一定，速度快就可以減少干燥塔內填料的面積。下表列舉了為SO2濃度在7%，空塔速度0.6m/s，噴淋密度在12m3/（m2·h）條件下，每小時產1t硫酸，干燥塔所需要的拉西環填料總表面積（m2）與硫酸濃度的關系。表二 濃度與填料便面積的關系干燥酸濃度（%）90919

52、293959799表面積（m2）150013561240196111410721030表二（見表二）可以看出，當硫酸濃度低于93%時，所需填料面積隨干燥酸濃度的升高明顯降低，當濃度高于93%以后，干燥酸濃度提高所需填料面積減小的幅度就不大了?？偟膩碚f干燥酸濃度越高，所需填料面積就越小。但是，干燥酸濃度越高，硫酸液面上的硫酸蒸氣分壓就越高，就越容易產生酸霧，而且產生的酸霧粒子越細。同時干燥酸溫度越高形成的酸霧就越多，從理論上推算，濕煙氣進入干燥塔底部與硫酸蒸氣混合，露點約在150左右，而煙氣和干燥酸的溫度都遠低于這一溫度，所以硫酸蒸氣在干燥塔底部幾乎全部形成酸霧。因此干燥酸濃度越高，溫度越高，硫

53、酸蒸氣含量就越多，產生的酸霧就越多越細，如表三所示（見表三）： 表三 干燥酸濃度、溫度和產生酸霧之間的關系干燥酸濃度（%）酸霧含量(g/Nm3)406080100900.00060.020.0060.023950.0030.0110.0330.115960.0060.0190.0560.204其次，在干燥酸濃度93%以后，濃度越高，溫度越低，溶解的就越多SO2就越多，隨著干燥塔的循環酸一起帶出的SO2就越多，損失的SO2就越多。所以一般工廠都把干燥煙氣的干燥酸濃度定為93%，入塔干燥酸溫度控制在3545之間。此種酸的結晶度比較低，為-27，對冬季的硫酸生產、運輸和貯存很有利，這也是選用干燥酸濃度為93%的原因之一。此外，當采用陽極保護酸冷器時，干燥酸濃應在93%96%范圍之內，濃度高一些，避免發生腐蝕。為了保證干燥效率和控制酸霧的生成量，出塔酸濃度筆進塔酸濃度降低的范圍一般控制在0.3%-0.5%，酸溫升高10左右。此外， SO2在85%的H2SO4中的溶解度最低，85%的H2SO4 ， SO