合成硫酸工藝第二節(jié)

1、1.1 二氧化硫爐氣的制備 1.1.1 硫鐵礦的預(yù)處理(破碎與篩分) 1.1.2 硫鐵礦的焙燒 1.2 爐氣的凈化與干燥 1.2.1 凈化的目的 1.2.2 凈化設(shè)備 合成硫酸工藝1.3 接觸法生產(chǎn)硫酸1.3.1 二氧化硫的催化氧化 1) 釩催化劑的成份 V2O5(含量6至10%)為主催化劑； K2O為助催化劑； 硅藻土(主要成分SiO2)為載體； 有時還配少量Al2O3、BaO、Fe2O3等，以增強催化劑某一方面的性能。2) 二氧化硫催化氧化反應(yīng)機理SO2在催化劑表面的氧化過程包括以下四個步驟：a. 催化劑表面活性中心吸附O2分子，使O2分子中原子間的鍵松弛，生成活潑氧原子。b. 催化劑表面

2、活性中心吸附二氧化硫SO2分子。c. SO2和氧原子在催化劑表面生成SO3。d. SO3分子從催化劑表面解析，進(jìn)入氣相。1.3.2 SO2催化氧化的設(shè)備和流程 1）轉(zhuǎn)化器 轉(zhuǎn)化器的筒體由鋼板焊成，筒內(nèi)襯有耐腐蝕材料，外壁包有保溫材料。 催化劑分為多層固定于轉(zhuǎn)化器內(nèi)，爐氣(SO2和O2)在床層中進(jìn)行絕熱反應(yīng)。 按換熱方式不同，轉(zhuǎn)化器分為兩類： a. 間接換熱式間接換熱式 靠換熱器移去反應(yīng)熱 b. 直接換熱式直接換熱式 通過補充一定量的冷氣體(爐氣或空氣)降低氣體的溫度，又稱冷激式。2) 工藝流程a. 中間換熱式四段轉(zhuǎn)化流程 1-第一段換熱器2-第二段換熱器3-第三段換熱器4-第四段換熱器 哪些因

3、素有利于提高轉(zhuǎn)化率？中間換熱式四段轉(zhuǎn)化流程優(yōu)缺點優(yōu)點： 各床層間熱交換器都在轉(zhuǎn)化器中，結(jié)構(gòu)緊湊；操作集中；壓力降??；保溫易。缺點： 反應(yīng)器大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，層間換熱器的清理、檢修不便。 b. 四段轉(zhuǎn)化空氣冷激流程 1-預(yù)熱器2-換熱器 從哪些方面提高轉(zhuǎn)化率？四段轉(zhuǎn)化空氣冷激流程優(yōu)缺點 優(yōu)點： 補加空氣，出口轉(zhuǎn)化率高。 缺點： 要增加空氣干燥設(shè)施和鼓風(fēng)機，熱利用率低。 c. 二轉(zhuǎn)二吸流程 爐氣經(jīng)3、2熱交換器預(yù)熱到430左右，進(jìn)入轉(zhuǎn)化器第段催化劑層，轉(zhuǎn)化后氣體經(jīng)第1換熱器冷卻后進(jìn)第段轉(zhuǎn)化，依次類推。通過段轉(zhuǎn)化后，轉(zhuǎn)化率達(dá)95，經(jīng)第3換熱器冷卻后送去第一吸收塔吸收(、為一轉(zhuǎn)；一吸)。吸收后的氣體經(jīng)除沫

4、器，再送到第4、第1換熱器加熱后，到420左右進(jìn)入第段催化劑進(jìn)行二次轉(zhuǎn)化(為二轉(zhuǎn))。轉(zhuǎn)化后的氣體經(jīng)第4換熱器冷卻后，送去第二吸收塔吸收(二吸)。 從哪些方面提高轉(zhuǎn)化率？ 二轉(zhuǎn)二吸流程 優(yōu)點： 轉(zhuǎn)化率高 (達(dá)995)，減少了污染。 缺點： 兩次預(yù)熱爐氣，需傳熱面積大；不適于SO2濃度低的爐氣，因為轉(zhuǎn)化時放熱量太少，難于保持熱平衡。1.3.3 三氧化硫的吸收 將SO3用硫酸水溶液吸收制成硫酸； 或從轉(zhuǎn)化工序出來的轉(zhuǎn)化氣(SO3含量不超過10)與水蒸氣結(jié)合生成硫酸蒸氣，再冷凝為硫酸。 前者為吸收成酸吸收成酸，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 當(dāng)當(dāng)n1時，生成發(fā)煙硫酸；時，生成發(fā)煙硫酸； n=1時，生成無水硫酸；時，生成無水硫酸； n1時，生成含水硫酸時，生成含水硫酸。濃度為98.3的硫酸吸收效果最好： 濃度低于濃度低于98.3的硫酸的硫酸，液面上水蒸氣分壓大。濃度越低，水蒸氣分壓越大。SO3氣體和水蒸氣迅速結(jié)合成硫酸分子，生成的硫酸分子來不及溶解于水溶液中，絕大部分隨不溶性氣體(占轉(zhuǎn)化氣約 90)一起逸出。 因此不能用水或稀硫酸來吸收。 濃度高于濃度高于 98.3的硫酸，的硫酸，SO3蒸氣壓較大。濃度越高，SO3蒸氣壓越大，吸收推動力越小。吸收速率低。 只有濃度為 98.3的硫酸，在任何溫度下，總蒸氣

6、壓最小，是理想的吸收劑。 吸收SO3所用的硫酸，須嚴(yán)格控制溫度：溫度太高，硫酸中水分蒸發(fā)，與SO3氣體形成酸霧，吸收率降低；溫度過低，粘度增大，降低傳質(zhì)系數(shù)和吸收速率，吸收酸溫以40-50為宜。1-吸收塔2-冷卻管3-酸槽4-泵2) 冷凝成酸 冷凝成酸適用于轉(zhuǎn)化氣中含有水分的場合， SO3與水蒸氣結(jié)合成硫酸蒸氣 SO3(氣)H2O(氣)H2SO4(氣)125 kJ 溫度降低，平衡常數(shù)增大，平衡向右移動，生成大量H2SO4蒸氣。當(dāng)H2SO4蒸氣分壓超過其飽和蒸氣壓，即冷凝成硫酸溶液： H2SO4(氣) H2SO4(液)50.13 kJ 上述兩個可逆反應(yīng)構(gòu)成一個平衡體系： SO3(氣)H2O(氣)

7、=H2SO4(氣)=H2SO4(液) 冷凝成酸流程與吸收成酸流程相似，但兩者存在不同之處。 吸收成酸為化學(xué)吸收過程，吸收劑為 98.3濃硫酸，操作溫度較低，進(jìn)塔氣體溫度在120200。 冷凝成酸是物理過程，適用硫酸的濃度較低，操作溫度較高，一般轉(zhuǎn)化氣體進(jìn)口溫度保持在220400以上。 1.3.4 接觸法生產(chǎn)硫酸的全流程 硫鐵礦經(jīng)破碎、篩分后，加入沸騰爐，空氣由爐底送入。硫鐵礦在爐內(nèi)焙燒，生成的爐氣及礦塵從爐頂排出，粗礦渣從爐底渣口排出。SO2爐氣經(jīng)旋風(fēng)分離器、文氏管、泡沫塔、電除霧器、干燥塔凈化。 凈化后的爐氣，用鼓風(fēng)機升壓，經(jīng)換熱器和轉(zhuǎn)化爐內(nèi)換熱器升溫到430，進(jìn)入催化床進(jìn)行催化氧化。總轉(zhuǎn)化率可達(dá)99.5以上，第二吸收塔排出的尾氣中 SO2不到0.1，可直接排放