硫鐵礦接觸法制硫酸的生產(chǎn)工藝畢業(yè)設(shè)計

1、<p>　　畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）</p><p><b>　　(化工系)</b></p><p>　　題 目 硫鐵礦接觸法制硫酸的生產(chǎn)工藝 </p><p>　　專 業(yè) 應(yīng)用化工技術(shù) </p><p>　　班 級

2、 </p><p>　　姓 名 </p><p>　　學(xué) 號 </p><p>　　指導(dǎo)教師

3、 </p><p>　　完成日期 2010年6月25日~2010年10月10日 </p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要1</b></p><p><b>　　第一章

4、緒論2</b></p><p><b>　　1．1概述2</b></p><p>　　1.1.1硫酸的性質(zhì)和用途2</p><p>　　1.1.2硫酸的生產(chǎn)方法3</p><p>　　1.1.3硫酸的發(fā)展趨勢4</p><p>　　1.1.4硫酸的生產(chǎn)工藝流程5</p

5、><p>　　第二章 二氧化硫爐氣的制備9</p><p>　　2.1硫鐵礦及其焙燒前的處理9</p><p>　　2.1.1硫鐵礦的性質(zhì)9</p><p>　　2．1．2 硫鐵礦的處理9</p><p>　　2.2硫鐵礦焙燒的基本原理10</p><p>　　2．3沸騰焙燒11<

6、;/p><p>　　2.4焙燒的工藝條件15</p><p>　　2.4.1焙燒的工藝流程15</p><p>　　2.4.2沸騰焙燒的工藝條件15</p><p>　　2.5焙燒中礦塵的清除16</p><p>　　2.6廢熱利用17</p><p>　　第三章 爐氣的凈化及干燥19

7、</p><p>　　3.1爐氣凈化的目的和要求19</p><p>　　3.2凈化的原理和方法19</p><p>　　3.3爐氣凈化的工藝流程20</p><p>　　3.4爐氣的干燥23</p><p>　　第四章 二氧化硫的催化氧化24</p><p>　　4.1二氧化硫催化氧

8、化的基本原理24</p><p>　　4.1.1二氧化硫催化氧化反應(yīng)的化學(xué)平衡24</p><p>　　4.1.2 二氧化硫氧化的反應(yīng)速率26</p><p>　　4.1.3 二氧化硫氧化催化劑26</p><p>　　4.3二氧化硫的氧化的工藝條件的選擇27</p><p>　　4.4轉(zhuǎn)化設(shè)備27<

9、/p><p>　　4.4.1轉(zhuǎn)化器28</p><p>　　4．4．2 鼓風(fēng)機30</p><p>　　4.5主要工藝流程31</p><p>　　第五章 三氧化硫的吸收33</p><p>　　5．1三氧化硫吸收的工藝條件33</p><p>　　5.2三氧化硫吸收的工藝流程34<

10、;/p><p>　　5．2．1 一轉(zhuǎn)一吸干—吸系統(tǒng)工藝流程34</p><p>　　5．2．2 兩轉(zhuǎn)兩吸于—吸系統(tǒng)工藝35</p><p>　　5.3 三廢處理36</p><p>　　5.3.1尾氣的處理36</p><p>　　5.3.2燒渣及污水、污酸的處理36</p><p>

11、　　第六章 物料衡算和熱量衡算37</p><p>　　6.1物料衡算37</p><p>　　6.2 熱量衡算41</p><p><b>　　致謝44</b></p><p><b>　　參考文獻45</b></p><p><b>　　摘要</

12、b></p><p>　　我國是一個農(nóng)業(yè)大國，隨著農(nóng)業(yè)政策的進一步加強，磷復(fù)肥的需求量不斷增加。硫酸作為磷復(fù)肥生產(chǎn)的基本原料，其需求量也將不斷增加。近年來，我國硫酸工業(yè)發(fā)展較快。硫鐵礦是我國的自有資源，發(fā)展硫鐵礦制酸對穩(wěn)定我國的硫酸工業(yè)具有不可替代的作用。因此研究硫鐵礦制酸中爐氣的制備、凈化及干燥過程十分必要。本文主要介紹了硫鐵礦制備及處理SO2爐氣的全過程。制備是焙燒硫鐵礦制得SO2爐氣，爐氣的凈化中礦塵

13、的清除采用電除塵器，砷和硒的清除可采用水或稀硫酸來降溫洗滌爐氣，酸霧的清除利用電除霧器；爐氣凈化的工藝流程分酸洗流程和水洗流程，比較典型的酸洗流程有標(biāo)準(zhǔn)酸洗流程，“兩塔兩電”酸洗流程，“兩塔一器兩電”酸洗流程及“文泡冷電”酸洗流程；水洗流程包括“文泡文”水洗流程、“文泡電”水洗流程、“文文冷電”水洗流程。另外又簡單的介紹了爐氣的干燥流程。同時本文講述了硫酸的性質(zhì)用途，也介紹了硫酸在我國發(fā)展的趨勢。主要介紹了介紹了以硫鐵礦為原料接觸法制硫

14、酸的工藝流程（包括二氧化硫爐氣的制備工藝，爐氣的凈化和干燥工藝，及二氧化硫的催化氧化工藝）和主要生產(chǎn)設(shè)備。并簡要地論述了硫酸生產(chǎn)“三廢”處理問題。</p><p>　　關(guān)鍵詞：硫酸 工藝 硫鐵礦 二氧化硫 </p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p><b>　　1．1概述</b></p&

15、gt;<p>　　1.1.1硫酸的性質(zhì)和用途</p><p><b>　　1、 硫酸的性質(zhì)</b></p><p>　　純硫酸（H2SO4）是一種無色透明的油狀液體，相對密度為1.8269，幾乎比水重一倍。</p><p>　　工業(yè)生產(chǎn)的硫酸系指SO3和H2O以一定比例混合的溶液。而發(fā)煙硫酸是其中SO3和H2O摩爾比大于1的溶液。

16、發(fā)煙硫酸由于SO3蒸氣壓較大，暴露在空氣中能釋放出SO3和空氣中的水蒸氣迅速結(jié)合聚成酸霧，因而得名。</p><p><b>　　2、硫酸的用途</b></p><p>　　硫酸是基本化學(xué)工業(yè)中重要產(chǎn)品之一。它不僅作為許多化工產(chǎn)品的原料，而且還廣泛地應(yīng)用于其他的國民經(jīng)濟部門。它的應(yīng)用范圍日益擴大，需要數(shù)量日益增加。茲將硫酸在國民經(jīng)濟中的作用分述如下。 </p&g

17、t;<p>　　1、為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)服務(wù) </p><p>　　用于肥料的生產(chǎn)硫酸銨（俗稱硫銨或肥田粉）和過磷酸鈣（俗稱過磷酸石灰或普鈣）這兩種化肥的生產(chǎn)都要消耗大量的硫酸。</p><p>　　每生產(chǎn)一噸硫酸銨，就要消耗硫酸（折合成100%計算）760kg，每生產(chǎn)一噸過磷酸鈣，就要消耗硫酸360kg。 </p><p>　　用于農(nóng)藥的生產(chǎn)許多農(nóng)藥都要以硫酸

18、為原料如硫酸銅、硫酸鋅可作植物的殺菌劑，硫酸鉈可作殺鼠劑，硫酸亞鐵、硫酸銅可作除莠劑。最普通的殺蟲劑，如1059乳劑(45%)和1605乳劑(45%)的生產(chǎn)都需用硫酸。前者每生產(chǎn)1t，需消耗20%發(fā)煙硫酸1.4t后者每生產(chǎn)1t，需消耗硫酸36kg。為大家所熟悉的滴滴涕，每生產(chǎn)1t需要20%發(fā)煙硫酸1.2t。 </p><p>　　2、為工業(yè)生產(chǎn)服務(wù) </p><p>　　用于冶金工業(yè)和金屬

19、加工在冶金工業(yè)部門，特別是有色金屬的生產(chǎn)過程需要使用硫酸。例如用電解法精煉銅、鋅、鎘、鎳時，電解液就需要使用硫酸，某些貴金屬的精煉，也需要硫酸來溶解去夾雜的其他金屬。在鋼鐵工業(yè)中進行冷軋、冷拔及沖壓加工之前，都必須用硫酸清除鋼鐵表面的氧化鐵。在軋制薄板、冷拔無縫鋼管和其他質(zhì)量要求較高的鋼材，都必須每軋一次用硫酸洗滌一次。另外，有縫鋼管、薄鐵皮、鐵絲等在進行鍍鋅之前，都要經(jīng)過用硫酸進行酸洗手續(xù)。在某些金屬機械加工過程中，例如鍍鎳、鍍鉻等金

20、屬制件，也需用硫酸來洗凈表面的銹。在黑色冶金企業(yè)部門里，需要酸洗的鋼材一般約占鋼總產(chǎn)量的5%～6%，而每噸鋼材的酸洗，約消費98%的硫酸30kg～50kg。[3]</p><p>　　1.1.2硫酸的生產(chǎn)方法</p><p>　　生產(chǎn)硫酸最古老的方法是用綠礬（ ）為原料，放在蒸餾釜中鍛燒而制得硫酸。在鍛燒過程中，綠礬發(fā)生分解，放出二氧化硫和三氧化硫，其中三氧化硫與水蒸氣同時冷凝，便可得到硫

21、酸。</p><p>　　在18世紀(jì)40年代以前，這種方法為不少地方所采用。古代稱硫酸為“綠礬油”，就是由于采用了這種制造方法的緣故。</p><p>　　二氧化硫氧化成三氧化硫是制硫酸的關(guān)鍵，但是，這一反應(yīng)在通常情況下很難進行。后來人們發(fā)現(xiàn)，借助于催化劑的作用，可以使二氧化硫氧化成三氧化硫，然后用水吸收，即制成硫酸。根據(jù)使用催化劑的不同，硫酸的工業(yè)制法可分為硝化法和接觸法。</p&

22、gt;<p>　　硝化法（包括鉛室法和塔式法）是借助于氮的氧化物使二氧化硫氧化制成硫酸。其中鉛室法在1746年開始采用，反應(yīng)是在氣相中進行的。由于這個方法所需設(shè)備龐大，用鉛很多，檢修麻煩，腐蝕設(shè)備，反應(yīng)緩慢，成品且為稀硫酸，所以，這個方法后來逐漸地被淘汰。</p><p>　　硝化法的反應(yīng)歷程較復(fù)雜，但可用簡單的化學(xué)方程式表示如下：</p><p>　　反應(yīng)中所需的NO由硝酸

23、供給，氧氣來自空氣。</p><p>　　接觸法是目前廣泛采用的方法，它創(chuàng)始于1831年，在本世紀(jì)初才廣泛用于工業(yè)生產(chǎn)。到20年代后，由于釩觸媒的制造技術(shù)和催化效能不斷提高，已逐步取代價格昂貴和易中毒的鉑觸媒。世界上多數(shù)的硫酸廠都采用接觸法生產(chǎn)。</p><p>　　接觸法中二氧化硫在固體觸媒表面跟氧反應(yīng)，結(jié)合成三氧化硫，然后用98.3％的硫酸吸收為成品酸。這種方法優(yōu)于塔式法的是成品酸濃度

24、高，質(zhì)量純（不含氮化物），但爐氣的凈化和精制比較復(fù)雜。我國是最大的硫鐵礦生產(chǎn)國之一，主要的硫資源來自硫鐵礦，而且把它作為生產(chǎn)硫酸的主要原料。其次是冶煉氣制酸，此外還有少量的硫磺制酸和石膏制酸等。在接觸法硫酸工藝生產(chǎn)過程中，有三個基本的化學(xué)反應(yīng)和與之相聯(lián)系的工序：SO2氣體的制?。籗O3的轉(zhuǎn)化；SO3的吸收。 </p><p>　　1.1.3硫酸的發(fā)展趨

25、勢</p><p>　　硫酸工業(yè)是個古老的行業(yè)，迄今已有260多年的歷史。很久以前，硫酸就因為在眾多領(lǐng)域中不可或缺的用途而贏得“工業(yè)之母”的美譽。在我國，由于硫酸與化肥、繼而與糧食之間的密切聯(lián)系，硫酸工業(yè)在國計民生中占有舉足輕重的地位，一直是一個倍受關(guān)注的行業(yè)。改革開放以來，與中國其它行業(yè)一樣，硫酸工業(yè)得到了迅速發(fā)展，其產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、原料構(gòu)成、裝置規(guī)模、技術(shù)裝備水平、廢物排放指標(biāo)全然今非昔比，正在以嶄新的面貌邁入現(xiàn)代

26、化工的行列。在循環(huán)經(jīng)濟已成為社會發(fā)展的主流、人類更加注重資源利用與環(huán)境保護的今天，硫酸工業(yè)這個涉及到腐蝕性和環(huán)境污染物、擁有60 Mt/a產(chǎn)能的龐大的產(chǎn)業(yè)，如何實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，如何打造循環(huán)經(jīng)濟的體系，如何使其技術(shù)裝備水平更上一個臺階，無疑是人們所面臨的新的挑戰(zhàn)。</p><p>　　1、我國硫酸工業(yè)的現(xiàn)狀（產(chǎn)量、原料結(jié)構(gòu)及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)）。</p><p>　　硫酸工業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，目前

27、我國約70%產(chǎn)量的硫酸用于化肥，尤其是磷肥的生產(chǎn)。產(chǎn)品的終端用途性質(zhì)以及十幾億人口的基本國情決定了我國必然是一個硫酸生產(chǎn)大國。建國以來，尤其是改革開放以來，我國硫酸產(chǎn)能逐年遞增，至2004年已達到44 350 kt，并從此躍居世界首位。近幾年我國硫酸生產(chǎn)能力和產(chǎn)量及原料格局見表1-1、表1-2（數(shù)據(jù)來源于中國硫酸工業(yè)協(xié)會統(tǒng)計數(shù)據(jù)）。[7]</p><p>　　表1-1 2002～2006年我國各原料制酸生產(chǎn)能力情

28、況 單位：kt/a</p><p>　　表1-2 2002～2006 年我國硫酸產(chǎn)量及生產(chǎn)原料格局（以H2SO4計）</p><p>　　1.1.4硫酸的生產(chǎn)工藝流程</p><p><b>　　如圖1-1：</b></p><p>　　圖1-1 硫鐵礦為原料的接觸法制硫酸生產(chǎn)工藝流程簡圖</p><

29、;p>　　1-沸騰培燒爐；2-空氣鼓風(fēng)機；3-廢熱鍋爐；4-旋風(fēng)除塵器；5-電除塵器；6-冷卻塔；7-洗滌塔；8-循環(huán)槽；9-稀酸泵；10-氣體冷凝器；11-第一級電除霧器；12-第二級電除霧器；13-干燥塔；14，24-循環(huán)槽及酸泵；15,25-酸冷卻器；16-二氧化硫鼓風(fēng)機；17,18,20,21-氣體換熱器；19-轉(zhuǎn)化器；22-中間吸收塔；23-最終吸收塔</p><p>　　硫鐵礦經(jīng)原料工序破碎、篩

30、分和配礦后，由斗式提升機送入原料倉中，經(jīng)皮帶喂料機送入沸騰焙燒爐內(nèi)，進行沸騰焙燒。在沸騰焙燒爐前有爐前空氣鼓風(fēng)機向沸騰爐內(nèi)鼓入空氣，焙燒爐內(nèi)生成的二氧化硫爐氣由設(shè)在干燥塔后的二氧化硫主（鼓風(fēng)機）抽吸，使沸騰爐頂保持微負(fù)壓狀態(tài)，以免爐氣從加料口和溢渣口逸出。爐氣在經(jīng)過凈化設(shè)備時，由于受到設(shè)備阻力而使其壓降降低，在到達主風(fēng)機進口時，爐氣壓強已下降到1.2--1.5mHO 左右。為了克服主風(fēng)機后熱交換器、轉(zhuǎn)化器和吸收塔等設(shè)備的阻力，主風(fēng)機出口

31、也需相應(yīng)的正壓強值。出沸騰爐爐氣中二氧化硫濃度較高（約為12～13%），經(jīng)過泡沫洗滌塔后補充來自脫吸塔的空氣，以提高爐氣中氧的濃度，并使二氧化硫濃度降低到入轉(zhuǎn)化器所需要的濃度。為了維持干燥和吸收塔循環(huán)酸槽酸的濃度穩(wěn)定，如前所述，需要把98.3%的吸收酸連續(xù)地由吸收酸泵（或吸收酸循環(huán)酸槽）送入干燥酸槽；同時把93%的干燥酸也連續(xù)地由干燥酸泵（或干燥酸槽）送到吸收酸槽。當(dāng)需要生產(chǎn)98.3%的濃硫酸時；則從吸收酸槽導(dǎo)出產(chǎn)品酸；如需要生產(chǎn)92.

32、5%的濃硫酸時，則從干燥酸槽導(dǎo)出產(chǎn)品酸。</p><p>　　硫酸的生產(chǎn)工藝過程包括以下六個工段：原料、焙燒、凈化、干吸、轉(zhuǎn)化、成品。分述如下：</p><p><b>　　1、原料工段</b></p><p>　　在倉庫貯存的硫精礦，由裝載機送入加料斗，經(jīng)圓盤給料機、膠帶輸送機送入籠式破碎機，將成球的尾沙打散，再由膠帶輸送機送入振動篩篩分，篩

33、上粗顆粒礦經(jīng)膠帶輸送機返回倉庫，篩下粒度合格的成品礦由膠帶輸送機送入焙燒工段爐前料斗。</p><p>　　2、焙燒工段 </p><p>　　來自原料工段的硫鐵礦入爐前料斗貯存，經(jīng)膠帶給料機加入沸騰爐，焙燒產(chǎn)生的濃度為12～13%、溫度為900℃的含SO2爐氣經(jīng)余熱鍋爐移熱降溫至380℃,以旋風(fēng)出塵器及電除塵器除塵,使塵含量降至≤0.2G/NM3后入凈化工段文氏管。焙燒硫鐵礦所需空

34、氣的由空氣鼓風(fēng)機從爐底送入。沸騰爐排出的礦渣，余熱鍋爐及旋風(fēng)出塵器、電除塵器排出的礦塵進入淋撒式冷卻增濕滾筒冷卻后噴水增濕。用膠帶輸送機送入堆場，以汽車運出。</p><p><b>　　3、凈化工段</b></p><p>　　自焙燒工段來的350℃爐氣進入文氏管，與噴淋的15%左右的稀硫酸接觸傳質(zhì)傳熱降溫，除去大部分礦塵及其他雜質(zhì)，然后進入泡沫塔以2～3%稀硫酸噴

35、淋洗滌，進一步除去礦塵及其他雜質(zhì)，由間冷器移熱降溫至40℃左右，經(jīng)電除霧器除去酸霧，使酸霧降至0.03G/NM3后進入干吸工段干燥塔。</p><p>　　文氏管排出的15%的稀硫酸經(jīng)斜管沉降器沉降分離礦塵后，進入循環(huán)酸槽，從泡沫塔循環(huán)酸泵出口來的2～3%稀硫酸由斜管沉降器出口引出，入稀酸貯槽貯存。斜管沉降器間斷排出的污泥與設(shè)備地坪沖洗酸性水一道經(jīng)酸性水池以泵送至污水處理站。泡沫塔排出的2～3%稀硫酸入循環(huán)酸槽，

36、從間冷器循環(huán)酸槽溢流出來的冷凝液調(diào)節(jié)其濃度，由循環(huán)酸泵送入泡沫塔噴淋，增加的稀酸串入文氏管循環(huán)酸槽。間冷器排出的冷凝液入循環(huán)槽，以循環(huán)泵間斷或連續(xù)送入間冷器噴淋。電除霧器除下的酸霧進入間冷器循環(huán)槽。</p><p>　　凈化工段補充的工藝水加入間冷器循環(huán)槽。</p><p><b>　　4、干吸工段</b></p><p>　　自凈化工段來的爐

37、氣以空氣調(diào)節(jié)SO2濃度至7.5～8%后進入干燥塔，經(jīng)噴淋的93～94%硫酸干燥使水份降至0.1G/NM3，并經(jīng)塔頂絲網(wǎng)除沫器除去酸沫后進入轉(zhuǎn)化工段。</p><p>　　干燥塔內(nèi)吸收水份后的硫酸流入循環(huán)槽，以一吸塔循環(huán)酸系統(tǒng)串入的98%硫酸維持其濃度，以循環(huán)酸泵送入干燥塔酸冷卻器，冷卻降溫后入干燥塔噴淋。增多的93～94%硫酸串入一吸塔循環(huán)槽。</p><p>　　來自轉(zhuǎn)化工段的第一次轉(zhuǎn)化

38、氣一部分進入發(fā)煙硫酸吸收塔，吸收大部分SO3進入一吸塔，一部分直接進入一吸塔，吸收SO3的爐氣經(jīng)塔頂絲網(wǎng)除沫器除去酸沫后，返回轉(zhuǎn)化二段進行第二次轉(zhuǎn)化。</p><p>　　發(fā)煙硫酸吸收塔以104.5%發(fā)煙硫酸噴淋吸收SO2濃度升高后的發(fā)煙硫酸進入循環(huán)槽由一吸塔系統(tǒng)串來的98%酸調(diào)節(jié)其濃度，以循環(huán)泵送入酸冷卻器冷卻降溫后入吸收塔噴淋，生成104.5%發(fā)煙硫酸產(chǎn)品進入成品工段。</p><p>

39、;　　第一吸收塔以98%硫酸噴淋，吸收SO3濃度升高后的硫酸流入循環(huán)槽，配入干燥塔循環(huán)系統(tǒng)串來的93%硫酸，并加水維持其濃度，以循環(huán)酸泵送入一吸塔酸冷卻器冷卻降溫后入一吸塔噴淋。增多的98%硫酸一部分串至干燥塔循環(huán)槽，一部分作為成品酸送入成品酸計量槽。</p><p>　　來自轉(zhuǎn)化工段的第二次轉(zhuǎn)化氣進入第二吸收塔，吸收SO3并經(jīng)塔頂絲網(wǎng)除沫器除去酸沫后由煙囪放空。</p><p>　　第二

40、吸收塔以98%硫酸噴淋，吸收SO3濃度升高的硫酸流入循環(huán)槽，加入清水調(diào)節(jié)其濃度，以循環(huán)酸泵送入二吸塔酸冷卻器冷卻降溫后入二吸塔噴淋。增多的98%硫酸串入一吸塔循環(huán)槽。</p><p>　　系統(tǒng)可以按市場需求產(chǎn)98%硫酸或93%硫酸。當(dāng)需要93%硫酸時，由干燥塔系統(tǒng)產(chǎn)出93%硫酸。當(dāng)需要98%硫酸時由一吸塔系統(tǒng)產(chǎn)出98%硫酸。</p><p><b>　　5、轉(zhuǎn)化工段</b&

41、gt;</p><p>　　來自干吸工段干燥塔SO2濃度為7.5～8%的爐氣，經(jīng)SO2鼓風(fēng)機升壓、第ⅲ換熱器及第ⅰ換熱器殼側(cè)與管側(cè)SO3氣換熱，溫度升至430℃后入轉(zhuǎn)化器進行第一次轉(zhuǎn)化。經(jīng)一、二、三段催化劑反應(yīng)轉(zhuǎn)化率達92%的轉(zhuǎn)化氣，進入第ⅲ換熱器管側(cè)與殼側(cè)爐氣換熱降溫后進入干吸工段第一吸收塔進行第一次吸收。SO3被吸收后的氣體經(jīng)第ⅴ換熱器、第ⅳ換熱器、第ⅱ換熱器殼側(cè)與管側(cè)SO3氣換熱升溫至420℃進入轉(zhuǎn)化器進行

42、第二次轉(zhuǎn)化。經(jīng)第四、第五段催化劑反應(yīng)總轉(zhuǎn)化率達99.7%。二次轉(zhuǎn)化氣經(jīng)第ⅴ換熱器管側(cè)與殼側(cè) SO2氣換熱降溫后入干吸工段第二吸收塔進行第二次吸收。轉(zhuǎn)化器開工升溫，以電加熱器加熱干燥空氣來進行。</p><p><b>　　6、成品工段</b></p><p>　　由干燥塔系統(tǒng)產(chǎn)出的93%硫酸或由一吸塔系統(tǒng)產(chǎn)出的98%硫酸進入計量槽，以位差流入貯罐貯存。104.5%發(fā)煙

43、硫酸直接進入貯罐貯存。產(chǎn)品硫酸以汽車外運。</p><p>　　第二章 二氧化硫爐氣的制備</p><p>　　2.1硫鐵礦及其焙燒前的處理</p><p>　　2.1.1硫鐵礦的性質(zhì)</p><p>　　硫鐵礦是硫元素在地殼中存在的主要形態(tài)之一，是硫化鐵礦物的總稱。</p><p>　　最常見的硫鐵礦主要成分為二硫化

44、鐵(Fes2)。它有兩種結(jié)晶形態(tài)．最常見的是黃鐵礦，因而人們常把黃鐵礦稱為硫鐵礦。硫鐵礦的顏色因純度和所含雜質(zhì)的不同而異，有灰色、褐綠色、淺黃色等，純度高者為閃光的金黃色。</p><p>　　還有一種礦石近似黃鐵礦，而構(gòu)造較為復(fù)雜，其分子通式以FeS2 (5＜n＜16)表示(其中M＝7最多)。由于具有強磁性，這類礦石稱為磁黃鐵礦或磁硫鐵礦。純二硫化鐵含硫53．45％，含鐵46．55％。純磁黃鐵礦含硫39％一40

45、％，含鐵60％一61％。</p><p>　　硫鐵礦按其來源不同分為普通硫鐵礦(亦稱原硫鐵礦)、浮選硫鐵礦和民砂、 含煤硫鐵礦三種。</p><p>　　2．1．2 硫鐵礦的處理</p><p>　　硫鐵礦和含煤硫鐵礦一般呈塊狀，浮選硫鐵礦和層砂里粉狀，因含水分較多，在貯存和運輸中會結(jié)塊。塊狀礦石在進入焙燒爐前應(yīng)破碎并篩分，使之達到工藝要求。含水較多的浮選硫鐵礦

46、和尾砂應(yīng)烘干。一個工廠所用礦石常由多個礦山供應(yīng)，品位、雜質(zhì)成分不一．為保證裝置正常運行，應(yīng)搭配使用。</p><p><b>　　1、硫鐵礦的破碎</b></p><p>　　塊狀礦石破碎后所要求達到的粒度應(yīng)根據(jù)使用的焙燒爐爐型及操作工藝而定。進沸騰焙烷爐的原料，其粒度不僅影響硫的出率，而且還影響爐子操作，所以對粒度大小和分布都有要求，一般粒度不得超過3mm(有的定為

47、4mm)。硫鐵礦的破碎通常經(jīng)過粗碎與細(xì)碎兩道工序。粗碎使用額式破碎機、反擊式破碎機(或圓錐破碎機)，將不大于200mm的礦石碎至25mm以下。細(xì)碎使用反擊式破碎機，也有使用球磨機或電磨，將粗碎后的礦石進一步破碎到爐子加料所需的細(xì)度，即從25mm壓碎至3mm(或4mm)以下。在以浮選硫鐵礦(或尾砂、硫招砂)為原料的工廠，使用鼠籠式破碎機打散結(jié)塊原料。</p><p>　　目前，有些工廠使用球磨機粉碎礦石，可將較大的

48、塊礦一次破碎到＜3 mm置篩分工序。</p><p><b>　　2、篩分</b></p><p>　　礦石破碎后，其中只有一部分達到粒度要求，因此在破碎過程中要進行篩分</p><p>　　礦石通過程動篩與粗粒度礦石分離。篩下合格部分達至成品礦貯倉或倍燒爐礦斗</p><p><b>　　重新返回破碎。<

49、;/b></p><p><b>　　3、配礦</b></p><p>　　硫鐵礦產(chǎn)地不同、其組成有較大差別。為使烙燒爐操作易于控制、爐氣成分均一用恒定品位的礦料。因此常采取多種礦石搭配使用的辦法，亦即配礦。</p><p>　　配礦的方法，通常采用鏟車或行車對不同或分礦料按比例抓取翻混。沸騰焙燒爐所用硫鐵礦指標(biāo)為：S＞20％；A6＜O．

50、05％；C＜1％；Pb＜0．6％；F＜0．05％</p><p><b>　　4、脫水</b></p><p>　　塊礦一般含水量在5％以下，層砂含水量低的也在8％以上，高的可達15％一18％。沸騰爐干法加料要求含水量在8％以內(nèi)，水量過多，不僅會造成原料輸送困難，而且結(jié)成的團礦入爐后會破壞爐子的正常操作。因此，干法加料應(yīng)對礦料進行干燥，通常采用自然干燥，在大型工廠采用

51、專門設(shè)備(如滾筒烘干機)烘干。</p><p>　　2.2硫鐵礦焙燒的基本原理</p><p>　　硫鐵礦的焙燒過程屬于氣—固相非催化反應(yīng)，其機理很復(fù)雜,且隨著條件的不同得到不同的反應(yīng)產(chǎn)物，其過程分為兩步：</p><p>　　第一步：硫鐵礦在高溫下受熱分解為硫化亞鐵和硫。</p><p>　　此反應(yīng)在400℃以上即可進行，500℃時則較為顯

52、著，隨著溫度升高反應(yīng)急劇加速。 </p><p>　　第二步：硫蒸氣的燃燒和硫化亞鐵的氧化反應(yīng)。分解得到的硫蒸汽與氧反應(yīng)，瞬間即生成二氧化硫。</p><p>　　硫鐵礦分解出硫后，剩下的硫化亞鐵逐漸變成多孔性物質(zhì)，繼續(xù)焙燒，當(dāng)空氣過剩量大時最后生成紅棕色的固態(tài)物質(zhì)三氧化二鐵。</p><p>　　4FeS + 7O2 = 2Fe2O3 + 4SO2</

53、p><p>　　綜合三個反應(yīng)式，硫鐵礦焙燒的總反應(yīng)式為：</p><p>　　4FeS2 + 11O2 =2Fe2O3 + 8SO2</p><p>　　上述反應(yīng)中硫與氧反應(yīng)生成的二氧化硫及過量氧、氮和水蒸氣等氣體統(tǒng)稱為爐氣；鐵與氧生成氧化物及其他固態(tài)物質(zhì)統(tǒng)稱為燒渣。</p><p>　　此外，焙燒過程還有大量的副反應(yīng)發(fā)生。這里值得注意的是，礦石

54、中含有的鉛、砷、硒、氟等，在焙燒過程中會生成PbO、As2O3、HF、SeO2。它們呈氣態(tài)隨爐氣進入制酸系統(tǒng)，是有害雜質(zhì)。 </p><p>　　在FeS2-FeS-S2系統(tǒng)中，可用硫磺蒸氣分壓表示反應(yīng)的平衡狀況，硫磺蒸氣壓(Ps)與溫度的關(guān)系見表2-1</p><p>　　表2-1 硫碘蒸氣壓與溫度的關(guān)系</p><p>　　硫鐵礦焙燒反應(yīng)是一個氣—固相非催化反應(yīng)

55、。由于硫鐵礦的密度大、孔隙小，焙燒的宏觀速率不僅和化學(xué)反應(yīng)速率有關(guān)，還與傳熱傳質(zhì)過程有關(guān)。</p><p>　　提高反應(yīng)速率的主要途徑為以下幾方面。</p><p>　　(1)提高反應(yīng)溫度。提高反應(yīng)溫度可加快擴散速率。硫鐵礦理論焙燒溫度可以達到1600℃，但要控制在800一900℃之間，以免焙燒物镕結(jié)和設(shè)備被燒壞。</p><p>　　(2)減小礦料粒度。礦石粒度小

56、，可以減小內(nèi)擴散阻力并增加空氣與礦石的接觸面積。這一措施對氧擴散控制總焙燒速率的情況最為有效。</p><p>　　(3)提高氣體與礦粒的相對運動速度。氣體與礦粒相對運動速度大，會減小氧的外擴散阻力。</p><p>　　(4)提高入爐氣體的氧含最。氣氛中氧濃度高，一則氧的外擴散和內(nèi)擴散錐動力大，氧的擴散速率高；二則可提高爐氣中氧含量，有利于SO催化轉(zhuǎn)化。因此，人們先后開發(fā)了富氧焙燒、純氧

57、焙燒以及加壓焙燒工藝。</p><p><b>　　2．3沸騰焙燒</b></p><p><b>　　1、沸騰焙燒的過程</b></p><p>　　固體流態(tài)化，是在流動流體的作用下將固體顆粒群懸浮起來，從而使固體顆粒具有某些流體表現(xiàn)特征的一種技術(shù)。</p><p>　　對硫鐵礦在沸騰爐里的焙燒過

58、程來講，是氣體硫化面體的情況，它同理想的散式流態(tài)化有較大的差別，其主要原因是顆粒的大小、形狀很不一致，流固體間的密度相差較大。實際生產(chǎn)中爐內(nèi)床層表面會鼓起一個個小氣泡，隨風(fēng)速增大，鼓泡逐漸激烈，并變得很不均勻，床層內(nèi)部分成固體顆粒的濃密區(qū)和氣泡的稀疏區(qū)，氣泡從床底上升過程中很不穩(wěn)定．互相合并，逐漸長大，到達床面時破裂，導(dǎo)致床面頻繁波動，整個床層沒有乎穩(wěn)的界而，如同水沸騰一樣，所以稱之為沸騰床。</p><p>　

59、　2、影響沸騰焙燒的主要因素</p><p>　　沸騰過程同爐內(nèi)原料物性、氣流速度、床層高度、氣體分布等密切相關(guān)。</p><p><b>　　（1）原料物性</b></p><p>　　原料的粒度、密度、形狀等物理性質(zhì)．對沸騰過程都有很大影響。在一定密度下，粒度的大小決定了臨界流化速度和吹出速度，因而也決定了操作速度。小顆粒對應(yīng)的臨界流速小，

60、易于流化；而較大的顆粒只有風(fēng)速足夠大才能流化。實際生產(chǎn)中，原料粒度不均勻，顆粒粒度存在一定的分布．既有小于0.1—0.2的細(xì)粒，也有大至3mm的粗粒。因此在設(shè)計中，要根據(jù)粒度分布狀況，引用“顆粒平均直徑”來描述原料粒度，并依此計算臨界速度與吹出速度。顆粒的密度對臨界流速也有較大影響，但一般情況下硫鐵礦的密度變化不大。</p><p><b>　?。?）氣流速度</b></p>

61、<p>　　決定固定床轉(zhuǎn)為沸騰床，并使沸騰床正常操作，最主要的因素就是氣流速度(指爐內(nèi)線速度)。臨界流化速度和吹出速度均是顆粒粒度和密度及氣體粘度和氣體密度的函數(shù)，并可用公式計算。</p><p><b>　?。?）床層高度</b></p><p>　　探路爐床層高度包括沸騰層高度和分離空間高度，由“濃相流化區(qū)”和“稀相流化區(qū)”兩部分構(gòu)成。通常，氣速越大．顆

62、粒越小，則膨脹比越大，沸騰層表而上下起伏越大，固體顆粒運動強度越大，對焙燒反應(yīng)越有利，床層阻力也越大。</p><p>　　在一定的料層膨脹比下，提高沸騰層高度，會因顆粒停留時間加長，提高了硫的燒出率，增強爐子的操作穩(wěn)定性，但氣體通過床層的阻力亦增大。在沸騰爐內(nèi)，氣泡到達沸騰層表而即破裂，可將顆粒拋人爐子空間中，其中部分顆粒上升到一定高度后又落回沸騰層，一部分顆粒為氣流帶走。這一顆?？稍俜祷氐目臻g稱為分離空間。分

63、離空間高度隨氣流速度變化，氣速越大，需要分離空間的高度越大。因此，出氣管口與床面間的高度要選取適當(dāng)。過小會使?fàn)t氣含塵量太大，過大固然能延長礦塵停留時間，提高爐塵脫硫率，但對降低爐氣含塵量不再有效，反而會位設(shè)備投資增加過多。</p><p><b>　?。?）氣體分布</b></p><p>　　氣體的均勻分布，對沸騰床穩(wěn)定操作極為重要。床層下的氣體分布器的作用有三：A

64、．文承爐內(nèi)物料；B．使氣體均勻分布；C.抑制聚式流化的不穩(wěn)定性，也就是創(chuàng)造一個良好的流化條件并得以長期穩(wěn)定。</p><p><b>　?。?）焙燒強度</b></p><p>　　沸騰爐的焙燒強度是指單位爐床截而積日焙燒標(biāo)準(zhǔn)礦(含硫35％)的量，單位為t／(m2·d)。它是衡量爐子生產(chǎn)能力的一個重要指標(biāo)。提高焙燒強度，就須同時增加入爐空氣量和投礦量，采用粒

65、高的操作速度。但這樣一來，會引起料層膨脹率和礦塵夾帶量增加，而且必須增大粒子移除反應(yīng)熱的能力。為了不致使操作風(fēng)速過大，一般采用二次風(fēng)的方法。實踐證明，礦粒粒徑對焙燒強度起著決定性的作用。目前選取的各種礦料的焙燒強度r／(m2·d)]如下：尾砂的為6—15；塊礦為25—30；混礦為15—25。</p><p><b>　　3、沸騰爐結(jié)構(gòu)</b></p><p>

66、;　　沸騰爐有長方形和圓形兩類。前者在有色冶金方面曾一度被使用，由于結(jié)構(gòu)上的缺點和對流化過程并無優(yōu)點，故很快就被否定。目前都是采用圓形爐。圓形爐因使用原料和操作條件的不同，又分為直筒型和擴大型。</p><p><b>　?。?）直筒型爐</b></p><p>　　直筒型爐的沸騰層和上部燃燒空間的直徑大致相同，因而兩個空間的氣流速度幾乎一樣，較適用于原料粒度較細(xì)的尾

67、砂。因礦粒粒度細(xì)，沸騰層的風(fēng)速較低，焙燒強度亦低，操作風(fēng)量與原料粒度匹配程度較高。實踐證明，這種爐子也可以適用于摻燒部分塊礦，只因操作范圍較窄，有較大的局限性。</p><p><b>　?。?）擴大型爐</b></p><p>　　異徑擴大型沸騰爐見圖2—1。</p><p>　　鋼殼外面設(shè)有保溫層。由下往上，爐體可分為四部分：A．風(fēng)室；B．

68、分布板：C．拂騰層；D．沸騰層上部燃燒空間。爐子下部的風(fēng)室設(shè)有空氣進口管。風(fēng)室上部為氣體分布板，分布板上裝有許多側(cè)向開口的風(fēng)帽，風(fēng)帽間鋪耐火泥?？諝庥晒娘L(fēng)機送人空氣室．經(jīng)風(fēng)帽向爐膛內(nèi)均勻噴出。爐膛中部為向上擴大截頭圓錐形，上部燃燒層空間的截而積較沸騰層截面積大。</p><p>　　加料口設(shè)在爐身下段，過去加料處從爐體向外突出，稱加料前室，有的大型爐子沒有多個，由于沒有前室使?fàn)t子結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對爐內(nèi)礦料的混合和脫硫作

69、用不甚明顯，多數(shù)沸騰爐不設(shè)前空。在加料口對面設(shè)有礦渣溢流口。此外，還設(shè)有爐氣出口、二次空氣進口、點火口等接管。頂部設(shè)有安全口。</p><p>　　圖2-1 沸騰爐爐體結(jié)構(gòu)</p><p>　　1-保溫磚內(nèi)襯；2-耐火磚內(nèi)襯；3-風(fēng)室；4-空氣進口管；5-空氣分布板；6-風(fēng)帽；7-上部焙燒空間；8-沸騰床；9-冷卻管束；10-加料口；11-礦渣溢流管；12-爐氣出口；13-二次空氣進口；1

70、4-點火口；15-安全口</p><p>　　焙燒過程中，為避免溫度過高爐料熔結(jié)，需從沸騰層移走焙燒釋放的多余熱量。通常采用在爐壁周圍安裝水箱(小型爐)，或用插入沸騰層的冷卻管束冷卻，后者作為廢熱鍋爐換熱元件移熱，以產(chǎn)生蒸汽。</p><p>　　由于異徑擴大型沸騰爐的沸騰層和上部燃燒空間尺寸不一致，使沸騰層和上部燃燒層氣速不同．沸騰層氣速高，可焙燒較大顆較的礦料，礦料的粒度最大可達6mm

71、，而細(xì)小的顆粒被氣流帶到擴大段后，因氣速下降有部分又返回沸騰層，不致造成過多礦塵進入爐氣，而沸騰層的平均粒度亦不因沸騰層氣速大而增加很多。這種爐型對原料品種和原料粒度的適應(yīng)性強，燒渣含硫量低，不易結(jié)疤。</p><p>　　2.4焙燒的工藝條件</p><p>　　2.4.1焙燒的工藝流程</p><p>　　焙燒工段的主要作用是制出合格的SO爐氣，并清除爐氣中的礦

72、塵。由于焙燒過程中產(chǎn)生較多熱量，以及爐氣須經(jīng)降溫才可進入除塵設(shè)備，因而設(shè)置了廢熱鍋爐。整個焙燒工段的工藝流程見圖2-2。設(shè)有沸騰爐、廢熱鍋爐、旋風(fēng)分離器、電除塵器及排渣裝置。</p><p>　　圖2-2 沸騰焙燒的流程</p><p>　　1-礦貯斗；2-皮帶秤；3-星形加料器；4-沸騰爐；5-廢熱鍋爐；6-旋風(fēng)飛塵器；7-電除塵器；8-空氣鼓風(fēng)機；9-星形排灰閥；10，11-埋刮板輸送

73、機；12-增濕冷卻滾筒；13-蒸汽洗滌器</p><p>　　裝置運行時，礦料由皮帶輸送機通過布料器連續(xù)加入獨騰爐；空氣由鼓風(fēng)機鼓入氣室經(jīng)氣體分布板與爐料接觸，氣固接觸反應(yīng)產(chǎn)生SO爐氣；爐氣出爐子進廢熱鍋爐降溫除塵進旋風(fēng)除塵器除去大部分礦塵，最后經(jīng)過電除塵器進一步除去剩余細(xì)小礦塵。</p><p>　　2.4.2沸騰焙燒的工藝條件</p><p>　　為獲得穩(wěn)定的一

74、定濃度的SO爐氣，并得到高的硫燒出率，操作時控制好爐溫、爐底壓力及投礦量很關(guān)鍵。一般爐溫控制在850一950℃．爐底壓力(表壓)8．82—11．76kPa．所制爐氣含SO212％一14％。這三項指標(biāo)是互相聯(lián)系的，其中爐溫控制對穩(wěn)定生產(chǎn)尤為重要，這是因為爐床溫度對焙燒反應(yīng)速率影響最大。</p><p>　　生產(chǎn)中，影響?yīng)汄v爐焙燒溫度的主要因素有投礦量、礦料的含硫量和水分，以及風(fēng)量。其中原料含硫量及投礦量對爐溫影響最

75、顯著，這是因為爐內(nèi)熱量來自于硫分的燃燒反應(yīng)。單位時間入爐硫量的增加或減少分別對爐溫影響有升高和降低兩種可能，這要視爐內(nèi)空氣的過剩程度。風(fēng)量對爐溫亦影響較大，如何影響也要視爐內(nèi)的空氣過剩程度。礦料中水分增加可較明顯地使?fàn)t溫下降，平時要保持水分含量穩(wěn)定，免使?fàn)t溫受此影響。</p><p>　　爐底壓力波動會直接影響進入爐內(nèi)的空氣量，爐溫隨之產(chǎn)生波動。爐底壓力主要表示分布器和沸騰層的阻力。分布器阻力一般變化不大，正常設(shè)

76、計占總阻力的23％。所以爐底壓力變化主要反映了沸騰層阻力的大小和床層情況。由沸騰原理可知，沸騰層阻力大小決定于靜止料層的厚度和它的繼積密度，同爐內(nèi)流速關(guān)系不大，這就是說爐底壓力增減表明了沸騰層內(nèi)爐料多少。調(diào)節(jié)爐底壓力可采用調(diào)節(jié)風(fēng)量和投礦量兩個措施。</p><p>　　沸騰爐的硫燒出率較高，燒渣中含硫量較低，約為0.1％一0.5％。其值的大小由渣和礦塵的燒出率兩部分構(gòu)成．主要受礦粒度、反應(yīng)速度、爐料爐塵停留時間影

77、響。溫度高、反應(yīng)快，有利于硫燒出率的提高：沸騰層高度、氣流速度決定塵的停留時間，停留時間長硫燒出率高，但床層阻力大，一般沸騰層的高度維持在l-1.5m范圍內(nèi)。</p><p>　　2.5焙燒中礦塵的清除</p><p>　　無論采用何種爐型及何種焙燒方法，焙燒硫鐵礦制得的爐氣中都含有礦塵。塵含量的多少與焙燒爐爐型、焙燒方法、焙燒強度、原料品位和粒度等因素有關(guān)。一般沸騰爐出口爐氣含塵量150

78、一300g／m3。若不將爐塵除到一定程度，則不僅堵塞設(shè)備和管道，破壞正常生產(chǎn)，而旦沉積覆蓋在催化劑外表面上影響其活性，甚至造成停車。</p><p>　　目前在硫酸生產(chǎn)中，清除爐氣中的塵，大都采用機械除塵和電除塵。</p><p>　　機械除塵分為集塵器除塵和旋風(fēng)除塵兩類。</p><p><b>　　1 、集塵器除塵</b></p>

79、;<p>　　分為自然沉降與慣性除塵。因該類設(shè)備效率低、體積大，已很少有廠家單獨采用，多以廢熱鍋爐代替，將除塵與回收余熱同時進行。</p><p><b>　　2、旋風(fēng)除塵</b></p><p>　　旋風(fēng)除塵器有標(biāo)淮型、擴散型、漸開線型、直簡型等多種形式。其除塵原理是利用離心力將塵與爐氣分離。除塵器的工藝操作參數(shù)主要有進風(fēng)口風(fēng)速和壓降。。該種設(shè)備結(jié)構(gòu)簡

80、單、操作可靠、造價低廉、管理方便，但對很細(xì)小的塵粒(＜10μm)除塵效率很低，故多用于爐氣的初級除塵。旋風(fēng)除塵器有時由兩個或多個并聯(lián)組合在一起，有時用兩級串聯(lián)，以提高除塵效率。</p><p><b>　　3、電除塵器</b></p><p>　　電除塵的特點是除塵效率高，一般均在99％以上，最高可達99.9％，可使含塵量降到0.2g／m3以下，除去塵粒粒度在0.01

81、～100μm之間．設(shè)備適應(yīng)件好、阻力小。在硫鐵礦制酸系統(tǒng)中，置于旋風(fēng)除塵器后，以除去余留微塵。</p><p><b>　　2.6廢熱利用</b></p><p><b>　　1、沸騰焙燒的廢熱</b></p><p>　　沸騰爐焙燒含硫原料過程中會放出大量的熱。由熱量衡算可知，每燃燒lkg含硫35％的硫鐵礦，可放出熱量4

82、521．7kJ，這些熱雖約40％左右消耗于爐氣、灰渣的加熱，其余60％以上的的熱量即為余熱。余熱大致分為兩部分：一是為維護爐溫需導(dǎo)出的部分，大約1．264GJ／lt酸；二是導(dǎo)出爐氣從85011降到350一400℃放出的部分，約為1．482GJ／lt酸。也就是說，燒lt礦可得到的余熱相當(dāng)于100kg標(biāo)準(zhǔn)煤的發(fā)熱量。如把它回收利用可得到1．0—1．2t蒸汽。如不把它們利用，須在爐內(nèi)和爐氣出口處設(shè)置專門的冷卻器移熱，這將消耗大量冷卻水和電能。

83、由于原料品位、水分和雜質(zhì)含量不同，以及操作條件(爐溫、出口爐氣)的不同，在沸騰爐能得到的余熱量有較大差別。表2-1為不同情況下的余熱量。</p><p>　　表2-1 不同情況下1Kg礦的余熱量</p><p>　　可見，這些余熱的回收利用具有很大經(jīng)濟意義。目前國內(nèi)許多單位已在沸騰爐配置了廢熱鍋爐，以回收余熱。中國第一座廢熱鍋爐于60年代初投產(chǎn)，一年利用廢熱發(fā)電達800萬度，除滿足本身生產(chǎn)

84、需要，還余1／3以上電力可供輸出，裝置投資在一年內(nèi)即可收回。隨著中國科學(xué)技術(shù)的進步，近些年廢熱利用已很普遍。</p><p><b>　　2、廢熱利用方法</b></p><p>　　為降低硫酸成本，有效回收余熱，最有效的方法是利用廢熱鍋爐，進而將余熱產(chǎn)生的蒸汽發(fā)電。</p><p>　　在廢熱鍋爐推廣之前，多數(shù)廠采用在沸騰爐上安裝間接冷卻裝置

85、生產(chǎn)熱水。由于傳熱系數(shù)不高，冷卻體積較大，同時由于冷卻水進口溫度為常溫，排出溫度不宜超過60℃(溫度高易引起冷卻壁結(jié)垢)，故水耗量及動力消耗均很大。也有廠采用直接噴水的方法控制爐溫，此種方法很簡便，調(diào)節(jié)亦十分靈敏，但水氣化只把爐內(nèi)顯熱轉(zhuǎn)變?yōu)闈摕?，增加了爐氣的濕含量，使?fàn)t氣體積增大，后續(xù)凈化負(fù)荷增大，余熱量基本得不到利用。沸騰爐導(dǎo)出的高溫爐氣如直接進入除塵沒備．將會使這些設(shè)備很快損壞，所以都采用爐氣冷卻設(shè)備來移熱。曾采用過的冷卻設(shè)備有水夾

86、套、列管式冷卻器、水膜冷卻器、自然散熱式冷卻器等。但總的來講，因爐氣冷卻器傳熱效率不高、易損壞，所以耗用鋼材多，維修工作員大。</p><p>　　利用廢熱鍋爐串聯(lián)于工藝流程之中，它既可用來回收余熱生產(chǎn)蒸汽，同時也可完成降溫除塵的特定工藝作用。因此，這是最有效的余熱利用方法。用于制酸的廢熱鍋爐與普遍工業(yè)鍋爐的結(jié)構(gòu)相近，亦是由汽包、爐管和聯(lián)管三個基本部分組成，只是爐管作為受熱元件所處的環(huán)境與普通工業(yè)鍋爐不同。其主要

87、區(qū)別：A 爐氣中含硫，它們對爐管有直接和間接的腐蝕作用；B 爐氣中含大量的爐塵，沸騰爐出口爐氣含塵量一般在250一3508／m3 原料粒度多在100μm左右，形狀多以棱角形為主，因此礦塵對管件的磨損很嚴(yán)重。</p><p>　　目前，中國沸騰爐用的廢熱鍋水汽循環(huán)方式有自然循環(huán)、強制循環(huán)和混合循環(huán)(即爐受熱管部分用強制循環(huán)，沸騰爐內(nèi)用自然循環(huán)，受熱管分別置于沸騰爐和爐氣煙道內(nèi))。</p><

88、p>　　自然循環(huán)和強制循環(huán)各有優(yōu)缺點。強制循環(huán)受熱管的傳熱效果好，傳熱面積小，結(jié)構(gòu)緊湊，水在各受熱管內(nèi)分配較均勻，不會發(fā)生汽阻現(xiàn)象，但相對自然循環(huán)而言強制循環(huán)?；ㄙM的動力多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜．運轉(zhuǎn)和保養(yǎng)的問題多?；旌涎h(huán)比全強制循環(huán)省電，也不發(fā)生汽阻現(xiàn)象，并在鍋爐的開爐、停爐及突然斷電的情況下．對過熱器的保護和安全起到緩沖作用，故現(xiàn)在多采用混合循環(huán)。</p><p>　　第三章 爐氣的凈化及干燥</p>

89、;<p>　　3.1爐氣凈化的目的和要求</p><p>　　焙燒硫鐵礦產(chǎn)生的SO爐氣含有一定量的有害雜質(zhì)，不能直接送人轉(zhuǎn)化工序，為此設(shè)置了這個輔助工序——爐氣的凈化與干燥。其日的就是向SO催化轉(zhuǎn)化工序提供有害雜質(zhì)含量低于規(guī)定、比較純凈的原料氣體。</p><p>　　爐氣中的礦塵不僅會堵塞設(shè)備與管道，而且會造成后序工序催化劑失活。砷和硒則是催化劑的毒物；爐氣中的水分及二氧化

90、硫極易形成酸霧，不僅對設(shè)備產(chǎn)生嚴(yán)重腐蝕，而且很難被吸收除去。因此，在爐氣送去轉(zhuǎn)化之前，必須先對爐氣進行凈化，應(yīng)達到下述凈化指標(biāo)。</p><p>　　砷 ﹤0.001g/m 塵 ﹤0.005 g/m </p><p>　　水分 ﹤0.1 g/m 氟 ﹤0.001 g/m </p><p>　　酸霧 ﹤0.03 g/m &

91、lt;/p><p>　　3.2凈化的原理和方法</p><p>　　1、礦塵的清除 工業(yè)上對爐氣礦塵的清除，依塵粒大小，可相應(yīng)采取不同的凈化方法。對于塵粒較大的(10 um以上)可采用自由沉降室或旋風(fēng)分離器等機械除塵設(shè)備;對于塵粒較小的(0.1～10um )可采用電除塵器；對于更小顆粒的礦塵(0.05um以下)可采用液相洗滌法。</p><p>　　2、砷和硒的清除

92、 焙燒后產(chǎn)生的和,它們具有這樣的特性，當(dāng)溫度下降時，它們在氣體中的飽和含量迅速下降，因此可采用水或稀硫酸來降溫洗滌爐氣。當(dāng)溫度降至50℃時，氣體的砷、硒氧化物已降至規(guī)定指標(biāo)以下。凝固成固相的砷、硒氧化物一部分被洗滌液帶走，其余呈固體微粒懸浮在氣相中成為酸霧冷凝中心。</p><p>　　3、酸霧的形成與清除 爐氣凈化時，由于采用硫酸溶液或水洗滌爐氣，洗滌液中有相當(dāng)數(shù)量的水蒸氣進入氣相，使?fàn)t氣中的水蒸氣含量增加。

93、當(dāng)水蒸氣與爐氣中的三氧化硫接觸時，則可生成硫酸蒸氣。當(dāng)溫度降到一定程度，硫酸蒸氣就會達到飽和，直至過飽和。當(dāng)過飽和度等于或大于過飽和度的臨界值時，硫酸蒸氣就會在氣相中冷凝，形成在氣相中懸浮的微小液滴，稱之為酸霧。</p><p>　　實踐證明，氣體的冷卻速度越快，蒸氣的過飽和度越高，越易形成酸霧。為防止酸霧形成，必須控制一定的冷卻速度，使整個過程硫酸蒸氣的過飽和度低于臨界值。當(dāng)用水或稀酸洗滌爐氣時，由于爐氣溫度迅

94、速降低，形成酸霧是不可避免的。</p><p>　　酸霧的清除，通常采用電除霧器來完成。電除霧器的除霧效率與酸霧微粒的直徑有關(guān)。直徑越大，除霧效率越高。實際生產(chǎn)中采取逐級增大酸霧粒徑逐級分離的方法，以提高除霧效率。增大酸霧粒徑，一是逐級降低洗滌酸濃度，使氣體中水蒸氣含量增大，酸霧吸收水分被稀釋，使粒徑增大；二是氣體被逐級冷卻，酸霧同時也被冷卻，氣體中水蒸氣在酸霧微粒表面冷凝而增大粒徑。</p>&l

95、t;p>　　此外，為了提高除霧效率，還可采取增加電除霧器的段數(shù)，在兩級電除霧器中間設(shè)置增濕塔，降低氣體在電除霧器的流速等措施。</p><p>　　3.3爐氣凈化的工藝流程</p><p>　　以硫鐵礦為原料的接觸法制酸裝置的爐氣凈化流程有許多種。20世紀(jì)50年代以前，使用機械爐焙燒制氣時，國內(nèi)外普遍采用魯奇酸洗流程，為與后來發(fā)展的各種凈化流程區(qū)別，稱其為“標(biāo)準(zhǔn)酸洗流程”。隨著沸騰焙

96、燒的應(yīng)用，入爐礦料粒徑小、水分含量大，爐氣中三氧化硫含量降低，濕含量及礦塵雜質(zhì)含量增加，而干式除塵系統(tǒng)的效率未能相應(yīng)提高，大量礦塵及雜質(zhì)進入凈化系統(tǒng)，使凈化系統(tǒng)無法維持原來的工藝條件。20世紀(jì)50年代后期60年代初期，國內(nèi)外采用了水洗凈化流程。有些工廠將原塔式酸洗改為塔式水洗。當(dāng)時，由于開發(fā)采用了一些體積小、效率高的洗滌設(shè)備(如文氏管)取代了龐大的塔設(shè)備，從而出現(xiàn)了多種水洗凈化流程。但由于水洗流程有大量污水徘放，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。到7

97、0年代強調(diào)環(huán)境保護后，爐氣濕法凈化朝著封閉型稀酸洗滌方向轉(zhuǎn)變。水洗流程，特別是一次通過式(即用大量水)的水洗流程已經(jīng)淘汰。在國外，新興的高效動力波凈化工藝，已在制酸工業(yè)中應(yīng)用。</p><p>　　1、酸洗流程 比較典型的酸洗流程有標(biāo)準(zhǔn)酸洗流程、“兩塔兩電”酸洗流程、“兩塔一器兩電”酸洗流程及“文泡冷電”酸洗流程。此處著重介紹相對先進的“文泡冷電”酸洗流程。</p><p>　　“文泡冷

98、電”酸洗流程是我國自行設(shè)計將水洗改為酸洗的凈化流程，此流程如圖3-1所示。</p><p>　　由焙燒工序來的SO爐氣，首先進入文丘里洗滌器l(文氏管)，用15％～20％的稀酸進行第一級洗滌，洗滌后的氣體經(jīng)復(fù)擋除襪器3除沫后進入泡沫塔4，用1％～3％的稀酸進行第二級洗滌。經(jīng)兩級稀酸洗之后，礦塵、雜質(zhì)被除去，爐氣中部分、凝固為顆粒被除掉，部分成為酸霧的凝聚中心，同時，爐氣中的SO也與水蒸氣形成酸霧，在凝聚中心形成酸

99、霧顆粒。兩級稀酸洗之后的爐氣，經(jīng)復(fù)擋除沫器5除沫，進入列管間接冷卻塔6，使?fàn)t氣進一步冷卻，同時，使水蒸氣進一步冷凝，并且使酸霧粒徑再進一步增大。由間接冷卻塔6出來的爐氣進入管束示電除霧器，借助于直流電場，使?fàn)t氣中的酸霧被除去，凈化后的爐氣去干燥塔進行干燥。</p><p>　　圖3-1 “文泡冷電”酸洗流程</p><p>　　1-文氏管； 2-文氏管受槽；3、5-復(fù)擋除沫器；4-泡沫塔

100、；6-間接冷卻塔；7-電除霧器；8-安全水封；9-斜板沉降槽；10-泵；11-循環(huán)槽；12-稀酸槽</p><p>　　文丘里洗滌器1的洗滌酸經(jīng)斜板沉降槽9，沉降循環(huán)酸中的污泥；經(jīng)沉降后的清液循環(huán)使用；污泥自斜板底部放出，用石灰粉中和，與礦渣一起外運。</p><p>　　該流程用絮凝劑(聚丙烯酰胺)沉淀洗滌酸中的礦塵雜質(zhì)，大大地減少了排污量(每噸酸的排污量僅為2.5L)，達到封閉循環(huán)的要

101、求，故此流程也稱“封閉酸洗流程”。</p><p>　　標(biāo)淮酸洗流程是以硫鐵礦為原料的經(jīng)典酸洗流程，由兩個洗滌塔、一個增濕塔和兩級電除霧器組成，故也稱“三塔兩電”酸洗流程。</p><p>　　“兩塔兩電”酸洗流程與標(biāo)準(zhǔn)酸洗流程相似，只是省去了增濕塔，但所用洗滌酸的濃度較低。</p><p>　　“兩塔一器兩電”酸洗流程，也是在標(biāo)準(zhǔn)酸洗流程基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，其中的增

102、濕塔用間接冷凝器代替，故稱“兩塔一器兩電”酸洗流程。</p><p>　　2、水洗流程 比較常用的水洗流程有如下幾種。</p><p>　?。?） “文泡文”水洗流程。由文氏管、泡沫塔、文氏管組成，它具有設(shè)備小、操作方便、投資少的優(yōu)點，但系統(tǒng)壓降高。</p><p>　?。?）“文泡電”水洗流程。用電除霧器代替上述“文泡文”流程中的第二級文丘里，提高了對酸霧雜質(zhì)的

103、凈化效率，系統(tǒng)壓降也比“文泡文”流程要小。</p><p>　?。?）“文文冷電”水洗流程。由兩個文氏管、冷凝器、電除霧器組成，技術(shù)性能和適應(yīng)能力都較好。</p><p>　　與酸洗流程相比，水洗流程設(shè)備少、投資省、凈化效果較好，適用于砷，氟和礦塵含量高的爐氣凈化。缺點是排放大量酸性污水，污水中含砷、硒、氟和硫酸等有害物質(zhì)，如不經(jīng)妥善處理會造成嚴(yán)重的公害。此外，爐氣中的三氧化硫全部損失，二

104、氧化硫也不能保全，故硫的利用率低。因此，水洗流程已被逐漸淘汰。</p><p>　　3、動力波凈化工藝 動力波凈化工藝是目前比較先進的一種凈化流程，它主要采用動力波洗滌器進行洗滌凈化，其凈化效率較高，該工藝常見的流程是動力波三級洗滌器凈化流程。</p><p>　　動力波凈化工藝的關(guān)鍵設(shè)備是動力波洗滌器。其中有逆噴型和泡沫塔型兩種洗滌器應(yīng)用于制酸的凈化。</p><p

105、>　　泡沫塔型洗滌器外形與普通有固定擋板的板式塔相同，但塔板開孔率及操作氣速相對較大，運行中，在兩塔板間的開孔區(qū)形成泡沫區(qū)。泡沫區(qū)中氣液接觸非常密切，可有效地脫除塵埃細(xì)粒、冷卻氣體和多級吸收氣體。圖3-2為動力波三級洗滌器。</p><p>　　圖3-2 動力波三級洗滌器凈化流程</p><p>　　1、6-一級和二級動力波洗滌器泵； 2、7-一級和二級動力波洗滌器；</p

106、><p>　　3-板式冷卻器；4-氣體冷卻塔泵；5-氣體冷卻塔</p><p>　　首先，含塵爐氣進入一個初級逆噴型洗滌器，氣體在這里急冷降溫，酸霧等冷凝，同時除塵，除塵效率可達90％左右。氣體離開初級逆噴型洗滌器后，進入泡沫塔進一步冷卻(也可用填充塔代替泡沫塔)，同時除塵以及去除砷、硒、氟和酸霧等雜質(zhì)。在泡沫塔后設(shè)一臺最終逆噴型洗滌器，以脫除殘余的不溶性顆粒塵埃及大部分殘余酸霧。在該工藝中，

107、只要設(shè)置單級電除霧器，就能達到凈化要求。</p><p><b>　　3.4爐氣的干燥</b></p><p>　　礦塵、砷、硒、氟和酸霧清除后，還需清除水分，如此才算完成凈化。</p><p>　　水分在爐氣中以氣態(tài)存在，應(yīng)采用吸收方式進行清除。濃硫酸具有強烈的吸水性，常用于氣體干燥。爐氣的干燥就是將氣體與濃硫酸接觸來實現(xiàn)的。爐氣中的水蒸氣分

108、壓大于硫酸液面上的水蒸氣分壓時，爐氣即被干燥。</p><p>　　圖3-3為爐氣干燥工藝流程。</p><p>　　圖3-3 爐氣干燥工藝流程</p><p>　　1-干燥塔；2-酸冷卻器3-干燥酸貯槽</p><p>　　經(jīng)凈化除去雜質(zhì)的濕爐氣及補加空氣，在干燥塔內(nèi)與塔頂噴淋的濃硫酸逆流接觸，氣相中水分被硫酸吸收，經(jīng)捕沫器除去氣體夾帶的酸

109、沫后進入轉(zhuǎn)化系統(tǒng)。</p><p>　　干燥塔吸收水分后濕度升高，經(jīng)酸冷卻器冷卻后流人酸貯槽，再由泵送到塔頂噴淋。為維持干燥酸濃度，必須將吸收系統(tǒng)98％H2S04引入酸貯槽中。貯槽中酸由循環(huán)酸泵出口引出，作為產(chǎn)品酸送人酸庫或引入回收塔循環(huán)酸槽。</p><p>　　第四章 二氧化硫的催化氧化</p><p>　　4.1二氧化硫催化氧化的基本原理</p>

110、<p>　　4.1.1二氧化硫催化氧化反應(yīng)的化學(xué)平衡</p><p>　　二氧化硫氧化為三氧化硫的反應(yīng)為：</p><p>　　△H =-96.24 kJ/mol （4-1）</p><p>　　此反應(yīng)是可逆放熱、體積縮小的反應(yīng)。同時，這個反應(yīng)，只有在催化劑存在下，才能實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)。</p><p>　　其平衡