第五章硫酸工艺讲述.ppt

第五章：硫酸的生产 1.反应温度 优化温度必须在催化剂活性范围以内。 是可逆、放热反应。反应开始时，温度应该高些，如580℃，以争取获得较大的反应速率；反应后期温度应该低一些，如430～440℃，以获得较高的转化率。 2. 催化剂的粒径 催化反应在催化剂活性表面上发生，需增加活性表面积，制成有许多微小内孔的颗粒。 催化剂粒径越小，扩散速率越大，但催化剂构成的床层对气流阻力较大。 实际反应初期:温度较高，使用粒径较小的催化剂，以免降低反应速率。 反应后期: 温度较低，使用较大颗粒的催化剂以降低床层阻力。 4.反应压力 加压虽然可以提高平衡转化率，但实际转化率已很高，加压需要增加动力，经济上不合算，一般采用常压法生产。 但加压可以使尾气达到排放标准，而且还可以提高产量，使投资费降低。目前仅法国，加拿大，日本有少数工厂采用加压法。 6.空速 空间速度简称“空速”，是指单位时间内通过单位体积催化剂的气体体积。 二氧化硫的催化氧化采用的空间速度通常约为600～700h-l。 固定床反应器 和 沸腾床(恒温)反应器 1.气体分布器；2.转化器壳体；3.热电偶；4.入孔；5.除沫器； 6.冷却器；7.衬里；8.泡冒分布板；9.多孔分布板 2.流化床反应器 以细粒（d = 0.3 ~ 1 mm）催化剂作床层。反应气以较高的速率由下而上通过，催化剂处于流化状态。 所产生的反应热能够通过反应器壁上的冷却箱及时引出，恒温。 催化剂处于不断翻腾和相互撞击、摩擦的状态，因此催化剂需有较强的耐撞击、耐摩擦的性能。 目前用的催化剂损耗率已低于固定床催化剂的损耗率。 流化床反应器的优越性： (1)使反应物迅速达到优化的反应温度和相应的转化率。 (2)气体物料进入催化剂床层后能够立即升温，所以气体不经预热也可进行反应。 (3)催化剂处于流化状态，反应器内没有死角，不会发生固定床的“尘堵”现象，操作简易稳定。 2SO2 +O2 2SO3 二氧化硫的氧化是一个可逆、放热、体积变小、活化能较大的反应 。 3.成酸过程 SO3(气)+H2O(液) H2SO4(液) 用水或稀硫酸吸收三氧化硫？ 化学热力学和动力学可行，但实际技术不行。 原因：水或稀硫酸表面上有相当数量的水蒸气， SO3气体分子首先与水蒸气分子发生反应生成气态的硫酸，凝集成酸雾。酸雾会漂浮空气中，极少有机会与液体水或稀硫酸接触而被吸收，而是随着不溶性气体一起排放到大气，浪费又污染环境。 实际采用98.3%的浓硫酸做吸收剂。 吸收流程：强放热反应，为了防止温度过高，采用吸收—冷却循环流程。 SO3混合气冷却至150℃左右，送入吸收塔被98.3%的硫酸吸收。硫酸吸收SO3后，浓度增至98.8%。然后从塔底排出，经冷却器冷却，再配以适量稀酸，浓度降低到98.3%。一部分作为产品，一部分送塔顶循环吸收。 若SO2的初始浓度为8%，最优转化率为97.7%，这时尾气所含的SO2的浓度将超过排放标准，必须另外采取废气治理措施。 20世纪80年代，开发了二次转化与二次吸收相结合的二转二吸法。 此法每一次转化率都不高，但二次转化结合起来就可获得很高的转化率。 为提高转化率，降低尾气中二氧化硫浓度，过去几十年，中国硫酸装置全部从“一转一吸”工艺转为“二转二吸”工艺。 初始浓度为8%，第一次转化率为95%左右，反应生成的三氧化硫被吸收为硫酸；然后再进行第二次转化，如果第二次的转化率也是95%，则总转化率将达到99.75%。 转化率为99.75%的尾气含二氧化硫的浓度是低于排放标准的。 以硫铁矿为原料的生产过程: (1)造气过程：矿石的粉碎、配矿和熔烧。 (2)净化过程：除去原料气中的各种杂质。 (3)氧化过程：使二氧化硫氧化为三氧化硫。 (4)成酸过程：使三氧化硫生成硫酸产品。 二氧化硫炉气的生产 1.造气（净化过程） 硫铁矿经破碎、筛分，粒度达到4mm以下，经配料后送入沸腾焙烧炉，经过两步反应： 2FeS2 ═ 2FeS + S2↑ （850-900℃） 4FeS + 7O2 ═ 2Fe2O3 + 4SO2 总反应方程式： 4FeS2 + 11O2 ═ 2Fe2O3 + 8SO2 3FeS2 + 8O2 ═ Fe3O4 + 6SO2 （当空气不足时） 硫铁矿从加料口4进入炉膛内；空气从进口1进炉，然后被风帽2分成许多细流喷入炉膛与硫铁矿反应。 空气速度较大，硫铁矿在气流中翻滚如沸腾状。由于固体颗粒间不断摩擦，反应容易深入到矿粉内部，提高烧出率。 沸腾炉的生产强度很大。可以采用劣质矿砂。 图4 沸腾炉 1.空气进口；2.风帽； 3.二次空气入口；4.加料口； 5.炉气出