毕 业 设 计（ 文）
(化工系)
题 目 硫铁矿接触法制硫酸生产工艺
专 业 应化工技术
班 级 化工0802
姓 名 赵晓玉
学 号 08120242
指导教师 赵佩
完成日期 2010年6月25日~2010年10月10日
目录
摘 1
第章 绪 2
1．1概述 2
硫酸性质途 2
硫酸生产方法 3
硫酸发展趋势 4
硫酸生产工艺流程 5
第二章 二氧化硫炉气制备 9
21硫铁矿焙烧前处理 9
硫铁矿性质 9
2．1．2 硫铁矿处理 9
22硫铁矿焙烧基原理 10
2．3沸腾焙烧 11
24焙烧工艺条件 15
焙烧工艺流程 15
沸腾焙烧工艺条件 15
25焙烧中矿尘清 16
26废热利 17
第三章 炉气净化干燥 19
31炉气净化目求 19
32净化原理方法 19
33炉气净化工艺流程 20
34炉气干燥 23
第四章 二氧化硫催化氧化 24
41二氧化硫催化氧化基原理 24
二氧化硫催化氧化反应化学衡 24
412 二氧化硫氧化反应速率 26
413 二氧化硫氧化催化剂 26
43二氧化硫氧化工艺条件选择 27
44转化设备 27
转化器 28
4．4．2 鼓风机 30
45工艺流程 31
第五章 三氧化硫吸收 33
5．1三氧化硫吸收工艺条件 33
52三氧化硫吸收工艺流程 34
5．2．1 转吸干—吸系统工艺流程 34
5．2．2 两转两吸—吸系统工艺 35
53 三废处理 36
尾气处理 36
烧渣污水污酸处理 36
第六章 物料衡算热量衡算 37
61物料衡算 37
62 热量衡算 41
致谢 44
参考文献 45
摘
国农业国着农业政策进步加强磷复肥需求量断增加硫酸作磷复肥生产基原料需求量断增加年国硫酸工业发展较快硫铁矿国资源发展硫铁矿制酸稳定国硫酸工业具代作研究硫铁矿制酸中炉气制备净化干燥程十分必文介绍硫铁矿制备处理SO2炉气全程制备焙烧硫铁矿制SO2炉气炉气净化中矿尘清采电尘器砷硒清采水稀硫酸降温洗涤炉气酸雾清利电雾器炉气净化工艺流程分酸洗流程水洗流程较典型酸洗流程标准酸洗流程两塔两电酸洗流程两塔器两电酸洗流程文泡冷电酸洗流程水洗流程包括文泡文水洗流程文泡电水洗流程文文冷电水洗流程外简单介绍炉气干燥流程时文讲述硫酸性质途介绍硫酸国发展趋势介绍介绍硫铁矿原料接触法制硫酸工艺流程（包括二氧化硫炉气制备工艺炉气净化干燥工艺二氧化硫催化氧化工艺）生产设备简述硫酸生产三废处理问题
关键词：硫酸 工艺 硫铁矿 二氧化硫
第章 绪
1．1概述
硫酸性质途
1 硫酸性质
纯硫酸（H2SO4）种色透明油状液体相密度18269水重倍
工业生产硫酸系指SO3H2O定例混合溶液发烟硫酸中SO3H2O摩尔1溶液发烟硫酸SO3蒸气压较暴露空气中释放出SO3空气中水蒸气迅速结合聚成酸雾名
2硫酸途
硫酸基化学工业中重产品仅作许化工产品原料广泛应国民济部门应范围日益扩需数量日益增加兹硫酸国民济中作分述
1农业生产服务
肥料生产硫酸铵（俗称硫铵肥田粉）磷酸钙（俗称磷酸石灰普钙）两种化肥生产消耗量硫酸
生产吨硫酸铵消耗硫酸（折合成100计算）760kg生产吨磷酸钙消耗硫酸360kg
农药生产许农药硫酸原料硫酸铜硫酸锌作植物杀菌剂硫酸铊作杀鼠剂硫酸亚铁硫酸铜作莠剂普通杀虫剂1059乳剂(45)1605乳剂(45)生产需硫酸前者生产1t需消耗20发烟硫酸14t者生产1t需消耗硫酸36kg家熟悉滴滴涕生产1t需20发烟硫酸12t
2工业生产服务
冶金工业金属加工冶金工业部门特色金属生产程需硫酸例电解法精炼铜锌镉镍时电解液需硫酸某贵金属精炼需硫酸溶解夹杂金属钢铁工业中进行冷轧冷拔压加工前必须硫酸清钢铁表面氧化铁轧制薄板冷拔缝钢质量求较高钢材必须轧次硫酸洗涤次外缝钢薄铁皮铁丝等进行镀锌前硫酸进行酸洗手续某金属机械加工程中例镀镍镀铬等金属制件需硫酸洗净表面锈黑色冶金企业部门里需酸洗钢材般约占钢总产量5～6吨钢材酸洗约消费98硫酸30kg～50kg[3]
硫酸生产方法
生产硫酸古老方法绿矾（ ）原料放蒸馏釜中锻烧制硫酸锻烧程中绿矾发生分解放出二氧化硫三氧化硫中三氧化硫水蒸气时冷凝便硫酸
18世纪40年代前种方法少方采古代称硫酸绿矾油采种制造方法缘
二氧化硫氧化成三氧化硫制硫酸关键反应通常情况难进行发现助催化剂作二氧化硫氧化成三氧化硫然水吸收制成硫酸根催化剂硫酸工业制法分硝化法接触法
硝化法（包括铅室法塔式法）助氮氧化物二氧化硫氧化制成硫酸中铅室法1746年开始采反应气相中进行方法需设备庞铅检修麻烦腐蚀设备反应缓慢成品稀硫酸方法逐渐淘汰
硝化法反应历程较复杂简单化学方程式表示：
反应中需NO硝酸供氧气空气
接触法目前广泛采方法创始1831年世纪初广泛工业生产20年代钒触媒制造技术催化效断提高已逐步取代价格昂贵易中毒铂触媒世界数硫酸厂采接触法生产
接触法中二氧化硫固体触媒表面氧反应结合成三氧化硫然983％硫酸吸收成品酸种方法优塔式法成品酸浓度高质量纯（含氮化物）炉气净化精制较复杂国硫铁矿生产国硫资源硫铁矿作生产硫酸原料次冶炼气制酸外少量硫磺制酸石膏制酸等接触法硫酸工艺生产程中三基化学反应相联系工序：SO2气体制取SO3转化SO3吸收
硫酸发展趋势
硫酸工业古老行业迄已260年历史久前硫酸众领域中缺途赢工业母美誉国硫酸化肥继粮食间密切联系硫酸工业国计民生中占举足轻重位直倍受关注行业改革开放中国行业样硫酸工业迅速发展产业结构原料构成装置规模技术装备水废物排放指标全然非昔正崭新面貌迈入现代化工行列循环济已成社会发展流类更加注重资源利环境保护天硫酸工业涉腐蚀性环境污染物拥60 Mta产庞产业实现持续发展造循环济体系技术装备水更台阶疑面新挑战
1国硫酸工业现状（产量原料结构产业结构）
硫酸工业国民济基础产业目前国约70产量硫酸化肥尤磷肥生产产品终端途性质十亿口基国情决定国必然硫酸生产国建国尤改革开放国硫酸产逐年递增2004年已达44 350 kt跃居世界首位年国硫酸生产力产量原料格局见表11表12（数源中国硫酸工业协会统计数）[7]
表11 2002～2006年国原料制酸生产力情况 单位：kta
项目
2002
2003
2004
2005
2006
硫磺制酸
13500
14600
17700
23300
28700
硫铁矿制酸
16500
16800
16800
18800
20700
烟气制酸
7900
8300
9300
11000
12600
550
550
550
550
550
总计
38450
40250
44350
53650
62550
表12 2002～2006 年国硫酸产量生产原料格局（H2SO4计）
硫酸总产量kt
时间
硫铁矿制酸
硫磺制酸
冶炼烟气制酸
制酸
产量kt
份额％
产量kt
份额％
产量kt
份额％
产量kt
份额％
2002
30520
12058
395
11116
364
6932
227
414
14
2003
33711
13034
387
12609
374
7521
223
547
16
2004
39946
14316
358
16236
406
8848
222
546
14
2005
46250
16100
348
19750
427
9800
212
600
13
2006
50440
15930
316
22330
443
11630
231
550
10
硫酸生产工艺流程
图11：
图11 硫铁矿原料接触法制硫酸生产工艺流程简图
1沸腾培烧炉2空气鼓风机3废热锅炉4旋风尘器5电尘器6冷塔7洗涤塔8循环槽9稀酸泵10气体冷凝器11第级电雾器12第二级电雾器13干燥塔1424循环槽酸泵1525酸冷器16二氧化硫鼓风机17182021气体换热器19转化器22中间吸收塔23终吸收塔
硫铁矿原料工序破碎筛分配矿斗式提升机送入原料仓中皮带喂料机送入沸腾焙烧炉进行沸腾焙烧沸腾焙烧炉前炉前空气鼓风机沸腾炉鼓入空气焙烧炉生成二氧化硫炉气设干燥塔二氧化硫（鼓O 左右克服风机热交换器转化器吸收塔等设备阻力风机出口需相应正压强值出沸腾炉炉气中二氧化硫浓度较高（约12～13）泡沫洗涤塔补充脱吸塔空气提高炉气中氧浓度二氧化硫浓度降低入转化器需浓度维持干燥吸收塔循环酸槽酸浓度稳定前述需983吸收酸连续吸收酸泵（吸收酸循环酸槽）送入干燥酸槽时93干燥酸连续干燥酸泵（干燥酸槽）送吸收酸槽需生产983浓硫酸时吸收酸槽导出产品酸需生产925浓硫酸时干燥酸槽导出产品酸
硫酸生产工艺程包括六工段：原料焙烧净化干吸转化成品分述：
1原料工段
仓库贮存硫精矿装载机送入加料斗圆盘料机胶带输送机送入笼式破碎机成球尾沙散胶带输送机送入振动筛筛分筛粗颗粒矿胶带输送机返回仓库筛粒度合格成品矿胶带输送机送入焙烧工段炉前料斗
2焙烧工段
原料工段硫铁矿入炉前料斗贮存胶带料机加入沸腾炉焙烧产生浓度12～13温度900℃含SO2炉气余热锅炉移热降温380℃旋风出尘器电尘器尘尘含量降≤02GNM3入净化工段文氏焙烧硫铁矿需空气空气鼓风机炉底送入沸腾炉排出矿渣余热锅炉旋风出尘器电尘器排出矿尘进入淋撒式冷增湿滚筒冷喷水增湿胶带输送机送入堆场汽车运出
3净化工段
焙烧工段350℃炉气进入文氏喷淋15左右稀硫酸接触传质传热降温部分矿尘杂质然进入泡沫塔2～3稀硫酸喷淋洗涤进步矿尘杂质间冷器移热降温40℃左右电雾器酸雾酸雾降003GNM3进入干吸工段干燥塔
文氏排出15稀硫酸斜沉降器沉降分离矿尘进入循环酸槽泡沫塔循环酸泵出口2～3稀硫酸斜沉降器出口引出入稀酸贮槽贮存斜沉降器间断排出污泥设备坪洗酸性水道酸性水池泵送污水处理站泡沫塔排出2～3稀硫酸入循环酸槽间冷器循环酸槽溢流出冷凝液调节浓度循环酸泵送入泡沫塔喷淋增加稀酸串入文氏循环酸槽间冷器排出冷凝液入循环槽循环泵间断连续送入间冷器喷淋电雾器酸雾进入间冷器循环槽
净化工段补充工艺水加入间冷器循环槽
4干吸工段
净化工段炉气空气调节SO2浓度75～8进入干燥塔喷淋93～94硫酸干燥水份降01GNM3塔顶丝网沫器酸沫进入转化工段
干燥塔吸收水份硫酸流入循环槽吸塔循环酸系统串入98硫酸维持浓度循环酸泵送入干燥塔酸冷器冷降温入干燥塔喷淋增93～94硫酸串入吸塔循环槽
转化工段第次转化气部分进入发烟硫酸吸收塔吸收部分SO3进入吸塔部分直接进入吸塔吸收SO3炉气塔顶丝网沫器酸沫返回转化二段进行第二次转化
发烟硫酸吸收塔1045发烟硫酸喷淋吸收SO2浓度升高发烟硫酸进入循环槽吸塔系统串98酸调节浓度循环泵送入酸冷器冷降温入吸收塔喷淋生成1045发烟硫酸产品进入成品工段
第吸收塔98硫酸喷淋吸收SO3浓度升高硫酸流入循环槽配入干燥塔循环系统串93硫酸加水维持浓度循环酸泵送入吸塔酸冷器冷降温入吸塔喷淋增98硫酸部分串干燥塔循环槽部分作成品酸送入成品酸计量槽
转化工段第二次转化气进入第二吸收塔吸收SO3塔顶丝网沫器酸沫烟囱放空
第二吸收塔98硫酸喷淋吸收SO3浓度升高硫酸流入循环槽加入清水调节浓度循环酸泵送入二吸塔酸冷器冷降温入二吸塔喷淋增98硫酸串入吸塔循环槽
系统市场需求产98硫酸93硫酸需93硫酸时干燥塔系统产出93硫酸需98硫酸时吸塔系统产出98硫酸
5转化工段
干吸工段干燥塔SO2浓度75～8炉气SO2鼓风机升压第ⅲ换热器第ⅰ换热器壳侧侧SO3气换热温度升430℃入转化器进行第次转化二三段催化剂反应转化率达92转化气进入第ⅲ换热器侧壳侧炉气换热降温进入干吸工段第吸收塔进行第次吸收SO3吸收气体第ⅴ换热器第ⅳ换热器第ⅱ换热器壳侧侧SO3气换热升温420℃进入转化器进行第二次转化第四第五段催化剂反应总转化率达997二次转化气第ⅴ换热器侧壳侧 SO2气换热降温入干吸工段第二吸收塔进行第二次吸收转化器开工升温电加热器加热干燥空气进行
6成品工段
干燥塔系统产出93硫酸吸塔系统产出98硫酸进入计量槽位差流入贮罐贮存1045发烟硫酸直接进入贮罐贮存产品硫酸汽车外运
第二章 二氧化硫炉气制备
21硫铁矿焙烧前处理
硫铁矿性质
硫铁矿硫元素壳中存形态硫化铁矿物总称
常见硫铁矿成分二硫化铁(Fes2)两种结晶形态．常见黄铁矿常黄铁矿称硫铁矿硫铁矿颜色纯度含杂质异灰色褐绿色浅黄色等纯度高者闪光金黄色
种矿石似黄铁矿构造较复杂分子通式FeS2 (5＜n＜16)表示(中M＝7)具强磁性类矿石称磁黄铁矿磁硫铁矿纯二硫化铁含硫53．45％含铁46．55％纯磁黄铁矿含硫39％40％含铁60％61％
硫铁矿源分普通硫铁矿(称原硫铁矿)浮选硫铁矿民砂 含煤硫铁矿三种
2．1．2 硫铁矿处理
硫铁矿含煤硫铁矿般呈块状浮选硫铁矿层砂里粉状含水分较贮存运输中会结块块状矿石进入焙烧炉前应破碎筛分达工艺求含水较浮选硫铁矿尾砂应烘干工厂矿石常矿山供应品位杂质成分．保证装置正常运行应搭配
1硫铁矿破碎
块状矿石破碎求达粒度应根焙烧炉炉型操作工艺定进沸腾焙烷炉原料粒度仅影响硫出率影响炉子操作粒度分布求般粒度超3mm(定4mm)硫铁矿破碎通常粗碎细碎两道工序粗碎额式破碎机反击式破碎机(圆锥破碎机)200mm矿石碎25mm细碎反击式破碎机球磨机电磨粗碎矿石进步破碎炉子加料需细度25mm压碎3mm(4mm)浮选硫铁矿(尾砂硫招砂)原料工厂鼠笼式破碎机散结块原料
目前工厂球磨机粉碎矿石较块矿次破碎＜3 mm置筛分工序
2筛分
矿石破碎中部分达粒度求破碎程中进行筛分
矿石通程动筛粗粒度矿石分离筛合格部分达成品矿贮仓倍烧炉矿斗
重新返回破碎
3配矿
硫铁矿产组成较差烙烧炉操作易控制炉气成分均恒定品位矿料常采取种矿石搭配办法配矿
配矿方法通常采铲车行车分矿料例抓取翻混沸腾焙烧炉硫铁矿指标：S＞20％A6＜O．05％C＜1％Pb＜0．6％F＜0．05％
4脱水
块矿般含水量5％层砂含水量低8％高达15％18％沸腾炉干法加料求含水量8％水量仅会造成原料输送困难结成团矿入炉会破坏炉子正常操作干法加料应矿料进行干燥通常采然干燥型工厂采专门设备(滚筒烘干机)烘干
22硫铁矿焙烧基原理
硫铁矿焙烧程属气—固相非催化反应机理复杂着条件反应产物程分两步：
第步：硫铁矿高温受热分解硫化亚铁硫
反应400℃进行500℃时较显著着温度升高反应急剧加速
第二步：硫蒸气燃烧硫化亚铁氧化反应分解硫蒸汽氧反应瞬间生成二氧化硫
硫铁矿分解出硫剩硫化亚铁逐渐变成孔性物质继续焙烧空气剩量时生成红棕色固态物质三氧化二铁
4FeS + 7O2 2Fe2O3 + 4SO2
综合三反应式硫铁矿焙烧总反应式：
4FeS2 + 11O2 2Fe2O3 + 8SO2
述反应中硫氧反应生成二氧化硫量氧氮水蒸气等气体统称炉气铁氧生成氧化物固态物质统称烧渣
外焙烧程量副反应发生里值注意矿石中含铅砷硒氟等焙烧程中会生成PbOAs2O3HFSeO2呈气态炉气进入制酸系统害杂质
FeS2FeSS2系统中硫磺蒸气分压表示反应衡状况硫磺蒸气压(Ps)温度关系见表21
表21 硫碘蒸气压温度关系
温度℃
580
600
620
650
680
700
压力Pa
16667
73333
287997
1513319
6679933
26133170
硫铁矿焙烧反应气—固相非催化反应硫铁矿密度孔隙焙烧宏观速率仅化学反应速率关传热传质程关
提高反应速率途径方面
(1)提高反应温度提高反应温度加快扩散速率硫铁矿理焙烧温度达1600℃控制800900℃间免焙烧物镕结设备烧坏
(2)减矿料粒度矿石粒度减扩散阻力增加空气矿石接触面积措施氧扩散控制总焙烧速率情况效
(3)提高气体矿粒相运动速度气体矿粒相运动速度会减氧外扩散阻力
(4)提高入炉气体氧含气氛中氧浓度高氧外扩散扩散锥动力氧扩散速率高二提高炉气中氧含量利SO催化转化先开发富氧焙烧纯氧焙烧加压焙烧工艺
2．3沸腾焙烧
1沸腾焙烧程
固体流态化流动流体作固体颗粒群悬浮起固体颗粒具某流体表现特征种技术
硫铁矿沸腾炉里焙烧程讲气体硫化面体情况理想散式流态化较差原颗粒形状致流固体间密度相差较实际生产中炉床层表面会鼓起气泡风速增鼓泡逐渐激烈变均匀床层部分成固体颗粒浓密区气泡稀疏区气泡床底升程中稳定．互相合逐渐长达床面时破裂导致床面频繁波动整床层没稳界水沸腾样称沸腾床
2影响沸腾焙烧素
沸腾程炉原料物性气流速度床层高度气体分布等密切相关
（1）原料物性
原料粒度密度形状等物理性质．沸腾程影响定密度粒度决定界流化速度吹出速度决定操作速度颗粒应界流速易流化较颗粒风速足够流化实际生产中原料粒度均匀颗粒粒度存定分布．01—02细粒3mm粗粒设计中根粒度分布状况引颗粒均直径描述原料粒度计算界速度吹出速度颗粒密度界流速较影响般情况硫铁矿密度变化
（2）气流速度
决定固定床转沸腾床沸腾床正常操作素气流速度(指炉线速度)界流化速度吹出速度均颗粒粒度密度气体粘度气体密度函数公式计算
（3）床层高度
探路炉床层高度包括沸腾层高度分离空间高度浓相流化区稀相流化区两部分构成通常气速越．颗粒越膨胀越沸腾层表起伏越固体颗粒运动强度越焙烧反应越利床层阻力越
定料层膨胀提高沸腾层高度会颗粒停留时间加长提高硫烧出率增强炉子操作稳定性气体通床层阻力增沸腾炉气泡达沸腾层表破裂颗粒抛炉子空间中中部分颗粒升定高度落回沸腾层部分颗粒气流带走颗粒返回空间称分离空间分离空间高度气流速度变化气速越需分离空间高度越出气口床面间高度选取适会炉气含尘量太固然延长矿尘停留时间提高炉尘脱硫率降低炉气含尘量效反会位设备投资增加
（4）气体分布
气体均匀分布沸腾床稳定操作极重床层气体分布器作三：A．文承炉物料B．气体均匀分布C抑制聚式流化稳定性创造良流化条件长期稳定
（5）焙烧强度
沸腾炉焙烧强度指单位炉床截积日焙烧标准矿(含硫35％)量单位t／(m2·d)衡量炉子生产力重指标提高焙烧强度须时增加入炉空气量投矿量采粒高操作速度样会引起料层膨胀率矿尘夹带量增加必须增粒子移反应热力致操作风速般采二次风方法实践证明矿粒粒径焙烧强度起着决定性作目前选取种矿料焙烧强度r／(m2·d)]：尾砂6—15块矿25—30混矿15—25
3沸腾炉结构
沸腾炉长方形圆形两类前者色冶金方面度结构缺点流化程优点快否定目前采圆形炉圆形炉原料操作条件分直筒型扩型
（1）直筒型炉
直筒型炉沸腾层部燃烧空间直径致相两空间气流速度样较适原料粒度较细尾砂矿粒粒度细沸腾层风速较低焙烧强度低操作风量原料粒度匹配程度较高实践证明种炉子适掺烧部分块矿操作范围较窄较局限性
（2）扩型炉
异径扩型沸腾炉见图2—1
钢壳外面设保温层炉体分四部分：A．风室B．分布板：C．拂腾层D．沸腾层部燃烧空间炉子部风室设空气进口风室部气体分布板分布板装许侧开口风帽风帽间铺耐火泥空气鼓风机送空气室．风帽炉膛均匀喷出炉膛中部扩截头圆锥形部燃烧层空间截积较沸腾层截面积
加料口设炉身段加料处炉体外突出称加料前室型炉子没没前室炉子结构复杂炉矿料混合脱硫作甚明显数沸腾炉设前空加料口面设矿渣溢流口外设炉气出口二次空气进口点火口等接顶部设安全口
图21 沸腾炉炉体结构
1保温砖衬2耐火砖衬3风室4空气进口5空气分布板6风帽7部焙烧空间8沸腾床9冷束10加料口11矿渣溢流12炉气出口13二次空气进口14点火口15安全口
焙烧程中避免温度高炉料熔结需沸腾层移走焙烧释放余热量通常采炉壁周围安装水箱(型炉)插入沸腾层冷束冷者作废热锅炉换热元件移热产生蒸汽
异径扩型沸腾炉沸腾层部燃烧空间尺寸致沸腾层部燃烧层气速．沸腾层气速高焙烧较颗较矿料矿料粒度达6mm细颗粒气流带扩段气速降部分返回沸腾层致造成矿尘进入炉气沸腾层均粒度沸腾层气速增加种炉型原料品种原料粒度适应性强烧渣含硫量低易结疤
24焙烧工艺条件
焙烧工艺流程
焙烧工段作制出合格SO炉气清炉气中矿尘焙烧程中产生较热量炉气须降温进入尘设备设置废热锅炉整焙烧工段工艺流程见图22设沸腾炉废热锅炉旋风分离器电尘器排渣装置
图22 沸腾焙烧流程
1矿贮斗2皮带秤3星形加料器4沸腾炉5废热锅炉6旋风飞尘器7电尘器8空气鼓风机9星形排灰阀1011埋刮板输送机12增湿冷滚筒13蒸汽洗涤器
装置运行时矿料皮带输送机通布料器连续加入独腾炉空气鼓风机鼓入气室气体分布板炉料接触气固接触反应产生SO炉气炉气出炉子进废热锅炉降温尘进旋风尘器部分矿尘电尘器进步剩余细矿尘
沸腾焙烧工艺条件
获稳定定浓度SO炉气高硫烧出率操作时控制炉温炉底压力投矿量关键般炉温控制850950℃．炉底压力(表压)8．82—11．76kPa．制炉气含SO212％14％三项指标互相联系中炉温控制稳定生产尤重炉床温度焙烧反应速率影响
生产中影响独腾炉焙烧温度素投矿量矿料含硫量水分风量中原料含硫量投矿量炉温影响显著炉热量硫分燃烧反应单位时间入炉硫量增加减少分炉温影响升高降低两种视炉空气剩程度风量炉温影响较影响视炉空气剩程度矿料中水分增加较明显炉温降时保持水分含量稳定免炉温受影响
炉底压力波动会直接影响进入炉空气量炉温产生波动炉底压力表示分布器沸腾层阻力分布器阻力般变化正常设计占总阻力23％炉底压力变化反映沸腾层阻力床层情况沸腾原理知沸腾层阻力决定静止料层厚度继积密度炉流速关系说炉底压力增减表明沸腾层炉料少调节炉底压力采调节风量投矿量两措施
沸腾炉硫烧出率较高烧渣中含硫量较低约01％05％值渣矿尘烧出率两部分构成．受矿粒度反应速度炉料炉尘停留时间影响温度高反应快利硫烧出率提高：沸腾层高度气流速度决定尘停留时间停留时间长硫烧出率高床层阻力般沸腾层高度维持l15m范围
25焙烧中矿尘清
采种炉型种焙烧方法焙烧硫铁矿制炉气中含矿尘尘含量少焙烧炉炉型焙烧方法焙烧强度原料品位粒度等素关般沸腾炉出口炉气含尘量150300g／m3炉尘定程度仅堵塞设备道破坏正常生产旦沉积覆盖催化剂外表面影响活性甚造成停车
目前硫酸生产中清炉气中尘采机械尘电尘
机械尘分集尘器尘旋风尘两类
1 集尘器尘
分然沉降惯性尘该类设备效率低体积已少厂家单独采废热锅炉代尘回收余热时进行
2旋风尘
旋风尘器标淮型扩散型渐开线型直简型等种形式尘原理利离心力尘炉气分离尘器工艺操作参数进风口风速压降该种设备结构简单操作造价低廉理方便细尘粒(＜10μm)尘效率低炉气初级尘旋风尘器时两联组合起时两级串联提高尘效率
3电尘器
电尘特点尘效率高般均99％高达999％含尘量降02g／m3尘粒粒度001～100μm间．设备适应件阻力硫铁矿制酸系统中置旋风尘器余留微尘
26废热利
1沸腾焙烧废热
沸腾炉焙烧含硫原料程中会放出量热热量衡算知燃烧lkg含硫35％硫铁矿放出热量4521．7kJ热约40％左右消耗炉气灰渣加热余60％热量余热余热致分两部分：维护炉温需导出部分约1．264GJ／lt酸二导出炉气85011降350400℃放出部分约1．482GJ／lt酸说烧lt矿余热相100kg标准煤发热量回收利1．0—1．2t蒸汽利须炉炉气出口处设置专门冷器移热消耗量冷水电原料品位水分杂质含量操作条件(炉温出口炉气)沸腾炉余热量较差表21情况余热量
表21 情况1Kg矿余热量
硫含量％
水分含量％
炉温℃
炉气中SO2含量％
余热（KJKg）
30
8
850
12
2093
35
5
850
12
2721
40
4
850
13
2931
20
7
850
12
1256
见余热回收利具济意义目前国许单位已沸腾炉配置废热锅炉回收余热中国第座废热锅炉60年代初投产年利废热发电达800万度满足身生产需余1／3电力供输出装置投资年收回着中国科学技术进步年废热利已普遍
2废热利方法
降低硫酸成效回收余热效方法利废热锅炉进余热产生蒸汽发电
废热锅炉推广前数厂采沸腾炉安装间接冷装置生产热水传热系数高冷体积较时冷水进口温度常温排出温度宜超60℃(温度高易引起冷壁结垢)水耗量动力消耗均厂采直接喷水方法控制炉温种方法简便调节十分灵敏水气化炉显热转变潜热增加炉气湿含量炉气体积增续净化负荷增余热量基利沸腾炉导出高温炉气直接进入尘没备．会设备快损坏采炉气冷设备移热采冷设备水夹套列式冷器水膜冷器然散热式冷器等总讲炉气冷器传热效率高易损坏耗钢材维修工作员
利废热锅炉串联工艺流程中回收余热生产蒸汽时完成降温尘特定工艺作效余热利方法制酸废热锅炉普遍工业锅炉结构相汽包炉联三基部分组成炉作受热元件处环境普通工业锅炉区：A 炉气中含硫炉直接间接腐蚀作B 炉气中含量炉尘沸腾炉出口炉气含尘量般2503508／m3 原料粒度100μm左右形状棱角形矿尘件磨损严重
目前中国沸腾炉废热锅水汽循环方式然循环强制循环混合循环(炉受热部分强制循环沸腾炉然循环受热分置沸腾炉炉气烟道)
然循环强制循环优缺点强制循环受热传热效果传热面积结构紧凑水受热分配较均匀会发生汽阻现象相然循环言强制循环耍花费动力结构复杂．运转保养问题混合循环全强制循环省电发生汽阻现象锅炉开炉停炉突然断电情况．热器保护安全起缓作现采混合循环
第三章 炉气净化干燥
31炉气净化目求
焙烧硫铁矿产生SO炉气含定量害杂质直接送转化工序设置辅助工序——炉气净化干燥日SO催化转化工序提供害杂质含量低规定较纯净原料气体
炉气中矿尘仅会堵塞设备道会造成序工序催化剂失活砷硒催化剂毒物炉气中水分二氧化硫极易形成酸雾仅设备产生严重腐蚀难吸收炉气送转化前必须先炉气进行净化应达述净化指标
砷 ﹤0001gm 尘 ﹤0005 gm
水分 ﹤01 gm 氟 ﹤0001 gm
酸雾 ﹤003 gm
32净化原理方法
1矿尘清 工业炉气矿尘清尘粒相应采取净化方法尘粒较(10 um)采沉降室旋风分离器等机械尘设备尘粒较(01～10um )采电尘器更颗粒矿尘(005um)采液相洗涤法
2砷硒清 焙烧产生具样特性温度降时气体中饱含量迅速降采水稀硫酸降温洗涤炉气温度降50℃时气体砷硒氧化物已降规定指标凝固成固相砷硒氧化物部分洗涤液带走余呈固体微粒悬浮气相中成酸雾冷凝中心
3酸雾形成清 炉气净化时采硫酸溶液水洗涤炉气洗涤液中相数量水蒸气进入气相炉气中水蒸气含量增加水蒸气炉气中三氧化硫接触时生成硫酸蒸气温度降定程度硫酸蒸气会达饱直饱饱度等饱度界值时硫酸蒸气会气相中冷凝形成气相中悬浮微液滴称酸雾
实践证明气体冷速度越快蒸气饱度越高越易形成酸雾防止酸雾形成必须控制定冷速度整程硫酸蒸气饱度低界值水稀酸洗涤炉气时炉气温度迅速降低形成酸雾避免
酸雾清通常采电雾器完成电雾器雾效率酸雾微粒直径关直径越雾效率越高实际生产中采取逐级增酸雾粒径逐级分离方法提高雾效率增酸雾粒径逐级降低洗涤酸浓度气体中水蒸气含量增酸雾吸收水分稀释粒径增二气体逐级冷酸雾时冷气体中水蒸气酸雾微粒表面冷凝增粒径
外提高雾效率采取增加电雾器段数两级电雾器中间设置增湿塔降低气体电雾器流速等措施
33炉气净化工艺流程
硫铁矿原料接触法制酸装置炉气净化流程许种20世纪50年代前机械炉焙烧制气时国外普遍采鲁奇酸洗流程发展种净化流程区称标准酸洗流程着沸腾焙烧应入炉矿料粒径水分含量炉气中三氧化硫含量降低湿含量矿尘杂质含量增加干式尘系统效率未相应提高量矿尘杂质进入净化系统净化系统法维持原工艺条件20世纪50年代期60年代初期国外采水洗净化流程工厂原塔式酸洗改塔式水洗时开发采体积效率高洗涤设备(文氏)取代庞塔设备出现种水洗净化流程水洗流程量污水徘放造成严重环境污染70年代强调环境保护炉气湿法净化着封闭型稀酸洗涤方转变水洗流程特次通式(量水)水洗流程已淘汰国外新兴高效动力波净化工艺已制酸工业中应
1酸洗流程 较典型酸洗流程标准酸洗流程两塔两电酸洗流程两塔器两电酸洗流程文泡冷电酸洗流程处着重介绍相先进文泡冷电酸洗流程
文泡冷电酸洗流程国行设计水洗改酸洗净化流程流程图31示
焙烧工序SO炉气首先进入文丘里洗涤器l(文氏)15％～20％稀酸进行第级洗涤洗涤气体复挡袜器3沫进入泡沫塔41％～3％稀酸进行第二级洗涤两级稀酸洗矿尘杂质炉气中部分凝固颗粒掉部分成酸雾凝聚中心时炉气中SO水蒸气形成酸雾凝聚中心形成酸雾颗粒两级稀酸洗炉气复挡沫器5沫进入列间接冷塔6炉气进步冷时水蒸气进步冷凝酸雾粒径进步增间接冷塔6出炉气进入束示电雾器助直流电场炉气中酸雾净化炉气干燥塔进行干燥
图31 文泡冷电酸洗流程
1文氏 2文氏受槽35复挡沫器4泡沫塔6间接冷塔7电雾器8安全水封9斜板沉降槽10泵11循环槽12稀酸槽
文丘里洗涤器1洗涤酸斜板沉降槽9沉降循环酸中污泥沉降清液循环污泥斜板底部放出石灰粉中矿渣起外运
该流程絮凝剂(聚丙烯酰胺)沉淀洗涤酸中矿尘杂质减少排污量(吨酸排污量仅25L)达封闭循环求流程称封闭酸洗流程
标淮酸洗流程硫铁矿原料典酸洗流程两洗涤塔增湿塔两级电雾器组成称三塔两电酸洗流程
两塔两电酸洗流程标准酸洗流程相似省增湿塔洗涤酸浓度较低
两塔器两电酸洗流程标准酸洗流程基础发展起中增湿塔间接冷凝器代称两塔器两电酸洗流程
2水洗流程 较常水洗流程种
（1） 文泡文水洗流程文氏泡沫塔文氏组成具设备操作方便投资少优点系统压降高
（2）文泡电水洗流程电雾器代述文泡文流程中第二级文丘里提高酸雾杂质净化效率系统压降文泡文流程
（3）文文冷电水洗流程两文氏冷凝器电雾器组成技术性适应力较
酸洗流程相水洗流程设备少投资省净化效果较适砷氟矿尘含量高炉气净化缺点排放量酸性污水污水中含砷硒氟硫酸等害物质妥善处理会造成严重公害外炉气中三氧化硫全部损失二氧化硫保全硫利率低水洗流程已逐渐淘汰
3动力波净化工艺 动力波净化工艺目前较先进种净化流程采动力波洗涤器进行洗涤净化净化效率较高该工艺常见流程动力波三级洗涤器净化流程
动力波净化工艺关键设备动力波洗涤器中逆喷型泡沫塔型两种洗涤器应制酸净化
泡沫塔型洗涤器外形普通固定挡板板式塔相塔板开孔率操作气速相较运行中两塔板间开孔区形成泡沫区泡沫区中气液接触非常密切效脱尘埃细粒冷气体级吸收气体图32动力波三级洗涤器
图32 动力波三级洗涤器净化流程
16级二级动力波洗涤器泵 27级二级动力波洗涤器
3板式冷器4气体冷塔泵5气体冷塔
首先含尘炉气进入初级逆喷型洗涤器气体里急冷降温酸雾等冷凝时尘尘效率达90％左右气体离开初级逆喷型洗涤器进入泡沫塔进步冷(填充塔代泡沫塔)时尘砷硒氟酸雾等杂质泡沫塔设台终逆喷型洗涤器脱残余溶性颗粒尘埃部分残余酸雾该工艺中设置单级电雾器达净化求
34炉气干燥
矿尘砷硒氟酸雾清需清水分算完成净化
水分炉气中气态存应采吸收方式进行清浓硫酸具强烈吸水性常气体干燥炉气干燥气体浓硫酸接触实现炉气中水蒸气分压硫酸液面水蒸气分压时炉气干燥
图33炉气干燥工艺流程
图33 炉气干燥工艺流程
1干燥塔2酸冷器3干燥酸贮槽
净化杂质湿炉气补加空气干燥塔塔顶喷淋浓硫酸逆流接触气相中水分硫酸吸收捕沫器气体夹带酸沫进入转化系统
干燥塔吸收水分湿度升高酸冷器冷流酸贮槽泵送塔顶喷淋维持干燥酸浓度必须吸收系统98％H2S04引入酸贮槽中贮槽中酸循环酸泵出口引出作产品酸送酸库引入回收塔循环酸槽
第四章 二氧化硫催化氧化
41二氧化硫催化氧化基原理
二氧化硫催化氧化反应化学衡
二氧化硫氧化三氧化硫反应：
△H 9624 kJmol （41）
反应逆放热体积缩反应时反应催化剂存实现工业生产
衡常数表示：
K （42）
式中PPP—分SOOSO衡分压
400～700℃范围衡常数温度关系式表示：
lg K46544 （43）
衡常数K着温度降低增衡转化率反映某温度反应进行极限程度
x （44）
式中x——反应衡转化率难出：
x （45）
ab分表示混合气体中SOO 初始体积摩尔含量p表示系统总压力(MPa)100体积混合气反应达衡时氧化SO体积a x 消耗氧体积05 a x O剩余体积b 05 a x衡时气体混合物总体积100 05 a x氧衡分压表示：
PP （46）
式（46）代入式（45）：
x （47）
式(4—7)关x 隐含数试差法求解
混合气体中a75b105时衡转化率温度压力关系表41
表41 衡转化率(％)温度压力关系
TC
PMPa
01
05
10
25
50
100
400
9920
9960
9970
9987
9988
9990
450
9750
9820
9920
9950
9960
9970
500
9350
9690
9780
9860
9900
9930
550
8560
9290
9490
9670
9770
9830
600
7370
8580
8950
9330
9500
9640
常压衡转化率起始组成温度关系表42示
表 41 表 42见影响衡转化率素温度压力炉气起始组成
(1)温度 表4l表42均出压力炉气起始组成定时降低温度衡转化率提高二氧化硫氧化反应系放热反应致温度越低衡转化率越高
(2)压力 二氧化硫氧化反应体积缩反应压力增提高衡转化率表41知条件变时增压力衡转化率增压力衡转化率影响没温度衡转化率影响样显著
(3)炉气起始组成 表42知温度压力定时焙烧样含硫原料采空气剩系数衡转化率气体起始组成中a越 b越衡转化率越反然
表42 衡转化率炉气起始组成温度关系
温度C
a7b11
a75b105
a8b9
a9b81
a10b67
400
0992
0991
0990
0988
0984
450
0975
0973
0969
0964
0952
500
0934
0931
0921
0910
0886
550
0855
0849
0833
0815
0779
412 二氧化硫氧化反应速率
二氧化硫钒催化剂氧化较复杂程机理尚定
温度该反应速率影响该反应逆放热反应存适宜反应温度表43定起始气体组成条件应转化率该反应适宜温度
表43 钒催化剂二氧化硫氧化适宜温度
（原始气体成分二氧化硫7氧11压力1013KPa）
转化率
97
60
65
70
75
80
85
90
94
96
适宜温度C
434
604
589
574
558
540
520
494
466
446
表43数中出转化率越低适宜温度越高说应定起始组成反应刚开始时适宜温度高着反应进行适宜温度越越低
炉气起始浓度反应速率影响炉气中SO起始浓度增氧起始浓度相应降低反应速率减慢保持定反应速率希炉气中 SO起始浓度太高
该反应气固相催化反应扩散程反应速率定影响特温度较高表面反应速率较时扩散影响更忽视
扩散影响分外扩散影响扩散影响外扩散气流速度决定实际生产中二氧化硫气体通催化剂床层气流速度相外扩散影响忽略计扩散取决催化剂表面结构(称催化剂孔隙结构)催化剂孔道愈细愈长扩散阻力愈扩散影响愈果催化剂颗粒较反应温度较低时时阻力表面反应扩散影响考虑
413 二氧化硫氧化催化剂
目前生产中普遍采钒催化剂钒催化剂活性组分五氧化二钒碱金属(钾钠)硫酸盐类作助催化剂硅胶硅藻土砖酸盐作载体钒催化剂般含VO5％～9％KO 9％～13％NaO 1％～5％SiO50％～70％含少量Fe0A1OCaOMgO水分等
引起钒催化剂中毒毒物砷氟酸雾矿尘等
43二氧化硫氧化工艺条件选择
1反应温度
SO催化氧化反应逆放热反应反应温度SO起始浓度直接关系受催化剂活化温度限制钒催化剂条件反应温度应420～580℃范围段温度分布情况催化氧化流程
2二氧化硫起始浓度
增加炉气中SO浓度相应降低炉气中氧浓度种情况反应速度会相应降低达定终转化率需催化剂量增加减少催化剂量采低二氧化硫浓度利降低炉气中二氧化硫浓度会生产吨硫酸需处理炉气量增样条件定时求增设备尺寸者系统中设备生产力降低设备折旧费增加应根硫酸生产总费低原确定二氧化硫起始浓度根济核算知采普通硫铁矿原料转吸流程转化率975％时SO浓度7～75％适宜原料改变具体生产条件改变时佳浓度值改变例硫磺原料SO佳浓度85％左右含煤硫铁矿原料SO佳浓度7％硫铁矿原料两转两吸流程SO佳浓度提高9％～10％终转化率达995％
3终转化率
终转化率硫酸生产指标提高终转化率减少尾气SO 含量减轻环境污染时提高硫利率导致催化剂量流体阻力增加终转化率佳值问题
终转化率佳值采工艺流程设备操作条件关次转化次吸收流程尾气回收情况终转化率975％～98％时硫酸生产成低采SO回收装置终转化率取低加采两次转化两次吸收流程终转化率应控制995％
44转化设备
二氧化硫转化工序设备转化器换热器鼓风机加热炉等许阀门仪表等附属设备面介绍转化器换热器鼓风机
转化器
转化器型式床层类型分固定床流化床两种：换热器位置分部换热型外部换热型气流床流动方分抽转化器径转化器
种形式转化器设计时应考虑素：A．转化程满足佳温度曲线求减少单位酸产量催化剂量般出口温度超600℃B．转化器单台力全系统力配套C．设备阻力．气体床层部分布均匀D．应限度回收利S02反应热E．设备应便制造安装检修便更换催化剂F．转化器建设费应低
1 外部换热式转化器
图41四段外部换热式转化器两次转化流程生产力1000t／d直径11m总高146m第二段壁衬耐火砖防止次转化气二次转化气泄漏．第三四段间采整体隔板
图41 外部换热式转化器
外部换热式较部换热式转化器结构简单．便制造安装维修易实现型化
2部换热式转化器
80年代初加chemieties公司设计2+2式两次转化器壳体件均锈钢焊接组合600／d硫磺制酸系统结构图42示
图42 部换热式转化器
1中间吸收塔冷热交换器SO2出口2热器1号省煤器吸收塔SO3气体出口3余热锅炉SO2气体入口4冷热交换器2号省煤器终吸收塔SO3气体出口
3 沸腾床转化器
图43前苏联四段沸腾床转化器反应混合气体次通段催化床第段催化床温度采部分气体通预热器进行调节余三段催化床中均设换热器*通进入换热冷水量调节床层温度段温度维持佳值转化器顶部装陈尘擎捕集气体夹带粉尘般进气温度300350℃流体阻力约10kPa总转化牢95％98％
图43 四段沸腾床转化器
1气体分布板2算子板3换热元件4孔5尘罩Ⅰ～Ⅳ催化器床
4．4．2 鼓风机
目前中国硫酸工业鼓风机离心式容积式两种容积式通常罗获鼓风机型硫酸厂般采离心式鼓风机型硫酸厂般采罗获式鼓风机
离心式鼓风机型号．结构差区轴承进气口单轴承单面进气双轴承双面进气目前单轴承单面进气D700—13—1型鼓风机离心式鼓风机中型种规模制酸装置维修均较方便
罗获式鼓风机特点：A结构简单B．送气量稳定系统阻力改变C．出口压力高0．4MPa运行D．制造维修费低缺点：A．鼓风旦般型制酸装置B．转子机壳间间隙容易增导致风机效率降低般效率0607左右 C．噪音较
45工艺流程
二氧化硫氧化工艺流程根转化次数分次转化次吸收流程(简称—转吸流程)二次转化二次吸收流程(简称两转两吸流程)
转吸流程缺点SO终转化率般高97％操作稳定完善时终转化率985％硫利率够高排放尾气含SO较高回收利污染严重采氨吸收法回收仅需增加设备时产生少困难氨源运输腐蚀问题消耗产品酸等问题提高转化率方面催化转化反应热力学动力学寻找答案先开发出加压工艺低温高活性催化剂两转两吸工艺等技术两转两吸效该工艺基消尾气烟害
采两次转化工艺时催化剂装填段数前两次转化分配终转化率换热面积关系流程特征第第二次转化段数含 气通换热器次序表示例3+1 ⅢⅡⅣⅠ 流程：指第次转化三段催化剂第二次转化段催化剂第次转化前含SO气体通换热器次序第Ⅲ换热器(指冷第Ⅲ段催化剂床层出转化气换热器)第Ⅱ换热器第二次转化前含SO气体通换热器次序第 Ⅳ换热器第Ⅰ换热器图41示外常见3+1ⅣⅠⅢⅡ3+1 ⅢⅠⅣⅡ2+2ⅡⅢⅣⅠ等流程
图41 3+1 ⅢⅡⅣⅠ两次转化流程
1第换热器2第二换热器3第三换热器4第四换热器5转化器6第吸收塔
ⅣⅠⅢⅡ种换热组合流程优点：第段催化剂活性降低反应移ⅡⅢ换热器保证次转化达反应温度
两转两吸流程转吸流程较具述优点
①终转化率次转化高达995％～999％尾气中二氧化硫含量低达001％～002％转吸尾气中二氧化硫含量降低5～10倍减少尾气烟害
②够处理SO含量高炉气焙烧硫铁矿例SO起始浓度提高95％～10％次转化7％～75％样设备增产30％～40％
③两转两吸流程次转化吸收然投资次转化高10％左转吸加层气回收流程相实际投资降低5％左生产成降低3％少尾气回收工序劳动生产率提高7％
两转两吸流程缺点：
①增设中间吸收塔转化气温度高低高整系统热量损失较气体两次70℃左右升高420℃换热面积较次转化炉气中 SO含量超低换热面积增加越
②两次转化较次转化增加台中间吸收塔台换热器阻力次转化流程增39～49KPa
第五章 三氧化硫吸收
5．1三氧化硫吸收工艺条件
1吸收酸浓度
SO3易溶纯硫酸中水进行吸收否形成量酸雾工业采983％硫酸作吸收剂液面水三氧化硫硫酸总蒸气压低吸收率高
2吸收酸温度
吸收酸温度SO3 吸收率影响较明显条件相情况吸收酸温度升高SO3 H2OH2SO4蒸气压升高SO3吸收率降低吸收率角度考虑酸温低
酸温度控制越低越两原：A．进塔气体般水分进塔气温较高酸温度低传热传质程中避免出现局部温度低硫酸蒸气露点温度时会相数量酸雾产生B．气体温度较高吸收反应热会导致吸收酸较温升保持较低酸温需量冷水冷导致硫酸成必升高
酸液吸收S03时．喷淋式冷器冷吸收酸酸温度应控制6075℃左右酸温度高会加剧硫酸铁制设备道腐蚀
20年两转两吸工艺广泛应低温余热利技术成熟采较高酸温进塔气温高温吸收工艺避免酸雾生成减酸冷器换热面积提高吸收酸余热利价值
3进塔气温影响
进塔气温吸收SO3较影响般吸收程中气体温度低利提高吸收率减吸收设备体积吸收转化气中SO3时避免生成酸雾气体温度太低尤转化气中水含量较高时提高吸收塔进气温度效减少酸雾生成
表51出炉气干燥含水蒸气018／m³时转化气进吸收塔温度必须高112℃
表51 水蒸气含量转化气露点关系
水蒸气含量
01
02
03
04
05
06
07
转化器露点
112
121
127
131
135
138
141
高温吸收工艺中进塔气体温度提高180230℃样气体吸收塔中部位均保持露点温度出转化器气体必冷两转两吸工艺中采高温吸收提高进塔气体温度解决系统热衡问题尤中间吸收塔更利减缓工艺中热冷热弊病
4循环酸量影响
较完全吸收三氧化硫．循环酸量重酸量足酸塔进出口浓度温度增长幅度较超规定指标吸收率降吸收设备填料塔时酸量足填料润湿率降低传质面积减少吸收率降低相反循环酸量提高吸收率益会增加气体阻力增加动力消耗严重时会造成气体夹带酸沫液泛 循环酸量通常喷琳密度表示中国硫酸厂取喷淋密度15—25 m³／(m2．h)范围
52三氧化硫吸收工艺流程
5．2．1 转吸干—吸系统工艺流程
目前中国硫酸生产技术发展历史原采转吸工艺产品98％92．5％H2两种产品少数厂家配105％发烟酸吸收塔生产20％S03(游离)标准发烟硫酸流程见图51
图51 生产发烟硫酸时干燥吸收流程
1发烟硫酸吸收塔2浓硫酸吸收塔3捕沫器4循环槽5泵67酸冷器8干燥塔
转化工序导转化气部分进入发烟酸吸收塔发烟酸吸收部分转化气混合进98％H2SO4酸吸收塔98％H2SO4硫酸吸收导层气回收塔直接放空
105％H2S04发烟酸吸收塔部分酸装置均匀分布填料转化气逆流接触．酸浓度温度升然塔底排出进入混酸罐(成循环酸槽)98％H2S04硫酸吸收系统98％H2SO4硫酸混合控制循环酸中战况含量l04．6％l05．0％间酸罐引出热酸泵送酸冷器冷部分循环少部分作产品串98％H2SO4硫酸混酸罐
98％H2SO4硫酸吸收系统酸吸收SO3时浓度升高温度升出塔泥酸罐中干燥塔串93％H2SO4硫酸混合配成981％985％H2SO4硫酸必时加水罐中出热酸酸冷器冷中部分吸收塔循环部分分串入105％93％H2S04硫酸混酸罐根产品求引出少量作成品酸输出[4]
5．2．2 两转两吸—吸系统工艺
工艺流程见图52工艺设置两98％H2SO4硫酸吸收塔酸液循环系统流程末配标准发烟酸生产塔配话般设第吸收塔前基次吸收工艺
图52 冷泵前串酸干吸工序流程图
1干燥塔2610酸冷器3干燥酸循环槽4812浓酸泵5中间吸收塔711吸收酸循环槽9终吸收塔
53 三废处理
尾气处理
工艺生产程产生废气源：二吸塔出SO2SO3
A焙烧：采氧表控制沸腾焙烧磁性焙烧炉气出口SO2浓度高SO3浓度低（原始酸雾低通级电雾酸雾指标达≤003gNm3）渣灰成分Fe3O4具磁性通磁选机进行两次选磁铁品位提高55炼铁渣灰灰残硫≤05烧出率达≧985渣灰卖水泥厂生产水泥
B净化工序采封闭酸洗付产10浓度稀酸稀酸泵稀酸送磷肥车间浓硫酸相配生产磷肥酸泥矿渣相混卖水泥厂生产水泥
C转化工段采五段两次转化总转化率达99尾气SO2≤300PPM达国家排放标准
D干吸工段采两次吸收塔分酸装置采式分酸器总吸收率达≧9995
烧渣污水污酸处理
含硫量35～25硫铁矿例生产1吨硫酸副产07～08吨烧渣烧渣中含较铁定数量铜锌铅钴等色金属含金银等贵重金属应回收利
污水污酸净化工序污水污酸中含硫酸砷氟铅铁硒等酸砷氟等生态环境危害排放前必须处理
目前普遍采碱性物质中法处理污水碱性物质（石灰电石渣）污水中砷氟酸等反应生成沉淀害物质污水中分离出
污酸处理常硫化中法利硫化钠硫氢化钠等硫化物硫酸反应生成硫化氢污酸中铜砷硫化氢生成沉淀分离然溶液中处理[9]
第六章 物料衡算热量衡算
61物料衡算
1硫酸生产工艺流程图图61：
图61 硫酸生产工艺流程
硫铁矿焙烧工序：生产条件：
1硫铁矿纯度W(FeS90) 空气剩系数a15
物料流程示意图图62：
硫铁矿W(FeS09)
空气O021 N079
沸腾焙烧
二氧化硫炉气
炉渣
图62 硫铁矿焙烧工序
1t硫铁矿基准
W(FeS) ×100
W(FeS) 0990（已知） 09t900kg
n(FeS) 75kmol
4FeS+11O2FeO+8SO
需消耗氧气n（O）×n(FeS)20625 kmol
通入氧气15×20625 kmol309375 kmol
需通入空气14732 kmol
空气中氮气14732 kmol－309375 kmol11638 kmol
生成二氧化硫n（SO）2×75 kmol15 kmol
生成FeOn（FeO） kmol375 kmol
剩余氧气309375 kmol－20625 kmol103125 kmol
表71 输入—输出物料表 基准1t硫铁矿
输入
输出
组分
质量kg
分子量
组分
质量kg
分子量
FeS2
900
120
FeO
600
160
杂质
100
SO
960
64
O
990
32
O
330
32
N
3259
28
N
3259
28
杂质
100
总计
5249
5249
二炉气净化干燥工序图73：
粗二氧化硫炉气
炉气冷干法尘
干炉气
炉气湿法净化
湿炉气
炉气干燥
93硫酸
二氧化硫炉气
矿渣
清水
图73 炉气净化干燥工序
焙烧工序输送二氧化硫炉气净化干燥工序炉气中害杂质炉气中二氧化硫氧气氮气量没发生较变化 表1知：n(SO)15 kmol n(O)1031 kmol n(N)11638 kmol
三二氧化硫催化氧化工序：工艺条件570 k149
净化干燥工序输送原料量n(SO)15kmol n(O)1031kmol n(N)11638 kmol x(SO)11 x(O)73 x(N)817
物料流程示意图图图74：
SO11
O73
N817
催化氧化
SO011－011 x
O0073－x
SO011 x
N0817
图74 二氧化硫催化氧化工序
计算基准1mol原料 衡转化率x
SO+O SO
开始 011 0073
转化 011x x 011x
衡 011－011x 0073－x 011x
输出总物料量：011－011x+ 0073－x+ 011x+0817
1－0055 x
k
k
k149
x075 输出总物料1－0055x096mol
W(SO)×100286
W(O)×100331
W(SO)×10086
W(N)×100851
表72 输入—输出物料表 基准1mol原料
输入
输出
组分
物质量（mol）
摩尔分数（）
组分
物质量（mol）
摩尔分数（）
SO
011
11
SO
0028
286
O
0073
73
O
0032
331
N
0817
817
SO
008
86
N
0817
851
总计
1
100
0957
100
1mol原料生成008molSO
净化干燥工序输送原料量n14169kmol
14169kmol原料相应生成1134kmolSO
四SO吸收工序
原始数：硫酸生产力10万吨年年工作时间7200h
纯度98浓硫酸
SO+HO HSO
1 h基准13889 kgh
纯硫酸量13889×9813611kg
SO+HO HSO
X 13611
80 98
X11111kg
n(SO)139 kmol
硫铁矿焙烧工序二氧化硫催化氧化工序知
1t硫铁矿生成1134 kmolSO
y硫铁矿生成139 kmolSO
y12
年产10万吨98浓硫酸时需焙烧12t硫铁矿
62 热量衡算
1沸腾焙烧炉量衡算
计算基准：1t硫铁矿[n(FeS)75kmol]基准温度基准25（热力学温度29815k计算中涉温度实温差）
量衡算示意图：图：75
沸腾焙烧炉
图75 量衡算示意图
热衡方程式
++++
式中——股物料带入设备热量
——加热剂传递设备物料热量
——程种热效应
——股物料带出设备热量
——消耗加热设备热量
——设备外界环境散发热量
（1）∫△
△ －29815K－29815K0
0
（2）——加热剂传递设备物料热量
沸腾焙烧炉煤作热源（燃）B
（燃）——燃料提供热
——燃料燃烧热效率
B——燃料消耗量
——燃料发热值
焙烧1t硫铁矿约需15t煤炭90
查表30
（燃）B90×15×1000×30×10405×10KJ
（燃）405×10KJ
（3）化学反应热
4FeS+ 11 O2 FeO+ 8SO △331008 kJmol
n△75×10×33100825×10KJ
（4）股物料带出设备热量
++
∫△ (－)12669×2971×（850－25）
31×10KJ
∫△ (－)15×10×3979×（850－25）
49×10KJ
∫△ (－)375×10×1046×（850－25）
32×10KJ
++31×10KJ+49×10KJ+32×10KJ391×10KJ
(5)0
(6)设备外界环境散发热量
++－－405×10+25×10－391×10616×10KJ[5]
致谢
历时半载文选题搜集资料开题报告写初稿反复修改期间历喜悦聒噪痛苦彷徨写作文程中心情复杂伴着篇毕业文终成稿复杂心情烟消云散甚点成感感谢家朋友理解支持鼓励帮助正做切更意义正追求进步勇气信心
感谢指导老师赵佩老师悉心指导文完成赵佩老师丰富专业知识严谨治学态度务实工作作风学生真挚关怀留深刻印象受益匪浅次赵佩老师帮助关怀表示衷心感谢
感谢赵频老师朱喜霞老师徐贵敏老师杨继朋老师李乐老师张杰老师李亚静老师等时学中细心指导栽培
感谢学室友支持帮助
感谢冶化系位老师培养学业予帮助
感谢家始终支持致崇高敬意
参考文献
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[2]刘武黄文雄影响磷酸生产成素二——硫酸价格分析[J]湖北武汉：中国五环化学工业限公司 1999(2)：410
[3]张超林 化工进展[M]中国石化研究江苏南京 2007（10）
[4]陈五 机化工工艺学[M] 普通高等教育九五国家级重点教材 化学工业出版社北京2001
[5]郑广俭张志华机化工生产技术[M] 2003年01月
[6]司徒杰生王光建机化工产品[M] 北京：化学工业出版社2004：913
[7]齐焉2005年全国硫酸生产情况 [J]硫酸工业2006（2）：14
[8]齐焉2006年国硫酸生产情况 [J]硫酸工业2007（2）：13
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毕 业 设 计（ 文）
(化工系)
题 目 硫铁矿接触法制硫酸生产工艺
专 业 应化工技术
班 级 化工0802
姓 名 赵晓玉
学 号 08120242
指导教师 赵佩
完成日期 2010年6月25日~2010年10月10日
目录
摘 1
第章 绪 2
1．1概述 2
硫酸性质途 2
硫酸生产方法 3
硫酸发展趋势 4
硫酸生产工艺流程 5
第二章 二氧化硫炉气制备 9
21硫铁矿焙烧前处理 9
硫铁矿性质 9
2．1．2 硫铁矿处理 9
22硫铁矿焙烧基原理 10
2．3沸腾焙烧 11
24焙烧工艺条件 15
焙烧工艺流程 15
沸腾焙烧工艺条件 15
25焙烧中矿尘清 16
26废热利 17
第三章 炉气净化干燥 19
31炉气净化目求 19
32净化原理方法 19
33炉气净化工艺流程 20
34炉气干燥 23
第四章 二氧化硫催化氧化 24
41二氧化硫催化氧化基原理 24
二氧化硫催化氧化反应化学衡 24
412 二氧化硫氧化反应速率 26
413 二氧化硫氧化催化剂 26
43二氧化硫氧化工艺条件选择 27
44转化设备 27
转化器 28
4．4．2 鼓风机 30
45工艺流程 31
第五章 三氧化硫吸收 33
5．1三氧化硫吸收工艺条件 33
52三氧化硫吸收工艺流程 34
5．2．1 转吸干—吸系统工艺流程 34
5．2．2 两转两吸—吸系统工艺 35
53 三废处理 36
尾气处理 36
烧渣污水污酸处理 36
第六章 物料衡算热量衡算 37
61物料衡算 37
62 热量衡算 41
致谢 44
参考文献 45
摘
国农业国着农业政策进步加强磷复肥需求量断增加硫酸作磷复肥生产基原料需求量断增加年国硫酸工业发展较快硫铁矿国资源发展硫铁矿制酸稳定国硫酸工业具代作研究硫铁矿制酸中炉气制备净化干燥程十分必文介绍硫铁矿制备处理SO2炉气全程制备焙烧硫铁矿制SO2炉气炉气净化中矿尘清采电尘器砷硒清采水稀硫酸降温洗涤炉气酸雾清利电雾器炉气净化工艺流程分酸洗流程水洗流程较典型酸洗流程标准酸洗流程两塔两电酸洗流程两塔器两电酸洗流程文泡冷电酸洗流程水洗流程包括文泡文水洗流程文泡电水洗流程文文冷电水洗流程外简单介绍炉气干燥流程时文讲述硫酸性质途介绍硫酸国发展趋势介绍介绍硫铁矿原料接触法制硫酸工艺流程（包括二氧化硫炉气制备工艺炉气净化干燥工艺二氧化硫催化氧化工艺）生产设备简述硫酸生产三废处理问题
关键词：硫酸 工艺 硫铁矿 二氧化硫
第章 绪
1．1概述
硫酸性质途
1 硫酸性质
纯硫酸（H2SO4）种色透明油状液体相密度18269水重倍
工业生产硫酸系指SO3H2O定例混合溶液发烟硫酸中SO3H2O摩尔1溶液发烟硫酸SO3蒸气压较暴露空气中释放出SO3空气中水蒸气迅速结合聚成酸雾名
2硫酸途
硫酸基化学工业中重产品仅作许化工产品原料广泛应国民济部门应范围日益扩需数量日益增加兹硫酸国民济中作分述
1农业生产服务
肥料生产硫酸铵（俗称硫铵肥田粉）磷酸钙（俗称磷酸石灰普钙）两种化肥生产消耗量硫酸
生产吨硫酸铵消耗硫酸（折合成100计算）760kg生产吨磷酸钙消耗硫酸360kg
农药生产许农药硫酸原料硫酸铜硫酸锌作植物杀菌剂硫酸铊作杀鼠剂硫酸亚铁硫酸铜作莠剂普通杀虫剂1059乳剂(45)1605乳剂(45)生产需硫酸前者生产1t需消耗20发烟硫酸14t者生产1t需消耗硫酸36kg家熟悉滴滴涕生产1t需20发烟硫酸12t
2工业生产服务
冶金工业金属加工冶金工业部门特色金属生产程需硫酸例电解法精炼铜锌镉镍时电解液需硫酸某贵金属精炼需硫酸溶解夹杂金属钢铁工业中进行冷轧冷拔压加工前必须硫酸清钢铁表面氧化铁轧制薄板冷拔缝钢质量求较高钢材必须轧次硫酸洗涤次外缝钢薄铁皮铁丝等进行镀锌前硫酸进行酸洗手续某金属机械加工程中例镀镍镀铬等金属制件需硫酸洗净表面锈黑色冶金企业部门里需酸洗钢材般约占钢总产量5～6吨钢材酸洗约消费98硫酸30kg～50kg[3]
硫酸生产方法
生产硫酸古老方法绿矾（ ）原料放蒸馏釜中锻烧制硫酸锻烧程中绿矾发生分解放出二氧化硫三氧化硫中三氧化硫水蒸气时冷凝便硫酸
18世纪40年代前种方法少方采古代称硫酸绿矾油采种制造方法缘
二氧化硫氧化成三氧化硫制硫酸关键反应通常情况难进行发现助催化剂作二氧化硫氧化成三氧化硫然水吸收制成硫酸根催化剂硫酸工业制法分硝化法接触法
硝化法（包括铅室法塔式法）助氮氧化物二氧化硫氧化制成硫酸中铅室法1746年开始采反应气相中进行方法需设备庞铅检修麻烦腐蚀设备反应缓慢成品稀硫酸方法逐渐淘汰
硝化法反应历程较复杂简单化学方程式表示：
反应中需NO硝酸供氧气空气
接触法目前广泛采方法创始1831年世纪初广泛工业生产20年代钒触媒制造技术催化效断提高已逐步取代价格昂贵易中毒铂触媒世界数硫酸厂采接触法生产
接触法中二氧化硫固体触媒表面氧反应结合成三氧化硫然983％硫酸吸收成品酸种方法优塔式法成品酸浓度高质量纯（含氮化物）炉气净化精制较复杂国硫铁矿生产国硫资源硫铁矿作生产硫酸原料次冶炼气制酸外少量硫磺制酸石膏制酸等接触法硫酸工艺生产程中三基化学反应相联系工序：SO2气体制取SO3转化SO3吸收
硫酸发展趋势
硫酸工业古老行业迄已260年历史久前硫酸众领域中缺途赢工业母美誉国硫酸化肥继粮食间密切联系硫酸工业国计民生中占举足轻重位直倍受关注行业改革开放中国行业样硫酸工业迅速发展产业结构原料构成装置规模技术装备水废物排放指标全然非昔正崭新面貌迈入现代化工行列循环济已成社会发展流类更加注重资源利环境保护天硫酸工业涉腐蚀性环境污染物拥60 Mta产庞产业实现持续发展造循环济体系技术装备水更台阶疑面新挑战
1国硫酸工业现状（产量原料结构产业结构）
硫酸工业国民济基础产业目前国约70产量硫酸化肥尤磷肥生产产品终端途性质十亿口基国情决定国必然硫酸生产国建国尤改革开放国硫酸产逐年递增2004年已达44 350 kt跃居世界首位年国硫酸生产力产量原料格局见表11表12（数源中国硫酸工业协会统计数）[7]
表11 2002～2006年国原料制酸生产力情况 单位：kta
项目
2002
2003
2004
2005
2006
硫磺制酸
13500
14600
17700
23300
28700
硫铁矿制酸
16500
16800
16800
18800
20700
烟气制酸
7900
8300
9300
11000
12600
550
550
550
550
550
总计
38450
40250
44350
53650
62550
表12 2002～2006 年国硫酸产量生产原料格局（H2SO4计）
硫酸总产量kt
时间
硫铁矿制酸
硫磺制酸
冶炼烟气制酸
制酸
产量kt
份额％
产量kt
份额％
产量kt
份额％
产量kt
份额％
2002
30520
12058
395
11116
364
6932
227
414
14
2003
33711
13034
387
12609
374
7521
223
547
16
2004
39946
14316
358
16236
406
8848
222
546
14
2005
46250
16100
348
19750
427
9800
212
600
13
2006
50440
15930
316
22330
443
11630
231
550
10
硫酸生产工艺流程
图11：
图11 硫铁矿原料接触法制硫酸生产工艺流程简图
1沸腾培烧炉2空气鼓风机3废热锅炉4旋风尘器5电尘器6冷塔7洗涤塔8循环槽9稀酸泵10气体冷凝器11第级电雾器12第二级电雾器13干燥塔1424循环槽酸泵1525酸冷器16二氧化硫鼓风机17182021气体换热器19转化器22中间吸收塔23终吸收塔
硫铁矿原料工序破碎筛分配矿斗式提升机送入原料仓中皮带喂料机送入沸腾焙烧炉进行沸腾焙烧沸腾焙烧炉前炉前空气鼓风机沸腾炉鼓入空气焙烧炉生成二氧化硫炉气设干燥塔二氧化硫（鼓O 左右克服风机热交换器转化器吸收塔等设备阻力风机出口需相应正压强值出沸腾炉炉气中二氧化硫浓度较高（约12～13）泡沫洗涤塔补充脱吸塔空气提高炉气中氧浓度二氧化硫浓度降低入转化器需浓度维持干燥吸收塔循环酸槽酸浓度稳定前述需983吸收酸连续吸收酸泵（吸收酸循环酸槽）送入干燥酸槽时93干燥酸连续干燥酸泵（干燥酸槽）送吸收酸槽需生产983浓硫酸时吸收酸槽导出产品酸需生产925浓硫酸时干燥酸槽导出产品酸
硫酸生产工艺程包括六工段：原料焙烧净化干吸转化成品分述：
1原料工段
仓库贮存硫精矿装载机送入加料斗圆盘料机胶带输送机送入笼式破碎机成球尾沙散胶带输送机送入振动筛筛分筛粗颗粒矿胶带输送机返回仓库筛粒度合格成品矿胶带输送机送入焙烧工段炉前料斗
2焙烧工段
原料工段硫铁矿入炉前料斗贮存胶带料机加入沸腾炉焙烧产生浓度12～13温度900℃含SO2炉气余热锅炉移热降温380℃旋风出尘器电尘器尘尘含量降≤02GNM3入净化工段文氏焙烧硫铁矿需空气空气鼓风机炉底送入沸腾炉排出矿渣余热锅炉旋风出尘器电尘器排出矿尘进入淋撒式冷增湿滚筒冷喷水增湿胶带输送机送入堆场汽车运出
3净化工段
焙烧工段350℃炉气进入文氏喷淋15左右稀硫酸接触传质传热降温部分矿尘杂质然进入泡沫塔2～3稀硫酸喷淋洗涤进步矿尘杂质间冷器移热降温40℃左右电雾器酸雾酸雾降003GNM3进入干吸工段干燥塔
文氏排出15稀硫酸斜沉降器沉降分离矿尘进入循环酸槽泡沫塔循环酸泵出口2～3稀硫酸斜沉降器出口引出入稀酸贮槽贮存斜沉降器间断排出污泥设备坪洗酸性水道酸性水池泵送污水处理站泡沫塔排出2～3稀硫酸入循环酸槽间冷器循环酸槽溢流出冷凝液调节浓度循环酸泵送入泡沫塔喷淋增加稀酸串入文氏循环酸槽间冷器排出冷凝液入循环槽循环泵间断连续送入间冷器喷淋电雾器酸雾进入间冷器循环槽
净化工段补充工艺水加入间冷器循环槽
4干吸工段
净化工段炉气空气调节SO2浓度75～8进入干燥塔喷淋93～94硫酸干燥水份降01GNM3塔顶丝网沫器酸沫进入转化工段
干燥塔吸收水份硫酸流入循环槽吸塔循环酸系统串入98硫酸维持浓度循环酸泵送入干燥塔酸冷器冷降温入干燥塔喷淋增93～94硫酸串入吸塔循环槽
转化工段第次转化气部分进入发烟硫酸吸收塔吸收部分SO3进入吸塔部分直接进入吸塔吸收SO3炉气塔顶丝网沫器酸沫返回转化二段进行第二次转化
发烟硫酸吸收塔1045发烟硫酸喷淋吸收SO2浓度升高发烟硫酸进入循环槽吸塔系统串98酸调节浓度循环泵送入酸冷器冷降温入吸收塔喷淋生成1045发烟硫酸产品进入成品工段
第吸收塔98硫酸喷淋吸收SO3浓度升高硫酸流入循环槽配入干燥塔循环系统串93硫酸加水维持浓度循环酸泵送入吸塔酸冷器冷降温入吸塔喷淋增98硫酸部分串干燥塔循环槽部分作成品酸送入成品酸计量槽
转化工段第二次转化气进入第二吸收塔吸收SO3塔顶丝网沫器酸沫烟囱放空
第二吸收塔98硫酸喷淋吸收SO3浓度升高硫酸流入循环槽加入清水调节浓度循环酸泵送入二吸塔酸冷器冷降温入二吸塔喷淋增98硫酸串入吸塔循环槽
系统市场需求产98硫酸93硫酸需93硫酸时干燥塔系统产出93硫酸需98硫酸时吸塔系统产出98硫酸
5转化工段
干吸工段干燥塔SO2浓度75～8炉气SO2鼓风机升压第ⅲ换热器第ⅰ换热器壳侧侧SO3气换热温度升430℃入转化器进行第次转化二三段催化剂反应转化率达92转化气进入第ⅲ换热器侧壳侧炉气换热降温进入干吸工段第吸收塔进行第次吸收SO3吸收气体第ⅴ换热器第ⅳ换热器第ⅱ换热器壳侧侧SO3气换热升温420℃进入转化器进行第二次转化第四第五段催化剂反应总转化率达997二次转化气第ⅴ换热器侧壳侧 SO2气换热降温入干吸工段第二吸收塔进行第二次吸收转化器开工升温电加热器加热干燥空气进行
6成品工段
干燥塔系统产出93硫酸吸塔系统产出98硫酸进入计量槽位差流入贮罐贮存1045发烟硫酸直接进入贮罐贮存产品硫酸汽车外运
第二章 二氧化硫炉气制备
21硫铁矿焙烧前处理
硫铁矿性质
硫铁矿硫元素壳中存形态硫化铁矿物总称
常见硫铁矿成分二硫化铁(Fes2)两种结晶形态．常见黄铁矿常黄铁矿称硫铁矿硫铁矿颜色纯度含杂质异灰色褐绿色浅黄色等纯度高者闪光金黄色
种矿石似黄铁矿构造较复杂分子通式FeS2 (5＜n＜16)表示(中M＝7)具强磁性类矿石称磁黄铁矿磁硫铁矿纯二硫化铁含硫53．45％含铁46．55％纯磁黄铁矿含硫39％40％含铁60％61％
硫铁矿源分普通硫铁矿(称原硫铁矿)浮选硫铁矿民砂 含煤硫铁矿三种
2．1．2 硫铁矿处理
硫铁矿含煤硫铁矿般呈块状浮选硫铁矿层砂里粉状含水分较贮存运输中会结块块状矿石进入焙烧炉前应破碎筛分达工艺求含水较浮选硫铁矿尾砂应烘干工厂矿石常矿山供应品位杂质成分．保证装置正常运行应搭配
1硫铁矿破碎
块状矿石破碎求达粒度应根焙烧炉炉型操作工艺定进沸腾焙烷炉原料粒度仅影响硫出率影响炉子操作粒度分布求般粒度超3mm(定4mm)硫铁矿破碎通常粗碎细碎两道工序粗碎额式破碎机反击式破碎机(圆锥破碎机)200mm矿石碎25mm细碎反击式破碎机球磨机电磨粗碎矿石进步破碎炉子加料需细度25mm压碎3mm(4mm)浮选硫铁矿(尾砂硫招砂)原料工厂鼠笼式破碎机散结块原料
目前工厂球磨机粉碎矿石较块矿次破碎＜3 mm置筛分工序
2筛分
矿石破碎中部分达粒度求破碎程中进行筛分
矿石通程动筛粗粒度矿石分离筛合格部分达成品矿贮仓倍烧炉矿斗
重新返回破碎
3配矿
硫铁矿产组成较差烙烧炉操作易控制炉气成分均恒定品位矿料常采取种矿石搭配办法配矿
配矿方法通常采铲车行车分矿料例抓取翻混沸腾焙烧炉硫铁矿指标：S＞20％A6＜O．05％C＜1％Pb＜0．6％F＜0．05％
4脱水
块矿般含水量5％层砂含水量低8％高达15％18％沸腾炉干法加料求含水量8％水量仅会造成原料输送困难结成团矿入炉会破坏炉子正常操作干法加料应矿料进行干燥通常采然干燥型工厂采专门设备(滚筒烘干机)烘干
22硫铁矿焙烧基原理
硫铁矿焙烧程属气—固相非催化反应机理复杂着条件反应产物程分两步：
第步：硫铁矿高温受热分解硫化亚铁硫
反应400℃进行500℃时较显著着温度升高反应急剧加速
第二步：硫蒸气燃烧硫化亚铁氧化反应分解硫蒸汽氧反应瞬间生成二氧化硫
硫铁矿分解出硫剩硫化亚铁逐渐变成孔性物质继续焙烧空气剩量时生成红棕色固态物质三氧化二铁
4FeS + 7O2 2Fe2O3 + 4SO2
综合三反应式硫铁矿焙烧总反应式：
4FeS2 + 11O2 2Fe2O3 + 8SO2
述反应中硫氧反应生成二氧化硫量氧氮水蒸气等气体统称炉气铁氧生成氧化物固态物质统称烧渣
外焙烧程量副反应发生里值注意矿石中含铅砷硒氟等焙烧程中会生成PbOAs2O3HFSeO2呈气态炉气进入制酸系统害杂质
FeS2FeSS2系统中硫磺蒸气分压表示反应衡状况硫磺蒸气压(Ps)温度关系见表21
表21 硫碘蒸气压温度关系
温度℃
580
600
620
650
680
700
压力Pa
16667
73333
287997
1513319
6679933
26133170
硫铁矿焙烧反应气—固相非催化反应硫铁矿密度孔隙焙烧宏观速率仅化学反应速率关传热传质程关
提高反应速率途径方面
(1)提高反应温度提高反应温度加快扩散速率硫铁矿理焙烧温度达1600℃控制800900℃间免焙烧物镕结设备烧坏
(2)减矿料粒度矿石粒度减扩散阻力增加空气矿石接触面积措施氧扩散控制总焙烧速率情况效
(3)提高气体矿粒相运动速度气体矿粒相运动速度会减氧外扩散阻力
(4)提高入炉气体氧含气氛中氧浓度高氧外扩散扩散锥动力氧扩散速率高二提高炉气中氧含量利SO催化转化先开发富氧焙烧纯氧焙烧加压焙烧工艺
2．3沸腾焙烧
1沸腾焙烧程
固体流态化流动流体作固体颗粒群悬浮起固体颗粒具某流体表现特征种技术
硫铁矿沸腾炉里焙烧程讲气体硫化面体情况理想散式流态化较差原颗粒形状致流固体间密度相差较实际生产中炉床层表面会鼓起气泡风速增鼓泡逐渐激烈变均匀床层部分成固体颗粒浓密区气泡稀疏区气泡床底升程中稳定．互相合逐渐长达床面时破裂导致床面频繁波动整床层没稳界水沸腾样称沸腾床
2影响沸腾焙烧素
沸腾程炉原料物性气流速度床层高度气体分布等密切相关
（1）原料物性
原料粒度密度形状等物理性质．沸腾程影响定密度粒度决定界流化速度吹出速度决定操作速度颗粒应界流速易流化较颗粒风速足够流化实际生产中原料粒度均匀颗粒粒度存定分布．01—02细粒3mm粗粒设计中根粒度分布状况引颗粒均直径描述原料粒度计算界速度吹出速度颗粒密度界流速较影响般情况硫铁矿密度变化
（2）气流速度
决定固定床转沸腾床沸腾床正常操作素气流速度(指炉线速度)界流化速度吹出速度均颗粒粒度密度气体粘度气体密度函数公式计算
（3）床层高度
探路炉床层高度包括沸腾层高度分离空间高度浓相流化区稀相流化区两部分构成通常气速越．颗粒越膨胀越沸腾层表起伏越固体颗粒运动强度越焙烧反应越利床层阻力越
定料层膨胀提高沸腾层高度会颗粒停留时间加长提高硫烧出率增强炉子操作稳定性气体通床层阻力增沸腾炉气泡达沸腾层表破裂颗粒抛炉子空间中中部分颗粒升定高度落回沸腾层部分颗粒气流带走颗粒返回空间称分离空间分离空间高度气流速度变化气速越需分离空间高度越出气口床面间高度选取适会炉气含尘量太固然延长矿尘停留时间提高炉尘脱硫率降低炉气含尘量效反会位设备投资增加
（4）气体分布
气体均匀分布沸腾床稳定操作极重床层气体分布器作三：A．文承炉物料B．气体均匀分布C抑制聚式流化稳定性创造良流化条件长期稳定
（5）焙烧强度
沸腾炉焙烧强度指单位炉床截积日焙烧标准矿(含硫35％)量单位t／(m2·d)衡量炉子生产力重指标提高焙烧强度须时增加入炉空气量投矿量采粒高操作速度样会引起料层膨胀率矿尘夹带量增加必须增粒子移反应热力致操作风速般采二次风方法实践证明矿粒粒径焙烧强度起着决定性作目前选取种矿料焙烧强度r／(m2·d)]：尾砂6—15块矿25—30混矿15—25
3沸腾炉结构
沸腾炉长方形圆形两类前者色冶金方面度结构缺点流化程优点快否定目前采圆形炉圆形炉原料操作条件分直筒型扩型
（1）直筒型炉
直筒型炉沸腾层部燃烧空间直径致相两空间气流速度样较适原料粒度较细尾砂矿粒粒度细沸腾层风速较低焙烧强度低操作风量原料粒度匹配程度较高实践证明种炉子适掺烧部分块矿操作范围较窄较局限性
（2）扩型炉
异径扩型沸腾炉见图2—1
钢壳外面设保温层炉体分四部分：A．风室B．分布板：C．拂腾层D．沸腾层部燃烧空间炉子部风室设空气进口风室部气体分布板分布板装许侧开口风帽风帽间铺耐火泥空气鼓风机送空气室．风帽炉膛均匀喷出炉膛中部扩截头圆锥形部燃烧层空间截积较沸腾层截面积
加料口设炉身段加料处炉体外突出称加料前室型炉子没没前室炉子结构复杂炉矿料混合脱硫作甚明显数沸腾炉设前空加料口面设矿渣溢流口外设炉气出口二次空气进口点火口等接顶部设安全口
图21 沸腾炉炉体结构
1保温砖衬2耐火砖衬3风室4空气进口5空气分布板6风帽7部焙烧空间8沸腾床9冷束10加料口11矿渣溢流12炉气出口13二次空气进口14点火口15安全口
焙烧程中避免温度高炉料熔结需沸腾层移走焙烧释放余热量通常采炉壁周围安装水箱(型炉)插入沸腾层冷束冷者作废热锅炉换热元件移热产生蒸汽
异径扩型沸腾炉沸腾层部燃烧空间尺寸致沸腾层部燃烧层气速．沸腾层气速高焙烧较颗较矿料矿料粒度达6mm细颗粒气流带扩段气速降部分返回沸腾层致造成矿尘进入炉气沸腾层均粒度沸腾层气速增加种炉型原料品种原料粒度适应性强烧渣含硫量低易结疤
24焙烧工艺条件
焙烧工艺流程
焙烧工段作制出合格SO炉气清炉气中矿尘焙烧程中产生较热量炉气须降温进入尘设备设置废热锅炉整焙烧工段工艺流程见图22设沸腾炉废热锅炉旋风分离器电尘器排渣装置
图22 沸腾焙烧流程
1矿贮斗2皮带秤3星形加料器4沸腾炉5废热锅炉6旋风飞尘器7电尘器8空气鼓风机9星形排灰阀1011埋刮板输送机12增湿冷滚筒13蒸汽洗涤器
装置运行时矿料皮带输送机通布料器连续加入独腾炉空气鼓风机鼓入气室气体分布板炉料接触气固接触反应产生SO炉气炉气出炉子进废热锅炉降温尘进旋风尘器部分矿尘电尘器进步剩余细矿尘
沸腾焙烧工艺条件
获稳定定浓度SO炉气高硫烧出率操作时控制炉温炉底压力投矿量关键般炉温控制850950℃．炉底压力(表压)8．82—11．76kPa．制炉气含SO212％14％三项指标互相联系中炉温控制稳定生产尤重炉床温度焙烧反应速率影响
生产中影响独腾炉焙烧温度素投矿量矿料含硫量水分风量中原料含硫量投矿量炉温影响显著炉热量硫分燃烧反应单位时间入炉硫量增加减少分炉温影响升高降低两种视炉空气剩程度风量炉温影响较影响视炉空气剩程度矿料中水分增加较明显炉温降时保持水分含量稳定免炉温受影响
炉底压力波动会直接影响进入炉空气量炉温产生波动炉底压力表示分布器沸腾层阻力分布器阻力般变化正常设计占总阻力23％炉底压力变化反映沸腾层阻力床层情况沸腾原理知沸腾层阻力决定静止料层厚度继积密度炉流速关系说炉底压力增减表明沸腾层炉料少调节炉底压力采调节风量投矿量两措施
沸腾炉硫烧出率较高烧渣中含硫量较低约01％05％值渣矿尘烧出率两部分构成．受矿粒度反应速度炉料炉尘停留时间影响温度高反应快利硫烧出率提高：沸腾层高度气流速度决定尘停留时间停留时间长硫烧出率高床层阻力般沸腾层高度维持l15m范围
25焙烧中矿尘清
采种炉型种焙烧方法焙烧硫铁矿制炉气中含矿尘尘含量少焙烧炉炉型焙烧方法焙烧强度原料品位粒度等素关般沸腾炉出口炉气含尘量150300g／m3炉尘定程度仅堵塞设备道破坏正常生产旦沉积覆盖催化剂外表面影响活性甚造成停车
目前硫酸生产中清炉气中尘采机械尘电尘
机械尘分集尘器尘旋风尘两类
1 集尘器尘
分然沉降惯性尘该类设备效率低体积已少厂家单独采废热锅炉代尘回收余热时进行
2旋风尘
旋风尘器标淮型扩散型渐开线型直简型等种形式尘原理利离心力尘炉气分离尘器工艺操作参数进风口风速压降该种设备结构简单操作造价低廉理方便细尘粒(＜10μm)尘效率低炉气初级尘旋风尘器时两联组合起时两级串联提高尘效率
3电尘器
电尘特点尘效率高般均99％高达999％含尘量降02g／m3尘粒粒度001～100μm间．设备适应件阻力硫铁矿制酸系统中置旋风尘器余留微尘
26废热利
1沸腾焙烧废热
沸腾炉焙烧含硫原料程中会放出量热热量衡算知燃烧lkg含硫35％硫铁矿放出热量4521．7kJ热约40％左右消耗炉气灰渣加热余60％热量余热余热致分两部分：维护炉温需导出部分约1．264GJ／lt酸二导出炉气85011降350400℃放出部分约1．482GJ／lt酸说烧lt矿余热相100kg标准煤发热量回收利1．0—1．2t蒸汽利须炉炉气出口处设置专门冷器移热消耗量冷水电原料品位水分杂质含量操作条件(炉温出口炉气)沸腾炉余热量较差表21情况余热量
表21 情况1Kg矿余热量
硫含量％
水分含量％
炉温℃
炉气中SO2含量％
余热（KJKg）
30
8
850
12
2093
35
5
850
12
2721
40
4
850
13
2931
20
7
850
12
1256
见余热回收利具济意义目前国许单位已沸腾炉配置废热锅炉回收余热中国第座废热锅炉60年代初投产年利废热发电达800万度满足身生产需余1／3电力供输出装置投资年收回着中国科学技术进步年废热利已普遍
2废热利方法
降低硫酸成效回收余热效方法利废热锅炉进余热产生蒸汽发电
废热锅炉推广前数厂采沸腾炉安装间接冷装置生产热水传热系数高冷体积较时冷水进口温度常温排出温度宜超60℃(温度高易引起冷壁结垢)水耗量动力消耗均厂采直接喷水方法控制炉温种方法简便调节十分灵敏水气化炉显热转变潜热增加炉气湿含量炉气体积增续净化负荷增余热量基利沸腾炉导出高温炉气直接进入尘没备．会设备快损坏采炉气冷设备移热采冷设备水夹套列式冷器水膜冷器然散热式冷器等总讲炉气冷器传热效率高易损坏耗钢材维修工作员
利废热锅炉串联工艺流程中回收余热生产蒸汽时完成降温尘特定工艺作效余热利方法制酸废热锅炉普遍工业锅炉结构相汽包炉联三基部分组成炉作受热元件处环境普通工业锅炉区：A 炉气中含硫炉直接间接腐蚀作B 炉气中含量炉尘沸腾炉出口炉气含尘量般2503508／m3 原料粒度100μm左右形状棱角形矿尘件磨损严重
目前中国沸腾炉废热锅水汽循环方式然循环强制循环混合循环(炉受热部分强制循环沸腾炉然循环受热分置沸腾炉炉气烟道)
然循环强制循环优缺点强制循环受热传热效果传热面积结构紧凑水受热分配较均匀会发生汽阻现象相然循环言强制循环耍花费动力结构复杂．运转保养问题混合循环全强制循环省电发生汽阻现象锅炉开炉停炉突然断电情况．热器保护安全起缓作现采混合循环
第三章 炉气净化干燥
31炉气净化目求
焙烧硫铁矿产生SO炉气含定量害杂质直接送转化工序设置辅助工序——炉气净化干燥日SO催化转化工序提供害杂质含量低规定较纯净原料气体
炉气中矿尘仅会堵塞设备道会造成序工序催化剂失活砷硒催化剂毒物炉气中水分二氧化硫极易形成酸雾仅设备产生严重腐蚀难吸收炉气送转化前必须先炉气进行净化应达述净化指标
砷 ﹤0001gm 尘 ﹤0005 gm
水分 ﹤01 gm 氟 ﹤0001 gm
酸雾 ﹤003 gm
32净化原理方法
1矿尘清 工业炉气矿尘清尘粒相应采取净化方法尘粒较(10 um)采沉降室旋风分离器等机械尘设备尘粒较(01～10um )采电尘器更颗粒矿尘(005um)采液相洗涤法
2砷硒清 焙烧产生具样特性温度降时气体中饱含量迅速降采水稀硫酸降温洗涤炉气温度降50℃时气体砷硒氧化物已降规定指标凝固成固相砷硒氧化物部分洗涤液带走余呈固体微粒悬浮气相中成酸雾冷凝中心
3酸雾形成清 炉气净化时采硫酸溶液水洗涤炉气洗涤液中相数量水蒸气进入气相炉气中水蒸气含量增加水蒸气炉气中三氧化硫接触时生成硫酸蒸气温度降定程度硫酸蒸气会达饱直饱饱度等饱度界值时硫酸蒸气会气相中冷凝形成气相中悬浮微液滴称酸雾
实践证明气体冷速度越快蒸气饱度越高越易形成酸雾防止酸雾形成必须控制定冷速度整程硫酸蒸气饱度低界值水稀酸洗涤炉气时炉气温度迅速降低形成酸雾避免
酸雾清通常采电雾器完成电雾器雾效率酸雾微粒直径关直径越雾效率越高实际生产中采取逐级增酸雾粒径逐级分离方法提高雾效率增酸雾粒径逐级降低洗涤酸浓度气体中水蒸气含量增酸雾吸收水分稀释粒径增二气体逐级冷酸雾时冷气体中水蒸气酸雾微粒表面冷凝增粒径
外提高雾效率采取增加电雾器段数两级电雾器中间设置增湿塔降低气体电雾器流速等措施
33炉气净化工艺流程
硫铁矿原料接触法制酸装置炉气净化流程许种20世纪50年代前机械炉焙烧制气时国外普遍采鲁奇酸洗流程发展种净化流程区称标准酸洗流程着沸腾焙烧应入炉矿料粒径水分含量炉气中三氧化硫含量降低湿含量矿尘杂质含量增加干式尘系统效率未相应提高量矿尘杂质进入净化系统净化系统法维持原工艺条件20世纪50年代期60年代初期国外采水洗净化流程工厂原塔式酸洗改塔式水洗时开发采体积效率高洗涤设备(文氏)取代庞塔设备出现种水洗净化流程水洗流程量污水徘放造成严重环境污染70年代强调环境保护炉气湿法净化着封闭型稀酸洗涤方转变水洗流程特次通式(量水)水洗流程已淘汰国外新兴高效动力波净化工艺已制酸工业中应
1酸洗流程 较典型酸洗流程标准酸洗流程两塔两电酸洗流程两塔器两电酸洗流程文泡冷电酸洗流程处着重介绍相先进文泡冷电酸洗流程
文泡冷电酸洗流程国行设计水洗改酸洗净化流程流程图31示
焙烧工序SO炉气首先进入文丘里洗涤器l(文氏)15％～20％稀酸进行第级洗涤洗涤气体复挡袜器3沫进入泡沫塔41％～3％稀酸进行第二级洗涤两级稀酸洗矿尘杂质炉气中部分凝固颗粒掉部分成酸雾凝聚中心时炉气中SO水蒸气形成酸雾凝聚中心形成酸雾颗粒两级稀酸洗炉气复挡沫器5沫进入列间接冷塔6炉气进步冷时水蒸气进步冷凝酸雾粒径进步增间接冷塔6出炉气进入束示电雾器助直流电场炉气中酸雾净化炉气干燥塔进行干燥
图31 文泡冷电酸洗流程
1文氏 2文氏受槽35复挡沫器4泡沫塔6间接冷塔7电雾器8安全水封9斜板沉降槽10泵11循环槽12稀酸槽
文丘里洗涤器1洗涤酸斜板沉降槽9沉降循环酸中污泥沉降清液循环污泥斜板底部放出石灰粉中矿渣起外运
该流程絮凝剂(聚丙烯酰胺)沉淀洗涤酸中矿尘杂质减少排污量(吨酸排污量仅25L)达封闭循环求流程称封闭酸洗流程
标淮酸洗流程硫铁矿原料典酸洗流程两洗涤塔增湿塔两级电雾器组成称三塔两电酸洗流程
两塔两电酸洗流程标准酸洗流程相似省增湿塔洗涤酸浓度较低
两塔器两电酸洗流程标准酸洗流程基础发展起中增湿塔间接冷凝器代称两塔器两电酸洗流程
2水洗流程 较常水洗流程种
（1） 文泡文水洗流程文氏泡沫塔文氏组成具设备操作方便投资少优点系统压降高
（2）文泡电水洗流程电雾器代述文泡文流程中第二级文丘里提高酸雾杂质净化效率系统压降文泡文流程
（3）文文冷电水洗流程两文氏冷凝器电雾器组成技术性适应力较
酸洗流程相水洗流程设备少投资省净化效果较适砷氟矿尘含量高炉气净化缺点排放量酸性污水污水中含砷硒氟硫酸等害物质妥善处理会造成严重公害外炉气中三氧化硫全部损失二氧化硫保全硫利率低水洗流程已逐渐淘汰
3动力波净化工艺 动力波净化工艺目前较先进种净化流程采动力波洗涤器进行洗涤净化净化效率较高该工艺常见流程动力波三级洗涤器净化流程
动力波净化工艺关键设备动力波洗涤器中逆喷型泡沫塔型两种洗涤器应制酸净化
泡沫塔型洗涤器外形普通固定挡板板式塔相塔板开孔率操作气速相较运行中两塔板间开孔区形成泡沫区泡沫区中气液接触非常密切效脱尘埃细粒冷气体级吸收气体图32动力波三级洗涤器
图32 动力波三级洗涤器净化流程
16级二级动力波洗涤器泵 27级二级动力波洗涤器
3板式冷器4气体冷塔泵5气体冷塔
首先含尘炉气进入初级逆喷型洗涤器气体里急冷降温酸雾等冷凝时尘尘效率达90％左右气体离开初级逆喷型洗涤器进入泡沫塔进步冷(填充塔代泡沫塔)时尘砷硒氟酸雾等杂质泡沫塔设台终逆喷型洗涤器脱残余溶性颗粒尘埃部分残余酸雾该工艺中设置单级电雾器达净化求
34炉气干燥
矿尘砷硒氟酸雾清需清水分算完成净化
水分炉气中气态存应采吸收方式进行清浓硫酸具强烈吸水性常气体干燥炉气干燥气体浓硫酸接触实现炉气中水蒸气分压硫酸液面水蒸气分压时炉气干燥
图33炉气干燥工艺流程
图33 炉气干燥工艺流程
1干燥塔2酸冷器3干燥酸贮槽
净化杂质湿炉气补加空气干燥塔塔顶喷淋浓硫酸逆流接触气相中水分硫酸吸收捕沫器气体夹带酸沫进入转化系统
干燥塔吸收水分湿度升高酸冷器冷流酸贮槽泵送塔顶喷淋维持干燥酸浓度必须吸收系统98％H2S04引入酸贮槽中贮槽中酸循环酸泵出口引出作产品酸送酸库引入回收塔循环酸槽
第四章 二氧化硫催化氧化
41二氧化硫催化氧化基原理
二氧化硫催化氧化反应化学衡
二氧化硫氧化三氧化硫反应：
△H 9624 kJmol （41）
反应逆放热体积缩反应时反应催化剂存实现工业生产
衡常数表示：
K （42）
式中PPP—分SOOSO衡分压
400～700℃范围衡常数温度关系式表示：
lg K46544 （43）
衡常数K着温度降低增衡转化率反映某温度反应进行极限程度
x （44）
式中x——反应衡转化率难出：
x （45）
ab分表示混合气体中SOO 初始体积摩尔含量p表示系统总压力(MPa)100体积混合气反应达衡时氧化SO体积a x 消耗氧体积05 a x O剩余体积b 05 a x衡时气体混合物总体积100 05 a x氧衡分压表示：
PP （46）
式（46）代入式（45）：
x （47）
式(4—7)关x 隐含数试差法求解
混合气体中a75b105时衡转化率温度压力关系表41
表41 衡转化率(％)温度压力关系
TC
PMPa
01
05
10
25
50
100
400
9920
9960
9970
9987
9988
9990
450
9750
9820
9920
9950
9960
9970
500
9350
9690
9780
9860
9900
9930
550
8560
9290
9490
9670
9770
9830
600
7370
8580
8950
9330
9500
9640
常压衡转化率起始组成温度关系表42示
表 41 表 42见影响衡转化率素温度压力炉气起始组成
(1)温度 表4l表42均出压力炉气起始组成定时降低温度衡转化率提高二氧化硫氧化反应系放热反应致温度越低衡转化率越高
(2)压力 二氧化硫氧化反应体积缩反应压力增提高衡转化率表41知条件变时增压力衡转化率增压力衡转化率影响没温度衡转化率影响样显著
(3)炉气起始组成 表42知温度压力定时焙烧样含硫原料采空气剩系数衡转化率气体起始组成中a越 b越衡转化率越反然
表42 衡转化率炉气起始组成温度关系
温度C
a7b11
a75b105
a8b9
a9b81
a10b67
400
0992
0991
0990
0988
0984
450
0975
0973
0969
0964
0952
500
0934
0931
0921
0910
0886
550
0855
0849
0833
0815
0779
412 二氧化硫氧化反应速率
二氧化硫钒催化剂氧化较复杂程机理尚定
温度该反应速率影响该反应逆放热反应存适宜反应温度表43定起始气体组成条件应转化率该反应适宜温度
表43 钒催化剂二氧化硫氧化适宜温度
（原始气体成分二氧化硫7氧11压力1013KPa）
转化率
97
60
65
70
75
80
85
90
94
96
适宜温度C
434
604
589
574
558
540
520
494
466
446
表43数中出转化率越低适宜温度越高说应定起始组成反应刚开始时适宜温度高着反应进行适宜温度越越低
炉气起始浓度反应速率影响炉气中SO起始浓度增氧起始浓度相应降低反应速率减慢保持定反应速率希炉气中 SO起始浓度太高
该反应气固相催化反应扩散程反应速率定影响特温度较高表面反应速率较时扩散影响更忽视
扩散影响分外扩散影响扩散影响外扩散气流速度决定实际生产中二氧化硫气体通催化剂床层气流速度相外扩散影响忽略计扩散取决催化剂表面结构(称催化剂孔隙结构)催化剂孔道愈细愈长扩散阻力愈扩散影响愈果催化剂颗粒较反应温度较低时时阻力表面反应扩散影响考虑
413 二氧化硫氧化催化剂
目前生产中普遍采钒催化剂钒催化剂活性组分五氧化二钒碱金属(钾钠)硫酸盐类作助催化剂硅胶硅藻土砖酸盐作载体钒催化剂般含VO5％～9％KO 9％～13％NaO 1％～5％SiO50％～70％含少量Fe0A1OCaOMgO水分等
引起钒催化剂中毒毒物砷氟酸雾矿尘等
43二氧化硫氧化工艺条件选择
1反应温度
SO催化氧化反应逆放热反应反应温度SO起始浓度直接关系受催化剂活化温度限制钒催化剂条件反应温度应420～580℃范围段温度分布情况催化氧化流程
2二氧化硫起始浓度
增加炉气中SO浓度相应降低炉气中氧浓度种情况反应速度会相应降低达定终转化率需催化剂量增加减少催化剂量采低二氧化硫浓度利降低炉气中二氧化硫浓度会生产吨硫酸需处理炉气量增样条件定时求增设备尺寸者系统中设备生产力降低设备折旧费增加应根硫酸生产总费低原确定二氧化硫起始浓度根济核算知采普通硫铁矿原料转吸流程转化率975％时SO浓度7～75％适宜原料改变具体生产条件改变时佳浓度值改变例硫磺原料SO佳浓度85％左右含煤硫铁矿原料SO佳浓度7％硫铁矿原料两转两吸流程SO佳浓度提高9％～10％终转化率达995％
3终转化率
终转化率硫酸生产指标提高终转化率减少尾气SO 含量减轻环境污染时提高硫利率导致催化剂量流体阻力增加终转化率佳值问题
终转化率佳值采工艺流程设备操作条件关次转化次吸收流程尾气回收情况终转化率975％～98％时硫酸生产成低采SO回收装置终转化率取低加采两次转化两次吸收流程终转化率应控制995％
44转化设备
二氧化硫转化工序设备转化器换热器鼓风机加热炉等许阀门仪表等附属设备面介绍转化器换热器鼓风机
转化器
转化器型式床层类型分固定床流化床两种：换热器位置分部换热型外部换热型气流床流动方分抽转化器径转化器
种形式转化器设计时应考虑素：A．转化程满足佳温度曲线求减少单位酸产量催化剂量般出口温度超600℃B．转化器单台力全系统力配套C．设备阻力．气体床层部分布均匀D．应限度回收利S02反应热E．设备应便制造安装检修便更换催化剂F．转化器建设费应低
1 外部换热式转化器
图41四段外部换热式转化器两次转化流程生产力1000t／d直径11m总高146m第二段壁衬耐火砖防止次转化气二次转化气泄漏．第三四段间采整体隔板
图41 外部换热式转化器
外部换热式较部换热式转化器结构简单．便制造安装维修易实现型化
2部换热式转化器
80年代初加chemieties公司设计2+2式两次转化器壳体件均锈钢焊接组合600／d硫磺制酸系统结构图42示
图42 部换热式转化器
1中间吸收塔冷热交换器SO2出口2热器1号省煤器吸收塔SO3气体出口3余热锅炉SO2气体入口4冷热交换器2号省煤器终吸收塔SO3气体出口
3 沸腾床转化器
图43前苏联四段沸腾床转化器反应混合气体次通段催化床第段催化床温度采部分气体通预热器进行调节余三段催化床中均设换热器*通进入换热冷水量调节床层温度段温度维持佳值转化器顶部装陈尘擎捕集气体夹带粉尘般进气温度300350℃流体阻力约10kPa总转化牢95％98％
图43 四段沸腾床转化器
1气体分布板2算子板3换热元件4孔5尘罩Ⅰ～Ⅳ催化器床
4．4．2 鼓风机
目前中国硫酸工业鼓风机离心式容积式两种容积式通常罗获鼓风机型硫酸厂般采离心式鼓风机型硫酸厂般采罗获式鼓风机
离心式鼓风机型号．结构差区轴承进气口单轴承单面进气双轴承双面进气目前单轴承单面进气D700—13—1型鼓风机离心式鼓风机中型种规模制酸装置维修均较方便
罗获式鼓风机特点：A结构简单B．送气量稳定系统阻力改变C．出口压力高0．4MPa运行D．制造维修费低缺点：A．鼓风旦般型制酸装置B．转子机壳间间隙容易增导致风机效率降低般效率0607左右 C．噪音较
45工艺流程
二氧化硫氧化工艺流程根转化次数分次转化次吸收流程(简称—转吸流程)二次转化二次吸收流程(简称两转两吸流程)
转吸流程缺点SO终转化率般高97％操作稳定完善时终转化率985％硫利率够高排放尾气含SO较高回收利污染严重采氨吸收法回收仅需增加设备时产生少困难氨源运输腐蚀问题消耗产品酸等问题提高转化率方面催化转化反应热力学动力学寻找答案先开发出加压工艺低温高活性催化剂两转两吸工艺等技术两转两吸效该工艺基消尾气烟害
采两次转化工艺时催化剂装填段数前两次转化分配终转化率换热面积关系流程特征第第二次转化段数含 气通换热器次序表示例3+1 ⅢⅡⅣⅠ 流程：指第次转化三段催化剂第二次转化段催化剂第次转化前含SO气体通换热器次序第Ⅲ换热器(指冷第Ⅲ段催化剂床层出转化气换热器)第Ⅱ换热器第二次转化前含SO气体通换热器次序第 Ⅳ换热器第Ⅰ换热器图41示外常见3+1ⅣⅠⅢⅡ3+1 ⅢⅠⅣⅡ2+2ⅡⅢⅣⅠ等流程
图41 3+1 ⅢⅡⅣⅠ两次转化流程
1第换热器2第二换热器3第三换热器4第四换热器5转化器6第吸收塔
ⅣⅠⅢⅡ种换热组合流程优点：第段催化剂活性降低反应移ⅡⅢ换热器保证次转化达反应温度
两转两吸流程转吸流程较具述优点
①终转化率次转化高达995％～999％尾气中二氧化硫含量低达001％～002％转吸尾气中二氧化硫含量降低5～10倍减少尾气烟害
②够处理SO含量高炉气焙烧硫铁矿例SO起始浓度提高95％～10％次转化7％～75％样设备增产30％～40％
③两转两吸流程次转化吸收然投资次转化高10％左转吸加层气回收流程相实际投资降低5％左生产成降低3％少尾气回收工序劳动生产率提高7％
两转两吸流程缺点：
①增设中间吸收塔转化气温度高低高整系统热量损失较气体两次70℃左右升高420℃换热面积较次转化炉气中 SO含量超低换热面积增加越
②两次转化较次转化增加台中间吸收塔台换热器阻力次转化流程增39～49KPa
第五章 三氧化硫吸收
5．1三氧化硫吸收工艺条件
1吸收酸浓度
SO3易溶纯硫酸中水进行吸收否形成量酸雾工业采983％硫酸作吸收剂液面水三氧化硫硫酸总蒸气压低吸收率高
2吸收酸温度
吸收酸温度SO3 吸收率影响较明显条件相情况吸收酸温度升高SO3 H2OH2SO4蒸气压升高SO3吸收率降低吸收率角度考虑酸温低
酸温度控制越低越两原：A．进塔气体般水分进塔气温较高酸温度低传热传质程中避免出现局部温度低硫酸蒸气露点温度时会相数量酸雾产生B．气体温度较高吸收反应热会导致吸收酸较温升保持较低酸温需量冷水冷导致硫酸成必升高
酸液吸收S03时．喷淋式冷器冷吸收酸酸温度应控制6075℃左右酸温度高会加剧硫酸铁制设备道腐蚀
20年两转两吸工艺广泛应低温余热利技术成熟采较高酸温进塔气温高温吸收工艺避免酸雾生成减酸冷器换热面积提高吸收酸余热利价值
3进塔气温影响
进塔气温吸收SO3较影响般吸收程中气体温度低利提高吸收率减吸收设备体积吸收转化气中SO3时避免生成酸雾气体温度太低尤转化气中水含量较高时提高吸收塔进气温度效减少酸雾生成
表51出炉气干燥含水蒸气018／m³时转化气进吸收塔温度必须高112℃
表51 水蒸气含量转化气露点关系
水蒸气含量
01
02
03
04
05
06
07
转化器露点
112
121
127
131
135
138
141
高温吸收工艺中进塔气体温度提高180230℃样气体吸收塔中部位均保持露点温度出转化器气体必冷两转两吸工艺中采高温吸收提高进塔气体温度解决系统热衡问题尤中间吸收塔更利减缓工艺中热冷热弊病
4循环酸量影响
较完全吸收三氧化硫．循环酸量重酸量足酸塔进出口浓度温度增长幅度较超规定指标吸收率降吸收设备填料塔时酸量足填料润湿率降低传质面积减少吸收率降低相反循环酸量提高吸收率益会增加气体阻力增加动力消耗严重时会造成气体夹带酸沫液泛 循环酸量通常喷琳密度表示中国硫酸厂取喷淋密度15—25 m³／(m2．h)范围
52三氧化硫吸收工艺流程
5．2．1 转吸干—吸系统工艺流程
目前中国硫酸生产技术发展历史原采转吸工艺产品98％92．5％H2两种产品少数厂家配105％发烟酸吸收塔生产20％S03(游离)标准发烟硫酸流程见图51
图51 生产发烟硫酸时干燥吸收流程
1发烟硫酸吸收塔2浓硫酸吸收塔3捕沫器4循环槽5泵67酸冷器8干燥塔
转化工序导转化气部分进入发烟酸吸收塔发烟酸吸收部分转化气混合进98％H2SO4酸吸收塔98％H2SO4硫酸吸收导层气回收塔直接放空
105％H2S04发烟酸吸收塔部分酸装置均匀分布填料转化气逆流接触．酸浓度温度升然塔底排出进入混酸罐(成循环酸槽)98％H2S04硫酸吸收系统98％H2SO4硫酸混合控制循环酸中战况含量l04．6％l05．0％间酸罐引出热酸泵送酸冷器冷部分循环少部分作产品串98％H2SO4硫酸混酸罐
98％H2SO4硫酸吸收系统酸吸收SO3时浓度升高温度升出塔泥酸罐中干燥塔串93％H2SO4硫酸混合配成981％985％H2SO4硫酸必时加水罐中出热酸酸冷器冷中部分吸收塔循环部分分串入105％93％H2S04硫酸混酸罐根产品求引出少量作成品酸输出[4]
5．2．2 两转两吸—吸系统工艺
工艺流程见图52工艺设置两98％H2SO4硫酸吸收塔酸液循环系统流程末配标准发烟酸生产塔配话般设第吸收塔前基次吸收工艺
图52 冷泵前串酸干吸工序流程图
1干燥塔2610酸冷器3干燥酸循环槽4812浓酸泵5中间吸收塔711吸收酸循环槽9终吸收塔
53 三废处理
尾气处理
工艺生产程产生废气源：二吸塔出SO2SO3
A焙烧：采氧表控制沸腾焙烧磁性焙烧炉气出口SO2浓度高SO3浓度低（原始酸雾低通级电雾酸雾指标达≤003gNm3）渣灰成分Fe3O4具磁性通磁选机进行两次选磁铁品位提高55炼铁渣灰灰残硫≤05烧出率达≧985渣灰卖水泥厂生产水泥
B净化工序采封闭酸洗付产10浓度稀酸稀酸泵稀酸送磷肥车间浓硫酸相配生产磷肥酸泥矿渣相混卖水泥厂生产水泥
C转化工段采五段两次转化总转化率达99尾气SO2≤300PPM达国家排放标准
D干吸工段采两次吸收塔分酸装置采式分酸器总吸收率达≧9995
烧渣污水污酸处理
含硫量35～25硫铁矿例生产1吨硫酸副产07～08吨烧渣烧渣中含较铁定数量铜锌铅钴等色金属含金银等贵重金属应回收利
污水污酸净化工序污水污酸中含硫酸砷氟铅铁硒等酸砷氟等生态环境危害排放前必须处理
目前普遍采碱性物质中法处理污水碱性物质（石灰电石渣）污水中砷氟酸等反应生成沉淀害物质污水中分离出
污酸处理常硫化中法利硫化钠硫氢化钠等硫化物硫酸反应生成硫化氢污酸中铜砷硫化氢生成沉淀分离然溶液中处理[9]
第六章 物料衡算热量衡算
61物料衡算
1硫酸生产工艺流程图图61：
图61 硫酸生产工艺流程
硫铁矿焙烧工序：生产条件：
1硫铁矿纯度W(FeS90) 空气剩系数a15
物料流程示意图图62：
硫铁矿W(FeS09)
空气O021 N079
沸腾焙烧
二氧化硫炉气
炉渣
图62 硫铁矿焙烧工序
1t硫铁矿基准
W(FeS) ×100
W(FeS) 0990（已知） 09t900kg
n(FeS) 75kmol
4FeS+11O2FeO+8SO
需消耗氧气n（O）×n(FeS)20625 kmol
通入氧气15×20625 kmol309375 kmol
需通入空气14732 kmol
空气中氮气14732 kmol－309375 kmol11638 kmol
生成二氧化硫n（SO）2×75 kmol15 kmol
生成FeOn（FeO） kmol375 kmol
剩余氧气309375 kmol－20625 kmol103125 kmol
表71 输入—输出物料表 基准1t硫铁矿
输入
输出
组分
质量kg
分子量
组分
质量kg
分子量
FeS2
900
120
FeO
600
160
杂质
100
SO
960
64
O
990
32
O
330
32
N
3259
28
N
3259
28
杂质
100
总计
5249
5249
二炉气净化干燥工序图73：
粗二氧化硫炉气
炉气冷干法尘
干炉气
炉气湿法净化
湿炉气
炉气干燥
93硫酸
二氧化硫炉气
矿渣
清水
图73 炉气净化干燥工序
焙烧工序输送二氧化硫炉气净化干燥工序炉气中害杂质炉气中二氧化硫氧气氮气量没发生较变化 表1知：n(SO)15 kmol n(O)1031 kmol n(N)11638 kmol
三二氧化硫催化氧化工序：工艺条件570 k149
净化干燥工序输送原料量n(SO)15kmol n(O)1031kmol n(N)11638 kmol x(SO)11 x(O)73 x(N)817
物料流程示意图图图74：
SO11
O73
N817
催化氧化
SO011－011 x
O0073－x
SO011 x
N0817
图74 二氧化硫催化氧化工序
计算基准1mol原料 衡转化率x
SO+O SO
开始 011 0073
转化 011x x 011x
衡 011－011x 0073－x 011x
输出总物料量：011－011x+ 0073－x+ 011x+0817
1－0055 x
k
k
k149
x075 输出总物料1－0055x096mol
W(SO)×100286
W(O)×100331
W(SO)×10086
W(N)×100851
表72 输入—输出物料表 基准1mol原料
输入
输出
组分
物质量（mol）
摩尔分数（）
组分
物质量（mol）
摩尔分数（）
SO
011
11
SO
0028
286
O
0073
73
O
0032
331
N
0817
817
SO
008
86
N
0817
851
总计
1
100
0957
100
1mol原料生成008molSO
净化干燥工序输送原料量n14169kmol
14169kmol原料相应生成1134kmolSO
四SO吸收工序
原始数：硫酸生产力10万吨年年工作时间7200h
纯度98浓硫酸
SO+HO HSO
1 h基准13889 kgh
纯硫酸量13889×9813611kg
SO+HO HSO
X 13611
80 98
X11111kg
n(SO)139 kmol
硫铁矿焙烧工序二氧化硫催化氧化工序知
1t硫铁矿生成1134 kmolSO
y硫铁矿生成139 kmolSO
y12
年产10万吨98浓硫酸时需焙烧12t硫铁矿
62 热量衡算
1沸腾焙烧炉量衡算
计算基准：1t硫铁矿[n(FeS)75kmol]基准温度基准25（热力学温度29815k计算中涉温度实温差）
量衡算示意图：图：75
沸腾焙烧炉
图75 量衡算示意图
热衡方程式
++++
式中——股物料带入设备热量
——加热剂传递设备物料热量
——程种热效应
——股物料带出设备热量
——消耗加热设备热量
——设备外界环境散发热量
（1）∫△
△ －29815K－29815K0
0
（2）——加热剂传递设备物料热量
沸腾焙烧炉煤作热源（燃）B
（燃）——燃料提供热
——燃料燃烧热效率
B——燃料消耗量
——燃料发热值
焙烧1t硫铁矿约需15t煤炭90
查表30
（燃）B90×15×1000×30×10405×10KJ
（燃）405×10KJ
（3）化学反应热
4FeS+ 11 O2 FeO+ 8SO △331008 kJmol
n△75×10×33100825×10KJ
（4）股物料带出设备热量
++
∫△ (－)12669×2971×（850－25）
31×10KJ
∫△ (－)15×10×3979×（850－25）
49×10KJ
∫△ (－)375×10×1046×（850－25）
32×10KJ
++31×10KJ+49×10KJ+32×10KJ391×10KJ
(5)0
(6)设备外界环境散发热量
++－－405×10+25×10－391×10616×10KJ[5]
致谢
历时半载文选题搜集资料开题报告写初稿反复修改期间历喜悦聒噪痛苦彷徨写作文程中心情复杂伴着篇毕业文终成稿复杂心情烟消云散甚点成感感谢家朋友理解支持鼓励帮助正做切更意义正追求进步勇气信心
感谢指导老师赵佩老师悉心指导文完成赵佩老师丰富专业知识严谨治学态度务实工作作风学生真挚关怀留深刻印象受益匪浅次赵佩老师帮助关怀表示衷心感谢
感谢赵频老师朱喜霞老师徐贵敏老师杨继朋老师李乐老师张杰老师李亚静老师等时学中细心指导栽培
感谢学室友支持帮助
感谢冶化系位老师培养学业予帮助
感谢家始终支持致崇高敬意
参考文献
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