年產(chǎn)30萬(wàn)噸硫酸轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的工藝設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2025-01-06 22:58 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 同時(shí)也防止礦粒從板上漏入空氣室。 沸騰層是礦料焙燒的主要空間，爐內(nèi)溫度以此處為最高，為防止溫度過(guò)高而使礦料熔結(jié)，在沸騰層設(shè)有冷卻裝置來(lái)控制溫度和回收熱量。沸騰層的高度一般以礦渣溢流口高度為準(zhǔn)。 圖 21 沸騰焙燒爐 1—爐殼； 2—加料 口； 3—風(fēng)帽； 4—冷卻器； 5—空氣分布板； 6—卸渣口； 7—人門(mén)； 8—耐熱材料； 9—放空閥； 10—二次空氣進(jìn)口； Ⅰ —空氣室； Ⅱ —沸騰層； Ⅲ —上部燃燒空間 上部燃燒空間的直徑比沸騰層有所擴(kuò)大，在此加入二次空氣，使被吹起的礦料細(xì)粒在此空間內(nèi)得到充分燃燒，以確保一定的燒出率，同時(shí)降低氣體流速，以減少吹出的礦塵量，減輕爐氣除塵的負(fù)荷。 硫鐵礦焙燒是氣固相不可逆反應(yīng)，升高溫度對(duì)反應(yīng)有利，為提高硫的燒出率，一般控制操作爐溫度 850～ 950℃ ，爐低壓力 9～ 12Kpa，爐氣中 SO含量為 14%。這三項(xiàng)指標(biāo)是相互聯(lián)系的。其中爐溫對(duì)穩(wěn)定生產(chǎn)尤為重要。 為了保持爐溫穩(wěn)定，必須要穩(wěn)定空氣加入量、礦石組成及投料量，同時(shí)采用增減爐內(nèi)冷卻元件數(shù)量來(lái)控制爐床溫度。 硫鐵礦的焙燒爐氣，除二氧化硫和氧氣以及氮?dú)庵猓€含有三氧化硫、水分、三氧化二砷、二氧化硒、氟化物及礦塵等物質(zhì)。礦塵不僅會(huì)堵塞設(shè)備與管道，而且會(huì)造成后續(xù)工序中的催化劑失活；砷和硒是催化劑的毒物；水分與三氧化硫形成的酸霧，不僅腐蝕設(shè)備，而且難以除去。因此，焙燒爐氣在轉(zhuǎn)化之前必須凈化。凈化要求達(dá)到的指標(biāo)見(jiàn)表 22。 表 22 焙燒爐氣的凈化指標(biāo) 爐氣成分 指標(biāo) 爐氣成分 指標(biāo) 砷 ＜ 水分 ＜ 酸霧 ＜ 礦塵 ＜ 氟 ＜ (1)礦塵的清除 根據(jù)塵粒的大小，工業(yè)上有不同的除塵凈化方法。 10 um以上的塵粒用自由沉降室或旋風(fēng)分離器等設(shè)備機(jī)械除塵； ～ 10um 的塵粒采用電除塵器除去；小于 的礦塵顆粒采用液相洗滌法除去。 (2)砷和硒的清除 焙燒產(chǎn)生的 ASO 和 SeO 在氣體中的飽和含量，隨著溫度降低而迅速下降。 可采用水或稀硫酸降溫和洗滌爐氣，當(dāng)溫度降至 50℃ 時(shí)，氣態(tài)的砷、硒氧化物已降至規(guī)定指標(biāo)以下，凝固的砷、硒氧化物部分被洗滌液帶走，部分呈固體微粒懸浮在氣相中，成為酸霧冷凝中心。 (3)酸霧的形成與清除 采用硫酸溶液或水洗滌凈化爐氣，洗滌液中的水蒸氣進(jìn)入氣相，使?fàn)t氣中的水蒸氣含量增加，并與爐氣中的三氧化硫接觸時(shí)生成硫酸蒸氣。當(dāng)溫度降到一定程度時(shí)，硫酸的蒸氣達(dá)到飽和，直至過(guò)飽和。當(dāng)過(guò)飽和度等于或大于過(guò)飽和度臨界值時(shí)，硫酸的蒸氣冷凝形成微小液滴懸浮在氣相中，稱(chēng)為酸霧。 實(shí)踐證明，氣體的冷卻速度越快，蒸氣過(guò)飽和度越高 ，越易形成酸霧。為防止酸霧的形成，必須控制一定的冷卻速度，使硫酸蒸氣過(guò)飽和度低于臨界值。 采用水或稀硫酸洗滌爐氣，爐氣溫度迅速降低，酸霧形成是不可避免的。實(shí)際生產(chǎn)中，常用電除霧器清除酸霧。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。為提高除霧效率，可采取逐級(jí)增大酸霧粒徑逐級(jí)分離的方法。一是逐級(jí)降低洗滌酸濃度，使氣體中水蒸氣的含量增大，酸霧吸收水分被稀釋而，增大粒徑；二是氣體逐級(jí)冷卻，酸霧也被冷卻，氣體中的水蒸氣在酸霧微粒表面冷凝而增大粒徑。為提高除霧效率，還可增加電除霧器的段數(shù)，在兩級(jí)中間設(shè)置增濕 塔，降低氣體在電除霧器的流速等。 氣體凈化是硫鐵礦生產(chǎn)硫酸的重要環(huán)節(jié)。凈化流程有多種，其中濕法凈化流程又分為酸洗流程和水洗流程。 (1)酸洗流程 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。我國(guó)自行設(shè)計(jì)的 “文泡冷電 ”酸洗凈化流程，從環(huán)?？紤]將水洗改為酸洗，流程如圖 22所示。 圖 22 “文泡冷電 ”酸洗流程 1—文氏管； 2—文氏管受槽； 5—復(fù)擋除沫器； 4— 泡沫塔； 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 自焙燒工序來(lái)的含二氧化硫的爐氣，進(jìn)入文丘里洗滌器（文氏管） 1，用 15%～ 20%的稀硫酸進(jìn)行第一級(jí)洗滌，洗滌后的氣體經(jīng)復(fù)擋除沫器 3除沫，再進(jìn)入泡沫塔 4用 1%～ 3%的稀酸進(jìn)行第二級(jí)洗滌。爐氣經(jīng)兩級(jí)稀酸洗除去礦塵、雜質(zhì)，其中的三氧化二砷、二氧化硒部分凝固為顆粒而被除掉，部分成為酸霧的凝聚中心；爐氣中的三氧化硫與水蒸氣形成酸霧，在凝聚中心形成酸霧顆粒。爐氣經(jīng)兩級(jí)稀酸洗，再經(jīng)復(fù)擋除沫器 5 除沫，進(jìn)入列管式冷凝器 6冷卻，水蒸氣進(jìn)一步冷凝，酸霧粒徑進(jìn)一步增大，而后進(jìn)入管束式電 除霧器，借助于直流電場(chǎng)除去酸霧，凈化后的爐氣去干燥塔。 文丘里洗滌器 1的洗滌酸經(jīng)斜板沉降槽 9沉降，沉降后清液循環(huán)使用；污泥自斜板底部放出，用石灰粉中和后與礦渣一起外運(yùn)處理。 該流程用絮凝劑 (聚丙烯酰胺 )沉淀洗滌酸中的礦塵雜質(zhì)，減少了排污量 (每噸酸的排污量?jī)H為)，達(dá)到封閉循環(huán)的要求，故稱(chēng)為 “封閉酸洗流程 ”。 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(gè)洗滌塔、一個(gè)增濕塔和兩級(jí)電除霧器組成，故稱(chēng)為 “三塔兩電 ”酸洗流程。 “兩塔兩電 ”酸洗流程與標(biāo)準(zhǔn)酸洗流程相似，僅省去了增濕塔，所用洗滌酸濃度較低。 “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)展的，其中增濕塔用間接冷凝器代替，故稱(chēng) “兩塔一器兩電 ”酸洗流程。 (2)水洗流程 常用的水洗流程有： ① 由文氏管、泡沫塔、文氏管組成的 “文泡文 ”水洗流程；② “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(jí)文氏管的 “文泡電 ”水洗流程； ③ 由兩個(gè)文氏管、冷凝器、電除霧器組成的 “文文冷電 ”水洗流程。 水洗流程的缺點(diǎn)是污水排放量大、污染環(huán)境。 工業(yè)上常用濃硫酸作干燥劑，爐氣從填料塔下部通入，與塔上部淋灑的濃硫酸逆流接觸，硫酸吸收 爐氣中的水分，使?fàn)t氣達(dá)到干燥指標(biāo)。在同一溫度下，爐氣中的水蒸氣分壓大于硫酸液面上的水蒸氣分壓時(shí)，爐氣中的水分被硫酸吸收從而得到干燥。 （ 1）噴淋酸濃度 噴淋酸濃度越大，硫酸液面上水蒸氣分壓越小，干燥效果亦越好。濃度為 %的硫酸液面上水蒸氣分壓最低。當(dāng)濃度超過(guò) %時(shí)，硫酸液面上有三氧化硫存在，可與爐氣中水蒸氣生成酸霧。在工業(yè)上既要考慮酸的吸水能力，又要考慮盡量避免酸霧的形成，通常采用濃度為 93%～ 95%的硫酸作為干燥酸。 （ 2）噴淋酸的溫度 噴淋酸溫度高 ，可減少爐氣中二氧化硫的溶解損失，但同時(shí)酸霧的生成量會(huì)隨之增加，干燥效率降低，對(duì)設(shè)備管道的腐蝕加劇。綜合考慮上述因素，實(shí)際生產(chǎn)中，進(jìn)塔酸溫度一般在 20～ 40℃ ，夏季不超過(guò) 45℃ 。 （ 3）氣體溫度 進(jìn)入干燥塔的氣體溫度，越低越好。溫度越低，氣體帶入塔內(nèi)的水分就越少，干燥效率就越高。一般氣體溫度控制在 30℃ ，夏季不應(yīng)超過(guò) 37℃ 。 （ 4）噴淋密度 噴淋酸在吸收爐氣中水分時(shí)會(huì)放出大量的熱。 若噴淋酸太少，會(huì)導(dǎo)致酸濃度顯著降低，溫度顯著升高，從而使干燥效率下降，并且會(huì)加速酸霧形成。噴淋酸量若過(guò)大，會(huì)增加流體阻力 及動(dòng)力消耗。因此，噴淋密度一般采用 10～ 15，這樣可以保證塔內(nèi)酸的溫度和濃度的變化控制 %～ %之間。 二氧化硫氧化為三氧化硫的反應(yīng)是在催化劑存在下進(jìn)行的。 △ H= kJ/mol （ 27） 式（ 27）是一個(gè)可逆放熱和體積縮小的反應(yīng)，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)的轉(zhuǎn)化率稱(chēng)為平衡轉(zhuǎn)化率。二氧化硫的平衡轉(zhuǎn)化率隨原始?xì)怏w成分、溫度和壓力而變化。降低反應(yīng)溫度、增加壓力，會(huì)使平衡轉(zhuǎn)化率上升；氧濃度升高或二氧 化硫濃度下降，使平衡轉(zhuǎn)化率升高。 一、二氧化硫氧化的反應(yīng)速率 溫度對(duì)反應(yīng)速率的影響很大。該反應(yīng)是可逆放熱反應(yīng)，存在最適宜反應(yīng)溫度。氣體組成一定時(shí)，反應(yīng)速率隨溫度的升高而增大，達(dá)到最大值后，逐漸下降。與最大反應(yīng)速率相對(duì)應(yīng)的溫度稱(chēng)為最適宜溫度。 反應(yīng)物起始組成一定時(shí)，不同轉(zhuǎn)化率對(duì)應(yīng)不同的氣體組成、最適宜溫度。最適宜溫度可由理論計(jì)算。表 23是在一定起始?xì)怏w組成條件下，對(duì)應(yīng)于不同轉(zhuǎn)化率的最適宜溫度。 表 23 在釩催化劑上二氧化硫的最適宜溫度 （原始?xì)怏w中二氧化硫 7%、氧 11%，壓力 Kpa） 轉(zhuǎn)化 率 60% 65% 70% 75% 80% 85% 90% 94% 96% 97% 最適宜 溫度/C 604 589 574 558 540 520 494 466 446 434 從表 23可見(jiàn)，轉(zhuǎn)化率越低，最適宜溫度越高。也就是說(shuō)，對(duì)應(yīng)一定的起始組成，反應(yīng)開(kāi)始時(shí)其最適宜溫度最高，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，其最適宜溫度越來(lái)越低。 反應(yīng)氣體的起始組成對(duì)反應(yīng)速率也有影響，爐氣中二氧
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