【正文】 阻力愈大，內(nèi)擴散的影響也愈大。如果催化劑的顆粒較小，反應(yīng)溫度比較低時，這時的阻力主要來自表面反應(yīng)，內(nèi)擴散的影響可以不考慮。 二氧化硫氧化催化劑目前生產(chǎn)中，普遍采用釩催化劑。釩催化劑的活性組分是五氧化二釩。以堿金屬(鉀、鈉)的硫酸鹽類作助催化劑，以硅膠、硅藻土、磚酸鹽作載體。釩催化劑一般含 V O 5％～9％， K O 9％～13％，Na O 1％～5％、SiO 50％～70％，2222并含有少量 Fe 0 、A1 O 、CaO、MgO 及水分等。33引起釩催化劑中毒的主要毒物有砷、氟、酸霧及礦塵等。 二氧化硫的氧化的工藝條件的選擇反應(yīng)溫度 SO 催化氧化的反應(yīng)是可逆放熱反應(yīng)。其反應(yīng)溫度與 SO 的起始濃度有直接2 2關(guān)系，且受到催化劑活化溫度的限制。在使用釩催化劑的條件下；反應(yīng)溫度應(yīng)在420～580℃的范圍。各段溫度的分布情況，隨催化氧化流程的不同有所不同。二氧化硫的起始濃度 若增加爐氣中 SO 的濃度，就相應(yīng)地降低了爐氣中氧的濃度，這種情況下，反2濟源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 27 應(yīng)速度會相應(yīng)降低。為達到一定的最終轉(zhuǎn)化率所需要的催化劑量也隨之增加。因此從減少催化劑用量來看，采用低二氧化硫濃度是有利的。但是，降低爐氣中二氧化硫濃度，將會使生產(chǎn)每噸硫酸所需要處理的爐氣量增大，這樣，在其他條件一定時，就要求增大其它設(shè)備的尺寸，或者使系統(tǒng)中各個設(shè)備的生產(chǎn)能力降低，從而使設(shè)備的折舊費用增加。因此，應(yīng)當(dāng)根據(jù)硫酸生產(chǎn)總費用最低的原則來確定二氧化硫的起始濃度，根據(jù)經(jīng)濟核算得知，若采用普通硫鐵礦為原料，對一轉(zhuǎn)一吸流程，當(dāng)轉(zhuǎn)化率為 ％時 SO 濃度為 7～％最適宜。若原料改變或具體生2產(chǎn)條件改變時，最佳濃度值亦將改變。例如，以硫磺為原料，SO 最佳濃度為2％左右；以含煤硫鐵礦為原料，SO 最佳濃度小于 7％；以硫鐵礦為原料的兩2轉(zhuǎn)兩吸流程，SO 最佳濃度可提高到 9％～10％，最終轉(zhuǎn)化率仍能達 ％。2最終轉(zhuǎn)化率最終轉(zhuǎn)化率是硫酸生產(chǎn)的主要指標(biāo)之一。提高最終轉(zhuǎn)化率可以減少尾氣 SO 2的含量，減輕環(huán)境污染，同時也可提高硫的利用率；但卻導(dǎo)致催化劑用量和流體阻力的增加。所以最終轉(zhuǎn)化率也有個最佳值問題。最終轉(zhuǎn)化率的最佳值與所采用的工藝流程、設(shè)備和操作條件有關(guān)。一次轉(zhuǎn)化一次吸收流程，在尾氣不回收的情況下，當(dāng)最終轉(zhuǎn)化率為 ％～98％時，硫酸的生產(chǎn)成本最低。如采用 SO 回收裝置，最終轉(zhuǎn)化率可以取低些。加采用兩次轉(zhuǎn)2化兩次吸收流程，最終轉(zhuǎn)化率則應(yīng)控制在 ％以上。 轉(zhuǎn)化設(shè)備 二氧化硫轉(zhuǎn)化工序的設(shè)備主要有轉(zhuǎn)化器、換熱器、鼓風(fēng)機和加熱爐等，以及其它許多閥門、儀表等附屬設(shè)備。下面主要介紹轉(zhuǎn)化器、換熱器及鼓風(fēng)機。 轉(zhuǎn)化器轉(zhuǎn)化器型式按床層類型分，有固定床和流化床兩種：按換熱器位置分，有內(nèi)部換熱型和外部換熱型；按氣流在床內(nèi)流動方向分，有抽向轉(zhuǎn)化器和徑向轉(zhuǎn)化器。無論何種形式轉(zhuǎn)化器，在設(shè)計時應(yīng)考慮以下因素：A．轉(zhuǎn)化過程要盡可能滿足最佳溫度曲線的要求，以減少單位酸產(chǎn)量催化劑的使用量，一般出口溫度不超過 600℃。B．轉(zhuǎn)化器單臺能力與全系統(tǒng)能力配套。C．設(shè)備阻力既要小．又能使?jié)绰殬I(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 28 氣體在床層內(nèi)部分布均勻。D．應(yīng)最大限度地回收和利用 S02反應(yīng)熱。E．設(shè)備應(yīng)便于制造、安裝、檢修，便于更換催化劑。F．轉(zhuǎn)化器的建設(shè)費用應(yīng)低。 1 、外部換熱式轉(zhuǎn)化器 圖 41 為四段外部換熱式轉(zhuǎn)化器，用于兩次轉(zhuǎn)化流程，生產(chǎn)能力 1000t／d。直徑 11m，總高 。第一、二段內(nèi)壁襯耐火磚。為防止一次轉(zhuǎn)化氣向二次轉(zhuǎn)化氣泄漏．第三、四段間采用整體隔板。圖 41 外部換熱式轉(zhuǎn)化器 外部換熱式較內(nèi)部換熱式轉(zhuǎn)化器結(jié)構(gòu)簡單．便于制造、安裝和維修，易于實現(xiàn)大型化。 內(nèi)部換熱式轉(zhuǎn)化器 80 年代初，加拿大 chemieties 公司設(shè)計的“2+2“式兩次轉(zhuǎn)化器，殼體和內(nèi)件均用不銹鋼焊接組合，用于 600／d 的硫磺制酸系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)如圖 42 所示。濟源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 29 圖 42 內(nèi)部換熱式轉(zhuǎn)化器1來自中間吸收塔及冷熱交換器的 SO2出口；2去過熱器，1 號省煤器及吸收塔的 SO3氣體出口；3來自余熱鍋爐的 SO2氣體入口；4去冷熱交換器，2 號省煤器及最終吸收塔的 SO3氣體出口 沸騰床轉(zhuǎn)化器 圖 43 為前蘇聯(lián)用的四段沸騰床轉(zhuǎn)化器。反應(yīng)混合氣體依次由下而上通過各段催化床。第一段催化床的溫度采用部分氣體通過預(yù)熱器來進行調(diào)節(jié)，其余三段催化床中均設(shè)的換熱器*通過進入換熱管內(nèi)的冷卻水量調(diào)節(jié)床層溫度，使各段溫度維持最佳值。轉(zhuǎn)化器頂部裝有陳塵擎，以捕集氣體夾帶的粉塵。一般進氣溫度300350℃；，流體阻力約 10kPa，總轉(zhuǎn)化牢 95％一 98％。濟源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 30 圖 43 四段沸騰床轉(zhuǎn)化器1氣體分布板；2算子板；3換熱元件；4人孔；5除塵罩；Ⅰ～Ⅳ催化器床4．4．2 鼓風(fēng)機 目前中國硫酸工業(yè)上使用的鼓風(fēng)機，大多為離心式和容積式兩種。容積式通常使用羅獲鼓風(fēng)機。大型硫酸廠一般采用離心式鼓風(fēng)機，小型硫酸廠一般采用羅獲式鼓風(fēng)機。 離心式鼓風(fēng)機盡管型號不一．但結(jié)構(gòu)差不多。主要區(qū)別在軸承和進氣口。有的為單軸承單面進氣，有的為雙軸承雙面進氣。目前使用最多的是單軸承單面進氣，如 D700—13—1 型鼓風(fēng)機。離心式鼓風(fēng)機可用于大中小型各種規(guī)模的制酸裝置，使用、維修均較方便。 羅獲式鼓風(fēng)機有以下特點：A。結(jié)構(gòu)簡單。B．送氣量穩(wěn)定，不因系統(tǒng)阻力而改變。C．出口壓力高，可在 0．4MPa 下運行。D．制造和維修費用低。缺點：A．鼓風(fēng)旦小，一般只用于小型制酸裝置。B．轉(zhuǎn)子與機殼之間的間隙容易增大，導(dǎo)致風(fēng)機效率降低，一般效率在 一 左右。 C．噪音較大。濟源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 31 主要工藝流程二氧化硫氧化的工藝流程，根據(jù)轉(zhuǎn)化次數(shù)來分有一次轉(zhuǎn)化、一次吸收流程(簡稱“—轉(zhuǎn)一吸”流程)和二次轉(zhuǎn)化、二次吸收流程(簡稱“兩轉(zhuǎn)兩吸”流程)?！耙晦D(zhuǎn)一吸”流程主要的缺點是，SO 的最終轉(zhuǎn)化率一般最高為 97％，若操2作穩(wěn)定和完善時，最終轉(zhuǎn)化率也只有 ％，硫利用率不夠高，排放尾氣含 SO較高，若不回收利用，則污染嚴(yán)重。如采用氨吸收法回收，不僅需要增加設(shè)備，2同時產(chǎn)生不少困難，如氨的來源、運輸、腐蝕問題，以及消耗產(chǎn)品酸等問題。為此，人們在提高 轉(zhuǎn)化率方面,從催化轉(zhuǎn)化反應(yīng)熱力學(xué)及動力學(xué)尋找答案，先后2SO開發(fā)出“加壓工藝” 、 “低溫高活性催化劑”及“兩轉(zhuǎn)兩吸”工藝等技術(shù)。但以“兩轉(zhuǎn)兩吸”最為有效，該工藝基本上消除了尾氣煙害。采用兩次轉(zhuǎn)化工藝時，催化劑裝填段數(shù)及其在前后兩次轉(zhuǎn)化的分配與最終轉(zhuǎn)化率、換熱面積大小有很大關(guān)系。流程的特征，可用第一、第二次轉(zhuǎn)化段數(shù)和含 氣通過換熱器的次序來表示。例如 3+1, Ⅲ、ⅡⅣ 、Ⅰ 流程：指第一次轉(zhuǎn)化用三段催化劑，第二次轉(zhuǎn)化用一段催化劑；第一次轉(zhuǎn)化前，含 SO 氣體通過換熱器2的次序為第Ⅲ換熱器(指冷卻從第Ⅲ段催化劑床層出來的轉(zhuǎn)化氣用的換熱器)，第Ⅱ換熱器；第二次轉(zhuǎn)化前，含 SO 氣體通過換熱器的次序為第 Ⅳ換熱器，第Ⅰ換2熱器，如圖 41 所示。此外，常見的還有 3+1，Ⅳ、ⅠⅢ、Ⅱ及 3+1 ，Ⅲ、ⅠⅣ、Ⅱ和 2+Ⅱ、ⅢⅣ、Ⅰ等流程。圖 41 3+1, Ⅲ、ⅡⅣ、Ⅰ兩次轉(zhuǎn)化流程1第一換熱器；2第二換熱器；3第三換熱器；4第四換熱器；5轉(zhuǎn)化器；6第一吸收塔Ⅳ、ⅠⅢ、Ⅱ這種換熱組合流程得優(yōu)點是：當(dāng)?shù)谝欢未呋瘎┗钚越档停磻?yīng)后移，則Ⅱ、Ⅲ換熱器能保證一次轉(zhuǎn)化達到反應(yīng)溫度?！皟赊D(zhuǎn)兩吸“流程與“一轉(zhuǎn)一吸”流程比較，具有下述優(yōu)點。①最終轉(zhuǎn)化率比一次轉(zhuǎn)化高，可達 ％～％。因此，尾氣中二氧化硫濟源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 32 含量可低達 ％～％，比“一轉(zhuǎn)一吸”尾氣中二氧化硫含量降低 5～10 倍，減少了尾氣煙害。②能夠處理 SO 含量高的爐氣。以焙燒硫鐵礦為例，SO 起始濃度可提高到2 2％～10％，與一次轉(zhuǎn)化的 7％～％對比，同樣設(shè)備可以增產(chǎn) 30％～40％。③“兩轉(zhuǎn)兩吸”流程多了一次轉(zhuǎn)化和吸收，雖然投資比一次轉(zhuǎn)化高 10％左有，但與“一轉(zhuǎn)一吸”再加上層氣回收的流程相比，實際投資可降低 5％左有，生產(chǎn)成本降低 3％。由于少了尾氣回收工序，勞動生產(chǎn)率可以提高 7％?！皟赊D(zhuǎn)兩吸”流程亦有其缺點：①由于增設(shè)中間吸收塔，轉(zhuǎn)化氣溫度由高到低，再到高，整個系統(tǒng)熱量損失較大。氣體兩次從 70℃左右升高到 420℃，換熱面積較一次轉(zhuǎn)化大。而且爐氣中 SO 含量超低，換熱面積增加得越多。2②兩次轉(zhuǎn)化較一次轉(zhuǎn)化增加了一臺中間吸收塔及幾臺換熱器，阻力比一次轉(zhuǎn)化流程增大 ～。濟源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 33 第五章 三氧化硫的吸收5．1 三氧化硫吸收的工藝條件吸收酸濃度因為 SO3 易溶純硫酸中。不能用水進行吸收，否則將形成大量酸霧。工業(yè)上采用 ％硫酸作吸收劑，因其液面上水、三氧化硫和硫酸的總蒸氣壓最低，吸收率最高。吸收酸溫度吸收酸溫度對 SO3 吸收率的影響較為明顯。在其它條件相同的情況下，吸收酸溫度升高，SO 3 、H 2O、H 2SO4的蒸氣壓升高，SO 3的吸收率降低。因此，從吸收率角度考慮，酸溫低好。但是，酸溫度亦不是控制得越低越好，主要有兩個原因：A．進塔氣體一般有水分。盡管進塔氣溫較高，如酸溫度很低，在傳熱傳質(zhì)過程中，不可避免地出現(xiàn)局部溫度低于硫酸蒸氣的露點溫度，此時會有相當(dāng)數(shù)量的酸霧產(chǎn)生。B．由于氣體溫度較高以及吸收反應(yīng)熱，會導(dǎo)致吸收酸有較大溫升，為保持較低酸溫，需大量冷卻水冷卻，導(dǎo)致硫酸成本不必要的升高。 在酸液吸收 S03 時．如用噴淋式冷卻器來冷卻吸收酸，酸溫度應(yīng)控制在 60一 75℃左右，酸溫度過高會加劇硫酸對鐵制設(shè)備和管道的腐蝕。 近 20 年來，隨兩轉(zhuǎn)兩吸工藝的廣泛應(yīng)用，以及低溫余熱利用技術(shù)的成熟，采用較高酸溫和進塔氣溫的高溫吸收工藝既可避免酸霧的生成，減小酸冷器的換熱面積，又可提高吸收酸余熱利用的價值。進塔氣溫的影響進塔氣溫對吸收 SO3 亦有較大影響。在一般的吸收過程中，氣體溫度低有利于提高吸收率和減小吸收設(shè)備體積。但在吸收轉(zhuǎn)化氣中 SO3 時，為避免生成酸霧，氣體溫度不能太低。尤其在轉(zhuǎn)化氣中水含量較高時，提高吸收塔的進氣溫度，能有效地減少酸霧的生成。 從表 51 可以看出，當(dāng)爐氣干燥到含水蒸氣只有 ／m179。時，轉(zhuǎn)化氣進吸收塔溫度必須高于 112℃。表 51 水蒸氣含量與轉(zhuǎn)化氣露點的關(guān)系水蒸氣含量 濟源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 34 轉(zhuǎn)化器的露點 112 121 127 131 135 138 141 在高溫吸收工藝中，進塔氣體溫度提高到 180 一 230℃，這樣氣體在吸收塔中各部位均能保持在露點溫度以上，出轉(zhuǎn)化器的氣體不必冷卻。在兩轉(zhuǎn)兩吸工藝中，采用高溫吸收，提高進塔氣體溫度可很好地解決系統(tǒng)熱乎衡問題，尤其對中間吸收塔更為有利，可以減緩工藝中“熱冷熱”的弊病。循環(huán)酸量的影響為較完全地吸收三氧化硫．循環(huán)酸量的大小亦很重要。若酸量不足，酸在塔的進出口濃度、溫度增長幅度較大，當(dāng)超過規(guī)定指標(biāo)后，吸收率下降。吸收設(shè)備為填料塔時，酸量不足，填料的潤濕率降低，傳質(zhì)面積減少，吸收率降低；相反，循環(huán)酸量亦不能過多，過多對提高吸收率無益，還會增加氣體阻力，增加動力消耗，嚴(yán)重時還會造成氣體夾帶酸沫和液泛。 循環(huán)酸量通常以噴琳密度表示。中國硫酸廠多取噴淋密度在 15—25 m179。／(m 2．h)范圍內(nèi)。 三氧化硫吸收的工藝流程5．2．1 一轉(zhuǎn)一吸干—吸系統(tǒng)工藝流程目前中國硫酸生產(chǎn)，由于技術(shù)發(fā)展的歷史原因，仍有采用一轉(zhuǎn)一吸工藝的。產(chǎn)品只有 98％和 92．5％H 2兩種產(chǎn)品。少數(shù)廠家配有 105％發(fā)煙酸吸收塔，生產(chǎn)20％S0 3(游離)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)煙硫酸，其流程見圖 51。圖 51 生產(chǎn)發(fā)煙硫酸時的干燥吸收流程1發(fā)煙硫酸吸收塔；2濃硫酸吸收塔；3捕沫器；4循環(huán)槽；5泵；6,7 酸冷卻器；8干燥塔濟源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 35 從轉(zhuǎn)化工序?qū)说霓D(zhuǎn)化氣，一部分進入發(fā)煙酸吸收塔，經(jīng)發(fā)煙酸吸收后，與另一部分轉(zhuǎn)化氣混合并進人 98％H2SO4 的酸吸收塔，經(jīng) 98％H2SO4 的硫酸吸收后，導(dǎo)人層氣回收塔或直接放空。105％H 2S04的發(fā)煙酸由吸收塔上部分酸裝置均勻分布在填料上，與轉(zhuǎn)化氣逆流接觸．酸濃度和溫度上升，然后從塔底排出，進入混酸罐(成循環(huán)酸槽)與來自98％H 2S04的硫酸吸收系統(tǒng)的 98％H 2SO4的硫酸混合，控制循環(huán)酸中戰(zhàn)況含量在l04．6％一 l05．0％之間。從酸罐引出的熱酸由泵送人酸冷卻器冷卻，之后，大部分循環(huán)使用，少部分作為產(chǎn)品或串人 98％H 2SO4的硫酸混酸罐。98％H 2SO4的硫酸吸收系統(tǒng)的酸亦在吸收 SO3時濃度升高，溫度上升，出塔后在泥酸罐中與干燥塔串來的 93％H 2SO4的硫酸混合，配成 ％一 ％H 2SO4的硫酸，必要時可加人水。罐中出來的熱酸由酸冷卻器冷卻，其中大部分打人吸收塔循環(huán)使用，一小部分分別串入 105％和 93％H 2S04的硫酸混酸罐。根據(jù)產(chǎn)品的要求，也可引出少量作為成品酸輸出。 [4] 5．2．2 兩轉(zhuǎn)兩吸于—吸系統(tǒng)工藝工藝流程見圖 52。此工藝設(shè)置兩個 98％H 2SO4的硫酸吸收塔，并各使用一個酸液循環(huán)系統(tǒng)。此流程末配標(biāo)準(zhǔn)發(fā)煙酸生產(chǎn)塔，如配的話，一般設(shè)在第一吸收塔前，其它基本同一次吸收工藝。圖 52 冷卻后、泵