冶煉煙氣制酸工藝介紹-張云鵬

第一頁，共43頁。一冶煉煙氣處理的必要性1生存環(huán)境與公司生產(chǎn)的共融性草原的藍天冶煉的生產(chǎn)矛盾并不矛盾，而是可以和諧共處環(huán)保冶煉煙氣處理第二頁，共43頁。2重金屬冶煉工廠應(yīng)遵守的環(huán)保法規(guī)《中華人民共和國環(huán)境保護法》《中華人民共和國水污染防治法》《中華人民共和國大氣污染防治法》《中華人民共和國固體廢物污染環(huán)境防治法》《中華人民共和國環(huán)境噪聲污染防治法》《建設(shè)項目環(huán)境保護管理條例》《放射環(huán)境管理辦法》第三頁，共43頁。二冶煉煙氣處理的主要手段1冶煉煙氣制酸2冶煉煙氣制硫磺3氨酸法4石灰/石灰石—石膏法5堿式硫酸鋁—石膏法6托普索WSA工藝7非穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)化法第四頁，共43頁。三冶煉煙氣制酸1冶煉煙氣制酸簡述

由于大部分冶煉原料均為金屬硫化物，比如硫化鋅、硫化鉛等，在冶煉中會釋放大量的二氧化硫，其對環(huán)境的的污染十分嚴重。而當煙氣中的SO2的濃度高于3.5%時，則可采用冶煉煙氣制酸的方法，將其變廢為寶。這不僅充分利用了資源、保護了環(huán)境，還為企業(yè)增加了經(jīng)濟效益。第五頁，共43頁。2冶煉煙氣制酸的工序流程

本次所講的煙氣制酸是采用稀酸凈化、兩次轉(zhuǎn)化、兩次吸收的常壓接觸法制酸工藝。工序流程可分為：凈化工段、干吸工段、轉(zhuǎn)化工段、酸庫工段煙氣流程：煙氣→一級動力波→空氣冷卻塔→二級動力波→電除霧器→干燥塔→SO2風機→轉(zhuǎn)化器→一吸塔→轉(zhuǎn)化器→二吸塔→尾氣排空第六頁，共43頁。3凈化工段（1）煙氣凈化的目的：盡可能地除去下列雜質(zhì)礦塵容易堵塞管道砷和硒危害觸媒氟危害瓷環(huán)瓷環(huán)填料觸媒的載體二氧化碳和烴類氣體消耗較多氧，使氧硫比失衡水分（酸霧）是一切雜質(zhì)的載體第七頁，共43頁。（2）煙氣凈化的主體設(shè)備一級動力波空氣冷卻塔二級動力波電除霧器圓錐沉降槽壓濾機凈化工段稀酸循環(huán)系統(tǒng)上清液儲槽SO2脫吸塔第八頁，共43頁。（3）煙氣的凈化流程

由收塵系統(tǒng)排風機出來的340℃（300℃）高溫冶煉煙氣送入硫酸車間凈化工段。該煙氣首先在一級高效洗滌器中被絕熱冷卻和洗滌除雜質(zhì)，再進入氣體冷卻塔進行進一步冷卻及除雜質(zhì)，然后又進入第二級高效洗滌器再次凈化。此時煙氣中絕大部分煙塵、砷及氟等雜質(zhì)已被清除。同時煙氣溫度降至34℃（35℃）左右。進入兩級管式電除霧除下酸霧，使煙氣中的酸霧含量降至≤5mg/m3。煙氣中夾帶的少量砷、氟、塵等雜質(zhì)也進一步被清除，凈化后的煙氣送往干吸工段。第九頁，共43頁。第十頁，共43頁。一級動力波的工作原理：利用高速氣體把從底部射入的液體沖擊成無數(shù)細小液滴，使氣液高度湍流混合，充分接觸，強化傳質(zhì)傳熱，達到絕熱降溫和除塵的目的。冶煉煙氣來270~330℃稀酸循環(huán)泵排污管去氣體冷卻塔≤65℃氣冷串酸來電除霧沖洗來高位水槽一級動力波（4）SO2煙氣凈化的原理第十一頁，共43頁。一動來氣≤65℃循環(huán)泵串酸去一動去二動≈35℃二動串酸來循環(huán)水換熱器進入氣體冷卻塔的一些雜質(zhì)較大部分含于酸霧中，溫度一般在50~65℃之間。因為含塵量低，不易堵塞，所以氣體冷卻塔采用填料塔，用濃度為1~2%的硫酸噴淋洗滌。在氣體冷卻塔主要發(fā)生以下五個作用：1、爐氣進一步被冷卻到35℃以下，噴淋酸被加熱；2、爐氣中的礦塵、金屬氧化物進一步被洗滌除去，氣體中殘留的砷、氟、和硒等雜質(zhì)部分溶解于酸液中；3、部分酸霧被捕集；4、由于爐氣溫度的降低，使氣體中水蒸汽在酸霧粒子表面冷凝而使酸霧顆粒增大，為提高二級動力波除酸霧效率創(chuàng)造了條件；5、由于氣體溫度降低，水的飽和蒸汽壓相應(yīng)降低，爐氣中的水部分冷凝。熱第十二頁，共43頁。稀酸循環(huán)泵串酸去氣冷補充新水氣冷來氣≈35℃去一電除霧≈30℃二級動力波的作用：1.爐氣進一步被冷卻，一般可降低3~5℃.溫度降低了，爐氣中部分水蒸汽在酸霧表面冷凝而使酸霧顆粒增大，有利于一二級電除霧器的除霧效率提高。同時也使爐氣帶入干燥塔的水量減少（因為爐氣帶入干燥塔的水量大體上等于第二級電除霧器的氣體溫度下的飽和水蒸汽含水量），有利于成品酸濃的維持和提高；2、由于噴淋酸濃度的降低，酸霧被稀釋而使顆粒長大；酸濃從30%降到5%，使酸霧顆粒直徑將增大近1倍，如果酸濃降到1%，酸霧顆粒直徑將增大2.3倍，這對電除霧器的除霧效率使非常有利的；3、三氧化二砷、氟化氫和酸霧等雜質(zhì)，在二級動力波內(nèi)有部分會被捕集溶解在酸液中。因此噴淋酸濃度會逐漸提高，酸中砷、氟等雜質(zhì)含量也會逐漸增多。折流板第十三頁，共43頁。380V交流電源絕緣箱高壓發(fā)生器沖洗水接大地一級電除霧器原理：爐氣通過高壓直流電場產(chǎn)生電離，塵?；蛩犰F與負離子相遇而荷電，在電場力額作用下移向沉淀極釋放電子而變成中性粒子，靠重力順壁而下，使爐氣得以凈化。結(jié)構(gòu)：A.高壓發(fā)生器及絕緣系統(tǒng)B.帶芒刺的陰極線，產(chǎn)生電暈，發(fā)射電子，使煙氣中微粒（酸霧）帶負電。C.六角形陽極管，收集帶負電荷的微粒。D.沖洗水系統(tǒng)，沖洗陰極線和陽極管壁上的升華硫和沉積物。工作參數(shù):電壓:35~45KV電流:110~130mA氣速:1.2~1.5m/s二動來氣去二電除霧酸霧〈30mg/m3去電除霧沖洗槽第十四頁，共43頁。380V交流電源絕緣箱高壓發(fā)生器沖洗水接大地二級電除霧器一電除霧來氣去干燥塔酸霧＜5mg/m3水分＜0.1g/m3沖洗槽至一動一級電除霧器沖洗水安全水封安全水封作用：維持系統(tǒng)負壓，保護前段玻璃鋼設(shè)備。工作參數(shù):電壓:30~40KV電流:90~110mA氣速:1.2~1.5m/s第十五頁，共43頁。凈化工段稀酸循環(huán)系統(tǒng)凈化工段中的第一級高效洗滌器，氣體冷卻塔及第二級高效洗滌器均有單獨的稀酸循環(huán)系統(tǒng)。氣體冷卻塔的循環(huán)酸通過板式換熱器進行換熱。稀酸采取由稀向濃、由后向前的串酸方式。引出的廢酸由一級高效洗滌器循環(huán)槽中根據(jù)廢酸生成量和廢酸的含砷、含塵量抽出一定的量送至沉降槽沉降。沉降槽的底流送入壓濾機進行壓濾。濾餅因含有價金屬可直接外售或返回熔煉系統(tǒng)，濾液及沉降槽的上清液進入上清液貯槽。再用泵送至脫吸塔，脫吸塔脫吸后的氣體送入鋅系統(tǒng)電除霧前煙氣管道進入系統(tǒng)。脫吸后的廢酸流入污酸處理工序。脫吸塔第十六頁，共43頁?；貎艋鞒躺锨逡合∷酳O2空氣壓濾機一級動力波污酸圓錐沉降槽濾渣堆放污酸處理脫吸塔上清液儲槽脫吸塔的主要作用是脫出溶解在稀酸中的二氧化硫，減少環(huán)境污染的同時提高總硫利用率。圓錐沉降槽的主要作用是：利用稀酸中固體的重力作用，實現(xiàn)固液初步分離，通過壓濾機進一步分離，回收和利用煙塵中的有價金屬。第十七頁，共43頁。（5）控制要點1事故高位槽不能缺水2各管道煙氣溫度要嚴格控制3稀酸洗凈化的酸濃要有所控制4安全水封不能缺水5電除霧器的開啟要求第十八頁，共43頁。4轉(zhuǎn)化工段（1）二氧化硫轉(zhuǎn)化的定義煙氣在凈化工序除去礦塵、酸霧、砷、氟等有害雜質(zhì)后，再通過干吸工序的干燥塔除去水分，然后進入轉(zhuǎn)化工序，在一定的溫度下，通過觸媒的催化，使煙氣中的二氧化硫與氧化合生產(chǎn)三氧化硫，簡稱二氧化硫的轉(zhuǎn)化。第十九頁，共43頁。（2）煙氣轉(zhuǎn)化工段的主體設(shè)備換熱器轉(zhuǎn)化器鼓風機第二十頁，共43頁。（3）煙氣流程

轉(zhuǎn)化工段采用了四段“３+１”式雙接觸工藝，“ⅣⅠ－ⅢⅡ”換熱流程。

從SO2鼓風機來的冷SO2氣體，俗稱一次氣，利用第Ⅳ熱交換器和第Ⅰ熱交換器被第四段和第一段觸媒層出來的熱氣體加熱到430℃進入轉(zhuǎn)化器一段觸媒層經(jīng)第一、二、三段觸媒層催化氧化后SO2轉(zhuǎn)化率約為94.9%的SO3氣體，經(jīng)各自對應(yīng)的換熱器換熱后送往第一吸收塔吸收SO3制取硫酸。第一吸收塔出來的未反應(yīng)的冷SO2氣體，俗稱二次氣，利用第Ⅲ熱交換器和第Ⅱ熱交換被第三段、第二段觸媒出來的熱氣體加熱到430℃，進入轉(zhuǎn)化器四段觸媒層進行第二次轉(zhuǎn)化。經(jīng)催化轉(zhuǎn)化后，總轉(zhuǎn)化率≥99.75%的SO3氣體，經(jīng)第Ⅳ熱交換器換熱后送往第二吸收塔吸收SO3制取硫酸。在各換熱器進行換熱時，被加熱的SO2氣體走各列管熱交換器的管間，而被冷卻的SO3氣體則走各列管熱交換器的管內(nèi)。為了控制進第一吸收塔的SO3煙氣溫度不至于太高，在第Ⅲ熱交換器與第一吸收塔之間設(shè)置了SO3冷卻器；為了控制進第二吸收塔的SO3煙氣溫度不至于太高，在第Ⅳ熱交換器與第二吸收塔之間設(shè)置了SO3冷卻器，利用冷卻風機用間接換熱的辦法使進第一、第二吸收塔的溫度適宜。轉(zhuǎn)化器第二十一頁，共43頁。Ⅰ交四層二層Ⅲ交Ⅱ交Ⅳ交一冷二冷（SO3冷卻器）二冷風機SO2風機一冷風機去一吸塔轉(zhuǎn)化器去二吸塔一吸塔來干燥塔來三層一層一次氣二次氣（SO3冷卻器）T1入=430℃

T1出=450℃

T2入=430℃

T2出=460℃T3入=440℃T3出=460℃T4入=420℃T4出=440℃第二十二頁，共43頁。第二十三頁，共43頁。1>二氧化硫氣體的轉(zhuǎn)化的化學方程SO2+O2SO3+Q從這個化學方程式可以看出這是一個分子數(shù)目減少（體積減小）和放熱的反應(yīng)。在SO2與O2反應(yīng)生成SO3（這個從左向右方向進行的反應(yīng)叫正反應(yīng)）的同時，SO3也有一部分分解為SO2和O2（這個從右向左方向進行的反應(yīng)叫逆反應(yīng)）。因此，我們說SO2轉(zhuǎn)化反應(yīng)是一個可逆的反應(yīng)過程。已反應(yīng)了的SO2對起始SO2總量之比百分比叫做總轉(zhuǎn)化率。2>反應(yīng)的平衡和轉(zhuǎn)化率在反應(yīng)開始時，由于反應(yīng)物（SO2）濃度很高，沒有SO3，所以正反應(yīng)速度很快，隨著反應(yīng)的進行，SO2和O2濃度減少，正反應(yīng)速度變慢，而隨著SO3濃度的增加，逆應(yīng)速度變快。一個變慢一個變快，相互接近，最后達到正反應(yīng)速度與逆反應(yīng)相等。這時轉(zhuǎn)化生成的SO3量剛好等于分解的SO3量。只要反應(yīng)條件不改變，無論時間多長，反應(yīng)物不再減少，生成物也不再增加。此時反應(yīng)達到了化學平衡，反應(yīng)速度為零。各個組分的濃度稱為平衡濃度，這時SO2的轉(zhuǎn)化率稱為平衡轉(zhuǎn)化率?；瘜W反應(yīng)達到了平衡就是在一定條件下達到了反應(yīng)的極限，所以平衡轉(zhuǎn)化率就是在該條件下可能達到的最大轉(zhuǎn)化率。平衡轉(zhuǎn)化率越高，則實際可能達到的轉(zhuǎn)化率也越高。催化劑高溫（4）轉(zhuǎn)化原理第二十四頁，共43頁。3>反應(yīng)所用的催化劑釩觸媒含有7%-12%五氧化二釩，這是具有催化活性的主體成分。一般把五氧化二釩叫“活性劑”。還含有一定量的堿金屬鹽，通稱堿金屬鹽為“促進劑”，或叫“助催化劑”，一般常采用鉀的硫酸鹽。觸媒中除五氧化二釩、硫酸鉀兩種成分以外，還有大量的二氧化硅，它的作用主要是做載體。工業(yè)上一般采用硅藻土或硅膠，以用硅藻土為多。載體的作用使反應(yīng)氣體與觸媒中活性組分充分接觸，從而提高轉(zhuǎn)化效率。在高溫下，觸媒催化活性下降主要有以下原因：（1）在高溫下，觸媒中的五氧化二釩和硫酸鉀形成了一種比較穩(wěn)定的，無催化活性的氧釩基——釩酸鹽，分子式為：4V2O5

●V2O4

●K2O4V2O5

●V2O4

●2K2O5V2O5

●V2O4

●K2O（2）在610℃以上的高溫作用下，觸媒中的鉀和二氧化硅結(jié)合，隨著活性物質(zhì)中鉀含量的減少，使五氧化二釩從熔融物中析出來，造成催化活性下降；（3）在610℃左右，五氧化二釩和載體二氧化硅之間會慢慢發(fā)生固相反應(yīng)，使部分五氧化二釩變成了沒有活性的硅酸鹽。第二十五頁，共43頁。（5）控制要點1轉(zhuǎn)化器各層的溫度2氧硫比的控制3SO2鼓風機開度的調(diào)節(jié)第二十六頁，共43頁。5干吸工段（1）氣體干吸的目的在轉(zhuǎn)化操作溫度下，雖然SO2氣體中的水蒸氣對釩催化劑是沒有危害的，但是水蒸氣和轉(zhuǎn)化后的SO3一起，在吸收中會形成酸霧且很難被吸收，可導致尾氣煙囪冒煙，同時酸霧與水分綜合利用，可造成干吸及轉(zhuǎn)化工序中管道設(shè)備的腐蝕，甚至造成催化劑結(jié)塊，活性降低、阻力增大等。三氧化硫的吸收是接觸法制造硫酸的最后一道工序，雖然在生產(chǎn)硫酸的吸收操作中，存在著物理和化學吸收的兩種過程，但是我們還是習慣地稱其為三氧化硫的吸收。第二十七頁，共43頁。（2）干吸工段的主題設(shè)備干燥塔吸收塔酸循環(huán)槽換熱器除霧沫設(shè)備第二十八頁，共43頁。（3）干吸工序的煙氣流程干吸工段采用了常規(guī)的一級干燥、二次吸收的煙氣處理流程。在干吸工段，干燥塔內(nèi)循環(huán)淋灑93%濃硫酸，一吸塔和二吸塔內(nèi)循環(huán)淋灑98%濃硫酸。濃硫酸循環(huán)系統(tǒng)均采用塔－槽－泵－冷卻器－塔的泵后冷卻工藝流程。吸收主要設(shè)備有：吸收塔、循環(huán)酸槽、酸泵以及酸冷器等。帶陽極保護的酸冷卻器用于干吸工序濃硫酸的冷卻，采用固定管殼式結(jié)構(gòu)，殼側(cè)走酸，管側(cè)走水，冷卻介質(zhì)用工業(yè)循環(huán)冷卻水。陽極保護管殼式濃酸冷卻器的主材質(zhì)是316L不銹鋼，殼體用314不銹鋼，并附陽極保護裝置。采用泵后冷卻流程，即酸冷卻器位于泵和塔之間，泵出口之后。濃硫酸冷卻器是加壓操作，并采用板式換熱器進行換熱。第二十九頁，共43頁。第三十頁，共43頁。電除霧來氣≈30℃循環(huán)泵循環(huán)水②吸串干①干串吸去轉(zhuǎn)化水分〈0.1g/m3酸濃儀去地下槽干燥塔母酸管④串至成品槽熱干燥塔酸濃93%~95%上塔酸溫~40出塔酸溫<651>煙氣的干燥

凈化工段出來的凈化煙氣，在淋灑93%硫酸的干燥塔內(nèi)脫除煙氣中所含的水份，經(jīng)干燥后含水≤0.1g/m3的煙氣經(jīng)SO2鼓風機送往轉(zhuǎn)化工段。第三十一頁，共43頁。循環(huán)水加入新水①干串吸②吸串干去尾吸或排空酸濃儀③串至成品槽去三交殼程二冷卻器來氣一冷卻器來氣去地下槽母酸管熱熱二吸塔一吸塔2>煙氣的吸收酸濃：98.2%~98.8%酸溫：55~60濃硫酸冷卻器第三十二頁，共43頁。3>酸溫的冷卻1-管式干燥冷卻器，2-管式吸收冷卻器第三十三頁，共43頁。5>尾氣的外排

第二吸收塔的煙氣經(jīng)塔頭纖維除霧器除霧后將酸霧量降至≤42mg/m3，然后由尾氣煙囪排空。尾氣煙囪入口的SO2濃度≤336PPm第三十四頁，共43頁。（1）雙膜理論：在氣液兩相接觸時其間存在著界面，界面雙方又分別存在著一層穩(wěn)定的氣膜和液膜，一切質(zhì)量和熱量的傳遞必須克服氣膜和液膜阻力后才可以進行，這就是我們所稱的雙膜理論。氣體在干燥過程中，氣體中的水蒸氣通過氣相主體以對流的形式擴散到氣膜，然后以分子擴散的形式通過液膜，再以對流擴散的形式傳遞到液相主體，從而使氣體得以干燥。液相主體氣液兩相界面氣膜液膜氣相主體雙膜示意圖干燥塔至SO23K風機4干吸的原理第三十五頁，共43頁。根據(jù)“雙膜理論”，我們在實際生產(chǎn)過程中可以從以下三方面著手，強化傳質(zhì)過程。1>提高氣液流動速度，使氣膜和液膜變薄，更新快，有利于傳質(zhì)過程的進行。但流速過快，流體阻力隨之增大，而且還會出現(xiàn)乳化和液泛現(xiàn)象。2>增大氣液接觸面積，即一方面要注意選擇表面積大、流體力學性能好的填料，如將拉西環(huán)改為矩鞍形環(huán)和階梯環(huán)等。另一方面還要注意改進設(shè)備結(jié)構(gòu)（因氣液兩相有穩(wěn)定的界面，氣液間接觸面積的大小，主要由設(shè)備由設(shè)備結(jié)構(gòu)決定），例如將填充塔改為泡沫塔等。3>增加噴淋密度或改善噴淋狀況，提高填料的潤濕率，增加有效的接觸面積。但要注意防止由此引起的阻力過大和帶沫的現(xiàn)象，更要注意不能發(fā)生液泛現(xiàn)象。第三十六頁，共43頁。2>SO3氣體的吸收原理SO3被濃硫酸吸收后與其中的水化合成硫酸，其反應(yīng)式為：nSO3+H2O→H2SO4+(n-1)SO3+89247J由此反應(yīng)可知，隨