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1、可在三元催化器原理方面引入相关介绍目前，铜、铅、锌、镍等有色金属生产，采用富氧以火法冶炼硫化矿产生（SO2）高达3060 的冶炼烟气，若以常规的转化工艺生产硫酸，不但不能满足日益严格的环保要求，而且经济上不合理。近十多年来，国内、外研究并开发了有关应用高浓度 SO2 冶炼烟气的技术，例如：应燮堂提出的高浓度二氧化硫气体三转三吸生产硫酸的方法；Topsoe 与Chemetics 合作，开发处理（SO2 ）为 40，以空气稀释到 18 的冶炼烟气采用铯催化剂 VK58的？4 2 两转两吸工艺的设想；奥图泰公司的 LUREC 工艺及拜耳公司 BAYQIK 工艺处理高浓度 SO2 烟气技术，并实现了工
2、业化。我国山东省阳谷祥光铜业有限公司引进了奥图泰公司的 LUREC 工艺技术及关键设备，处理该公司闪速熔炼铜精矿和闪速吹炼冰铜产生的高浓度 SO2 烟气生产硫酸。一期规模达700kt/a 硫酸（阴极铜规模 200kt/a） ，该装置已于 2007 年 8 月试生产，12 月正式生产。投产以来制酸系统运行正常。这是奥图泰公司的 LUREC 再循环工艺在全球首次应用到工业生产，处理（SO2）为 1618 的项目。实践证明，其与常规技术比较，从根本上降低了装置的投资费用和操作成本，又可达到较高的热能回收率，并满足环保的严格要求，达到较低的SO2 排放浓度。LUREC 再循环工艺是处理高浓度 SO2
3、冶炼烟气的转化技术，采用 3 2 型 5 段两转两吸工艺：转化器采用内置换热器的结构，能够直接处理（SO2）高达 1618 的冶炼烟气，并回收中间的反应热。1 硫酸装置的设计基础阳谷祥光公司转化工序处理的冶炼烟气量设计能力为13600m3/h（标况） 。2LUREC 转化工艺的基本原理常规转化工艺是以空气将高浓度 SO2 烟气稀释至（SO2 ）低于 13，然后送入转化器进行 SO2 氧化反应。这样的方法虽然避免了 SO2 氧化反应温度过高，使第一段催化剂的温度控制在 630？以下，但是增加了输送气体量，使设备费用及能耗相应增加。LUREC 转化工艺则是采用经一、二、三段催化剂层将 SO2 氧化
4、成 SO3 后的少量烟气代替常规转化工艺中的稀释空气，与高浓度 SO2 冶炼烟气混合后送入转化器，从而降低了进第一段催化剂层的 SO2 浓度，避免了第一段催化剂层超温，通过自动调节再循环量使该段催化剂层的温度可控制在 630 以内。故该技术的核心是再循环。根据有关资料，LUREC 再循环工艺是 LURGIMETALLURGIE 申请的一项专利技术。该工艺的特点是将含有 SO3 的气体再循环到第一段催化剂层，以抑制 SO2 的氧化反应，从而将气体浓度限制在一个可接受的水平。由于 SO3 再循环的作用， SO2 0.5O2SO3 反应热力学平衡趋向较低的 SO2 转化率，在该图中，第一段催化剂层的
5、操作线随着再循环程度提高而向上位移，从而沿着平衡曲线使其转化率限制在较低的水平，这就限制了其相应的反应温度。较大的再循环量将操作线向上推，较低的再循环量则向下推。由于这一简单原理，该工艺易于适应不同的原料气浓度。3 工艺和主要设备 LUREC 工艺的关键技术，是在转化器第三段催化剂层之后分流少量烟气进行再循环，允许将进入转化器的（SO2 ）保持在 1618.随着转化器入口处稀释的空气量减少，比起常规的设计，应用 LUREC 技术的工程设计可以缩小所有设备的尺寸。除了节省投资外，由于该工艺处理的气量减少，主鼓风机的能耗降低，操作成本也显著减少。3.1 高浓度 SO2 转化工艺的简要说明1、LUR
6、EC 再循环工艺转化工序的目的是通过五氧化二钒催化剂将气体的 SO2 转化为SO3。发生的化学反应如下： SO2 0.5O2SO3 99kJ/mol 该反应是强放热的，由热力学平衡控制，受温度、气体成分和压力的影响。产生的热量将主要用于加热从二氧化硫鼓风机出来的工艺气体，而过剩的热量转移生成中压蒸汽。整个转化器（包括内部换热器）由不锈钢制成，能持续承受 640 的工作温度。为了实现和确保可持续的高转化率，必须关注两个问题：一是确保各段催化剂层的隔离，以避免气体绕过任一催化剂层出现短路，转化器全部采用焊接结构，其内部各段催化剂床层的隔离板全部与壳体和中心管焊接，因此绝对不漏气；二是各段催化剂床层
7、均采用径向流动的气体入口，确保良好的气体输送，并均匀地分布于每个催化剂床层。从 SO2 鼓风机出口，冷气首先直接穿过外部冷 热交换器 壳程和内部热换热器管程到达转化器的第一段催化剂床层，进入这个床层的工艺气体温度达到 390400，铯催化剂在这里作为起燃层。在第一段催化剂床层，5760 的二氧化硫转化为三氧化硫。放热反应将导致床层出口温度超过 660，远远超出了钒催化剂所能承受的操作极限。为了使床层出口温度降到 620630可接受的水平，一部分预冷却的含三氧化硫气体将从2 废热锅炉出口通过高温循环鼓风机( 风机选型的计算公式 )到达转化器的第一段催化剂床层。含高浓度三氧化硫的气体使第一段催化剂
8、床层的绝热反应温度最高值限制在 620630.为了使第二段催化剂床层达到最佳转化条件，第一段催化剂床层的出口气体在进入第二段催化剂床层前应通过内置热换热器壳程降温至 440.在第二段催化剂床层上的全部二氧化硫累计约有 8283 转化为三氧化硫，由此产生的绝热反应温度为 535540.出第二段催化剂床层的气体，在内置再热换热器壳程中被冷却，气体温度下降到约 450，并对管程中进第四段催化剂床层的 SO2 气体进行加热。出第二段催化剂床层的工艺气体冷却后进入第三段催化剂床层。在第三段催化剂床层的二氧化硫进一步转化为三氧化硫，绝热气体温度达到了 485.经过三段床层后的总转化率达到约 9192.三氧
9、化硫气体在离开第二段催化剂床层后，在废热锅炉/省煤器中被冷却到大约 280，在此也回收过剩的热量产生 2.8MPa 的蒸汽。一小部分气体被分流去实行 LUREC 再循环工艺。在冷再热换热器（包括损耗部分）上经过进一步冷却后，工艺气体进入中间吸收塔的温度大约为 165.烟气中所含的三氧化硫被中间吸收塔吸收，转化为硫酸。出中间吸收塔后，大约为 80 的工艺气体返回冷再热换热器（包括损耗部分）的壳程，并进一步在内置中间再热换热器（管程和再热换热器管程加热到约 415，进入第四段催化剂床层。离开第四段催化剂床层时转化率累计约为 99.6.工艺气体离开第四段催化剂床层的温度约为 460，通过中间再热换热
10、器（壳程，使其冷却到第五段催化剂床层入口所需的约为 380？的温度。第五段催化剂床层装填铯催化剂，实现二氧化硫的总转化率超过 99.9.离开第五段催化剂床层，气体温度约 382，在废热锅炉/省煤器、冷热交换器（包括损耗部分）中进行冷却，温度大约为 160 进入最终吸收塔。烟气中所含的三氧化硫气体被最终吸收塔吸收并转化为硫酸。2、温度控制转化系统配备有合适的烟气旁路，以控制每一催化剂床层的气体入口温度。旁路分布在转化器的内部和外部，所有调节阀设于转化器外部。第一段催化剂床层的出口温度是由 LUREC 工艺气体的再循环控制。为保持这一温度稳定，高温循环鼓风机配有受第一段催化剂床层出口温度控制的变速
11、驱动器。当出口温度升高，例如在有较高浓度的二氧化硫原料气的情况下，烟气再循环的量增加，反之亦然。在废热锅炉/省煤器系统安装的烟气旁路，是为了方便开车运行以及气体浓度可能会低于正常设计水平时使用。确保装置在二氧化硫的体积分数低至 8 的情况下自热运行。3.2LUREC 高浓度 SO2 烟气转化工艺流程 LUREC 高浓度 SO2 烟气转化工艺流程。烟气转化工艺流程示意 3.3 主要设备 1、转化器采用内置换热器的转化器（11.90m）21.46m） ，上部采用 321 不锈钢，下部采用 304 不锈钢，内置换热器（均放置在转化器内部。换为热热换热器、换为再热换热器、 （换为中间再热换热器，均使用
12、不锈钢制成。转化器床层催化剂装填情况。2、SO2 鼓风机采用德国 KKK 公司制造的恒速风机，通过齿轮箱驱动，导向叶片调节。最大风量 1.34）105m3/h 全压 60kPa 配套电动机功率 3360kW3、高温循环鼓风机输送温度为 280 含 SO2 的烟气，外壳设有电加热器及隔热罩，德国 PILLER 公司生产。附变频电动机（中国生产） ，功率 355kW.4、其他主要设备其他主要设备有1 废热锅炉（水管式）/省煤器、2 废热锅炉（水管式）/省煤器、冷热换热器和冷再热换热器等，它们多是锅炉钢制的，易损耗部件用不锈钢制成。4 应用实例山东省阳谷祥光铜业有限公司引进了 LUREC 高浓度 S
13、O2 烟气转化工艺技术，其主要工艺技术指标及运行情况如下。4.1 主要工艺技术指标该工程投产以来，转化器进口工艺气（SO2 ）为 1416，最终转化率平均大于 99.93，放空尾气中 SO2 质量浓度为 292mg/m3。日产硫酸量最高达 2463.44t（100H2SO4） ，输送烟气量高达 143000m3/h，工艺气中（SO2）为 15.016.5.据称其能力为设计值的 120.转化工序主要运行参数，各段催化剂进出口温度。4.2 主要特点 1、由于换热器（均设置在转化器内部，减少了外换热器的数量和设备之间的连接管道，简化了布置，传热损失小，热利用率高。2、转化率高，平均在 99.95 以
14、上，不需再设尾气脱硫装置，减少了排放尾气中的 SO2质量浓度。3、实现了高浓度 SO2 冶炼烟气制酸低成本的转化工艺，转化器入口烟气中（ SO2）大于 16.烟气量比常规转化工艺减少 20，能耗仅 65kWh/t（100H2SO4 计） ，运行成本低。4、适用范围广， （SO2）为 717 的烟气均可以适应。5、设有高温循环鼓风机，采用变频控制，整个转化系统的温度调节可自动控制。5 对高浓度 SO2 烟气转化工艺的评价关于 LUREC 高浓度 SO2 转化工艺的优点，有关文献主流评价意见基本上是肯定的。它通过降低装置烟气的流量，节省了投资，降低了操作成本，提高了热能的回收率，从而提高了硫酸生产
15、的经济收益；另外，随着烟气用量的减少，排放的烟气量降低，有利于控制 SO2、SO3 排放量。国内有的论文分析了高浓度 SO2 转化工艺和常规转化工艺的优劣，认为在流程方面两者都比较简洁，控制原理简单，容易操作。常规转化工艺比高浓度 SO2 转化工艺的设备大 2030；占地面积相应大 20；然而主要费用两者却基本相当。因为高浓度 SO2 转化工艺需多支付的引进技术和装备费用，抵偿了设备小节省的费用。高浓度 SO2 转化工艺比常规转化工艺运行成本低 30，能量多回收36，尾气及 SO2 排放量少，高浓度 SO2 转化工艺排放的 SO2 仅约 300mg/m3，而常规转化工艺却高了一倍以上。国外有关机构研究了各种常规转化工艺和 LUREC 工艺硫酸装置投资的关系；还研究了采用不同转化工艺的 3000t/d 硫酸装置投资与操作成本；2000t/d 硫酸装置分别采用 LUREC工艺与常规转化工艺的比较。上述分析研究认为 LUREC 工艺较常规转化工艺具有明显的优势，差异在 2025.目前，处理高浓度 SO2 烟气转化工艺技术的研究和工业化应用，积累了不少成功经验，也有许多创新成果，将为今后处理和利用高浓度 SO2 烟气提供更成熟、更优化的 SO2 转化工艺技术。
