《工业制硫酸废弃物处理》由会员分享，可在线阅读，更多相关《工业制硫酸废弃物处理（19页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、长春工业大学化工环保工业制硫酸废弃物处理地 球,是我们人类从古至今赖以生存的家园.在这个家园里,有许多可以供我们生存的资源.但是水可载舟,焉能覆舟.如果我们不保护我们的家园,无节制的向她索取,那地球,她还可以像一个母亲一样养育我们吗?王海南2016/11/3 星期四- 17 -目录一硫酸简介- 1 -1.1硫酸的应用- 1 -1.2硫酸的发展过程- 1 -1.2.1早期的硫酸生产- 1 -1.2.2硝化法的兴衰- 2 -1.2.3接触法- 2 -1.2.4近现代发展- 3 -1.2.5硫酸工业简史- 3 -1.2.6中国硫酸工业的发展- 4 -二硫酸的工业制备- 4 -2.1接触法制硫酸- 4
2、 -2.2SO2气体的制取- 7 -2.4SO3的吸收转化工序- 8 -2.5废渣及废气处理- 10 -2.5.1硫酸渣- 10 -2.5.2硫酸渣处理- 11 -2.5.3尾气中的二氧化硫回收- 16 -一硫酸简介1.1硫酸的应用硫酸是一种重要的基本化工原料，是化学工业中最重印染、无机盐要的产品，主要用于制造无机化学肥料，其次作为基础化工原料用于有色金属的冶炼、石油精炼和石油化工、纺织工业、某些无机酸和有机酸、橡胶工业、油漆工业以及国防军工、农药医药、制革、炼焦等工业部门，此外还用于钢铁酸洗。合成纤维、涂料、洗涤剂，制冷剂、饲料添加剂、石油精炼、有色金属冶炼，钢铁、医药和化学工业等，也都离不
3、开硫酸。硫酸的产量常常被用作衡量一个国家工业发展水平的标志。1.2硫酸的发展过程1.2.1早期的硫酸生产15世纪后半叶，B.瓦伦丁在其著作中,先后提到将绿矾与砂共热,以及将硫磺与硝石混合物焚燃的两种制取硫酸的方法。约1740年，英国人J.沃德首先使用玻璃器皿从事硫酸生产，器皿的容积达300l。在器皿中间歇地焚燃硫磺和硝石的混合物，产生的二氧化硫和氮氧化物与氧、水反应生成硫酸，此即硝化法制硫酸的先导。1.2.2硝化法的兴衰1746年，英国人J.罗巴克在伯明翰建成一座6ft（lft=0.3048m)见方的铅室,这是世界上第一座铅室法生产硫酸的工厂。1805年前后，首次出现在铅室之外设置燃烧炉焚燃硫
4、磺和硝石，使铅室法实现了连续作业。1827年，著名的法国科学家J.L.盖吕萨克建议在铅室之后设置吸硝塔,用铅室产品(65H2SO4)吸收废气中的氮氧化物。1859年，英国人J.格洛弗又在铅室之前增设脱硝塔，成功地从含硝硫酸中充分脱除氮氧化物,并使出塔的产品浓度达76H2SO4。这两项发明的结合，实现了氮氧化物的循环利用，使铅室法工艺得以基本完善。1911年，奥地利人C.奥普尔在赫鲁绍建立了世界上第一套塔式法装置。六个塔的总容积为600m3，日产14t硫酸（以100H2SO4计）。1923年，H.彼德森在匈牙利马扎罗瓦尔建成一套由一个脱硝塔、两个成酸塔和四个吸硝塔组成的七塔式装置，在酸液循环流程
5、及塔内气液接触方式等方面有所创新，提高了生产效率。铅室法产品的浓度为65H2SO4，塔式法则为76H2SO4。在以硫铁矿和冶炼烟气为原料时,产品中还含有多种杂质。40年代起，染料、化纤、有机合成和石油化工等行业对浓硫酸和发烟硫酸的需要量迅速增加，许多工业部门对浓硫酸产品的纯度也提出了更高的要求，因而使接触法逐渐在硫酸工业中居于主导地位。1.2.3接触法1831年，英国的P.菲利普斯首先发明以二氧化硫和空气混合，并通过装有铂粉或铂丝的炽热瓷管制取三氧化硫的方法。1870年，茜素合成法的成功导致染料工业的兴起，对发烟硫酸的需要量激增，为接触法的发展提供了动力。1875年，德国人E.雅各布在克罗伊茨
6、纳赫建成第一座生产发烟硫酸的接触法装置。他曾以铅室法产品进行热分解取得二氧化硫、氧和水蒸气的混合物，冷凝除水后的余气通过催化剂层，制成含43SO3的发烟硫酸。1913年，巴登苯胺纯碱公司发明了添加碱金属盐的钒催化剂，活性较好，不易中毒，且价格较低，在工业应用中显示了优异的成效。从此，性能不断有所改进的钒催化剂相继涌现，并迅速获得广泛应用，终于完全取代了铂及其他催化剂。1.2.4近现代发展近30年的发展第二次世界大战以后，硫酸工业取得了较大的发展，世界硫酸产量不断增长（见表）。世界及部分国家的硫酸产量（Mt,以100%H2SO4计）年份世界美国苏联中国日本法国联邦德国195027.8111.82
7、2.130.072.031.221.45196048.7016.225.391.334.452.053.17197092.3226.7812.062.916.933.684.44198043.0138.2423.007.646.784.814.741.2.5硫酸工业简史现代的硫酸生产技术也有显著的进步。50年代初，联邦德国和美国同时开发成功硫铁矿沸腾焙烧技术。联邦德国的法本拜耳公司于1964年率先实现两次转化工艺的应用，又于1971年建成第一座直径4m的沸腾转化器。1972年,法国的于吉纳-库尔曼公司建造的第一座以硫磺为原料的加压法装置投产,操作压力为500kPa,日产550t(100H2SO
8、4)。1974年,瑞士的汽巴嘉基公司为处理含0.53.0SO2的低浓度烟气,开发一种改良的塔式法工艺,并于1979年在联邦德国建成一套每小时处理10km3焙烧硫化钼矿烟气(0.81.5SO2)的工业装置。1.2.6中国硫酸工业的发展1874年，天津机械局淋硝厂建成中国最早的铅室法装置，1876年投产，日产硫酸约2t，用于制造无烟火药。1934年，中国第一座接触法装置在河南巩县兵工厂分厂投产。1949年以前，中国硫酸最高年产量为180kt(1942)。1983年硫酸产量达8.7Mt（不包括台湾省）,仅次于美国、苏联，居世界第三位。1951年，研制成功并大量生产钒催化剂，此后还陆续开发了几种新品种
9、。1956年，成功地开发了硫铁矿沸腾焙烧技术，并将文氏管洗涤器用于净化作业。1966年,建成了两次转化的工业装置,成为较早应用这项新技术的国家。在热能利用、环境保护、自动控制和装备技术等方面，也取得了丰硕成果。二硫酸的工业制备2.1接触法制硫酸接触法硫酸生产工艺的核心是通过SO2气体与V2O5，催化剂接触，使SO2转化为SO3。根据生产原料的不同，硫酸的生产方法有以下几种：硫磺制酸、硫铁矿制酸、冶炼烟气制酸和硫酸盐(磷石膏、硫酸亚铁)制酸等类型。在接触法硫酸工艺生产过程中，有三个基本的化学反应和与之相联系的工序：SO2气体的制取；SO2的转化；SO3的吸收。l 造气：造SO2，用燃烧单质硫黄或
10、用O2氧化黄铁矿（FeS2)l 催化氧化：使SO2变成SO3l 吸收：用浓硫酸（不用水，怕发烟）吸收SO3。不能用稀硫酸或水来吸收，因为当接触时，会形成酸雾，不利吸收，应用98.3%的硫酸吸收，可提高吸收率。1. 首先说明，化学品的生产和其他工业品的生产有很大不同。化学品并不是使用机床和精密设备生产出来的，而是使用各种管路和反应器生产出来的。其过程有点类似全自动的炒菜熬粥。 硫酸是一个典型的无机大宗化学品。其生产以包含特定元素的廉价物质为原料，经过简单的化学反应得到产品。由于生产规模很大，在工程上有很高的要求。对于硫酸的生产，原料为含硫物质，包括硫单质、硫化氢、含硫的金属矿物等。这些物质经过氧
11、化得到二氧化硫，与空气混合后在催化剂的作用下进一步氧化生成三氧化硫。三氧化硫经过浓硫酸吸收得到产品。这里最后一步吸收非常有意思，本来按照反应式（水和三氧化硫生成硫酸）可以使用水来吸收，但是由于水的蒸汽压太高，用水吸收会产生大量气相物质使吸收效率下降，因此用稀释过的浓硫酸来吸收。浓硫酸中的少量水与三氧化硫反应将其吸收，吸收后液体中的水含量降低，得到更高浓度的硫酸。产生的硫酸分成两部分，一部分直接作为原料输出，另一部分再经过稀释，浓度降低后重新开始下一轮吸收。由此实现了高效、连续的生产。 这个生产过程中重要的反应设备包括：反应器（氧化反应器、催化氧化反应器、吸收塔）和许多管路、换热器、水泵、储罐、
12、阀门等。管路、储罐等设备从名字上就可以想象。换热器通常是经过特殊设计的管路系统。氧化反应器是将硫单质氧化的炉子，作为一个例子，可以参考沸腾焙烧炉。催化氧化反应器通常为固定床反应器，在筛板上装有固体催化剂物质，上一步得到的气体从上方流经催化剂并发生反应，从下方排出，可以参考固定床反应器。吸收塔是一个中空的装置，让气体和液体从两个方向进入并接触，有多种不同的设计，可以参考吸收塔。由于生产规模很大，这些设备的尺寸有些能达到数米。2. 设备的防腐 应该说，任何化工生产所用的设备都存在防腐的问题。一般不会完全防止设备的腐蚀，但是会估计腐蚀的影响，在不影响生产和安全的前提下允许腐蚀的发生。要降低腐蚀的速度
13、，可以选择以下方法：改变操作条件减小腐蚀的反应速率；增加材料的厚度，让表面腐蚀不影响其功能；选择对腐蚀有更强耐受力的材料。由于这些方法各有优缺点，所以通常综合使用。对硫酸而言，一般认为铁对浓硫酸由于钝化作用，会有一定的耐受力，但对发烟硫酸耐受力较弱。在可能的情况下降低温度可以减小腐蚀的程度。在不同的位置使用不同的材料，如运送硫酸的管道可以选择廉价易得的灰口铸铁，抗腐蚀性能一般，通常可以使用715年；冷却装置由于温度较高，需要更多的措施来防止腐蚀，比如采用保护阳极。此外还有许多其他的合金材料和非金属材料拥有更高的防腐蚀性能，但通常会增加成本。工厂在设计时需要综合考虑产量、成本等因素，决定设备所用
14、的材料及型号。2.2SO2气体的制取1)生产SO2：气体的最简单方法是燃烧熔融硫磺S+O2SO2+Q+反应放出的高温位热能用于生产中高压蒸汽2)SO2的第二个来源是焙烧硫化物矿石产生的烟气(硫铁矿制酸或冶炼烟气制酸)2FeS2+5O2+O2Fe3O4+4SO2+Q或FeS2+5O2+O2Fe2O3+4SO2+Q反应放出的高温位热能同样用于生产中高压蒸汽3)磷石膏(石膏)焦炭还原煅烧反应：2CaSO4+C2CaO+2SO2+CO2+4)硫化氢与空气燃烧反应：H2S+O2H2O+SO2+Q硫铁矿制酸硫铁矿在沸腾焙烧炉内通空气燃烧产生SO2气体，经余热锅炉回收热量后，依次通过旋风除尘和电除尘进行干法
15、除尘。随后，炉气再通过洗涤、冷却、除雾等一系列的净化操作进入干燥塔。干燥后的炉气用主鼓风机压送至一转一吸或两转两吸制酸装置内制取硫酸。注意：此时气体并不是纯净的，还含有O2、N2、H2O、As和Se的化合物、矿尘等，必须通过过滤除去矿尘；通过洗气除去As、Se的化合物。若没有除去这些，就会使催化剂中毒，而导致反应不能进行。2.3SO2的转化 2SO2+O2=2SO3+Q，该反应是接触法硫酸生产工艺的核心，它是一个可逆放热反应，在V2O5催化剂的存在下，高于起燃温度时，反应得以进行。然而，随着反应的进行，SO3气体温度升高，平衡向反应式左移，即阻止生成SO2。为了提高SO2转化为的总转化率，必需使经过部分反应的气体通过数段催化剂床层，并且在气体从上一段床层流向下一段时进行中间冷却。 平衡转化率是温度、压力和
