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1、冶炼烟气制酸中干燥和吸收工段李文文（昆明冶金高等专科学校 环境与化工学院 化工0601班）摘要 本文主要分阐述了冶炼烟气制酸制酸工艺中的干吸工段中的各影响因素。根据相关资料与云南驰宏锌锗股份有限公司曲靖生产区硫酸车间的生产实际相结合，分析了硫酸生产工艺中影响干吸工段的重要因素。干燥系统和吸收系统是硫酸生产过程中两个不相连贯的工序。由于在两个系统中均以浓硫酸做为吸收剂，彼此需要进行串酸维持调节各自浓度，而且采用的设备相似，故在生产和设计上通常划为同一工序，称为“干吸工序”。通过研究干吸工段的各影响因素可以有效的提高二氧化硫烟气的转化率，提高三氧化硫的吸收率，减少尾气排放，对企业生产和安全环保非常
2、重要。关键词 冶炼烟气制酸 干燥 吸收1引言大部分有色金属矿都是金属硫化物，比如硫化锌、硫化铅和硫化镍等，随着有色金属工业的发展，利用冶炼烟气制酸也呈上升趋势，不仅充分利用了资源保护了环境还为企业增加了经济效益。有色金属的冶炼分火法和湿法冶炼，湿法冶炼就是金属硫化物在高温下焙烧脱硫，把金属硫化物转化为金属氧化物和SO2 （还有部分硫蒸气和SO3）气体，然后把焙烧后含SO2的烟气经过旋风收尘器、电除尘器等除尘设备除去大部分烟尘后再送往净化工段降温并进一步除去烟气中的尘、杂质和酸雾等，最后把合格的SO2烟气送往干吸工段和转化工段制成成品酸，该流程的主要特点是连续作业性较强，产生的烟气中SO2浓度比
3、较稳定，一般在68.5%，转化系统比较稳定。火法冶炼就是金属硫化物在高温下脱硫焙烧，使金属硫化物转化为金属氧化物和SO2 （还有部分硫蒸气和SO3）气体，该流程包括熔炼、排放和排渣等几个过程，该流程的主要特点是间断作业性较强，所以产生的SO2烟气中SO2浓度不稳定，一般在210%，转化系统很不稳定。冶炼烟气制酸一般分为四个工段：净化、干燥、转化和吸收，其中干燥和吸收的联系十分紧密，所以合称干吸工段。干吸工段对整个制酸工艺起着十分重要的作用，它不仅关系到产品的产量、质量而且还影响环境安全。本文利用相关资料结合生产实际对干吸工段的主要影响因素进行了论述。2干吸工段工艺流程2.1干吸工段工艺流程图S
4、O2烟气干燥塔K风机烟 气酸 冷 器酸泵循 环 酸 槽一 吸 塔热交换器(管内)烟 气酸 冷 器酸泵循 环 酸 槽热交换器(管间)烟 气SO3冷却器(管内)二吸塔尾气排空烟 气成品中间槽酸泵酸冷器硫酸（去酸库）冷却塔循环水池水泵（注：8朱化芬.云南驰宏锌锗股份有限公司文件 曲靖硫酸厂各工段工艺流程图.云南驰宏锌锗股份有限公司硫酸厂. 2006,9.）2.2工艺及设备简述所谓的“两转两吸”工艺就是，炉气进行一次转化、一次吸收后、再进行第二次转化和第二次吸收。采用两次转化工艺时，催化剂转填段数以及其在前后两次转化的分配与最终转化率、换热面积大小有很大关系。流程的特征，可采用第一、二次转化段数和含S
5、O2气通过换热器的次序来表示。例如：3+1，、-、流程，是指第一次转化用三段催化剂，第二次转化用一段催化剂；第一次转化前，含SO2气体通过换热器的次序为：第换热器（指冷却从第段催化剂床出来的转化气用的换热器），第换热器；第二次转化前，含的SO2气体通过换热器的次序为第换热器，第换热器。此外常见的还有3+1，、-、等流程。现在，一般有“2+1”、“ 3+1”、“ 2+2”、“ 3+2”等组合方式，国内外多采用“3+1”组合方式。这种方式，气体进入第一吸收塔（中间吸收塔）后，由于经过三段转过三段转化，在塔中将会有更多SO3从系统中移去，如果第二次转化反应温度足够低，则可以获得稍高的最终转化率。吸收
6、主要设备有：吸收塔、循环酸槽、酸泵以及酸冷器等，这些设备同干燥系统的设备在功能与结构上都相近，其中吸收塔类型同干燥系统。干燥-吸收系统所用酸冷器可以分为管壳式、淋洗式、螺旋板式和板式等。带阳极保护的酸冷却器用于干吸工序浓硫酸的冷却，采用固定管壳式结构，壳侧走酸，管侧走水，冷却介质用工业循环冷却水。阳极保护管壳式浓酸冷却器的主材质是316L不锈钢，壳体用314不锈钢，并附阳极保护装置.浓硫酸冷却器位于塔与酸循环为之间，泵的入口之前。由于浓硫酸冷却器的酸是借重力流动克服阻力，这类流程只适宜用阻力小的酸冷却器。如排管冷却器，而难以采用流速高、传热系数高，阻力大的板式或管壳式磋冷却器。由于需要依靠液位
7、差克服管道、阀门、酸冷却器的阻力，因此塔要放在较高的平台上。泵后冷却流程。即酸冷却器位于泵和塔之间，泵出口之后。浓硫酸冷却器是加压操作。此类流程特别适合采用板式换热器和管壳式酸冷却器的场合。由于酸流速提高，可增大传热系数，从而节省传热面积，近年的设计多选用板式或管壳试酸冷却器，故都采用此两种流程。工业上较普遍采用的除雾、沫设备有纤维除雾器和金属丝网除沫器。纤维除雾器可以捕集3m的雾沫。在硫酸工业中，丝网除沫器用于干燥塔出口气体的捕沫效果很好，但用于吸收塔出口气体的除雾沫效率不太高。纤维除雾器专门用于捕集吸收塔出口气体的酸雾。纤维除雾器只适应于对清洁气体的除雾。金属丝网除沫器是一种压降较低、效率
8、较高的气液分离设备。在硫酸工业中已广泛应用作干燥塔上的捕沫设备。（注：6陈炳和，许宁.化学反应过程与设备.化学工业出版社. 2007,8.）3炉气的干燥二氧化硫烟气干燥的工艺流程为：从电除雾来的二氧化硫气体从干燥塔的下部进入干燥塔，同时，从干燥塔的顶部喷淋适量密度的93%的干燥用硫酸，气液两相在塔内的填料表面进行充分接触并传质和传热，在两相充分接触时，由于浓硫酸具有强吸水性，干燥酸将气体中的水分充分吸收。经过干燥后的气体被风机送往转化工段。3.1酸雾和酸雾的形成原因 酸雾就是硫酸分子在气相中达到硫酸蒸气的过饱和现象，看似像雾一样。酸雾的形成原因主要是SO3与气相中的水蒸汽迅速结合，生成硫酸分子
9、，由于来不及溶解在水里，在气相中发生硫酸蒸气的过饱和现象而凝成酸雾，酸雾比硫酸分子大得多，且悬浮在气相中。从酸雾的形成原因可知，酸雾要形成必须具备两个条件：首先是要有SO3气体，其次是有水蒸汽。酸雾形成的因素比较复杂，主要是取决于SO2烟气的干燥和SO3的吸收。3.2响炉气干燥的主要因素3.2.1炉气温度和含水量炉气经过干法除尘、稀酸洗涤降温和电除雾器除雾以后，尘、氟、砷等杂质一般均达到了规定指标，但炉气中的水分却增加了，一般达到了饱和状态。炉气中水分含量与炉气温度有关，温度越高其水分含量就越多。（注：1 刘少武，齐焉，刘东，刘冀鹏等.硫酸工作手册.东南大学出版社，1992,7.）在生产中进入
10、干燥塔的允许最高气体温度，是由干燥吸收酸系统水平衡所决定的。在炉气二氧化硫浓度为80%的情况下，炉气干燥塔温度不得超过40度。在实际操作中下一般要控制在38度以下。（注：1 刘少武，齐焉，刘东，刘冀鹏等.硫酸工作手册.东南大学出版社，1992,7.)结合我车间生产实际情况，烟气中SO2平均浓度为8%，成品硫酸浓度为98%，结合图一（见图一）可查得最高允许温度为38，为使经干燥后的烟气含水量0.1 g/Nm3，我们要求干燥塔入口烟气温度35。3.2.2干燥所用的硫酸浓度和温度一般根据四个因素来确定干燥炉气用的硫酸浓度和温度：硫酸液面上的水蒸气分压要小，保证干燥后的炉气含水量小于0.1g/Nm3；
11、在干燥过程中尽量少产生酸雾或不产生酸雾；在干燥过程中对水的吸收速度要快，需要的吸收面积要小；对SO2气体溶解要少，尽量减少炉气中二氧化硫的损失。3.2.3干燥酸浓度和温度的选择硫酸液面一般有水蒸汽、硫酸蒸气和SO3等三个组分。组分的含量通常以其蒸气压的高低或以g/Nm3来表示。这三个组分的多少，主要与硫酸浓度和温度有关。干燥酸浓度低于85%，在100以下，硫酸液面上的硫酸蒸气和SO3很少，实际上可认为只存在水蒸汽，干燥酸浓度超过85%以后，随着浓度的升高，硫酸蒸气的含量逐渐增加，水蒸汽的含量在逐渐减少。硫酸液面上的SO3，要待干燥酸浓达到94%时，温度在100下，才有少量。 表一 硫酸液面上的
12、蒸汽分压干燥酸浓度（%）8590949698.4100104.5 蒸汽分压20PH2O5.3335.3330.0320.005PH2SO40.00010.0040.0290.012PSO30.01731.99740PH2O25.3312.9330.2130.0400. 00PH2SO40.0040.0120.0270.1870.073PSO30.0010.147226.6560PH2O97.32513.3321.200.2530.0270.001PH2SO40.0030.0230.0670.1730.9330.40PSO30.0110.933641.2880PH2O323.9751.9665.
13、3331.2670.1600.011PH2SO40.0120.1070.3330.804.01.60PSO30.0040.0674.9332229.8100PH2O941.25170.6519.9885.3330.800.053PH2SO40.0530.4671.333177.7514.665.333PSO30.0010.0210.4021.336779.4从表一（见表一）可以看出，干燥酸的浓度应取90%以上，干燥酸温度应比60低得多才行。当干燥酸浓度达到98.3%，干燥酸温度在60，水蒸汽分压为0.027 Kpa，在干燥酸浓度大于98.3%的硫酸液面上几乎没有水蒸汽存在，只有硫酸蒸气和SO3
14、。因此从水蒸汽分压越小则吸水性越强这点来看，希望干燥酸浓度越高越好。另外，干燥酸浓度对烟气的干燥速度也有一定的影响，由于硫酸液面上的水蒸汽分压随着干燥酸浓度的增加而降低，所以干燥酸浓度越高，干燥烟气中水分的推动力就越大，干燥水分的速度就越快。若所需干燥水分的数量一定，速度快就可以减少干燥塔内填料的面积。下表列举了为SO2浓度在7%，空塔速度0.6m/s，喷淋密度在12m3/（m2h）条件下，每小时产1t硫酸，干燥塔所需要的拉西环填料总表面积（m2）与硫酸浓度的关系。表二 浓度与填料便面积的关系干燥酸浓度（%）90919293959799表面积（m2）150013561240196111410721030表二（见表二）可以看出，当硫酸浓度低于93%时，所需填料面积随干燥酸浓度的升高明显降低，当浓度高于93%以后，干燥酸浓度提高所需填料面积减小的幅度就不大了。总的来说干燥酸浓度越高，所需填料面积就越小。但是，干燥酸浓度越高，硫酸液面上的硫酸蒸气分压就越高，就越容易产生酸雾，而且产生的酸雾粒子越细。同时干燥酸温度越高形成的酸雾就越多，从理论上推算，湿烟气进入干燥塔底部与硫酸蒸气混合，露点约在150左右，而烟气和干燥酸的温度都远低于这一温度，所以硫酸
