冶炼烟气制酸工艺介绍-张云鹏

第一页，共43页。一冶炼烟气处理的必要性1生存环境与公司生产的共融性草原的蓝天冶炼的生产矛盾并不矛盾，而是可以和谐共处环保冶炼烟气处理第二页，共43页。2重金属冶炼工厂应遵守的环保法规《中华人民共和国环境保护法》《中华人民共和国水污染防治法》《中华人民共和国大气污染防治法》《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》《中华人民共和国环境噪声污染防治法》《建设项目环境保护管理条例》《放射环境管理办法》第三页，共43页。二冶炼烟气处理的主要手段1冶炼烟气制酸2冶炼烟气制硫磺3氨酸法4石灰/石灰石—石膏法5碱式硫酸铝—石膏法6托普索WSA工艺7非稳态转化法第四页，共43页。三冶炼烟气制酸1冶炼烟气制酸简述

由于大部分冶炼原料均为金属硫化物，比如硫化锌、硫化铅等，在冶炼中会释放大量的二氧化硫，其对环境的的污染十分严重。而当烟气中的SO2的浓度高于3.5%时，则可采用冶炼烟气制酸的方法，将其变废为宝。这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。第五页，共43页。2冶炼烟气制酸的工序流程

本次所讲的烟气制酸是采用稀酸净化、两次转化、两次吸收的常压接触法制酸工艺。工序流程可分为：净化工段、干吸工段、转化工段、酸库工段烟气流程：烟气→一级动力波→空气冷却塔→二级动力波→电除雾器→干燥塔→SO2风机→转化器→一吸塔→转化器→二吸塔→尾气排空第六页，共43页。3净化工段（1）烟气净化的目的：尽可能地除去下列杂质矿尘容易堵塞管道砷和硒危害触媒氟危害瓷环瓷环填料触媒的载体二氧化碳和烃类气体消耗较多氧，使氧硫比失衡水分（酸雾）是一切杂质的载体第七页，共43页。（2）烟气净化的主体设备一级动力波空气冷却塔二级动力波电除雾器圆锥沉降槽压滤机净化工段稀酸循环系统上清液储槽SO2脱吸塔第八页，共43页。（3）烟气的净化流程

由收尘系统排风机出来的340℃（300℃）高温冶炼烟气送入硫酸车间净化工段。该烟气首先在一级高效洗涤器中被绝热冷却和洗涤除杂质，再进入气体冷却塔进行进一步冷却及除杂质，然后又进入第二级高效洗涤器再次净化。此时烟气中绝大部分烟尘、砷及氟等杂质已被清除。同时烟气温度降至34℃（35℃）左右。进入两级管式电除雾除下酸雾，使烟气中的酸雾含量降至≤5mg/m3。烟气中夹带的少量砷、氟、尘等杂质也进一步被清除，净化后的烟气送往干吸工段。第九页，共43页。第十页，共43页。一级动力波的工作原理：利用高速气体把从底部射入的液体冲击成无数细小液滴，使气液高度湍流混合，充分接触，强化传质传热，达到绝热降温和除尘的目的。冶炼烟气来270~330℃稀酸循环泵排污管去气体冷却塔≤65℃气冷串酸来电除雾冲洗来高位水槽一级动力波（4）SO2烟气净化的原理第十一页，共43页。一动来气≤65℃循环泵串酸去一动去二动≈35℃二动串酸来循环水换热器进入气体冷却塔的一些杂质较大部分含于酸雾中，温度一般在50~65℃之间。因为含尘量低，不易堵塞，所以气体冷却塔采用填料塔，用浓度为1~2%的硫酸喷淋洗涤。在气体冷却塔主要发生以下五个作用：1、炉气进一步被冷却到35℃以下，喷淋酸被加热；2、炉气中的矿尘、金属氧化物进一步被洗涤除去，气体中残留的砷、氟、和硒等杂质部分溶解于酸液中；3、部分酸雾被捕集；4、由于炉气温度的降低，使气体中水蒸汽在酸雾粒子表面冷凝而使酸雾颗粒增大，为提高二级动力波除酸雾效率创造了条件；5、由于气体温度降低，水的饱和蒸汽压相应降低，炉气中的水部分冷凝。热第十二页，共43页。稀酸循环泵串酸去气冷补充新水气冷来气≈35℃去一电除雾≈30℃二级动力波的作用：1.炉气进一步被冷却，一般可降低3~5℃.温度降低了，炉气中部分水蒸汽在酸雾表面冷凝而使酸雾颗粒增大，有利于一二级电除雾器的除雾效率提高。同时也使炉气带入干燥塔的水量减少（因为炉气带入干燥塔的水量大体上等于第二级电除雾器的气体温度下的饱和水蒸汽含水量），有利于成品酸浓的维持和提高；2、由于喷淋酸浓度的降低，酸雾被稀释而使颗粒长大；酸浓从30%降到5%，使酸雾颗粒直径将增大近1倍，如果酸浓降到1%，酸雾颗粒直径将增大2.3倍，这对电除雾器的除雾效率使非常有利的；3、三氧化二砷、氟化氢和酸雾等杂质，在二级动力波内有部分会被捕集溶解在酸液中。因此喷淋酸浓度会逐渐提高，酸中砷、氟等杂质含量也会逐渐增多。折流板第十三页，共43页。380V交流电源绝缘箱高压发生器冲洗水接大地一级电除雾器原理：炉气通过高压直流电场产生电离，尘粒或酸雾与负离子相遇而荷电，在电场力额作用下移向沉淀极释放电子而变成中性粒子，靠重力顺壁而下，使炉气得以净化。结构：A.高压发生器及绝缘系统B.带芒刺的阴极线，产生电晕，发射电子，使烟气中微粒（酸雾）带负电。C.六角形阳极管，收集带负电荷的微粒。D.冲洗水系统，冲洗阴极线和阳极管壁上的升华硫和沉积物。工作参数:电压:35~45KV电流:110~130mA气速:1.2~1.5m/s二动来气去二电除雾酸雾〈30mg/m3去电除雾冲洗槽第十四页，共43页。380V交流电源绝缘箱高压发生器冲洗水接大地二级电除雾器一电除雾来气去干燥塔酸雾＜5mg/m3水分＜0.1g/m3冲洗槽至一动一级电除雾器冲洗水安全水封安全水封作用：维持系统负压，保护前段玻璃钢设备。工作参数:电压:30~40KV电流:90~110mA气速:1.2~1.5m/s第十五页，共43页。净化工段稀酸循环系统净化工段中的第一级高效洗涤器，气体冷却塔及第二级高效洗涤器均有单独的稀酸循环系统。气体冷却塔的循环酸通过板式换热器进行换热。稀酸采取由稀向浓、由后向前的串酸方式。引出的废酸由一级高效洗涤器循环槽中根据废酸生成量和废酸的含砷、含尘量抽出一定的量送至沉降槽沉降。沉降槽的底流送入压滤机进行压滤。滤饼因含有价金属可直接外售或返回熔炼系统，滤液及沉降槽的上清液进入上清液贮槽。再用泵送至脱吸塔，脱吸塔脱吸后的气体送入锌系统电除雾前烟气管道进入系统。脱吸后的废酸流入污酸处理工序。脱吸塔第十六页，共43页。回净化流程上清液稀酸SO2空气压滤机一级动力波污酸圆锥沉降槽滤渣堆放污酸处理脱吸塔上清液储槽脱吸塔的主要作用是脱出溶解在稀酸中的二氧化硫，减少环境污染的同时提高总硫利用率。圆锥沉降槽的主要作用是：利用稀酸中固体的重力作用，实现固液初步分离，通过压滤机进一步分离，回收和利用烟尘中的有价金属。第十七页，共43页。（5）控制要点1事故高位槽不能缺水2各管道烟气温度要严格控制3稀酸洗净化的酸浓要有所控制4安全水封不能缺水5电除雾器的开启要求第十八页，共43页。4转化工段（1）二氧化硫转化的定义烟气在净化工序除去矿尘、酸雾、砷、氟等有害杂质后，再通过干吸工序的干燥塔除去水分，然后进入转化工序，在一定的温度下，通过触媒的催化，使烟气中的二氧化硫与氧化合生产三氧化硫，简称二氧化硫的转化。第十九页，共43页。（2）烟气转化工段的主体设备换热器转化器鼓风机第二十页，共43页。（3）烟气流程

转化工段采用了四段“３+１”式双接触工艺，“ⅣⅠ－ⅢⅡ”换热流程。

从SO2鼓风机来的冷SO2气体，俗称一次气，利用第Ⅳ热交换器和第Ⅰ热交换器被第四段和第一段触媒层出来的热气体加热到430℃进入转化器一段触媒层经第一、二、三段触媒层催化氧化后SO2转化率约为94.9%的SO3气体，经各自对应的换热器换热后送往第一吸收塔吸收SO3制取硫酸。第一吸收塔出来的未反应的冷SO2气体，俗称二次气，利用第Ⅲ热交换器和第Ⅱ热交换被第三段、第二段触媒出来的热气体加热到430℃，进入转化器四段触媒层进行第二次转化。经催化转化后，总转化率≥99.75%的SO3气体，经第Ⅳ热交换器换热后送往第二吸收塔吸收SO3制取硫酸。在各换热器进行换热时，被加热的SO2气体走各列管热交换器的管间，而被冷却的SO3气体则走各列管热交换器的管内。为了控制进第一吸收塔的SO3烟气温度不至于太高，在第Ⅲ热交换器与第一吸收塔之间设置了SO3冷却器；为了控制进第二吸收塔的SO3烟气温度不至于太高，在第Ⅳ热交换器与第二吸收塔之间设置了SO3冷却器，利用冷却风机用间接换热的办法使进第一、第二吸收塔的温度适宜。转化器第二十一页，共43页。Ⅰ交四层二层Ⅲ交Ⅱ交Ⅳ交一冷二冷（SO3冷却器）二冷风机SO2风机一冷风机去一吸塔转化器去二吸塔一吸塔来干燥塔来三层一层一次气二次气（SO3冷却器）T1入=430℃

T1出=450℃

T2入=430℃

T2出=460℃T3入=440℃T3出=460℃T4入=420℃T4出=440℃第二十二页，共43页。第二十三页，共43页。1>二氧化硫气体的转化的化学方程SO2+O2SO3+Q从这个化学方程式可以看出这是一个分子数目减少（体积减小）和放热的反应。在SO2与O2反应生成SO3（这个从左向右方向进行的反应叫正反应）的同时，SO3也有一部分分解为SO2和O2（这个从右向左方向进行的反应叫逆反应）。因此，我们说SO2转化反应是一个可逆的反应过程。已反应了的SO2对起始SO2总量之比百分比叫做总转化率。2>反应的平衡和转化率在反应开始时，由于反应物（SO2）浓度很高，没有SO3，所以正反应速度很快，随着反应的进行，SO2和O2浓度减少，正反应速度变慢，而随着SO3浓度的增加，逆应速度变快。一个变慢一个变快，相互接近，最后达到正反应速度与逆反应相等。这时转化生成的SO3量刚好等于分解的SO3量。只要反应条件不改变，无论时间多长，反应物不再减少，生成物也不再增加。此时反应达到了化学平衡，反应速度为零。各个组分的浓度称为平衡浓度，这时SO2的转化率称为平衡转化率。化学反应达到了平衡就是在一定条件下达到了反应的极限，所以平衡转化率就是在该条件下可能达到的最大转化率。平衡转化率越高，则实际可能达到的转化率也越高。催化剂高温（4）转化原理第二十四页，共43页。3>反应所用的催化剂钒触媒含有7%-12%五氧化二钒，这是具有催化活性的主体成分。一般把五氧化二钒叫“活性剂”。还含有一定量的碱金属盐，通称碱金属盐为“促进剂”，或叫“助催化剂”，一般常采用钾的硫酸盐。触媒中除五氧化二钒、硫酸钾两种成分以外，还有大量的二氧化硅，它的作用主要是做载体。工业上一般采用硅藻土或硅胶，以用硅藻土为多。载体的作用使反应气体与触媒中活性组分充分接触，从而提高转化效率。在高温下，触媒催化活性下降主要有以下原因：（1）在高温下，触媒中的五氧化二钒和硫酸钾形成了一种比较稳定的，无催化活性的氧钒基——钒酸盐，分子式为：4V2O5

●V2O4

●K2O4V2O5

●V2O4

●2K2O5V2O5

●V2O4

●K2O（2）在610℃以上的高温作用下，触媒中的钾和二氧化硅结合，随着活性物质中钾含量的减少，使五氧化二钒从熔融物中析出来，造成催化活性下降；（3）在610℃左右，五氧化二钒和载体二氧化硅之间会慢慢发生固相反应，使部分五氧化二钒变成了没有活性的硅酸盐。第二十五页，共43页。（5）控制要点1转化器各层的温度2氧硫比的控制3SO2鼓风机开度的调节第二十六页，共43页。5干吸工段（1）气体干吸的目的在转化操作温度下，虽然SO2气体中的水蒸气对钒催化剂是没有危害的，但是水蒸气和转化后的SO3一起，在吸收中会形成酸雾且很难被吸收，可导致尾气烟囱冒烟，同时酸雾与水分综合利用，可造成干吸及转化工序中管道设备的腐蚀，甚至造成催化剂结块，活性降低、阻力增大等。三氧化硫的吸收是接触法制造硫酸的最后一道工序，虽然在生产硫酸的吸收操作中，存在着物理和化学吸收的两种过程，但是我们还是习惯地称其为三氧化硫的吸收。第二十七页，共43页。（2）干吸工段的主题设备干燥塔吸收塔酸循环槽换热器除雾沫设备第二十八页，共43页。（3）干吸工序的烟气流程干吸工段采用了常规的一级干燥、二次吸收的烟气处理流程。在干吸工段，干燥塔内循环淋洒93%浓硫酸，一吸塔和二吸塔内循环淋洒98%浓硫酸。浓硫酸循环系统均采用塔－槽－泵－冷却器－塔的泵后冷却工艺流程。吸收主要设备有：吸收塔、循环酸槽、酸泵以及酸冷器等。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。采用泵后冷却流程，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，并采用板式换热器进行换热。第二十九页，共43页。第三十页，共43页。电除雾来气≈30℃循环泵循环水②吸串干①干串吸去转化水分〈0.1g/m3酸浓仪去地下槽干燥塔母酸管④串至成品槽热干燥塔酸浓93%~95%上塔酸温~40出塔酸温<651>烟气的干燥

净化工段出来的净化烟气，在淋洒93%硫酸的干燥塔内脱除烟气中所含的水份，经干燥后含水≤0.1g/m3的烟气经SO2鼓风机送往转化工段。第三十一页，共43页。循环水加入新水①干串吸②吸串干去尾吸或排空酸浓仪③串至成品槽去三交壳程二冷却器来气一冷却器来气去地下槽母酸管热热二吸塔一吸塔2>烟气的吸收酸浓：98.2%~98.8%酸温：55~60浓硫酸冷却器第三十二页，共43页。3>酸温的冷却1-管式干燥冷却器，2-管式吸收冷却器第三十三页，共43页。5>尾气的外排

第二吸收塔的烟气经塔头纤维除雾器除雾后将酸雾量降至≤42mg/m3，然后由尾气烟囱排空。尾气烟囱入口的SO2浓度≤336PPm第三十四页，共43页。（1）双膜理论：在气液两相接触时其间存在着界面，界面双方又分别存在着一层稳定的气膜和液膜，一切质量和热量的传递必须克服气膜和液膜阻力后才可以进行，这就是我们所称的双膜理论。气体在干燥过程中，气体中的水蒸气通过气相主体以对流的形式扩散到气膜，然后以分子扩散的形式通过液膜，再以对流扩散的形式传递到液相主体，从而使气体得以干燥。液相主体气液两相界面气膜液膜气相主体双膜示意图干燥塔至SO23K风机4干吸的原理第三十五页，共43页。根据“双膜理论”，我们在实际生产过程中可以从以下三方面着手，强化传质过程。1>提高气液流动速度，使气膜和液膜变薄，更新快，有利于传质过程的进行。但流速过快，流体阻力随之增大，而且还会出现乳化和液泛现象。2>增大气液接触面积，即一方面要注意选择表面积大、流体力学性能好的填料，如将拉西环改为矩鞍形环和阶梯环等。另一方面还要注意改进设备结构（因气液两相有稳定的界面，气液间接触面积的大小，主要由设备由设备结构决定），例如将填充塔改为泡沫塔等。3>增加喷淋密度或改善喷淋状况，提高填料的润湿率，增加有效的接触面积。但要注意防止由此引起的阻力过大和带沫的现象，更要注意不能发生液泛现象。第三十六页，共43页。2>SO3气体的吸收原理SO3被浓硫酸吸收后与其中的水化合成硫酸，其反应式为：nSO3+H2O→H2SO4+(n-1)SO3+89247J由此反应可知，随