三氧化硫的吸收概述

第五章三氧化硫的吸取吸取即指使用浓硫酸吸取转化气中SO 的过程该过程是制酸过程中第三个化学变化过3程。根本原理规格的产品硫酸。吸取过程可用下式表示：SO〔g〕+HO(l)＝HSO(l) △H O=-134.2kJ (1—5—1)3 2 2 4 29892.598SO＞20％3标准发烟硫酸，含游离SO65％高浓度发烟硫酸(近年来这种发烟硫酸在化学工业等部门应3用愈来愈广泛)。三氧化硫的吸取，实际上是从气相中分别SO 分子使之尽可能完全地转化为硫酸的过3程。该过程与净化系统所述的SO去除，在机理上是不同的。承受湿法净化时，炉气中SO3 3SO吸取。3影响发烟硫酸吸取过程的主要因素的发烟硫酸喷淋吸取。用发烟硫酸吸取SO3收过程属于气膜集中掌握，吸取速率取决于传质推动力、传质系数和传质面积的大小，即：G＝kF•Δp式中G—一吸取速率；k——吸取速率常数；F——传质面积：Δp——吸取推动力。在气液相逆流接触的状况下，吸取过程的平均推动力可用下式表示。 p”p“ p“p”p 1

2 1 2p”p“2.3lg1 2p“p”1 2式中p

’、p’——分别为进出口气体中SO

分压，Pa；1 2 3p”、p”——分别为进出口发烟硫酸液面上SO

的平衡分压，Pa。1 2 3当气相中SO 含量及吸取用发烟硫酸含量肯定时，吸取报动力与吸取酸的温度亲热相3关。酸温愈高，酸液面上SO平衡分压愈高，推动力相对愈小，吸取过程的速度亦愈小；吸3硫酸含量。当气体中SO7％时，不同酸温下所得发烟硫酸的最大含量如表l—5—l所示。3表l—5—l 不同吸取酸温度下产品发烟硫酸的最大含量吸取酸温度/℃2030405060708090100产品发烟硫酸含量/SO%〔游离〕350454238332721147l—5—l可见，当气体中SO37%80℃，将不会得到标准发烟硫酸，吸取过程将停顿进展。SO320SO3SO3含量及吸取酸温度对吸取率的影响，可用图l—5—1表示。由图可见，吸取酸温度越高，吸取率越低；气相中SO含量越低，吸取率越低。3系数越大。而气液相对运动速度及传质面积主要取决于吸取塔的填料类型。另外，在通常条件下，用发烟酸吸取SO3，吸取率不高。转化气经发烟硫酸吸取塔后，气相中SO3含量仍较多，须经浓硫酸进一步吸取。影响浓硫酸吸取过程的主要因射’iii温度／Y团1—5“L 用发烟硫醋吸取观的吸取串与湿度的关系浓硫酸吸取SO3的过程，是一个伴有化学反响的气液相吸取过程，也可以讲是一个气液反响过程。争论说明，该过程属于气膜集中掌握，吸取速率亦可用式(1—5—2)表示。影气速和设备构造等。H2观含量的影响量的硫酸均可作为吸取剂。但从提超群2吸取率和削减硫的损失着眼，需对酸含量进展认真选择。争论说明，吸取酸的含量为98的程度。含量过高成过低均不适宜c图l52 吸取酸含量、湿度对吸取率的影响1—60℃；2—80℃；3100℃；4120℃．3％H2s04时，可以使气相中s03的吸取率到达最完全，参见图l—5—2。98．3％H2叭时，酸液面上sq平衡分压较低(9叭钧o)，但水蒸气分压渐渐增大。当气体中sq分于向酸液面集中时．绝大局部被酸液吸取，很小局部与从酸液外表蒸发并扩数到气相主体中的水分子相遇，形成硫酸蒸气。所形成的硫酸蒸气同三氧化硫一样可被酸液吸取，且其吸取速率亦由推动力、吸取速率常数打算。当酸含量低到肯定程度时，水蒸气平衡分压过高，水蒸气与三氧化硫反响生成的硫破蒸气过多，以至超过酸液的吸取速率，从而造成硫酸蒸气在气相中的积存，如此时硫酸蒸气含量超过其临界饱和含量，酸雾的形成就成为必定。我们知道，酸雾不易被分别，通常随层气带走，排人大气。一股吸取酸中H2D4含量众低，温度众高，酸雾形成量愈大．相应的Sq损失也众多。98．3％H2观时，液面上水蒸气平衡分压接近于零(pK*o)，而观的平衡分压较高，且随酸中H2讽含量提高渐渐增高。sq平衡分压愈大，气相中sq的吸取宰相对愈低。尾气中Sq在距烟囱肯定距离时，会与大气中的水分形成青(蓝)色酸男。上述两种状况都能恶化吸取过程，降低S03的吸取率，尾气排放后可见到酸雾。但两种状况所具特征有差异，前者是在吸取过程中产生酸雾，因而尾气在烟囱出口呈白色雾状；而后者是在尾气离开烟囱肯定距离后形成白色男状。98．3％H2巩时，兼顾了酸液液面的s(H20、H2汛分压，对于三氧化硫99．95％以上。这时，尾气烟囱出口处将看不到酸男。吸取跋温度吸取酸温度对Sq5q、E50、H2观的蒸气压上升，5q的吸取串降低。因此，从吸取率角度考虑，酸温低好。但是，酸温度亦不是掌握得越低越好，主要有两个缘由：A．进塔气体一胶台有水分(规定＜o．18／m’)．尽管进塔气温较高，如酸温度很低，在传热传质过程中，不行避开地出B．由于气体温度较硫酸本钱不必要的上升。在酸液吸取SO6075℃左右，3酸温度过高p会加剧硫酸对铁制设备和管道的腐蚀加剧的状况。近20年来，随两转两吸工艺的广泛应用，以及低温余热利用技术的成熟，承受较高酸酸余热利用的价值。其中关镀在于设备和管道的防腐技术。进塔气温的影响进塔气温对吸取SO3SO3其在转化气中水含量较高时，提高吸取塔的进气温度，能有效地削减酸雾的生成。1—5—27％时，水蒸气含量与转化气露点的关系。1—5—2水蒸气含量与转化气露点的关系水汽含量/gNm-30.10.20.30.40.50.60.7转化气露点/°C112121127131135138141从表l—5—20.1g／m3时，转化气进吸取塔温度必需高于112℃。不过是否消灭酸雾，还要视吸取酸温度，如其低到肯定程度，首先会在液面四周(低温区)形成酸雾。掌握酸雾形成在严格掌握酸温度、进塔气体温度下，降低净化气中水分是关键。在高温吸取工艺中，进塔气体温度提高到180一230℃，这样气体在吸取塔中各部位均中“热冷热”的弊病。乙烯材料制作垫片，较好地解决了高温热酸的腐蚀问题。循环酸量的影响填料的润湿率降低，传质面积削减，吸取率降低；相反，循环酸量亦不能过多，过多对提高吸取率无益，还会增加气体阻力，增加动力消耗，严峻时还会造成气体夹带酸沫和液泛。1—253／(2h范围内。影响吸取速率的因素用硫酸吸取三氧化硫的速率很快，速率受气膜掌握。其中吸取速率系数k(湍流状况下)以用下式表示。k＝k0W0.8式中k——吸取速率系数，kg／(m2·h·Pa)；k——常数，与温度及硫酸含量有关：0W——吸取塔内气体的空塔速度，m／s。由图可见，用温度为6D℃、含量为983％H2汛吸 n收即S03总量为8％。0175x1；而当用口合游离汛为20％(即s03总含量为85．3％)的发烟硫宣％酸吸取时，Af7＝0．115x1D‘。 至*吸取速率系数k21．7倍。1-5-3吸取酸中H2SO4含量、温度对吸取速率系数k0的影响130℃时；260℃时608560701．01．5m／s1．8m／s。压力对吸取速度的影响很大，可从两方面的因素分析：在SO3与浓硫酸系统中，总的传质速度由气膜掌握。在分子集中的条件下．传质系数而占优势。一般传质系数k传随压力的提高而下降。这可用下式表示：k传=AP-nA——系数；P——压力，Pa；n——常数，板式塔取n＝0.57~0.6，填料塔取n＝0.2。0．81．0MPa时，吸取速度正比于质量流速的0．88次方。综上所述，吸取速率随压力的提高而增加。其间关系可用图1—5—4表示。图l—5—4 压力对吸取速率的影响酸工艺正是充分利用了这一点。枯燥—吸取系统水平衡及发烟硫酸产率93％H2SO4的硫酸因吸取炉气中水蒸气而变稀；在吸取塔中，98．3％H2SO4的硫酸因吸取转化气中SO3H2SO4SO3的H2SO4含量将由吸取的水分与吸取的SO3的比例打算。枯燥塔吸取的水量取决于进枯燥塔炉气的温度(此时气体为水分饱和)。因此，不同H2SO4含量产品酸的比例构成，由进枯燥塔炉气的温度及SO2以从系统的水平衡求得。取1t产品硫酸(折合成100％HZs04)为计算基准。则 Bl十B2十B3＝B4十B5式中Bl——电除男器后气相水蒸气含量，k8；B?——枯燥塔前补加空气带人的水蒸气量，kg；55——枯燥—吸取系统的补加水量，kg；B‘——随产品发烟硫酸带出系统的水量，kg；B5——随产品浓硫酸带出系统的水量，kgc电除雾器后气体中水蒸气含量可用下式计算：Vfjl41L3A4H(6—9e一夕Ko)×22．4v’＝L4二王婴1／?——电除雾器出口炉气的干气体积AKo——气体中水蒸气分压，Pa：Mqo——水的相对分子质量；6——大气压力，Pa；夕g——电除雾器曰气体的负压，Pa；6——补加空气前炉气中s02含量，％(体积分数v——电除男器出口气体中琉的利用率，％；M吨叭——硫酸的相对分子质量。s145＝峭产i，‘半静6枯燥塔前补加空气中带入的水蒸气旦Bz为v》——补加空气的干气体积(标准状况)．m5；“——经空气稀释后，炉气中汛的含量，％(体积分数)随炉气带入枯燥塔的总水量为生产发烟硫酸所带走的总水量为B‘＝ai2：(122．5—c。)式中X——产品发咽硫酸所占比率，％；c。——发烟硫酸中汛含量，％H2s04。随产品浓硫酸带走的水量Bs为55＝LJJ兴件Ji(122．5—cp)L p式中c，——产品硫酸中H2s04的含量，％。把上列各式代入式(1—5—6)中，可求得系统需要的加水量53，整理后得s，＝华卜．5—c，—L22．sxFJJ)—Bl—s：由上式可求得发烟硫酸产率x：x＝户告(罢—i氖—气铲to：1‘3)(1—5，15)由式(1—5—15)可见，当产品硫酸浓度确定后，发烟硫酸的产率取决于Bl、B2及加水量B3、以及进枯燥塔炉sq含量。其中月l?2为炉气进枯燥塔所含的总水蒸气量，其大小取决于炉气人塔温度。图l—5—5中曲线表示气相中不同s(1含量时发烟硫破产率与枯燥塔入口气温的关系。由图l—5—5可见，当气相中s037．5％时，枯燥3539℃，发烟硫酸产率约削减一半。其它条件不变．发烟硫酸产率还随气相中so：含量的增加而提高。工艺流程及设备’j气体温度／℃t—55 气相中g4含量不同时发烟硫酸产率与枯燥塔入口气温的关系l—152；2—10％Sq；3—75％m‘4—5％Q枯燥系统和吸取系统是硫酸生产过程中两个不相连贯的工序6＼分入控岿男判臣低温位热能的回收与利用回收低温位热能的意义(气)和水生成硫酸，均属SO的吸取及硫酸的3稀释过程中，亦产生大量热。对于不同原料在制酸过程中所产生的热量，经整理列于表1—表1—5—表1—5—6 生成1t硫酸(100％HSO)时，不同含硫原料所释出的热量过程含硫原料燃烧SO2氧化成SO3硫磺释出热量/GJ3.030.982 4硫铁矿释出热量/GJ 硫化氢释出热量/GJ%55.117.84.350.985.390.98合计焙烧反响和二氧化疏氧化反响所产生的热，属于高温位余热，对于这局部余热的利用，国内外均有成熟阅历。对干低温位余热的利用，随着能源价格的上涨，已得到普遍的重视。2530％，如不加回收，不仅铺张能源，还消耗大量冷却水。回收低温位热能的方法回收利用低温位余热，目前主要通过如下途径转变局部工艺流程把原属于低温余热转变为高温位形式，或把低温位余热提高温位后集中使用如下。①硫磺制酸流程中，空气鼓风机从枯燥塔之前移至枯燥塔之后。即气体先经枯燥经鼓风机，使气体因压缩产生的物理热合并到燃硫后热气中，成为高温位热能加以利用不仅提高了余热使用价值，而且降低了枯燥塔气体入塔温度，减轻了枯燥塔冷却器负荷②硫磺制酸流程中，转变枯燥—吸取系统传统的循环方式，使枯燥塔和第一吸取塔(两转两吸流程)共用一个酸1—5—Io所示流程。在保证枯燥塔人口循环酸温较低的条件下，提高第一吸取塔循环酸温，同时．因增加了酸和冷却水间温差，从而缩减了系统换热而积。选用型酸冷却设备为