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时间:2019-07-31
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1、以硫铁矿为原料的接触法硫酸生产工艺董子玉1303081027黄青13030810241.概述(1)硫酸的用途和产品规格硫酸是重要的化工产品,用途十分广泛。工业硫酸是指SO3与H2O以一定比例混合而成的化合物,分为稀硫酸(H2SO4含量65%和75%)、浓硫酸(H2SO4含量92.5%和98%)和发烟硫酸(游离SO3含量20%)。(2)硫酸生产的原料生产硫酸的原料主要有硫磺、硫铁矿、硫酸盐及含硫工业废物。硫磺是理想原料(含硫99.5%),原料纯,流程简单、投资少、成本低。硫铁矿是世界上大多数国家生产硫酸的主要原料。分有普通硫铁矿、浮选硫铁矿和含煤硫
2、铁矿。硫酸盐有石膏(CaSO4)芒硝(Na2SO4)和明矾石[KA13(OH)6(SO4)2]等,这些原料生产硫酸,还可生产其它产品。含硫废物指冶金厂、石油炼制副产气及低品位燃料燃烧废气中的S02,炼焦的焦炉气和合成氨厂半水煤气中的H2S,及金属加工的酸洗液、炼厂的废酸与废渣。(3)硫酸生产的方法接触法制硫酸基本反应(1)S02的制取将硫铁矿焙烧,制取S022.二氧化硫炉气的制造(1)硫铁矿的预处理块状硫铁矿和含煤硫铁矿需破碎和筛分。大矿石破碎至35-45mm以下,再细碎,使碎粒小于3-6mm,送入料仓或焙烧炉。(2)硫铁矿的焙烧焙烧操作条件a.
3、温度焙烧温度控制在850—950℃。b.矿粒度c.氧浓度氧浓度过高,生成的SO2在Fe2O3的催化作用下变为SO3,生成的酸雾多,加重净化负荷。焙烧设备焙烧是在焙烧炉中进行。焙烧炉有块矿炉、机械炉、沸腾炉等几种型式,我国广泛使用沸腾炉。(3)炉气净化①净化的目的和指标工艺流程不同,净化指标有所差别,我国规定的标准(mg•m-3)如下:水分<100;尘<2;砷<5;氟<10;酸雾:一级降雾<35,二级电降雾<5。②净化原理及设备根据炉气中杂质的种类和特点,可用U形管除尘、旋风降尘、水洗(或酸洗)、电除尘、干燥等净化方法逐级进行分离。③净化流程净化流
4、程分为湿法和干法两大类。湿法流程中,将炉气冷却,洗涤除杂,再升温(420~440℃)转化,造成了“干湿病”。生产1吨酸排出10~15m3的酸性污水,污染严重,国外该流程已淘汰。此流程投资少,上马快,除砷氟效率高,我国90%的硫酸厂采用水洗流程。干法流程短,在高温下进行,热利用率高。无污酸、污水排出,污染少。缺点是除As,Se,F等杂质差,不适于含As,Se,F多的矿料。3.二氧化硫的催化氧化(1)催化氧化工艺条件1.最适宜温度从热力学角度SO2的氧化的平衡转化率随温度升高而降低,氧化反应宜在低温下进行。适宜的炉气组成提高炉气中O2的浓度都有利的。
5、O2的浓度越大,SO2的转化率越大,反应速率也越快;SO2的浓度越小,生产强度降低。SO2浓度还与催化剂用量、生产能力及总费用有关。2.压力SO2氧化是体积缩小的可逆的反应。增加压力有利于SO2的转化。常压下,转化率已达96%~98%。(2)二氧化硫催化氧化的设备和流程①转化器按换热方式不同,转化器分间接换热式和直接换热式两类。②工艺流程a.中间换热式四段转化流程b.四段转化空气冷激流程C.二转二吸流程4.三氧化硫的吸收将SO3用硫酸吸收成产品酸;或从转化工序出来的转化气中SO3含量不超过10%。使之与水蒸气结合成硫酸蒸气,再冷凝为酸。前者为吸收
6、成酸,后者是冷凝成酸。(1)吸收成酸吸收成酸是用硫酸水溶液吸收SO3。SO3溶解在溶液中,与所含的水化合生成硫酸:nSO3+H2O=H2SO4+(n-l)SO3+Q当n>1时,生成发烟硫酸;n—1时,生成无水硫酸;n<1时生成含水硫酸。生产中用浓度为98.3%的酸来吸收,效果最好,过低过高都会使操作恶化。(2)冷凝成酸冷凝成酸适用于转化气中含有水分的场合,SO3与水蒸气结合成硫酸蒸气:SO3(气)+H2O(气)=H2SO4(气)+125kJ(2-20)温度降低,平衡常数增大,平衡向右移动,生成大量H2SO4蒸气。当H2SO4的蒸气的分压超过其饱和
7、蒸气压,即凝成硫酸溶液:H2SO4(气)=H2SO4(液)+50.13kJ(2—21)上述两个可逆反应构成一个平衡体系:SO3(气)+H2O(气)===H2SO4(气)===H2SO4(液冷凝成酸流程与吸收成酸流程相似,但两者存在不同之处。吸收成酸为化学吸收过程,吸收剂为98.3%浓硫酸,操作温度较低,进塔气体温度在120~200℃。冷凝成酸是物理过程,使用硫酸的浓度较低,操作温度较高,一般转化气体进口温度保持在220~400℃以上。5.接触法生产硫酸的全流程接触法流程的生产方法有多种,把不同方法的几个工序结合起来,构成不同的接触法生产硫酸全流程
8、。通常有水洗、酸洗和干洗三种流程。小结从工业原料到合格产品的工业生产涉及诸多实际问题,一方面,矿石的加工处理、炉气的净化分离等物理过程,
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