硫酸生产工艺(4)

冷激。因用冷炉气加入各段,导致SO2最终转化率下降,故仅用作第一段后的冷激气,以后各段仍需用间接换热方法除去反应热。冷空气作冷激一般用在最后几段,以免反应气过度稀释造成SO2浓度过分下降导致SO2转化率下降。用硫磺制酸时,炉气不必经过湿法净化,炉气温度较高,不经预热即送入转化器,因此,各段之间可全部采用空气冷激降温。如图3-1-05所示,硫磺制酸也可全部采用外部冷却换热,以利反应温度的调节和防止气体渗漏。

6. 三废治理

硫酸生产中会有废渣、废液和废气(尾气)产生,有的要利用,有的则要治理。以硫铁矿为原料生产硫酸时,有大量废渣产生。沸腾炉渣和旋风除尘器下来的粉尘,其中铁含量在45%以上,可用作炼铁原料,电除尘器及净化工序稀酸沉淀池沉淀物等固体粉尘可用作水泥厂原料。某些硫铁矿炉渣中还含有丰富的Co、Cu、Ni、Pb、Zn、Au和Ag等金属,可采用炉渣氯化焙烧等方法,将它们从炉渣中分离出来,残渣仍可用作炼铁原料。回收的金属将为工厂创造更高的经济效益。此外,还有少量炉渣可用来制造硫酸铁、铁红颜料、电焊条和磁性氧化铁粉等。因此,硫酸生产中的废渣,只要综合利用得当,就不会造成环境污染。

由第二吸收塔顶排放出来的尾气,其中SO2含量<500 ppm时,已达到国家排放标准,可直接排入大气。超过这一标准,就要对尾气进行治理,消极的治理方法是用烟囱排入高空,通过稀释作用排入大气,表3-1-07列出了中国1974年规定的尾气中SO2浓度与烟囱高度的关系。

表3-1-07 尾气中SO2含量与烟囱高度的关系

烟囱高度,m SO2允许排放34 量,(kg/h)

积极的处理方法是采用物理的或化学的方法治理尾气,将SO2从尾气中除去。目前,已开发了200余种烟气脱硫(FGD)技术。在目前各

66 110 190 280 30 45 60 80 100 种FGD方法中,非再生FGD技术虽然存在各种各样的缺点,但因其具有工艺简单、脱硫效率高等优点,在应用上占有主导地位。图3-1-07示出的是美国通用电力公司(GD)的氨洗涤烟气脱硫法工艺流程。烟气除尘后进入预洗塔，与饱

图3-1-07氨洗涤烟气脱硫法流程简图

和的硫酸铵接触,进行绝热蒸发冷却,溶液增浓,有硫铵结晶析出。该塔不加入氨,pH<2,能有效地防止二氧化硫在预洗塔内被吸收。冷却并饱和水蒸气后的烟气,经除沫器进入吸收塔,烟气与稀硫铵溶液逆流接触,脱去二氧化硫。在稀硫酸溶液循环槽内,鼓入空气,将吸收的SO2转化为硫酸铵,净化后的烟气经除沫器由烟囱排放。中试果表明,当烟气中SO2含量达6100 ppm时,脱硫率高达99%(即烟气中SO2含量仅存61 ppm),而且烟气中氨含量接近于零(最高为3 ppm),所得硫酸铵结晶平均粒度为300 μm,很容易脱水分离,经两次脱水后的产品纯度高达99.6%。

硫酸厂废水主要来自净化焙烧炉气体的洗涤水。污水中除含微量硫酸(在焙烧炉中少量SO2转化为SO3)外,还含有2～30毫克/升的砷,约10毫克/升的氟,它们在废水中的含量都大大超过污水排放标准。过去采用水洗流程,生产1吨硫酸产生10～15吨废水,废水治理量很大。现在多采用封闭净化流程(即稀酸洗流程),每生产1吨硫酸只产生80～100升废水,废水量大为减少。废水处理多采用中和法,常用的中和剂是石灰(或石灰石),也有用纯碱或烧碱的。石灰不仅价廉易得,而且它还与污水中所含有的大量铁离子反应生成氢氧化铁絮凝体,把

废水中的重金属(如铅、镉)、砷等吸附并共沉淀,从而使污水得以净化。

7. 硫酸生产工业技术进展

(1)富氧焙烧 采用膜法富氧技术焙烧硫铁矿,使焙烧及净化系统炉气量减少32%左右,干吸和转化系统炉气量减少20.9%～23.5%。由于氧浓度提高,使沸腾炉焙烧强度提高43%,SO2催化转化的热力学平衡推动力、动力学速率均有较大提高,最终转化率可达到99.6%,尾气中SO2排放量减少42%。建设一个4万t/a硫酸装置总投资可下降11%。图3-1-08示出的是减压式膜分离流程。产生的富氧空气中氧含量可稳定在30%左右。

图3-1-08 减压式膜分离流程

图3-1-09 热管工作原理

(2)热管技术

热管工作原理见图3-1-09。典型的热管是一封闭的圆管,内壁紧贴有数层毛细物质(如金属丝网),构成吸液芯,在吸液芯内充有一定量的工作液体。管内的空气在制造时已被抽走,因此热管在工作时内部处于负压状态。当加热热管的一端时,吸液芯的工作液体将受热气化,蒸气在管内两端的微小压差作用下从加热端流向较冷的一端,冷凝为液体并放出热量。工作液体在吸液芯毛细力的作用下流回受热端再次气化,如此往复循环,形成连续的热量转移。由于热管内部的热量传递是依靠工作液体的相变及蒸气流动完成的,因此热阻极小,导热效率极高。由以上叙述可知,使用时热管的一端插入供热体,另一端则插入加热体。

(3)利用HRS技术回收低温热 HRS技术由美国孟山都环境化学公司(MEC)开发成功。用于硫酸生产中低温热的回收,在“二转二吸”式工艺流程中,将第一吸收塔改作热量回收塔(“一转一吸”式流程可将热量回收塔放在吸收塔前),从气体冷却器来的SO3进入热量回收塔,用99%硫酸作吸收剂,由于SO3溶解热的释放,将生成的100%硫酸加热至200℃,热硫酸进入锅炉(可产生0.3～1MPa蒸气400～500 kg)被冷却至160℃,100%硫酸加水稀释至99%,温度升至165℃,部分返回热量回收塔,部分流出系统作商品出售。HRS工艺流程见图3-1-11。

图3-1-12 “酸冷器”阳极保护系统

(4)阳极保护管壳式浓硫酸冷却器 用作干燥(干吸)塔、吸收塔热浓硫酸的冷却器(酸冷器),因热浓硫酸有很强的腐蚀性,设备或管路会发生渗漏现象,

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