工业化学-第二章硫酸工业.ppt

课堂练习：1，硫酸生产中常用的几种主要原料是什么？2、简述硫铁矿生产硫酸的四种工艺。3、请画出硫酸生产的原理过程。4、煤气净化的几种方法是什么？5，为什么要冷却转换器的各个部分？作业：1，探讨硫酸生产工艺和设备的基本特性。2，为什么使用硫酸作为98.3%浓度的三氧化硫吸收剂？第二章黄山产业，北京化工大学机电工程学院，目录，概述SO2的制造气体净化核心设备SO2转换和SO3的硫酸产业最新技术硫酸生产的健康、安全、环境保护(HSE)，2.1概述，硫酸：用纯无色、无味、透明油等液体强酸性工业硫酸是指SO3和水以一定比例构成的溶液。工业硫酸通常有两种规格93%(质量)硫酸和98%硫酸。相对密度：98%的硫酸为1.8365(20)，93%的硫酸为1.8276(20)。烟气硫酸意味着玻璃三氧化硫和水的摩尔比超过1.0(SO3和H2O的摩尔比超过1)。烟酸暴露在空气中后，会释放SO3，形成山雾，以此命名。2.1概述硫酸吸收能力强，可与水混合不同比例，释放大量热量。为了武器强酸，腐蚀性很强。化学性很活跃，几乎能与所有金属及其氧化物、氢氧化物反应，产生硫酸盐，也能起到其他无机酸的盐作用。稀释硫酸时只能向酸中注入水，不能向酸中注入水，以免因酸表面局部过热而发生爆炸喷雾事故。硫酸和金属76%以下的浓度释放氢气。2.1概述黄山被称为“化学工业之母”，其产量在一定程度上代表了一个国家工业的发展。黄山的用途很广，主要有以下几个方面。总产量约60%，总产量约20%，产量的高低是国民经济发展水平的标志之一。2.1概述-原料-黄铁矿，化学成分：Fe46.55%，S53.45%，混合Co，Ni，As，Sb，Cu，Au，Ag等。公元：年黄铁矿是地壳中分布最广的硫化物，在各种地质条件下形成：火成岩的附属矿物；黑色页岩；在结核改性板岩中是立方晶体。热液脉；到达变质岩区。名称源：名称pyrite来自希腊语PGR，表示火。晶体形式：晶型往往是立方体，5角12面体，较小的8面体。在立方体晶面上经常可以看到晶面条纹。集合体是粒状或块状。黄铁矿常被误认为是黄金，因此也以“傻瓜金”或“傻瓜金”着称。用钢铁猛打黄铁矿会产生火星。黄铁矿不能用于炼铁，是制造硫酸和硫磺的主要原料。2.1概述-原料-硫，英文名称：sulphur子类型：s分子量：32.06特性：黄色或浅黄色颗粒(粉末)外观或薄片。沸点为444.6度，容易燃烧。一般燃烧温度248 261度。物理化学性质：黄色固体粉末，几种同形体中最稳定的是正交晶黄，熔点为112.8，其他斜面结晶黄，熔点为心脏119 ，通常是两者的混合物，熔点为115，相对密度为2.07，30.4 的蒸气压为0.53mPa容易燃烧，容易被水慢慢分解。主要来源：天然气、石油、冶炼烟气、黄铁矿、煤、天然硫矿、特征：由于杂质少，工艺短、污染少、利用率高，是制造硫酸的最佳原料。硫磺的主要工艺，硫资源的分布，2.1概述-原料-其他，含硫工业废物：有色金属铜、镍、铅、锌等冶炼产生的二氧化硫烟气，焦炉煤气等。有色金属冶炼过程中产生的SO2烟气；焦炉煤气中的H2S气体。这两种原料硫酸综合利用了资源，消除了污染。，冶炼烟气制酸，第三，黄铁矿硫酸生产的主要工艺1，主要工艺1)SO2气体制备(“炉煤气制备”或“硫铁矿焙烧工艺”):硫：s O2=soq硫铁矿：4FeS2 11O23)SO2的催化氧化(“接触转化”工序):主要是2SO2 O2=2SO3 Q，3，硫铁矿制酸生产的主要工序1，主要工序4)SO3吸收：主要反应SO3 H2O=H2SO4 Q工业中实际循环2、其他辅助工艺矿石粉碎、分类、矿石分配(贫矿和富矿混合使用)、废气和污水处理等。三、黄铁矿硫酸生产的主要工艺3、硫酸生产的原则过程、硫酸生产原则过程、2-1，2.1概述黄铁矿酸的主要工艺、煤气净化工艺流程图、2-3，2.1概述中国的硫酸工业，1876年天津机械局对中国第一个铅室硫酸厂、到1949年，全国的硫酸产量只有4万吨。随着我国高浓度磷肥和有色金属冶炼工业的发展，硫酸产量急剧增加。2003年我国硫酸产量为3371.2万吨，比上年增产320万吨，增长10.5%，首次超过美国，居世界第一位。从1999年到2003年，硫酸产量年均增长9.3%，其中黄铁矿增长了1.5%。冶炼烟气酸增加8.5%；硫磺酸增加了23.8%。2004年我国硫酸产量为3994.6万吨，仅2005年1-11月，全国硫酸产量为4211万吨。我国的黄山产业取得了很大的发展。提高硫酸生产率，硫酸生产率，沸腾炉，炉气，二氧化硫制造某些杂质，如黄铁矿的沸腾焙烧，SO2，O2，N2，水蒸气和As，Se等化合物和粉尘。原料，粉碎，氧，二氧化硫气体的制备，2.2，1，焙烧反应为发热，体积减少反应。总反应为4 FeS 2 11 o 2=8 so 2 Fe2 o 3 3310 kj/mol。放热量约为标准煤的23.6%，是强放热反应。在正常生产条件下，反应热在高温下保持系统的热平衡，而无需添加燃料或其他能量。2、焙烧反应为不可逆气固相异构反应。温度足够高，氧气足够多，反应就充分进行。2.2.1，黄铁矿焙烧反应的特性，二氧化硫炉气体的制备，2.2，3，黄铁矿的分解速度取决于化学动力学速度。FeS2分解速度会随着温度的升高而加快(请参见图2-4)。沸腾焙烧温度一般控制在850 1000 ，温度超过1000 ，材料熔化，结疤，整个操作破坏。2.2.1，黄铁矿焙烧反应的特性，黄铁矿分解速度与温度的关系，2-4，二氧化硫气体的制备，2.2，4，这种气固异质性的反应，其总反应速度与化学反应速度和气相成分的扩散速度相关。反应速度随温度的增加而增加，但不重要，如图2-5所示。黄铁矿焙烧情况下，整体反应速度受氧扩散速度的影响最大，由扩散过程控制。5，在焙烧过程中，SO2，N2，O2，微量As2O3，HF，SeO2，H2O有多种反应气相产物的主要成分，如。氧化铁和其他固体变成渣。2.2.1，黄铁矿焙烧反应的特性，FeS反应与温度的关系，2-5，二氧化硫气体的制备，2.2，1，流态化现象的流化现象在图2-6中进行了说明。低速固体颗粒不运动，称为固定床。达到特定速度时，开始流化，初始速度umf。流量增加，压降保持不变时称为流化床。如果速度增加，直到床层界面消失，固相粒子被气流转移，称为稀薄的相转移床。2.2.2，沸腾焙烧(流化焙烧)和焙烧，床压力降 p与气流速度u的关系，2-6，二氧化硫气体的制造，2.2，2，沸腾焙烧炉沸腾焙烧的典型结构如图2-7所示，图解2外壳用保温砖和耐火砖覆盖，上面是炉，下面是空气分布室。分布板配有罩(见图2-9)。，2.2.2，2，沸腾焙烧和焙烧，2-7，2-8，2-9，沸腾焙烧，二氧化硫炉煤气的制造，2.2，3，黄铁矿沸腾焙烧技术的主要优点：1)结构上：结构更简单节约材料。维修工作量小。2)操作：操作更方便。连续供应和排渣；便于自动限制。3)技术上：高炉的颗粒薄，表面积大，能与空气充分接触，有利于氧气的扩散，反应快，a)生产强度t/(m2.d)大，是老式高炉的2.5倍。b)硫的燃烧率高，矿渣剩余硫量低于0.5%，硫的燃烧率可达99%。2.2.2，沸腾焙烧和焙烧，二氧化硫炉煤气的制造，2.2，3，黄铁矿沸腾焙烧技术的主要优点：3)工艺：c)快速燃烧，空气过少，高炉煤气的SO2浓度；d)广泛的原料应用有利于硫磺资源的合理利用。主要缺点：1)高炉粉尘含量高(200300g/m3)，净化工序负荷大。2)需要矿石破碎系统和高压头鼓风机，功耗。2.2.2、沸腾焙烧和焙烧炉、二氧化硫气体制备、2.2，1、温度：1)焙烧温度必须高于矿石燃点(约400)。提高温度可以提高氧气扩散速度，有助于提高焙烧反应速度。温度太高会使矿物熔化，留下疤痕，破坏正常操作。2)普通顶板瓦斯保持850 950 。3)影响炉温的主要因素包括投资量、含硫和水分、空气添加和预热程度、炉冷因素数等。2.2.2，黄铁矿沸腾焙烧的主要操作条件，二氧化硫气体的制备，2.2，2，矿石粒度粒子大小及其分布粒子越小，与氧的接触面积越大，氧化铁层越薄，反应速度越快，渣残留硫量越低。粒子大小分布越均匀，为了减少烘焙效果，床底部堆积厚粒子的问题就越不容易。如果粒子大小太小，炉内气体的灰尘含量就会增加。一般来说，平均粒度为0.240.70mm。2.2.2，黄铁矿沸腾焙烧的主要操作条件，二氧化硫炉煤气的制备，2.2，3，风速沸腾炉沸腾炉沸腾层的风速必须大于矿石颗粒平均粒度所需的初始流化速度，矿石才会进入沸腾状态。风速与矿石粒度相关，粒度越大，风速也应该越大。根据粒子大小，沸腾层的风速一般在0.33.5m/s之间。过度的风速会增加矿井粉尘的排放。向沸腾炉过渡段添加二次空气有助于适当降低炉底的风速，使燃烧更加完美。2.2.2，黄铁矿沸腾焙烧的主要操作条件，炉煤气净化，2.3，1，炉煤气成分SO2，N2，O2和有害杂质：矿山粉尘(能切断设备和管道，降低催化活性)，As2O3(催化中毒)2、焦炉煤气净化的目的是去除上述有害杂质，提供转换部分合格的原料气。2.3.1，炉煤气净化的主要方法，炉煤气净化，2.3，3，炉煤气净化方法1)旋风除尘：旋风分离器见图2-10。作用原理。优缺点。2)文氏管水洗：有除尘、除雾、冷却、有害杂质去除等多种效果。圆管清洁器如图2-11所示。作用原理。结构简单，洗涤，冷却性好。2.3.1，炉煤气净化的主要方法，2-10，2-11，1-收缩管；2-木管；3-扩散管，炉煤气净化，2.3，3，炉煤气净化方法3)泡沫塔水清洗使用浸出(渗透)筛网塔。作用原理。优缺点。通常设置在温管后面，并起到气液分离的全部作用。2.3.1，炉煤气净化的主要方法，炉煤气净化，2.3，3，炉煤气净化方法4)电除尘，除雾：管esp见图2-12。工作原理：DC50-70kV；电晕气体电离；离子填充灰尘或雾粒子。带电粒子在两个电极上放电析出。净化效果很高，经常在这种各种净化方法后面安装成火炉的净化手段。，2.3.1，炉煤气净化的主要方法，2-12，1-管(阳极)；2-金属线(阴极)，炉煤气净化，2.3，3，炉煤气净化方法5)浓硫酸烘干炉气体填料塔；作为干燥剂，干燥和去除浓硫酸93%到95%的水蒸气是净化炉气的最后一步。2.3.1，炉煤气净化的主要方法，炉煤气净化，2.3，洗涤工艺和酸洗工艺可能有两种工艺；在各工艺中，净化设备可以不同组合，得到各种工业净化工艺。以洗涤工艺为例，通常净化的第一步是用旋风除尘，其馀的净化工艺组合不同。有两个更常见的清洗净化过程：2.3.2，炉煤气净化工艺，SO2硫铁矿焙烧炉煤气净化，炉煤气净化，2.3，1，原气泡-电洗涤净化工艺旋流器 温管333342、“温-泡-温”洗涤净化过程旋风”第一文管泡沫洗涤器第二文管3354旋风除沫器浓硫酸干燥塔净化程度略低，但投入少，大部分小型硫酸厂。请参阅下一页的图2-13。2.3.2，炉煤气净化工艺，“原-泡-原”洗涤净化工艺，2-13，2.3.2，炉煤气净化工艺，炉煤气净化，2.3，工艺说明：1山雾0.05g/m3(标准)；水分0.1g/m3(标准)；矿山粉尘0.05g/m3(标准)3，从原氏管和泡沫洗涤器洗涤水中回收so 2 脱气塔中解吸4，污水处理：Ca(OH)2中和，沉淀法分离固体废物后，水排出或回收。2.3.2，炉煤气净化工艺，炉煤气净化，2.3，工艺说明：5，冷却水回收：在冷却塔中冷却后回收。6、用干燥剂回收浓硫酸：浓硫酸吸收水分后发热，浓度降低。所以一方面要用酸冷却器冷却，另一方面要排出浓度降低的酸液的一部分，补充完成的酸的98%，循环浓硫酸的浓度和温度。2.3.2，高炉煤气净化工艺，熔化硫，硫磺燃烧，冶炼烟气，有色金属工业冶炼厂二氧化硫处理污染减少，根据日益严格