Die Schwefelsäureproduktion "Double Conversion, Double Absorption" -Prozess erzeugt immer noch ein so₂-enthaltendes Schwanzgas (typischerweise 500-1000 mg/m³). Direkte Emission verursacht leicht sauren Regen, sodass die Behandlung mit dem Schwanzgas für den Kontaktprozess von wesentlicher Bedeutung ist.
Vorbehandlung Rohmaterial: Entfernen von Verunreinigungen, um die nachfolgende Prozessstabilität sicherzustellen
Der erste Schritt im Kontaktprozess für die Schwefelsäureproduktion ist die Vorbehandlung mit der Rohstoffmaterial, deren Kernziel darin besteht, Verunreinigungen aus Rohstoffen zu entfernen, um eine Katalysatorvergiftung, die Korrosion oder die minderwertige Produktreinheit in nachfolgenden Prozessen zu vermeiden. Die Vorbehandlungsmethoden variieren je nach Rohstoff erheblich: Wenn Schwefel als Rohstoff verwendet wird, wird fester Schwefel zuerst in einen Schmelzentank geschickt und bei einer Temperatur von 130 bis 150 Grad in Flüssigkeitsschwefel geschmolzen.
Anschließend werden mechanische Verunreinigungen (wie Sediment und Kohlenstoffpartikel) durch einen Filter entfernt, und feine Partikel werden durch einen Zyklonabscheider weiter getrennt, um sicherzustellen, dass die Reinheit des Schwefels, der in den nächsten Schritt eintritt, größer oder gleich 99,9%ist. Wenn Pyrit (Hauptkomponente fes₂) übernommen wird, muss es zuerst zerkleinerte und Screening-Prozesse durchgehen, um Pyrit in gleichmäßige Partikel von 8-15 mm zu zerbrechen. Gleichzeitig werden Metallverunreinigungen wie Eisenangaben durch ein Magnetabscheider entfernt, um zu verhindern, dass Eisenoxide erzeugt werden, die während des anschließenden Bratens erzeugt werden, wenn sie an der inneren Wand aus Geräten oder blockierenden Rohrleitungen haften. If the raw material is smelting flue gas (such as SO₂-containing flue gas produced in the smelting process of copper, lead, and zinc), it is necessary to first perform dust removal (using an electrostatic precipitator or bag filter to remove dust particles), demisting (removing water mist through a Venturi scrubber), and heavy metal removal (such as removing mercury, arsenic, etc. using activated carbon adsorption or chelating Harzaustauschmethode), um zu verhindern, dass Verunreinigungen im Rauchgas die Katalysatoraktivität beeinflussen. Die Qualität der Rohstoffvorbehandlung bestimmt direkt die Stabilität nachfolgender Prozesse. Wenn der Arsengehalt in Pyrit beispielsweise zu hoch ist, wird der nachfolgende Vanadiumkatalysator eine dauerhafte Vergiftung verursachen. Daher muss die Vorbehandlungsverbindung den Verunreinigungsgehalt strikt steuern und in der Regel den Inhalt schädlicher Elemente wie Arsen und Selen in den Rohstoffen um weniger oder gleich 0,05%erfordern.
Schwefeldioxidpräparat: Kernreaktionsverbindung zur Erzeugung von wichtigen Prozessrohstoffen
Schwefeldioxid (SO₂) ist der Kernmaterial für die Schwefelsäureproduktion über den Kontaktprozess. Die Vorbereitungsverbindung erfordert die Auswahl der entsprechenden Prozessroute entsprechend der Art des Rohstoffs, um die Ausgabe und Reinheit von SO₂ sicherzustellen, dass die Bedürfnisse der nachfolgenden Oxidation erfüllt werden. Wenn Schwefel als Rohstoff verwendet wird, wird der raffinierte Flüssigkeitsschwefel in einen Schwefelbrenner geschickt, gemischt mit Druckluft, die getrocknet wurde (unter Verwendung konzentrierter Schwefelsäure zum Trocknen, um Feuchtigkeit zu vermeiden, die nachfolgende Reaktionen im Verhältnis zu einem Anteil (Luftüberschusskoeffizient 1,05-1.1) beeinflussen, und eine Verbrennungsreaktion bei einem hohen Temperatur von 800-1000.
Die Umwandlungsrate dieser Reaktion kann über 99,8%erreichen, und die Konzentration des erzeugten SO₂-Gases beträgt ungefähr 10%-12%(Volumenfraktion). In der Zwischenzeit kann die freigesetzte Wärme verwendet werden, um Dampf für die Energiewiederherstellung zu erzeugen. Wenn Pyrit als Rohstoff verwendet wird, werden die vorbehandelten Pyritpartikel in einen flüssigen Bettröster (Kochofen) geschickt, und eine Bratreaktion wird mit überschüssiger Luft bei einer Temperatur von 650-850 Grad durchgeführt: 4Fes₂ + 11 o₂ → 2Fe₂o₃ + 8} so₂ + so₂ + so₂ + heat. Während des Röstenprozesses muss die Luftströmungsrate von einem Lüfter gesteuert werden, um die Pyritpartikel in einem Siedungszustand zu halten, um eine ausreichende Reaktion zu gewährleisten. Die Konzentration der erzeugten SOS beträgt etwa 7%-9%, und das Nebenprodukt-Eisenoxid (Schlacke) kann als Rohstoff für die Eisenherstellung gewonnen werden. Für Schmelzgas Rohstoffe wird das vorbehandelte Rauchgas in einen Desorptionsturm geschickt, und die niedrige Konzentration ist SO₂ (normalerweise 1%-5%) im Rauchgas auf 8%-10%durch verdünnte Schwefelsäure-Desorption oder Pyrolyseprozess auf 8%-10%konzentriert, der den Anforderungen der SO₂-Konzentration für die nachfolgende katalytische Oxidation entspricht. Unabhängig von dem verwendeten Rohstoff muss das erzeugte SO₂-Gas durch einen Wärmemessel (von 800-1000 bis 300 bis 400 Grad) abgekühlt werden, und Wärme wird gewonnen, um Dampf mit mittlerem Druck zu erzeugen, wodurch nicht nur die Wärmefestigkeitsanforderungen der nachfolgenden Ausrüstung reduziert werden, sondern auch die Recycling von Energie.
Katalytische Oxidation von Schwefeldioxid: Kern des Kontaktverfahrens zur Realisierung der Umwandlung von So₂ nach So₃
Die katalytische Oxidation von Schwefeldioxid ist die Kernverbindung im Kontaktprozess für die Schwefelsäureproduktion. Seine Essenz besteht darin, SO₂ bis Schwefeltrioxid (SO₃) unter der Wirkung eines Katalysators zu oxidieren, und die Umwandlungsrate dieser Reaktion bestimmt direkt den Ausgang von Schwefelsäure- und Abgasemissionsindikatoren. Derzeit sind Vanadium-Katalysatoren (Hauptkomponente V₂O₅, Carrier Sio₂, Promotors K₂so₄ und Na₂so₄) in der Industrie aufgrund ihrer hohen Aktivität, ihrer guten Selektivität und ihrer langen Lebensdauer (normalerweise 3-5 Jahre) häufig eingesetzt. The reaction is carried out in a converter (multi-stage adiabatic fixed-bed reactor) using the "two-stage conversion and two-stage absorption" process: during the first conversion, the cooled SO₂ gas (containing O₂) enters the first catalyst bed of the converter, and the reaction occurs at a temperature of 400-450℃: 2SO₂ + O₂ ⇌ 2SO₃ + heat. Da diese Reaktion exotherm ist, steigt die Betttemperatur auf 550-600 Grad und übersteigt die optimale aktive Temperatur des Katalysators. Daher muss das Gas durch einen Zwischenwärmetauscher auf 400-420 Grad abgekühlt werden, bevor er für weitere Reaktion in das zweite Katalysatorbett eintritt. Die Gesamtumwandlungsrate der ersten Umwandlung kann 90%-95%erreichen.
Anschließend gelangt das SO₃ -enthaltende Gas in den ersten Absorptionsturm (unter Verwendung von 98,3% konzentrierter Schwefelsäure zum Absorptieren von SO₃), um den größten Teil des SO₃ zu entfernen, wodurch die Bildung von Säure -Nebel während des anschließenden Kühlprozesses vermieden wird. Das nicht umgesetzte SO₂-Gas (Konzentration von etwa 0,5%-1%) wird durch einen Wärmetauscher erneut auf 400 Grad erhitzt und tritt für die zweite Umwandlung in die dritte und vierte Katalysatorbeete des Konverters ein, wobei die Umwandlungsrate auf über 99,5%weiter stieg. Dieser Prozess steuert die Reaktionstemperatur im Katalysatoraktivitätsbereich (400-600 Grad) effektiv durch segmentierte Reaktionen und Zwischenwärmeaustausch, während die umgekehrte Reaktion vermieden wird, wenn SO₃ mit nicht umgesetzter SO₂ und O₂ gemischt wird. Darüber hinaus erfordert die Verwendung von Katalysatoren eine strenge Kontrolle des Verunreinigungsgehalts in Rohstoffen. Elemente wie Arsen, Selen und Fluor haften an der Katalysatoroberfläche, blockieren die aktiven Zentren und verursachen eine Katalysatordeaktivierung. Daher muss die Katalysatoraktivität regelmäßig getestet werden, und wenn die Umwandlungsrate unter 95%sinkt, muss der Katalysator ersetzt werden.
Schwefeltrioxidabsorption: Vermeidung von Säure -Nebelbildung und effizientes Vorbereiten der Schwefelsäure
Die Absorption von Schwefeltrioxid (So₃) ist ein Schlüsselschritt bei der Umwandlung von SO₃, die durch katalytische Oxidation in Schwefelsäure erzeugt wird. Die zentrale Herausforderung besteht darin, einen direkten Kontakt zwischen So₃ und Wasser zu vermeiden, um sauren Nebel zu bilden (So₃ + H₂o → H₂so₄ ist diese Reaktion hochexotherm und verursacht leicht, dass Schwefelsäuredampf in winzige Tröpfchen kondensiert, die schwer zu erfassen sind). Daher wird in der Industrie häufiger 98,3% konzentrierter Schwefelsäure als Absorption verwendet. Diese Schwefelsäurekonzentration hat die höchste Absorptionseffizienz für So₃ und ist nicht anfällig für die Bildung von Säure -Nebel. Der Absorptionsprozess wird in einem Absorptionsturm (normalerweise ein gepackter Turm oder Blasenkappen-Turm) durchgeführt: das SO₃-Gas (Temperatur etwa 150 bis 200 Grad) nach der ersten Umwandlung vom Boden des Absorptionsturms und kontrolliert mit 98,3% konzentrierter Schwefelsäure, die von der Oberseite des Turms besprüht sind. So₃ löst sich in der konzentrierten Schwefelsäure auf, um eine konzentrierte Schwefelsäure (Konzentration von bis zu über 99,5%) oder eine ritzige Schwefelsäure (Schwefelsäure, die freie SO₃ enthält, Konzentration als Massenfraktion von SO₃, normalerweise 20%-65%) zu bilden.
Im Absorptionsturm müssen die Sprühdichte (normalerweise 15-25 m³/(m² · h)) und die Gasdurchflussrate (0,5-1,0 m/s) gesteuert werden, um einen ausreichenden Gas-Flüssigkeits-Kontakt zu gewährleisten. Gleichzeitig wird ein im Turm installierter Demister (z. B. ein Faser -Demister) verwendet, um Schwefelsäure -Tröpfchen zu entfernen, die im Gas mitgenommen wurden, wodurch die Korrosion der nachfolgenden Geräte vermieden wird. Wenn verdünnte Schwefelsäure (z. B. 70% ige Konzentration für die Metallflocken) erzeugt werden muss, kann die durch Absorption erzeugte konzentrierte Schwefelsäure in einen Verdünnungspanzer geschickt werden, und das demineralisierte Wasser wird langsam unter rührenden Bedingungen zugegeben (es ist streng verboten, Wasser direkt zu konzentriertem Schwefelsäure zu hindern, um das Kochen zu verhindern). Die Verdünnungstemperatur wird mit 60 Grad nicht überschreitet, und die Konzentration wird in Echtzeit durch ein Online-Konzentrationsmessgerät überwacht. Nach dem Erreichen des Zielwerts wird es an den fertigen Produktspeichertank gesendet. Für die Produktion von knapper Schwefelsäure muss nach dem Absorptionsturm ein rauchender Schwefelsäureerzeugungsturm zugesetzt werden, um SO₃ -Gas mit 98,3% konzentrierter Schwefelsäure weiter zu kontaktieren, so dass der freie SO₃ -Gehalt die Auslegungsanforderungen entspricht. Die Steuerung von Betriebsparametern in der Absorptionsverbindung ist entscheidend. Wenn beispielsweise die absorbierende Temperatur zu hoch ist, nimmt die Löslichkeit von So₃ ab. Wenn die Temperatur zu niedrig ist, nimmt die Lösung Viskosität zu und beeinflusst die Absorptionseffizienz. Daher wird die absorbierende Temperatur normalerweise durch einen Säurekühler mit 40 bis 60 Grad gesteuert. Gleichzeitig muss der Druck des Absorptionsturms bei einem leichten Unterdruck (-50 bis -100 Pa) beibehalten werden, um so₃ -Gasleckage zu verhindern.
Produktraffinierung: Konzentration und Reinheit nach nachgelagerten Anforderungen anpassen
Der Kern der Produktraffinierungsverbindung besteht darin, die Konzentration anzupassen und Verunreinigungen der Schwefelsäure zu entfernen, die in der Absorptionsverbindung entsprechend den unterschiedlichen Bedürfnissen der nachgeschalteten Industrien erzeugt werden, um sicherzustellen, dass das Produkt den entsprechenden industriellen Standards entspricht. Die erste ist die Konzentrationsanpassung: Wenn der nachgeschaltete Nachfrage zu 98% der industriellen konzentrierten Schwefelsäure (in der Fertilisatorproduktion verwendet wird, wie z. Wenn die Nachfrage 70% verdünnte Schwefelsäure beträgt (in der Eisen- und Stahlindustrie verwendet werden, um Eisenoxid auf der Stahloberfläche zu entfernen), muss demineralisiertes Wasser im Verhältnis zum Verdünnungspanzer hinzugefügt werden, während die Rühr- und Kühlsysteme einschalten, um die Temperatur während des Verdünnung zu kontrollieren und 60 Grad nicht zu überschreiten, wodurch Schwefelsäure bei hohen Temperaturen oder Korrodiergeräten vorliegert werden.
Die zweite ist Verunreinigungsentfernung: Unterschiedliche Anwendungsszenarien haben signifikant unterschiedliche Anforderungen an Schwefelsäurereinheit. Zum Beispiel erfordert gewöhnliche industrielle Schwefelsäure einen Eisengehalt weniger oder gleich 0,01% und Arsengehalt weniger als 0,005%, während die Schwefelsäure der Batteriegröße (als Elektrolyt für Blei-Säure-Batterien verwendet) (Blei, Quecksilber, Cadmium) weniger als 0,1ppm und Chlorid-INID-Gehalt weniger als 0,5 und gleich oder gleich 0,5-Jähriger benötigt. Für gewöhnliche industrielle Schwefelsäure wird die Filtration normalerweise verwendet, um mechanische Verunreinigungen (wie Filtration durch Polypropylenfiltermembranen) zu entfernen, und Wasserstoffperoxid (H₂O₂) wird zugesetzt, um reduktive Verunreinigungen wie Schwefelsäure (H₂so₃) zu oxidieren und zu entfernen. Für die Schwefelsäure von Batteriequalität ist ein tiefes Verfeinerungsprozess erforderlich: Zuerst wird die Aktivkohlenstoffadsorption organische Verunreinigungen verwendet, und dann die Ionenaustauschharze (wie Kationenaustauschharze zum Entfernen von Schwermetallionen, Anionenaustauschharzen, um Chloridionen zu entfernen, und Chloridionen entfernen. Standards. Darüber hinaus müssen Qualitätstests in der Produktraffinierungsverbindung durchgeführt werden, einschließlich Konzentrationstests (unter Verwendung der Densitometermethode oder Titrationsmethode) und Verunreinigungsinhaltstests (unter Verwendung von Atomabsorptionsspektrometrie oder Ionenchromatographie). Nach dem Bestehen des Tests muss die Schwefelsäure in speziellen Lagertanks gemäß unterschiedlichen Konzentrations- und Reinheitsniveaus (z. B. 98% konzentrierte Schwefelsäure in Kohlenstoffstahltanks, verdünnte Schwefelsäure in FRP-Tanks und Batterieschwefelsäure in Edelstahltanks) gelagert werden, um gemischte Verschmutzung von Produkten unterschiedlicher Abstände zu vermeiden.
Abgasbehandlung: Kontrolle der Schadstoffemissionen, um die Umweltstandards zu erfüllen
Obwohl der "zweistufige Umwandlungs- und zweistufige Absorptionsprozess" angewendet wird, wird während der Schwefelsäureproduktion noch eine geringe Menge an Abgas, die SO₂ (normalerweise SO₂-Konzentration 500-1000 mg/m³) enthält, erzeugt. Die direkte Emission führt zu einer Luftverschmutzung (bilden saurer Regen), sodass die Abgasbehandlungsverbindung ein unverzichtbarer Umweltschutzschritt im Kontaktprozess ist. Derzeit gibt es in der Industrie drei Mainstream-Abgasbehandlungstechnologien: Der erste ist der Ammoniak-Desulfurisationsprozess, der das Abgas in einen Desulfurisations-Turm sendet und es mit Ammoniakwasser (Konzentration 15%-20%) kontert. (Nh₄) ₂so₃ + so₂ + h₂o → 2nh₄hso₃.
Dann wird Luft in die Reaktionslösung eingeführt, um Ammoniumsulfat zu oxidieren und zu erzeugen: 2nh₄hso₃ + o₂ → 2 (nh₄) ₂so₄. Ammoniumsulfat kann als Stickstoffdünger verkauft werden, um die Ressourcennutzung von Schadstoffen zu realisieren. Die SO₂-Entfernungsrate dieses Prozesses kann über 98%erreichen, und die Abgasemissionskonzentration beträgt weniger als 50 mg/m³, was den Anforderungen des "integrierten Emissionsstandards der Luftschadstoffe" Chinas entspricht (GB 16297-1996). Der zweite ist der Prozess der Kalkmilch Desulfurization, bei dem Kalkmilch (CA (OH) ₂ -Suspension) als Absorption mit So₂ im Abgas reagiert werden, um Calciumsulfit zu erzeugen: SO₂ + CA (OH) ₂ → CASO₃ ↓ + H₂O. Calciumsulfit wird oxidiert, um Gips (CASO₄ · 2H₂O) zu erzeugen, das bei der Herstellung von Baumaterialien (z. B. Gypsumbretter) verwendet werden kann.
Dieser Prozess weist niedrige, aber relativ niedrige SO₂ -Entfernungsrate (ca. 95%) auf, die für kleine Schwefelsäureproduktionsunternehmen geeignet sind. Das dritte ist das aktivierte Kohlenstoffadsorptionsmethode, das das Abgas durch einen Aktivkohlenstoffadsorptionsturm durchsetzt. Nachdem So₂ durch aktiviertes Kohlenstoff adsorbiert wurde, wird SOS₂-Gas mit hoher Konzentration durch Desorption unter Heizbedingungen erzeugt, die an den Konverter zurückgegeben werden kann, um erneut an der Reaktion teilzunehmen, wodurch das Recycling von SO₂ erstellt wird.
Dieser Prozess hat keine sekundäre Verschmutzung, aber die Kosten für den Aktivkohlenstoffersatz sind hoch und für Unternehmen mit strengen Umweltanforderungen und hohen Rohstoffkosten geeignet. Unabhängig vom angewandten Prozess muss die SO₂-Emissionskonzentration nach einer Online-Überwachungssystem nach Abgasbehandlung in Echtzeit überwacht werden, um eine stabile Einhaltung zu gewährleisten. Gleichzeitig müssen die während des Behandlungsprozesses erzeugten Nebenprodukte (wie Ammoniumsulfat und Gips) in Einhaltung der Einhaltung der Sekundärverschmutzung entsorgt werden. Beispielsweise muss der Schwermetallgehalt von Gips getestet und erst nach Erfüllung der Baustuhlstandards verwendet werden.
Darüber hinaus nehmen einige großflächige Schwefelsäureproduktionsunternehmen auch Abgasabwehungserholungstechnologie an, wobei die Wärme im Abgas (Temperatur etwa 100 bis 150 Grad) zur Wärme des demineralisierten Wassers durch einen Wärmetauscher, der Dampf mit niedrigem Druck für die Produktion und die Erhaltung der Energieversorgung und die Realisierung der Dualziele des Umweltschutzes und der Energieerhaltung erzeugt wird.
