Svovlsyreproduktionens "dobbeltkonvertering, dobbeltabsorption" -proces genererer stadig SO₂-holdige haleegas (typisk 500-1000 mg/m³). Direkte emission forårsager let surt regn, så halegasbehandling er vigtig for kontaktprocessen.
Forbehandling af råmateriale: Fjernelse af urenheder for at sikre efterfølgende processtabilitet
Det første trin i kontaktprocessen for produktion af svovlsyre er forbehandling af råmateriale, hvis kerne mål er at fjerne urenheder fra råvarer for at undgå katalysatorforgiftning, udstyrskorrosion eller substandard produktrenhed i efterfølgende processer. Forbehandlingsmetoderne varierer markant afhængigt af råmaterialerne: hvis svovl bruges som råmateriale, sendes fast svovl først til en smeltetank og smeltes i flydende svovl ved en temperatur på 130-150 grad.
Derefter fjernes mekaniske urenheder (såsom sediment og kulstofpartikler) gennem et filter, og fine partikler adskilles yderligere af en cyklonseparator for at sikre, at renheden af svovl, der kommer ind i det næste trin, er større end eller lig med 99,9%. Hvis pyrit (hovedkomponent fes₂) vedtages, skal den først gennemgå knusnings- og screeningsprocesser for at opdele pyrit i ensartede partikler på 8-15 mm. På samme tid fjernes metalforureninger, såsom jernfilinger, af en magnetisk separator for at forhindre jernoxider genereret under efterfølgende ristning fra at klæbe til den indre væg af udstyr eller blokere rørledninger. Hvis råmaterialet er smelte-røggas (såsom So₂-indeholdende røggas produceret i smeltningsprocessen med kobber, bly og zink), er det nødvendigt at først udføre støvfjernelse (ved hjælp af en elektrostatisk bundfald eller posefilter for at fjerne støvpartikler), dæmpe (fjernelse af vandtågen gennem en venturi-skrubber) og tungmetalfjernelse (såsom fjernelse af merkuri, arsenisk, etv. Ev. Adsorption eller chelatering af harpikseudvekslingsmetode) for at forhindre urenheder i røggassen i at påvirke katalysatoraktiviteten. Kvaliteten af forbehandling af råmateriale bestemmer direkte stabiliteten af efterfølgende processer. For eksempel, hvis arsenindholdet i pyrit er for højt, vil det forårsage permanent forgiftning af den efterfølgende vanadiumkatalysator. Derfor skal forbehandlingslinket strengt kontrollere urenhedsindholdet, hvilket normalt kræver indholdet af skadelige elementer som arsen og selen i råvarer for at være mindre end eller lig med 0,05%.
Svovldioxidforberedelse: Kerne reaktionslink til at generere nøgleproces Råmaterialer
Svovldioxid (SO₂) er den centrale mellemliggende råmateriale til svovlsyreproduktion via kontaktprocessen. Forberedelsesforbindelsen kræver at vælge den tilsvarende procesrute i henhold til typen af råmateriale for at sikre, at output og renhed af SO₂ imødekommer behovene ved efterfølgende oxidation. Når svovl anvendes som råmateriale, sendes den raffinerede flydende svovl til en svovlbrænder, blandet med trykluft, der er tørret (ved hjælp af koncentreret svovlsyre til tørring for at undgå fugt, der påvirker efterfølgende reaktioner) i forhold (luftoverskydende koefficient 1,05-1.1) og gennemgår en forbrændingsreaktion ved en høj temperatur på 800-1000 grad: S + O₂ → SO₂ + head.
Konverteringsfrekvensen for denne reaktion kan nå over 99,8%, og koncentrationen af den genererede SO₂-gas er ca. 10%-12%(volumenfraktion). I mellemtiden kan den frigivne varme bruges til at generere damp til energiudvinding. Hvis pyrit bruges som råmateriale, sendes de forbehandlede pyritpartikler til en fluidiseret sengebrænder (kogende ovn), og en ristreaktion udføres med overskydende luft ved en temperatur på 650-850 grad: 4fes₂ + 11 o₂ → 2Fe₂o₃ + 8 SO₂ + varme. Under ristningsprocessen skal luftstrømningshastigheden kontrolleres af en ventilator for at holde pyritpartiklerne i en kogende tilstand, hvilket sikrer tilstrækkelig reaktion. Koncentrationen af genereret SO₂ er ca. 7%-9%, og biprodukt jernoxid (slagge) kan udvindes som et råmateriale til jernfremstilling. For smeltning af røggasråmaterialer sendes den forbehandlede røggas til et desorptionstårn, og lavkoncentrationen SO₂ (normalt 1%-5%) i røggassen er koncentreret til 8%-10%gennem fortyndet svovlsyre-desorption eller pyrolyseproces, der opfylder kravet om SO₂-koncentration for subfølgende katalytisk oxidation. Uanset det anvendte råmateriale, skal den genererede SO₂-gas afkøles af en affaldsvarmekedel (fra 800-1000 grader til 300-400 grad), og varme gendannes for at generere damp med mediumtryk, hvilket ikke kun reducerer varmemodstandskravene i efterfølgende udstyr, men indser også genanvendelse af energi.
Katalytisk oxidation af svovldioxid: kernen i kontaktprocessen for at realisere konvertering fra SO₂ til SO₃
Den katalytiske oxidation af svovldioxid er kerneforbindelsen i kontaktprocessen for produktion af svovlsyre. Dets essens er at oxidere SO₂ til svovltrioxid (SO₃) under virkningen af en katalysator, og omdannelseshastigheden for denne reaktion bestemmer direkte udgangen af svovlsyre og udstødningsemissionsindikatorer. I øjeblikket er vanadiumkatalysatorer (hovedkomponent V₂o₅, bærer SiO₂, promotorer K₂so₄ og Na₂so₄) vidt brugt i industrien på grund af deres høje aktivitet, god selektivitet og lang levetid (normalt 3-5 år). Reaktionen udføres i en konverter (flertrins adiabatisk fast-senge-reaktor) ved hjælp af "to-trins-konvertering og to-trins absorption" -processen: Under den første omdannelse kommer den afkølede SO₂-gas (indeholdende O₂) den første katalysator i konverteren, og reaktionen forekommer ved en temperatur på 400-450 grad: 2so₂ + O₂ 2s 2SO + heat. Da denne reaktion er eksoterm, vil sengetemperaturen stige til 550-600 grad, hvilket overskrider den optimale aktive temperatur på katalysatoren. Derfor skal gassen afkøles til 400-420 grad gennem en mellemvarmeveksler, inden den går ind i den anden katalysatorbed for yderligere reaktion. Den samlede konverteringsfrekvens for den første konvertering kan nå 90%-95%.
Derefter kommer den gas, der indeholder SO₃, ind i det første absorptionstårn (ved hjælp af 98,3% koncentreret svovlsyre til at absorbere SO₃) for at fjerne det meste af SO₃ ved at undgå dannelse af syre tåge under den efterfølgende kølingsproces. Den ureagerede SO₂-gas (koncentration ca. 0,5%-1%) opvarmes igen til ca. 400 grader gennem en varmeveksler og kommer ind i de tredje og fjerde katalysatorbed af konverteren til den anden konvertering, med konverteringsfrekvensen steg yderligere til over 99,5%. Denne proces kontrollerer effektivt reaktionstemperaturen inden for katalysatoraktivitetsområdet (400-600 grader) gennem segmenterede reaktioner og mellemvarmeudveksling, mens den undgår den omvendte reaktion, når SO₃ blandes med ureageret SO₂ og O₂. Derudover kræver brugen af katalysatorer streng kontrol af urenhedsindhold i råvarer. Elementer som arsen, selen og fluor vil klæbe sig til katalysatoroverfladen, blokere de aktive centre og forårsage katalysatordeaktivering. Derfor skal katalysatoraktiviteten regelmæssigt testes, og når konverteringsfrekvensen falder under 95%, skal katalysatoren udskiftes.
Svovltrioxidabsorption: at undgå dannelse af syretåge og effektivt tilberedning af svovlsyre
Absorptionen af svovltrioxid (SO₃) er et centralt trin i konvertering af SO₃ genereret ved katalytisk oxidation til svovlsyre. Dens kerneudfordring er at undgå direkte kontakt mellem SO₃ og vand for at danne syretåge (SO₃ + H₂O → H₂SO₄, denne reaktion er meget eksoterm og får let svovlsyre -damp til at kondensere til små dråber, der er vanskelige at fange). Derfor anvendes 98,3% koncentreret svovlsyre ofte som absorberende i industrien. Denne koncentration af svovlsyre har den højeste absorptionseffektivitet for SO₃ og er ikke tilbøjelig til dannelse af syre tåge. Absorptionsprocessen udføres i et absorptionstårn (normalt et pakket tårn eller boblehætte tårn): SO₃-gassen (temperatur ca. 150-200 grad), efter at den første omdannelse kommer ind fra bunden af absorptionstårnet og kontakter modrulant med 98,3% koncentreret svovlsyre sprayt fra toppen af tårnet. SO₃ opløses i den koncentrerede svovlsyre til dannelse af mere koncentreret svovlsyre (koncentration op til over 99,5%) eller fuming svovlsyre (svovlsyre indeholdende fri SO₃, koncentration udtrykt som massefraktion på SO₃, normalt 20%-65%).
I absorptionstårnet skal spraydensiteten (normalt 15-25 m³/(m² · h)) og gasstrømningshastighed (0,5-1,0 m/s) kontrolleres for at sikre tilstrækkelig gas-væske-kontakt. På samme tid bruges en demister (såsom en fiberdemister), der er installeret i tårnet, til at fjerne svovlsyredråber, der er med i gassen, idet man undgår korrosion af efterfølgende udstyr. Hvis fortyndet svovlsyre (såsom 70% koncentration for metal pickling) skal produceres, kan den koncentrerede svovlsyre, der genereres ved absorption, sendes til en fortyndingstank, og demineraliseret vand tilsættes langsomt under omrøringsbetingelser (det er strengt forbudt at tilsætte vand direkte til koncentreret svovlsyre for at forhindre kogning). Fortyndingstemperaturen kontrolleres for ikke at overstige 60 grader, og koncentrationen overvåges i realtid af en online koncentrationsmåler. Efter at have nået målværdien sendes den til den færdige produktopbevaringstank. Til produktion af fuming svovlsyre skal der tilsættes et fuming -svovlsyreproduktionstårn efter absorptionstårnet for yderligere at kontakte SO₃ -gas med 98,3% koncentreret svovlsyre, så det gratis SO₃ -indhold opfylder designkravene. Kontrollen med driftsparametre i absorptionslinket er afgørende. For eksempel, hvis den absorberende temperatur er for høj, falder SO₃s opløselighed; Hvis temperaturen er for lav, øges opløsningsviskositeten, hvilket påvirker absorptionseffektiviteten. Derfor styres den absorberende temperatur normalt ved 40-60 grader gennem en syrekøler. På samme tid skal presset fra absorptionstårnet opretholdes ved et let undertryk (-50 til -100pa) for at forhindre SO₃ -gaslækage.
Produktraffinering: Justering af koncentration og renhed i henhold til nedstrøms krav
Kernen i produktraffineringslinket er at justere koncentrationen og fjerne urenheder i svovlsyren, der er genereret i absorptionsforbindelsen i henhold til de forskellige behov for nedstrøms industrier, hvilket sikrer, at produktet opfylder de tilsvarende industrielle standarder. The first is concentration adjustment: if the downstream demand is 98% industrial concentrated sulfuric acid (used in fertilizer production, such as manufacturing diammonium phosphate), the 99.5% concentrated sulfuric acid generated by absorption needs to be sent to a concentration tower, heated by introducing low-pressure steam (120-150℃) to evaporate part of the water, reducing the concentration til 98%. Hvis efterspørgslen er 70% fortyndet svovlsyre (anvendt i metal syltede i jern- og stålindustrien for at fjerne jernoxid på ståloverfladen), skal demineraliseret vand tilsættes i forhold til fortyndingstanken, mens den tænder for omrørings- og kølesystemer for at kontrollere temperaturen under fortynding for ikke at overstige 60 grader, hvilket forhindrer svovlsyre fra at nedbryde ved høje temperaturer eller korrodere udstyr.
Den anden er fjernelse af urenheder: Forskellige applikationsscenarier har signifikant forskellige krav til svovlsyre -renhed. For eksempel kræver almindelig industriel svovlsyre jernindhold mindre end eller lig med 0,01%, og arsenindhold mindre end eller lig med 0,005%, mens batteri-gray-svovlsyre (anvendt som elektrolyt til blysyrebatterier) kræver tungmetal (bly, kviksølv, cadmium) indhold, der er mindre end eller lig med 0,1pm og chlorid-indhold, mindre end eller lig til 0,5 .5 .5 .5 .5. Til almindelig industriel svovlsyre bruges filtrering normalt til at fjerne mekaniske urenheder (såsom filtrering gennem polypropylenfiltermembraner), og hydrogenperoxid (H₂O₂) tilsættes for at oxidere og fjerne reduktive urenheder, såsom svovlsyre (H₂so₃). For svovlsyre i batteri-kvalitet kræves en dyb raffineringsproces: For det første bruges aktiveret kulstofadsorption til at fjerne organiske urenheder, derefter anvendes ionbytterharpikser (såsom kationbytterharpikser til fjernelse Batteri-kvalitetsstandarder. Derudover skal kvalitetstest udføres i linket Raffinering af produktraffinering, herunder koncentrationstest (ved hjælp af densitometermetode eller titreringsmetode) og urenhedsindholdstest (ved hjælp af atomabsorptionsspektrometri eller ionkromatografi). Efter at have bestået testen, skal svovlsyren opbevares i specielle opbevaringstanke i henhold til forskellige koncentrations- og renhedsniveauer (såsom 98% koncentreret svovlsyre i carbonstanke, fortyndet svovlsyre i FRP-tanke og batteri-grade svovlsyre i rustfrit ståltanke) for at undgå blandet afstemning af produkter af forskellige karakterer.
Udstødningsgasbehandling: Kontrol af forurenende emissioner for at opfylde miljøstandarder
Selvom "to-trins konvertering og to-trins absorption" -processen vedtages, genereres stadig en lille mængde udstødningsgas, der indeholder SO₂ (normalt SO₂-koncentration 500-1000 mg/m³) under svovlsyreproduktionen. Direkte emission vil forårsage luftforurening (dannelse af surt regn), så link til udstødningsgasbehandling er et uundværligt miljøbeskyttelsestrin i kontaktprocessen. I øjeblikket er der tre mainstream udstødningsgasbehandlingsteknologier i industrien: den første er ammoniak-desulfuriseringsprocessen, der sender udstødningsgassen til et desulfuriseringstårn og kontakter det modstrømsmæssigt med ammoniakvand (koncentration 15%-20%), hvilket resulterer i reaktioner: SO₂ {+ 2 nh₃ · H₂O → (NH₄) ₂SO₃ + H₂O, {{+ 2 NH₃ · H₂O → (NH₄) ₂SO₃ + H₂O, SOO, SOO, {+ 2 NH₃ · · H₂O → (NH₄) ₂ ₂SO₃ + H₂O, SOO, (NH₄) ₂SO₃ + SO₂ + H₂O → 2NH₄HSO₃.
Derefter introduceres luft i reaktionsopløsningen for at oxidere og generere ammoniumsulfat: 2nh₄hso₃ + O₂ → 2 (NH₄) ₂SO₄. Ammoniumsulfat kan sælges som kvælstofgødning for at realisere ressourceudnyttelsen af forurenende stoffer. SO₂-fjernelseshastigheden for denne proces kan nå over 98%, og udstødningsemissionskoncentrationen er mindre end eller lig med 50 mg/m³ og opfylder kravene i Kinas "integrerede emissionsstandard for luftforurenende stoffer" (GB 16297-1996). Den anden er den limemælk -desulfuriseringsproces, der bruger kalkmælk (CA (OH) ₂ ₂ suspension) som absorberende til at reagere med SO₂ i udstødningsgassen til at generere calciumsulfit: SO₂ + CA (OH) ₂ → Caso₃ ↓ + H₂O. Calciumsulfit oxideres for at generere gips (caso₄ · 2H₂O), som kan bruges til produktion af byggematerialer (såsom gipsbrædder).
Denne proces har lave omkostninger, men relativt lav SO₂ -fjernelseshastighed (ca. 95%), der er egnet til små svovlsyreproduktionsvirksomheder. Den tredje er den aktiverede kulstofadsorptionsmetode, der passerer udstødningsgassen gennem et aktivt kulstofadsorptionstårn. Efter SO₂ er adsorberet af aktiveret kulstof, genereres højkoncentration SO₂-gas ved desorption under opvarmningsbetingelser, som kan returneres til konverteren for at deltage i reaktionen igen, og realisere genanvendelse af SO₂.
Denne proces har ingen sekundær forurening, men omkostningerne ved aktiveret kulstofudskiftning er høje, velegnet til virksomheder med strenge miljøkrav og høje råmaterialeomkostninger. Uanset den anvendte proces, skal SO₂-emissionskoncentrationen overvåges i realtid gennem et online overvågningssystem efter udstødningsgasbehandling for at sikre stabil overholdelse. På samme tid skal biprodukterne genereret under behandlingsprocessen (såsom ammoniumsulfat og gips) bortskaffes i overensstemmelse for at undgå sekundær forurening. F.eks. Skal tungmetalindholdet i gips testes og kan kun bruges efter at have opfyldt byggemateriale -standarderne.
Derudover vedtager nogle storskala-svovlsyreproduktionsvirksomheder også udstødningsgasaffaldsvarmningsteknologi ved hjælp af varmen i udstødningsgassen (temperaturen ca. 100-150 grad) til at varme demineraliseret vand gennem en varmeveksler, hvilket genererer lavtryksdamp til produktion, hvilket forbedrer yderligere forbedring af energiproduktionseffektiviteten og realiserer de dobbelte mål for miljøbeskyttelse og energibeskyttelse.
