Svovelsyreproduksjonens "dobbel konvertering, dobbel absorpsjon" -prosess genererer fremdeles So₂-holdig halegass (typisk 500-1000 mg/m³). Direkte utslipp forårsaker lett surt regn, så behandling av halegass er avgjørende for kontaktprosessen.
Forbehandling av råstoff: Fjerning av urenheter for å sikre påfølgende prosessstabilitet
Det første trinnet i kontaktprosessen for svovelsyreproduksjon er forbehandling av råstoff, hvis kjernemål er å fjerne urenheter fra råvarer for å unngå katalysatorforgiftning, utstyrskorrosjon eller understandard produktrenhet i påfølgende prosesser. Forbehandlingsmetodene varierer betydelig avhengig av råvarene: Hvis svovel brukes som råstoff, sendes fast svovel først til en smeltetank og smeltes i flytende svovel ved en temperatur på 130-150 grader.
Deretter fjernes mekaniske urenheter (slik som sediment og karbonpartikler) gjennom et filter, og fine partikler blir ytterligere separert med en syklonseparator for å sikre at svovelens renhet kommer inn i neste trinn er større enn eller lik 99,9%. Hvis pyritt (hovedkomponent FES₂) blir tatt i bruk, må den gå gjennom knusing og screeningsprosesser først for å dele pyritt i ensartede partikler på 8-15mm. Samtidig fjernes metallforurensninger som jernleveringer av en magnetisk separator for å forhindre jernoksider generert under påfølgende steking fra å feste seg til den indre veggen av utstyret eller blokkere rørledninger. Hvis råstoffet smelter røykgass (for eksempel så ₂-holdig røykgass produsert i smelteprosessen med kobber, bly og sink), er det nødvendig å først utføre støvfjerning (ved hjelp av en elektrostatisk presipitator eller posefilter for å fjerne støvspartikler, fjerning (som fjerner vanntåke gjennom en venturi-skrubber) og tungt metall (for eksempel å fjerne vanntåke gjennom en ventur-skrubber) og tungt metall (som fjerner vanntåke, og fjerner vanntåpen, og fjerner vanntåke, fjerner vanntåke, en posefilter, osv. Adsorpsjon eller chelatering av harpiksutvekslingsmetode) for å forhindre urenheter i røykgassen fra å påvirke katalysatoraktiviteten. Kvaliteten på forbehandling av råstoffer bestemmer direkte stabiliteten til påfølgende prosesser. For eksempel, hvis det arseninnholdet i pyritt er for høyt, vil det forårsake permanent forgiftning av den påfølgende vanadiumkatalysatoren. Derfor må forbehandlingslenken strengt kontrollere urenhetsinnholdet, og vanligvis krever innholdet av skadelige elementer som arsen og selen i råvarer for å være mindre enn eller lik 0,05%.
Svoveldioksidforberedelse: Kjernereaksjonslenke for å generere nøkkelprosess råvarer
Svoveldioksid (SO₂) er kjernen mellom råstoff for svovelsyreproduksjon via kontaktprosessen. Forberedelseslenken krever valg av den tilsvarende prosessveien i henhold til typen råstoff for å sikre utgangen og renheten til SO₂ oppfyller behovene til etterfølgende oksidasjon. Når svovel brukes som råstoff, sendes den raffinerte flytende svovelen til en svovelbrenner, blandet med trykkluft som har blitt tørket (ved bruk av konsentrert svovelsyre for tørking for å unngå fuktighet som påvirker påfølgende reaksjoner) i proporsjon (luftoverskytende koeffisient.
Konverteringshastigheten for denne reaksjonen kan nå over 99,8%, og konsentrasjonen av den genererte SO₂-gassen er omtrent 10%-12%(volumfraksjon). I mellomtiden kan den frigjorte varmen brukes til å generere damp for energigjenvinning. Hvis pyritt brukes som råstoff, blir de forbehandlede pyrittpartiklene sendt til en fluidisert sengetøy (kokende ovn), og en stekreaksjon utføres med overflødig luft ved en temperatur på 650-850 grader: 4Fes₂ {{7} ₂ → 2fe₂o₃ + 8}} → Under stekeprosessen må luftstrømningshastigheten kontrolleres av en vifte for å holde pyrittpartiklene i en kokende tilstand, noe som sikrer tilstrekkelig reaksjon. Konsentrasjonen av generert SO₂ er omtrent 7%-9%, og biproduktjernoksydet (SLAG) kan utvinnes som råstoff for jernproduksjon. For smelting av røykgass råvarer sendes den forbehandlede røykgassen til et desorpsjonstårn, og lavkonsentrasjonen So₂ (vanligvis 1%-5%) i røykgassen er konsentrert til 8%-10%gjennom fortynnet svovelsyre desorpsjon eller pyrolyseprosessen. Uansett råstoff som brukes, må den genererte So₂-gassen avkjøles med en avfallsvarme (fra 800-1000 grader til 300-400 grader), og varmen blir utvunnet for å generere middels trykkdamp, noe som ikke bare reduserer kravene til varmemotstanden til etterfølgende utstyr, men også realiserer gjenvinning av energi.
Katalytisk oksidasjon av svoveldioksid: Kjernen i kontaktprosessen for å realisere konvertering fra SO₂ til SO₃
Den katalytiske oksidasjonen av svoveldioksid er kjernekoblingen i kontaktprosessen for svovelsyreproduksjon. Essensen er å oksidere SO₂ til svoveltrioksid (SO₃) under virkning av en katalysator, og konverteringshastigheten til denne reaksjonen bestemmer direkte utgangen av svovelsyre og eksosutslippsindikatorer. For øyeblikket er vanadiumkatalysatorer (hovedkomponent V₂o₅, Carrier Sio₂, Promotors K₂SO₄ og Na₂SO₄) mye brukt i industrien på grunn av deres høye aktivitet, god selektivitet og lang levetid (vanligvis 3-5 år). Reaksjonen utføres i en omformer (flertrinns adiabatisk reaktor med fast sjikt) ved bruk av "totrinns konvertering og to-trinns absorpsjon" -prosess: Under den første konverteringen kommer den avkjølte SO₂-gassen (som inneholder O₂) inn i den første katalysatoren til omformeren, og reaksjonen oppstår ved en temperatur på 400-450 grader: 2so ₂ ₂ ₂ heat ₂ ₂ ₂. Siden denne reaksjonen er eksotermisk, vil sengetemperaturen stige til 550-600 grader, og overstige den optimale aktive temperaturen til katalysatoren. Derfor må gassen avkjøles til 400-420 grader gjennom en mellomliggende varmeveksler før den går inn i den andre katalysatorbedet for ytterligere reaksjon. Den totale konverteringsfrekvensen for den første konverteringen kan nå 90%-95%.
Deretter kommer gassen som inneholder SO₃ inn i det første absorpsjonstårnet (ved bruk av 98,3% konsentrert svovelsyre for å absorbere SO₃) for å fjerne det meste av SO₃, og unngår dannelse av syre tåke under den påfølgende kjøleprosessen. Den ureagerte SO-gassen (konsentrasjonen omtrent 0,5%-1%) blir oppvarmet igjen til omtrent 400 grader gjennom en varmeveksler og kommer inn i den tredje og fjerde katalysatorsengene til omformeren for den andre konverteringen, med konverteringshastigheten ytterligere til over 99,5%. Denne prosessen kontrollerer reaksjonstemperaturen effektivt innenfor katalysatoraktivitetsområdet (400-600 grader) gjennom segmenterte reaksjoner og mellomliggende varmeutveksling, samtidig som den unngår omvendt reaksjon når SO₃ blandes med ureagert SO₂ og O₂. I tillegg krever bruk av katalysatorer streng kontroll av urenhetsinnhold i råvarer. Elementer som arsen, selen og fluor vil feste seg til katalysatoroverflaten, blokkere de aktive sentrene og forårsake deaktivering av katalysator. Derfor må katalysatoraktiviteten testes regelmessig, og når konverteringshastigheten synker under 95%, må katalysatoren byttes ut.
Svoveltrioksidabsorpsjon: Unngå syre Mist -dannelse og effektivt fremstilling av svovelsyre
Absorpsjonen av svoveltrioksid (SO₃) er et nøkkeltrinn i å konvertere SO₃ generert ved katalytisk oksidasjon til svovelsyre. Kjerneutfordringen er å unngå direkte kontakt mellom So₃ og vann for å danne sur tåke (SO₃ + H₂O → H₂so₄, denne reaksjonen er svært eksoterm og får lett svovelsyrdamp til å kondensere i bittesmå dråper som er vanskelige å fange). Derfor brukes 98,3% konsentrert svovelsyre ofte som absorberende i industrien. Denne konsentrasjonen av svovelsyre har den høyeste absorpsjonseffektiviteten for So₃ og er ikke utsatt for sur tåkedannelse. Absorpsjonsprosessen utføres i et absorpsjonstårn (vanligvis et pakket tårn eller boblehette tårn): SO₃-gassen (temperatur ca. 150-200 grader) etter at den første konverteringen kommer inn fra bunnen av absorpsjonstårnet og kontakter motvirkende med 98,3% konsentrert svovelsyre sprayet fra toppen av tårnet. So₃ oppløses i den konsentrerte svovelsyren for å danne mer konsentrert svovelsyre (konsentrasjon opp til over 99,5%) eller rynktede svovelsyre (svovelsyre som inneholder fri SO₃, konsentrasjon uttrykt som massefraksjon av SO₃, vanligvis 20%-65%).
I absorpsjonstårnet må spraytettheten (vanligvis 15-25m³/(m² · t)) og gasstrømningshastighet (0,5-1,0m/s) kontrolleres for å sikre tilstrekkelig gass-væske-kontakt. Samtidig brukes en demister (for eksempel en fiberdemister) installert i tårnet til å fjerne svovelsyredråper som er medført i gassen, og unngår korrosjon av påfølgende utstyr. Hvis fortynnet svovelsyre (slik som 70% konsentrasjon for metallspickling) må produseres, kan den konsentrerte svovelsyren generert ved absorpsjon sendes til en fortynningstank, og demineralisert vann tilsettes sakte under omrørende forhold (det er strengt forbudt å tilsette vann direkte til konsentrert sulfuric acid for å forhindre at boiling). Fortynningstemperaturen kontrolleres for ikke å overstige 60 grader, og konsentrasjonen overvåkes i sanntid av en online konsentrasjonsmåler. Etter å ha nådd målverdien, sendes den til den ferdige produktlagringstanken. For produksjon av rynkende svovelsyre, må et fumrende svovelsyre -genereringstårn tilsettes etter absorpsjonstårnet for å kontakte SO₃ -gass med 98,3% konsentrert svovelsyre, slik at gratis SO₃ -innhold oppfyller designkravene. Kontrollen av driftsparametere i absorpsjonskoblingen er avgjørende. For eksempel, hvis den absorberende temperaturen er for høy, vil løseligheten av SO₃ avta; Hvis temperaturen er for lav, vil viskositeten i oppløsningen øke, noe som påvirker absorpsjonseffektiviteten. Derfor styres den absorberende temperaturen vanligvis ved 40-60 grader gjennom en syrekjøler. Samtidig må trykket fra absorpsjonstårnet opprettholdes ved et lite negativt trykk (-50 til -100pa) for å forhindre SOY -lekkasje.
Produktraffinering: Justere konsentrasjon og renhet i henhold til kravene nedstrøms
Kjernen i produktets raffineringslenke er å justere konsentrasjonen og fjerne urenheter til svovelsyren som genereres i absorpsjonskoblingen i henhold til de forskjellige behovene til nedstrøms industrier, og sikrer at produktet oppfyller de tilsvarende industrielle standardene. Den første er konsentrasjonsjustering: Hvis etterspørselen nedstrøms er 98% industriell konsentrert svovelsyre (brukt i gjødselproduksjon, for eksempel produksjonsdiammoniumfosfat), må 99,5% konsentrert svovelsyre generert ved absorpsjon til en konsentrasjons-konsentrasjon for å introdusere lave press-dampt (120-150-150 -leggen ( 98%. Hvis etterspørselen er 70% fortynnet svovelsyre (brukt i sylting av metall i jern- og stålindustrien for å fjerne jernoksyd på ståloverflaten), må demineralisert vann tilsettes i forhold til fortynningstanken, mens du slår på utstyr og avkjølingssystemer for å kontrollere temperaturen under fortynning for ikke å overstige 60 grader, forhindrer utstyr.
Den andre er fjerning av urenheter: forskjellige applikasjonsscenarier har betydelig forskjellige krav til svovelsyre renhet. For eksempel krever vanlig industriell svovelsyre jerninnhold mindre enn eller lik 0,01% og arseninnholdet mindre enn eller lik 0,005%, mens batteriklasse svovelsyre (brukt som elektrolytt for bly-syre-batterier) krever tungmetall (bly, kvikksølv, kadmium) innhold eller lik 0.1ppm. For vanlig industriell svovelsyre brukes filtrering vanligvis for å fjerne mekaniske urenheter (for eksempel filtrering gjennom polypropylenfiltermembraner), og hydrogenperoksyd (H₂O₂) tilsettes for å oksidere og fjerne reduktive urenheter som svovelsyre (H₂so₃). For batteriets svovelsyre, er det nødvendig med en dyp raffineringsprosess: For det første brukes aktivert karbonadsorpsjon for å fjerne organiske urenheter, deretter ionebytteharpikser (for eksempel kationutvekslingsharpikser for å fjerne tungmetallioner, er anionharpikser for å fjerne kloridioner og nitrate ioner brukt til å fjerne den påvirkningen, og til å fjerne charid-ioner og nitrate ioner for å fjerne det å fjerne det, og til å fjerne charid-ioner og nitrate ioner for å fjerne tungmetallioner. Standarder for batteriklasse. I tillegg må kvalitetstesting utføres i koblingen til produktets raffinering, inkludert konsentrasjonstesting (ved bruk av densitometermetode eller titreringsmetode) og testing av urenheter (ved bruk av atomabsorpsjonsspektrometri eller ionekromatografi). Etter å ha bestått testen, må svovelsyren lagres i spesielle lagringstanker i henhold til forskjellige konsentrasjons- og renhetsnivå
Eksosgassbehandling: Kontrollere forurensningsutslipp for å oppfylle miljøstandarder
Selv om "to-trinns konvertering og to-trinns absorpsjon" -prosess blir tatt i bruk, genereres fortsatt en liten mengde avgass som inneholder SO₂ (vanligvis SO₂-konsentrasjon 500-1000 mg/m³) under svovelsyreproduksjon. Direkte utslipp vil forårsake luftforurensning (dannende surt regn), så avgassbehandlingsforbindelsen er et uunnværlig miljøverntrinn i kontaktprosessen. For øyeblikket er det tre mainstream avgassbehandlingsteknologier i industrien: den første er ammoniakk-avsvovlingsprosessen, som sender avgassen til et avsvovlingstårn og kontakter det motstrøm med ammoniakkvann (konsentrasjon 15%-20%), noe som resulterer i reaksjoner: SO₂ + 2} nh₃, nh₄ (nh {+ 2}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}} nh. (NH₄) ₂SO₃ + SO₂ + H₂O → 2NH₄HSO₃.
Deretter blir luft introdusert i reaksjonsløsningen for å oksidere og generere ammoniumsulfat: 2nH₄hso₃ + O₂ → 2 (NH₄) ₂SO₄. Ammoniumsulfat kan selges som nitrogengjødsel for å realisere ressursutnyttelsen av miljøgifter. Fjerningshastigheten for denne prosessen kan nå over 98%, og eksosutslippskonsentrasjonen er mindre enn eller lik 50 mg/m³, og oppfyller kravene til Kinas "integrerte utslippsstandard for luftforurensninger" (GB 16297-1996). Den andre er kalkmelkavsvovlingsprosessen, som bruker kalkmelk (Ca (OH) ₂ suspensjon) som absorberende for å reagere med SO₂ i avgassen for å generere kalsiumsulfitt: SO₂ + Ca (OH) ₂ → CASO₃ ↓ + H₂O. Kalsiumsulfitt oksideres for å generere gips (caso₄ · 2h₂o), som kan brukes til å produsere byggematerialer (for eksempel gipsplater).
Denne prosessen har lave kostnader, men relativt lav So₂ -fjerningsrate (ca. 95%), egnet for små svovelsyreproduksjonsbedrifter. Den tredje er den aktiverte karbonadsorpsjonsmetoden, som passerer avgassen gjennom et aktivert karbonadsorpsjonstårn. Etter at So₂ er adsorbert av aktivert karbon, genereres høykonsentrasjon SO₂-gass ved desorpsjon under oppvarmingsforhold, som kan returneres til omformeren for å delta i reaksjonen igjen, og innse gjenvinningen av SO₂.
Denne prosessen har ingen sekundær forurensning, men kostnadene for aktivert karbonutskiftning er høye, egnet for bedrifter med strenge miljøkrav og høye råstoffkostnader. Uavhengig av prosessen som er vedtatt, må SO-utslippskonsentrasjonen overvåkes i sanntid gjennom et online overvåkingssystem etter avgassbehandling for å sikre stabil etterlevelse. Samtidig må biproduktene som genereres under behandlingsprosessen (som ammoniumsulfat og gips) kastes i samsvar for å unngå sekundær forurensning. For eksempel må tungmetallinnholdet i gips testes og kan bare brukes etter å ha oppfylt bygningsmateriellstandarden.
I tillegg tar noen store svovelsyreproduksjonsforetak i stor skala også ved bruk av varmeutvinningsteknologi, ved bruk av varmen i avgassen (temperatur ca. 100-150 grader) for å varme demineralisert vann gjennom en varmeveksler, generere lavtrykksdamp for produksjon, ytterligere forbedre energiutnyttelseseffektiviteten og realisere de dobbelte målene for miljøvern og energibesparing.
