De "dubbele conversie, dubbele absorptie" van zwavelzuurproductie genereert nog steeds SO₂-bevattend staartgas (meestal 500-1000 mg/m³). Directe emissie veroorzaakt gemakkelijk zure regen, dus de behandeling van staartgas is essentieel voor het contactproces.
Grondstoffen voorbehandeling: het verwijderen van onzuiverheden om de latere processtabiliteit te garanderen
De eerste stap in het contactproces voor de productie van zwavelzuur is de voorbehandeling van grondstoffen, waarvan de kerndoel is om onzuiverheden uit grondstoffen te verwijderen om katalysatorvergiftiging, corrosie van apparatuur of ondermaatse productzuiverheid in volgende processen te voorkomen. De voorbehandelingsmethoden variëren aanzienlijk, afhankelijk van de grondstoffen: als zwavel wordt gebruikt als grondstof, wordt vaste zwavel eerst naar een smelttank gestuurd en in een temperatuur van 130-150 graden in vloeibare zwavel gesmolten.
Vervolgens worden mechanische onzuiverheden (zoals sediment- en koolstofdeeltjes) door een filter verwijderd en worden fijne deeltjes verder gescheiden door een cycloonafscheider om ervoor te zorgen dat de zuiverheid van zwavel die de volgende stap binnenkomt groter is dan of gelijk is aan 99,9%. Als pyriet (hoofdcomponent FES₂) wordt aangenomen, moet het eerst verpletterende en screeningprocessen doorlopen om pyriet te breken in uniforme deeltjes van 8-15 mm. Tegelijkertijd worden metaalonzuiverheden zoals ijzeraanvragen verwijderd door een magnetische separator om te voorkomen dat ijzeroxiden gegenereerd tijdens het daaropvolgende braden zich houden aan de binnenwand van apparatuur of het blokkeren van pijpleidingen. Als de grondstof rookgas smelt (zoals So₂-bevattend rookgas dat wordt geproduceerd in het smeltende proces van koper, lood en zink), is het noodzakelijk om eerst stofverwijdering uit te voeren (met behulp van een elektrostatische neerslag of zakfilter om stofdeeltjes te verwijderen), het verwijderen van watermol chelating harsuitwisselingsmethode) om te voorkomen dat onzuiverheden in het rookgas de katalysatoractiviteit beïnvloeden. De kwaliteit van de voorbehandeling van grondstoffen bepaalt rechtstreeks de stabiliteit van daaropvolgende processen. Als het arseengehalte in pyriet bijvoorbeeld te hoog is, zal dit permanente vergiftiging van de daaropvolgende vanadiumkatalysator veroorzaken. Daarom moet de voorbehandelingslink de inhoud van de onzuiverheid strikt regelen, waarbij meestal de inhoud van schadelijke elementen zoals arseen en selenium in grondstoffen in grondstoffen minder dan of gelijk aan 0,05%vereist.
Zwaveldioxide bereiden: kernreactiekop om sleutelproces te genereren.
Zwaveldioxide (SO₂) is de kern tussenliggende grondstof voor de productie van zwavelzuur via het contactproces. De voorbereidingsverbinding vereist het selecteren van de overeenkomstige procesroute volgens het type grondstof om de uitvoer en zuiverheid van SO₂ te waarborgen aan de behoeften van daaropvolgende oxidatie. Wanneer zwavel wordt gebruikt als grondstof, wordt de verfijnde vloeibare zwavel naar een zwavelbrander gestuurd, gemengd met gecomprimeerde lucht die is gedroogd (met behulp van geconcentreerd zwavelzuur voor drogen om vocht te voorkomen dat de daaropvolgende reacties beïnvloedt) in verhouding (luchtovertheerse COEFFICTICICKTE COEFFICTICICT 1,05-1,1
De conversieratio van deze reactie kan meer dan 99,8%bereiken en de concentratie van het gegenereerde SO₂-gas is ongeveer 10%-12%(volumefractie). Ondertussen kan de vrijgegeven warmte worden gebruikt om stoom te genereren voor energieverstelde. Als pyriet als grondstof wordt gebruikt, worden de voorbehandelde pyrietdeeltjes naar een gefluïdiseerde bedrooster verzonden (kookoven) en wordt een roosterreactie uitgevoerd met overtollige lucht bij een temperatuur van 650-850 graden: 4FES₂ + 11 o₂ → 2fe₂o₃+ 8}}} so₂ + hitte. Tijdens het braadproces moet de luchtstroomsnelheid door een ventilator worden geregeld om de pyrietdeeltjes in een kooktoestand te houden, waardoor voldoende reactie wordt gewaarborgd. De concentratie van gegenereerd SO₂ is ongeveer 7%-9%en het bijproductijzeroxide (slakken) kan worden teruggewonnen als een grondstof voor het maken van ijzer. Voor het smelten van rookgas grondstoffen, wordt het voorbehandelde rookgas naar een desorptietoren gestuurd, en de lage concentratie SO₂ (meestal 1%-5%) in het rookgas wordt geconcentreerd tot 8%-10%door verdunde zwavelzuurstoring of pyrolyseproces, die voldoet aan de vereiste van SO₂-concentratie voor daaropvolgende katalytische oxidatie. Ongeacht de gebruikte grondstoffen, moet het gegenereerde SO₂-gas worden gekoeld door een afvalwarmte-ketel (van 800-1000 graden tot 300-400 graden), en warmte wordt teruggewonnen om gemiddelde drukstoom te genereren, die niet alleen de warmtebestendigheidseisen van daaropvolgende apparatuur vermindert maar ook de terugcortering van energie realiseert.
Katalytische oxidatie van zwaveldioxide: kern van het contactproces om conversie van SO₂ naar SO₃ te realiseren
De katalytische oxidatie van zwaveldioxide is de kernverbinding in het contactproces voor de productie van zwavelzuur. De essentie is om zo te oxideren tot zwaveltrioxide (SO₃) onder de werking van een katalysator, en de conversiesnelheid van deze reactie bepaalt direct de output van zwavelzuur- en uitlaatemissie -indicatoren. Momenteel worden vanadiumkatalysatoren (hoofdcomponent V₂o₅, Carrier Sio₂, Promoters K₂so₄ en Na₂so₄) op grote schaal gebruikt in de industrie vanwege hun hoge activiteit, goede selectiviteit en lange levensduur (meestal 3-5 jaar). De reactie wordt uitgevoerd in een converter (multi-stage adiabatische reactor met vaste bed) met behulp van de "tweetrapsconversie en tweefasen absorptie" -proces: tijdens de eerste conversie voert het gekoelde SO₂ Gas (bevattende O₂) de eerste katalysatorbed van de omzetter in en de reactie vindt plaats bij een temperatuur van 400-450 graden: 2so₂ + o₂ ⇌ 2So ₃ + hitte. Omdat deze reactie exotherme is, zal de bedtemperatuur stijgen tot 550-600 graden, waardoor de optimale actieve temperatuur van de katalysator wordt overschreden. Daarom moet het gas worden afgekoeld tot 400-420 graden via een tussenliggende warmtewisselaar voordat het voor verdere reactie het tweede katalysatorbed binnengaat. De totale conversiepercentage van de eerste conversie kan 90%-95%bereiken.
Vervolgens komt het gas dat SO₃ bevat de eerste absorptietoren binnen (met behulp van 98,3% geconcentreerd zwavelzuur om SO₃ te absorberen) om het grootste deel van de SO₃ te verwijderen, waardoor de vorming van zure mist tijdens het daaropvolgende koelproces wordt vermeden. Het niet-gereageerde SO₂-gas (concentratie van ongeveer 0,5%-1%) wordt opnieuw verwarmd tot ongeveer 400 graden door een warmtewisselaar en komt de derde en vierde katalysatorbedden van de converter binnen voor de tweede conversie, waarbij de conversie verder is toegenomen tot meer dan 99,5%. Dit proces regelt effectief de reactietemperatuur binnen het bereik van de katalysatoractiviteit (400-600 graden) door middel van gesegmenteerde reacties en tussenliggende warmte-uitwisseling, terwijl de omgekeerde reactie wordt vermeden wanneer SO₃ wordt gemengd met niet-gereageerde SO₂ en O₂. Bovendien vereist het gebruik van katalysatoren strikte controle over onzuiverheidsinhoud in grondstoffen. Elementen zoals arseen, selenium en fluor zullen zich hechten aan het katalysatoroppervlak, blokkeren de actieve centra en veroorzaken katalysatordeactivering. Daarom moet de katalysatoractiviteit regelmatig worden getest en wanneer de conversieratio onder 95%daalt, moet de katalysator worden vervangen.
Zwaveltrioxide -absorptie: het vermijden van zure mistvorming en efficiënt bereiden van zwavelzuur
De absorptie van zwaveltrioxide (SO₃) is een belangrijke stap bij het omzetten van SO₃ gegenereerd door katalytische oxidatie in zwavelzuur. De kernuitdaging ervan is om direct contact tussen SO₃ en water te voorkomen om zure mist te vormen (So₃ + H₂o → H₂so₄, deze reactie is zeer exotherme en zorgt gemakkelijk voor zwavelzuurdamp om te condenseren in kleine druppeltjes die moeilijk te vangen zijn). Daarom wordt 98,3% geconcentreerd zwavelzuur vaak gebruikt als absorberend in de industrie. Deze concentratie zwavelzuur heeft de hoogste absorptie -efficiëntie voor SO₃ en is niet vatbaar voor zure mistvorming. Het absorptieproces wordt uitgevoerd in een absorptietoren (meestal een gepakte toren of bellenkaptoren): het SO₃-gas (temperatuur van ongeveer 150-200 graden) nadat de eerste conversie vanaf de onderkant van de absorptietoren binnenkomt en contacten tegengangen met 98,3% geconcentreerde zwavelzuur gespoten van de bovenkant van de toren. Dus ₃ lost op in het geconcentreerde zwavelzuur om meer geconcentreerd zwavelzuur te vormen (concentratie tot meer dan 99,5%) of fumerend zwavelzuur (zwavelzuur dat vrij So₃ bevat, concentratie tot expressie gebracht als massafractie van SO₃, meestal 20%-65%).
In de absorptietoren moeten de spuitdichtheid (meestal 15-25 m³/(m² · h)) en gasdebiet (0,5-1,0 m/s) worden geregeld om voldoende gas-vloeistofcontact te garanderen. Tegelijkertijd wordt een demister (zoals een vezelafdeling) die in de toren is geïnstalleerd, gebruikt om zwavelzuurdruppeltjes in het gas te verwijderen, waardoor corrosie van daaropvolgende apparatuur wordt vermeden. Als verdunde zwavelzuur (zoals 70% concentratie voor metalen beitsen) moet worden geproduceerd, kan het geconcentreerde zwavelzuur worden gegenereerd door absorptie naar een verdunningstank worden gestuurd en wordt gedemineraliseerd water langzaam toegevoegd onder roerende omstandigheden (het is strikt verboden om water direct aan geconcentreerd zwavelzuur toe te voegen om te fokken). De verdunningstemperatuur wordt geregeld tot niet langer dan 60 graden en de concentratie wordt in realtime gemonitord door een online concentratiemeter. Nadat deze de doelwaarde heeft bereikt, wordt deze naar de opslagtank voor eindproduct verzonden. Voor de productie van rokende zwavelzuur moet een rokende zwavelzuurgeneratietoren worden toegevoegd na de absorptietoren om verder contact te maken met SO₃ -gas met 98,3% geconcentreerd zwavelzuur, zodat het vrije SO₃ -gehalte voldoet aan de ontwerpvereisten. De besturing van bedrijfsparameters in de absorptiekop is cruciaal. Als de absorberende temperatuur bijvoorbeeld te hoog is, zal de oplosbaarheid van SO₃ afnemen; Als de temperatuur te laag is, zal de viscositeit van de oplossing toenemen, wat de absorptie -efficiëntie beïnvloedt. Daarom wordt de absorberende temperatuur meestal geregeld op 40-60 graden door een zuurkoeler. Tegelijkertijd moet de druk van de absorptietoren worden gehandhaafd op een lichte negatieve druk (-50 tot -100pa) om SO₃ -gaslekkage te voorkomen.
Productrefining: concentratie en zuiverheid aanpassen volgens stroomafwaartse eisen
De kern van de productraffinage -link is om de concentratie aan te passen en onzuiverheden van het zwavelzuur te verwijderen dat in de absorptieverlichting wordt gegenereerd volgens de verschillende behoeften van stroomafwaartse industrieën, waardoor het product voldoet aan de overeenkomstige industriële normen. De eerste is concentratie-aanpassing: als de stroomafwaartse vraag 98% industrieel geconcentreerd zwavelzuur is (gebruikt bij de productie van kunstmest, zoals het productie van diammoniumfosfaat), moet het 99,5% geconcentreerde zwavelzuur worden gegenereerd door absorptie te worden gereserveerd door absorptie te worden gereduceerd naar een concentratietoren, om de concentratie van het water te herstellen, het deel van het water te herstellen, de concentratie van het water te herstellen, het deel van het water, het deel van het water, om de concentratie te worden ingestuurd, het deel van het water, het deel van het water, het deel van het water, wordt gegenereerd, om de concentratie te herstellen. Als de vraag 70% is verdund zwavelzuur (gebruikt bij metaal beitsen in de ijzer- en staalindustrie om ijzeroxide op het stalen oppervlak te verwijderen), moet gedemineraliseerd water worden toegevoegd in verhouding tot de verdunningstank, terwijl de roeren- en koelsystemen worden ingeschakeld om de temperatuur te regelen tijdens verdunning, niet hoger dan 60 graden, niet hoger dan 60 graden te overschrijden.
De tweede is het verwijderen van onzuiverheid: verschillende toepassingsscenario's hebben aanzienlijk verschillende vereisten voor zwavelzuurzuiverheid. Gewoon industrieel zwavelzuur vereist bijvoorbeeld ijzergehalte die kleiner is dan of gelijk is aan 0,01% en arseengehalte kleiner dan of gelijk aan 0,005%, terwijl batterij-zwavelzuur (gebruikt als elektrolyt voor loodzuurbatterijen) zware metaal (lood, cadmium) inhoud minder dan of gelijk aan 0,1pm en gelijk aan 0,5PM vereist dan 0,5pm. Voor gewoon industrieel zwavelzuur wordt filtratie meestal gebruikt om mechanische onzuiverheden (zoals filtratie door filtermembranen van polypropyleen) te verwijderen, en waterstofperoxide (H₂o₂) wordt toegevoegd om te oxideren en reductieve onzuiverheden zoals zwavelzuur (H₂so₃) te verwijderen. Voor zwavelzuur van het batterij is een diep verfijnd proces vereist: Ten eerste wordt geactiveerde koolstofadsorptie gebruikt om organische onzuiverheden te verwijderen, vervolgens ionenuitwisseling harsen (zoals kationuitwisselingsharsen om zware metalen ionen te verwijderen, anionuitwisselingsresins om chloride-ionen te verwijderen en eindelijk te verbieden. normen. Bovendien moeten kwaliteitstests worden uitgevoerd in de productraffinage -link, inclusief concentratietests (met behulp van de densitometer -methode of titratiemethode) en testen van de onzuiverheid (met behulp van atoomabsorptiespectrometrie of ionchromatografie). Na het doorstaan van de test moet het zwavelzuur worden bewaard in speciale opslagtanks volgens verschillende concentratie- en zuiverheidsniveaus (zoals 98% geconcentreerd zwavelzuur in koolstofstalen tanks, verdunde zwavelzuur in FRP-tanks en batterij-grade zwavelzuur in roestvrijstalen tanks) om gemengde vervuiling van producten van verschillende graden te voorkomen.
Uitlaatgasbehandeling: het beheersen van de uitstoot van verontreinigende stoffen om aan de milieunormen te voldoen
Hoewel het proces van tweetraps en tweetraps absorptie "wordt aangenomen, wordt nog steeds een kleine hoeveelheid uitlaatgas die SO₂ bevat (meestal SO₂-concentratie 500-1000 mg/m³) nog steeds gegenereerd tijdens de productie van zwavelzuur. Directe emissie zal luchtvervuiling veroorzaken (het vormen van zure regen), dus de uitlaatgasbehandelingslink is een onmisbare stap voor milieubescherming in het contactproces. Momenteel zijn er drie reguliere uitlaatgasbehandelingstechnologieën in de industrie: de eerste is het ammoniakontulfurisatieproces, dat het uitlaatgas naar een desulfurization-toren stuurt en contacten tegenstanders met ammoniakwater (concentratie 15%-20%), resulterend in reacties: So₂ + 2 nH₃ · H₂o · h₂o · h₂o · h₂o → · h₂o → · h₂o → · h₂o → · h₂o → · h₂o → (nh₄) ₂. (NH₄) ₂SO₃ + SO₂ + H₂O → 2NH₄HSO₃.
Vervolgens wordt lucht geïntroduceerd in de reactieoplossing om ammoniumsulfaat te oxideren en te genereren: 2NH₄HSO₃ + O₂ → 2 (NH₄) ₂SO₄. Ammoniumsulfaat kan worden verkocht als stikstofmeststof om het gebruik van verontreinigende stoffen te realiseren. Het SO₂-verwijderingspercentage van dit proces kan meer dan 98%bereiken, en de uitlaatemissieconcentratie is kleiner dan of gelijk aan 50 mg/m³, en voldoet aan de vereisten van de "geïntegreerde emissienorm van China van luchtverontreinigende stoffen" (GB 16297-1996). De tweede is het desulfurisatieproces van de kalkmelk, dat limoenmelk (Ca (OH) ₂ suspensie) gebruikt als de absorberende om te reageren met SO₂ in het uitlaatgas om calciumsulfiet te genereren: So₂ + Ca (OH) ₂ → Caso₃ ↓ + H₂o. Calciumsulfiet wordt geoxideerd om gips te genereren (CASO₄ · 2H₂O), die kan worden gebruikt bij de productie van bouwmaterialen (zoals gipsborden).
Dit proces heeft een lage kosten maar relatief laag SO₂ -verwijderingspercentage (ongeveer 95%), geschikt voor kleine zwavelzuurproductie -ondernemingen. De derde is de geactiveerde koolstofadsorptiemethode, die het uitlaatgas door een geactiveerde koolstofadsorptietoren passeert. Nadat SO₂ wordt geadsorbeerd door geactiveerde koolstof, wordt hoog-concentratie SO₂-gas gegenereerd door desorptie onder verwarmingsomstandigheden, die kunnen worden teruggestuurd naar de converter om opnieuw deel te nemen aan de reactie, waardoor de recycling van SO₂ wordt gerealiseerd.
Dit proces heeft geen secundaire vervuiling, maar de kosten van geactiveerde koolstofvervanging zijn hoog, geschikt voor ondernemingen met strikte milieu -eisen en hoge grondstofkosten. Ongeacht het aangenomen proces, moet de SO₂-emissieconcentratie in realtime worden gecontroleerd via een online monitoringsysteem na uitlaatgasbehandeling om een stabiele naleving te waarborgen. Tegelijkertijd moeten de bijproducten die tijdens het behandelingsproces worden gegenereerd (zoals ammoniumsulfaat en gips) worden afgevoerd in naleving om secundaire vervuiling te voorkomen. Het gehalte aan zware metaal van gips moet bijvoorbeeld worden getest en kan alleen worden gebruikt na het voldoen aan de normen van de bouwmateriaal.
Bovendien hanteren sommige grootschalige zwavelzuurproductie-ondernemingen ook uitlaatgasafvalwarmtewarmtechnologie, met behulp van de warmte in het uitlaatgas (temperatuur van ongeveer 100-150 graden) om gedemineraliseerd water te verwarmen door een warmtewisselaar, het genereren van stoom met lage druk voor productie, de efficiëntie van het energieverbruik verder verbeteren en de dubbele doelen van milieubescherming en energiebeveiliging realiseren.
