烟气制酸

重金属冶炼厂二氧化硫烟气制酸设施设计

重金属冶炼厂二氧化硫烟气制酸设施设计(design of sulfur recovery facility from fluegas of laeavy non—ferrous metallurgical works) 以重金属火法冶炼过程产出的二氧化硫烟气为原料，采用不同工艺生产硫酸产品的设施设计，是重金属冶炼厂设计的重要组成部分。重金属冶炼厂生产过程中产生大量含二氧化硫的烟气，其浓度波动较大，且含有多种金属和砷、氟等杂质，常用的回收处理方法较多。利用烟气除生产硫酸外，还可生产硫磺、液体二氧化硫。低浓度二氧化硫烟气，根据条件也可生产其他产品。

设计内容包括：原料、产品方案、设计规模、工艺流程、主要设备、车间配置和主要技术经济指标。

简史 1740年英国建成第一个硫酸厂，以燃烧硫磺和硝石生成的气体为原料，用水吸收制成硫酸。1746年开始用铅室法生产硫酸，20世纪初开始用瓷环填料取代铅室，出现塔式法制酸技术。接触法制酸始于1831年，随着净化技术日趋完善，到20世纪初才得到广泛应用，并开始用于重金属冶炼的烟气制酸。1964年联邦德国拜耳公司(Bayer AG)首先在工业上实现两次转化两次吸收工艺(简称“两转两吸”工艺)，使接触法制酸尾气中的二氧化硫含量降至500×10-6以下。1982年，苏联采用非稳态转化制酸技术，在红乌拉尔炼铜公司处理浓度为0．7％～4％的二氧化硫冶炼烟气，排放尾气的二氧化硫浓度低于0．04％～0．05％。

中国于1876年开始以硫磺为原料，用铅室法生产硫酸，1945年，葫芦岛炼锌厂采用德国鲁奇公司技术建成处理锌精矿焙烧二氧化硫烟气的制酸车间。设计规模为1．5万t／a。60年代后，中国设计建成的铜、铅、锌、镍、钴等冶炼厂陆续利用冶炼烟气制造硫酸。采用的制酸工艺有干法净化制酸、热浓酸或稀酸洗净化制酸等。1985年设计建成的贵溪冶炼厂制酸车间，采用稀酸洗净化的“两转两吸”

工艺，单系列设计规模为34～36万t／a。西北铅锌冶炼厂、金川有色金属公司冶炼厂相继设计建成了“两转两吸”的烟气制酸车间。

对低浓度二氧化硫烟气的回收和处理，40年代以来，各国研究开发了不少方法。在中国这些方法主要用于回收制酸尾气中的二氧化硫。俄罗斯的一些冶炼厂和中国的沈阳冶炼厂用非稳态转化法制酸处理低浓度二氧化硫烟气。

原料部分重金属冶炼厂火法冶炼含硫原料和中间产品过程中产出的二氧化硫烟气浓度见表1。

产品方案当烟气二氧化硫的浓度超过3．5％时，可根据烟气浓度、建设地区冷却水温度和用户需要等，生产浓度为92．5％或98％的硫酸。当烟气二氧化硫

为20％的发烟硫酸；在特的浓度较高，且可解决水平衡时，也可生产部分游离SO

2

定条件下，高浓度二氧化硫烟气也可用于生产硫磺或液体二氧化硫。

设计规模根据重金属冶炼二氧化硫烟气中的总含硫量和选用的制酸工艺流

程，可按下式计算：

式中W为硫酸的日产量(100％H

2SO

4

)，t／d；Q为每天进入制酸系统烟气中的

总含硫量，t／d；y

总为制酸总利用率，％；y

净

为制酸烟气净化率，％；j

转

为制

酸烟气转化率，％；y

吸

为制酸烟气吸收率，％。

烟气二氧化硫浓度比较稳定时的硫酸产量可参见表2。

工艺流程以冶炼二氧化硫烟气制酸，通常采用接触法。工艺过程包括烟气净化、干燥、吸收、转化和成品生产等。按烟气净化工艺，可分为干法制酸和湿法制酸两种。

(1)干法制酸。是将经收尘净化后的烟气，在热交换器中加热至380～400℃，再经转化后进入两段成酸工序，采用浓度为93％的酸喷淋冷凝成酸。该法具有流程短、占地小、投资省、无污水污酸等优点。但由于除砷效率低，催化剂中毒严重，转化率低，能耗大等原因，现已极少采用。

(2)湿法制酸。又分为热浓酸洗净化、水洗净化和稀酸洗净化三种。热浓酸洗净化指标差，成品酸质量低，设备腐蚀严重；水洗净化由于污水量大，污水处理设施投资多等原因，这两种方法设计一般已不采用。稀酸洗净化的净化指标好，适应范围广，污酸排放量小，便于处理或利用，硫损失小，有利于实现“两转两吸”工艺，一般新建的冶炼厂制酸车间，设计多采用此种工艺。排出少量浓度为3％～30％的污酸，用中和法或硫化法处理，达到排放标准后排放。

湿法制酸的转化、吸收工艺可分为“一转一吸”、“两转两吸”和新开发的非稳态转化等。选择依据主要取决于烟气二氧化硫浓度。“一转一吸”工艺，一般处理的烟气二氧化硫浓度为4．5％～6％，二氧化硫转化率为95％～98％。非稳态转化可处理二氧化硫浓度为2．5％～4％的烟气，其尾气一般须处理后才能排放。“两转两吸”工艺的转化率可达99．5％以上，尾气浓度符合排放标准，一般处理的烟气二氧化硫浓度可在6％以上。在特定情况下(即指烟气中的一氧化碳含量较高，一氧化碳转化为二氧化碳放出的大量热量，能维持转化自热平衡时)，或工艺、设备处理得当，烟气二氧化硫的浓度也可稍低于6％。冶炼二氧化硫烟气稀酸洗净化“两转两吸”制酸工艺流程见图。

不符合排放标准的制酸尾气须经处理，以生成化

工产品或对环境无害的废弃物。常用的方法有氨一酸法、亚硫酸钠法、碱式硫酸铝一石膏法、碱式硫酸铝解析法、石灰一石膏法、氧化镁法和石灰一亚硫酸钙法等。

主要设备有增湿塔、洗涤塔、电除雾器、干燥塔、吸收塔、转化器和二氧化硫鼓风机等。(1)增湿塔。其作用是除尘和降温。一般采用空塔，塔体外壳为钢板，中间衬铅板，内壁砌耐酸砖。当烟气含氟高时，加衬石墨砖。塔上部设喷淋装置，气、液逆流接触。也有采用玻璃钢制作塔体，烟气从塔顶进入，气、液并流接触。

(2)洗涤塔。一般为填充塔，外壳结构与增湿塔基本相同。通过气、液逆流接触除去烟气中的烟尘。(3)电除雾器。用于除去烟气中酸雾和残余的烟尘。沉淀板有板式、管式和蜂窝式等类型，由铅、塑料、导电玻璃钢等材料制作。放电电极须耐硫酸，一般采用铜心包铅星型线。(4)干燥塔。为用钢板制成的立式圆筒形简体，内衬耐酸砖，常用的填料有瓷质矩鞍环、阶梯环等。塔内上部设有分酸装置，塔顶一般设置金属丝网式除雾器。干燥塔的作用是以浓硫酸吸收烟气中的水分，使干燥后的烟气含水量降至0．1g／m3。(5)吸收塔。与干燥塔结构基本相同。用于吸收转化后的三氧化硫气体，生成硫酸。(6)转化器。将烟气中的二氧化硫在催化剂层转化成三氧化硫的设备。其构造可分为内部换热式、外部换热式和混合式三种。转化器壳体用喷铝碳素钢或不锈钢制作，其高温部位衬以耐火砖。转化器内部一般由3～5段催化剂层组成，外部加设保温层。(7)二氧化硫鼓风机。用于硫酸生产系统的气体输送。操作风压一般为20～40kPa。鼓风机有涡轮式和罗茨式两种。规模大的制酸车间一般采用涡轮式鼓风机，用电动机或蒸汽透平机驱动。烟气量波动大时，须设调速装置。

车间配置一般设有净化、干燥吸收、转化、成品、污酸污水处理和尾气处理等工段(“二转二吸”工艺一般不设尾气处理工段)。净化工段须靠近冶炼烟气收尘车间。仪表操作室须配置在干燥吸收、转化工段的上风向。各生产工段的地