海洋化学课件

第一章 硫酸第三节第三节 炉气的净化与干燥炉气的净化与干燥炉气的净化与干燥n炉气的组成与净化指标n杂质去除的方法与原理n炉气净化的工艺流程炉气的组成与净化指标n炉气的组成n净化指标炉气的组成易易形形成成酸酸雾雾腐腐蚀蚀设设备备难难除除使催化使催化剂中毒剂中毒堵塞设备堵塞设备管道沉积管道沉积使催化剂使催化剂失活失活转化工转化工序所需序所需炉气的净化指标酸雾酸雾0.035 g/m3 0.035 g/m3 矿尘矿尘 0.005 g/m30.005 g/m3 砷砷0.0001 g/m30.0001 g/m3 氟氟0.005 g/m30.005 g/m3 水分水分0.l g/m3 0.l g/m3 杂质去除的方法与原理n矿尘的清除n砷和硒的清除n酸雾的形成与清除矿尘的清除n矿尘去除方法n旋风除尘器n电除尘器矿尘去除方法粒径粒径10um10um自由沉降自由沉降旋风分离器旋风分离器粒径粒径0.10.110um10um电除尘器电除尘器粒径粒径0.05um0.05um液相洗涤液相洗涤旋风除尘器u利用离心力作用u8090矿尘得到分离u硫酸工业用的旋风除尘器在负压下操作，注意气密性u多用于炉气的初级除尘电除尘器n电除尘器组成n电除尘的原理 n除尘率高（9599）最高达99.9n生产能力范围大n流动阻力小电除尘器电除尘器优点优点 1 沉淀极；2 电晕极；3 悬接电晕极的架子；4 气体进出口的闸口；5 气体分布板；6 矿尘储斗电除尘的原理n利用不均匀的高压电场将炉气中的微粒除去的。器中的电晕电极接高压直流 电成为负极。沉淀电极接地成为正极,两极间的距离一般为 125150mm。电晕电极的直径较小，一般为 1.52.5mm 的细丝。两极间通以 50 9OKV 的高压直流电，形成不均匀高压电场，电晕电极上电场强度特别大，使导线上产生电晕放电。处在其周围的气体，在高电场强度的作用下，发生电离，带负电的离子充满整个电场的有效空间，密度可达 107 离子/cm3 以上。它们在电场的作用下，从电晕电极向沉淀电极移动中与粉尘相遇时，炉气中的分散粉尘颗粒将其吸附，从而带电。带电的粉尘移向沉淀电极，在电极上放电，使粉尘成为中性并沉积在沉淀电极上，经振动后坠落在收尘斗中而被清除。砷和硒的清除干法湿法固体吸附用稀硫酸和水洗涤要求矿尘除得十分干净湿法原理n利用三氧化二砷和二氧化硒在气相中的蒸气压随着温度降低而迅速下降的 特点，当炉气被酸洗或水洗而冷却时，三氧化二砷和二氧化硒转变为固态可被溶液洗去。温度/5070100125150200250 As2O3饱和蒸气压/Pa9.0610-51.810-32.410-20.2121645.3720 炉气中As2O3含量/(g/m3)1.610-51.610-44.210-33.710-20.287.90124 SeO2饱和蒸气压/Pa9.0610-41.8710-20.61.7410.82803570 炉气中SeO2含量/(g/m3)4.410-58.8l0-41.O 10-38.210-20.5313175不同温度下不同温度下As2O3 和和SeO2 在炉气中的饱和含量在炉气中的饱和含量湿法原理n炉气出口温度600 以上n经过初步除尘、冷却后，炉温仍高达 270 炉气中As2O3 仍以气态存在 n当炉气用酸或水洗涤时，炉气温度降至 5070 ,As2O3 全部转变固体n固体被洗涤液带走被洗涤液带走悬浮在气相中形成酸雾中心悬浮在气相中形成酸雾中心酸雾的形成与清除n酸雾的形成n酸雾的清除酸雾的形成n硫酸蒸气就会在气相中冷凝，形成悬浮在气相中的微小液滴称为酸雾 n当用硫酸或水洗涤炉气时，由于炉气温度迅速降低，形成酸雾 n气体的冷却速度越快，蒸气的过饱和度越高，越容易达到临界值生成酸雾 酸雾的清除n酸雾在净化过程中不能用液体吸收办法除净n必须要在电除雾器中用静电沉降法来捕集电除雾器电除雾器原理与电除尘器相同电晕电极发生电晕放电使气体的酸雾颗粒带电而趋向电极电晕电极发生电晕放电使气体的酸雾颗粒带电而趋向电极 在电极上进行电荷传递变成液体附着在电极上在电极上进行电荷传递变成液体附着在电极上 当这种液体聚集达一定量时当这种液体聚集达一定量时，无，无需振打需振打，便靠自重顺着电极流下便靠自重顺着电极流下增大酸雾粒径方法增大酸雾粒径方法逐级降低洗涤酸的浓度使气体中水蒸气含量增大酸雾吸收水分被稀释气体逐级冷却酸雾同时被冷却气体中水蒸气在酸雾表面冷凝炉气净化的工艺流程n酸洗流程n水洗流程酸洗流程n标准酸洗流程“三塔两电”n“两塔两电”酸洗流程n“两塔一器两电”酸洗流程n热浓酸洗净化流程 n“文泡冷电”酸洗流程先先进进标准酸洗流程“三塔两电”三塔 第一洗涤塔第一洗涤塔 第二洗涤塔第二洗涤塔 增湿塔增湿塔 电除雾器电除雾器 电除雾器电除雾器标准酸洗流程“三塔两电”1 第一洗涤塔2 第二洗涤塔3第一级电除雾器4增湿塔5 第二级电除雾器6 沉淀槽7 冷却器8 循环槽9 循环酸泵标准酸洗流程“三塔两电”第一洗涤塔：空塔（冷却塔）防止矿尘堵塞。除大部分矿尘及杂质第一洗涤塔：空塔（冷却塔）防止矿尘堵塞。除大部分矿尘及杂质第二洗涤塔：进一步洗矿尘；第二洗涤塔：进一步洗矿尘；三氧化二三氧化二砷砷、氟化氢和三氧化硫、氟化氢和三氧化硫 大部分形成酸雾大部分形成酸雾第二洗涤塔：进一步洗矿尘；第二洗涤塔：进一步洗矿尘；三氧化二三氧化二砷砷、氟化氢和三氧化硫、氟化氢和三氧化硫 大部分形成酸雾大部分形成酸雾第一电除雾器：除大量酸雾第一电除雾器：除大量酸雾增湿塔：增大酸雾粒径增湿塔：增大酸雾粒径第二电除雾器：进一步除酸雾第二电除雾器：进一步除酸雾标准酸洗流程“三塔两电”优点优点污水少污水少，污稀酸有回收利用的可能污稀酸有回收利用的可能，以及二氧化硫、三氧化硫损失少以及二氧化硫、三氧化硫损失少 缺点缺点流程复杂流程复杂，金属材料耗用多、投资大金属材料耗用多、投资大“两塔两电”酸洗流程两塔 第一洗涤塔第一洗涤塔 第二洗涤塔第二洗涤塔 电除雾器电除雾器 电除雾器电除雾器“两塔两电”酸洗流程1 第一洗涤塔；2第二洗涤塔；3第一级电除雾器;4 第二级电除雾器；5 沉淀槽；6 冷却器；7 循环槽；8 稀酸泵“两塔两电”酸洗流程n第一洗涤塔用质量分数 20%35%的硫酸淋洒 n第二洗涤塔用质量分数 5%10%的硫酸淋洒 淋洒酸的浓度低淋洒酸的浓度低，省掉了增湿塔及其附属设备省掉了增湿塔及其附属设备 “两塔两电”酸洗流程淋洒酸的浓度低淋洒酸的浓度低，省掉了增湿塔及其附属设备省掉了增湿塔及其附属设备，节省了投资又简化了流程节省了投资又简化了流程 缺点缺点产生的质量分数产生的质量分数 20%30%20%30%稀酸稀酸，用途很少用途很少即：废酸不能综合利用即：废酸不能综合利用 优点优点低浓度硫酸能够被利用的条件下最有利低浓度硫酸能够被利用的条件下最有利；当炉气中水分含量很高而二氧化当炉气中水分含量很高而二氧化硫含量相对较低的情况下硫含量相对较低的情况下 (如沸腾焙烧潮湿矿石时如沸腾焙烧潮湿矿石时 ),),第一洗涤塔不可能第一洗涤塔不可能采用较高浓度的硫酸淋洒时采用较高浓度的硫酸淋洒时，才采用此流程才采用此流程。“两塔一器两电”酸洗流程n标准酸洗流程基础上发展起来的n标准酸洗流程中的增湿塔用间接冷凝器代替热浓酸洗净化流程n采用酸温为 5060 ,质量分数为 93%热浓酸洗涤。热浓酸洗净化流程l 热酸塔；2 泡沫塔；3 干燥塔；4 捕沫器；5 冷却器；6 立式泵；7 循环槽；898%酸进口热浓酸洗净化流程n由于用热浓酸缓慢冷却洗涤炉气，炉气中二氧化硫进行表面冷凝成酸。生成酸生成酸雾较少雾较少。要求进洗涤塔的炉气温度，必须在三氧化硫露点温度以上，一般控制在 300 以上。出塔气温一般控制在 120 或更高些，出塔酸温在 150170 左右。热浓酸洗净化流程优点优点流程简单流程简单，省去了电除雾器省去了电除雾器；可以净化含高浓度三氧化硫的炉气可以净化含高浓度三氧化硫的炉气，不产稀酸不产稀酸；无污水排放无污水排放，对环境污染小对环境污染小。缺点缺点对含对含砷砷、氟高的矿料适应性差、氟高的矿料适应性差“文泡冷电”酸洗流程n本流程是我国自行设计将水洗改为酸洗的净化流程“文泡冷电”酸洗流程n由焙烧工序来的二氧化硫炉气，首先进入文氏里洗涤器，用1520的稀硫酸进行一级洗涤n洗涤后的气体经复档除沫器除沫后进入泡沫塔，用13的稀酸进行第二级洗涤n两级洗涤后矿尘杂质被除去，炉气中部分三氧化二砷二氧化硒凝固为颗粒被除去，部分成为酸雾中心n三氧化硫与水蒸气形成酸雾，在凝聚中心形成酸雾颗粒“文泡冷电”酸洗流程n两级酸洗后的炉气，经复档除沫器除沫，进入列管间接冷却塔，使炉气进一步冷却，水蒸气进一步冷凝，酸雾粒径再进一步增大n由列管间接冷却塔出来的炉气进入管束式电除雾器，除去酸雾n净化后的炉气去干燥塔进行干燥“文泡冷电”酸洗流程水洗流程n经典水洗流程 n新型水洗流程文、泡、文 流程 n“文泡电”水洗流程n“文文冷电”水洗流程n动力波净化工艺美国杜邦公司开发的气体洗涤设备经典水洗流程 1 第一洗涤塔；2 第二洗涤塔；3 第一、二级电除雾器；4 干燥塔；5 浓酸冷却器；6 浓酸泵；7 清水泵；8 沉降桶；9,11 污水泵；10 沉降槽；12 吹出塔经典水洗流程n设备的配置与酸洗流程相同，只是增设了一个二氧化硫吹出塔。n水从第二洗涤塔淋下流出后经沉淀槽，由泵送入第一洗涤塔。n污水经沉淀槽、吹出塔吹出二氧化硫后，再经处理，排入江河。经典水洗流程水洗流程简单，技资省水洗流程简单，技资省净化效果好，系统阻力小，对原料要求不高，净化效果好，系统阻力小，对原料要求不高，适用于炉气中含矿尘和杂质量较多的情况适用于炉气中含矿尘和杂质量较多的情况优点优点缺点缺点排放大量酸性污水，排放大量酸性污水，污水中常含有砷、氟等有毒杂质，污染江河污水中常含有砷、氟等有毒杂质，污染江河三氧化硫全部损失，二氧化硫不能全部回收，三氧化硫全部损失，二氧化硫不能全部回收，硫的利用率低。硫的利用率低。新型水洗流程文、泡、文 流程n利用文氏管洗涤器洗涤气体。文、泡、文流程是在三文一器流程基础上改进而成的。新型水洗流程文、泡、文 流程第一文氏管主要作用为降温除尘第一文氏管主要作用为降温除尘第一文氏管主要作用为降温除尘第一文氏管主要作用为降温除尘 泡沫塔中用水喷淋起增湿作用泡沫塔中用水喷淋起增湿作用 第二文氏管用于除酸雾第二文氏管用于除酸雾新型水洗流程文、泡、文 流程1U 形管除尘器；2 旋风分离器(干旋)；3 第一文氏管；4 泡沫塔；5 第二文氏管；6 旋风分离器；7 脱吸塔新型水洗流程文、泡、文 流程新型水洗流程具有文氏管设备小新型水洗流程具有文氏管设备小净化效率高净化效率高、投资省投资省、建厂快建厂快 优点优点缺点缺点阻力大阻力大、动力消耗大动力消耗大污水不能直接排放污水不能直接排放许许多厂将以文氏管为主的水洗流程改为稀酸洗流程多厂将以文氏管为主的水洗流程改为稀酸洗流程 文氏管的构造 n文氏管由收缩管、颈管和扩大管三部分组成 n在颈管处或颈管以前沿管壁设有几十个小孔，由此将水喷入颈管，水在颈管内被高速炉气气流撞击而雾化成极微小的雾沫，炉气中的尘粒或雾滴与雾沫凝成较大的液滴，液滴与气体进入旋风分离器而被分离。在除尘粒过程中，同时有除雾降温作用。文氏管的构造1 收缩管；2 颈管；3 扩大管“文泡电”水洗流程n电除雾器代替“文泡文”中第二级文氏管n提高了对酸雾杂质的净化效率n缺点：系统压降高“文文冷电”水洗流程n两个文氏管n一个冷凝器n一个电除雾器技术性能和适应力较好动力波净化工艺n目前比较先进的一种净化流程n净化效率高n该工艺常见流程为：动力波三级洗涤器净化流程n关键设备动力波洗涤器逆喷型洗涤器动力波净化工艺n含尘炉气进入一个初级逆喷型洗涤器，气体在这里急冷降温，酸雾等冷凝，同时除尘，除尘效率可达90左右n再进入泡沫塔进一步冷却（也可填料塔代替）除尘及除砷、硒、氟和酸雾等杂质n泡沫塔后设一台最终逆喷型洗涤器以脱除残余的不溶性颗粒尘埃和部分残余酸雾动力波净化工艺动力波净化工艺没有雾化喷头及活动件没有雾化喷头及活动件运行可靠维修费用少运行可靠维修费用少除尘及酸雾效率高可减小电除雾器尺寸除尘及酸雾效率高可减小电除雾器尺寸优点优点该工艺中只要设置单级电除雾器就能达到净化要求该工艺中只要设置单级电除雾器就能达到净化要求炉气的干燥炉气干燥的任务炉气干燥的任务除掉炉气中的水分除掉炉气中的水分使其含量使其含量0.lg/m3 0.lg/m3 干干燥燥剂剂：浓浓硫硫酸酸炉气的干燥的原理n同一温度下同一温度下，硫酸的硫酸的浓度浓度越高越高，硫酸液面上水硫酸液面上水蒸气的平衡分压越小蒸气的平衡分压越小。n98.3%98.3%硫酸液面上水蒸气分压硫酸液面上水蒸气分压 4040时时0.0040.004，质量分数大于质量分数大于98.3%98.3%硫酸液面上只有硫酸液面上只有 SOSO3 3 和和 H H2 2SOSO4 4 蒸气的分压蒸气的分压，几乎没有水蒸气存在几乎没有水蒸气存在。n当炉气中水蒸气分压大于硫酸液面上的水蒸气当炉气中水蒸气分压大于硫酸液面上的水蒸气分压时分压时，炉气即被干燥炉气即被干燥 干燥工艺条件n喷淋酸的浓度喷淋酸的浓度n喷淋酸的温度喷淋酸的温度 n气体温度气体温度 n喷淋密度喷淋密度 干燥工艺条件n喷淋酸的浓度 喷淋酸浓度越大喷淋酸浓度越大，硫酸液面上水蒸气分压硫酸液面上水蒸气分压越小越小，炉气干燥效果越好炉气干燥效果越好，但当质量分数超过但当质量分数超过 98.3%98.3%时时(恒沸溶液恒沸溶液),),硫酸液面上有二氧化硫存在硫酸液面上有二氧化硫存在，可与炉气中的水蒸气生成酸雾。可与炉气中的水蒸气生成酸雾。n喷淋酸的浓度 温度越高温度越高，生成酸雾也越多生成酸雾也越多 干燥工艺条件喷淋酸中(H2SO4)/%酸雾含量/(g/m3)406080100900.00060.0020.0060.028950.0030.0110.0330.115980.0060.0190.0560.204干燥后炉气中的酸雾与喷淋酸含量和温度的关系干燥后炉气中的酸雾与喷淋酸含量和温度的关系干燥工艺条件表格分析n60时，硫酸的质量分数从90%增高到95%时，酸雾含量增加 4.5倍。另外，硫酸含量愈高，温度愈低，硫酸中溶解的二氧化硫愈多，结果随干燥塔的循环酸带出的二氧化硫损失增大。n硫酸含量对水蒸气的吸收速度也有影响，酸含量愈高，吸收推动力愈大，故吸收速度愈快 喷淋酸含量一般采用喷淋酸含量一般采用 93%93%95%95%硫酸较合适硫酸较合适 干燥工艺条件n喷淋酸的温度喷淋酸的温度喷淋酸的温度高喷淋酸的温度高，可以减少二氧化硫的溶解可以减少二氧化硫的溶解损失损失。但是增加了酸雾的含量但是增加了酸雾的含量，降低了干燥降低了干燥塔的效率塔的效率，加剧了对设备管道的腐蚀加剧了对设备管道的腐蚀 实际生产中实际生产中，进塔酸温度一般在进塔酸温度一般在 20204040 夏季不超过夏季不超过 45 45 干燥工艺条件n气体温度气体温度温度愈低温度愈低，气体带入塔内的水分就气体带入塔内的水分就 愈少愈少，干燥效率就愈高干燥效率就愈高 进塔气温受冷进塔气温受冷却水温度限制却水温度限制气温过高气温过高，不仅增加干燥塔的负荷不仅增加干燥塔的负荷，同时使产品酸的浓度降低同时使产品酸的浓度降低。一般气体温度控制在一般气体温度控制在 3030左右左右，夏季不得超过夏季不得超过 37 37。干燥工艺条件n喷淋密度喷淋密度由于喷淋酸在吸收气 体中水分的同时，放出大量的稀释热 喷淋酸太少，会因酸的含量降低和温度的上升而使 干燥效率降低，并且加速了酸雾的形成 生产上一般采用的喷淋密度为生产上一般采用的喷淋密度为 101015m3/(m215m3/(m2h)h)左右左右，过大会增加流体阻力和动力消耗过大会增加流体阻力和动力消耗。还要保证干燥塔出、还要保证干燥塔出、入入口口H2SO4 H2SO4 含量变化在含量变化在 0.5%0.5%0.6%0.6%之间。之间。喷淋酸量要喷淋酸量要足够大足够大，应应保证塔内酸保证塔内酸的温度和的温度和 含量的改变含量的改变不大不大