Le processus de «double conversion, double absorption» de la production d'acide sulfurique génère toujours des gaz de queue contenant (généralement 500-1000 mg / m³). L'émission directe provoque facilement des pluies acides, donc le traitement des gaz de queue est essentiel pour le processus de contact.
Prétraitement des matières premières: éliminer les impuretés pour assurer la stabilité du processus ultérieure
La première étape du processus de contact pour la production d'acide sulfurique est le prétraitement des matières premières, dont l'objectif principal est d'éliminer les impuretés des matières premières pour éviter l'empoisonnement au catalyseur, la corrosion de l'équipement ou la pureté de produit inférieure à la norme dans les processus ultérieurs. Les méthodes de prétraitement varient considérablement en fonction des matières premières: si le soufre est utilisé comme matière première, le soufre solide est d'abord envoyé à un réservoir de fusion et fondu en soufre liquide à une température de 130 à 150 degrés.
Ensuite, les impuretés mécaniques (telles que les sédiments et les particules de carbone) sont éliminées à travers un filtre, et les particules fines sont encore séparées par un séparateur de cyclone pour garantir que la pureté du soufre entrant à l'étape suivante est supérieure ou égale à 99,9%. Si la pyrite (composant principal FES₂) est adoptée, il doit d'abord passer par les processus de concassage et de dépistage pour diviser la pyrite en particules uniformes de 8 à 15 mm. Dans le même temps, les impuretés métalliques telles que les liens de fer sont éliminées par un séparateur magnétique pour prévenir les oxydes de fer générés lors de la torréfaction ultérieure de l'adhérence à la paroi intérieure de l'équipement ou des pipelines de blocage. Si la matière première est la fusion des gaz de combustion (comme les gaz de combustion contenant du SO₂ produit dans le processus de fusion du cuivre, du plomb et du zinc), il est nécessaire d'effectuer d'abord l'élimination de la poussière (en utilisant un précipitateur électrostatique ou un filtre de sac) pour éliminer les particules de la poussière (comme la suppression Méthode d'adsorption ou d'échange de résine chélatée) pour empêcher les impuretés dans les gaz de combustion d'affecter l'activité du catalyseur. La qualité du prétraitement des matières premières détermine directement la stabilité des processus ultérieurs. Par exemple, si la teneur en arsenic dans la pyrite est trop élevée, elle entraînera une empoisonnement permanent du catalyseur de vanadium ultérieur. Par conséquent, le lien de prétraitement doit contrôler strictement le contenu des impuretés, nécessitant généralement le contenu d'éléments nocifs tels que l'arsenic et le sélénium dans les matières premières à inférieure ou à 0,05%.
Préparation du dioxyde de soufre: lien de réaction centrale pour générer des matières premières de processus clés
Le dioxyde de soufre (SO₂) est la matière première intermédiaire de base pour la production d'acide sulfurique via le processus de contact. La liaison de préparation nécessite de sélectionner l'itinéraire de processus correspondant en fonction du type de matière première pour garantir que la sortie et la pureté de SO₂ répondent aux besoins de l'oxydation ultérieure. Lorsque le soufre est utilisé comme matière première, le soufre liquide raffiné est envoyé à un brûleur de soufre, mélangé à l'air comprimé qui a été séché (en utilisant de l'acide sulfurique concentré pour le séchage pour éviter l'humidité affectant les réactions ultérieures) en proportion (un excès d'air 1,05-1.1.1), et subit une réaction de combustion à une température élevée de 800-1000 degrés: s + o₂ bas
Le taux de conversion de cette réaction peut atteindre plus de 99,8%, et la concentration du gaz SO₂ généré est d'environ 10% -12% (fraction de volume). Pendant ce temps, la chaleur libérée peut être utilisée pour générer de la vapeur pour la récupération d'énergie. Si la pyrite est utilisée comme matière première, les particules de pyrite prétraitées sont envoyées à un torréfacteur fluidisé (four à bouillir), et une réaction de rôtissage est effectuée avec un excès d'air à une température de 650-850 degrés: 4FES₂ + 11 o₂ → 2fe₂o₃ + 8 sof + Heat. Pendant le processus de torréfaction, le débit d'air doit être contrôlé par un ventilateur pour maintenir les particules de pyrite dans un état d'ébullition, assurant une réaction suffisante. La concentration de So₂ générée est d'environ 7% à 9%, et l'oxyde de fer sous-produit (SLAG) peut être récupéré sous forme de matière première pour la fabrication de fer. Pour la fusion des matières premières au gaz de combustion, le gaz de combustion prétraité est envoyé à une tour de désorption, et le SO₂ à faible concentration (généralement 1% -5%) dans les gaz de combustion est concentré à 8% à 10% par la désorption de l'acide sulfurique dilué ou la pyrolyse, répondant à l'exigence de la concentration SO₂ pour l'oxydation catalytique subséquente. Quelle que soit la matière première utilisée, le gaz SO₂ généré doit être refroidi par une chaudière à chaleur déchet (de 800 à 1000 degrés à 300-400 degrés), et la chaleur est récupérée pour générer de la vapeur à pression moyenne, ce qui non seulement réduit les exigences de résistance à la chaleur de l'équipement ultérieur, mais réalise également le recyclage de l'énergie.
Oxydation catalytique du dioxyde de soufre: noyau du processus de contact pour réaliser la conversion de So₂ en so₃
L'oxydation catalytique du dioxyde de soufre est le lien central du processus de contact pour la production d'acide sulfurique. Son essence est d'oxyder le SO₂ au trioxyde de soufre (SO₃) sous l'action d'un catalyseur, et la vitesse de conversion de cette réaction détermine directement le débit d'acide sulfurique et d'indicateurs d'émission d'échappement. Actuellement, les catalyseurs de vanadium (composant principal V₂o₅, transporteur Sio₂, promoteurs K₂so₄ et Na₂so₄) sont largement utilisés dans l'industrie en raison de leur activité élevée, de leur bonne sélectivité et de leur longue durée de vie (généralement 3 à 5 ans). La réaction est réalisée dans un convertisseur (réacteur à lit fibatique multi-étages) en utilisant le processus "conversion et absorption à deux étages": lors de la première conversion, le gaz so₂ refroidi (contenant O₂) entre dans le premier lit de catalyseur du convertisseur, et la réaction se produit à une température de 400 à 450 degrés: 2so₂ + o₂ ⇌ ⇌ 2 Étant donné que cette réaction est exothermique, la température du lit augmentera à 550 à 600 degrés, dépassant la température active optimale du catalyseur. Par conséquent, le gaz doit être refroidi à 400-420 degrés par un échangeur de chaleur intermédiaire avant d'entrer dans le deuxième lit de catalyseur pour une réaction supplémentaire. Le taux de conversion total de la première conversion peut atteindre 90% à 95%.
Par la suite, le gaz contenant SO₃ entre dans la première tour d'absorption (en utilisant 98,3% d'acide sulfurique concentré pour absorber So₃) pour éliminer la plupart des So₃, en évitant la formation de brume acide pendant le processus de refroidissement ultérieur. Le gaz SO₂ non réagi (concentration d'environ 0,5% à 1%) est à nouveau chauffé à environ 400 degrés par un échangeur de chaleur et entre dans les troisième et quatrième lits de catalyseur du convertisseur pour la deuxième conversion, le taux de conversion a encore augmenté à plus de 99,5%. Ce processus contrôle efficacement la température de réaction dans la plage d'activité du catalyseur (400 à 600 degrés) par des réactions segmentées et l'échange de chaleur intermédiaire, tout en évitant la réaction inverse lorsque So₃ est mélangé avec So₂ et O₂ non réagi. De plus, l'utilisation de catalyseurs nécessite un contrôle strict de la teneur en impuretés dans les matières premières. Des éléments tels que l'arsenic, le sélénium et le fluor adhéreront à la surface du catalyseur, bloqueront les centres actifs et provoqueront la désactivation du catalyseur. Par conséquent, l'activité de catalyseur doit être testée régulièrement et lorsque le taux de conversion baisse en dessous de 95%, le catalyseur doit être remplacé.
Absorption du trioxyde de soufre: éviter la formation de brume acide et préparer efficacement l'acide sulfurique
L'absorption du trioxyde de soufre (SO₃) est une étape clé dans la conversion du SO₃ généré par l'oxydation catalytique en acide sulfurique. Son défi central est d'éviter le contact direct entre SO₃ et Water pour former de la brume acide (So₃ + H₂o → H₂SO₄, cette réaction est très exothermique et provoque une vapeur d'acide sulfurique à se condenser en minuscules gouttelettes difficiles à capturer). Par conséquent, l'acide sulfurique concentré à 98,3% est couramment utilisé comme absorbant dans l'industrie. Cette concentration d'acide sulfurique a l'efficacité d'absorption la plus élevée pour SO₃ et n'est pas sujette à la formation de brume acide. Le processus d'absorption est effectué dans une tour d'absorption (généralement une tour emballée ou une tour de capuchon à bulles): le gaz So₃ (température d'environ 150-200 degrés) après la première conversion entre le bas de la tour d'absorption et contacte contre-courant avec 98,3% d'acide sulfurique concentré pulvérisé du haut de la tour. So₃ se dissout dans l'acide sulfurique concentré pour former un acide sulfurique plus concentré (concentration jusqu'à plus de 99,5%) ou de l'acide sulfurique fumant (acide sulfurique contenant de la concentration libre, exprimée en fraction de masse de SO₃, généralement 20% à 65%).
Dans la tour d'absorption, la densité de pulvérisation (généralement 15-25m³ / (m² · h)) et le débit de gaz (0,5 à 1,0 m / s) doivent être contrôlés pour assurer un contact de gaz-liquide suffisant. Dans le même temps, un démêlage (comme un demi-démission de fibres) installé dans la tour est utilisé pour éliminer les gouttelettes d'acide sulfurique entraînées dans le gaz, évitant la corrosion de l'équipement ultérieur. Si l'acide sulfurique dilué (comme 70% de concentration pour le décapage des métaux) doit être produit, l'acide sulfurique concentré généré par l'absorption peut être envoyé à un réservoir de dilution, et l'eau déminéralisée est lentement ajoutée dans des conditions d'agitation (il est strictement interdit d'ajouter de l'eau directement à l'acide sulfurique concentré pour éviter de bouillir). La température de dilution est contrôlée pour ne pas dépasser 60 degrés, et la concentration est surveillée en temps réel par un compteur de concentration en ligne. Après avoir atteint la valeur cible, il est envoyé au réservoir de stockage de produits fini. Pour la production d'acide sulfurique fumming, une tour de génération d'acide sulfurique fumming doit être ajoutée après la tour d'absorption pour contacter davantage le gaz so₃ avec 98,3% d'acide sulfurique concentré, de sorte que la teneur en so₃ libre répond aux exigences de conception. Le contrôle des paramètres de fonctionnement dans la liaison d'absorption est crucial. Par exemple, si la température absorbante est trop élevée, la solubilité de So₃ diminuera; Si la température est trop basse, la viscosité de la solution augmentera, affectant l'efficacité d'absorption. Par conséquent, la température absorbante est généralement contrôlée à 40 à 60 degrés à travers un refroidisseur d'acide. Dans le même temps, la pression de la tour d'absorption doit être maintenue à une légère pression négative (-50 à -100pa) pour éviter les fuites de gaz so₃.
Réglage des produits: ajustement de la concentration et de la pureté en fonction des demandes en aval
Le noyau du lien de raffinage du produit est d'ajuster la concentration et d'éliminer les impuretés de l'acide sulfurique généré dans la liaison d'absorption en fonction des différents besoins des industries en aval, garantissant que le produit répond aux normes industrielles correspondantes. Le premier est l'ajustement de la concentration: si la demande en aval est à 98% d'acide sulfurique concentré industriel (utilisé dans la production d'engrais, comme la fabrication de phosphate de diammonium), la tour de concentration à 99,5% concentrée sur une baisse de la vapeur à basse pression (120 à 150 degrés) pour évapper un rôle de partie de l'eau, réduisant la concentration à 98%. Si la demande est de 70% de l'acide sulfurique dilué (utilisé dans le décapage des métaux dans l'industrie du fer et de l'acier pour éliminer l'oxyde de fer à la surface de l'acier), l'eau déminéralisée doit être ajoutée proportionnellement au réservoir de dilution, tout en activant les systèmes d'agitation et de refroidissement pour contrôler la température pendant la dilution ou le cogorrage de ne pas sortir de 60 degrés.
La seconde est l'élimination des impuretés: différents scénarios d'application ont des exigences significativement différentes pour la pureté de l'acide sulfurique. Par exemple, l'acide sulfurique industriel ordinaire nécessite une teneur en fer inférieure ou égale à 0,01% et une teneur en arsenic inférieure ou égale à 0,005%, tandis que l'acide sulfurique de qualité batterie (utilisé comme électrolyte pour les batteries au plomb-acide) nécessite une teneur en ions lourds (mercure, cadmium) inférieure à 0,5 ppm. Pour l'acide sulfurique industriel ordinaire, la filtration est généralement utilisée pour éliminer les impuretés mécaniques (telles que la filtration à travers des membranes de filtre en polypropylène), et le peroxyde d'hydrogène (H₂o₂) est ajouté pour oxyder et éliminer les impuretés réductrices telles que l'acide sulfureux (H₂SO₃). Pour l'acide sulfurique de qualité batterie, un processus de raffinage profond est requis: d'abord, l'adsorption activée au carbone est utilisée pour éliminer les impuretés organiques, puis les résines d'échange d'ions (telles que les résines d'échange de cations pour éliminer les ions métalliques lourds, les résines d'échange d'anions pour éliminer les ions chlorures et les ions nitrate) sont utilisés pour l'emploi profondé Normes. De plus, les tests de qualité doivent être effectués dans la liaison de raffinage du produit, y compris les tests de concentration (en utilisant la méthode de densitomètre ou la méthode de titrage) et les tests de contenu d'impureté (en utilisant la spectrométrie d'absorption atomique ou la chromatographie ionique). Après avoir passé le test, l'acide sulfurique doit être stocké dans des réservoirs de stockage spéciaux en fonction de différents niveaux de concentration et de pureté (comme l'acide sulfurique concentré à 98% dans les réservoirs en acier en carbone, l'acide sulfurique dilué dans les réservoirs FRP et l'acide sulfurique de qualité batterie dans les réservoirs en acier inoxydable) pour éviter la pollution mélangée des produits de différents gradations.
Traitement des gaz d'échappement: contrôler les émissions de polluants pour répondre aux normes environnementales
Bien que le processus de «conversion à deux étages et d'absorption à deux étages» soit adopté, une petite quantité de gaz d'échappement contenant SO₂ (généralement de la concentration SO₂ 500 à 1000 mg / m³) est toujours générée pendant la production d'acide sulfurique. L'émission directe entraînera une pollution atmosphérique (formant des pluies acides), de sorte que la liaison de traitement des gaz d'échappement est une étape de protection de l'environnement indispensable dans le processus de contact. Actuellement, il existe trois technologies de traitement des gaz d'échappement traditionnelles dans l'industrie: la première est le processus de désulfurisation de l'ammoniac, qui envoie le gaz d'échappement à une tour de désulfurisation et les contacte contre-courants avec l'eau de l'ammoniac (concentration 15% -20%), résultant en réactions: So₂ + 2 nh₃ · h₂o → (nh₄) ₂o + So₂ + h₂o → 2nh₄hso₃.
Ensuite, l'air est introduit dans la solution de réaction pour oxyder et générer du sulfate d'ammonium: 2nh₄hso₃ + o₂ → 2 (nh₄) ₂so₄. Le sulfate d'ammonium peut être vendu comme engrais d'azote pour réaliser l'utilisation des ressources des polluants. Le taux d'élimination du SO₂ de ce processus peut atteindre plus de 98%, et la concentration d'émission d'échappement est inférieure ou égale à 50 mg / m³, répondant aux exigences du «norme d'émission intégrée des polluants atmosphériques» de la Chine (GB 16297-1996). Le second est le processus de désulfuration du lait de chaux, qui utilise le lait de chaux (Ca (OH) ₂ Suspension) comme absorbant pour réagir avec So₂ dans le gaz d'échappement pour générer du sulfite de calcium: So₂ + Ca (OH) ₂ → Caso₃ ↓ + H₂o. Le sulfite de calcium est oxydé pour générer du gypse (Caso₄ · 2H₂O), qui peut être utilisé dans la production de matériaux de construction (comme les planches de gypse).
Ce processus a un faible coût mais un taux d'élimination de So₂ relativement faible (environ 95%), adapté aux petites entreprises de production d'acide sulfurique. Le troisième est la méthode d'adsorption du carbone activé, qui passe le gaz d'échappement à travers une tour d'adsorption de carbone activée. Une fois que So₂ a été adsorbé par du carbone activé, le gaz SO₂ à haute concentration est généré par désorption dans des conditions de chauffage, qui peuvent être renvoyées dans le convertisseur pour participer à nouveau à la réaction, réalisant le recyclage de SO₂.
Ce processus n'a pas de pollution secondaire, mais le coût du remplacement activé du carbone est élevé, adapté aux entreprises ayant des exigences environnementales strictes et des coûts élevés de matières premières. Quel que soit le processus adopté, la concentration d'émission SO₂ doit être surveillée en temps réel via un système de surveillance en ligne après un traitement de gaz d'échappement pour assurer une conformité stable. Dans le même temps, les sous-produits générés au cours du processus de traitement (tels que le sulfate d'ammonium et le gypse) doivent être éliminés en conformité pour éviter la pollution secondaire. Par exemple, la teneur en métal lourd du gypse doit être testée et ne peut être utilisée qu'après avoir respecté les normes des matériaux de construction.
De plus, certaines entreprises de production d'acide sulfurique à grande échelle adoptent également la technologie de récupération de la chaleur des déchets de gaz d'échappement, en utilisant la chaleur dans le gaz d'échappement (température d'environ 100 à 150 degrés) pour chauffer l'eau déminéralisée par un échangeur de chaleur, générant une vapeur à basse pression pour la production, améliorant encore l'efficacité de l'utilisation d'énergie et réalisant les deux objectifs de la protection de l'environnement et de la conservation de l'énergie.
