董泽
云锡文山锌铟冶炼有限公司 云南省文山州马关县663700
摘要 文章通过结合研究当前国内外的一些二氧化硫烟气转化技术,就各项技术存在的一些问题进行分析和讨论，分析当前二氧化硫烟气转化技术存在的一些共性问题和原因，并且在此基础上探讨试验一种二氧化硫烟气转化技术的方式，并结合条件以及内容要求提出相应的建议，以期为其他学者提供借鉴，从而实现社会效益和经济效益的有机结合，为我国工程项目的二氧化硫烟气转化技术起到一定的借鉴作用。
关键词 转化；二氧化硫；烟气
1前言
1.1 二氧化硫转化的意义
随着科学技术的进步，SO2烟气转化技术逐步得到发展运用，尤其是在有色冶金中，有多种高浓SO2烟气制酸工艺，由于转化触媒耐温极限(630℃左右)和起燃温度的限制，在平衡转化率下，烟气入口SO2浓度不超过14％是国际上公认的转化触媒能够接受的最高SO2浓度，因此其转化入口SO2浓度一般不会超过19％，为此，仍需要配入相当于自身一倍以上的稀释风。随着富氧冶炼技术的逐步推广，进入烟气制酸系统的烟气中二氧化硫浓度达到20％以上已成为现实。一般的工艺就是烟气在净化工序除去矿尘、酸雾、砷、氟等有害杂质后，再通过干吸工序的干燥塔除去水分，然后进入转化工序，在一定的温度下，通过触媒的催化，使烟气中的二氧化硫与氧化合生成三氧化硫，简称二氧化硫的转化。一般来讲，由于大部分冶炼原料均为金属硫化物，比如硫化锌、硫化铅等，在冶炼中会释放大量的SO2，其对环境的的污染十分严重。采用冶炼烟气制酸的方法，将SO2变废为宝。这不仅充分利用了资源、保护了环境，还为企业增加了经济效益。
1.2当前国内一些常用的转化工艺
目前，在冶炼金属铜的过程中，由密闭炉和转炉出口排出来的主要污染气体是二氧化硫(SO2)；近年，一种较新工艺，利用贫铜〔含铜(Cu)＞4％(重量)〕矿石〔碳酸铜(CuCO3)或硫化铜(CuS)〕和冶炼金属铜过程中所产生的“废”铜泥，采用“水解工艺”制造硫酸铜(CuSO4.5H2O)是化工技术领域里利“废”的一种较先进工艺。它虽然比传统用金属铜(Cu)作原料制造硫酸铜(CuSO4.5H2O)成本低约30％以上，“水解工艺”所使用的水可以循环使用等优点，但在煅烧铜〔特别是硫化铜(CuS)〕矿石过程中所产生的气体二氧化硫(SO2)，同冶炼金属铜一样造成污染。生产上述产品，许多厂家对二氧化硫(SO2)气体未得到吸收并转化成副产品，同时这也是工艺上的难点；因此造成污染，有的厂家每年只能冬季生产，严重影响产品产量等诸多利害。
目前已经工业化的高浓度烟气转化技术主要有预转化技术、SO3循环工艺、空气冷激以及WSA-DC工艺等。据资料(统计)报道，我国每年排放二氧化硫(SO2)气体量就高达1800万吨。因之，吸收并转化二氧化硫(SO2)气体污染制成多种副产品，产生社会和经济效益乃迫在眉睫也是当务之急。
2“一转一吸+康索夫制酸工艺”的二氧化硫转化工艺
对转化高浓度SO2烟气进行大量的配风势必造成制酸转化、干吸设备规格的巨大，一定程度上还限制了富氧熔炼的综合经济效益。如何突破SO2浓度的限制是冶炼烟气制酸行业需要积极努力的研究方向。结合本项目实际情况，通过多次论证和对比，本次制酸装置选用了一转一吸+康索夫制酸工艺，该工艺可以最大程度地除去一些杂质，包括：容易堵塞管道的矿尘；危害触媒的砷和硒 ；危害瓷环、瓷环填料和触媒的载体的氟；一切杂质载体的水分（酸雾），具有操作气量小、热能回收率高、投资省等特点。
2.1烟气的净化流程
由收尘系统高温风机出来的约250℃高温冶炼烟气送入制酸工序净化工段。烟气首先在一级动力波中被冷却和洗涤除去杂质，再进入气体冷却塔进行进一步冷却及除杂质，然后又进入二级动力波再次净化。此时烟气中绝大部分烟尘、砷及氟等杂质已被清除，同时烟气温度降至35℃左右。进入两级电除雾除去酸雾，使烟气中的酸雾含量降至≤5mg/m3。烟气中夹带的少量砷、氟、尘等杂质也进一步被清除，净化后的烟气送往干吸工段。
2.2 SO2烟气净化的原理
2.2.1一级动力波工作原理
主要是利用高速气体把从底部射入的液体冲击成无数细小液滴，使气液高度湍流混合，充分接触，强化传质传热，达到降温除尘的目的。
2.2.2气体冷却塔工作原理
进入气体冷却塔的一些杂质较大部分含于酸雾中，温度一般在50~65℃之间。因为含尘量低，不易堵塞，所以气体冷却塔采用填料塔，用浓度为1~2%的硫酸喷淋洗涤。在气体冷却塔主要发生的作用包括：炉气进一步被冷却到35℃以下，喷淋酸被加热；炉气中的矿尘、金属氧化物进一步被洗涤除去，气体中残留的砷、氟、和硒等杂质部分溶解于酸液中；部分酸雾被捕集；由于炉气温度的降低，使气体中水蒸汽在酸雾粒子表面冷凝而使酸雾颗粒增大，为提高二级动力波除酸雾效率创造了条件；由于气体温度降低，水的饱和蒸汽压相应降低，炉气中的水部分冷凝。
2.2.3二级动力波的作用
这一步主要使得炉气进一步被冷却，温度降低了，炉气中部分水蒸汽在酸雾表面冷凝而使酸雾颗粒增大，有利于一二级电除雾器的除雾效率提高。
同时也使炉气带入干燥塔的水量减少（因为炉气带入干燥塔的水量大体上等于第二级电除雾器的气体温度下的饱和水蒸汽含水量），有利于成品酸浓的维持和提高。
同时，由于喷淋酸浓度的降低，酸雾被稀释而使颗粒长大；酸浓从30%降到5%，使酸雾颗粒直径将增大近1倍，如果酸浓降到1%，酸雾颗粒直径将增大2.3倍，这对电除雾器的除雾效率使非常有利的。
三氧化二砷、氟化氢和酸雾等杂质，在二级动力波内有部分会被捕集溶解在酸液中。因此喷淋酸浓度会逐渐提高，酸中砷、氟等杂质含量也会逐渐增多。
2.2.4一级电除雾器
该项步骤的原理是炉气通过高压直流电场产生电离，尘粒或酸雾与负离子相遇而荷电，在电场力额作用下移向沉淀极释放电子而变成中性粒子，靠重力顺壁而下，使烟气得以净化。
其内部的结构包括：高压发生器及绝缘系统；带芒刺的阴极线，产生电晕，发射电子，使烟气中微粒（酸雾）带负电；六角形阳极管，收集带负电荷的微粒；冲洗水系统，冲洗阴极线和阳极管壁上的升华硫和沉积物。
2.2.5 二级电除雾器
该步骤主要去除干燥塔酸雾＜5mg/m3，最关键的是采用安全水封，其作用是维持系统负压，保护前段玻璃钢设备。
2.2.6净化工段稀酸循环系统
净化工段中的一级动力波，气体冷却塔二级动力波均有单独的稀酸循环系统。气体冷却塔的循环酸通过板式换热器进行换热。稀酸采取由稀向浓、由后向前的串酸方式。引出的废酸由一级动力波循环槽中根据废酸生成量和废酸的含砷、含氟、含尘量抽出一定的量送至圆锥沉降槽，圆锥沉降槽的上清液进入上清液贮槽；上清液再用泵送至脱吸塔，脱吸塔脱吸后的气体送入气体冷却塔前烟气管道进入系统，脱吸后的废酸输送至废酸处理污酸原液槽。圆锥沉降槽底流送入压滤机进行压滤，滤饼因含有价金属可直接外售或返回焙烧系统，滤液送污酸原液槽。
2.3转化工段的烟气流程
转化工段采用了一次三段常压接触法生产工艺。从SO2鼓风机来的冷SO2气体，先后进入第Ⅲ、第Ⅱ、第Ⅰ热交换器的壳程，分别被转化器第三段、第二段触媒层和余热锅炉出来的热气体加热到425℃后进入转化器一段触媒层。经第一段触媒层催化氧化后的SO3气体，温度约582℃左右，然后经第Ⅰ热交换器的管程换热后进入转化器二段触媒层，再经第Ⅱ热交换器的管程换热后进入转化器三段触媒层，经催化氧化后的SO3气体（SO2转化率为95.5%以上），经第Ⅲ热交换器换热后，进入余热锅炉生产低压蒸汽回收热量，再送往干吸工段吸收塔吸收SO3制取硫酸。
2.4干吸工序的烟气流程
干吸工段采用了常规的一级干燥、一次吸收的烟气处理流程。在干吸工段，干燥塔内循环淋洒95%浓硫酸，吸收塔循环淋洒98%浓硫酸。浓硫酸循环系统均采用塔－槽－泵－冷却器－塔的泵后冷却工艺流程。吸收主要设备有：吸收塔、循环酸槽、酸泵以及酸冷器等。带阳极保护的酸冷却器用于干吸工序浓硫酸的冷却，采用固定管壳式结构，壳侧走酸，管侧走水，冷却介质用工业循环冷却水。阳极保护管壳式浓酸冷却器的主材质是316L不锈钢，并附阳极保护装置。采用泵后冷却流程，即酸冷却器位于泵和塔之间，泵出口之后。最后再进行脱硫工段，成品酸采用板式换热器进行冷却。
3 结语
经济不断发展，各专业区域开发加速，对自然资源的开发利用也日渐加剧，造成对环境的破坏越来越严重，那么采用冶炼烟气制酸的方法，将SO2变废为宝的重要性就凸显出来，通过“一转一吸+康索夫制酸工艺”的二氧化硫转化工艺，并探究合理有效的方法，能对生态环境的保护和防止环境污染加剧产生良好的作用，减少事后环境治理的不必要性和给社会带来的经济损失。综合来看，对该种方法加以积极优化，使之将来为我国实现绿色产业的发展和绿色社会的形成做出贡献指日可待。
参考文献
[1]王庭,阮文权,严群,等.ORP控制在硫化物生物氧化成单质硫过程中的应用[J].环境工程学报,2008,2(3):366-369.
[2]杨再兴,郭文亮.还原性硫澄清在玻璃熔化氧化还原控制中的应用[J].建筑工程技术与设计,2020,(15):3790.doi:10.12159/j.issn.2095-6630.2020.15.3679.
[3]徐萃.快速环保的二氧化硫氧化性、还原性实验改进[J].理科考试研究（高中版）,2015,22(1):69-70.
[4]乔月东.关于二氧化硫通入氯化钡溶液有关现象的探究[J].化学教学,2007,(8):7-8.doi:10.3969/j.issn.1005-6629.2007.08.003.
[5]赵荣碧.从卤族元素活动性差异谈碘单质能否将亚铁离子氧化成三价铁离子[J].黔东南民族师范高等专科学校学报，2003，21(3)：112-113.doi:10.3969/j.issn. 1673-9329.2003.03.061.
[6]孙治忠,何春文.高浓度SO2预转化工艺在1 600 kt/a硫酸系统中的应用[J].硫酸工业,2014,(4):5-8.doi:10.3969/j.issn.1002-1507.2014.04.002.
[7]唐剑.预转化预吸收工艺在100 kt/a硫酸系统中的应用[J].硫酸工业,2016,(5):33-35.doi:10.3969/j.issn.1002-1507.2016.05.007.
[8]杨建国.280kt/a硫酸装置原料处理系统设计总结[J].化工粉体工程设计,1999,000 (004 ):9-13.
[9]王镜如.(3+2)型两次转化在80KT/A硫酸生产中的应用[J].硫酸工业,1992,():46-49.
[10] 陈金梁.400kt/a硫酸装置原料处理系统联合设计[J].化工起重运输设计,1996,000 (001 ):1-11.