冶煉煙氣制酸中催化劑粉化原因及其處理分析

謝丹，黃巍巍

（銅陵有色金屬集團(tuán)銅冠投資有限責(zé)任公司，安徽 銅陵 244000）

冶煉煙氣制酸中催化劑粉化原因及其處理分析

謝丹1，黃巍巍2

（銅陵有色金屬集團(tuán)銅冠投資有限責(zé)任公司，安徽 銅陵 244000）

Reason and treatment analysis of catalyst pulverization in smelter acid

進(jìn)行冶煉煙氣制酸的過程中，催化劑是一類應(yīng)用較多的物品，在冶煉煙氣制酸中發(fā)揮著非常關(guān)鍵的作用。但催化劑粉化的情況比較多見，對(duì)正常的冶煉煙氣制酸產(chǎn)生了不良的影響。現(xiàn)簡要分析冶煉煙氣制酸中催化劑粉化原因及其處理，力求為今后的相關(guān)工作提供可靠的參照。

冶煉煙氣制酸；催化劑；粉化

冶煉煙氣制酸工藝是有色金屬冶煉企業(yè)為提升資源能源利用率，緩解環(huán)保壓力的主要方式，但應(yīng)用的催化劑粉化失活問題也較多發(fā)生。催化劑粉化通常是多種因素共同造成的，所以，在對(duì)其進(jìn)行分析的時(shí)候，需與制酸系統(tǒng)工藝指標(biāo)和運(yùn)行狀態(tài)相結(jié)合，進(jìn)而對(duì)該問題實(shí)行認(rèn)真全面的研究，并采取應(yīng)對(duì)方案進(jìn)行處理。

1 冶煉煙氣制酸中催化劑粉化的原因

1.1 超溫過熱影響催化劑

（1）超溫過熱造成催化劑粉化。催化劑都具備一定的活性溫度范疇，若應(yīng)用的催化劑活性溫度的范疇為380～630 ℃，小于起燃溫度380 ℃的情況下，催化劑活性則極不穩(wěn)定，催化劑活性降低。若大于最高耐熱溫度630 ℃，催化劑活性同樣會(huì)下降，嚴(yán)重情況還會(huì)造成催化劑失去活性。高溫不僅會(huì)造成催化劑粉化，還容易導(dǎo)致別的改變，通常包含了：化學(xué)構(gòu)成與相構(gòu)成的改變，半熔，晶粒大，活性組分遭到載體包裹，活性組分因產(chǎn)生揮發(fā)物散失[1]。

（2）制酸系統(tǒng)轉(zhuǎn)化溫度控制分析。該研究中冶煉煙氣制酸應(yīng)用VK38與VK48催化劑，VK38催化劑溫度范疇中均具備高活性，但在400～630 ℃的范疇中持續(xù)進(jìn)行操作，就算最高溫度650 ℃同樣不會(huì)受到破壞。此外，VK38催化劑起燃溫度很低，第一次應(yīng)用僅需360 ℃，具備很高的使用靈活性。VK48催化劑屬于一類釩催化劑。其應(yīng)用在氣體轉(zhuǎn)換水平較高的環(huán)境中，就是氣體內(nèi)三氧化硫含量較高的部分，能夠使催化劑具備最高活與更高的轉(zhuǎn)化率。通常情況下，VK48催化劑的活性高出VK38催化劑大約30%。

1.2 氟對(duì)催化劑活性產(chǎn)生的影響

（1）氟對(duì)催化劑活性產(chǎn)生影響的原理。應(yīng)用濕法凈化的過程中，氟以HF與SiF4的形式存在于冶煉煙氣中，該兩類物質(zhì)對(duì)催化劑有很大程度的影響。當(dāng)F密度高于10 mg/m3則會(huì)導(dǎo)致催化劑中毒現(xiàn)象。含有SiO2載體的催化劑中，化合物氟與二氧化硅通常會(huì)出現(xiàn)如下化學(xué)反應(yīng)：

4HF(g)+SiO2(s)=SiF4(g)+2H2O+Q

正逆反應(yīng)均會(huì)造成催化劑失活。

釩和氟產(chǎn)生VF5。釩和氯作用產(chǎn)生VCl4。氟和氯均會(huì)V2O5出現(xiàn)揮發(fā)，影響催化劑的活性、HF也會(huì)損壞二氧化硅，造成催化劑失活粉化。所以，若原料中包含鹵族元素，通常會(huì)導(dǎo)致催化劑緩慢遭到損害。

（2）冶煉煙氣制酸中氟含量。對(duì)硫酸業(yè)來說，對(duì)凈化出口端煙氣設(shè)定的指標(biāo)為氟含量低于3 mg/m3。對(duì)冶煉煙氣制酸系統(tǒng)出口端氟含量實(shí)行長時(shí)間的檢測(cè)與統(tǒng)計(jì)可以看出，氟含量顯著小于行業(yè)指標(biāo)。因此，氟并不是導(dǎo)致冶煉煙氣制酸系統(tǒng)出現(xiàn)催化劑粉化失活的主要因素。

1.3 水蒸氣對(duì)催化劑產(chǎn)生的影響

（1）水蒸氣對(duì)催化劑產(chǎn)生影響的原理。煙氣中含有的水分在轉(zhuǎn)化器中轉(zhuǎn)化成蒸汽，蒸氣和三氧化硫結(jié)合轉(zhuǎn)化成硫酸蒸汽。溫度小于該蒸汽的冷凝溫度，硫酸蒸汽就會(huì)在催化劑外表冷凝，使催化劑活性降低。煙氣中水的含量更高，蒸汽的分壓就更大，硫酸冷凝溫度更高，對(duì)制酸就更不利。當(dāng)轉(zhuǎn)化器中溫度高于400 ℃，蒸汽對(duì)催化劑不會(huì)產(chǎn)生很大的影響，但如果轉(zhuǎn)化器溫度小于400 ℃。在催化劑微孔中，蒸汽則會(huì)在高于正常露點(diǎn)的溫度中進(jìn)行冷凝，進(jìn)而使催化劑活性成分V205進(jìn)行溶解，使催化劑活性下降。與此同時(shí)，催化劑溫度提升后，冷凝的酸就會(huì)進(jìn)行蒸發(fā)，殘留的硫酸鹽就會(huì)保留在催化劑上，使催化劑活性下降。硫酸鹽同樣會(huì)使硅藻土催化劑強(qiáng)度下降，導(dǎo)致催化劑非常容易粉化[2]。

（2）冶煉煙氣制酸轉(zhuǎn)化器中二段溫度和水蒸汽的運(yùn)行問題。針對(duì)轉(zhuǎn)化器二段運(yùn)行實(shí)行整體分析之后可以看出，溫度長期低于400 ℃的情況下，有很大的可能性造成系統(tǒng)中硫酸蒸汽出現(xiàn)冷凝現(xiàn)象，導(dǎo)致催化劑變潮，之后造成其中活性組分出現(xiàn)溶解現(xiàn)象，且緩慢粉化，催化劑活性現(xiàn)在下降。催化劑溫度持續(xù)升高的環(huán)境中，就會(huì)產(chǎn)生硫酸鹽，進(jìn)而很大程度降低催化劑硅藻土的強(qiáng)度，最終造成催化劑發(fā)生粉化。

2 冶煉煙氣制酸中催化劑粉化的處理方案

2.1 提升轉(zhuǎn)化器二段溫度

（1）注重且保證冶煉體系的協(xié)調(diào)，一般的生產(chǎn)環(huán)境中，盡量確保煙氣中的二氧化硫含量高于3%，并將氣量保持在大約2.3×105m3/H，不可試系統(tǒng)發(fā)生太頻繁的原料停送，進(jìn)而保證系統(tǒng)可以穩(wěn)定工作。

（2）進(jìn)行檢修階段，進(jìn)入轉(zhuǎn)化器中，針對(duì)各催化劑粉化失活狀況實(shí)行著重的檢查，把已出現(xiàn)粉化失活狀況的催化劑分離出來，且進(jìn)行重裝。

（3）若出現(xiàn)短期的物料停送，需通過硫鐵礦保證轉(zhuǎn)化器中的溫度，若出現(xiàn)長期的物料停送，則能夠暫停風(fēng)機(jī)，或者應(yīng)用電爐提升溫度，進(jìn)而保證轉(zhuǎn)化器中的溫度[3]。

2.2 減少轉(zhuǎn)化器中煙氣水的含量

（1）制酸人員需與冶煉人員進(jìn)行多次溝通，自原材料、相關(guān)技術(shù)和應(yīng)用設(shè)備方面實(shí)行科學(xué)嚴(yán)格的把關(guān)，確保制酸系統(tǒng)中的煙氣水含量滿足規(guī)定指標(biāo)。

（2）利用反沖管進(jìn)行快速清洗，合理設(shè)計(jì)酸道清洗口，保證管路快速高效的沖洗。特別是板式換熱器出現(xiàn)阻塞現(xiàn)象的時(shí)候，可以第一時(shí)間對(duì)其進(jìn)行清洗，提升換熱率，使除霧器煙氣出口端溫度下降。

（3）應(yīng)用高功率的循環(huán)泵，確保循環(huán)酸量的正常供給，提升換熱器酸側(cè)的湍沖力和湍沖速度，以免發(fā)生阻塞問題，切實(shí)使電除霧器煙氣出口端的溫度下降，保證催化劑的高效。

3 總結(jié)

綜上所述，選取高效能的催化劑，保證操作過程的合理溫度，對(duì)引發(fā)催化劑粉化的物質(zhì)實(shí)行預(yù)先的處理，保證此類有害物質(zhì)含量小于催化劑耐受值，以盡可能的防止催化劑粉化情況發(fā)生。只有降低催化劑粉化，方可確保較高的轉(zhuǎn)化率，促進(jìn)我國冶煉煙氣制酸行業(yè)的發(fā)展，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。

[1] 史萬敬，常全忠，宋瑩，等. 冶煉煙氣制酸中催化劑粉化原因與控制對(duì)策研究[J]. 硫酸工業(yè)，2012(06)：5～10.

[2] 張君.關(guān)于冶煉煙氣制酸中催化劑粉化原因及其處理措施探索[J]. 中國化工貿(mào)易，2014(17)：165.

[3] 艾燕琴，常祥霖，王樹人，等. KS-ZW系列催化劑在冶煉煙氣制酸中的應(yīng)用[J]. 硫酸工業(yè)，2014(04)：45～47.

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TQ111.14

1009-797X(2016)06-0084-02

A

10.13520/j.cnki.rpte.2016.06.030

謝丹（1989—），女，助理工程師，學(xué)士，主要研究方向?yàn)榛?yīng)用。

2016-01-11