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

（銅陵有色金屬集團銅冠投資有限責任公司，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

（銅陵有色金屬集團銅冠投資有限責任公司，安徽 銅陵 244000）

Reason and treatment analysis of catalyst pulverization in smelter acid

進行冶煉煙氣制酸的過程中，催化劑是一類應用較多的物品，在冶煉煙氣制酸中發揮著非常關鍵的作用。但催化劑粉化的情況比較多見，對正常的冶煉煙氣制酸產生了不良的影響。現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為提升資源能源利用率，緩解環保壓力的主要方式，但應用的催化劑粉化失活問題也較多發生。催化劑粉化通常是多種因素共同造成的，所以，在對其進行分析的時候，需與制酸系統工藝指標和運行狀態相結合，進而對該問題實行認真全面的研究，并采取應對方案進行處理。

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 ℃，催化劑活性同樣會下降，嚴重情況還會造成催化劑失去活性。高溫不僅會造成催化劑粉化，還容易導致別的改變，通常包含了：化學構成與相構成的改變，半熔，晶粒大，活性組分遭到載體包裹，活性組分因產生揮發物散失[1]。

（2）制酸系統轉化溫度控制分析。該研究中冶煉煙氣制酸應用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 ℃的范疇中持續進行操作，就算最高溫度650 ℃同樣不會受到破壞。此外，VK38催化劑起燃溫度很低，第一次應用僅需360 ℃，具備很高的使用靈活性。VK48催化劑屬于一類釩催化劑。其應用在氣體轉換水平較高的環境中，就是氣體內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 氟對催化劑活性產生的影響

（1）氟對催化劑活性產生影響的原理。應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，該兩類物質對催化劑有很大程度的影響。當F密度高于10 mg/m3則會導致催化劑中毒現象。含有SiO2載體的催化劑中，化合物氟與二氧化硅通常會出現如下化學反應：

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

正逆反應均會造成催化劑失活。

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

（2）冶煉煙氣制酸中氟含量。對硫酸業來說，對凈化出口端煙氣設定的指標為氟含量低于3 mg/m3。對冶煉煙氣制酸系統出口端氟含量實行長時間的檢測與統計可以看出，氟含量顯著小于行業指標。因此，氟并不是導致冶煉煙氣制酸系統出現催化劑粉化失活的主要因素。

1.3 水蒸氣對催化劑產生的影響

（1）水蒸氣對催化劑產生影響的原理。煙氣中含有的水分在轉化器中轉化成蒸汽，蒸氣和三氧化硫結合轉化成硫酸蒸汽。溫度小于該蒸汽的冷凝溫度，硫酸蒸汽就會在催化劑外表冷凝，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，對制酸就更不利。當轉化器中溫度高于400 ℃，蒸汽對催化劑不會產生很大的影響，但如果轉化器溫度小于400 ℃。在催化劑微孔中，蒸汽則會在高于正常露點的溫度中進行冷凝，進而使催化劑活性成分V205進行溶解，使催化劑活性下降。與此同時，催化劑溫度提升后，冷凝的酸就會進行蒸發，殘留的硫酸鹽就會保留在催化劑上，使催化劑活性下降。硫酸鹽同樣會使硅藻土催化劑強度下降，導致催化劑非常容易粉化[2]。

（2）冶煉煙氣制酸轉化器中二段溫度和水蒸汽的運行問題。針對轉化器二段運行實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中硫酸蒸汽出現冷凝現象，導致催化劑變潮，之后造成其中活性組分出現溶解現象，且緩慢粉化，催化劑活性現在下降。催化劑溫度持續升高的環境中，就會產生硫酸鹽，進而很大程度降低催化劑硅藻土的強度，最終造成催化劑發生粉化。

2 冶煉煙氣制酸中催化劑粉化的處理方案

2.1 提升轉化器二段溫度

（1）注重且保證冶煉體系的協調，一般的生產環境中，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，不可試系統發生太頻繁的原料停送，進而保證系統可以穩定工作。

（2）進行檢修階段，進入轉化器中，針對各催化劑粉化失活狀況實行著重的檢查，把已出現粉化失活狀況的催化劑分離出來，且進行重裝。

（3）若出現短期的物料停送，需通過硫鐵礦保證轉化器中的溫度，若出現長期的物料停送，則能夠暫停風機，或者應用電爐提升溫度，進而保證轉化器中的溫度[3]。

2.2 減少轉化器中煙氣水的含量

（1）制酸人員需與冶煉人員進行多次溝通，自原材料、相關技術和應用設備方面實行科學嚴格的把關，確保制酸系統中的煙氣水含量滿足規定指標。

（2）利用反沖管進行快速清洗，合理設計酸道清洗口，保證管路快速高效的沖洗。特別是板式換熱器出現阻塞現象的時候，可以第一時間對其進行清洗，提升換熱率，使除霧器煙氣出口端溫度下降。

（3）應用高功率的循環泵，確保循環酸量的正常供給，提升換熱器酸側的湍沖力和湍沖速度，以免發生阻塞問題，切實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

綜上所述，選取高效能的催化劑，保證操作過程的合理溫度，對引發催化劑粉化的物質實行預先的處理，保證此類有害物質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生。只有降低催化劑粉化，方可確保較高的轉化率，促進我國冶煉煙氣制酸行業的發展，保護生態環境。

[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策研究[J]. 硫酸工業，2012(06)：5～10.

[2] 張君.關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用[J]. 硫酸工業，2014(04)：45～47.

(P-02)

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，學士，主要研究方向為化工應用。

2016-01-11