冶炼烟气制酸中催化剂粉化原因及其处理分析

谢丹，黄巍巍

（铜陵有色金属集团铜冠投资有限责任公司，安徽 铜陵 244000）

冶炼烟气制酸中催化剂粉化原因及其处理分析

谢丹1，黄巍巍2

（铜陵有色金属集团铜冠投资有限责任公司，安徽 铜陵 244000）

Reason and treatment analysis of catalyst pulverization in smelter acid

进行冶炼烟气制酸的过程中，催化剂是一类应用较多的物品，在冶炼烟气制酸中发挥着非常关键的作用。但催化剂粉化的情况比较多见，对正常的冶炼烟气制酸产生了不良的影响。现简要分析冶炼烟气制酸中催化剂粉化原因及其处理，力求为今后的相关工作提供可靠的参照。

冶炼烟气制酸；催化剂；粉化

冶炼烟气制酸工艺是有色金属冶炼企业为提升资源能源利用率，缓解环保压力的主要方式，但应用的催化剂粉化失活问题也较多发生。催化剂粉化通常是多种因素共同造成的，所以，在对其进行分析的时候，需与制酸系统工艺指标和运行状态相结合，进而对该问题实行认真全面的研究，并采取应对方案进行处理。

1 冶炼烟气制酸中催化剂粉化的原因

1.1 超温过热影响催化剂

（1）超温过热造成催化剂粉化。催化剂都具备一定的活性温度范畴，若应用的催化剂活性温度的范畴为380～630 ℃，小于起燃温度380 ℃的情况下，催化剂活性则极不稳定，催化剂活性降低。若大于最高耐热温度630 ℃，催化剂活性同样会下降，严重情况还会造成催化剂失去活性。高温不仅会造成催化剂粉化，还容易导致别的改变，通常包含了：化学构成与相构成的改变，半熔，晶粒大，活性组分遭到载体包裹，活性组分因产生挥发物散失[1]。

（2）制酸系统转化温度控制分析。该研究中冶炼烟气制酸应用VK38与VK48催化剂，VK38催化剂温度范畴中均具备高活性，但在400～630 ℃的范畴中持续进行操作，就算最高温度650 ℃同样不会受到破坏。此外，VK38催化剂起燃温度很低，第一次应用仅需360 ℃，具备很高的使用灵活性。VK48催化剂属于一类钒催化剂。其应用在气体转换水平较高的环境中，就是气体内三氧化硫含量较高的部分，能够使催化剂具备最高活与更高的转化率。通常情况下，VK48催化剂的活性高出VK38催化剂大约30%。

1.2 氟对催化剂活性产生的影响

（1）氟对催化剂活性产生影响的原理。应用湿法净化的过程中，氟以HF与SiF4的形式存在于冶炼烟气中，该两类物质对催化剂有很大程度的影响。当F密度高于10 mg/m3则会导致催化剂中毒现象。含有SiO2载体的催化剂中，化合物氟与二氧化硅通常会出现如下化学反应：

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

正逆反应均会造成催化剂失活。

钒和氟产生VF5。钒和氯作用产生VCl4。氟和氯均会V2O5出现挥发，影响催化剂的活性、HF也会损坏二氧化硅，造成催化剂失活粉化。所以，若原料中包含卤族元素，通常会导致催化剂缓慢遭到损害。

（2）冶炼烟气制酸中氟含量。对硫酸业来说，对净化出口端烟气设定的指标为氟含量低于3 mg/m3。对冶炼烟气制酸系统出口端氟含量实行长时间的检测与统计可以看出，氟含量显著小于行业指标。因此，氟并不是导致冶炼烟气制酸系统出现催化剂粉化失活的主要因素。

1.3 水蒸气对催化剂产生的影响

（1）水蒸气对催化剂产生影响的原理。烟气中含有的水分在转化器中转化成蒸汽，蒸气和三氧化硫结合转化成硫酸蒸汽。温度小于该蒸汽的冷凝温度，硫酸蒸汽就会在催化剂外表冷凝，使催化剂活性降低。烟气中水的含量更高，蒸汽的分压就更大，硫酸冷凝温度更高，对制酸就更不利。当转化器中温度高于400 ℃，蒸汽对催化剂不会产生很大的影响，但如果转化器温度小于400 ℃。在催化剂微孔中，蒸汽则会在高于正常露点的温度中进行冷凝，进而使催化剂活性成分V205进行溶解，使催化剂活性下降。与此同时，催化剂温度提升后，冷凝的酸就会进行蒸发，残留的硫酸盐就会保留在催化剂上，使催化剂活性下降。硫酸盐同样会使硅藻土催化剂强度下降，导致催化剂非常容易粉化[2]。

（2）冶炼烟气制酸转化器中二段温度和水蒸汽的运行问题。针对转化器二段运行实行整体分析之后可以看出，温度长期低于400 ℃的情况下，有很大的可能性造成系统中硫酸蒸汽出现冷凝现象，导致催化剂变潮，之后造成其中活性组分出现溶解现象，且缓慢粉化，催化剂活性现在下降。催化剂温度持续升高的环境中，就会产生硫酸盐，进而很大程度降低催化剂硅藻土的强度，最终造成催化剂发生粉化。

2 冶炼烟气制酸中催化剂粉化的处理方案

2.1 提升转化器二段温度

（1）注重且保证冶炼体系的协调，一般的生产环境中，尽量确保烟气中的二氧化硫含量高于3%，并将气量保持在大约2.3×105m3/H，不可试系统发生太频繁的原料停送，进而保证系统可以稳定工作。

（2）进行检修阶段，进入转化器中，针对各催化剂粉化失活状况实行着重的检查，把已出现粉化失活状况的催化剂分离出来，且进行重装。

（3）若出现短期的物料停送，需通过硫铁矿保证转化器中的温度，若出现长期的物料停送，则能够暂停风机，或者应用电炉提升温度，进而保证转化器中的温度[3]。

2.2 减少转化器中烟气水的含量

（1）制酸人员需与冶炼人员进行多次沟通，自原材料、相关技术和应用设备方面实行科学严格的把关，确保制酸系统中的烟气水含量满足规定指标。

（2）利用反冲管进行快速清洗，合理设计酸道清洗口，保证管路快速高效的冲洗。特别是板式换热器出现阻塞现象的时候，可以第一时间对其进行清洗，提升换热率，使除雾器烟气出口端温度下降。

（3）应用高功率的循环泵，确保循环酸量的正常供给，提升换热器酸侧的湍冲力和湍冲速度，以免发生阻塞问题，切实使电除雾器烟气出口端的温度下降，保证催化剂的高效。

3 总结

综上所述，选取高效能的催化剂，保证操作过程的合理温度，对引发催化剂粉化的物质实行预先的处理，保证此类有害物质含量小于催化剂耐受值，以尽可能的防止催化剂粉化情况发生。只有降低催化剂粉化，方可确保较高的转化率，促进我国冶炼烟气制酸行业的发展，保护生态环境。

[1] 史万敬，常全忠，宋莹，等. 冶炼烟气制酸中催化剂粉化原因与控制对策研究[J]. 硫酸工业，2012(06)：5～10.

[2] 张君.关于冶炼烟气制酸中催化剂粉化原因及其处理措施探索[J]. 中国化工贸易，2014(17)：165.

[3] 艾燕琴，常祥霖，王树人，等. KS-ZW系列催化剂在冶炼烟气制酸中的应用[J]. 硫酸工业，2014(04)：45～47.

(P-02)

TQ111.14

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

A

10.13520/j.cnki.rpte.2016.06.030

谢丹（1989—），女，助理工程师，学士，主要研究方向为化工应用。

2016-01-11