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炉气的起始浓度对反应速率也有影响，炉气中SO2起始浓度增大，氧的起始浓度则相应地降低，反应速率则随之减慢。为保持一定的反应速率，则希望炉气中 SO2起始浓度不要太高。

该反应是一个气固相催化反应，扩散过程对反应速率也有一定影响，特别当温度较高，表面反应速率较大时，扩散的影响就更不可忽视。

扩散的影响又分外扩散的影响和内扩散的影响。外扩散主要由气流速度所决定，实际生产中，二氧化硫气体通过催化剂床层的气流速度是相当大的，故外扩散的影响可忽略不计。内扩散主要取决于催化剂的内表面结构(或称催化剂的孔隙结构)，催化剂的孔道愈细愈长，则扩散阻力愈大，内扩散的影响也愈大。如果催化剂的颗粒较小，反应温度比较低时，这时的阻力主要来自表面反应，内扩散的影响可以不考虑。

4.1.3 二氧化硫氧化催化剂

4.3二氧化硫的氧化的工艺条件的选择

1、反应温度

SO2催化氧化的反应是可逆放热反应。其反应温度与SO2的起始浓度有直接关系，且受到催化剂活化温度的限制。在使用钒催化剂的条件下；反应温度应在420～580℃的范围。各段温度的分布情况，随催化氧化流程的不同有所不同。

2、二氧化硫的起始浓度

若增加炉气中SO2的浓度，就相应地降低了炉气中氧的浓度，这种情况下，反应速度会相应降低。为达到一定的最终转化率所需要的催化剂量也随之增加。因此从减少催化剂用量来看，采用低二氧化硫浓度是有利的。但是，降低炉气中二氧化硫浓度，将会使生产每吨硫酸所需要处理的炉气量增大，这样，在其他条件一定时，就要求增大其它设备的尺寸，或者使系统中各个设备的生产能力降低，从而使设备的折旧费用增加。因此，应当根据硫酸生产总费用最低的原则来确定二氧化硫的起始浓度，根据经济核算得知，若采用普通硫铁矿为原料，对一转一吸流程，当转化率为97.5％时SO2浓度为7～7.5％最适宜。若原料改变或具体生产条件改变时，最佳浓度值亦将改变。例如，以硫磺为原料，SO2最佳浓度为8.5％左右；以含煤硫铁矿为原料，SO2最佳浓度小于7％；以硫铁矿为原料的两转两吸

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流程，SO2最佳浓度可提高到9％～10％，最终转化率仍能达99.5％。

3、最终转化率

最终转化率是硫酸生产的主要指标之一。提高最终转化率可以减少尾气SO2 的含量，减轻环境污染，同时也可提高硫的利用率；但却导致催化剂用量和流体阻力的增加。所以最终转化率也有个最佳值问题。

最终转化率的最佳值与所采用的工艺流程、设备和操作条件有关。一次转化一次吸收流程，在尾气不回收的情况下，当最终转化率为97.5％～98％时，硫酸的生产成本最低。如采用SO2回收装置，最终转化率可以取低些。加采用两次转化两次吸收流程，最终转化率则应控制在99.5％以上。

4.4转化设备

二氧化硫转化工序的设备主要有转化器、换热器、鼓风机和加热炉等，以及其

它许多阀门、仪表等附属设备。下面主要介绍转化器、换热器及鼓风机。 4.4.1转化器

转化器型式按床层类型分，有固定床和流化床两种：按换热器位置分，有内部换热型和外部换热型；按气流在床内流动方向分，有抽向转化器和径向转化器。

无论何种形式转化器，在设计时应考虑以下因素：A．转化过程要尽可能满足最佳温度曲线的要求，以减少单位酸产量催化剂的使用量，一般出口温度不超过600℃。B．转化器单台能力与全系统能力配套。C．设备阻力既要小．又能使气体在床层内部分布均匀。D．应最大限度地回收和利用S02反应热。E．设备应便于制造、安装、检修，便于更换催化剂。F．转化器的建设费用应低。

图4-1 外部换热式转化器

外部换热式较内部换热式转化器结构简单．便于制造、安装和维修，易于实现大型化。

2、内部换热式转化器

80年代初，加拿大chemieties公司设计的“2+2“式两次转化器，壳体和内件均用不锈钢焊接组合，用于600／d的硫磺制酸系统，结构如图4-2所示。

图4-2 内部换热式转化器

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3、 沸腾床转化器

图4-3为前苏联用的四段沸腾床转化器。

图4-3 四段沸腾床转化器

1-气体分布板；2-算子板；3-换热元件；4-人孔；5-除尘罩；Ⅰ～Ⅳ催化器床

4．4．2 鼓风机

目前中国硫酸工业上使用的鼓风机，大多为离心式和容积式两种。容积式通常使用罗获鼓风机。大型硫酸厂一般采用离心式鼓风机，小型硫酸厂一般采用罗获式鼓风机。

离心式鼓风机尽管型号不一．但结构差不多。主要区别在轴承和进气口。有的为单轴承单面进气，有的为双轴承双面进气。目前使用最多的是单轴承单面进气，如D700—13—1型鼓风机。离心式鼓风机可用于大中小型各种规模的制酸装置，使用、维修均较方便。

罗获式鼓风机有以下特点：A。结构简单。B．送气量稳定，不因系统阻力而改变。C．出口压力高，可在0．4MPa下运行。D．制造和维修费用低。缺点：A．鼓风旦小，一般只用于小型制酸装置。B．转子与机壳之间的间隙容易增大，导致风机效率降低，一般效率在0.6一0.7左右。 C．噪音较大。

4.5主要工艺流程

二氧化硫氧化的工艺流程，根据转化次数来分有一次转化、一次吸收流程(简称“—转一吸”流程)和二次转化、二次吸收流程(简称“两转两吸”流程)。

“一转一吸”流程主要的缺点是，SO2的最终转化率一般最高为97％，若操作稳定和完善时，最终转化率也只有98.5％，硫利用率不够高，排放尾气含SO2较高，若不回收利用，则污染严重。如采用氨吸收法回收，不仅需要增加设备，同时产生不少困难，如氨的来源、运输、腐蚀问题，以及消耗产品酸等问题。为此，人们在提高SO2转化率方面,从催化转化反应热力学及动力学寻找答案，先后开发出“加压工艺”、“低温高活性催化剂”及“两转两吸”工艺等技术。但以“两转两吸”最为有效，该工艺基本上消除了尾气烟害。

采用两次转化工艺时，催化剂装填段数及其在前后两次转化的分配与最终转化率、换热面积大小有很大关系。流程的特征，可用第一、第二次转化段数和含

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气通过换热器的次序来表示。例如3+1, Ⅲ、Ⅱ-Ⅳ、Ⅰ 流程：指第一次转化用三段催化剂，第二次转化用一段催化剂；第一次转化前，含SO2气体通过换热器的次序为第Ⅲ换热器(指冷却从第Ⅲ段催化剂床层出来的转化气用的换热器)，第Ⅱ换热器；第二次转化前，含SO2气体通过换热器的次序为第 Ⅳ换热器，第Ⅰ换热器，如图4-1所示。此外，常见的还有3+1，Ⅳ、Ⅰ-Ⅲ、Ⅱ及3+1 ，Ⅲ、Ⅰ-Ⅳ、Ⅱ和2+2、Ⅱ、Ⅲ-Ⅳ、Ⅰ等流程。

图4-1 3+1, Ⅲ、Ⅱ-Ⅳ、Ⅰ两次转化流程

1-第一换热器；2-第二换热器；3-第三换热器；4-第四换热器；5-转化器；6-第一吸收塔

Ⅳ、Ⅰ-Ⅲ、Ⅱ这种换热组合流程得优点是：当第一段催化剂活性降低，反应后移，则Ⅱ、Ⅲ换热器能保证一次转化达到反应温度。

“两转两吸“流程与“一转一吸”流程比较，具有下述优点。

①最终转化率比一次转化高，可达99.5％～99.9％。因此，尾气中二氧化硫含量可低达0.01％～0.02％，比“一转一吸”尾气中二氧化硫含量降低5～10倍，减少了尾气烟害。

②能够处理SO2含量高的炉气。以焙烧硫铁矿为例，SO2起始浓度可提高到9.5％～10％，与一次转化的7％～7.5％对比，同样设备可以增产30％～40％。

③“两转两吸”流程多了一次转化和吸收，虽然投资比一次转化高10％左有，但与“一转一吸”再加上层气回收的流程相比，实际投资可降低5％左有，生产成本降低3％。由于少了尾气回收工序，劳动生产率可以提高7％。

“两转两吸”流程亦有其缺点：

①由于增设中间吸收塔，转化气温度由高到低，再到高，整个系统热量损失较大。气体两次从70℃左右升高到420℃，换热面积较一次转化大。而且炉气中 SO2含量超低，换热面积增加得越多。

②两次转化较一次转化增加了一台中间吸收塔及几台换热器，阻力比一次转化流程增大3.9～4.9KPa。

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