答：据报道，澳大利亚的西方矿业肥料公司 （ＷＭＣＦ）于１９９９年在
靠近澳大利亚昆士兰州建立一套磷酸铵肥料的相关产品生产装置，其中化
工产品部分主要包括：１５００ｔ／ｄ磷酸装置、６００ｔ／ｄ合成氨装置及４２００ｔ／ｄ
硫酸装置 （采用鲁 奇 制 酸 工 艺），现 将 其 硫 酸 装 置 的 设 计 特 点 简 述
如下［９］。
（１）工艺流程
本装置生产硫酸的工艺是采用含ＳＯ２ 的铜冶炼烟气及硫黄燃烧后生
成的ＳＯ２ 混合后进行转化和吸收而得出 Ｈ２ＳＯ４ 产品，
并用鼓风机通入空气稀释到一定浓度后再入硫黄燃烧炉在高温下将硫燃烧
成ＳＯ２，并在一定条件下转化成ＳＯ３，然后再入吸收设备用浓硫酸及水进
行吸收成产品硫酸去贮存。
（２）设计特点
由于本装置是采用艾莎 （Ｉｓａ）炉及转炉的含ＳＯ２ 烟气生产硫酸，而
转炉的烟气量及ＳＯ２ 浓度经常变化，很不稳定，因此该装置设计就必须
采用燃烧硫黄的方法来保持ＳＯ２ 转化反应的热平衡问题。按计算，补充
的燃烧硫黄设备生产硫酸的设计能力为２２０～１８４０ｔ／ｄ。为了应对如此宽
的条件范围，建设单位专门开发了一套综合的电脑模拟软件，以确定所有
设备或装置单元的设计标准，使每个方案都按此目的进行了模拟，对燃烧
硫黄量进行调节，使冶炼烟气能根据对硫酸的需求量来进行生产。
（３）对原料烟气的净化
根据硫酸生产对原料烟气的要求将净化过程分为两个阶段，现分述
如下。
① 第一阶段的烟气净化 第一阶段的烟气净化基本上分成两个单元：
艾莎熔炼炉烟气洗涤单元 （第一单元）和铜转炉烟气洗涤单元 （第二单
元）。在第一单元中，熔炼炉烟气通入一台电除尘器以除去气体中所含的
粉尘，然后进入冷却塔 （空塔）和洗涤塔 （填料塔），出两塔的烟气再进
入一座德国鲁奇公司的专利设备———鲁奇径流洗涤塔 用于烟
气的冷却和增湿，以及将其中的颗粒分离。这种塔的特点是它具有可调控
的洗涤区，就是烟气与洗涤溶液共同进入的环形缝隙，该处面积可按气与
液量的变化进行调节。根据烟气中的含尘量和要求的净化率可对该塔的压
降设定在１～１０ｋＰａ之间进行自动控制。将来自两个单元的烟气汇集后再
进行第二阶段的气体净化。
② 第二阶段烟气净化 炼铜烟气经第一阶段净化被除去粉尘和一部
分重金属杂质后，剩余的固体微粒和气态杂质就在第二阶段烟气净化过程
中被分离，在第二阶段的铜烟气净化中电除雾器是最关键的设备，因用它
可以脱除几乎烟气中的全部剩余杂质，如酸雾、砷化合物及悬浮的铜、铅
和硒等微粒状杂质，这些都是影响钒催化剂活性和成品酸质量的有害杂
质，都必须将它们在电除雾器中除去，因而本项目建造了８台高效电除雾
器，材质为玻璃纤维增强塑料并配有铅制内件，可处理的最大烟气量为
３７８０００ｍ３／ｈ （标准状况，干基）。该设备配有鲁奇公司的专利品———螺旋针形放电电极，其外壁材质为铅，中心线为钢丝以便支持该电极的自重。
（４）硫酸生产工序
本装置设计规模为处理冶炼烟气３７８０００ｍ３／ｈ （标准状况，干基），入
转化器的φ（ＳＯ２）为５．０％～１１．２％。装置设计能力为４２００ｔ／ｄ，平均产
能为３７００ｔ／ｄ，操作弹性为５５０ｔ／ｄ。在φ（Ｏ２）／φ（ＳＯ２）为１．３～１．４范围
内设计允许采用一转一吸工艺，预期ＳＯ２ 转化率大于９８％，但是本设计
考虑了在后期将装置转换为两转两吸的措施，以满足将来尾气排放规范限
值的要求。
硫酸生产工序主要包括以下四个单元：原料硫黄处理 （熔融和过滤），
硫黄燃烧及热回收，ＳＯ２ 转化，干燥和吸收以及成品酸的 ＮＯ狓 脱除，现
分述如下。
① 硫黄熔融与过滤 粒状硫黄被送入熔硫槽，其熔硫能力６０ｔ／ｈ，在
槽中心安装搅拌器，槽内并设有浸没式液硫泵供液硫输送之用。为保证入
焚硫炉的原料硫不含杂质以免影响硫酸生产，所以由液硫泵输出的液硫经
预滤槽及液硫过滤器过滤后入纯净液硫贮罐，再通过液硫泵送入焚硫炉燃
② 二氧化硫的转化
ａ．转化器 转化器全部用３０４Ｈ不锈钢制成，并配有用同种材料制第三章 用冶炼烟气生产硫酸方面的问题 １０７
造且放置在转化器内的内置式换热器。这种经专门设计和制造的大型转
化器允许入口烟气中的φ（ＳＯ２）为５．０％～１１．２％的范围内波动，而且
所有床层都可实现烟气从设备中心到各层催化剂的径向均匀分布，从而
使催化剂的用量大量减少，在入转化烟气中含氧量适宜的情况下，催化
剂的使用定量可以低至１１０Ｌ／（ｔ·ｄ），其中除最后一段需装填铯催化剂
以提高转化率外，其他各段都采用通常的巴斯夫 （ＢＡＳＦ）钒催化剂以
节约投资。
ｂ．气体换热器 本冶炼厂所有的气气换热器都采用成环盘式，使它
在较低的压力降时可保证良好的、均匀的气流分布和最佳的传热效果。，本设计将换热管布置在环盘形折流板中，使来自鼓
风机的含ＳＯ２ 烟气几次对换热管横向冲刷而提高其传热系数。此外，该
换热器ＳＯ２ 烟气入口部分的器身为卧式，与换热器的主体部分成直角相
联结，其中直立式的主体部分占传热面积的９０％，卧式的联结部分占传
热面积的１０％。这部分的传热管由３１６Ｌ不锈钢制成，主要考虑由来自鼓１０８ 硫酸生产操作问答
风机的烟气进入卧式传热段的壳程时，烟气中所含的酸性液滴通过与传热
管撞击而被分离后排出时不会腐蚀传热管。与通常使用的传统换热器相
比，这种设计可延长换热器的使用寿命。
ｃ．吸收 本装置设计为一次吸收，也可将其改为两次吸收，但这时
转化设备必须相应改造为两次转化工艺，这不是技术问题而是经济
问题。
与通常的硫酸装置不同，本装置使用的干燥塔和吸收塔的下部塔壳材
质为碳钢内衬几层耐酸砖以防渗漏，而各塔的上部塔壳材质则为不锈钢。
塔下部设有支撑填料的球拱可支撑３．５ｍ高的矩鞍形填料。在干吸塔顶安
装德国鲁奇公司生产的不锈钢管式分酸器使酸流下时分布均匀。
干吸酸冷却均使用加拿大开米蒂克斯 （Ｃｈｅｍｅｔｉｃｓ）公司生产的材质
为３１６Ｌ不锈钢并配有阳极保护的管壳式冷却器。干燥塔酸管的材质为
３１６Ｌ带阳极保护，吸收塔酸管的材质则为ＳａｎｄｖｉｋＳＸ特种不锈钢。
干吸塔都配备卧式泵槽，所有酸泵规格相同，全部采用路伊斯
（Ｌｅｗｉｓ）泵，只需相同的备件。
ｄ．ＮＯ狓 脱除 本装置采用德国鲁奇 （Ｌｕｒｇｉ）公司专有的 ＮＯ狓 脱除
技术，以确保成品酸质量满足用户要求。因冶炼气中的气态 Ｎ２Ｏ３ 是在
ＳＯ２ 转化过程中生成的，它与硫酸接触后会生成亚硝酰基硫酸，并且使转
化后气体在吸收塔冷却过程中形成粒度极小的气溶胶甚至会影响到堵塞设
备。解决此问题鲁奇公司的方法是采用古老而著名的铅室法生成硫酸的原
理，用 ＳＯ２ 气体与冶炼烟气中的 ＮＯ狓 最终生成硫酸，其相关反应式
如下：
生成亚硝酰基：
Ｎ２Ｏ３＋２Ｈ２ＳＯ４２ＮＯＨＳＯ４＋Ｈ２Ｏ （３１）
水解： ＮＯＨＳＯ４＋Ｈ２ＯＨ２ＳＯ４＋ＨＮＯ２ （３２）
生成亚硫酸： ＳＯ２＋Ｈ２ＯＨ２ＳＯ３ （３３）
还原／氧化：
２ＨＮＯ２＋３Ｈ２ＳＯ３３Ｈ２ＳＯ４＋Ｎ２＋Ｈ２Ｏ （３４）