答：对无法维持转化热平衡的低浓度ＳＯ２ 冶炼烟气，可采取非稳态
转化技术用它来生产硫酸，这种技术最初由前苏联西伯利亚催化研究所于
２０世纪８０年代初期研发成功后用于生产，１９９３年７月沈阳冶炼厂曾由前
苏联引进该项技术建成相关装置，但至２０００年该厂因环保问题影响城市
居民生活而被拆除。在１９９７年华东理工大学和上海吴泾化工总厂共同研
发了我国第一套拥有自主知识产权的铅烧结机烟气非稳态转化技术并在河
南济源黄金冶炼厂投产成功后进行推广，至２００６年我国已有９套采用非
稳态转化技术的硫酸装置成功运行，（１）２００５年我国有色冶炼低浓度ＳＯ２ 烟气状况
据不完全统计，２００５年国内有色金属工业副产ＳＯ２ 量约为９０００ｋｔ，
其中用于制硫酸约６４００ｋｔ，占总量的７１．１１％；中和处理后排放约８００ｋｔ，
占总量的２０．００％；直接排放约８００ｋｔ，占总量的８．８９％，约占全国ＳＯ２
排放量的３．１％［１１］。
（２）非稳态转化技术
① 工艺流程 对于φ（ＳＯ２）０．９％～４．０％，平均φ（ＳＯ２）２．５％的低
浓度冶炼烟气按通常的转化技术是无法将它采用两转两吸甚至一转一吸流
程来达到转化反应热量平衡的。这时只有采用非稳态转化技术才能解决这
一问题，
除尘及自然散热后，温度降至约１５０℃的烟气进入内喷文氏管洗涤器，
用狑（Ｈ２ＳＯ４）５％左右的稀硫酸绝热增湿洗涤，使烟气温度降至５５℃左
右；随后在填料洗涤塔内与稀硫酸逆向接触，使烟气温度降至３０℃左
右入电除雾器除去酸雾；再用狑（Ｈ２ＳＯ４）９２．５％硫酸干燥后由ＳＯ２ 鼓风
机经换向阀送入非稳态转化器转化，转化后的ＳＯ３ 气体在吸收塔内用狑
（Ｈ２ＳＯ４）９８．０％的硫酸吸收，生成产品硫酸，尾气经脱硫装置处理后
排放。
② 非稳态转化制酸工艺的特点
ａ．非稳态转化器兼有催化反应和蓄热作用，进转化器平均φ（ＳＯ２）＞
１．４％时即可维持转化工序自热平衡，无需庞大的外部换热设备，从而节
省了投资和运行费用；用这种装置处理同等气量烟气时比用常规转化装置
约可节省５０％左右的钢材。
ｂ．转化系统阻力小，比常规转化约低５０％，因此可降低动力消耗；
与同规模的冶炼烟气制酸装置相比，生产１ｔ硫酸约可节电１５ｋＷ·ｈ。
ｃ．由于沿催化剂床层深度达到最高反应温度后还存在一个低温区，
这样就对提高ＳＯ２ 转化率有利。
ｄ．催化剂装填额较大，故可使催化剂床层具有较大的热容量，因此
非稳态转化工艺能够处理浓度和气量波动都较大的冶炼烟气，特别是处理
低浓度ＳＯ２ 烟气；通常即使装置停车２４ｈ催化剂床层多仍能维持操作温
度，无需启动开车电炉，节约能耗。
③ 非稳态转化设备与配件
ａ．转化器 非稳态转化器是一种设有使ＳＯ２ 进气方向作周期性变换
的固定催化剂床层转化器，它的气流方向是通过２个三通换向阀进行上、
下变换。该转化器的特点是它具有催化反应和换热的两种功能，因此转化
系统中可不设换热器，这样既可显著节约投资，又可降低操作费用。根据
烟气ＳＯ２ 浓度的高低可选用不同结构的转化器，二氧化硫浓度越高，催
化剂床层段越多。一般来说，φ（ＳＯ２）＜１．５％时，可采用１段催化剂的绝
热式结构；φ（ＳＯ２）１．５％～２．５％时，可采用２段催化剂的一点散热式结
构；φ（ＳＯ２）２．５％～４．０％时，可采用３段催化剂的两点散热式结构。
例如，安阳岷山集团转化器进口φ（ＳＯ２）１．７５％～２．０％，采用的
非稳态转化器内径６．８ｍ，为３段中间冷激式，烟气气速约为０．３４ｍ／ｓ
（有些偏大，一般应控制在０．２～０．３ｍ／ｓ），转化器中间用低温ＳＯ２ 冷
激，保证催化剂中层及下层温度不超过６００℃。低温ＳＯ２ 冷激和中间
移热都是为了降低催化剂温度，以避免其超温的措施。如用低温ＳＯ２
冷激降温会造成一部分ＳＯ２ 未参加反应，从而导致转化率有所降低；
而采用中间移热或干燥空气冷激的方式虽会增加投资，但会使转化率
提高些。
ｂ．换向阀 换向阀一般采用 ＴＥＬＯ角式三通换向阀，有气压和液压
两种控制方式，液压控制具有操作稳定、内部泄漏小的优点，目前已被广
泛采用。换向阀的换向周期为７～４０ｍｉｎ，ＳＯ２ 气体的浓度越高，要求换
向周期越短，如安阳岷山集团换向周期为２０～３０ｍｉｎ，焦作东方金铅有限
公司则为７～８ｍｉｎ，也有按温度 （上、下层中间温度控制在３８０℃左右）
进行调节的；换向阀一般行程时间为２ｓ。
④ 催化剂 催化剂采用国产Ｓ１０１和Ｓ１０８催化剂，３段转化器中层
用Ｓ１０１，上下层用Ｓ１０８，催化剂的上下面各铺１层３００ｍｍ厚的瓷球作
蓄热层。生产中催化剂中层中间温度控制在５５０℃左右，上下层中间温
度３８０～４００℃。从国内几套非稳态转化制酸装置运行情况看，国产催
化剂基本能满足生产要求，但是用一段时间后普遍存在其活性下降、易
粉化的现象，因而导致催化剂筛分、更换频繁。经研究，其活性下降的
原因可能是钒催化剂因氟中毒而引起的，由于非稳态转化烟气在操作中
要经历 “低温—高温—低温”的变化，此时如气体中含一定量的氟化
物，在低温区部分 ＨＦ就会与钒催化剂载体中的ＳｉＯ２ 反应生成ＳｉＦ４，致
使催化剂粉化、失活；随着温度上升，烟气中部分ＳｉＦ４ 由分解而生成
ＨＦ，ＨＦ随烟气进入低温区再与钒催化剂载体的ＳｉＯ２ 反应，从而加剧
了催化剂的粉化、失活。也就是说非稳态转化比常规稳态转化更容易产
生氟中毒，因此，净化工序对氟的控制尤为重要，有人在评议前苏联非
稳态转化技术时提出进转化器烟气氟含量要低于０．５ｍｇ／ｍ３［１２］。此外，
催化剂上下温度交替变化也易使催化剂因热变化太多而破损。据报
道［１１］，前苏联红乌拉尔炼铜联合企业的１套转炉烟气和１套多层焙烧炉
烟气非稳态转化制酸装置均选用专用的 “ＵＫ１６型”非稳态转化催化剂，
外形 尺 寸２８ｍｍ× （５０～７０）ｍｍ，化 学 组 分 狑（Ｖ２Ｏ５）７％ ～１２％、第三章 用冶炼烟气生产硫酸方面的问题 １１７
狑（Ｋ２ＳＯ４）１２％～１６％、狑（ＳｉＯ２）６２％ ～６６％、狑（Ａｌ２Ｏ３）３％～６％；
该专用催化剂具有一定抗压和耐磨强度 （压碎强度为０．８～１．２ＭＰａ），前
苏联非稳态转化制酸装置转化率达到９４％以上可能与此有关。衡阳市
晨晖化工公司新开发的Ｓ１１２催化剂起燃温度约３５０℃，如应用于非稳态
转化可能会提高转化率。与常规冶炼烟气制酸装置相比，非稳态转化催
化剂装填定额要大得多，如前者一般为３２０Ｌ／（ｔ／ｄ），后者如安阳岷山集
团约为６１６Ｌ／（ｔ／ｄ），焦作东方金铅有限公司约为５５８Ｌ／（ｔ／ｄ），分别是
前者的１．９和１．７倍，而前苏联某厂非稳态转化制酸装置装填定额更是
高达８００Ｌ／（ｔ／ｄ）。
⑤ ＤＣＳ控制系统 非稳态转化制酸装置已实现ＤＣＳ系统控制，整个
生产过程的操作及主要设备的状态显示、控制操作均可在操作站上完成；
生产中主要工艺参数如净化、干吸及转化系统各催化剂床层的压力、流
量、温度等数据均可在操作站中显示、记录、报警，并通过操作系统进行
调节、联锁和计算。
⑥ 尾气处理系统 非稳态转化制酸装置尾气ＳＯ２ 含量一般都还不能
达标，故需增设尾气处理系统，目前普遍采用石灰石膏法尾气吸收工艺
，该工艺具有技术成熟、原料来源广、适应烟气范围广、脱硫
效率高、投资省及运行成本低等优点。
，从吸收塔来的尾气进入两台串联的脱硫塔 （常用
的有喷淋洗涤塔、泡沫塔、鼓泡塔、动力波洗涤器等），与来自消石
灰贮槽的 Ｃａ（ＯＨ）２ 吸收液逆流接触，为了强化吸收效果，一般采用
两级脱硫塔串联操作。从脱硫塔底部出来的液体用泵送至ｐＨ 值调整
槽，用稀硫酸调整ｐＨ 值 （控制ｐＨ 值为５～７）后，再将浆液用泵送
至氧化塔，同时用鼓风机向氧化塔鼓入空气使浆液中的亚硫酸钙氧化
为硫酸钙，氧化后的浆液经吸泥泵送入浓密机，由其底部流出的稠液
经离心机脱水后产出石膏，由浓密机及离心机排出的清液流入清液槽
再用泵送至消石灰液槽以进行对脱硫塔的运作。两台脱硫塔对ＳＯ２ 的
吸收率 均 可 达 到 ９０％ ～９５％，致 使 排 放 尾 气 中 ＳＯ２ 浓 度 可 达 到
１００ｍｇ／ｍ３ 以下。
（３）非稳态转化制酸工艺的工业应用
按２００６年有关部门的统计，当时我国已有９套非稳态转化制酸装置
河南济源金利
冶炼厂 ５００００ ０．９６～２．０ ９０～９２ ９２．５ 激２式００非３稳年态投转产化，３器段中间冷
７ 成都电冶厂 ３７０００ ２．０ ９４ ９８．０ ２００５年投产，３段中间冷
激式非稳态转化器
８ 安阳岷山集团 ５００００ １．７５～２．０ ９２～９４ ９２．５ ２００５年投产，３段中间冷
激式非稳态转化器
从当时装置的运行情况看，其中转化器、换向阀等主要设备及配件运
行基本良好，且由于采用了合理的配管方式及控制气体露点方法，因而使
其设备、管道腐蚀及酸雾问题基本得到解决。装置运行正常时的转化率基
本能达到９０％～９３％，产品硫酸狑（Ｈ２ＳＯ４）９２．５％左右，尾气经石灰中
和处理后均能达标排放，不过目前装置还存在一些问题需要完善，如催化
剂粉化现象比较严重，有些装置转化率有时偏低 （不能稳定在９０％以
上），而且产品硫酸呈浅黑色，只能用作生产化肥及低品质硫酸盐的原料，
所以如何采取措施来提高这种装置的产品质量及其价值，应成为推广这一
技术的主要问题。
