硫酸低溫?zé)峄厥障到y(tǒng)二級噴淋酸的探討

余邦安

（福建申遠(yuǎn)新材料有限公司，福建福州 350512）

低溫?zé)峄厥障到y(tǒng)（HRS）是美國孟山都環(huán)境公司開發(fā)的硫酸熱回收系統(tǒng)，其利用轉(zhuǎn)化煙氣熱量及三氧化硫吸收熱產(chǎn)生蒸汽，是硫酸生產(chǎn)中低溫余熱利用的一項(xiàng)技術(shù)突破，這項(xiàng)技術(shù)于1983年至1985年間試驗(yàn)并獲得成功，之后得到長足的發(fā)展。筆者針對低溫?zé)峄厥账墖娏芩醽碓磫栴}進(jìn)行討論，涉及二級噴淋的酸濃度、酸溫度選擇，以及酸溫度、酸濃度選擇對吸收的影響，在現(xiàn)有低溫?zé)峄厥障到y(tǒng)基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化。

1 工藝流程

常見的硫磺制酸低溫?zé)峄厥障到y(tǒng)工藝流程見圖1。

圖1 硫磺制酸低溫?zé)峄厥障到y(tǒng)工藝流程

含三氧化硫氣體從塔底進(jìn)入由塔頂排出。該塔裝有上下2級填料層，下一級填料層的上塔酸是220 ℃、w(H2SO4)99%以上的硫酸，上一級填料層的上塔酸則是與傳統(tǒng)吸收工藝濃度和溫度相似的硫酸[酸溫60 ℃、w(H2SO4)98.3%]，以確保三氧化硫吸收率。兩股酸都從塔底流入與塔相連的泵槽，然后由高溫循環(huán)酸泵送入蒸發(fā)器，生產(chǎn)0.3～1.0MPa飽和蒸汽。由于硫酸吸收三氧化硫后濃度增加，需通過混合器加水以維持濃度，加水后的循環(huán)酸回到熱回收塔的下一級再進(jìn)行吸收。

低溫?zé)峄厥障到y(tǒng)中的熱回收塔由兩級噴淋組成，一、二級噴淋選擇不同濃度及溫度的硫酸吸收。其中，一級噴淋為w(H2SO4)為99.00%～99.20%濃硫酸，該濃硫酸主要吸收來自焚硫轉(zhuǎn)化工序煙氣中的三氧化硫，一級噴淋酸的特點(diǎn)是酸濃度高、溫度較高（200℃）、腐蝕性強(qiáng)。二級噴淋酸來自干燥吸收系統(tǒng)，w(H2SO4)為98.3%左右，二級噴淋酸的主要特點(diǎn)是有較高三氧化硫的吸收率，溫度較低（60℃）。

2 低溫?zé)峄厥账墖娏芩岬倪x擇

低溫?zé)峄厥账墖娏芩岣鶕?jù)干吸工序流程的不同，可以選擇來自干燥塔酸循環(huán)槽、第一吸收塔酸循環(huán)槽或第二吸收塔酸循環(huán)槽3種方式，二級噴淋酸選擇不同，會(huì)導(dǎo)致二級吸收三氧化硫的效果有差別。

2.1 三氧化硫?qū)α蚧侵扑嵯到y(tǒng)的影響

三氧化硫作為硫磺制酸生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的中間體，是強(qiáng)氧化劑，具有較強(qiáng)的腐蝕性，在系統(tǒng)存在水分的條件容易形成冷凝酸，若冷凝酸存在設(shè)備或管道內(nèi)會(huì)造成設(shè)備及管道的腐蝕，最終導(dǎo)致泄漏，設(shè)備及管道使用壽命將大大縮短。更嚴(yán)重的情況是在三氧化硫暴露在空氣中時(shí)，三氧化硫和空氣中的水分結(jié)合生成極具腐蝕性的稀硫酸，從而加速金屬的腐蝕，最終造成嚴(yán)重泄漏，影響系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2.2 二級噴淋酸濃度、溫度的選擇

在低溫?zé)峄厥盏纳a(chǎn)過程中，熱回收塔的二級噴淋尤為關(guān)鍵，首先是二級噴淋的酸濃度，根據(jù)三氧化硫吸收率和硫酸濃度、溫度關(guān)系[1]（見圖2），該酸w(H2SO4)控制為98.3%為最合適。

從圖2還可以看出：同一酸濃度下不同的溫度有著不同的吸收率。因w(H2SO4)98%硫酸吸收三氧化硫是一個(gè)放熱的反應(yīng)，溫度越高越不利于三氧化硫吸收，溫度越低越有利于三氧化硫的吸收，但隨著溫度降低物質(zhì)傳質(zhì)速度減慢，吸收速率就會(huì)降低，此外設(shè)備、管道、儀表等需要綜合考慮其性能以及安全生產(chǎn)的要求，因此選擇合適的吸收溫度也是至關(guān)重要的。選擇w(H2SO4)98.3%且酸溫度在60 ℃左右的硫酸作為吸收劑，有利于低溫?zé)峄厥障到y(tǒng)的生產(chǎn)及優(yōu)化。

圖2 三氧化硫吸收率和硫酸濃度、溫度關(guān)系

2.3 二級噴淋酸來源選擇

低溫?zé)峄厥展ば蚨墖娏苡玫膚(H2SO4)為98.3%硫酸的來源，需要結(jié)合多方面的考慮。國內(nèi)硫磺制酸常見的有“3+1”或“3+2”二轉(zhuǎn)二吸工藝流程，二級噴淋的硫酸多來源于第一吸收塔酸冷卻器出口，這種工藝成熟也常見，此為多數(shù)硫磺制酸帶低溫?zé)峄厥斩墖娏艿氖走x。但有一個(gè)明顯的缺點(diǎn)，就是可調(diào)性比較差，因?yàn)榈谝晃账鳛椤?+1”或“3+2”系統(tǒng)中處于第一次吸收的最后一次吸收，含有三氧化硫的煙氣先經(jīng)過低溫?zé)峄厥蘸蜔熕崴蘸?，煙氣中三氧化硫的含量大幅下降，?dāng)該煙氣回到第一吸收塔再次吸收時(shí)，由于三氧化硫含量較少，導(dǎo)致一吸塔內(nèi)酸濃度變化、酸溫度變化比較有限，因此在一吸塔吸收系統(tǒng)中w(H2SO4)為98%左右的硫酸的酸溫度和酸濃度的可調(diào)性是比較差的，往往因?yàn)榇藯l件的限制，第一吸收塔酸冷卻器的換熱面積比較小。在干燥塔和第一吸收塔共用一個(gè)循環(huán)槽的條件下還需要綜合考慮干燥塔的吸收條件，低溫?zé)峄厥斩墖娏芩崛绻麃碜缘谝晃账崂鋮s器出口限制因素太多，可調(diào)性較差。

二級噴淋用硫酸也可以用第二吸收塔酸冷卻器出口w(H2SO4)為98%左右的硫酸。其優(yōu)點(diǎn)是酸溫度和酸濃度可調(diào)節(jié)性強(qiáng)，因?yàn)榈诙账臒煔馐莵碜远无D(zhuǎn)化后的煙氣，通常為第一省煤器出口，是“3+1”或“3+2”系統(tǒng)中的二氧化硫的最后一次轉(zhuǎn)化和吸收系統(tǒng)中的最后一次吸收三氧化硫。與第一吸收塔相比煙氣中的三氧化硫含量比較高，w(H2SO4)為98%左右硫酸在吸收三氧化硫的過程中是一個(gè)放熱的反應(yīng)而且第二吸收塔循環(huán)槽加水控制酸濃度的過程也是一個(gè)放熱的過程，在此操作條件下酸溫度和酸濃度更易于控制，可調(diào)性是第一吸收塔吸收系統(tǒng)所不能比擬的，特別是酸溫度的控制，第二吸收塔作為干燥吸收系統(tǒng)的最后一次吸收，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，將第二吸收塔的上塔酸溫度控制在65 ℃左右，能有效吸收煙氣中三氧化硫控制硫酸霧的形成。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，當(dāng)?shù)诙账纳纤釡囟雀哂?5 ℃時(shí)通過第二吸收塔頂部人孔的視鏡，可以清晰的看見第二吸收塔內(nèi)部硫酸霧的情況，此時(shí)尾排煙囪干凈無可見煙，硫酸霧產(chǎn)生量很少?？紤]到硫酸輸送過程從第二吸收塔酸循環(huán)槽至低溫?zé)峄厥斩墖娏艿臏亟?，二級噴淋的酸溫度?yīng)該在60 ℃附近，這樣就能更好滿足低溫?zé)峄厥斩墖娏艿乃釡囟纫?，?dāng)?shù)蜏責(zé)峄厥斩墖娏艿牧蛩岬臏囟冗_(dá)到60 ℃時(shí)，熱回收塔頂部的溫度和熱回收塔出口煙氣管上的溫度差距較小，不會(huì)造成出塔氣體被急冷而形成酸霧，能很好地吸收來自于一級噴淋無法吸收下來的三氧化硫和熱量。這不僅能夠優(yōu)化低溫?zé)峄厥障到y(tǒng)的生產(chǎn)，又有利于判斷二級噴淋的效果。

二級噴淋酸來自第二吸收塔酸冷卻器出口，還有一個(gè)明顯的優(yōu)點(diǎn)是提升成品酸品質(zhì)，在硫酸生產(chǎn)過程中，當(dāng)系統(tǒng)初次開車或者系統(tǒng)經(jīng)歷檢修后開車，第二吸收塔循環(huán)槽系統(tǒng)的硫酸在很長一段時(shí)間內(nèi)都是渾濁的，這不利于提高或保證成品硫酸的品質(zhì)。原因是第二吸收塔系統(tǒng)產(chǎn)生的硫酸的量過小，要想將開車初期二吸塔循環(huán)系統(tǒng)中的酸完全置換產(chǎn)出需要很長時(shí)間，這樣就會(huì)讓臟酸在第二吸收塔循環(huán)槽中存在特別長的時(shí)間。但是如果低溫?zé)峄厥障到y(tǒng)的二級噴淋硫酸來自第二吸收塔循環(huán)槽系統(tǒng)那么勢必會(huì)增加干吸循環(huán)槽和第二吸收塔循環(huán)槽之間硫酸的互串來維持系統(tǒng)的液位平衡，這些串酸增加了干吸系統(tǒng)之間酸的循環(huán)量，大大縮短了第二吸收塔循環(huán)槽酸的置換時(shí)間，因此短時(shí)間內(nèi)就可以保證成品硫酸的品質(zhì)。隨著系統(tǒng)生產(chǎn)的時(shí)間越來越長此優(yōu)勢更加明顯，尤其是在系統(tǒng)運(yùn)行幾年大修后開車過程中，因?yàn)殡S著系統(tǒng)生產(chǎn)時(shí)間越長，系統(tǒng)內(nèi)的酸泥、沉積物等雜質(zhì)會(huì)隨著時(shí)間的推移而聚集在系統(tǒng)內(nèi)，在檢修過后開車過程中系統(tǒng)中會(huì)有大量酸泥等沉積物帶入系統(tǒng)中，此串酸系統(tǒng)能很快將系統(tǒng)中含有雜質(zhì)的酸置換出來，雜質(zhì)置換出來后就能產(chǎn)出品質(zhì)較高成品硫酸。

3 結(jié)語

通過理論分析及結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)過程，低溫?zé)峄厥障到y(tǒng)的二級噴淋硫酸來自于干吸系統(tǒng)中第二吸收塔酸冷卻器出口具有更多優(yōu)勢，此時(shí)w(H2SO4)為98.3%，酸溫度為60 ℃左右，不僅有利于優(yōu)化低溫?zé)峄厥障到y(tǒng)的生產(chǎn)條件，而且有利于成品酸質(zhì)量的提高。