制酸工藝運行優化

黃 維

(攀枝花鋼釩有限公司煉鐵廠燒結脫硫作業區,四川攀枝花 617000)

制酸工藝運行優化

黃 維

(攀枝花鋼釩有限公司煉鐵廠燒結脫硫作業區,四川攀枝花 617000)

對煉鐵廠燒結脫硫作業區2#制酸系統長期存在的產品酸色度、透明度超標問題進行研究,通過數據核算和實驗,確定粉塵含量和酸氣溫度偏高是存在問題的主要因素,并針對性地增加空氣過濾器和酸氣冷卻器,較好地解決了制酸系統長期存在的問題,同時使制酸的生產和工藝條件得到大幅優化。

色度;酸氣溫度;空氣過濾器;酸氣冷卻器

1 引言

攀鋼2#燒結脫硫配套2#制酸系統于2011年1月27日開始投用,由華西工業氣體有限公司總包建設,設計產酸量為10 kt/y,該系統采用一轉一吸工藝,硫酸尾氣送燒結煙氣脫硫裝置處理。

2 存在的問題

硫酸作為攀鋼濕法煙氣脫硫的唯一產品,不僅直接反映脫硫系統的運行效果,同時還是降低脫硫系統的運行成本的重要構成部分。2#制酸系統自投產以來,產品酸受多種原因影響,長期存在色度、透明度偏低的問題,導致產品酸銷路無法打開,銷售價格偏低。

由于制酸系統本身不會產生產品酸色度改變的產物,因此進入制酸系統的介質,就成為影響產品酸色度的直接因素。進入制酸系統的介質共有兩種,分別是空氣(O2的來源)和酸氣(SO2的來源)。2#制酸周邊密集排列多條皮帶及相應除塵站,且周邊公路上運輸煤和礦粉的車輛較多,造成2#制酸區域粉塵含量較高,由此我們確定第一個研究目標—空氣粉塵含量。此外,經過對其他濕法脫硫系統進行考察發現,2#脫硫酸氣溫度較其他系統明顯偏高,由此確定酸氣溫度偏高為第二個研究目標。

2.1 粉塵含量的影響

根據粉塵含量影響硫酸色度這一分析,我們開展了不同粉塵加入量對硫酸色度和透明度的影響實驗,實驗現象為:加入的粉塵與硫酸無明顯反應。加熱過程中,150℃前,溶液顏色變化不明顯,隨著溫度的升高,溶液顏色逐漸變深,且隨著粉塵加入量的增加,溶液顏色逐漸變深,溶液趨向于黃褐色,可見明顯懸浮物,見圖1。

實驗結論:制酸系統二氧化硫風機抽入空氣中攜帶的粉塵可影響硫酸的色度和透明度。這也應證了粉塵對硫酸質量影響的分析。

圖1 不同粉塵加入量對硫酸色度的影響情況

較高的粉塵含量不僅會使制酸系統內產生大量酸泥(見圖2),加快設備、管道腐蝕速度,同時酸泥還會導致系統阻力增加。根據作業區統計,2#制酸除沫器的腐蝕情況非常嚴重,主要原因為除沫器上附著的酸泥較多,導致除沫器腐蝕速度加快,部分腐蝕嚴重的位置出現穿孔的情況,該位置由于氣速加快腐蝕進步一加重,最終除沫器失去除沫作用,之后由于酸沫和部分酸泥會隨過程氣進入后部管道造成后部管道腐蝕嚴重,見圖3。

圖2 2#制酸干燥塔吸收塔內分酸器及頂部填料情況

2.2 酸氣溫度的影響

2#脫硫系統二級冷凝器由于應力腐蝕和介質腐蝕,加之換熱器中存在相變過程,造成二級冷凝器頻繁出現泄漏的情況,不僅對脫硫系統穩定運行造成極大影響,同時還由于換熱器堵漏,造成換熱面積減少,出口酸氣溫度上升明顯,2#脫硫系統設計二級冷凝器出口酸氣溫度為(40±5)℃,表1中統計了2014年1月的二級冷凝器出口酸氣溫度明顯超標。

圖3 2#制酸干燥塔、吸收塔除沫器堵塞和腐蝕情況

表1 2014年1月2#脫硫二級冷凝器出口酸氣溫度統計

二級冷凝器溫度偏高,不僅會造成酸氣夾帶脫硫劑,造成脫硫劑非正常損耗,同時由于脫硫劑中含碳,也會影響硫酸質量。另外酸氣帶水量大還會造成干燥塔負荷增加,串酸量加大,進一步影響產品酸的色度、透明度。

為驗證制酸系統的設計指標,我們通過公式(1)對進干燥塔過程氣含水量進行計算。

式中:G0—干燥塔過程氣含水量(kg/m3);

PH2O—在一定溫度下的飽和水蒸汽壓力(k Pa);

P—大氣壓力(k Pa);

Pin—干燥塔入口操作壓力(k Pa)。

設2#制酸進口酸氣溫度為40℃,干燥塔入口操作壓力為-4 k Pa,攀枝花夏季大氣壓力88.79 kPa,40℃時水的飽和蒸汽壓力7.375 k Pa,可計算出過程氣含水量為:

G0=0.069 kg/m3

則進入干燥塔的水量為:

設出干燥塔氣體中含水量為0.1 g/m3,則干燥塔出口氣體含水量為:

0.1 g/m3×480×60 m3/h÷1000=2.88 kg/h

入塔酸濃度:93%H2SO4,比重:1.797 g/cm3,溫度:50℃,酸量:X m3/h,出塔酸濃度:92.5%

干燥塔吸水量=1987-2.88=1984.12 kg/h

由物料平衡得公式(2):

解得X≈200 m3/h,2#制酸系統采用的循環酸泵為200 m3/h,僅能夠滿足酸氣溫度40℃生產需要。而受2#脫硫二級冷凝器換熱效果影響,進入2#制酸系統的實際酸氣溫度月平均值達到67℃。因此,酸氣溫度偏高是影響硫酸質量的一個重要原因。

3 解決方案

3.1 增加空氣過濾器

2#制酸系統選擇安裝ZKL自潔式空氣過濾器,采用戶外立式安裝形式布置在風機房頂,通過DN700的碳鋼管道與原過濾器相連接,布置在原過濾器位置前面,見圖4。

3.2 增加酸氣冷卻器

3.2.1 2#制酸酸氣冷卻器

酸氣冷卻器布置在二燒制酸風機房頂部,其酸氣進口直徑DN250、酸氣出口直徑DN200、冷凝液出口直徑DN50;冷凝后的酸氣經氣液分離器后送制酸干燥塔,冷凝液通過管道送回富液槽待用,冷卻器設有酸氣旁通管。

圖4 2#制酸空氣過濾器安裝圖

冷卻器所需冷卻水引自公路旁循環水總管(見圖5),冷卻水進出口管直徑為DN200。另為保證冷卻效果,夏季需使用生產新水作為冷卻水,需接DN200生產新水管一根作為備用冷卻水源。

加熱融化硫磺用蒸汽管(DN50)需自附近蒸汽總管上引接。

3.2.2 3#脫硫酸氣冷卻器

酸氣冷卻器布置在三燒再生塔框架15.9 m層,酸氣出一級氣液分離器后先經過酸氣冷卻器降溫再外送,見圖6。

圖5 2#制酸酸氣冷卻器安裝圖

圖6 3#制酸酸氣冷卻器安裝圖

酸氣冷卻器酸氣進口直徑DN200、酸氣出口直徑DN150、冷凝液出口直徑DN50;冷凝后的酸氣送二燒制酸干燥塔,冷凝液通過管道送回富液槽待用,冷卻器設有酸氣旁通管。

冷卻器所需冷卻水引自循環水總管,冷卻水進出口管直徑為DN150。另為保證冷卻效果,夏季需使用生產新水作為冷卻水,需接DN150生產新水管一根作為備用冷卻水源。

加熱融化硫磺用蒸汽管(DN50)需自附近蒸汽總管上引接。

4 改造效果

4.1 進制酸系統粉塵大幅下降

空氣過濾器投運后,由攀鋼勞研所對過濾器出口空氣進行取樣分析,分析結果見表2。

自潔式空氣過濾器出口空氣含塵平均為21 mg/m3,與合同約定值存在一定差異。

項目實施后,在新接空氣過濾器出口管道上增加了空氣取樣點位,根據勞研所測量數據,平均空氣工況流量17 470 m3/h,過濾后空氣含塵平均為21 mg/m3。

表2 2014年4月到5月2#制酸干燥塔入口空氣粉塵含量統計

改造前,原過濾器前后均不具備取樣條件,勞研所采用大氣“自然降塵”取樣法,分析結果為含塵6 mg/m3(該取樣方法因是靜態取樣,空氣的最大流速僅有1 m/s)。改造后,勞研所采用GB/T 16157-1996《廢氣檢測分析方法》檢測過濾器出口空氣含塵平均值21 mg/m3,由于改造前后兩種取樣方法流速不一致,導致檢測結果差異較大。

為保證改造前后含塵的可比性,按同一流速計算過濾器出口空氣含塵量。改造后空氣過濾出口含塵21 mg/m3,空氣流量為17 470 m3/h,空氣流速= 17 470/(π×0.4×0.4×3600)=9.65 m/s

含塵量=21×1/9.65=2.18 mg/m3

4.2 進制酸系統酸氣溫度下降

2#脫硫和3#脫硫酸氣冷卻器投用后,經過數據收集和對比,可以確定,進入制酸系統酸氣溫度明顯下降,對比結果見表3、表4。

4.3 硫酸外觀變化明顯

通過近半年的運行,2#制酸系統所產產品硫酸外觀已有明顯改善,產品外觀已由原來的顏色發黑改觀為棕色。

2#制酸產品酸外觀變化情況見圖6。

5 結論

通過采取增加自潔式空氣過濾器和2#、3#脫硫增加酸氣冷卻器,不僅使2#制酸的生產和操作條件得到大幅優化,最重要的是使燒結硫酸質量明顯提高,得以在攀鋼礦業公司選鈦廠、釩制品廠和鈦白粉廠都進行了推廣應用試驗。經過試驗驗證,燒結硫酸對這三家廠礦的后續產品不會影響產品質量。目前燒結硫酸已部分代替釩制品廠內部硫酸的需求,減少外購硫酸,有效降低公司的生產運行成本。

表3 2#脫硫酸氣增加酸氣冷卻器后溫度對比

表4 3#脫硫酸氣增加酸氣冷卻器后溫度對比

圖6 硫酸外觀變化情況

[1] 劉少武,劉東,等.硫酸工作手冊[M].南京:東南大學出版社,2001.

[2] (日)硫酸協會編輯委員會編,張鉉,等譯.硫酸手冊[M].北京:化學工業出版社.

[3] 化學工業部化肥司編寫,硫酸生產分析規程[M].南京:化學工業出本社,1992.

2#Acid Production Process Operation Optimization

HUANG Wei
(Iron Mill of Panzhihua Steel Vanadium Co.,Ltd.,Panzhihua 617000,Sichuan,China)

In this paper,the overproof problem of product acid chromaticity,transparency from iron sintering desulfurization section 2#acid system in the long term is studied,through the calculation and experimental data,determine the main factors of high temperature dust content and acid,and the increase of the air filter and acid gas cooler,the better to solve the problems existing in the long-term acid system,at the same time make the acid production and process conditions optimization by a wide margin.

chroma,acid temperature,air filter,acid gas cooler

TQ111.1

A

1001-5108(2017)01-0053-03

黃維,煤化工工程師,主要從事煤氣脫硫、燒結煙氣脫硫、干濕法制酸等方面的工藝及管理工作。