硫磺制酸裝置中升華硫產(chǎn)生原因及控制

張燦林

（云南祥豐金麥化工有限公司，云南 安寧 650311）

硫磺制酸是將固體硫磺經(jīng)熔融、焚燒產(chǎn)生SO2氣體，焚燒出口溫度控制為950～1150℃，經(jīng)廢熱鍋爐、過(guò)濾器，再通入空氣氧化轉(zhuǎn)化成SO3，再經(jīng)冷卻、酸吸收，制得成品硫酸。其反應(yīng)方程式如下：

在硫磺制酸生產(chǎn)中會(huì)因供氧不足，即n（O2）／n（SO2）低，導(dǎo)致硫磺氧化反應(yīng)不完全，極易氣化變成升華硫，硫磺沸點(diǎn)444.6℃［1］。氣化的硫未被燃燒就被帶走，在約250℃以下就不能繼續(xù)燃燒，冷卻時(shí)重新凝結(jié)成固體，沉積在管路設(shè)備中，造成換熱器、除沫器等阻力增加，導(dǎo)致生產(chǎn)系統(tǒng)阻力偏高，系統(tǒng)生產(chǎn)負(fù)荷被迫下降，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)堵塞停車(chē)［2］。同時(shí)造成成品硫酸及循環(huán)槽硫酸中含有較多的硫磺小顆粒，酸質(zhì)混濁，透明度降低，影響最終產(chǎn)品質(zhì)量。

1 升華硫產(chǎn)生原因分析

從發(fā)生的時(shí)間段分析，硫磺制酸系統(tǒng)正常生產(chǎn)時(shí)控制不當(dāng)也會(huì)產(chǎn)生升華硫，但相對(duì)出現(xiàn)情況較少，主要集中在開(kāi)停車(chē)期間，特別是新建剛開(kāi)車(chē)的裝置更為嚴(yán)重。

1.1 氧硫比偏低

實(shí)際生產(chǎn)中，參與反應(yīng)氧主要來(lái)源于鼓風(fēng)機(jī)送入的空氣，風(fēng)量偏低，與噴硫量不匹配，即n（O2）／n（SO2）低，導(dǎo)致參與反應(yīng)的氧不足，易產(chǎn)生升華硫。對(duì)于硫磺制酸來(lái)說(shuō)，在一定溫度條件下，氧硫比是初始SO2濃度的函數(shù)［3］，因此需要通過(guò)監(jiān)測(cè)SO2濃度來(lái)進(jìn)行氧硫比調(diào)節(jié)。開(kāi)停車(chē)時(shí)通硫和通風(fēng)順利錯(cuò)誤，一級(jí)正常生產(chǎn)送風(fēng)量比例偏低都會(huì)導(dǎo)致升華硫的產(chǎn)生，特別是開(kāi)啟風(fēng)機(jī)后風(fēng)進(jìn)入系統(tǒng)，操作人員擔(dān)心焚硫、轉(zhuǎn)化溫度下降太快，立即噴磺生產(chǎn)，此階段較易出現(xiàn)升華硫。一般為控制升華硫，都會(huì)在焚硫爐增加二次風(fēng)來(lái)調(diào)節(jié)補(bǔ)氧量，二次風(fēng)調(diào)節(jié)不合理也會(huì)造成升華硫產(chǎn)生。

1.2 溫度偏低

一般情況下，焚硫爐出口溫度控制為950～1150℃，對(duì)應(yīng)SO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%～12%，但在計(jì)劃或非計(jì)劃停車(chē)后，爐溫降低達(dá)不到反應(yīng)條件時(shí)，容易產(chǎn)生升華硫［4-5］。如果停車(chē)時(shí)間較長(zhǎng)，開(kāi)車(chē)時(shí)有一段生產(chǎn)調(diào)整過(guò)程，在這段時(shí)間里調(diào)節(jié)不當(dāng)，例如通風(fēng)量過(guò)大也會(huì)導(dǎo)致溫度偏低產(chǎn)生升華硫。

1.3 噴硫量過(guò)大

噴流量根據(jù)磺槍進(jìn)口壓力與液硫流量計(jì)進(jìn)行控制，磺槍進(jìn)口壓力過(guò)高造成噴入液硫未能完全燃燒，被爐氣帶至后系統(tǒng)；硫磺槍噴霧效果不佳，槍頭損壞或脫落等，不能充分混合燃燒；在試硫磺泵、硫磺槍時(shí)噴入焚硫爐內(nèi)過(guò)多的液體硫磺，在沒(méi)有足夠空氣通入的情況下，爐內(nèi)氧氣反應(yīng)完畢，液硫過(guò)剩的情況，均會(huì)產(chǎn)生升華硫。

1.4 儀表控制不精

如SO2濃度分析儀、噴硫磺流量計(jì)等計(jì)量不準(zhǔn)確，而人工分析的SO2濃度一般滯后實(shí)際操作30min左右，此時(shí)操作工只能根據(jù)經(jīng)驗(yàn)從多種工藝參數(shù)，如焚硫爐出口溫度、轉(zhuǎn)化進(jìn)口溫度、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速等對(duì)整個(gè)裝置根據(jù)操作經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行把握，則極易造成因儀表反饋數(shù)據(jù)滯后或偏差而產(chǎn)生升華硫。

1.5 人員操作不熟練

新裝置首次投入使用時(shí)，操作工由于對(duì)新裝置不熟悉產(chǎn)生誤操作，如轉(zhuǎn)化裝置的主氣閥未開(kāi)時(shí)就進(jìn)行噴硫磺，此時(shí)產(chǎn)生的升華硫最為嚴(yán)重。新裝置首次投入使用時(shí)，每個(gè)崗位都必須有操作工在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行人工調(diào)節(jié)，此時(shí)操作人員的工作量較大，常常忙中出錯(cuò)誤操作產(chǎn)生升華硫。新裝置開(kāi)車(chē)指揮人員缺乏對(duì)整個(gè)新裝置的整體把握，指揮失誤也會(huì)造成操作工誤操作產(chǎn)生升華硫。

2 升華硫控制措施

2.1 提高氧硫比控制精度

縮短SO2濃度分析滯后時(shí)間及調(diào)校SO2濃度在線分析儀，開(kāi)車(chē)時(shí)分析人員在現(xiàn)場(chǎng)連續(xù)做SO2濃度人工分析，及時(shí)反饋分析數(shù)據(jù)，并做好SO2濃度在線與人工分析比對(duì)，同時(shí)做好風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速與空氣流量之間的關(guān)系，最終形成自動(dòng)化控制。為了防止產(chǎn)生升華硫，經(jīng)理論計(jì)算數(shù)據(jù)，進(jìn)入焚硫爐空氣與液硫比率按表1所示進(jìn)行控制。

表1 焚硫爐空氣與液硫比率控制表

2.2 嚴(yán)格焚硫爐溫度監(jiān)控

對(duì)焚硫爐和轉(zhuǎn)化觸媒層升溫時(shí)，使轉(zhuǎn)化各段溫度達(dá)到噴硫磺的要求才能開(kāi)始噴硫磺。投料初期適當(dāng)延長(zhǎng)SO2在低濃度下的操作時(shí)間，避免因負(fù)荷提升過(guò)快出現(xiàn)轉(zhuǎn)化器降溫事故，急于提高SO2濃度易產(chǎn)生升華硫。在轉(zhuǎn)化觸媒層升溫時(shí)將轉(zhuǎn)化一段及四段進(jìn)口溫度由415～420℃升到440～450℃。焚硫爐出口溫度控制≤950℃，出口溫度與SO2濃度關(guān)系按表2進(jìn)行控制。

表2 焚硫爐出口溫度與SO2濃度控制表

2.3 穩(wěn)定硫槍出硫量

焚硫爐噴磺時(shí)應(yīng)遵循先通空氣后投入液硫的原則，噴磺量應(yīng)與空氣量相匹配［6］。對(duì)于多支硫磺槍，噴硫磺時(shí)先開(kāi)一支硫磺槍，閥門(mén)開(kāi)度由小到大，噴硫磺量逐漸緩慢增加，由1.0m3／h→1.2m3／h→1.5m3／h→2.0m3／h依次增加，同時(shí)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)出口閥和放空閥以調(diào)節(jié)焚硫爐溫度。當(dāng)單槍噴硫磺開(kāi)度達(dá)最大，焚硫爐溫度和轉(zhuǎn)化溫度基本穩(wěn)定后，先將噴硫磺開(kāi)度減小，開(kāi)啟另一支硫磺槍，再慢慢增加噴硫磺量和風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。同時(shí)可對(duì)硫槍進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)在不同壓力，如0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 MPa等下的各只硫磺槍對(duì)應(yīng)的噴硫磺量，確保在噴硫磺流量計(jì)失靈或新裝置開(kāi)車(chē)時(shí)不能用噴硫磺流量計(jì)顯示，或者低流量下流量計(jì)測(cè)量不準(zhǔn)，控制不精的情況下，可根據(jù)液硫壓力判斷噴硫磺量。

2.4 提高自控水平

設(shè)置SO2濃度在線分析儀，實(shí)施在線監(jiān)測(cè)SO2濃度，以便快速通過(guò)SO2濃度來(lái)調(diào)節(jié)硫氧比。設(shè)置風(fēng)量流量計(jì)與調(diào)節(jié)閥，噴硫磺流量計(jì)與調(diào)節(jié)閥，并自動(dòng)設(shè)置比例控制，經(jīng)調(diào)試精度滿足要求情況下，通過(guò)DCS投自動(dòng)控制，減少人為干預(yù)。在精硫泵出口安裝液硫壓力顯示儀表，并接入DCS裝置顯示壓力。在4支硫磺槍保溫球閥后各安裝液硫壓力顯示儀表，并接入DCS裝置顯示壓力。

2.5 做好操作工培訓(xùn)

對(duì)具體操作人員，重點(diǎn)培訓(xùn)操作工對(duì)新裝置操作規(guī)程掌握及實(shí)際操作，通過(guò)理論與實(shí)作考試合格后方可上崗操作。

對(duì)新裝置新裝置開(kāi)車(chē)指揮人員，必須對(duì)整個(gè)新裝置的工藝、操作熟練掌握，具備從多種工藝參數(shù)，如焚硫爐出口溫度、轉(zhuǎn)化進(jìn)口溫度、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速等來(lái)對(duì)整個(gè)裝置進(jìn)行生產(chǎn)調(diào)控把握的能力，能夠通過(guò)多種工藝參數(shù)判斷SO2濃度的能力及判斷何種儀表指示不準(zhǔn)確的能力。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)產(chǎn)生升華硫的原因、生產(chǎn)中會(huì)導(dǎo)致升華硫產(chǎn)生的因素、判斷方法及預(yù)防措施等綜合分析，對(duì)應(yīng)采取控制氧硫比、穩(wěn)定爐溫、提高自動(dòng)控制水平、做好員工操作培訓(xùn)等措施，將準(zhǔn)備工作提前進(jìn)行細(xì)致、全面的檢查，保證每一個(gè)環(huán)節(jié)都達(dá)到要求，在某企業(yè)大型裝置上自投用控制以來(lái)，未發(fā)生一起升華硫事故，具有明顯控制效果。