熔硫系統設計及節能減排優化分析

王鈜艷，吳 越

（中國恩菲工程技術有限公司，北京 100038）

熔硫是硫磺制酸裝置的重要工序，液硫的質量會對后續工序產生重要的影響。在滿足生產需求的情況下綜合考慮，生產應以提高液硫的質量、縮短熔硫流程和降低投資為目的。設備設計選型時，應結合工程經驗，充分考慮安全生產、節能高效和操作維護的需求。

1 流程設計選擇

典型的熔硫工藝流程見圖1。

圖1 典型的熔硫工藝流程

固體硫磺經皮帶輸送機進入熔硫槽，在皮帶輸送機上向固體硫磺中加入生石灰，以中和硫磺中的酸性物質，并使用除鐵器除去含鐵雜質。固體硫磺在蒸汽加熱下熔化為液硫，再溢流至過濾槽內，經過濾泵進入液硫過濾機，除去其中的雜質顆粒。在過濾前，需先利用硅藻土作助濾劑預涂液硫過濾機，以保證過濾效果。過濾后的液硫進入液硫中間槽，由硫磺泵送入液硫儲槽，進而自流到精硫槽，最后通過精硫泵送入焚硫爐內焚燒。

在上述傳統熔硫工藝的基礎上，結合制酸系統的液硫用量和質量要求、設備占地及投資等因素，筆者提出以下優化建議：

1）取消助濾槽和助濾泵。利用過濾槽和過濾泵對液硫過濾機進行助濾劑的預涂，可以節省1 個助濾槽和2 臺助濾泵，液硫管道系統也相對簡單。但在助濾劑預涂期間，過濾槽和過濾泵被占用，熔融的液硫不能經過濾槽和過濾泵進入液硫過濾機，該方案實際將連續過濾調整為間歇過濾，因此該方案比較適合于熔硫量較小的系統。

2）取消液硫中間槽。過濾后的干凈硫磺可以直接送至液硫儲槽儲存，可以節省1 個中間槽和2臺中間槽泵。該方案對過濾的總壓降比較敏感，通常需要綜合考慮液硫過濾器的壓降、液硫儲槽相對高度和相對位置等，并提高過濾泵的揚程補償該壓降。同時，該方案在操作時要注意控制硫磺的過濾質量，以免質量不合格的液硫進入液硫儲槽。

3）取消立式液硫儲槽。液硫儲槽主要是為系統故障或原料硫磺供應不及時提供緩沖時間，當硫酸生產裝置規模不大時，儲存的液硫量少，可以考慮將精硫槽容量放大代替液硫儲槽。但由于精硫槽的高徑比較小，因此占地面積會較大。

4）采用兩級液硫過濾。目前大部分硫磺制酸裝置采用一級過濾，過濾后液硫中的灰分質量分數可以控制在0.003%以下。如果過濾操作不當導致液硫灰分含量升高，容易造成轉化器催化劑層堵塞，導致轉化器阻力增大。隨著制酸裝置生產維護要求的提高，對液硫中灰分含量的要求也越來越嚴。當采用兩級過濾后，液硫中的灰分質量分數可以控制在0.001%以下，可大大降低制酸裝置維護成本。但采用兩級過濾需要多配置1 臺液硫過濾機、1 個液硫槽和2 臺液硫泵，占地面積增加10%～20%，投資增加5%～15%，管道系統和操作也更加復雜，因此需要綜合考慮。

2 設備選型與設計要點

2.1 皮帶輸送機

硫磺上料主要采用皮帶輸送方式，普通皮帶輸送機輸送硫磺時，最大傾角通常控制在18°以內，對于抬升高度大、占地有限的場所，常選用20°～45°的大傾角皮帶輸送機。硫磺上料系統在設計和操作時應注意以下幾點：

1）除鐵器要設置在石灰加入裝置后，以免石灰帶入的鐵類雜質進入熔硫槽。

2）在易產生粉塵的皮帶輸送機頭部、尾部設置高效霧化噴頭，利用水霧降低環境硫磺粉塵濃度，以降低爆炸的風險。

3）皮帶輸送機應考慮靜電跨接和有效接地，以將靜電導出，并沿皮帶方向設置消防噴淋，防止皮帶輸送中摩擦起火。

4）操作時要控制硫磺的酸度、水含量和石灰加入量，避免硫磺腐蝕后續設備，或導致鍋爐換熱管表面結垢，影響換熱管的換熱效率。

2.2 熔硫槽

熔硫槽的型式主要有槽式和立式。槽式熔硫槽為方形，通常與過濾槽緊鄰布置，中間采用溢流板分隔，節省連接管道，并且其進料口低，硫磺輸送距離短，可以減少占地面積。相較于槽式熔硫槽，立式熔硫槽底部的錐形結構更有利于雜質分離，因此常用于品質較差的原料硫磺熔融。立式熔硫槽按下部結構的不同可分為錐底型和平底型。平底型立式熔硫槽是在錐底型立式熔硫槽基礎上改進而來。錐底型立式熔硫槽僅在錐體沉渣區配置外殼保溫夾套，保溫效果差，且錐底離攪拌槳末級葉片較遠，雜質在錐底不易流動，容易堵塞排渣口[1]。立式熔硫槽的進料口高，硫磺的抬升高度大，輸送距離較遠，通常需要更大的占地面積或選用大傾角輸送皮帶機。

熔硫槽在設計和操作時應注意以下幾點：

1）槽式熔硫槽的下料口盡量靠近熔硫槽中心，以免硫磺入槽后不能及時熔化而發生結塊。

2）溢流口高度不要太高，一般距槽頂650～800 mm，且管徑設計、管道坡度、保溫厚度等要合理，以免溢流口堵塞而造成熔硫槽漫槽事故。

3）熔硫槽蒸汽供應不足時存在液硫凝固的風險，建議攪拌器采用皮帶傳動方式。

2.3 液硫過濾機

液硫過濾機是熔硫系統的關鍵設備，主要采用臥式葉片式過濾機，由罐體、濾網板、封頭拉出機構、振打排渣裝置和液壓站等組成。液硫過濾機的濾網損壞和排渣困難是常見問題，可以在設計和操作中注意以下幾點：

1）在預涂液硫過濾機時，硅藻土量要充足，粗細硅藻土的比例一般控制在2 ∶1 左右，操作時要保證過濾機充滿液硫，預涂時間一般不少于1.5 h，防止涂層太薄或缺失而出現短路。

2）液硫過濾時應連續運行，保證液硫過濾機操作壓力穩定，防止濾餅倒塌形成短路。

3）操作時應按時分析原料硫磺的酸度，及時調整石灰石的加入量，以免液硫酸度過大腐蝕濾網，形成短路。

4）在中和硫磺酸度時，建議選用石灰作中和劑，中和后的主要產物硫酸鈣容易成渣，可以過濾除去。若采用碳酸鈉作中和劑，其中和硫磺的主要產物為硫酸鈉，硫酸鈉易溶于水且不易結晶，很難通過過濾除去，會隨硫磺進入后續工序，引起鍋爐換熱管結垢甚至堵塞[2]。

5）清理濾渣時一定要使用木棒，以免使用金屬棒損壞濾網。

2.4 其他建議

1）液硫槽應設置消防用蒸汽。通常液硫槽的溫度控制在135～150 ℃，當液硫槽上部的溫度達到160 ℃左右時應開啟消防蒸汽防止起火。

2）液硫槽的加熱盤管可能會出現腐蝕泄漏，設計時每組盤管的蒸汽管道都應設置獨立截止閥。當某組盤管出現泄漏時可以臨時關閉截止閥，而不影響熔硫裝置的運行。

3）建議液硫儲槽設置2 個排氣口，以免排氣口被凝固的硫磺堵塞出現負壓操作，導致儲罐被抽癟。

3 節能減排措施

隨著國家對節能、環保要求的提高，生產企業必須培養綠色工廠理念，確保環境與資源消耗相互協調。為促進節能減排，可采取的措施有：

1）硫磺輸送過程中控制降塵噴水量。噴水量過大會增加熔硫消耗的能量，且大量水蒸氣排出時會帶出硫蒸氣，對環境造成污染。

2）熔硫系統采用0.5～0.7 MPa 的低壓蒸汽進行熔硫及液硫保溫，每熔融1 t固體硫磺消耗0.2～0.3 t 蒸汽，可以采用一部分鍋爐連排蒸汽作為保溫蒸汽的補充。

3）蒸汽冷凝水可用非軟化水或除鹽水，具有較高的熱值。回收冷凝水同時減少蒸汽和冷凝水的跑冒滴漏可以有效提高能源利用率。目前大部分工廠都設置閉式冷凝水回收裝置，冷凝水回收率大于95%，熱利用率可提高10%～25%[3]。

4）原料硫磺中含有的少量水分和有機物在加熱時汽化，產生具有刺激性氣味的酸性氣體；熔硫設備和儲槽還會溢出硫蒸氣，如不對上述廢氣進行收集處理，不但會污染環境，還會腐蝕設備和管道。可將各槽產生的廢氣統一收集，采用堿液洗滌的方式處理。云南云天化股份有限公司紅磷分公司和宜都興發化工有限公司均增加了廢氣處理系統，取得了很好的效果[4-5]。

4 結語

熔硫系統是硫磺制酸裝置的核心之一，其運行的好壞直接影響到制酸系統的運行。筆者在總結國內已有硫磺制酸裝置運行經驗的基礎上，結合設備特點和操作習慣，提出了流程優化、設備選型和節能減排的建議。隨著國家對節能環保要求的日益嚴格，今后的硫磺制酸裝置設計中應加強熔硫系統的優化節能，從綠色環保的角度進行不斷地技術探索和提升。