硫鐵礦制酸系統轉化工序技改實踐

林天云，徐潔書

（銅陵有色金屬集團股份有限公司銅冠冶化分公司，安徽銅陵 244001）

銅陵有色金屬集團股份有限公司銅冠冶化分公司（以下簡稱銅冠冶化）有2 套400 kt/a 硫鐵礦制酸系統，主要用于處理公司內部礦山銅選尾礦硫精砂和高硫鐵，分別于2007 年和2009 年建成投產。兩套系統配置相同，均采用ⅢⅠ-ⅣⅡ、“3+1”二轉二吸制酸工藝。硫酸生產裝置投入運行后，運行情況良好，各項主要指標均達到設計值。受硫酸市場價格的影響，銅冠冶化對原料配比進行了調整，調整后入爐原料含硫w(S)僅為28%左右，較原設計值36%相差較大，導致進入轉化工序的煙氣SO2濃度降低，轉化器各段溫度過低。為適應工藝條件的變化，銅冠冶化對轉化工序進行了相應的改造。

1 轉化工序工藝流程

轉化工序工藝流程見圖1[1]。

從SO2鼓風機來的冷氣體（俗稱一次氣），經Ⅲ換熱器和Ⅰ換熱器加熱到425 ℃，進入轉化器一段催化劑層。經轉化器一段、二段和三段催化劑層催化氧化后，SO2轉化率約為94.7%，生成的SO3氣體經換熱器換熱后再經省煤器換熱，溫度降至180℃送往一吸塔制取硫酸。一吸塔出來的SO2氣體(俗稱二次氣)經Ⅳ換熱器和Ⅱ換熱器加熱到430 ℃，進入轉化器四段催化劑層進行第二次轉化。經催化轉化后SO2總轉化率不低于99.80%，生成的SO3氣體經Ⅳ換熱器換熱降溫后送往二吸塔制取硫酸。在各換熱器進行換熱時，被加熱的SO2氣體走換熱器的殼程，而被冷卻的SO3氣體則走換熱器的管程。

圖1 轉化工序工藝流程

2 轉化工序運行狀況及存在問題

2.1 運行狀況

原料配比調整后，硫酸產量由原來的800 kt/a降低到720 kt/a，煙氣中SO2濃度降低，干吸稀釋閥長期處于關閉狀態，轉化器入口煙氣φ(SO2)最高僅為8.50%左右。轉化器一段進口煙氣溫度偏低，達不到設計值425 ℃，其他各段溫度可調節范圍較小，轉化工序難以達到熱平衡，轉化率偏低。轉化工序主要運行技術指標見表1。

2.2 存在的問題

2.2.1 Ⅲ換熱器內酸泥堆積嚴重

轉化器三段出口煙氣的溫度偏低或干燥塔除沫不充分，均會導致煙氣夾帶酸霧，酸霧隨著煙氣進入Ⅲ換熱器，在換熱器內形成積酸，對換熱器列管造成腐蝕，出現內漏、串氣現象。同時換熱管束間隙長期堆積酸泥，煙氣通道堵塞嚴重，含SO2的煙氣流通量減小，換熱效率大大降低，系統熱平衡難以維持[2]。

表1 轉化工序主要運行技術指標

2.2.2 Ⅳ換熱器積酸嚴重

因一吸塔出口纖維除沫器除沫效果不佳等原因，Ⅳ換熱器內出現積酸現象，造成列管腐蝕、串氣；少量含SO2的煙氣沒有進入催化劑層，而是直接通過腐蝕泄露點進入尾氣吸收裝置，導致轉化率偏低，尾氣脫硫耗堿量增加。另外，出現腐蝕串氣的列管不易維修，通常采取封堵的措施處理，但封堵的管束多了，會導致換熱器的有效換熱面積減少，出現了Ⅳ換熱器換熱面積不足的情況。

2.2.3 催化劑裝填系數低

催化劑的裝填量對SO2轉化率的影響較大，催化劑裝填量的不足也會導致轉化率偏低。目前采用的是VK38 系列催化劑，轉化器一至四段裝填量分別是58，62，65 和85 m3，總裝填系數為225 L/(t·d)，與國內同類產品的裝填系數260～300 L/(t·d)相比，明顯偏低。

3 轉化工序的改進

3.1 改進措施

為了減少積酸和酸泥對換熱器的腐蝕，提高換熱器的換熱面積，提出以下改進措施：

1）新增Ⅲb換熱器。新增l 臺換熱器Ⅲb與原有Ⅲ換熱器（此時稱Ⅲa）串聯使用，作為新的Ⅲ換熱器，可提高轉化工序的操作彈性。由于冷煙氣在Ⅲb換熱器中走殼程，下進上出，為減少干燥塔絲網除沫器堵塞或損壞引起的酸霧波動對換熱器造成的腐蝕，提高換熱器管束的耐腐蝕性，同時兼顧改造成本，在Ⅲb換熱器管束的下半段進行滲鋁處理。

2）新增Ⅳb換熱器。在Ⅳ換熱器前增加1 臺小換熱器Ⅳb，該換熱器全部采用316L 不銹鋼制作，與原有的Ⅳ換熱器（此時稱Ⅳa）串聯使用，作為新的Ⅳ換熱器。為避免冷凝酸在換熱器中累積腐蝕管束，一吸塔出口煙氣在Ⅳb換熱器中走管程，先進入Ⅳb換熱器管程底部，經過換熱后從管程上部出來，再進入Ⅳa換熱器的殼程下口，在Ⅳa換熱器中再次進行換熱。此時煙氣中的酸霧形成的冷凝酸匯集到Ⅳb換熱器的底部，可在檢修時定期排出，避免與管束長期接觸，減少對設備的腐蝕。

3）催化劑裝填量調整。根據轉化器各段的轉化率及換熱面積進行計算，調整催化劑的裝填量。將轉化器各段的催化劑取出進行篩分并回填，在一至四段上部分別添加9，15，18 和31 m3孟莫克XLP110 型新鮮催化劑。重新裝填后，總裝填系數達285 L/(t·d)，確保各段SO2轉化充分。調整后的催化劑裝填量見表2。

表2 調整后的催化劑裝填量

改進后的轉化工序工藝流程見圖2。

圖2 改進后的轉化工序工藝流程

3.2 運行效果

轉化工序改進后，裝置對煙氣中SO2濃度的適應范圍更寬，對各段進口煙氣的溫度調節更方便靈活，換熱器的腐蝕、堵塞等現象明顯減少。轉化器一段進口煙氣溫度達到了設計值425 ℃，轉化率達到了99.80%以上，主要運行技術指標見表3。

表3 改進后轉化工序主要運行技術指標

4 結語

銅冠冶化硫鐵礦制酸系統轉化工序改造后半年以來運行情況良好，系統轉化熱平衡的問題得到徹底解決，裝置對煙氣的適應性明顯增強。工藝指標得到進一步優化，大大減少了尾氣脫硫的耗堿量，節約了成本，提高了資源的利用率，可為同行業處理低品位硫鐵礦提供借鑒。