二轉(zhuǎn)二吸制酸工藝技術(shù)應(yīng)用與安全性分析

摘" " " 要：對常見的制酸工藝進(jìn)行對比探討，選取某化工廠為實例，對采用的二轉(zhuǎn)二吸制酸工藝、設(shè)備進(jìn)行介紹，并對此種工藝的安全性進(jìn)行分析。結(jié)果表明：二轉(zhuǎn)二吸制酸工藝SO2轉(zhuǎn)化率高達(dá)99.99%以上，高效節(jié)能；工藝操作簡單，系統(tǒng)穩(wěn)定性高，能夠?qū)崿F(xiàn)長期連續(xù)運行；生產(chǎn)的硫酸產(chǎn)品具有高純度、高濃度、低雜質(zhì)含量和穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)；工藝中避免了硫磺粉塵帶來的爆炸性風(fēng)險，提高了生產(chǎn)安全性；此外，此種工藝廢氣排放中SO2、酸霧和NOx等污染物濃度都可控制在符合國家排放標(biāo)準(zhǔn)的范圍內(nèi)，有利于環(huán)境保護(hù)。

關(guān)" 鍵" 詞：制酸；SO2；轉(zhuǎn)化率；二轉(zhuǎn)二吸；安全

中圖分類號：TQ111" " "文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A" " "文章編號： 1004-0935（2024）04-0575-04

硫酸廣泛應(yīng)用于紡織、石油、冶金、醫(yī)藥、輕工、國防等眾多領(lǐng)域[1]，在紡織行業(yè)硫酸常被用作固色劑、媒染劑和酸性媒介，在石油行業(yè)硫酸常被用作催化劑和處理含硫污染物，在冶金行業(yè)硫酸常被用作金屬提取和金屬表面處理，在醫(yī)藥行業(yè)硫酸常被用作原料、催化劑或中間體，在輕工業(yè)硫酸常被用作皮革的鞣制過程，此外，國防領(lǐng)域硫酸常被用于制備爆炸物、火藥等。

國內(nèi)許多鋼鐵、電力、化工等行業(yè)在工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量含硫廢液，通過脫硫廢液制酸技術(shù)，將廢液中的硫元素轉(zhuǎn)化為硫酸，用于生產(chǎn)其他化工產(chǎn)品或者其他工業(yè)用途，對于資源節(jié)約和環(huán)境保護(hù)都有積極意義[2]。

1 硫酸生產(chǎn)工藝技術(shù)

1.1" Cansolv SO2循環(huán)工藝

Cansolv SO2循環(huán)工藝[3]使用特殊的吸收劑吸收SO2氣體，在脫附器內(nèi)通過升溫或降壓等方式將SO2從吸收劑中脫附出來。脫附出的SO2氣體經(jīng)過冷卻、壓縮等處理，轉(zhuǎn)化為液體SO2。脫附出的吸收劑進(jìn)行再生，去除SO2使其恢復(fù)活性，再生過程通入空氣或氧化劑，將吸收劑中的SO2氧化為SO3或硫酸，再生后的吸收劑循環(huán)使用，最終SO2排放濃度低于50 mg/m3。

1.2" Regesox工藝

Regesox工藝[3]中廢氣首先通過吸收器，與特殊的吸收劑接觸，SO2與吸收劑反應(yīng)，形成硫酸。飽和的吸收劑進(jìn)入再生器，通過加熱和空氣或氧氣的通入，將硫酸轉(zhuǎn)化為SO2氣體和再生后的吸收劑，SO2氣體被收集和回收，而再生后的吸收劑則投入吸收階段循環(huán)使用。SO2氣體通過冷凝和水洗等過程被轉(zhuǎn)化為液態(tài)硫酸，SO2去除率達(dá)到90%以上。

1.3" SAPNE工藝

塔式法可實現(xiàn)較高的SO2轉(zhuǎn)化率（通常為99.99％），而接觸法則可以產(chǎn)生高濃度的酸產(chǎn)品（例如硫酸濃度達(dá)到98％）。為了充分利用兩種方法的優(yōu)點，SAPNE工藝將古老的塔式法與現(xiàn)代的接觸法結(jié)合，使得大部分SO2都得到轉(zhuǎn)化。然后，將產(chǎn)生的SO3與適量的水蒸氣進(jìn)行接觸反應(yīng)，生成高濃度的硫酸[3]。

1.4" 二轉(zhuǎn)二吸工藝

二轉(zhuǎn)二吸[4]制酸工藝是傳統(tǒng)硫酸生產(chǎn)工藝的一種改進(jìn)版。硫磺或硫化合物氧化為SO2，生成的SO2氣體冷卻后送入第一吸收器，SO2與濃硫酸溶液接觸，生成稀硫酸。經(jīng)催化劑加速向SO3轉(zhuǎn)化，在第二吸收器中，SO3與濃硫酸溶液接觸，生成濃硫酸。

由于SO2和SO3的吸收過程中使用濃硫酸溶液，濃硫酸在整個工藝中起到催化劑的作用，進(jìn)一步提高硫酸制造的效率，SO2轉(zhuǎn)化率高達(dá)99.99%以上[3]。

2" 二轉(zhuǎn)二吸制酸工藝技術(shù)應(yīng)用

國內(nèi)某化工廠新建制酸裝置1套，原料為低純硫磺及脫硫副鹽廢液[5]，采用二轉(zhuǎn)二吸制酸工藝技術(shù)。

2.1" 工藝流程

2.1.1" 預(yù)處理工序

硫泡沫液從一回收和三回收脫硫單元的硫泡沫槽中產(chǎn)生，經(jīng)過固液分離，將分離后的濾液導(dǎo)入濾液槽。漿液貯槽中的原料硫漿與來自粗鹽溶解槽的高濃度混鹽溶液進(jìn)一步強(qiáng)制混合均勻，然后通過泵送入焚燒工序進(jìn)行焚燒。

濃縮塔排出的蒸汽進(jìn)入凝縮塔進(jìn)行冷凝，冷凝液及離心機(jī)分離出的脫硫清液被送回脫硫單元進(jìn)行循環(huán)使用。凝縮塔排出的不凝性氣體被送入一回收車間冷凝鼓風(fēng)系統(tǒng)附近的廢氣回收系統(tǒng)進(jìn)行處理。

2.1.2" 焚燒工序

原料硫漿通過霧化噴嘴利用工藝壓縮空氣進(jìn)行霧化，然后進(jìn)入焚燒爐。在約1 150 ℃的高溫條件下，經(jīng)過兩段控制焚燒過程，原料硫漿中的單質(zhì)硫以及含硫副鹽中的硫元素將被轉(zhuǎn)化為SO2氣體，并產(chǎn)生少量的SO3。

焚燒爐出來的高溫SO2過程氣進(jìn)入廢熱鍋爐，利用其中的高溫余熱進(jìn)行回收利用，產(chǎn)生飽和蒸汽，其壓力約為4.3 MPa。蒸汽一部分用于加熱進(jìn)焚燒爐燃燒用的富氧空氣，其余部分在經(jīng)過減壓后送至低壓蒸汽管網(wǎng)供應(yīng)其他用途。

2.1.3" 凈化工序

過程氣首先進(jìn)入增濕塔，在動力波洗滌器逆噴管內(nèi)，過程氣和稀硫酸進(jìn)行逆流接觸，絕熱增濕，將溫度提高到飽和溫度約為85 ℃。然后過程氣進(jìn)入填料冷卻塔，進(jìn)行冷卻。

通過與從上方淋灑下來的循環(huán)酸進(jìn)行逆流接觸，溫度被有效降低到在45～60 ℃之間，然后引入洗凈塔。冷凝下來的稀硫酸自流至增濕塔，保持液位平衡。

過程氣在洗凈塔內(nèi)降溫至40～45 ℃，同時脫除殘余的不溶性顆粒塵及部分酸霧。冷凝下來的稀硫酸自流至冷卻塔，保持液位平衡。

2.1.4" 干吸工序

采用94%硫酸循環(huán)噴淋方法，硫酸噴淋后被水稀釋，將硫酸的濃度降至93.5%，酸液從塔底自動流入干燥酸循環(huán)槽。采用98%硫酸補充循環(huán)酸濃度，循環(huán)酸經(jīng)干燥循環(huán)泵加壓后送至干燥塔冷卻，被冷卻后的循環(huán)酸再次被循環(huán)噴灑使用。

經(jīng)過一次轉(zhuǎn)化的過程氣，在溫度約180 ℃條件下，在第一吸收塔內(nèi)與從塔頂噴淋下來的吸收酸逆流接觸，去除過程氣中的SO3。之后通過塔頂纖維除霧器，過程氣被進(jìn)一步凈化，去除霧滴顆粒，再返回轉(zhuǎn)化系統(tǒng)進(jìn)行二次轉(zhuǎn)化。經(jīng)過二次轉(zhuǎn)化后，過程氣溫度降低至160 ℃，在第二吸收塔內(nèi)再次與從塔頂噴淋下來的吸收酸逆流接觸，進(jìn)一步去除過程氣中剩余的SO3。再經(jīng)塔頂?shù)睦w維除霧器除霧處理，送入尾吸工序。

2.1.5" 轉(zhuǎn)化工序

SO2過程氣經(jīng)過SO2鼓風(fēng)機(jī)加壓后，依次經(jīng)過第Ⅲ、第I換熱器，與從SO2轉(zhuǎn)化器Ⅲ段和I段催化劑床出來的高溫轉(zhuǎn)化氣進(jìn)行換熱，降溫至約420 ℃，然后進(jìn)入SO2轉(zhuǎn)化器Ⅰ段催化劑床。在催化劑的作用下，SO2與O2反應(yīng)被催化氧化為SO3。

從Ⅰ段催化劑床出來的高溫轉(zhuǎn)化氣經(jīng)第Ⅰ換熱器與低溫SO2工藝氣換熱降溫后，進(jìn)入Ⅱ段催化劑床進(jìn)行繼續(xù)轉(zhuǎn)化。然后經(jīng)第Ⅱ換熱器換熱降溫后，進(jìn)入Ⅲ段催化劑床，完成SO2一次轉(zhuǎn)化階段的最后催化氧化過程。

經(jīng)過Ⅲ段催化劑床后的工藝氣經(jīng)第Ⅲ換熱器與來自SO2鼓風(fēng)機(jī)的低溫SO2工藝氣進(jìn)行換熱降溫后，進(jìn)入吸收工序的第一吸收塔。

從第一吸收塔出來的低溫SO2工藝氣經(jīng)過第Ⅳ、第Ⅱ換熱器，與從SO2轉(zhuǎn)化器Ⅳ段和Ⅱ段催化床層出來的高溫轉(zhuǎn)化氣進(jìn)行換熱，然后進(jìn)入SO2轉(zhuǎn)化器Ⅳ段催化劑床進(jìn)行SO2的二次轉(zhuǎn)化。

SO2（g）+ ?O2（g）→SO3（g）+ 100.32 kJ /mol。

2.1.6" 尾吸工序

尾氣首先進(jìn)入尾氣洗凈塔，采用蒸氨廢水作為吸收劑，捕集尾氣中微量的SO2、NOX和硫酸霧。處理過的尾氣被引導(dǎo)至電除霧器，進(jìn)一步捕集尾氣中攜帶的酸霧成分。最終處理過的尾氣通過煙囪排放到大氣中[6]。

2.2" 工藝設(shè)備

設(shè)備材質(zhì)需考慮在特定工藝條件下的耐腐蝕性、耐高溫性以及機(jī)械強(qiáng)度等要求，以確保生產(chǎn)過程的安全穩(wěn)定。采用的主要設(shè)備，見表1。

2.3" 產(chǎn)品指標(biāo)

某化工廠的硫酸生產(chǎn)裝置，經(jīng)過精心優(yōu)化和嚴(yán)格控制的生產(chǎn)工藝，每一批硫酸產(chǎn)品都保持著出色的一致性和可靠性，具有高純度、高濃度、低雜質(zhì)含量，符合國標(biāo)GB/T 534—2014中一等品的指標(biāo)。產(chǎn)品指標(biāo)[7]，見表2。

3" 二轉(zhuǎn)二吸制酸工藝技術(shù)安全性分析

為了降低尾氣中有害物質(zhì)的排放，國內(nèi)焦化企業(yè)紛紛引進(jìn)國外的焦?fàn)t煤氣脫硫脫氰及低純硫磺和脫硫副鹽廢液焚燒制酸工藝技術(shù)。然而，國外引進(jìn)的制酸工藝采用的是“空氣燃燒、一轉(zhuǎn)一吸”技術(shù)，盡管可以實現(xiàn)較高的二氧化硫（SO2）轉(zhuǎn)化率，但仍然存在一定的局限性，其最終SO2轉(zhuǎn)化率僅能達(dá)到97%左右。為了解決這一問題，某化工廠采取的改進(jìn)工藝技術(shù)，采用“富氧燃燒、二轉(zhuǎn)二吸”制酸工藝[8]，SO2的最終轉(zhuǎn)化率可以提高到99.9%以上，這意味著尾氣中僅有非常微量的SO2殘留，大大降低了對環(huán)境的影響。

此外，相比國內(nèi)采用將硫膏和脫硫副鹽廢液全部濃縮干燥為干粉進(jìn)料制酸工藝，某化工廠采用濃縮后的脫硫廢液與低純硫磺強(qiáng)制混合均勻后的液-固兩相混合物作為進(jìn)料。這種創(chuàng)新方法從本質(zhì)上消除了硫磺粉塵所帶來的爆炸安全隱患。在原料漿液進(jìn)入焚燒爐后，經(jīng)過空氣霧化，確保硫磺及含硫副鹽的充分燃燒和分解，保障了制酸單元長期連續(xù)的安全穩(wěn)定運行。相比于干燥硫磺粉的方法，此種工藝避免了硫磺粉塵在輸送過程中形成爆炸性危險，并保證硫磺充分燃燒，避免了后續(xù)設(shè)備的堵塞和制酸工藝的連續(xù)穩(wěn)定運行。

4" 結(jié) 論

通過對制酸工藝技術(shù)對比分析，并以某化工廠為實例，對二轉(zhuǎn)二吸制酸工藝技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行介紹，并對工藝技術(shù)的安全性進(jìn)行分析，得出如下結(jié)論：

1）采用二次轉(zhuǎn)化和吸收，使得SO2轉(zhuǎn)化率高達(dá)99.99%以上，高效節(jié)能。

2）工藝操作簡單，系統(tǒng)穩(wěn)定性高，能夠?qū)崿F(xiàn)長期連續(xù)運行，降低了維護(hù)成本。

3）通過將濃縮后的脫硫廢液與低品質(zhì)硫膏混合制成硫漿作為原料，實現(xiàn)了對廢液和低純硫膏的綜合利用，提高了資源利用效率。

4）由于二次轉(zhuǎn)化和吸收過程的高效性，生產(chǎn)的硫酸產(chǎn)品具有高純度、高濃度、低雜質(zhì)含量和穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)，產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)良。

5）工藝中避免了硫磺粉塵帶來的爆炸性風(fēng)險，提高了生產(chǎn)的安全性。另外，廢氣排放中SO2、酸霧和NOx等污染物濃度都可控制在符合國家排放標(biāo)準(zhǔn)的范圍內(nèi)，有利于環(huán)境保護(hù)[9-10]。

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Application and Safety Analysis of Double-conversion Double-absorption Acid Production Process

WU Qiuhua1， PAN Taixing2

（1. Shenyang Petrochemical Design Institute Co.， Ltd.， Shenyang Liaoning 110043， China;

2. Liaoning Provincial Inspection and Testing Certification Center，

Liaoning Provincial Academy of Safety Sciences， Shenyang Liaoning 110004， China）

Abstract： Common acidic processes were discussed， selecting a chemical factory as an example， double-conversion double-absorption acid production process and equipment were introduced， and the safety of this process was analyzed. The results showed that， the conversion rate of SO2 in the double-conversion double-absorption acid production process was as high as 99.99%， and the process had high efficiency energy saving，simple process operation， high system stability， could achieve long-term continuous operation and produce sulfuric acid products with high purity， high concentration， low impurities content and stable chemical properties. The process avoided the explosive risks brought by sulfur dust， and improved production safety. In addition， the concentration of pollutants such as SO2， sour mist， and NOx in the waste gas could be controlled in compliance with national emission standards， being conducive to environmental protection.

Key words： Acid production; Sulfur dioxide; Conversion rate; Double-conversion double-absorption; Safety