WSA制酸工艺总结.doc

WSA制酸工艺总结
苗澍
净化分厂
摘 要：丹麦托普索WSA湿法制酸工艺可以有效地利用各种生产过程中产生的含硫酸性气体直接制酸，得到商品级浓硫酸，具有适用范围广、工艺流程简单、硫回收效率高、操作成本低、经济效益好等特点。介绍了WSA硫回收工艺的原理，生产运行情况及改造措施。
关键字：原理;WSA制酸法;改造措施
唐山佳华公司采用AS脱硫法净化煤气，产生的酸汽、氨汽混合气体首先去生产硫氨，剩余未反应的气体到WSA制酸装置生产浓度98%硫酸，本套装置在2010年2月开始动土施工，于2011年4月底正式投产使用，目前经过几次技术改造已正常稳定运行。
1、工艺原理：
WSA制酸的工艺主要包括：H2S的燃烧、NOX的去除、SO2的氧化、和气态硫酸的冷凝4个阶段，
产酸主要发生下列反应：
H2S+3/2O2=SO2+H2O+518 kJ/mol
SO2+1/2O2=SO3+99 kJ/mol
SO3（气）+H2O（气）=H2SO4（气）+101 kJ/mol
H2SO4（气）=H2SO4（液）+69 kJ/mol
过程气脱氮主要发生以下反应：
NO+1/4O2+NH3 → N2+3/2H2O+97 kJ/mol
NO+NO2+2NH3 → 2N2+3H2O+90 kJ/mol
2、工艺流程：
由硫铵来的酸性气体，首先被送至制酸装置焚烧炉主火嘴，在主火嘴处按化学反应计量比与助燃风机送来的空气及适量煤气充分混合后，975℃~~1025℃的温度下进行焚烧。酸汽中的H2S充分燃烧后，转化为SO2；HCN及少量NH3等转化为N2、CO2和H2O，焚烧后的高温过程汽，经废锅回收热量后，温度由975℃~~1025℃降至400℃左右；回收的热量用于产生约5.85Mpa的过热蒸汽。从废锅出来的过程汽进入SCR反应器。向废锅后的过程汽中连续喷入一定量的稀释氨气作为还原剂，在催化剂的作用下，进行选择性还原分解，将焚烧过程中产生的氮氧化物还原为氮气和水，此处有10℃的温升。从SCR反应器分解出来的过程汽进入SO2 转化器，在SO2 转化器内填充有两层托普索催化剂床层在SO2 转化器过程汽中的SO2 在有水汽存在的条件下被氧气催化氧化为SO3，由于该反应为放热反应，为达到SO2/SO3平衡，在催化剂床层中设有床间冷却器，对转化后的高温气体进行冷却，回收后的热量用于产生过热蒸汽。在SO2 转化器最下段设有过程汽冷却器，将SO2 转化器下层催化床层出来的过程汽冷却至285℃左右，部分SO3水合生成H2SO4（g），从SO2转化器出来的含有SO3和H2SO4（g）的过程汽进入WSA冷凝器，用冷空气对过程汽进行间接冷却，控制WSA冷凝器进口温度在275℃以上（不超过300℃）。SO3和H2SO4（g）气体通过WSA冷凝器冷却，在其底部全部水合成约为98%的浓硫酸从WSA冷凝器顶部排出的尾气同底部排出的冷却后的热空气混合后，经烟囱排入大气。
WSA冷凝器下部冷凝生成的硫酸，流入底部酸收集器，再由酸出口静压流入酸中间槽，经酸中间泵抽出，送至WSA冷却器，冷却至约为40℃后，一部分送回WSA冷凝器底部硫酸出口管线内，对流出的硫酸进行冷却，剩余的硫酸流入硫酸储槽，经酸产品泵送往硫铵工段。
本装置最大特色是WSA冷凝器带有酸雾控制单元，通过酸雾控制单元可向进入WSA冷凝器的过程汽中喷入雾状硅晶，以增加凝结晶核，使酸雾长大，便于酸汽在冷凝器中进行冷凝，减少尾气中酸雾夹带量。
下图为WSA工艺流程简图：

3主要工艺参数：
管理项目
标准值
生产运行参数
废热锅炉出口氧的浓度
＞3 vol. %
＞4 vol. %
硫酸浓度
＞97.0 wt. %
92—97 wt. %
汽包压力
50－65 bar g
54—60 bar g
燃烧炉过程气体温度
975－1025℃
975－1000℃
SCR反应器过程气体进口温度
396－415℃
380－400℃
SO2转化塔过程气体入口温度
396—430℃
380－400℃
SO2转化塔过程气体出口温度
275－290℃
275－290℃
酸冷却器硫酸出口温度
＜50℃
＜50℃
酸雾控制装置核化气体出口温度
280－320℃
280－320℃
酸雾控制装置 硅油温度
＞35℃
＞40℃
WSA 冷凝器干净气体出口温度
95－115℃
95－110℃
如上表可见过程汽实际操作温度均低于设计温度，主要原因是原料酸气设计H2S含量为20%，而实际生产中酸汽H2S含量仅为12%左右且含水较多，热值偏低导致过程汽温度低，但此实际操作温度已达到最低反应温度，可以满足基本生产，所以目前为止一直未按设计温度控制系统。
4、主要物料平衡：
酸气流量
1200-1500m3/h
煤气流量
200-700 m3/h
助燃风量
8000-10000 m3/h
助燃风量
10000-12500 m3/h
低压蒸汽耗量
0.5-1t/h
软水消耗量
2-5 t/h
产中压蒸汽量
1-4t/h
硫酸产量
0.5-0.7t/h
硫酸浓度
95%-97%
尾气含SO2/SO3
＞0.05mg/m3
5、开工和生产中存在的主要问题：
⑴、焚烧炉耐高温砖产生裂纹和耐高温泥浆脱落。
⑵、废热锅炉换热面积大，过程汽温度低温度。
⑶、汽包液位计远传读数与现场不对应。
⑷、硫酸管道易腐蚀腐蚀。
⑸、尾气管道易腐蚀。
⑹、保温冷点对管道的腐蚀。
⑺、风机过滤器效果不好。
⑻、酸雾控制单元煤气压力低，不能满足开车条件。
⑼、酸雾控制单元跳车频繁。
⑽、外排水过多造成能源浪费。
6、问题处理:
⑴针对焚烧炉耐高温砖产生裂纹和耐高温泥浆脱落的问题，在第一次烘炉时严格按照升温曲线烘炉，并在开人孔检查时用吸尘器吸净表面灰尘后，再仔细检查焚烧炉内壁，发现破损要及时反应给专业人员解决。我公司在第一烘炉后发现炉内有泥浆脱落，主要处理措施是重刷耐火泥浆，并要求在日后停产和开工时，严格按照升温曲线操作，拆开焚烧炉人孔后要用苫布将人孔盖严，避免潮湿气体进入炉内。
⑵在首次开工时发现废锅后过程气体温度达不到生产要求，相差50℃左右，经研究分析，原因是废热锅炉换热面积过大，将热量带走过多，处理措施是重新计算换热面积，计算后将部分废锅列管堵死，并扩大废锅旁通，增加过程汽的流通量。
⑶废锅是产生中亚蒸汽的动力源，同时也代表着它的高危险性，如果汽包内无锅炉水，则废锅在1000℃高温的焚烧下会发生爆炸事故。为防止汽包无水而引发事故和解决现场与远传液位不对应的实际情况，经与施工方协商决定在两台一体化液位计的基础上增加一台液位计，目前汽包液位计采用压力补偿远传液位计、温度补偿远传液位计和现场液位计的组合方式，改后正常生产时现场液位与远传液位基本保持一致。
⑷原设计硫酸管道为普通碳钢材质，在生产中发现此管易腐蚀，经研究将此段管道改为内衬聚四氟乙烯钢管。
⑸硫酸尾气主要成分为氮气、氮氧化物、二氧化硫和三氧化硫，如果尾气内三氧化硫较多，很有可能在尾气管道内凝结成硫酸，进而腐蚀该管道。根据此情况，主要措施是酸雾控制单元要按要求开车，酸雾浓度也要控制到位。根据其他WSA用户的经验，建议将该管道改为不锈钢材质。
⑹WSA系统对温度的要求非常严格，如保温效果不好，很可能将过程气管道腐蚀，要求操作工佩戴红外线温度计，巡检时重点检测管道易腐蚀部位温度情况，发现有保温不良的管道，及时补充保温棉。
⑺风机过滤器在本套系统中有着重要的作用，如果过滤效果不好，会污染产品酸、堵塞催化床层，还有可能将固体颗粒吸入风机将WSA冷凝器玻璃管撞碎。为避免此事故发生，要求定期更换清理过滤器，并更换过滤网。
⑻在开工初期，由于煤气源压力过低约40KPa，造成酸雾控制单元不能开车，为了决绝此问题，将通过加装减压阀将煤气源移至高压区域约0.3MPa，经减压后压力降至80KPa左右，满足了酸雾控制单元的开车要求。
⑼本装置酸雾控制单元是最重要的组成部分，它决定尾气的排放是否能达到国家标准，本套装置在生产中易跳车，查找原因是酸雾控制单元内的煤气管过细，阀门小，造成其极易烧红变形，造成设备极易停车，为此需将煤气管通径增大，并定期更换煤气阀门。
⑽本系统原设计将锅炉水、锅炉水冷却水、风机和供水泵的冷却水全部外排，这样造成了水资源的大量浪费，为节约用水，经化验分析这部分水可排到循环冷却水系统补水， 改造完成后每日可节水近40吨左右。
7结语
佳华公司WSA制酸装置作为环保项目经近半年的生产调试和技术改造，目前系统生产运行稳定，尾气排放达到了国家排放标准，有效地解决了公司的环保问题，并能生产浓硫酸，创造了经济效益。