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1、焦化脱硫装置中的硫泡沫用于生产浓硫酸1、问题的提出目前，多数焦化企业采用HPF法脱硫工艺脱去焦炉煤气中 硫化氢和氰化氢，并采用熔硫的方法进行回收处理，回收固体硫 磺。该方法工艺技术成熟可靠，但是熔硫需要消耗较多的热能， 特别是该工艺仅仅回收了硫磺，硫泡沫中大量的副产盐类没有回 收，需要排放较多的废水，产生新的污染源。同时回收的硫磺中 还含有少量的杂质，纯度不高，给综合利用带来不利的影响。因焦化企业回收的硫磺纯度不高，导致企业销售既困难价格 又低，而除去焦炉煤气中的氨通常采用浓硫酸，那么能否将硫泡 沫中的硫进行焚烧制取浓硫酸用于后续的硫铵工序。2、工艺技术方案的选择2.1原料的干燥硫泡沫的干燥通
2、常有气流干燥、喷雾干燥、蒸发干燥等方法， 通过技术比较和工程实验，焦化脱硫制酸选用耙式干燥机作为干 燥设备，具有能源消耗低、物料回收率高的优点。干燥过程中产 生的尾气经过洗涤处理后放空，产生的洗涤水回用于脱硫过程， 不产生新的污染源。2.2焚硫工段以固体硫磺为原料的制酸装置，大多采用固体硫磺的熔融、 液硫喷雾焚烧技术。由于焦化脱硫装置中回收的硫磺中含有大量 的杂质，硫的纯度仅能达到50%左右，如果采用传统的液硫喷雾 焚烧方法，那么需要对硫磺进行提纯处理，不仅会消耗大量的能 源，同时还会产生新的污染物。因此考虑到原料的特殊性，采用 固体硫磺直接焚烧技术生产硫酸。同时，焦化脱硫装置生产规模较小、采
3、用传统的余热回收技 术即设置中压余热锅炉产生的中压蒸汽量太少、附属的设备投资 过大，操作复杂，而且制酸装置需要使用到低压蒸汽，经过综合 比较考虑，设置低压蒸汽发生器回收焚硫过程的高温余热。2.3净化工段传统的硫磺制酸装置以纯净的固体或流体硫磺为原料，焚硫 产生的SO2炉气中杂质含量很有低，只需要对炉气进行过滤等 干法净化处理即可满足工艺要求。焦化脱硫装置回收的硫磺中杂 质含量很多，焚硫产生的SO2炉气中杂质含量高，不能直接进 入转化系统或采用干法处理，需要进行湿法净化处理。常见的湿法炉气净化工艺有水洗流程和酸洗流程，其中水洗 净化工艺生产过程简单、设备投资少，但是会产生大量的废水， 需要配套设
4、置较大的污水处理设施，同时需要消耗大量的新鲜水， 不符合国家的产业政策，硫酸行业技术发展规划要求淘汰水洗净 化工艺。因此焦化脱硫制酸采用酸冼净化工艺流程。成熟的酸洗净化流程主要有以下几种：“动力波洗涤器+洗涤 塔（稀酸板式换热器）+电除雾器”流程、“空塔+填料洗涤塔（稀 酸板式换热器）+电除雾器”流程、“文氏管+泡沫塔+电除雾器”流 程、“文氏管+填料洗涤塔（稀酸板式换热器）+电除雾器”流程、 “空塔+填料洗涤塔（稀酸板式换热器）+间冷器+电除雾器”流程。 考虑到本项目炉气中没有固体杂质、生产规模小、负荷波动大等 特点，经过综合比较，焦化脱硫制酸选用“文氏管+填料洗涤塔（稀 酸板式换热器）+电
5、除雾器”流程。2.4转化工段当前国内硫酸的转化工艺主要分为两类，一类是选用进口催 化剂、采用“3+1”四段转化工艺，第二类是选用国产催化剂、采用 “3+2”五段转化工艺。“3+2”五段转化是国内开发成功的适应于国 产催化剂性能的特殊工艺技术方案，其最终转化率与进口催化剂 的“3+1 ”四段转化相当，为国内新近建设的大型硫酸装置普遍采 用。由于环保要求的提高、硫酸工业污染物排放标准(GB*-2010)要求尾气中SO2的排放浓度降低到400mg/m3 以下，不管是采用进口催化剂还是选用国产催化剂，通过提高转 化率的方法都不能满足这一要求。尽管有报导称使用进口优质催 化剂可以将转化率提高到99.93
6、%以上、工艺尾气中SO2的排放 浓度降低到400mg/m3以下，但是缺乏工程实例支撑。进口催化剂与国产催化剂的性能差异主要表现在起燃温度、 耐热温度、反应活性、以及稳定性等方面，其最终的表现就是催 化剂的装填量有很大差别，一般地来说，进口催化剂的装填系数 为180L/t.d，而国产催化剂需要达到320L/t.d的装填系数才能达 到与进口催化剂同等的转化率。催化剂的装填量是影响转化器结 构设计的主要因素。考虑到焦化脱硫制酸生产规模小、工况变化较大等因素，同 时为方便管理和有利于生产运行操作，经过综合比较，选用国产 催化剂方案。同时考虑到严格的环保要求，设置尾气碱吸收装置 处理工艺尾气，确保排放尾
7、气达到国家标准。尾气吸收所产生的 少量碱性废水，送全厂的污水处理装置统一处理。2.5干吸工段考虑到炉气的干燥效果，采用94%硫酸干燥，98%硫酸两次 吸收，三塔二槽，各自独立的酸循环系统的成熟工艺。其中吸收 采用中高温吸收工艺，与常规吸收工艺相比，能有效减少酸雾的 形成，降低尾气中酸雾的危害，同时可以节省酸冷却器换热面积。 采用阳极保护酸冷却器，传热效率大为提高，占地面积也可大大 减少。3、工艺流程叙述硫酸装置的工艺流程示意见下图各工段工艺过程叙述如下：3.1原料干燥工段脱硫再生塔产生的硫泡沫，经过滤后，将固含量提高到50% 左右，用泵送到制酸装置的原料干燥工段。脱硫工段送来的硫泡沫，通过加料
8、阀控制，分别加入到干燥 机中。通入低摩蒸汽进行间接加热、真空干燥，干燥后的固体物 料，通过集料皮带机、提升皮带机，送到沸腾炉前的贮料斗中。干燥机抽出的蒸汽尾气，经过洗涤塔洗涤后放空。洗涤塔采 用填料塔，塔槽一体化结构，内装大规格的具有自清洗功能的防 污堵填料，具有防堵塞、操作弹性大的优点。洗涤塔中的洗涤液 采用循环洗涤，补充少量的脱盐水，多余的洗涤液回用于脱硫过 程，不排放污水。3.2硫磺焚烧工段炉前贮斗中的固体粉粒状粗硫磺，通过加料皮带机送入到焚 硫炉中，与空气鼓风机来的空气一起沸腾燃烧，产生约1000C。 的高温SO2炉气，经过蒸汽发生器后温度降到340C左右进入净 化工段。焚硫炉采用类似
9、于硫铁矿沸腾炉的结构，通过设置特殊的固 定层作为蓄热和导热物质，维持操作的稳定性和可靠性。设置一、 二次风，以便调节和控制焚硫炉的操作温度。加料皮带采用变频 器调节控制，用氧表测定出口炉气中的剩余氧含量，反馈自动调 节焚硫炉的加料量。设置煤气烧嘴，用于焚硫炉的升温及开车。 设置观察孔，以便观察和监视焚硫炉的操作状态和运行情况。出 焚硫炉的炉气控制SO2含量约为12.0%。蒸汽发生器采用火管式，炉气走管内、除氧水走壳程。设置 汽包用于加水和缓冲蒸汽。蒸汽发生器产生1.25MPa的低压饱 和蒸汽，与全厂的低压蒸汽管网连接，用于硫磺的干燥及其他工 艺过程。3.3净化工段出蒸汽发生器的约340C的炉气
10、首先进入文氏管中，在文氏 管喉部喷入循环稀酸并良好雾化，炉气与雾化的稀酸密切接触， 通过绝热蒸发，使炉气增湿、冷却、降温和初步洗涤净化。文氏 管出口的湿炉气经过气液分离后，进入填料洗涤塔，与塔顶喷淋 的冷却循环稀酸逆流接触、洗涤净化，除去其中的杂质和蒸汽， 然后进入电除雾器中除去酸雾，送去干吸工段。文氏管采用绝热蒸发冷却、稀酸循环洗涤流程，多余的稀酸 从循环泵出口排到脱气塔中，自动吸入空气脱除稀酸中溶解的 SO2后，作为副产品用泵送到焦化装置的硫铵工段综合利用。洗涤塔采用填料塔，塔槽一体化结构，稀酸循环洗涤。循环 泵出口的稀酸通过稀酸板式换热器冷却后，送往塔顶喷淋洗涤炉 气。多余的稀酸串入文氏
11、管循环槽中，保质水量平衡。稀酸板式 换热器采用循环水冷却。电除雾器中排出的少量稀酸串至洗涤塔 的循环槽。脱气塔出口的尾气送到电除雾器进口工艺管道中。为保护净化设备和工艺管道安全，在电除雾器出口管道上设 置了安全水封。3.4干吸工段干吸酸循环吸收系统采用两种酸循环，干燥塔采用 94%H2SO4循环，吸收塔采用98%H2SO4循环。由二台吸收塔酸 冷却器和一台干燥塔酸冷却器组成循环酸冷却系统。酸冷却循环 系统基本设置为：槽T泵T酸冷却器T塔T槽。来自净化工段的炉气，补充适量的空气后，控制进入转化工 段的炉气中SO2含量为8.5%，由底部进气口进入干燥塔，经自 塔顶喷淋的94%浓硫酸吸收炉气中水份，
12、使出塔空气中水份 W0.1g/Nm3,吸收水后的干燥酸自塔底流入干燥塔酸循环槽，用 来自第一吸收塔酸循环泵串酸混合至94%浓度，由干燥塔酸循环 泵送至干燥塔酸冷却器进行冷却，冷却后的浓酸进入干燥塔进行 循环喷淋。来自转化器第三段的气体，经第III换热器降温后进入第一吸 收塔，经自塔顶喷淋的98%浓硫酸吸收炉气中的SO3，吸收后的 酸自塔底流入吸收塔酸循环槽，与第二吸收塔下塔酸混合，由吸 收塔酸循环泵送至吸收塔酸冷却器进行冷却，冷却后的浓酸进入 第一吸收塔进行循环喷淋。来自转化器第五段的气体，经第V换热器降温后进入第二吸 收塔，经自塔顶喷淋的98%浓硫酸吸收炉气中的SO3,吸收后的 酸自塔底流入
13、吸收塔酸循环槽，与第一吸收塔下塔酸混合，由吸 收塔酸循环泵送至吸收塔酸冷却器进行冷却，冷却后的浓酸进入 第二吸收塔进行循环喷淋。吸收酸循环槽设置自动加水器加入工艺水，调节和控制吸收 酸的浓度。多余的循环酸作为产品，从吸收酸冷却器出口排出， 经过电磁流量计计量后，送到主体装置的浓硫酸贮罐贮存。二吸塔出口的工艺尾气进入尾气吸收塔中，用碱液循环吸收 其中的少量SO2和硫酸雾后，由45米烟囱达标排放。碱吸收塔 多余的循环液，排入工厂的污水处理工段集中处理。为了装置开车时加入母酸和方便设备维修，设置了地下酸槽 和酸泵。3.5转化工段经干燥塔干燥并经干燥塔顶金属丝网除雾器除雾后的冷气 体由SO2鼓风机升压
14、后依次进入第III、I换热器加热后，温度 达到420C。进入转化器的第一段进行转化。经反应后炉气温度升 高到约585C进入第I换热器与来自SO2鼓风机的冷气体换热降 温，冷却后的炉气进入转化器第二段催化剂床层进行催化反应， 然后出转化器进入第II换热器降温后进入转化器第三段催化剂 床层进一步反应。从转化器第三段出口的气体，进入第111换热器 管程，温度降至170C后进入第一吸收塔，吸收气体中的SO3, 并经过塔顶的丝网除雾器除去气体中的酸雾后，依次进入第V、 IV、II换热器，气体被加热后进入转化器第四段催化剂床层进行 第二次转化。出第四段床层的气体进入第2换热器冷却到415C 后，进入转化器
15、第五段催化剂层进行反应，五段出口气体经第V 换热器管程与冷炉气进行换热冷却，温度降低到约165C进入第 二吸收塔，吸收气体中的少量SO3,并经过塔顶的除雾器除去其 中的酸雾。出二吸塔的尾气进入尾气吸收塔，用碱液循环吸收其中的少 量SO2和硫酸雾后，由烟囱达标排放。4、主要设备见下表5、成功案例硫泡沫中的硫进行焚烧制取浓硫酸用于后续的硫铵工序的 案例已在萍乡市新安工业有限责任公司总承包、笔者参与设计的 川威集团内江市博威新宇化工有限公司钒资源综合利用脱硫 制酸环保项目年产2万吨硫酸装置中成功得到应用，受到业主 好评。6、结语用焦化脱硫装置中硫泡沫制取浓硫酸，成功解决了焦化企业 采用HPF等湿法脱硫产生的硫磺（或硫膏）难销售、废液难处理 问题。产品为98%的浓硫酸，供硫铵工序用。采用硫泡沫直接进入制酸工艺流程，不采用熔硫釜，节约了 蒸汽能源，避免了熔硫釜不良操作环境和设备易腐蚀缺陷，节约 了检修成本。废水、废气、废渣无外排，解决了脱硫废弃物对环境的二次 污染。
焦化脱硫装置中的硫泡沫用于生产浓硫酸
