WSA湿法硫酸装置硫酸酸雾居高不下的原因分析及处理措施

第43卷第2期2014年2月Vol.43No.2Feb.2014化工技术与开发Technology&DevelopmentofChemicalIndustryWSA湿法硫酸装置硫酸酸雾居高不下的原因分析及处理措施孟国勋，温丽娟(中煤龙化哈尔滨煤化工有限公司技术部，黑龙江哈尔滨154854)摘要：以中煤龙化哈尔滨煤化工有限公司WSA湿法硫酸装置为例，从设备故障、原料气变化、操作不当等3个方面系统分析该装置硫酸酸雾超出设定范围，甚至是硫酸酸雾居高不下的产生原因，并依靠实际操作经验，提出具体的处理措施。关键词：WSA；湿法硫酸；硫酸酸雾中图分类号：TQ111.1文献标识码：B文章编号：1671-9905(2014)02-0059-02作者简介：孟国勋(1985-)，男，助理工程师，现任中煤龙化哈尔滨煤化工有限公司技术部工艺科工艺助理。电话：[phone]，E-mail：[e-mail]收稿日期：2013-11-20中煤龙化哈尔滨煤化工有限公司（原哈尔滨气化厂）是以依兰长焰块煤为原料，采用鲁奇炉、原民主德国PKM加压气化技术制取粗煤气；粗煤气经部分低温一氧化碳变换、低温甲醇洗处理，得到净煤气；净煤气采用低温低压催化剂合成甲醇；甲醇合成弛放气采用膜分离法回收氢，回收的氢气返回甲醇合成装置，膜分离尾气经中、低温一氧化碳变换、MDEA脱碳、压缩机压缩后去天然气管网或作为汽车用燃料。低温甲醇洗分离出来的富含硫化氢的酸气通过WSA湿法硫酸装置进行回收，以解决环境污染问题和提高企业经济效益。公司WSA湿法硫酸装置于2010年7月29日调试完成，一次试车点火成功，试运行及运行期间，各项指标都达到设计值，其中SO2的排放量最高为262.84mg·Nm-3，低于设计值437mg·Nm-3，远低于国家规定的最高960mg·Nm-3。但是，由于设备故障、原料气变化、操作不当等原因，该装置的硫酸酸雾超出设定范围而持续上升，居高不下，给安全生产带来了不利因素，更使企业经济效益受到损失。1　WSA工艺简介WSA工艺是丹麦托普索公司20世纪80年代中期开发的湿法制酸工艺(缩写为WSA[1])，是一种能有效脱除各种废气中硫并将其转换成工业产品浓硫酸的工艺。该工艺硫脱除率为95%~99.7%，能满足国内的环保排放要求，对酸性气体浓度没有要求，产品浓硫酸的浓度可在93%~98%之间调节，操作弹性为25%~100%，负荷低于25%时需加燃料气（事实上当硫浓度和烃类浓度太低时也要加燃料气）[2]。WSA工艺所用催化剂是一种以硅藻土为载体，以V2O5为活性组分，同时还浸渍硫酸钠、硫酸钾等组分的VK型催化剂（黄褐色多楞拉西环，Φ10~12mm，ρ=350~370kg·m-3，空速V1000h-1），起始活性温度为370~380℃，一般反应温度为470℃，最高耐热温度为650℃，催化剂的主要中毒物为砷，HF也有影响[3]。2装置酸雾居高不下的原因分析及处理措施2.1原因分析由于设备故障、原料气变化、操作不当等原因，WSA湿法硫酸装置硫酸酸雾会超出设定范围而持续上升，居高不下，给安全生产带来了不利因素，更使企业经济效益受到损失。2.1.1设备故障WSA冷凝器是一个降膜式冷凝器，由多组并联的玻璃管组成，玻璃管配有螺旋线和除雾器[4]。如果该冷凝器的玻璃管破损，或者该冷凝器的底部衬里腐蚀，或者该冷凝器的顶部除沫器腐蚀，都会发生酸雾居高不下的状况。2.1.2原料气变化WSA湿法硫酸工艺原料气及其组分设计见表1。如果原料气的流量、温度、压力及其组分发生变化时，反应温度、工艺气组分及整个系统必然也会受到影响，也会发生酸雾居高不下的状况。60化工技术与开发第43卷表1　装置原料气及其组分设计原料气流量/Nm3·h-1859温度/℃25压力/MPa(a)0.3组成/vol％H2S25.5CO244.4N215CnHm15.12.1.3操作不当我公司WSA湿法硫酸装置于2010年7月29日调试完成，一次试车点火成功。由于该装置为新建装置，操作工的操作经验相对较少，对系统的理解深度有限，对系统的微量变化预判不是很准，也会造成这种状况的发生。2.2处理措施针对上述分析原因，分别采取有效措施，以解决WSA湿法硫酸装置硫酸酸雾超出设定范围而持续上升，居高不下这种状况。2.2.1设备故障从WSA冷凝器各处人孔进行检查，先检查玻璃管是否破损，再观察底部衬里和顶部除沫器是否有腐蚀迹象，一旦出现异常情况，则必须立即停车处理。2.2.2原料气变化首先，通过调度通知低温甲醇洗工段，保证原料气稳定，组分正常，不发生大幅度波动；其次，要密切关注系统的状态，包括流量、温度、压力、压差等，使其控制在正常范围内，保证燃烧充分和反应尽可能地完全。2.2.3操作不当WSA湿法硫酸装置出现硫酸酸雾是该装置的过渡过程，硫酸酸雾的性质非常不稳定，属于过渡态产物。通过采取适当的操作措施可以降低，甚至可以解决这种状况。(1)检查WSA湿法硫酸装置的酸雾控制器，保证其运行正常。以我公司WSA湿法硫酸装置为例，酸雾控制器温度控制在300~320℃，硅树脂油转子流量计控制在8%~12%，否则起不到结晶晶核的作用。(2)保证燃烧炉燃烧充分的同时，适量增加助燃空气量，保证后续的SO2转化反应在过氧的气氛中进行，使其反应尽可能地完全。以我公司装置为例，燃烧炉温度控制在1000~1100℃，过氧系数控制在9%~12%，保证系统的过氧量。(3)保证SO2转化器入口温度的同时，送入适量输出蒸汽至工艺气体中，保证系统水分充足。以我公司装置为例，SO2转化器入口温度控制在400~430℃，输出蒸汽送入量控制在8%~10%，否则既影响硫酸产品质量，又起不到控制酸雾的作用。(4)保证WSA冷凝器管程和壳程压差不小于设计要求的最低压差的同时，适量减小其压差，使更多的工艺气体进入WSA冷凝器管程，以便于硫酸酸雾凝结到一定程度能够分离（WSA冷凝器管程走工艺气体，压力低；壳程走冷却空气，压力高）。以我公司装置为例，WSA冷凝器管程和壳程压差控制在0.3~0.35kPa，否则很容易损坏WSA冷凝器里面的耐酸耐热玻璃管。(5)保证WSA冷凝器工艺气出口温度不低于设计要求的同时，增大其冷却风量，保证其冷凝效果。以我公司装置为例，WSA冷凝器工艺气出口温度控制在80~90℃，充分带走硫酸冷凝所产生的反应热，保证其冷凝效果。3结论WSA湿法硫酸装置出现硫酸酸雾是该装置的过渡过程，硫酸酸雾的性质非常不稳定，属于过渡态产物。WSA湿法硫酸装置出现硫酸酸雾，首先应该检查设备，排除设备故障；其次密切注意原料气变化，及时调整系统的状态，使其控制在正常范围内，保证燃烧充分和反应尽可能地完全。排除设备故障和原料气变化等外部因素后，还要依靠实际操作经验，采取适当的操作措施，这样才能降低，进而解决硫酸酸雾超出设定范围而持续上升，居高不下这种状况。参考文献：[1]汪家铭.WSA湿法硫酸工艺流程及应用前景[J].化工管理，2008(12)：71-75.[2]程建平，邢燕.TOPSOE湿法硫酸工艺[J].硫磷设计与粉体工程，1999(2)：6-8.[3]JensKristenLaursen，雷吉虎.含硫化氢酸性气体处理的托普索WSA(湿法硫酸)工艺[C].2010年中国新型煤化工发展及示范项目进展论坛文集.[4]汪家铭.WSA湿法硫酸工艺流程及应用前景[J].化工管理，2008(12)：71-75.CauseAnalysisandTreatmentMeasuresofHighSulphuricAcidMistinWSAWetGasSulphuricAcidUnitMENGGuo-xun,WENLi-juan(HarbinCoalChemicalindustryCo.,Ltd.,ChinaCoal,Harbin154854,China)