MECS-S ULFOXTM湿法制酸工艺技术

周 威,王学东,陈晓东,刘 洋

(孟莫克化工成套设备 (上海)有限公司,上海 200120))

MECS-S ULFOXTM湿法制酸工艺技术

周 威,王学东,陈晓东,刘 洋

(孟莫克化工成套设备 (上海)有限公司,上海 200120))

MECS-SULFOXTM工艺是一项高效节能的环保技术,它可以处理含硫废气和 (或)废液,将其中几乎所有的硫资源回收利用,基本原理是将含硫化合物进行湿法催化氧化生成 SO3,最终通过冷凝的方式生成有价值的商品级硫酸。MECS-SULFOXTM的最大亮点是冷凝器 (最核心设备)的独特设计,这种设计保证了其极高的机械强度,克服了同类湿法制酸技术中所出现的冷凝器玻璃管易损坏、维修困难且成本高的大问题。此外,MECS-SULFOXTM装置的酸雾排放量极小,可满足任何苛刻的标准;整个系统采用模块化组合设计,可适应各种不同的进料条件;湿式电除雾器和活性炭床层的加入使得整体硫回收率进一步提高。MECS-SULFOXT M还同时具备工艺流程短、占地面积小、公用工程消耗少、操作弹性大、副产高压蒸汽等基本特点,处理后的尾气排放完全满足并适于将来越来越严格的国家环保标准,真正实现企业循环经济的战略目标。这项工艺可广泛应用于煤气化低温甲醇洗、焦炉炼焦、粘胶纤维、冶炼烟气、天然气净化等工艺产生的含硫尾气处理,以及废硫酸液或硫铵废水的回收再生。

MECS-SULFOXTM;硫回收;酸性废气处理;含硫废液处理;循环经济;二氧化硫排放

1 概述

近年来,随着国家对环保的要求越来越高,降低资源消耗、减少环境污染,加强环境保护,实现经济、社会和环境的协调可持续发展是所有企业发展的目标和方向。其中含硫气体或废液的处理及排放成为了很多工业生产单位头疼的问题,随之相应的硫回收工艺的发展与技术水平直接体现了企业的环保水平的高低。硫回收工艺目前主要有湿法和干法脱硫,干法又分为:传统克劳斯法、亚露点类克劳斯工艺,还原吸收类工艺、直接氧化类克劳斯工艺、富氧克劳斯工艺、和氧化吸收类克劳斯工艺[1];湿法主要有孟莫克MECS-SULFOXTM工艺,鲁奇的低、高温冷凝工艺[2],托普索的WSA工艺[3]等。

早在15年前,MECS与其合作伙伴奥地利 KVT公司合作开发了MECS-SULFOXTM工艺(湿法硫酸工艺)[4],此工艺技术整合了 KVT开发的含硫烟气转化反应器催化氧化制酸技术,及MECS在近 100年来在全球拥有近 1000套硫酸装置的专有技术和经验,使得这项技术可以成功地应用在各种不同的工业领域,在更加经济先进的生产工艺过程中提高硫回收效率,并使之实现资源化、产品化,形成既有社会效益又有经济效益的硫回收应用产业。

MECS-SULFOXTM工艺是湿法硫酸工艺,可以有效的处理各种工况下的含硫气体或废液等化合物。化合物中含有的H2S,CS2,COS和 SO2通过转化反应器催化剂氧化工艺,最终生成 SO3,与工艺气含有的水蒸气形成硫酸蒸汽最后冷凝生成产品硫酸。MECS可根据待处理废气和/或废水的不同性质和组成,设计不同的工艺流程,具有很大的灵活性,与同类湿法工艺相比,最大限度地降低投资和操作成本。

2 MECS-SULFOXTM工艺介绍

如前所述,MECS可根据待处理废气和/或废水的不同特性或气体浓度的不同设计不同的工艺装置,对于高浓度 H2S原料气、低浓度 H2S原料气、SO2原料气和含硫废酸废水的处理,我们有不同的处理工艺。现以含硫废酸废水的处理为例,简要详细MECS-SULFOXTM的工艺流程。

含硫废酸废水原料经过高温裂解炉焚烧后还原为以含 SO2为主的粗原料气,再经过MECS-Dyna-WaveTM动力波洗涤净化除尘后,得到干净的原料气体,然后进入MECS-SULFOX转化反应器催化氧化为 SO3,并最终在冷凝器中冷凝并浓缩,生成高浓度硫酸产品。

典型的MECS-SULFOXTM核心工艺由换热系统和多个催化剂床层的转化反应器组成(催化剂床的层数根据进料酸性气的浓度来确定,多床层需要层间冷却),床层装填 V2O5和贵金属催化剂。含硫化合物的催化氧化是放热反应,其热量在工艺过程中可以通过熔盐换热系统进行回收利用,整个工艺过程不需要外部热源,通常可以向外部输出多余的热量。由于催化剂只有在其活性温度范围内才能最大限度得发挥催化作用,所以低温原料气要先进行预热,其预热温度由原料气的成分和二氧化硫浓度所决定。

在催化剂的作用下,MECS-SULFOX装置化学反应如下:

1 H2S+1.5 O2⇔1 S O2+1 H2O-△H

1 CS2+3 O2⇔2 S O2+1 CO2-△H

1 COS+1.5 O2⇔1 S O2+1 CO2-△H

1 S O2+1/2 O2⇔1 S O3-△H

1 S O3+1 H2O⇔1 H2S O4(g)-△H

1 H2S O4(g)⇔1 H2S O4(l)-△H

图1 MECS-SULFOXTM工艺流程简图

如图1所示MECS-SULFOXTM工艺流程简图,经MECS-Dyna WaveTM动力波洗涤净化的原料气进SULFOX装置的进料温度通常在 35～45°C。第一步,气体预热,使其达到催化剂的入口温度,此温度取决于原料气的组成和浓度。原料气首先在冷凝器内玻璃管换热器的管侧加热,温度加热到 170～200°C;然后,原料气体通过翅片管换热器,利用熔盐从催化氧化反应器出口的高温反应气回收的热量来加热,使原料气达到设计的催化剂入口温度。在开车阶段由于熔盐系统还没有启动,因此需要以燃料气,燃料油或硫磺为燃料的开工加热炉提供初始热量来达到系统正常运行,但对于少数过低 SO2浓度的原料气工况时,即使在运行期间,也需要此加热炉来提供热源保证催化剂入口温度。

原料气中的硫化物,主要为 SO2,在转化催化剂作用下,转化成 SO3,转化过程为放热反应,使反应气温度升高达到 400°C以上。SO3与原料气中带来的水蒸汽结合形成硫酸蒸汽。

在转化反应器下游为一翅片管换热器,翅片管换热器是冷却反应气使其温度降到接近 250°C～265℃。换热系统的换热介质是熔盐,用冷却反应气时回收的热量来预热上述的冷凝塔玻璃管换热器出口的原料气。另外配备熔盐冷却器(同时也作为燃烧空气预热器,预热进入高温焚烧炉的空气)来进一步冷却熔盐,用来控制熔盐系统的温度以满足操作条件的改变。

含有硫酸蒸汽的较高温度的反应气进入冷凝器底部,通过与玻璃管换热器的壳侧大量换热,冷凝为液态硫酸,在冷凝器的下部被收集起来。出口烟气的温度被冷却到 80°C以下,由于稀酸液中水分被高温反应气蒸发带走,塔底冷凝酸浓度达到 97%以上。为了防止腐蚀,冷凝塔整个壳体材料采用特殊的设计。

从冷凝塔顶部排出的尾气,含有冷凝所产生的大量酸雾,这些酸雾需要通过下游的湿式电除雾器捕集。捕集的酸液收集在电除雾器底部,收集的稀酸液从冷凝塔顶部喷入并提浓得到产品浓硫酸。

在电除雾的上部安装有活性炭床层过滤器,利用活性炭来吸收未反应的 SO2并进一步氧化生成SO3,用脱盐水将 SO3从活性炭中洗涤出来形成弱酸液。这些弱酸液收集后喷注到冷凝塔尾气总管(即进入电除雾器之前),这样设计有利于进一步冷却尾气温度和提高电除雾底部稀酸的浓度。

最后,干净的达标气体通过烟囱排放。如果业主对于排空尾气的要求很高,还可以再加入MECS -DynaWaveTM尾吸塔,洗涤后的 SO2排放浓度低于50mg/Nm3。

3 MECS-SULFOXTM技术的应用

3.1 MECS-SULFOXTM技术的工业应用如下

石油炼制 (炼厂气);

天然气加工工艺 (天然气脱硫);

石油化工 (气化工艺,废酸液及废硫酸盐);

钢铁焦化厂 (焦炉气);

粘胶纤维厂;

有色金属冶炼及炉窑煅烧(钼,铅,铂等);

工业废物处理 (气化或焚烧);

其它需处理的含硫废气。

3.2 硫浓度含量要求

和一般的硫酸工艺相比,MECS-SULFOXTM非常适合处理各种浓度的含硫气体,其浓度可以从百分之零点几到很高。附图 2表明了不同硫浓度含量的气体处理工艺的适用范围,由此可以看出MECS -SULFOXTM技术(SO2中间浓度)和MECS-Dyna-WaveTM动力波洗涤技术 (低浓度 SO2)及传统的硫酸工艺技术(高浓度 SO2),在各种含硫化合物的工业应用上可以提供给客户全面的解决方案。

图 2 MECS-SULFOXTM工艺适用的硫浓度范围

3.3 不同应用时的MECS-SULFOXTM工艺设计

下面的方块图包括了MECS-SULFOXTM典型工艺中的四个工艺过程,分别是:

放疗是肿瘤患者常用的治疗方法，肠上皮细胞分裂增殖旺盛，对放射敏感，放射性肠损伤是盆腔和腹腔肿瘤放疗后常见的并发症，接受腹盆腔放疗的患者5%～10%可进展成放射性肠损伤，损伤诱发的消化道临床症状严重影响患者的生活质量，严重者可出现肠坏死、肠穿孔，甚至直接导致死亡的发生［1］。目前临床上对放射性肠损伤尚无有效的防治措施［2］，丁酸钠是一种组蛋白去乙酰化抑制剂，具有抗炎、抗氧化的作用［3］，近年来已有研究显示，丁酸钠对受损的肠黏膜可以发挥保护作用［4］，本研究构建放射性肠损伤大鼠模型，在此基础上观察丁酸钠对放射性肠损伤大鼠模型肠损伤的保护作用。

但是在 SULFOX装置实际设计时,要根据每个具体工业应用的不同,分别采用并组合不同的适合工艺要求的设计。每个过程适用的工况说明如下。

过程 1,适于含硫液体进料和高浓度含 H2S气体进料,以及含有大量有机烃类的尾气;

过程 2,适于含各类粉尘等杂质的气体进料包括焚烧后的烟气净化;

过程 3,是所有工况均包括的过程 (过程 3包括转化反应器,热交换系统,冷凝器,湿式电除雾器,活性炭过滤器);

过程 4,用于要求尾气低浓 SO2排放 (低于 100 ppmv)。

4 MECS-SULFOXTM技术特点

4.1 MECS-SULFOXTM相比其他工艺有以下特点

如果项目所在地拥有硫酸市场,MECS-SULFOXTM制酸工艺和克劳斯硫回收工艺相比有非常低的投资和操作费用,因而更具有优势。

和传统的干法制酸工艺相比,SULFOX工艺流程简单,设备布置紧凑,占地面积更小,公用工程消耗更低,热回收率更高。

对于低浓进料,采用MECS-SULFOXTM工艺和洗涤脱硫工艺相比,没有液态排污,而且可以生产可售产品——硫酸。

4.2 MECS-SULFOXTM相比其他湿法制酸工艺的独特之处

冷凝器采用卧式玻璃短管,机械强度高,保养维护费用低;

确保酸雾排放量极小 (10 ppmv以下),可满足任何苛刻的标准;

活性炭床层过滤,保证 SO2排放量满足各种环保排放要求;

SO2转化率更高 (99.5%以上);

拥有MECS其他工艺技术的整合优势,如采用MECS-DynaWaveTM动力波 -成熟可靠的净化工艺,保证装置长周期运转;

催化剂的无筛分操作寿命长,且筛分损失更低,二次投资小;

模块化组合,可适应不同种类和不同浓度的进料。

5 结论

MECS-SULFOXTM工艺是一项高效节能的环保技术,它不仅可以处理含硫废气,同时还能处理含硫废液或废硫酸液,并将其中几乎所有的硫资源回收利用。

相对于市场上同类湿法制酸技术,MECSSULFOXTM具有更多的技术优势:如冷凝器玻璃管机械强度大、酸雾排放量极小、整体转化率和硫回收率更高;MECS-SULFOXT M还同时具备工艺流程短、占地面积小、公用工程消耗少、操作弹性大、副产高压蒸汽等基本特点。

REFERENCES

[1] 周士义,刘磊,李杰.硫回收工艺研究[J].气体净化 ,2009,9.

[2] 汪家铭.WSA工艺在酸性气硫回收中的应用[J].石油化工技术与经济,2009,2.

[3] 曾宪华,段玉亮.我国第一套WSA制酸装置的设计与运行[J].硫酸工业,2003,(2).

[4] W.Kanzler.S ULFOX湿式氧化工艺[J].硫酸工艺,2003,(5).

Hydro-metallurgical acid generating technology-M ECS-SULFOXTM

ZHOU Wei,WANG Xue-dong,CHEN Xiao-dong,L IU Yang
(MECS Chemical Solutions(Shanghai)CompanyLtd.Shanghai,200120)

MECS-SULFOX?is a high energy saving environmental technologywhich treats sulphur contained waste gas or liquid and recover almost 100%of the sulphur contained.Its basic principle is to oxidize the sulphur and form SO3 which is finally condensed to produce acid.The biggest feature ofMECS-SULFOX?technology is the uniquely designed condenser,which ensures extra -high mechanical strength to avoid easy damage and high maintenance cost.Besides,MECS-SULFOX?has very low acid mist emission and meetswith very requiring standard.The whole system is designed in module integration and allows all types of feeding styles.The wet electrostatic precipitator design and active carbon layer adds up to the sulphur recovery.MECS-SULFOX?is also featured with short process loop,low area required,s mall utilities required,high flexibility,and can produce high pressure steam as a useful by-product.The treated gas afterMECS-SULFOX?canmeet the increasing requiring national standard and help the company realize true sustainable development.This technology can be applied to all type of sulphur containedwaster gas and liquid treatment to recover the sulphur and water.

MECS-SULFOX?;Sulphur recovery;Acid gas treatment;Acid liquid treatment;Sustainable development;Sulphur dioxide

book=50,ebook=99

X7

B

1009-3842(2010)02-0050-04

2010-03-29

周威(1982-),男,四川泸州人,硕士,主要从事高分子材料、仿生学材料研究工作。E-mail:will.zhou@mecsglobal.com