制酸工艺运行优化

黄 维

(攀枝花钢钒有限公司炼铁厂烧结脱硫作业区,四川攀枝花 617000)

制酸工艺运行优化

黄 维

(攀枝花钢钒有限公司炼铁厂烧结脱硫作业区,四川攀枝花 617000)

对炼铁厂烧结脱硫作业区2#制酸系统长期存在的产品酸色度、透明度超标问题进行研究,通过数据核算和实验,确定粉尘含量和酸气温度偏高是存在问题的主要因素,并针对性地增加空气过滤器和酸气冷却器,较好地解决了制酸系统长期存在的问题,同时使制酸的生产和工艺条件得到大幅优化。

色度;酸气温度;空气过滤器;酸气冷却器

1 引言

攀钢2#烧结脱硫配套2#制酸系统于2011年1月27日开始投用,由华西工业气体有限公司总包建设,设计产酸量为10 kt/y,该系统采用一转一吸工艺,硫酸尾气送烧结烟气脱硫装置处理。

2 存在的问题

硫酸作为攀钢湿法烟气脱硫的唯一产品,不仅直接反映脱硫系统的运行效果,同时还是降低脱硫系统的运行成本的重要构成部分。2#制酸系统自投产以来,产品酸受多种原因影响,长期存在色度、透明度偏低的问题,导致产品酸销路无法打开,销售价格偏低。

由于制酸系统本身不会产生产品酸色度改变的产物,因此进入制酸系统的介质,就成为影响产品酸色度的直接因素。进入制酸系统的介质共有两种,分别是空气(O2的来源)和酸气(SO2的来源)。2#制酸周边密集排列多条皮带及相应除尘站,且周边公路上运输煤和矿粉的车辆较多,造成2#制酸区域粉尘含量较高,由此我们确定第一个研究目标—空气粉尘含量。此外,经过对其他湿法脱硫系统进行考察发现,2#脱硫酸气温度较其他系统明显偏高,由此确定酸气温度偏高为第二个研究目标。

2.1 粉尘含量的影响

根据粉尘含量影响硫酸色度这一分析,我们开展了不同粉尘加入量对硫酸色度和透明度的影响实验,实验现象为:加入的粉尘与硫酸无明显反应。加热过程中,150℃前,溶液颜色变化不明显,随着温度的升高,溶液颜色逐渐变深,且随着粉尘加入量的增加,溶液颜色逐渐变深,溶液趋向于黄褐色,可见明显悬浮物,见图1。

实验结论:制酸系统二氧化硫风机抽入空气中携带的粉尘可影响硫酸的色度和透明度。这也应证了粉尘对硫酸质量影响的分析。

图1 不同粉尘加入量对硫酸色度的影响情况

较高的粉尘含量不仅会使制酸系统内产生大量酸泥(见图2),加快设备、管道腐蚀速度,同时酸泥还会导致系统阻力增加。根据作业区统计,2#制酸除沫器的腐蚀情况非常严重,主要原因为除沫器上附着的酸泥较多,导致除沫器腐蚀速度加快,部分腐蚀严重的位置出现穿孔的情况,该位置由于气速加快腐蚀进步一加重,最终除沫器失去除沫作用,之后由于酸沫和部分酸泥会随过程气进入后部管道造成后部管道腐蚀严重,见图3。

图2 2#制酸干燥塔吸收塔内分酸器及顶部填料情况

2.2 酸气温度的影响

2#脱硫系统二级冷凝器由于应力腐蚀和介质腐蚀,加之换热器中存在相变过程,造成二级冷凝器频繁出现泄漏的情况,不仅对脱硫系统稳定运行造成极大影响,同时还由于换热器堵漏,造成换热面积减少,出口酸气温度上升明显,2#脱硫系统设计二级冷凝器出口酸气温度为(40±5)℃,表1中统计了2014年1月的二级冷凝器出口酸气温度明显超标。

图3 2#制酸干燥塔、吸收塔除沫器堵塞和腐蚀情况

表1 2014年1月2#脱硫二级冷凝器出口酸气温度统计

二级冷凝器温度偏高,不仅会造成酸气夹带脱硫剂,造成脱硫剂非正常损耗,同时由于脱硫剂中含碳,也会影响硫酸质量。另外酸气带水量大还会造成干燥塔负荷增加,串酸量加大,进一步影响产品酸的色度、透明度。

为验证制酸系统的设计指标,我们通过公式(1)对进干燥塔过程气含水量进行计算。

式中:G0—干燥塔过程气含水量(kg/m3);

PH2O—在一定温度下的饱和水蒸汽压力(k Pa);

P—大气压力(k Pa);

Pin—干燥塔入口操作压力(k Pa)。

设2#制酸进口酸气温度为40℃,干燥塔入口操作压力为-4 k Pa,攀枝花夏季大气压力88.79 kPa,40℃时水的饱和蒸汽压力7.375 k Pa,可计算出过程气含水量为:

G0=0.069 kg/m3

则进入干燥塔的水量为:

设出干燥塔气体中含水量为0.1 g/m3,则干燥塔出口气体含水量为:

0.1 g/m3×480×60 m3/h÷1000=2.88 kg/h

入塔酸浓度:93%H2SO4,比重:1.797 g/cm3,温度:50℃,酸量:X m3/h,出塔酸浓度:92.5%

干燥塔吸水量=1987-2.88=1984.12 kg/h

由物料平衡得公式(2):

解得X≈200 m3/h,2#制酸系统采用的循环酸泵为200 m3/h,仅能够满足酸气温度40℃生产需要。而受2#脱硫二级冷凝器换热效果影响,进入2#制酸系统的实际酸气温度月平均值达到67℃。因此,酸气温度偏高是影响硫酸质量的一个重要原因。

3 解决方案

3.1 增加空气过滤器

2#制酸系统选择安装ZKL自洁式空气过滤器,采用户外立式安装形式布置在风机房顶,通过DN700的碳钢管道与原过滤器相连接,布置在原过滤器位置前面,见图4。

3.2 增加酸气冷却器

3.2.1 2#制酸酸气冷却器

酸气冷却器布置在二烧制酸风机房顶部,其酸气进口直径DN250、酸气出口直径DN200、冷凝液出口直径DN50;冷凝后的酸气经气液分离器后送制酸干燥塔,冷凝液通过管道送回富液槽待用,冷却器设有酸气旁通管。

图4 2#制酸空气过滤器安装图

冷却器所需冷却水引自公路旁循环水总管(见图5),冷却水进出口管直径为DN200。另为保证冷却效果,夏季需使用生产新水作为冷却水,需接DN200生产新水管一根作为备用冷却水源。

加热融化硫磺用蒸汽管(DN50)需自附近蒸汽总管上引接。

3.2.2 3#脱硫酸气冷却器

酸气冷却器布置在三烧再生塔框架15.9 m层,酸气出一级气液分离器后先经过酸气冷却器降温再外送,见图6。

图5 2#制酸酸气冷却器安装图

图6 3#制酸酸气冷却器安装图

酸气冷却器酸气进口直径DN200、酸气出口直径DN150、冷凝液出口直径DN50;冷凝后的酸气送二烧制酸干燥塔,冷凝液通过管道送回富液槽待用,冷却器设有酸气旁通管。

冷却器所需冷却水引自循环水总管,冷却水进出口管直径为DN150。另为保证冷却效果,夏季需使用生产新水作为冷却水,需接DN150生产新水管一根作为备用冷却水源。

加热融化硫磺用蒸汽管(DN50)需自附近蒸汽总管上引接。

4 改造效果

4.1 进制酸系统粉尘大幅下降

空气过滤器投运后,由攀钢劳研所对过滤器出口空气进行取样分析,分析结果见表2。

自洁式空气过滤器出口空气含尘平均为21 mg/m3,与合同约定值存在一定差异。

项目实施后,在新接空气过滤器出口管道上增加了空气取样点位,根据劳研所测量数据,平均空气工况流量17 470 m3/h,过滤后空气含尘平均为21 mg/m3。

表2 2014年4月到5月2#制酸干燥塔入口空气粉尘含量统计

改造前,原过滤器前后均不具备取样条件,劳研所采用大气“自然降尘”取样法,分析结果为含尘6 mg/m3(该取样方法因是静态取样,空气的最大流速仅有1 m/s)。改造后,劳研所采用GB/T 16157-1996《废气检测分析方法》检测过滤器出口空气含尘平均值21 mg/m3,由于改造前后两种取样方法流速不一致,导致检测结果差异较大。

为保证改造前后含尘的可比性,按同一流速计算过滤器出口空气含尘量。改造后空气过滤出口含尘21 mg/m3,空气流量为17 470 m3/h,空气流速= 17 470/(π×0.4×0.4×3600)=9.65 m/s

含尘量=21×1/9.65=2.18 mg/m3

4.2 进制酸系统酸气温度下降

2#脱硫和3#脱硫酸气冷却器投用后,经过数据收集和对比,可以确定,进入制酸系统酸气温度明显下降,对比结果见表3、表4。

4.3 硫酸外观变化明显

通过近半年的运行,2#制酸系统所产产品硫酸外观已有明显改善,产品外观已由原来的颜色发黑改观为棕色。

2#制酸产品酸外观变化情况见图6。

5 结论

通过采取增加自洁式空气过滤器和2#、3#脱硫增加酸气冷却器,不仅使2#制酸的生产和操作条件得到大幅优化,最重要的是使烧结硫酸质量明显提高,得以在攀钢矿业公司选钛厂、钒制品厂和钛白粉厂都进行了推广应用试验。经过试验验证,烧结硫酸对这三家厂矿的后续产品不会影响产品质量。目前烧结硫酸已部分代替钒制品厂内部硫酸的需求,减少外购硫酸,有效降低公司的生产运行成本。

表3 2#脱硫酸气增加酸气冷却器后温度对比

表4 3#脱硫酸气增加酸气冷却器后温度对比

图6 硫酸外观变化情况

[1] 刘少武,刘东,等.硫酸工作手册[M].南京:东南大学出版社,2001.

[2] (日)硫酸协会编辑委员会编,张铉,等译.硫酸手册[M].北京:化学工业出版社.

[3] 化学工业部化肥司编写,硫酸生产分析规程[M].南京:化学工业出本社,1992.

2#Acid Production Process Operation Optimization

HUANG Wei
(Iron Mill of Panzhihua Steel Vanadium Co.,Ltd.,Panzhihua 617000,Sichuan,China)

In this paper,the overproof problem of product acid chromaticity,transparency from iron sintering desulfurization section 2#acid system in the long term is studied,through the calculation and experimental data,determine the main factors of high temperature dust content and acid,and the increase of the air filter and acid gas cooler,the better to solve the problems existing in the long-term acid system,at the same time make the acid production and process conditions optimization by a wide margin.

chroma,acid temperature,air filter,acid gas cooler

TQ111.1

A

1001-5108(2017)01-0053-03

黄维,煤化工工程师,主要从事煤气脱硫、烧结烟气脱硫、干湿法制酸等方面的工艺及管理工作。