发烟硫酸外逸三氧化硫的回收及处理

袁俊智，王新民，李昆洋，吴稳柱，董立伟

（包头华鼎铜业发展有限公司，内蒙古包头014010）

包头华鼎铜业发展有限公司（以下简称华鼎铜业）于2019年建成1套w(H2SO4)104.5%（游离SO3质量分数20%）、150 kt/a发烟硫酸生产线。装置建成后一次试车成功，达标达产。但生产现场、销售发烟硫酸灌装槽车现场会有外逸的SO3，SO3气体会与大气中的水蒸气结合，形成非常细小的酸滴，继而形成硫酸雾，严重污染环境[1-3]。

1 发烟硫酸生产工艺及白雾产生原因

华鼎铜业生产游离SO3质量分数为20%～21%的发烟硫酸，即w(H2SO4)104.5%或w(H2SO4)105.5%硫酸。其生产工艺为：将w(H2SO4)98%硫酸输送到循环槽，由循环槽打入烟酸塔吸收SO3，酸浓度达标后转入中间槽储存，调配浓度，再转运至高位槽或烟酸储罐，由地下槽泵或成品酸储罐送入计量槽灌装外售。

发烟硫酸极易挥发，由于灌装发运时不能完全密封，因而会出现白雾。加上生产现场管线交错复杂，连接管口和管线接口多，酸循环槽和酸冷却器共3台循环酸泵有40多个泄漏点，泄漏最严重的是2台循环酸泵顺着轴串烟泄漏。输酸管线共计250 m，输送过程的法兰连接处泄漏、管堵塞泄漏，成品发烟硫酸装车现场未设计SO3外逸收集处理装置，造成装车现场SO3外逸，污染环境。为此，华鼎铜业决定采取措施，切断污染源，保证生产销售正常进行。

2 处理方案

2.1 生产现场SO3收集处理

经现场检查测试，输送发烟硫酸管线连接处存在泄漏点，改用硬聚四氟乙烯垫片更换法兰，垫片上缠生料带安装回原位，拧紧螺栓便无泄漏。循环酸泵和产品输运泵沿转轴泄漏烟气，加密封环密封住静动连接点，供应商可提供密封环烟酸泵，也可就地加工安装。随酸量增加烟酸循环槽与调浓中间槽SO3量和气压均有变化，需将两槽SO3烟气引流回收，从而解决生产现场SO3外逸问题。循环槽规格为φ2 950 mm×6 600 mm，中间槽规格为φ3 000 mm×6 000 mm，SO3挥发面积达31 m2，经测算，挥发量约15 m3/h。

华鼎铜业考虑以下3种处理方法：

1）方案一：采用w(H2SO4)93%硫酸吸收后排空。配吸收塔及除雾器，以不污染生产现场为标准，处理后尾气现场排空。

2）方案二：将烟酸中的SO3强制封堵在发烟硫酸循环槽与发烟硫酸浓度调配中间槽内，安装全自控监视压力表。超压时自动排气减压去主系统一吸塔。维修设备时抽出槽内SO3气体去地下酸槽洗涤回收，气体去脱硫尾气处理后，达到国家排放指标要求再排空。

3）方案三：发烟硫酸循环槽与发烟硫酸浓度调配中间槽加装接口，安装监视压力表和调节阀门，并接1根DN150管进一吸塔，使烟酸循环槽、烟酸浓度调配槽与进一吸塔的气管线压力均等，当烟酸循环槽与烟酸浓度调配槽内SO3超压时，SO3气体自然向一吸塔内流动。

经比较，华鼎铜业认为第三种方案投资少，发烟硫酸循环槽与发烟硫酸浓度调配中间槽内SO3可全部回收，污染环境问题得以根治。但其缺点是：发烟硫酸循环槽、发烟硫酸浓度调配中间槽与进一吸塔输气管线等压，SO3烟气进一吸塔靠等压状态下气流带动，当生产系统异常或临时停车时，发烟硫酸循环槽与发烟硫酸浓度调配中间槽内的SO3流向一吸塔吸收后进入脱硫系统，增加脱硫系统处理负荷。经试验，发烟硫酸循环槽、发烟硫酸浓度调配中间槽的SO3气量非常少，对脱硫系统造成影响很小。且该方法投资省，能彻底回收SO3，实用性强。

发烟硫酸生产工艺流程图1。

图1 发烟硫酸生产工艺流程

2.2 装车销售发烟硫酸现场SO3的回收处理

发烟硫酸装车时将放酸管插入槽车里，再开阀门放酸，放酸过程若超过1 h，从放酸管和槽车储罐里外逸的SO3就挥发到空气中，吸收空气里的水分结成白雾，污染环境。

华鼎铜业考虑采取以下处理方法：

1）放酸管增加自动式带盖卡扣，使放酸管与运酸槽车不泄漏。该方法在拆取放酸管盖卡扣时会有大量SO3外逸。放酸工手动取盖卡扣时间长，有安全风险，而且不能解决其他SO3外逸点。

2）负压收集处理法。①现场收集SO3处理后尾气除雾排空；②现场处理SO3后尾气进入脱硫系统或制酸净化系统。

装车现场外逸的SO3吸收空气中的水分形成酸雾，酸雾不能被w(H2SO4)98%硫酸或w(H2SO4)93%硫酸吸收，即使在吸收塔出口处设置除雾器也不能保证达标排放，因而吸收处理SO3后尾气进入脱硫系统或净化系统较为稳妥。

尾气是进入净化系统还是进入脱硫系统，需确认处理气体走向，进脱硫系统的制酸尾气有18 kPa余压，装车现场处理SO3风机等设备阻力约 5.6 kPa，总阻力约 24 kPa，选用压头大于 24 kPa 的风机，尾气才能进入脱硫系统，该方案的电耗将从3.5元/h增加到17.5元/h，不经济。若尾气进入制酸的净化系统，净化系统内呈负压，这时可采用SO2风机，选择风机时只需考虑克服装酸现场设备阻力即可。

经分析，华鼎铜业决定装车外逸SO3收集与处理方案中采用收集处理后尾气送制酸净化系统。

发烟硫酸装车现场收集处理SO3工艺流程见图2。

图2 发烟硫酸装车现场收集处理SO3工艺流程

3 设备选择

发烟硫酸外逸SO3的回收及处理系统的设备选择范围不广，且材质要求较高。华鼎铜业要求以满足工艺为前提，兼顾节能减排、吸收新技术来选择设备。按要求对系统主要设备进行核算，以便接近实际使用情况，发挥设备能力。

3.1 SO3混合气量及系统阻力

1）生产现场的气量约15 m3/h，SO2风机余量较大，阻力约 900 Pa，SO2风机升压 46 kPa，有余量，克服阻力无问题。

2）装车管口为DN200，抽气管口DN150，其他3个口为DN100，管线总长250 m，13个弯头。经测算气量约为4 400 m3/h；压降方面，管线弯头3 800 Pa，吸收塔装填规整填料高 4 m，压降 1 500 Pa，故总压降5 300 Pa，考虑到不确定因素，增加4%，风机升压按 5 500 Pa 选配。

3.2 设备选型

1）管线材质为 316L，规格φ108 mm×4 mm与φ159 mm×4 mm，阀门材质为 316L，规格有DN100和DN150两种，耐腐蚀带喇叭口钢丝软管1节。管材总长约250 m，生产现场管线材质为316L，规格为φ159 mm×4 mm，管材长 80 m。压力表3支，DN150阀门1个。

2）引风机叶轮和机壳材质为316L，流量4 400 m3/h，升压 5 500 Pa，配电机10 kW。

3）吸收塔材质为316L，规格为内径φ1 200 mm×6 000 mm，空塔气速 1 m/s。规整填料高度4 000 mm，丝网除沫器φ1 100 mm×200 mm一层。采用w(H2SO4)93% 硫酸吸收，喷淋酸量 18 m3/h，分酸器φ1 100 mm，小孔流速1.15 m/s。

4）循环酸泵流量为60 m3/h，扬程27 m，利用原地下槽w(H2SO4)93%硫酸输送泵，多余酸量回流。

5）为节约投资，采用1台风机、3支压力表、2台雷达液位计，连接到库区围堰外集中控制，地下槽采用表尺液位计，定时检查控制液位。

6）其他设备有w(H2SO4)93%硫酸循环槽、w(H2SO4)105%硫酸转运槽，这些是发烟硫酸装置中的设备。

4 整改效果

4.1 装酸现场改善

华鼎铜业按照GB 50184—2011《工业金属管道工程施工质量验收规范》进行施工。2020年3月12日试运行，生产现场运行平稳，泵及各连接口无SO3外逸。灌装运酸槽车有6台，计发烟硫酸180 t，现场无白雾，无气味，烟酸装运环境得以改善。在烟酸装车发运现场收集处理后的SO3混合气，经检测，颗粒物 (ρ)为 8 mg/m3，ρ(SO2) 为 10 mg/m3，ρ(NOx)为 30 mg/m3，酸雾 (ρ)低于 10 mg/m3，未测出氟化物和氯化氢，达到GB 25467—2010《铜、镍、钴工业污染物排放标准》排放要求。这个结果证明：将处理后尾气导入制酸净化系统措施正确。验收结果令公司满意，自发烟硫酸生产以来困扰装车发运现场SO3污染环境现象得到根治，改善了装车周围环境。

5 结语

治理发烟硫酸外逸SO3不仅产生社会效益，减少SO3对人体影响，而且取得经济效益。经测算，生产现场回收SO3气体15 m3/h，全年最低可回收w(H2SO4)100%硫酸198 t；销售现场外销发烟硫酸150 kt/a，装车时间 5 405 h，现场回收 SO3气体约4.4 m3/h，全年回收 w(H2SO4)100% 硫酸 85 t。以上两项合计，回收w(H2SO4)100%硫酸283 t/a，扣除运行费用1.9万元/a，至少增加效益2万元/a。