两转两冷湿法制酸工艺在黏胶行业的应用

汪文成

（赛得利福建纤维有限公司，福建 莆田 351100）

1 引言

黏胶厂酸站车间经真空系统脱气装置脱去酸液中溶解的CS2、H2S，这部分气体与酸站各酸液槽的排气共同送往废气处理装置集中处理，年产能30万t的黏胶厂酸站每小时产生废气1200Nm3，主要成份为H2S、CS2、水汽和其它气体，其中硫化氢含量约0.625t/h，二硫化碳含量约0.075t/h，这部分高浓酸性气体有毒，易燃易爆，不能直接排放［1］，如果直接使用氢氧化钠溶液碱洗处理这部分高纯酸性废气，不仅生产成本高，还将产生大量的硫氢化钠，需付费给其它公司处理，因此赛得利（福建）纤维有限公司引进了奥地利P@P公司设计的两转两冷湿法制酸工艺，将酸性气体制成浓度97.5%的硫酸，以达到变废为宝和改善环境的目的［2］。

2 两转两冷湿法制酸工艺原理及流程

2.1 两转两冷湿法制酸工艺原理

（1）炉膛内燃烧反应：H2S+3/202→S02+H20；CS2+302→C02+2S02；S+02→S02

（2）反应器内反应：S02+1/202→S03

（3）冷凝器内反应：S03+H20(g)→H2S04

2.2 两转两冷湿法制酸工艺流程

湿法制酸废气回收是将工艺生产过程中产生的废气（主要成份CS2、H2S、H20）经系统管路引入焚烧炉中焚烧，通过焚烧生成1000℃左右的S02烟气，燃烧完的烟气经过废热锅炉降温至420℃［3］，再进入反应器进行催化氧化反应，反应将S02转化为S03，该反应是放热反应过程，放出的热量和熔盐换热，换热后的熔盐通过加热锅炉水，产生4.0MPa、400℃的过热蒸汽，送至电厂发电。

反应完的S03被送入冷凝器中，在冷凝器中冷凝生成H2S04，通过重力将冷凝后的硫酸收集到硫酸罐中。硫酸再通过冷却后，被泵输送至硫酸储罐中储存。冷凝器中未被冷凝的酸雾进入静电除雾器，利用高压电极捕捉酸雾液滴，最终通过两次转化两次冷凝处理后，尾气送到电厂脱硫塔脱硫后排空。

3 两转两冷湿法制酸工艺的优点

（1）催化剂使用量少。年产10万t硫酸的两转两冷湿法制酸装置催化剂（催化剂为湿法制酸专用的铂金催化剂，价格较干法制酸使用的五氧化二钒高）装填量为80m3，和干法制酸装填量基本持平，而一转一冷湿法制酸装填量则高达250m3，因此两转两冷湿法制酸工艺不仅可以减少催化剂的装填量，还降低了系统的动力损耗。

（2）没有副产品产生。该生产工艺中气体无需净化和干燥，因此生产过程中即不会有硫酸损失，也不会产生酸性废水和酸泥［4］。

（3）占地面积少。该工艺采用了熔盐作为烟气热交换介质，换热器内置于转换器中，与传统的两转两吸相比，占地面积降低［5］，同时熔盐携带的热量方便地用于烟气的加热，系统多余的热量能通过余热锅炉回收，可副产中压蒸汽，该工艺具有较高的热回收率。

（4） 降低黏胶厂碱耗。黏胶厂的废气主要通过二硫化碳回收车间处理，如果酸站车间的这部分高纯酸性废气经二硫化碳回收车间处理，氢氧化钠消耗将达到65Kg/t丝，而该股高浓酸性废气通过湿法制酸时，不仅可以生产50t酸/天，还可以将二硫化碳回收车间碱耗降低至42kg/t丝，相当于每天减少投入20t折百碱。

（5） 降低硫氢化钠处理费用。由于区域性原因，二硫化碳回收车间产生的副产物硫氢化钠需付费处理，每吨需260元处理费用，酸站车间的高浓酸性废气经二硫化碳回收车间碱洗处理时，每天产生浓度21%的硫氢化钠200t，当酸站车间的高浓酸性废气经湿法制酸车间处理时，二硫化碳回收车间每天产生浓度21%的硫氢化钠110t，折算为每天节约23400元。

4 存在的问题及改进措施

该湿法制酸系统从2014年投产至今一直运行不稳定，2018年作业率仅为74%，2019年作业率仅为75%，相比干法制酸和托普索的湿法制酸系统作业率明显较低，影响作业率的主要问题有静电除雾器跳停、接力风机腐蚀、熔盐翅片换热器腐蚀泄漏以及阻力高等。

4.1 静电除雾器阴极框架腐蚀

静电除雾器阳极桶使用的是导电PP，阴极线使用的是哈氏合金搪铅，阴极框架为904L不锈钢，阳极桶口径为300mm，阴极线芒刺距离桶壁115mm，阳极桶为圆管式，无论是阳极管的结构形式还是使用材质，均导致其强度不高，电场内部一旦剧烈放电，阳极桶极易产生鼓包现象，使电除雾器短路跳停。由于酸雾颗粒小，酸浓高，除雾效率低，因此904L阴极框的腐蚀很严重，需要每次检修时进行系统检查和极板加固作业，如图1所示。

图1 极板框和极板腐蚀情况图

烟气通过一级静电除雾器进入二级反应器，由于静电除雾器并不能把所有的酸雾去除，并且烟气中含有水分，因此使后续金属设备产生腐蚀，尽管已经使用了造价较高的316Ti材质，但是腐蚀情况仍旧存在，需要我们密切跟踪设备的腐蚀情况，如图2所示。

图2 316Ti风罩腐蚀情况图

4.2 接力风机腐蚀严重

一级除雾器出口使用的接力风机由于对压头要求较低，因此使用了PP材质制作涡壳和钢衬橡胶制作叶轮的锐志风机，总体腐蚀情况良好，两到三年更换一次叶轮即可。

二级除雾器出口的接力风机将尾气送至电厂脱硫，由于电厂烟气管道为主管，且湿法制酸尾气接至电厂风机出口，因此该接力风机对压头要求较高，叶轮和涡壳均采用不锈钢316L的锐志风机，但是该风机仅仅使用1年就出现大面积腐蚀，主要表现为涡壳腐蚀穿透，叶片出现麻点状腐蚀。大修时更换了廉价的国产风机，使用不足1个月便出现叶轮板结酸泥，风机动平衡失控，导致轴承座碎裂现象。目前较好的处理方案有两个，一是在原来的锐志风机上改良，将风机涡壳衬橡胶处理，每隔两到三年更换风机叶轮；二是更换尾气接口，降低风机压头，使用一级静电除雾器出口相同形式的接力风机。

图3 锐志风机蜗壳腐蚀图

4.3 熔盐翅片换热器堵塞

熔盐翅片换热器使用在催化剂床层正下方，催化剂粉末及铁锈均易散落在翅片间隙内，随着时间累积，翅片换热器内富集了许多催化剂粉末、铁锈和酸泥，我们尝试清洗过一次，由于换热器的换热管有二十二层，冲洗时仅仅只是表面受力，内部的酸泥多是靠溶解去除，因此清洗效果并不理想，而且还要在检修完成前一天清洗，以尽量减少稀酸对翅片换热器的腐蚀。这还是仅仅清洗反应器底部的换热器，如果清洗上层的换热器还需要把催化剂取出，因此清洗换热器和保护催化剂的工作量极大。

图4 熔盐翅片换热器腐蚀图

图5 熔盐翅片换热器堵塞图

4.4 集酸槽泄漏

本套两转两冷湿法制酸工艺是由奥地利P@P公司设计，其设计的冷凝器和丹麦托普索公司存在较大差异，一是P@P公司设计的集酸槽是316Ti衬PFA形式，而托普索公司设计的集酸槽则是钢衬耐酸砖，其形式类似传统干法制酸的吸收塔底部结构，比较而言，托普索公司的集酸槽更具优势，主要体现在造价低，不易泄漏，并且强度高；而P@P公司设计的集酸槽一旦负压高于负4kPa时，则内衬的PFA存在较高脱层风险，并且在生产过程中出现了多次集酸槽泄漏事故，主要是因为大面积焊接PFA难以保障焊接质量。

图6 集酸槽内衬PFA图

5 措施及效果分析

针对上述问题主要采取了以下措施以提高系统作业率。

（1）合理控制系统补加水量，以减少酸雾生成。通常烟气中H2O/SO3=1.05最佳，若比例低于1.05则SO3较难冷凝成酸滴，更易形成酸雾，若比例高于1.05则提高冷凝酸露点温度，更容易形成冷凝酸腐蚀设备，因此，根据环境温度变化，及时且合理调整系统补加水量，以减少酸雾对设备的腐蚀。

（2）升级接力风机蜗壳材质，由316L升级为904L，同时加强风机管理，在风机出口增设排酸点，每隔两小时排放一次，增加风机振动检测操作，现场操作工每4h检测一次，机械工程师每周检测一次，一旦风机运行效果劣化，便可以及时采取措施。

（3）降低系统负荷，降低前产酸量为250t/天，降低后产酸量为170t/天，系统风压由负3.3kPa下降至负2.5kPa，以达到降低系统漏酸频次。检修时使用集酸槽灌水法对PFA试漏，该方法比电火花法更为高效确认漏点和PFA验收焊接效果，不仅缩短查找PFA漏点时间，同时提高了PFA检修质量。

通过以上措施的实施，湿法制酸系统已经连续运行152天，并且运行效果良好，主要表现在静电除雾器放电大幅降低，接力风机运行平稳，连续运行过程中无出现PFA泄漏浓硫酸，相比2019年每隔3个月停机检修一次，改进后系统运行的安全稳定性得到了提高。

6 结束语

湿法制酸在黏胶行业中国内成功应用，降低碱耗和减少硫氢化钠处理费用，同时生产4.0MPa、400℃的过热蒸汽，能产生可观的效益。尽管湿法制酸工艺在黏胶行业中有诸多优点，但是P@P公司设计的两转两冷湿法制酸工艺存在缺陷，导致系统作业率低，降低了湿法制酸在黏胶厂中的效益。目前公司正在研究技改方案，方案一是维持现有的两转两冷湿法制酸工艺，用五氧化二钒更换部分铂金催化剂，同时引进托普索公司的硅油除雾技术［6］，配合现有的静电除雾器使用，以达到降低尾气酸雾的目的；方案二是将现有的两转两冷工艺技改为一转一冷工艺，缩减工艺长度，降低系统故障率，以达到提高系统作业率的目的。