制酸尾气酸雾治理工艺的改进研究

宋青松

（靖江市青鸟科技有限公司，江苏 泰州 214527）

硫酸是我国重要的化工原料，广泛应用于磷肥、农药、火药、染料、石油和冶金等行业。随着当前磷肥产量的迅速增长和其他工业硫酸用量的增加，我国硫酸工业产能以每年200 万t 的速度增长，2020 年我国硫酸产量为9 673 万t，同比增长4.6%，产量增速放缓。其中，硫磺制酸4 447 万t，同比增长10.1%.占硫酸总量的46.0%。硫磺制酸过程中，制酸装置尾气含有SO2、硫酸雾、烟尘颗粒等污染物，必须进行酸雾治理后才能向外排放[1]。

1 制酸装置尾气排放问题分析

当前，对于以硫磺为原料的制酸企业，其制酸装置（产品硫酸）主要采用先进成熟的“3+2”（五段转化）两转两吸工艺处理尾气，使用进口钒触媒作为催化剂，确保SO2转化效率大于99.75%，吸收率达到99.99%，尾气污染物含量较少。制酸工艺为：熔硫工序的液硫经硫磺泵加压，通过磺枪雾化后喷入焚硫炉中，在干燥空气助燃下燃烧生成SO2；净化后的炉气升温后进入转化器，SO2在钒触媒的催化下与炉气中O2反应生成SO3；SO3和水反应生成硫酸；化学反应产生的尾气经吸收装置后向外排放[2]。

随着环境保护理念的深入人心，国家对硫酸工业废水和大气污染物进行重点治理，制酸尾气的有害物质排放限值逐步降低。《硫酸工业污染物排放排准》（GB 26132—2010）规定[3]：京津冀地区SO2排放浓度不得大于200 mg/m3，酸雾排放浓度不得大于5 mg/m3，颗粒物排放浓度不得大于30 mg/m3。

当前，大部分以硫磺为原料的制酸企业改进制酸装置后，制酸尾气的SO2排放值控制在580 mg/m3以内，硫酸雾排放值控制在50 mg/m3以内，但仍然无法达到京津冀地区对硫酸工业企业制酸尾气的排放要求。因此，有必要采用超重力氨法吸收工艺对制酸装置尾气处理工艺进行改进，提高酸雾治理效果[4]。

2 超重力氨法吸收工艺设计

2.1 超重力氨法技术原理

制酸装置尾气中的SO2在超重力机中与氨水进行逆流接触，用氨水对尾气中的SO2进行洗涤，生成NH4HSO3溶液，可实现对SO2的较好吸收。其间主要发生4 种化学反应，如式（1）至式（4）所示。在超重力氨法吸收工艺下，可利用(NH4)2HSO3-NH4HSO3吸收液不断循环来保持(NH4)2HSO3浓度的稳定，同时要不断地抽出浓度达到一定水平的吸收循环液[5]。

超重力氨法吸收工艺的主要设备为Φ2 400×2 800 mm 型超重力机，其结构如图1 所示，主要由外壳、填料、转子和轴等部分组成。超重力机转子由变频驱动电机通过皮带传动，旋转工作。

图1 超重力机结构

超重力机工作原理如下：酸雾装置尾气经气体入口引入超重力机外腔，在气体压力作用下由转子外缘进入填料；吸收液由液体入口管引入转子内腔，经喷头淋洒在转子内缘上；进入转子的吸收液受到转子内填料的作用，周向速度增加，产生的离心力将其推向转子外缘；在此过程中，吸收液被填料分散、破碎，形成极大且不断更新的表面积，曲折的流道加剧了吸收液表面的更新，其在该状态下与含SO2的尾气以极大的相对速度逆流接触，以极强的传质过程完成吸收；吸收完SO2的吸收液被转子甩到外壳，汇集后经液体出口管离开超重力机，尾气自上部气体出口离开转子，引至烟囱排放[6]。

2.2 运行情况

超重力氨法吸收工艺系统设计完成后，从2017年起在天津渤大硫酸工业有限公司投入实际使用。2017—2021年，该系统主要设备运行稳定，脱硫效果达到设计要求，经超重力氨法吸收工艺系统处理，制酸装置尾气排放数据如表1 所示。

表1 处理后制酸装置尾气排放数据

由表1 数据可知，采用超重力氨法吸收工艺对尾气进行治理后，尾气中的SO2、颗粒物浓度得到较好的控制，排放浓度符合京津冀地区限值要求，但是近5 年来酸雾的排放浓度介于27～39 mg/m3，远大于5 mg/m3的排放要求，必须对该工艺进行改进。

3 制酸尾气处理系统的优化

制酸尾气经超重力氨法吸收工艺系统后，该系统对SO2具有较好的吸收效果。但是，超重力氨法吸收工艺系统需要不断加入循环液，使得干烟气变为湿烟气，排空烟气中含有水雾，夹带部分盐类[7-9]。这使得排放尾气中的酸雾浓度居高不下，针对这一情况，从工艺和设备两方面着手，对超重力氨法吸收工艺系统进行优化，进一步降低酸雾浓度。

3.1 原理改进

本设计采用NaOH 碱法吸收装置，进一步治理尾气中酸雾。其间以超重力氨法吸收工艺系统设备为基础，对局部管线进行改造，并使用浓度20%的NaOH溶液替代以往的氨溶液，采用NaOH 碱法实施脱硫。主要反应如式（5）、式（6）所示，总反应如式（7）所示。

在实际生产中，可以补加NaOH 溶液，进一步控制吸收液的pH，保障尾气中酸雾的吸收效果。采用超重力机实施碱法吸收后，会产生NaHSO3溶液，后续需要进行环保处理。

3.2 设备改进

在现有超重力机进行碱法吸收的基础上，本设计在超重力机后方增设高效纤维除雾器，其结构如图2 所示，主要包括吸收塔、折流板除雾器等部件。

图2 高效纤维除雾器结构

从图2 可知，高效纤维除雾器的工作原理为：含有酸雾的混合气体进入除雾器时，混合气体先行通过除尘塔进行洗涤和除尘；装置中设计的成组喷淋器对混合气体进行洗涤，设计的不同规格除沫器进行除尘，进而去除混合气体中酸雾。该高效纤维除雾器对混合气体中酸雾的去除效果较好，但是体积较大，设备安装占地面积也较大。

3.3 改进效果分析

2022 年2月，天津渤大硫酸工业有限公司按照设计方案，从原理和设备两方面对制酸尾气超重力氨法吸收工艺系统进行优化，其于2022 年3 月投入实际生产。改进后，主要设备运行稳定，处理后的制酸装置尾气排放数据如表2 所示。

表2 系统优化后尾气排放数据

从表2 数据可知，超重力氨法吸收工艺改进后，对制酸尾气进行治理，尾气中的SO2、颗粒物浓度控制得仍然较好，酸雾排放浓度也显著降低，为3.9～4.3 mg/m3，小于京津冀地区的排放要求（不大于5 mg/m3），治理效果理想。

4 结语

天津渤大硫酸工业有限公司采用超重力氨法吸收工艺处理制酸尾气，2017—2021年，尾气中的SO2、颗粒物浓度得到较好的控制，排放浓度符合京津冀地区的限值要求，但是酸雾排放浓度为27～39 mg/m3，必须对工艺进行改进。局部管线改造后，采用NaOH 碱液代替以往的氨水，同时在超重力机后方增设高效纤维除雾器。运行结果表明，制酸尾气治理后，尾气中的SO2、颗粒物浓度控制得仍然较好，酸雾排放浓度显著降低，为3.9～4.3 mg/m3，小于京津冀地区的排放要求，酸雾治理效果理想。