余邦安

（福建申遠新材料有限公司，福建福州 350512）

低溫熱回收系統(tǒng)（HRS）是美國孟山都環(huán)境公司開發(fā)的硫酸熱回收系統(tǒng)，其利用轉化煙氣熱量及三氧化硫吸收熱產生蒸汽，是硫酸生產中低溫余熱利用的一項技術突破，這項技術于1983年至1985年間試驗并獲得成功，之后得到長足的發(fā)展。筆者針對低溫熱回收塔二級噴淋酸來源問題進行討論，涉及二級噴淋的酸濃度、酸溫度選擇，以及酸溫度、酸濃度選擇對吸收的影響，在現(xiàn)有低溫熱回收系統(tǒng)基礎上進行優(yōu)化。

1 工藝流程

常見的硫磺制酸低溫熱回收系統(tǒng)工藝流程見圖1。

圖1 硫磺制酸低溫熱回收系統(tǒng)工藝流程

含三氧化硫氣體從塔底進入由塔頂排出。該塔裝有上下2級填料層，下一級填料層的上塔酸是220 ℃、w(H2SO4)99%以上的硫酸，上一級填料層的上塔酸則是與傳統(tǒng)吸收工藝濃度和溫度相似的硫酸[酸溫60 ℃、w(H2SO4)98.3%]，以確保三氧化硫吸收率。兩股酸都從塔底流入與塔相連的泵槽，然后由高溫循環(huán)酸泵送入蒸發(fā)器，生產0.3～1.0MPa飽和蒸汽。由于硫酸吸收三氧化硫后濃度增加，需通過混合器加水以維持濃度，加水后的循環(huán)酸回到熱回收塔的下一級再進行吸收。

低溫熱回收系統(tǒng)中的熱回收塔由兩級噴淋組成，一、二級噴淋選擇不同濃度及溫度的硫酸吸收。其中，一級噴淋為w(H2SO4)為99.00%～99.20%濃硫酸，該濃硫酸主要吸收來自焚硫轉化工序煙氣中的三氧化硫，一級噴淋酸的特點是酸濃度高、溫度較高（200℃）、腐蝕性強。二級噴淋酸來自干燥吸收系統(tǒng)，w(H2SO4)為98.3%左右，二級噴淋酸的主要特點是有較高三氧化硫的吸收率，溫度較低（60℃）。

2 低溫熱回收塔二級噴淋酸的選擇

低溫熱回收塔二級噴淋酸根據(jù)干吸工序流程的不同，可以選擇來自干燥塔酸循環(huán)槽、第一吸收塔酸循環(huán)槽或第二吸收塔酸循環(huán)槽3種方式，二級噴淋酸選擇不同，會導致二級吸收三氧化硫的效果有差別。

2.1 三氧化硫對硫磺制酸系統(tǒng)的影響

三氧化硫作為硫磺制酸生產過程中所產生的中間體，是強氧化劑，具有較強的腐蝕性，在系統(tǒng)存在水分的條件容易形成冷凝酸，若冷凝酸存在設備或管道內會造成設備及管道的腐蝕，最終導致泄漏，設備及管道使用壽命將大大縮短。更嚴重的情況是在三氧化硫暴露在空氣中時，三氧化硫和空氣中的水分結合生成極具腐蝕性的稀硫酸，從而加速金屬的腐蝕，最終造成嚴重泄漏，影響系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。

2.2 二級噴淋酸濃度、溫度的選擇

在低溫熱回收的生產過程中，熱回收塔的二級噴淋尤為關鍵，首先是二級噴淋的酸濃度，根據(jù)三氧化硫吸收率和硫酸濃度、溫度關系[1]（見圖2），該酸w(H2SO4)控制為98.3%為最合適。

從圖2還可以看出：同一酸濃度下不同的溫度有著不同的吸收率。因w(H2SO4)98%硫酸吸收三氧化硫是一個放熱的反應，溫度越高越不利于三氧化硫吸收，溫度越低越有利于三氧化硫的吸收，但隨著溫度降低物質傳質速度減慢，吸收速率就會降低，此外設備、管道、儀表等需要綜合考慮其性能以及安全生產的要求，因此選擇合適的吸收溫度也是至關重要的。選擇w(H2SO4)98.3%且酸溫度在60 ℃左右的硫酸作為吸收劑，有利于低溫熱回收系統(tǒng)的生產及優(yōu)化。

圖2 三氧化硫吸收率和硫酸濃度、溫度關系

2.3 二級噴淋酸來源選擇

低溫熱回收工序二級噴淋用的w(H2SO4)為98.3%硫酸的來源，需要結合多方面的考慮。國內硫磺制酸常見的有“3+1”或“3+2”二轉二吸工藝流程，二級噴淋的硫酸多來源于第一吸收塔酸冷卻器出口，這種工藝成熟也常見，此為多數(shù)硫磺制酸帶低溫熱回收二級噴淋的首選。但有一個明顯的缺點，就是可調性比較差，因為第一吸收塔作為“3+1”或“3+2”系統(tǒng)中處于第一次吸收的最后一次吸收，含有三氧化硫的煙氣先經過低溫熱回收和煙酸塔吸收后，煙氣中三氧化硫的含量大幅下降，當該煙氣回到第一吸收塔再次吸收時，由于三氧化硫含量較少，導致一吸塔內酸濃度變化、酸溫度變化比較有限，因此在一吸塔吸收系統(tǒng)中w(H2SO4)為98%左右的硫酸的酸溫度和酸濃度的可調性是比較差的，往往因為此條件的限制，第一吸收塔酸冷卻器的換熱面積比較小。在干燥塔和第一吸收塔共用一個循環(huán)槽的條件下還需要綜合考慮干燥塔的吸收條件，低溫熱回收二級噴淋酸如果來自第一吸收塔酸冷卻器出口限制因素太多，可調性較差。

二級噴淋用硫酸也可以用第二吸收塔酸冷卻器出口w(H2SO4)為98%左右的硫酸。其優(yōu)點是酸溫度和酸濃度可調節(jié)性強，因為第二吸收塔的煙氣是來自二次轉化后的煙氣，通常為第一省煤器出口，是“3+1”或“3+2”系統(tǒng)中的二氧化硫的最后一次轉化和吸收系統(tǒng)中的最后一次吸收三氧化硫。與第一吸收塔相比煙氣中的三氧化硫含量比較高，w(H2SO4)為98%左右硫酸在吸收三氧化硫的過程中是一個放熱的反應而且第二吸收塔循環(huán)槽加水控制酸濃度的過程也是一個放熱的過程，在此操作條件下酸溫度和酸濃度更易于控制，可調性是第一吸收塔吸收系統(tǒng)所不能比擬的，特別是酸溫度的控制，第二吸收塔作為干燥吸收系統(tǒng)的最后一次吸收，在實際生產過程中，將第二吸收塔的上塔酸溫度控制在65 ℃左右，能有效吸收煙氣中三氧化硫控制硫酸霧的形成。在實際生產過程中，當?shù)诙账纳纤釡囟雀哂?5 ℃時通過第二吸收塔頂部人孔的視鏡，可以清晰的看見第二吸收塔內部硫酸霧的情況，此時尾排煙囪干凈無可見煙，硫酸霧產生量很少?？紤]到硫酸輸送過程從第二吸收塔酸循環(huán)槽至低溫熱回收二級噴淋的溫降，二級噴淋的酸溫度應該在60 ℃附近，這樣就能更好滿足低溫熱回收二級噴淋的酸溫度要求，當?shù)蜏責峄厥斩墖娏艿牧蛩岬臏囟冗_到60 ℃時，熱回收塔頂部的溫度和熱回收塔出口煙氣管上的溫度差距較小，不會造成出塔氣體被急冷而形成酸霧，能很好地吸收來自于一級噴淋無法吸收下來的三氧化硫和熱量。這不僅能夠優(yōu)化低溫熱回收系統(tǒng)的生產，又有利于判斷二級噴淋的效果。

二級噴淋酸來自第二吸收塔酸冷卻器出口，還有一個明顯的優(yōu)點是提升成品酸品質，在硫酸生產過程中，當系統(tǒng)初次開車或者系統(tǒng)經歷檢修后開車，第二吸收塔循環(huán)槽系統(tǒng)的硫酸在很長一段時間內都是渾濁的，這不利于提高或保證成品硫酸的品質。原因是第二吸收塔系統(tǒng)產生的硫酸的量過小，要想將開車初期二吸塔循環(huán)系統(tǒng)中的酸完全置換產出需要很長時間，這樣就會讓臟酸在第二吸收塔循環(huán)槽中存在特別長的時間。但是如果低溫熱回收系統(tǒng)的二級噴淋硫酸來自第二吸收塔循環(huán)槽系統(tǒng)那么勢必會增加干吸循環(huán)槽和第二吸收塔循環(huán)槽之間硫酸的互串來維持系統(tǒng)的液位平衡，這些串酸增加了干吸系統(tǒng)之間酸的循環(huán)量，大大縮短了第二吸收塔循環(huán)槽酸的置換時間，因此短時間內就可以保證成品硫酸的品質。隨著系統(tǒng)生產的時間越來越長此優(yōu)勢更加明顯，尤其是在系統(tǒng)運行幾年大修后開車過程中，因為隨著系統(tǒng)生產時間越長，系統(tǒng)內的酸泥、沉積物等雜質會隨著時間的推移而聚集在系統(tǒng)內，在檢修過后開車過程中系統(tǒng)中會有大量酸泥等沉積物帶入系統(tǒng)中，此串酸系統(tǒng)能很快將系統(tǒng)中含有雜質的酸置換出來，雜質置換出來后就能產出品質較高成品硫酸。

3 結語

通過理論分析及結合實際生產過程，低溫熱回收系統(tǒng)的二級噴淋硫酸來自于干吸系統(tǒng)中第二吸收塔酸冷卻器出口具有更多優(yōu)勢，此時w(H2SO4)為98.3%，酸溫度為60 ℃左右，不僅有利于優(yōu)化低溫熱回收系統(tǒng)的生產條件，而且有利于成品酸質量的提高。