高慶華

(江蘇慶峰工程集團(tuán)揚(yáng)州慶松環(huán)境化學(xué)工程設(shè)計(jì)研究有限公司，江蘇揚(yáng)州225115)

硫酸裝置凈化環(huán)保工藝指標(biāo)控制探討

高慶華

(江蘇慶峰工程集團(tuán)揚(yáng)州慶松環(huán)境化學(xué)工程設(shè)計(jì)研究有限公司，江蘇揚(yáng)州225115)

分析了硫鐵礦和冶煉煙氣制酸裝置原料組分復(fù)雜性，以及有害雜質(zhì)升高趨勢(shì)。介紹凈化關(guān)鍵指標(biāo)如砷、氟、重金屬離子等控制對(duì)確保后續(xù)工序穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要，建議對(duì)氯、硒、汞等凈化指標(biāo)予以關(guān)注。尾氣排放要控制好SO2、硫酸霧等關(guān)鍵指標(biāo)外，需控制部分重金屬如汞和固體顆粒物指標(biāo)，成品硫酸注意控制SO2、硒、氟等指標(biāo)。

硫酸生產(chǎn) 凈化 環(huán)保 工藝指標(biāo) 控制

一套運(yùn)行良好的制酸裝置必須首先擁有普遍達(dá)標(biāo)的工藝控制指標(biāo)，這樣才可以生產(chǎn)出合格的硫酸產(chǎn)品，并實(shí)現(xiàn)裝置長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。硫酸裝置關(guān)鍵工藝指標(biāo)控制尤為重要，凈化環(huán)保工藝指標(biāo)(如凈化工序煙氣指標(biāo)、尾氣排放指標(biāo)、成品硫酸雜質(zhì)含量指標(biāo))直接關(guān)系硫酸裝置穩(wěn)定高效運(yùn)行及環(huán)保。

1 凈化工序指標(biāo)控制

目前，不論是硫鐵礦制酸還是冶煉煙氣制酸裝置，其制酸原料礦(冶煉煙氣)組分越來(lái)越復(fù)雜、有害雜質(zhì)含量越來(lái)越高。因此，要實(shí)現(xiàn)制酸裝置優(yōu)良運(yùn)行，在裝置設(shè)計(jì)和生產(chǎn)操作中首先要選擇適合原料組分的工藝流程和設(shè)備，充分考慮重點(diǎn)有害雜質(zhì)的凈化效率；其次在生產(chǎn)上對(duì)有害雜質(zhì)進(jìn)行有針對(duì)性的監(jiān)測(cè)和控制。

有些新上項(xiàng)目在設(shè)計(jì)上就存在問(wèn)題，比如冶煉煙氣制酸裝置，不管煙氣條件、有害雜質(zhì)組分等工況，凈化工序全部選擇一級(jí)高效逆噴洗滌器(動(dòng)力波洗滌器)—填料塔—二級(jí)高效逆噴洗滌器(動(dòng)力波洗滌器)—2級(jí)電除霧器的工藝流程，對(duì)煙氣中重點(diǎn)有害雜質(zhì)的凈化效率能否達(dá)標(biāo)沒(méi)有充分的考量。如此，制酸裝置投產(chǎn)后，凈化指標(biāo)若不能達(dá)標(biāo)，將直接影響裝置運(yùn)行周期和設(shè)備使用壽命。

以近期國(guó)內(nèi)新建的1套700 kt/a銅冶煉煙氣制酸裝置為例，業(yè)主提供的進(jìn)凈化工序煙氣雜質(zhì)組分見(jiàn)表1。

表1 700 kt/a銅冶煉煙氣制酸裝置進(jìn)凈化工序煙氣雜質(zhì)組分

注： 1)最大流量2 496 kg/h； 2)最大流量216.875 kg/h。

從表1可以看出：以As為例，進(jìn)凈化工序As流量為116.08 kg/h，業(yè)主要求的砷凈化指標(biāo)為1 mg/m3，折算出凈化工序出口煙氣As量0.17 kg/h。凈化工序As凈化效率應(yīng)達(dá)到99.85%，如此高的凈化指標(biāo)，必須要配備合適的凈化流程和設(shè)備才能滿足。

完善和加強(qiáng)制酸凈化指標(biāo)，不能單純理解為只是節(jié)能減排，或者給制酸裝置的設(shè)計(jì)和運(yùn)行增加難度和成本，相反它可以更好地保障裝置安全合理運(yùn)行，減少設(shè)備維修量和運(yùn)行投入，可以提高經(jīng)濟(jì)效益。

凈化工序出口的控制指標(biāo)主要以滿足成品酸的質(zhì)量要求和實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)長(zhǎng)周期運(yùn)行的要求為標(biāo)準(zhǔn)。目前國(guó)內(nèi)規(guī)定的凈化工序出口控制指標(biāo)見(jiàn)表2[1]。

表2 國(guó)內(nèi)規(guī)定的凈化工序出口控制指標(biāo)

筆者建議在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中根據(jù)煙氣的實(shí)際情況增加Se、Cl-、重金屬如Hg、Pb等的指標(biāo)控制項(xiàng)目。比如Cl-，對(duì)奧氏體不銹鋼如稀酸板式換熱器的常用材料254SMO、316L和鉛材有腐蝕性。曾有一套銅冶煉煙氣制酸裝置設(shè)計(jì)中未考慮煙氣中Cl-含量，選擇254SMO材質(zhì)的稀酸板式換熱器，使用不到1年就發(fā)生腐蝕泄漏。還有一套硫酸裝置，干吸塔316L材質(zhì)金屬絲網(wǎng)除沫器的金屬絲網(wǎng)和墊網(wǎng)發(fā)生腐蝕，就是受煙氣帶入的Cl-腐蝕。煙氣中的Cl-在冷凝酸中富集，濃度會(huì)提高，一般冷凝酸中w(Cl-)>0.000 2%就會(huì)影響設(shè)備使用壽命，因此Cl-在干吸工序的腐蝕是不能忽視的。而在凈化工序電除霧器的吊梁大量使用鉛材，被腐蝕爛掉，原因往往都?xì)w結(jié)為襯鉛或搪鉛質(zhì)量不合格，忽視了Cl-腐蝕的影響。

再比如曾有成品硫酸在儲(chǔ)運(yùn)中顏色呈猩紅色，用戶(hù)不愿意接收。按照《工業(yè)硫酸》(GB/T 534—2014)進(jìn)行全組分分析，也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，懷疑是硒雜質(zhì)的含量偏高造成的；根據(jù)后來(lái)硫酸分析結(jié)果，基本可以肯定是硒超標(biāo)造成的。這些都是凈化指標(biāo)控制不嚴(yán)引起的。

此外，二級(jí)電除霧器出口的硫酸霧指標(biāo)為質(zhì)量濃度小于或等于5 mg/m3。為了分析采樣方便和準(zhǔn)確，一般在主風(fēng)機(jī)出口帶正壓的管道上采樣分析酸霧，因?yàn)榇颂幨钦龎海挥谜婵毡贸闅饪杀苊饴┤肟諝?，分析結(jié)果相對(duì)準(zhǔn)確。但此處分析的不是電除霧器出口氣體，硫酸霧質(zhì)量濃度指標(biāo)當(dāng)然不應(yīng)是小于或等于5 mg/m3。干燥塔本身還要產(chǎn)生一部分硫酸霧進(jìn)入氣體中，所以主風(fēng)機(jī)出口氣體硫酸霧含量指標(biāo)應(yīng)適度放寬；考慮到塔頂金屬除沫器的效率，風(fēng)機(jī)出口硫酸霧指標(biāo)規(guī)定質(zhì)量濃度小于或等于25 mg/m3較合適，并應(yīng)與電除霧器出口硫酸霧指標(biāo)區(qū)分開(kāi)。主風(fēng)機(jī)出口硫酸霧指標(biāo)可以用來(lái)判斷干燥塔工作是否正常。因此，筆者認(rèn)為實(shí)際運(yùn)行中表2的凈化指標(biāo)要補(bǔ)充完善。根據(jù)原料成分和使用需求不同，還可適當(dāng)增加Fe、Cu等的控制項(xiàng)目指標(biāo)(見(jiàn)表3)。

2 尾氣排放指標(biāo)控制

目前，制酸尾氣排放的控制指標(biāo)主要有SO2和硫酸霧?！读蛩峁I(yè)污染物排放比標(biāo)準(zhǔn)》(GB 26132—2010)規(guī)定SO2排放限值小于或等于400 mg/m3，硫酸霧排放限值小于或等于30 mg/m3。建議增加部分重金屬和固體顆粒物的排放指標(biāo)項(xiàng)目。比如，增加金屬Hg的排放指標(biāo)。一些硫鐵礦和冶煉煙氣中可能含有汞，多數(shù)凈化工序未設(shè)除汞設(shè)施，僅靠降低進(jìn)干燥塔氣體溫度冷凝除汞。而在制酸系統(tǒng)Hg金屬一部分進(jìn)入成品硫酸，一部分則通過(guò)尾氣直接外排。成品硫酸含Hg會(huì)影響硫酸銷(xiāo)路和售價(jià)，有的廠為了減少進(jìn)入成品硫酸的Hg量，采取提高干吸上塔酸溫的辦法。40 ℃Hg的氣態(tài)中飽和質(zhì)量濃度約為62.6 mg/m3，若將上塔酸溫提高至70 ℃，此時(shí)Hg蒸氣分壓為6.43 Pa，其氣體飽和Hg質(zhì)量濃度可提高至約480 mg/m3；這樣，大部分的金屬Hg隨尾氣排入大氣中，造成環(huán)境的污染。

表3 推薦凈化工序出口控制指標(biāo)

因此，制酸尾氣排放有必要增加重金屬的控制，重點(diǎn)是能以氣態(tài)(或其化合物)存在的重金屬；如Hg(參考控制指標(biāo)質(zhì)量濃度小于0.2 mg/m3)、As(參考控制指標(biāo)質(zhì)量濃度小于0.5 mg/m3)。此外，也應(yīng)考慮增加尾氣顆粒物控制指標(biāo)，參考控制指標(biāo)質(zhì)量濃度小于1 mg/m3。

對(duì)于尾氣中硫酸霧的控制指標(biāo)，有由目前的質(zhì)量濃度30 mg/m3提到5 mg/m3的趨勢(shì)，這樣就要在尾氣排放前設(shè)置尾氣電除霧器，雖然增加了一次性投資，但對(duì)尾氣排放特別是系統(tǒng)波動(dòng)造成的“冒煙”有明顯的控制作用。

3 成品硫酸中的指標(biāo)控制

成品硫酸質(zhì)量控制執(zhí)行《工業(yè)硫酸》(GB/T 534—2014)標(biāo)準(zhǔn)。在硫酸裝置設(shè)計(jì)前，業(yè)主就應(yīng)根據(jù)成品硫酸需求情況，提出裝置所生產(chǎn)的硫酸產(chǎn)品應(yīng)滿足哪一級(jí)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，還要根據(jù)市場(chǎng)需求和原料品質(zhì)，提出可能存在的其他有害雜質(zhì)限制要求；如規(guī)定成品硫酸中w(SO2)<0.003%、w(Se)<0.000 02%、w(F)<0.000 1%。這樣設(shè)計(jì)時(shí)才能根據(jù)原料組分、環(huán)保要求、成品硫酸質(zhì)量要求等綜合考慮凈化流程和設(shè)備配置。目前國(guó)內(nèi)精制硫酸項(xiàng)目較多，對(duì)成品硫酸品質(zhì)要求更高，應(yīng)控制各種微量元素含量。硫酸主要用作化肥原料，需特別控制成品硫酸砷、氟、重金屬等指標(biāo)。筆者建議重點(diǎn)增加成品硫酸中SO2和Se的控制指標(biāo)項(xiàng)目。

4 凈化工藝和設(shè)備選擇探討

完善和加強(qiáng)工藝控制指標(biāo)后，就要在設(shè)計(jì)時(shí)選擇適宜、可靠的凈化流程和凈化設(shè)備，應(yīng)根據(jù)具體條件考慮，發(fā)揮設(shè)備優(yōu)勢(shì)。凈化工藝流程的選擇不宜過(guò)于復(fù)雜，而是越精練越好，首先應(yīng)以滿足指標(biāo)要求，其次考慮節(jié)能、低成本運(yùn)行，兼顧低投資。比如，凈化流程以冷卻塔為基點(diǎn)，如果原料氣中砷、氟、汞等的氣態(tài)雜質(zhì)的含量較高，則應(yīng)加強(qiáng)冷卻塔后氣體溫度降低后的凈化效率；如果原料氣中含固態(tài)顆粒物或硒等有害雜質(zhì)較高，為防止堵塞凈化設(shè)備，則應(yīng)加強(qiáng)冷卻塔前的凈化設(shè)備[2]。

一級(jí)高效逆噴洗滌器(動(dòng)力波洗滌器)原先配置設(shè)有2段噴頭，幾年來(lái)為降低系統(tǒng)阻力，不少?gòu)S家采用1段噴頭，凈化效率打了折扣，這是不可取的。

凈化工序是制酸裝置的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，完善凈化控制指標(biāo)、加強(qiáng)凈化工序指標(biāo)操作是裝置長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)，保持硫酸裝置3～5年不檢修，企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益就有保證。

[1] 湯桂華.硫酸[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1999：194.

[2] 高慶華.提高硫酸裝置運(yùn)行可靠性和節(jié)能減排水平的設(shè)計(jì)體會(huì)[J].硫酸工業(yè)，2016(2)：32-35.

Discussion of controling purification process index of sulphuric acid plant

GAOQinghua

(Yangzhou Qingsong Environmental Chemical Engineering Design Research Co.,Ltd.，Jiangsu Qingfeng Engineering Group, Yangzhou, Jiangsu, 225115, China)

Complication of components in raw material of pyrite and metallurgical acid plant, and increasing trend of harmful impurities are analyzed. Control of key indicators such as arsenic, fluorine and heavy metal ions ensuring stable operation of the follow-up process is introduced. It is suggested to pay attention to purification indexes such as chlorine, selenium and mercury. Exhaust emissions to control SO2, sulphuric acid fog and other key indicators, some heavy metals such as mercury and solid particulate matter should be controlled, and sulphur dioxide, selenium, fluorine in final product must be paid attention.

sulphuric acid production; purification; environmental protection;process index; control

2016-12-20。

高慶華，男，江蘇慶峰工程集團(tuán)揚(yáng)州慶松環(huán)境化學(xué)工程設(shè)計(jì)研究有限公司高級(jí)工程師，現(xiàn)從事硫酸工程設(shè)計(jì)和生產(chǎn)管理工作。電話：15052529818；E-mail：1622126576@qq.com。

TQ111.16

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1002-1507(2017)04-0013-03