倪澤發(fā)

（畢克化學(xué)（銅陵）有限公司，安徽銅陵244001）

A公司成立于2009年，是某大型工業(yè)集團(tuán)的全資子公司。該集團(tuán)每年約產(chǎn)生100余萬噸的選礦尾渣——硫鐵礦。為減少環(huán)境污染，變廢為寶，該公司建設(shè)700 kt/a產(chǎn)能的98%工業(yè)硫酸生產(chǎn)裝置，專門用于處置尾渣硫鐵礦。

1 硫鐵礦制酸裝置

1.1 改造前生產(chǎn)裝置

該生產(chǎn)裝置的原料為硫鐵礦，生產(chǎn)采用成熟的沸騰爐氧化焙燒制酸工藝，具體路線為：原料庫—沸騰焙燒爐—余熱鍋爐—旋風(fēng)收塵—電除塵—動力波酸洗塔—冷卻塔—電除霧—干燥塔—SO2風(fēng)機(jī)—轉(zhuǎn)化器—一次吸收塔—轉(zhuǎn)化器—二次吸收塔—脫硫塔。700 kt/a工業(yè)酸生產(chǎn)裝置年消耗硫鐵礦75萬噸，生產(chǎn)98%工業(yè)硫酸近70萬噸。原料成分如表1，焙燒煙氣成分如表2。

表1 原料硫鐵礦的成分參數(shù)

表2 焙燒煙氣成分參數(shù)

1.2 改造背景

目前，國內(nèi)普通工業(yè)制酸方式有三種，分別是硫鐵礦制酸、硫磺制酸和冶煉煙氣制酸。統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，2000年國內(nèi)硫鐵礦制酸產(chǎn)量占硫酸總產(chǎn)量的比例高達(dá)48%[1]，到2018年，這一比例已降至17.1%[2]。其原因是：國內(nèi)工業(yè)硫酸產(chǎn)能嚴(yán)重過剩，而硫鐵礦制酸相比硫磺制酸和冶煉煙氣制酸，具有成本高、工藝路線長、設(shè)備投資大等劣勢。在“供大于求”的背景下，硫酸價格一路走低，硫鐵礦制酸企業(yè)生存艱難。如何提高產(chǎn)品的附加值，增強(qiáng)市場競爭力，提高經(jīng)濟(jì)效益已成為當(dāng)務(wù)之急；另一方面，隨著我國電腦通訊事業(yè)和印刷電路板（PCB）行業(yè)的快速發(fā)展，精制硫酸的市場需求亦隨之躍升，精制硫酸附加值高,產(chǎn)品利潤空間大。如能將硫鐵礦制酸的SO3煙氣進(jìn)一步去雜凈化，用于生產(chǎn)精制硫酸，不失為硫鐵礦制酸企業(yè)的轉(zhuǎn)型升級之路。

2 精制硫酸技改項(xiàng)目

2.1 技改工藝路線

為減少投資，節(jié)約成本，本技改項(xiàng)目不再設(shè)前端工序，直接從A公司硫鐵礦制工業(yè)酸裝置的“一次轉(zhuǎn)化”工序（即轉(zhuǎn)化器與一次吸收塔之間的煙氣管線）接出，此處的煙氣已經(jīng)經(jīng)過除塵（電收塵、動力波等）、除霧（電除霧）、脫水（干燥塔）、催化轉(zhuǎn)化（轉(zhuǎn)化器）等工序，為含SO3煙氣（氣濃約8.2%）的混合煙氣。接出的原料氣經(jīng)過氣體過濾器進(jìn)一步去除煙氣中夾帶的粉塵及酸霧，使SO3混合氣中的雜質(zhì)大大減少，再用濃度為98%的精制硫酸在吸收塔中進(jìn)行吸收，后經(jīng)冷卻、脫吸、貯存等工序制得合格的精制硫酸。

本技改項(xiàng)目接出的原料約占工業(yè)酸裝置的15%左右，精制硫酸產(chǎn)量達(dá)到100 kt/a規(guī)模。

2.2 工藝介紹

本技改項(xiàng)目工藝流程可總結(jié)為：含SO3原料氣—過濾凈化—吸收—酸冷—脫吸—儲存。

（1）過濾工序

原料氣壓力為12 kPa，溫度180℃左右，通過管道輸送至本技改裝置界區(qū)內(nèi)，首先通過爐氣過濾裝置去除SO3爐氣中夾帶的酸沫、粉塵和其他雜質(zhì)。過濾器設(shè)計阻力降為1 500 Pa。

（2）吸收工序

過濾后的SO3氣體經(jīng)內(nèi)襯鋼管進(jìn)入SO3吸收塔，被吸收塔內(nèi)的精制硫酸所吸收，未吸收完氣體經(jīng)風(fēng)機(jī)增壓返回至工業(yè)酸裝置的二次轉(zhuǎn)化入口，與工業(yè)酸裝置一次吸收塔出口煙氣混合后進(jìn)入轉(zhuǎn)化器四段進(jìn)行二次轉(zhuǎn)化。

SO3吸收塔內(nèi)吸收SO3后，濃度提升精制酸從塔底部流入板式冷卻器進(jìn)行冷卻，酸溫控制在75℃左右，流入精制硫酸循環(huán)槽；在槽內(nèi)有控制地連續(xù)加入適量超純水，以稀釋精制酸并保持濃度穩(wěn)定。精制酸出槽后由98%酸循環(huán)泵重新送入吸收塔吸收SO3，反復(fù)循環(huán)。

（3）酸冷工序

SO3的吸收過程使得精制硫酸升溫，然后進(jìn)入板式冷卻器，經(jīng)循環(huán)冷卻水移熱將酸溫降至55℃后流入98%硫酸循環(huán)槽。精制酸在槽內(nèi)被超純水稀釋時的酸溫將被升至60℃以上。稀釋后，濃度保持在98.3%左右的精制酸從槽底流出，再被98%酸循環(huán)泵泵送至SO3吸收塔，用于連續(xù)地吸收SO3氣體。

（4）脫吸工序

98%精制硫酸由循環(huán)槽底部泵入吸收塔，泵的出口管道將精制酸分為兩路，一路進(jìn)入吸收塔作周而復(fù)始地循環(huán)和吸收；另一路管道閥門與98%硫酸循環(huán)槽的液位進(jìn)行連鎖，控制一定的流量進(jìn)入SO2脫吸塔；利用二吸塔出口的干燥尾氣經(jīng)送風(fēng)機(jī)加壓進(jìn)入SO2脫吸塔底部，自下而上地吹出自塔頂淋下的98%精制酸中所溶入的SO2等有害氣體。被吹出的含有微量SO2尾氣自塔頂通過管道引至硫鐵礦制酸系統(tǒng)的尾吸工段進(jìn)行處理，達(dá)標(biāo)后排放。

（5）儲存工序

經(jīng)脫吸后的精制硫酸進(jìn)入成品酸冷卻器，冷卻后流入成品酸中間攪拌槽，加入氧化劑進(jìn)一步去除酸中雜質(zhì)，再由成品酸循環(huán)泵將精制硫酸輸送至精制硫酸中間槽，經(jīng)檢驗(yàn)合格后，由成品精制酸輸送泵送至精制硫酸成品庫待售，不合格的精制硫酸回流至工業(yè)酸裝置干吸地下槽。

2.3 主體工程與儲運(yùn)設(shè)施

本技改項(xiàng)目投資約3 000萬元人民幣，建設(shè)主體工程及儲運(yùn)設(shè)備見表3。

表3 技改項(xiàng)目主體工程與儲運(yùn)設(shè)施

2.4 產(chǎn)品質(zhì)量

本技改項(xiàng)目產(chǎn)品為精制硫酸，其質(zhì)量指標(biāo)符合國家精制硫酸質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 625-2007）中分析純AR的要求，見表4。

表4 精制硫酸標(biāo)準(zhǔn)（GB 625-2007）

2.5 技改需要克服的難題

（1）技改項(xiàng)目對工業(yè)酸裝置的影響

由于技改項(xiàng)目需要約15%的原料氣，而這部分原料氣仍然依靠工業(yè)酸裝置的干燥塔脫水干燥。技改后，原工業(yè)酸裝置的水平衡被打破。在非高溫季節(jié)，可通過吸收工段少補(bǔ)水甚至不補(bǔ)水來維持工業(yè)酸系統(tǒng)的酸濃。但往往在夏季高溫季節(jié)，即使原工業(yè)酸吸收工段不補(bǔ)水，也不能維持工業(yè)酸系統(tǒng)的酸濃，導(dǎo)致工業(yè)酸系統(tǒng)產(chǎn)品不合格。

針對此問題，需要系統(tǒng)優(yōu)化解決，如：①降低電除霧出口的煙氣溫度（通過降低循環(huán)水溫度或提高凈化工段的換熱效果等）；②減少工業(yè)酸系統(tǒng)漏風(fēng)率，及時補(bǔ)漏；③改善硫鐵礦原料的含硫率，提高工業(yè)酸系統(tǒng)煙氣酸濃等。

（2）技改項(xiàng)目管道、設(shè)備的材質(zhì)要求

精制硫酸產(chǎn)品所能允許的雜質(zhì)含量極低，因此，對所有的工藝管道、設(shè)備的內(nèi)襯里均需用高等級的非金屬材料，杜絕微量雜質(zhì)進(jìn)入產(chǎn)品生產(chǎn)過程的可能性。如采取碳鋼內(nèi)襯四氟、搪玻璃、F46、玻璃纖維等。

（3）廠房設(shè)備布置

不同于工業(yè)酸生產(chǎn)裝置，精制硫酸裝置區(qū)內(nèi)的生產(chǎn)設(shè)備和工藝管道均布置在室內(nèi)，目的是盡可能地防止外界塵埃進(jìn)入，將可能影響產(chǎn)品最終質(zhì)量的一切外部影響因素盡可能地進(jìn)行排除。

（4）超純水

精制硫酸的濃度配制采用超純水，超純水制備和質(zhì)量要求極高，所以超純水制取工藝和設(shè)備的選擇都至關(guān)重要。

技改項(xiàng)目配套了制水能力Q=5 m3/h超純水裝置。制水技術(shù)模式為電去離子EDI工藝。介質(zhì)流程如下：源水→源水增壓泵→多介質(zhì)過濾器→活性炭過濾器→軟水器→精密過濾器→一級反滲透主機(jī)→中間水箱→EDI系統(tǒng)→純化水箱→純水泵→用水點(diǎn)。

（5）分析化驗(yàn)

成品精制硫酸的質(zhì)量分析要求極高，必須配置適用的進(jìn)口儀器、儀表以保證檢驗(yàn)和測定的精確性，使產(chǎn)品合格率得到可靠保證。

3 結(jié)束語

本技改項(xiàng)目自投料試運(yùn)行以來，通過科學(xué)管理和精細(xì)操作，工業(yè)酸裝置、精制硫酸裝置均實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)運(yùn)行，副產(chǎn)的AR級精制硫酸產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)良，取得了較高的經(jīng)濟(jì)效益，為國內(nèi)硫鐵礦制酸的轉(zhuǎn)型發(fā)展提供了良好的借鑒。