湿法硫酸技术.docx

湿法硫酸技术佚名【摘要】摘要：介绍了托普索WSA工艺的最新进展和MECS SULFOX技术的最 新应用WSA—DC技术将WSA技术的尖端优势（主要是高能效）与二次转化工 艺的高转化率相结合，同时将一次转化后的气体循环到SO2转化器的进口以代替 空气稀释，因而有可能处理申（SO2 ）远高于6%~7%的进气MECS SULFOX 技术适用于各种废气和酸性气制酸，具有自动化操作、高效回收废热、简单而紧凑 的模块化设计等主要优点°%The latest developments in Tops甲be's WSA process and recent applications of MECS SULFOX technology are reported. The WSA-DC technology combines the advantages of the WSA technology, primarily the high energy efficiency, with the high conversion efficiency of the double-contact process. At the same time, recycling of process gas after the first contact stage to the inlet of the SO2 converter instead of dilution with air makes it possible to accept feed gases with SO2 concentrations considerably higher than 6 vol% -7 vol%. MECS SULFOX technology is applicable to produce sulphuric acid from a wide range of sulphur-rich waste gases and waste liquids and has key benefits of automated operation, high-efficiency heat recovery and very simple and compact modular design.【期刊名称】 《硫酸工业》【年（卷）,期】 2012（000）006【总页数】6页(P11-16)【关键词】废气脱硫;含硫废物再生;硫酸生产;湿法工艺【正文语种】中文【中■分类】TQ111.161托普索WSA技术进展1.1 WSA技术在最近20年中，托普索公司的WSA(湿法硫酸)技术在通过生产硫酸来净化中低 SO2浓度［申(S02)最高为6% ~7% ］气体方面获得了广泛的应用。

在全球范围 内约有110个项目签约，主要涉及以下行业:a. 石油炼制；b. 焦化和煤化工；c. 煤气化；d. 粘胶纤维生产；e. 冶金工业装置规模大小不等，小到处理例如焦化厂的H2S气体，大到处理炼油厂蒸汽装置 及发电装置富硫燃料燃烧产生的烟气处理工艺气体流量在2x103- 1.2x106m3/h,硫酸产量在 4-1 140 t/dWSA技术的特点是湿法制酸，即工艺气体不经过干燥，将进气中的水蒸气及燃烧 产生的水蒸气全部保留在气体中不同于传统的干法工艺，SO3不是在硫酸中被 吸收，而是先与水结合形成硫酸蒸气，然后在由空气冷却的管式冷凝器中冷凝成浓 硫酸1.1.1 WSA 工艺描述图1显示的是一个以硫磺为原料的传统WSA装置的工艺流程WSA工艺过程包括3个主要步骤：a. 液硫与空气燃烧，燃烧产物经冷却后得到温度400工、申(S02)约为6%的工艺气 体b. SO2在装有托普索VK-W系列催化剂的3段转化器内转化为SO3，每段出口气体通过产生饱和蒸汽或过热蒸汽来冷却在最后一步冷却中，气体中的大部分SO3与H2O反应，形成硫酸蒸气c. 在冷凝器中冷却工艺气体，使硫酸蒸气冷凝成为w(H2SO4)98%的硫酸，经冷却 后由泵送入储槽。

洁净气体通过烟囱放空冷凝器是一台装有垂直玻璃管的换热器， 管外由环境空气冷却图1以硫磺为原料的传统WSA装置工艺流程1.1.2 WSA技术的优点与限制与传统的硫酸技术相比，WSA技术有一些固有的优点和限制WSA技术最显著的优点是：a. 高能效WSA工艺的能效很高，因为SO2氧化热、气相SO3与H20的反应热 (生成H2SO4蒸气)、H2SO4蒸气的冷凝热和将工艺气体冷却到约100°C的冷却 负荷都得到了利用这些能量一部分以高压蒸汽的形式被回收，一部分以热空气的 形式被利用，例如作为燃烧空气，只有产品硫酸的冷却热流失于冷却水中b. 无副产物由于在WSA过程中工艺气体无需干燥，所以没有硫酸损失，因而也 不会产生酸性废水WSA技术的限制是：a. 进气S02浓度限制因为考虑到WSA冷凝器的结构材料，装置不可能处理硫 酸露点高于约260C的气体，这相当于转化器进口申(S02)为6% ~ 7%当然这个 限制可以通过用空气稀释工艺气体来克服，但这样将增加工艺气体的体积，从而增 大装置的尺寸b. 转化率限制作为一个一次转化工艺，SO2-SO3的平衡曲线通常将转化率限制 在99.4% ~ 99.7%虽然这个限制可以通过使用碱液或过氧化氢洗涤尾气来克服， 但是这意味着要增加投资和操作成本。

1.2 WSA-DC 技术最近几年，市场要求在一些迄今由于技术限制WSA较少涉足的场合也能分享 WSA技术的优点为了回应这一要求，托普索公司开发了一种新的二次冷凝制酸 技术——WSA-DC这一技术融合了 WSA技术的尖端优势（主要是高能效）与二次 转化技术的高转化率WSA-DC技术的开发不是为了代替WSA技术，而是作为 对后者的补充在某些SOx含量较低的情况下，相比WSA-DC技术，传统WSA 技术可能更加适用几种硫酸技术的比较见图2图2 几种硫酸技术的比较1.2.1 WSA-DC工艺描述图3显示的是一个以硫磺为原料的典型WSA-DC装置的工艺流程WSA-DC工艺过程包括5个主要步骤：a. 焚硫炉及配套废热锅炉；b. 第一SO2催化转化阶段（一次转化）；c. —级WSA冷凝器；d. 第二SO2催化转化阶段（二次转化）；e. 二级WSA冷凝器焚硫炉使用预热后的空气进行燃烧，产生申（S02）约10%的气体SO2气体在蒸 汽锅炉和蒸汽过热器内冷却与一级冷凝器出口的循环气混合后，温度达到 400°C,这是托普索VK-W系列SO2催化剂的最佳温度VK-W催化剂专门为湿 法制酸工艺而开发图3以硫磺为原料的典型WSA-DC装置工艺流程转化器第一段上层为25 mm菊形催化剂，它具有良好的容尘能力因而不会产生过 高的压降，其余为9 mm或者12 mm菊形催化剂。

由于是放热反应，第一段出 口温度大约为550工气体通过使高压蒸汽过热后冷却，流入第二段在第二段 出口转化率已达到92% ~95%之后，气体通过生产蒸汽使温度降至大约290工 在此过程中，部分SO3与H2O反应生成硫酸蒸气部分转化后的气体从底部进入一级WSA冷凝器，向上流过外部由环境空气冷却的 垂直玻璃管在冷却过程中，剩余的SO3与H2O反应形成H2SO4蒸气并冷凝 在玻璃管的上部出口处，气体已被冷却至180°C一级冷凝器产生的热空气，一 部分被用作焚硫炉的燃烧空气，另一部分用于预热锅炉给水，剩余部分在二级冷凝 器后被加入洁净气体中—级WSA冷凝器出口气体通过2步被再次加热至大约400°C:第一步由第三段出 口气体加热，第二步由过热蒸汽加热加热后的气体进入第三段第三段的催化剂 也属于托普索VK-W系列如果要求特别高的转化率，则需要使用特殊的含铯低 温催化剂当使用这种催化剂时，第三段出口转化率可达到99.99%以上离开第 三段的气体通过预热第三段进口气体而冷却到260C,使大部分SO3与H20反 应形成H2SO4蒸气，然后流入二级WSA冷凝器气体从底部进入最终WSA冷凝器，向上流过外部由环境空气冷却的垂直玻璃管。

在冷却期间，剩余的S03与H20反应形成H2SO4蒸气并冷凝液体硫酸与热气 体逆流沿玻璃管流下，以浓硫酸的形式收集在冷凝器底部;离开冷凝器顶部的气体 通过烟囱直接排入大气从2台WSA冷凝器流出的产品酸混合后在冷却回路中冷却，用泵送入储槽这些 产品酸的w(H2SO4)—般为98%WSA-DC装置的热回收系统通过适当的设计， 可向外输出约5.5 MPa、570°C的蒸汽，非常适合于发电1.2.2 WSA-DC技术的优点WSA-DS技术具有如下优点：a. 能效高与WSA技术一样，在WSA-DC工艺中，SO2氧化热、SO3水合热及 硫酸蒸气冷凝热均得到了利用由于进气无需用空气稀释，排出的洁净气体量较少， 从而减少了热量损失b. 进气SO2浓度高工艺气体的循环免除了用空气稀释进气的需要因此，相比 WSA装置，WSA-DC可以接受更高SO2浓度的气体C.S02转化率高由于WSA-DC装置采用的是二次转化工艺，相比只有一次转化 的WSA装置，能够达到更高的SO2转化率WSA-DC装置的SO2的转化率可 高达99.99%d. 冷却水消耗低几乎所有工艺热量都被回收用于产生蒸汽，只有很少的热量（产 品酸被冷却时的热焓）由冷却水移走。

通常情况下，生产每吨硫酸消耗9 m3冷却 水1.2.3 WSA-DC技术的性能和经济性根据客户的要求和当地的实际情况，WSADC装置的配置会略有不同所要求的SO2的转化率将决定SO2转化器的温度和催化剂的类型2 + 1 ”配置 的3段催化剂床层基本可达到最高的转化率如果要求特别高的转化率，托普索 公司可提供VK-WSX催化剂用于一次转化的最后一段，以及VK-WL含铯催化剂 用于二次转化这些催化剂的使用将使转化率达到99.99%以上将一次转化的气体循环到SO2转化器进口，代替空气稀释工艺气体，可减少WSA-DC装置大部分设备的气体流量这个特点对于进气SO2含量很高并且氧含 量充足的应用特别重要WSA-DC工艺的一项热损失是一级冷凝器出口工艺气体的再加热该工艺气体的 温度通常为90 ~110°C,必须被加热到380~420工如果一级冷凝器在较高的出 口温度下操作，例如180C,热量损失将会降低，而180C已足可确保产品酸冷凝表1显示了在以硫磺为原料的情况下，具有上述特点的WSA-DC装置与WSA及 传统干法二转二吸(DCDA)装置的技术经济性比较表1 WSA-DC与WSA及DCDA装置的技术经济比较项目 WSA WSA-DC DCDA 工艺气体循环否是否一级冷凝器出口高温否是尾气处理通过H2O2 否 否进气流量/(m3・h-1) 91 000 56 800 47 300 进气申(SO2),% 6.29 10.08 12.10洁净气体流量/(m3・h-1) 78 700 41 900 38 800洁净气体 p(SO2)/(mg・m-3) 359 674 730 总发电量/MW 8.5 9.2 6.4 电耗/MW 1.9 1.8 1.4 净发电容量/MW 6.6 7.4 5.0 总安装费用，%100 90 110 所有案例都是基于600 t/d的硫酸产量以及99.83%的SO2转化率。

从表1可以 看出，湿法工艺比干法DCDA 工艺具有更高的能效应当指出的是，无论是 WSA-DC还是DCDA，都有进一步提高能效的方法然而相比回收最初的10%能 量，回收最后的10%能量需要高得多的投资因此，对于大型装置，用特殊的方 法来回收更多的能量具有极其重要的。