邯鋼WSA制酸系統(tǒng)分析與改進(jìn)

摘 要：對WSA制酸工藝進(jìn)行簡介，分析了制酸系統(tǒng)在生產(chǎn)中存在的問題。通過對工藝及操作進(jìn)行改進(jìn)，取得了良好效果。

關(guān)鍵詞：WSA制酸；焚燒爐；SO2轉(zhuǎn)化器；腐蝕

1 前言

邯鋼邯寶焦化廠焦?fàn)t煤氣凈化系統(tǒng)對4座7m焦?fàn)t的荒煤氣進(jìn)行凈化處理，其中煤氣脫硫工段采用了真空碳酸鉀脫硫+WSA（Wet Gas Sulphuric Acid）制酸工藝，WSA制酸由丹麥托普索公司設(shè)計(jì)，系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備SO2轉(zhuǎn)化器、WSA冷凝器、濃酸循環(huán)泵、酸冷卻器等由外方供貨，廢熱鍋爐產(chǎn)生的余熱用于自產(chǎn)蒸汽，產(chǎn)品硫酸回用于硫銨工段，實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)。

該套系統(tǒng)2010年建成投產(chǎn)，生產(chǎn)98%濃硫酸，但在實(shí)際生產(chǎn)過程中，由于存在硫酸腐蝕泄漏、空氣過濾器及酸汽管道堵塞等影響生產(chǎn)的問題，使裝置的開工率偏低。同時，系統(tǒng)生產(chǎn)過程中也存在焦?fàn)t煤氣消耗偏高問題，不符合節(jié)能減排的要求。

2 工藝簡介

圖1 WSA制酸工藝流程簡圖

WSA 制酸工藝是一種不經(jīng)過干燥將濕硫化氫氣體轉(zhuǎn)化為濃硫酸的工藝，如圖1所示。酸性硫化氫（H2S）氣體在焚燒爐中燃燒，產(chǎn)生二氧化硫（SO2）氣體，經(jīng)廢熱鍋爐回收余熱自產(chǎn)蒸汽，過程氣經(jīng)過脫硝反應(yīng)（SCR）將氮氧化物（NOx）在專用催化劑的作用下還原為氮?dú)猓∟2），二氧化硫氣體則通過二氧化硫轉(zhuǎn)化器被氧化為三氧化硫（SO3），SO3在WSA冷凝器內(nèi)被水蒸氣吸收，在空氣冷卻下，凝結(jié)為液態(tài)硫酸，尾氣達(dá)標(biāo)排放。

3 存在問題

3.1 二氧化硫轉(zhuǎn)化器腐蝕泄漏

SO2轉(zhuǎn)化器主要功能是將SO2轉(zhuǎn)化為SO3，一旦泄漏，將會有大量酸性氣體逸出，進(jìn)一步腐蝕周邊設(shè)備，污染環(huán)境，同時危害職工身心健康。泄漏的主要原因在于轉(zhuǎn)化器局部保溫效果差，這部分區(qū)域由于溫度低于SO3酸汽的露點(diǎn)溫度而冷凝成酸，形成了“露點(diǎn)腐蝕”。理論上氣態(tài)SO3對碳鋼腐蝕很小，但若SO3與水蒸汽化合形成的氣態(tài)硫酸冷凝為液態(tài)硫酸時，液態(tài)硫酸對碳鋼設(shè)備的腐蝕性劇增，特別是在高溫（露點(diǎn)溫度254℃）條件下，濃硫酸很快與鐵反應(yīng)生成硫酸亞鐵（FeSO4），將碳鋼設(shè)備腐蝕。溫度對濃硫酸腐蝕性影響見表1。

表1 濃酸對碳鋼腐蝕速率表

溫度 （℃） 20 40 50 60 70

腐蝕速率 （mm/a） 0.1 0.8 1.3 2.3 5.3

3.2 硫酸管道腐蝕

98%濃硫酸在常溫下對碳鋼的腐蝕因鈍化作用而影響很小，由于鈍化作用（Fe+H2SO4=FeO+SO2+H2O）形成的致密氧化亞鐵（FeO）保護(hù)膜覆蓋于碳鋼表面，阻止了濃硫酸對碳鋼的進(jìn)一步腐蝕，這也是常溫下能夠使用碳鋼設(shè)備存貯濃硫酸的原因。裝置原設(shè)計(jì)濃硫酸管道為碳鋼材質(zhì)，但在使用中管道彎頭及其焊縫區(qū)域經(jīng)常性出現(xiàn)泄漏，分析主要是由于在彎頭及附近區(qū)域流體呈紊流狀態(tài)，流速的急劇變化及流體長時間沖刷，導(dǎo)致碳鋼管線內(nèi)形成的FeO鈍化膜溶解，無法起到保護(hù)作用，從而造成腐蝕泄漏。

3.3 煤氣消耗偏高

制酸裝置設(shè)計(jì)處理酸汽量750m3/h，實(shí)際酸汽量在520～550 m3/h，為了確保焚燒爐溫度穩(wěn)定及后續(xù)各溫度指標(biāo)符合工藝要求，需要向焚燒爐補(bǔ)充焦?fàn)t煤氣150～200 m3/h，由此帶來裝置煤氣消耗偏高的問題。

3.4 空氣過濾器堵塞

制酸裝置運(yùn)行過程中，焚燒爐及WSA冷凝器需要潔凈的空氣，其主要目的是防止催化劑被灰塵堵塞，導(dǎo)致系統(tǒng)阻力增大，原設(shè)計(jì)是在空氣風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口處加裝濾布，但在運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)由于周圍環(huán)境灰塵較大，同時北方多風(fēng)少雨，造成空氣濾布堵塞嚴(yán)重，空氣風(fēng)量上不去，不得不頻繁倒機(jī)清洗或更換濾布。

3.5 酸汽管道堵塞

制酸裝置的原料酸汽來自于脫硫再生系統(tǒng)，由于脫硫再生系統(tǒng)產(chǎn)生的酸汽中含萘成分較高，萘在常溫下易結(jié)晶，酸汽管道時常堵塞，造成酸汽系統(tǒng)阻力越來越大，產(chǎn)酸量明顯降低，最終被迫停車處理。

4 改進(jìn)措施

4.1 采用新型保溫材料和工藝

原SO2轉(zhuǎn)化器采用硅酸鋁保溫氈進(jìn)行保溫，由于保溫氈連接處存在縫隙，保溫效果差，重新對SO2轉(zhuǎn)化器整體進(jìn)行了保溫，特別對于易受腐蝕的轉(zhuǎn)化器底部采用了耐溫、保溫效果更好的輕質(zhì)保溫澆注料+硅酸鋁纖維氈外加彩鋼護(hù)板進(jìn)行保溫，防止過程氣在此處由于低溫形成“露點(diǎn)腐蝕”。此種保溫方法2013年已獲得國家實(shí)用新型專利。

4.2 優(yōu)化工藝控制

通過控制焚燒爐溫度在1000～1050℃，入爐水溫不低于104℃，杜絕汽包蒸汽系統(tǒng)泄漏等措施，穩(wěn)定汽包壓力在5.8MPa，確保過程氣冷卻器后溫度由270℃提升至280℃，防止過程氣溫度低于露點(diǎn)溫度，而凝酸引起腐蝕。

4.3更換酸管材質(zhì)

對于濃酸輸送管道，將原設(shè)計(jì)的碳鋼管道更換為防腐性能、耐沖刷能力良好的內(nèi)襯PPH（聚丙烯）管，內(nèi)襯PPH管采用法蘭連接，法蘭間采用聚四氟墊片，避免了腐蝕泄漏。

4.4 提高助燃空氣溫度

將系統(tǒng)本身WSA冷凝器換熱后的部分熱空氣引入助燃風(fēng)機(jī)前，通過提高助燃空氣溫度的辦法，降低焚燒爐煤氣消耗量，改造前后實(shí)際煤氣耗量減小150m3/h左右。改造后工藝流程如圖2所示。

圖2 燃燒風(fēng)機(jī)改造流程簡圖（虛線部分為增加部分）

5 效果與效益

5.1 效果

（1）通過設(shè)備及工藝的改進(jìn)，每年減少檢修工期60天左右，檢修的人力物力成本降低，硫酸年增產(chǎn)2400噸。

（2）由于腐蝕泄漏大大降低，現(xiàn)場設(shè)備、環(huán)境得到極大改觀。

（3）制酸裝置生產(chǎn)的順行，使硫化氫酸汽得到很好處理，SO2污染物排放大為降低，環(huán)保效益明顯。

5.2經(jīng)濟(jì)效益

（1）硫酸創(chuàng)效

年度減少檢修工期60天左右，裝置每天產(chǎn)酸40噸，濃硫酸500元/噸，年增產(chǎn)硫酸創(chuàng)效：

60×40×500=120（萬元/年）

（2）降低煤氣消耗

焚燒爐助燃空氣摻入熱空氣，焚燒爐煤氣消耗平均降低150 m3/h，年度運(yùn)行300天計(jì)，降低煤氣消耗：

150×24×300=108（萬m3/年）

（3）增加副產(chǎn)蒸汽

制酸裝置年度減少檢修工期60天，蒸汽產(chǎn)量4.5噸/h，年增產(chǎn)蒸汽：

4.5×24×60=6480（噸/年）

6 結(jié)語

實(shí)踐證明，對WSA制酸系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備的保溫、防腐、助燃空氣及酸汽防堵工藝改進(jìn)是成功的，從根本上解決了設(shè)備頻繁腐蝕泄漏硫酸的問題，不僅提高了系統(tǒng)開工率，保證了生產(chǎn)的順行，而且確保了崗位職工人身安全，同時取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益。

作者簡介：李書震（1975-），男，高級工程師，1998年畢業(yè)于鞍山鋼鐵學(xué)院煤化工專業(yè)，現(xiàn)就讀于河北聯(lián)合大學(xué)工程碩士研究生班，現(xiàn)在河北鋼鐵集團(tuán)邯鋼公司邯寶焦化廠工作。