稀硫酸濃縮工藝運行問題及改善措施

王慶，張軍，羊文君

(新浦化學(泰興)有限公司，江蘇 泰興 225400)

新浦化學(泰興)有限公司(以下簡稱“新浦化學”)是新加坡新浦化學私人有限公司全資子公司，成立于1995年12月30日。經(jīng)過數(shù)次擴建和發(fā)展，新浦化學離子膜法燒堿裝置規(guī)模達到了75萬t/a。在離子膜法燒堿生產(chǎn)過程中，每年約產(chǎn)生1.8萬t 75%含氯廢硫酸。稀硫酸屬于危險廢物，為妥善處置該危險廢物，新浦化學新建1套稀酸濃縮裝置，將75%含氯廢酸通過蒸發(fā)濃縮至80%以上，去除氯離子后外銷，解決危廢處理的同時給企業(yè)帶來了一定的經(jīng)濟效益。

1 生產(chǎn)工藝

本裝置采用負壓蒸酸器蒸發(fā)濃縮硫酸。

從燒堿裝置來的含氯稀硫酸調(diào)節(jié)流量后送蒸酸器，在負壓條件下用蒸汽加熱蒸餾，蒸餾后產(chǎn)生的氣體通過洗滌塔用水洗滌除去蒸餾過程中夾帶的酸霧，洗滌后含氯廢氣通過吸收塔用堿液完全吸收后達標排放。為了充分利用熱能，節(jié)省能源消耗，稀硫酸進入蒸酸器前先與蒸餾后的高溫硫酸在酸酸換熱器中換熱，將溫度提高至75%硫酸的沸點之下后進入蒸餾釜。經(jīng)回收熱能后的濃硫酸經(jīng)成品換熱器冷卻至常溫后發(fā)往罐區(qū)進行銷售。

稀硫酸濃縮工藝流程如圖1所示。

圖1 稀硫酸濃縮流程框圖Fig.1 Block diagram of dilute sulfuric acid concentration

2 運行中出現(xiàn)的問題和解決措施

該裝置于2018年10月投入試運行，在裝置運行過程中，發(fā)現(xiàn)裝置存在以下問題。

2.1 真空泵故障率高

2臺真空泵，1備1用，一臺機組于2019年5月因葉輪損壞嚴重送原廠家維修，另一臺自2019年5月運行2個月后，異響和振動明顯，故障和維修頻率不斷升高?，F(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)運行真空度正常為15 kPa左右，而機組進口壓力顯示為0.098～0.10 MPa(真空泵設(shè)計壓力0.1 MPa)。原因分析：真空泵進口氣量較小，真空泵長期在極限真空條件下運行時嚴重氣蝕，伴有大的振動和異響，導致葉輪故障損壞。解決措施：打開真空泵分離器出口至泵進口的回流閥，調(diào)節(jié)真空泵進口壓力在0.08～0.09 MPa運行，避免真空泵在極限真空下運行。經(jīng)過以上調(diào)整，真空泵異響和振動消失，機組運行近1年未出現(xiàn)明顯故障。

2.2 吸收水罐排空口時常有氯氣和大量堿泡沫排出，污染環(huán)境

吸收水罐原設(shè)計有排氣口，保持吸收水罐常壓狀態(tài)，利用pH計在線監(jiān)控吸收水堿濃度。系統(tǒng)運行1個月后，pH計故障，維修多次無果，并經(jīng)常有氯氣從排氣口排至大氣和從排氣口排出大量堿泡沫的情況。

原因分析：pH計故障，無法在線監(jiān)控吸收水堿濃度。為了防止堿濃度過低導致次氯酸鈉分解，要求每班取樣送檢驗室分析監(jiān)控吸收水堿濃度，但檢驗室的分析結(jié)果滯后，吸收水堿濃度往往不能真實反映實時的情況，造成次氯酸鈉分解后氯氣從排氣口排出。

解決措施如下。①對崗位人員進行堿濃度分析培訓，每班由崗位人員即時分析，當堿質(zhì)量分數(shù)小于1.5%時置換吸收水，提高堿質(zhì)量分數(shù)。②吸收水罐排氣口連接吸收塔氣體進口，防止含氯廢氣排至大氣；修改操作規(guī)程，規(guī)定排空口的有毒氣體報警儀報警時吸收塔即時加堿操作。③將pH計變更為ORP儀(ORP儀在多套氯氣處理裝置的廢氣吸收系統(tǒng)中有成功應用的經(jīng)驗)，通過設(shè)定ORP高限報警值使得吸收水堿濃度在線監(jiān)控更加合理和安全。

通過以上改善，自2019年10月運行至今未再發(fā)生該異常。

2.3 稀硫酸罐易憋壓導致水封破、漏氯氣

稀硫酸罐為玻璃鋼材質(zhì)，為了保持玻璃鋼罐常壓狀態(tài)，設(shè)計了負壓下的吸氣閥和正壓下的水封。稀硫酸罐內(nèi)廢氯氣和真空泵出口的廢氯氣送吸收塔完全吸收后排放至大氣。但是在吸收塔運行過程中，稀酸罐內(nèi)頻繁憋壓，時常導致稀酸罐水封被沖破，大量廢氯氣泄漏，造成環(huán)境污染。

原因分析如下。①吸收水循環(huán)流量大，造成吸收塔內(nèi)發(fā)生持液。②吸收塔尾氣排放口無風機驅(qū)動，堿性吸收水循環(huán)過程中產(chǎn)生的泡沫導致塔阻增大，酸罐憋壓。

解決措施如下。將吸收水流量從4 m3/h調(diào)節(jié)至2.5 m3/h，減少塔內(nèi)持液情況；同時將吸收水的循環(huán)溫度從15 ℃調(diào)節(jié)至25 ℃，減少吸收水產(chǎn)生泡沫，酸罐憋壓現(xiàn)象基本消除，酸罐的壓力也從6 kPa下降至0～1 kPa，且正常穩(wěn)定在0 kPa。為了檢驗吸收水流量降低后的吸收效果，檢測吸收塔排放口尾氣中的氯和氯化氫含量，結(jié)果均能達標排放。

2.4 其他問題

(1)由于原設(shè)計的缺陷，稀硫酸泵故障頻率較高，通過工藝變更增加了稀硫酸投料泵的回流管路，緩解稀硫酸泵高出口壓力低流量對葉輪造成的損壞。

(2)稀酸罐采用工業(yè)水做液封，一段時間后，用于液封的工業(yè)水吸收溶解氯氣變成飽和氯水后，會不斷有氯氣從液封水中釋放出來，造成周圍環(huán)境輕微污染。為了改變這一現(xiàn)狀，將液封水換成15%的稀堿液并定期檢查更換液封，消除了水封釋放氯氣的現(xiàn)象，保證了良好的工作環(huán)境。

(3)將成品下酸取樣頻率從每班1次調(diào)整為每天1次，吸收水堿濃度從每班分析1次調(diào)整為依據(jù)ORP值監(jiān)控，大大減少了現(xiàn)場作業(yè)員的工作強度。

(4)制定吸收塔和蒸酸器每年檢查清洗1次的預防性維修標準，更好發(fā)揮設(shè)備運行效率，減少故障率。

3 結(jié)語

通過在裝置運行中不斷發(fā)現(xiàn)問題、解決問題并制定相應的防范措施，不斷優(yōu)化工藝操作，稀硫酸濃縮裝置運行更加穩(wěn)定高效。