1、1硫磺制酸技术摘要：根据我国的国情和企业的技术状况 ,重点介绍了我国硫酸工业现状及工艺和设备的选择，对其中转化及干燥吸收工段的几种工艺流程作了详细说明。各种转化及干燥吸收工艺流程随着硫磺制酸装置的规模采用的工艺也有所区别，型式多种多样, 各有特点, 我们应该根据企业的实际情况,选择合适的工艺流程。所介绍的工艺都有其各自的优缺点。关键词：硫磺，硫酸，转化，干燥，工艺一、引言近年来，我国硫酸工业有了很大的发展，硫酸工程设计项目多、质量好、技术水平高、经济效益和社会效益显著提高。此外，从国外引进了一些先进的硫酸生产技术，大大改变了我国硫酸工业的技术状况 5。根据硫酸生产原料的不同，可分为硫铁矿制酸、
2、硫磺制酸、烟气制酸、磷石膏制酸等。近年来, 我国硫铁矿价格大幅度上涨, 而硫磺价格则相对稳定, 因此对于硫铁矿资源缺乏的地区来说, 硫磺制酸替代硫铁矿制酸是必然趋势 1。硫磺制酸的首道工序是固体硫磺的熔融和精制, 过程和设备都比较简单；第二道工序是将精制液硫用干空气燃烧, 得到几乎不含尘、砷、氟等有害杂质的SO2炉气,因此不需要设置干法除尘设备,也没有必要设立湿式净化工序 2。硫磺制酸没有矿渣、矿尘和稀酸产生, 相应的处理装置也就无须设置。工艺合理、硫利用率高、副产蒸汽多、电耗低、 “三废”较少、转化2率高、装置运行稳定、操作简便等特点。二、转化及干燥吸收（一）具有独立干燥系统的工艺流程该流程
3、沿用矿制酸和冶炼烟气制酸的干燥和吸收工艺,按循环槽数量可分为“三塔三槽”工艺流程见图1和“三塔两槽”工艺流程见图2。 “三塔三槽”工艺流程系指干燥塔、一吸塔、二吸塔分别具有各自独立的循环酸系统的流程“三塔两槽”工艺流程系指干燥塔配有独立循环槽、而两台吸收塔合用一台循环槽的流程。各循环酸系统的浓度靠相互间的串酸和加水控制 4。3该流程中二吸塔的串酸可由泵后串酸, 也可简单地通过二吸塔酸循环槽溢流串人一吸塔酸循环槽。 “三塔两槽”工艺是在“三塔三槽”工艺流程基础上,将两台吸收塔循环槽合并而形成, 因此减少了串酸管线,也减少了相应的液位和酸浓控制回路 4。其循环槽的设计采用子母槽形式, 即母槽用于混
4、酸和加水,子槽用作泵槽。对于二吸塔循环系统相对独立的工艺,随着运行时间的增加,二吸塔酸的质量会因相对封闭的循环而下降 3。这种流程干燥酸w (H2 SO4 ) 一般控制在93%-96%。为保证空气干燥效果, 应尽量提高干燥酸的浓度, 但浓度不宜过于接近吸收酸浓度, 否则将引起串酸量过大而极不合理。 w (H2 SO4 )98%硫酸的结晶温度为-0.7 , 而w (H2 SO4 )93% 硫酸的结晶温度为-27 , 在北方地区, 由于w (H2 SO4 )98%硫酸易于冻结 ,不便贮运, 常以w (H2 SO4 )93% 硫酸作为产品, 因此常以w (H2 SO4 )93% 硫酸作为干燥酸, 并
5、从干燥塔循环槽产酸。4（2)干燥塔和一吸塔循环摘合一的工艺流程将干燥塔循环槽和吸收塔循环槽合并后, 就可以使用w (H 2 SO4 )98% 酸干燥。这样做的优点很多。首先, 如前所述干燥效果较好;其次, 酸的腐蚀性降低, 因此可提高进干燥塔的酸温, 从而提高干燥空气温度,提高产汽量, 同时减少循环水用量。再者, 无需串酸, 配管及控制较为简单。如图3所示, 将一吸塔高温出口酸与干燥塔出口酸混合, 加水控制混合酸浓度, 利用w (H2 SO4 )98%酸干燥。二吸塔循环酸系统相对独立, 单独加水控制浓度, 多余酸经酸冷却器冷却后串人干吸塔酸循环槽, 此串酸量很少。串酸也可通过酸循环槽溢流串酸。
6、一吸塔高温出口酸与干燥塔出口酸混合后温度降低, 将减轻对泵、冷却器和管道等的腐蚀, 但这种流程不利于低温位热能的利用。国内许多硫酸生产企业对酸循环系统低温位热能的回收利用尚不够重视, 而对利用w (H2 SO4 )98%硫酸干燥空气的优点基本有了认识。（三）干燥塔和吸收塔循环酸完全混合的工艺流程5干燥和吸收塔循环酸完全混合的工艺流程如图所示。干燥塔、一吸塔和二吸塔共用一个酸循环槽, 所有的出口酸在循环槽的一端充分混合后, 由循环酸泵通过酸冷却器冷却后分别送往干燥和吸收塔内。图4 干燥塔和吸收塔循环酸完全混合的工艺流程该工艺流程只需一台循环酸泵和一台酸冷却器便可完成干燥和吸收系统的循环, 其干燥
7、和吸收循环酸具有相同的浓度和温度。这是硫磺制酸工艺中最为简洁的一种流程, 其循环酸浓度、温度和循环槽液位的控制也最为简单。对于鼓风机在干燥塔下游的情况, 最好单独设置干燥塔酸冷却器, 以控制干燥塔循环酸温,减轻空气鼓风机的负荷。该工艺一般较适合小型硫磺制酸装置。（4）干燥塔和一吸塔交叉循环工艺流程图5所示的流程是“三塔三槽”干燥塔和一吸塔交叉循环的工艺流程。将一吸塔出口酸经过酸冷却器冷却后打人干燥塔内干燥空气, 而干燥塔的出口酸由于温升较小, 无需冷却直接送人一吸塔内6用作吸收酸。在一吸塔酸循环槽内, 通过控制加水量来控制打人干燥塔的循环酸浓度, 使其w (H2 SO4 )略高于98%,这样吸
8、收空气中水分后, 送人一吸塔的酸浓度仍可维持在(H2 SO4 )98%。产品酸从干燥塔酸循环槽中产出, 其中的二氧化硫含量最低。图5 干燥塔和一吸塔交叉循环工艺流程为了保证较高的吸收效率, 一般一吸塔的喷淋密度要高于干燥塔,而这种交叉循环流程则要求两塔喷淋酸量相当, 特别对于风机置于干燥塔前的流程, 一般干燥塔的直径小于吸收塔, 所以这一矛盾更加突出 6。这种交叉循环流程对生产操作的要求较高, 稍有不慎便会发生空槽和溢槽现象。在设计上, 干燥塔和一吸塔酸循环泵最好能连锁启动, 正常操作时要保持扬量一致, 当其中一台泵出现故障后, 另一台泵要立即停止运行。(5)干燥塔和二吸塔交叉循环工艺流程7如
9、图6， “三塔一槽”干燥塔和二吸塔交叉循环工艺流程。两台吸收塔的出口酸混合，经过冷却后分别送入干燥塔和一吸塔内，而干燥塔出口酸无需冷却即直接送往二吸塔。通过加水控制干燥塔和一吸塔泵槽区的酸浓度，从而控制干燥塔出口酸浓度。这种控制方式将会使成品酸浓度的调节有较大的滞后 7。为消除这种滞后现象，可将干燥塔循环酸浓度控制的高一些，使干燥塔出口酸浓度大于(H2 SO4 )98%。再通过向干燥塔出口酸内加水来控制产品酸浓度。图6 干燥塔和二吸塔交叉循环工艺流程三、结论综上所述,“三塔三槽(或两槽） ”工艺由于设备数量较多, 串酸量大, 流程较为复杂, 控制回路多,并且不能使用w (H2 SO4 )98%
10、 酸干燥等, 在硫磺制酸装置上的应用为数不多。中小型硫磺制酸装置应采用“三塔一槽” ；大型硫磺制酸装置应采用干燥、第2吸混酸槽合一,1吸单独设混酸槽的干吸流程, 这样简化了管道,减少了投资,开车和正常操作更加容易,也有利于低温废热的利用。干燥和吸收工艺8流程的型式多种多样, 各有特点, 我们应该根据企业的实际情况, 从投资、管理、操作、维护等方面进行综合比较, 选择合适的工艺流程 6。大型硫磺制酸国产化工艺技术成功的开发和应用表现在装置运行稳定, 装置的转化率、吸收率,蒸汽产量、热能利用率和回收率、产品酸质量等工艺指标先进, 能效高、污染少、自动化水平高, 对促进我国硫酸工业科技进步意义深远。
11、参考文献1 孙正东.我国硫酸工程技术的现状和展望(上)J.化肥工业,2008,35(5):1-13.2 颜利明.浅谈硫磺制酸工艺和设备的选择J.磷肥与复肥，2004,19(6):1-3.3 金志伟.硫磺制酸技术经济述评J.硫酸工业， 1997,3：1-6.4 孙正东.硫磺制酸干燥与吸收工艺流程的选择J.硫酸工业，2003.(4)：1-8.5 张振全，张曼曼.硫酸生产工艺的发展状况J.广东化工，2012,39(16):97-103.6 孙正东.超大型硫磺制酸装置的设计J.硫酸工业，2007(1),15-24.7 沙业汪.大型硫磺制酸装置的工艺技术和设备选择J.硫磷设计与粉体工程，2007(4):1-6.
