從源頭做好各技術細節消除硫酸裝置尾氣帶酸

劉少武

（江蘇慶峰工程集團有限公司，江蘇 揚州 225115）

1 硫酸裝置尾氣帶酸概況

自20 世紀70 年代中期，許多硫酸企業相繼發生尾氣帶酸現象。尾氣帶酸雖未被列入國控標準，但已成為令硫酸生產企業頭痛的問題之一。在這之前，硫酸裝置尾氣煙囪一般冒白煙，很少有企業尾氣帶酸。如今許多硫酸企業工作人員的工作服上都有很多小孔或斑點，人在距離煙囪100 m范圍內便會感到臉上作癢或發燙；尾氣帶酸嚴重的企業，可看到尾氣帶出“雪花”、煙囪口下方有一段灰白酸泥或煙囪底有堆積酸渣、廠房和設備頂部被腐蝕變色等。尾氣帶酸一旦形成，很難除凈，需要停車來徹底解決。

2 硫酸裝置尾氣帶酸發生的機制與原因

2.1 尾氣帶酸發生機制

尾氣帶酸是硫酸層液膜被氣流或固體物撕破，小酸粒進入氣相中，隨氣流“飛走”所致。運動過程中酸粒數和粒級都在不停變化，部分冷凝并變大而重新進入液相硫酸中，變得更細小達微米級、納米級的粒子以及在煙囪出口前仍不能進入液相硫酸中的小酸粒，隨氣流沖出煙囪，即形成尾氣帶酸。因硫酸膜被撕破程度、部位和氣流的運動狀況等因素不盡相同，故尾氣帶酸有輕重之分。

2.2 產生尾氣帶酸的原因

（1）分酸器各下酸管出口處未液封或部分液封失效。氣流穿過分酸管（俗稱串氣），將分酸管內落酸時濺起的小酸粒帶走。

（2）分酸器分酸管或分酸口局部堵塞。堵塞處布酸少或無酸，使此區域填料噴淋密度過低，氣流自動向此集中，氣速增快而把周邊硫酸膜撕破，將小酸粒帶走。此原因引起的尾氣帶酸較多，筆者曾幫助20 多家企業處理過該問題引起的尾氣帶酸。20 世紀70 年代中期，鎮江硫酸廠和南化集團研究院合作，采用一套由加拿大人發明的下噴型、27個分酸點的管式分酸器生產硫酸，裝置初期運行情況很好，吸收率≥99.95%；3 個月后，尾氣開始帶酸，并逐步加重，第4 個月停車檢查，分酸器中2處分別有5 個和8 個分酸口被填料小碎片、瓷泥塊等堵塞，酸流量很小，清理干凈后再開車，尾氣就不帶酸了。在此時期，先后有山東淄博硫酸廠、法國某硫酸廠、加拿大某硫酸廠等發生分酸口堵塞造成尾氣帶酸。到20 世紀90 年代初，采用管式分酸器的廠家越來越多，可反映分酸口堵塞問題的廠家也更多了。1992 年筆者和揚州磷肥廠技術人員共同研究，將管式分酸器改為上噴型，上蓋450 mm高的φ25 mm小瓷環。在450 mm高的覆蓋層小瓷環頂面放置5 塊拋光的小木板（500 mm×50 mm×10 mm），分別在開車后7、15、30、90 d 進行檢查，其各板表面無一黑點，從此徹底解決了管式分酸器因分酸口堵塞而引起尾氣帶酸的問題。

（3）填料裝填不科學。裝填料時瓷環亂倒、碎瓷環不撿出、工作人員直接踩踏在瓷環上、包裝物未取出等，都會造成氣液分布不均，使塔內形成1個或多個酸量少、氣速過快的局部液泛區，造成尾氣帶酸。在20 世紀70 年代中期前，各企業填料填裝一般都先由技術負責干部組織商定出裝填的方式，再由工人、干部組成團隊進行具體填裝，并設專職質檢員跟蹤檢查。近30 年來，各企業對填料填裝不夠重視，施工人員對具體的科學裝填方法一無所知，先后造成多家新建裝置開車后塔阻力高或無法開車，需重新返工裝瓷環。許多裝置開工后，塔阻力在3.24 kPa左右，在相同的氣速、噴淋密度、填料、填料高度情況下，比按科學方法裝填的裝置高出1.96 kPa 左右，每生產硫酸1 t，成本增加3 元左右。保守估計，全國每年有5 000多萬噸硫酸是在高阻力塔生產出來的，全年浪費超過1.5億元，同時這些廠都有不同程度的尾氣帶酸現象。四川名山磷肥廠尾氣帶酸很嚴重，三塔阻力均在3.73 ～4.02 kPa，吸收率只有99.88%，干燥塔出口氣體ρ（H2O）在0.2 g/m3左右，硫酸噴淋密度為22 m3/（m2·h），經檢查上噴型管式分酸器基本正常。采取改變循環酸量、氣體流量試驗考察尾氣帶酸變化情況，最壞時煙囪口噴酸、煙囪外壁向下流酸，最終確認尾氣帶酸是由填料填裝問題造成。確定了重新裝填料的方式、方法，重新裝填，再開車，在相同工藝條件下，三塔阻力都只有1.18 ～1.27 kPa，吸收率≥99.95%，干燥塔出口氣體ρ（H2O）＜0.1 g/m3，消除了尾氣帶酸。

（4）干吸塔硫酸噴淋密度＞30 m3/（m2· h）或＜12 m3/（m2·h），塔內平均氣速＞1.5 m/s，分酸器制造和安裝質量不合格，開車前塔、循環槽和分酸器未清理干凈，分酸設備漏酸等均會引起尾氣帶酸。

3 消除尾氣帶酸的方法和輔助措施

3.1 科學選擇、安裝填料

根據填料塔內硫酸會向周邊塔壁集聚，氣流會向噴淋密度低的區域集中穿過的兩大運動規律，以及硫酸對SO3或H2O 的吸收原理，科學地選擇、安裝填料，確保塔內氣、液分布均勻。

（1）選擇比表面積大、阻力小、質優、用不變形容器包裝的不易破碎的瓷制填料。當前較好的填料有波浪環、規整波浪環、矩鞍環等，瓷環大小以75～100 mm為主，以φ100 mm左右的規整填料較佳。

（2）在塔的球拱或條拱上方，整齊排列2～3層φ75～125 mm 的三螺旋或格板瓷環，上下層錯開，第一層從中心向周邊塔壁排，塔壁空隙用碎瓷環填塞，第二層從塔壁向中心排，第三層再從中心向周邊排。這樣做，主要是為布氣均勻、找平和支撐上面的亂堆瓷環。排列的過程中若發生錯不開的情況，用碎瓷環調整。

（3）亂堆填料第一層（從下向上計），先順塔壁倒堆一周（約500 mm 高）后，再從塔中心開始均勻倒堆（或從吊裝容器底部放堆），自然形成堆腳相連、均布，數堆完成后，用木質工具將其攤平。所有入塔人員一定要站在約500 mm×200 mm×15 mm的木板上工作，不能直接踩在瓷環上。每堆型近似等邊錐體（自然形成），中心高約500 mm。在堆放過程中，要盡可能將碎瓷環完全撿出，由吊裝工具帶出塔外。錯開第一層中心堆位置，在第一層堆間開始均勻倒堆第二層，數堆完成后，用木質工具攤平。從塔中心位置倒堆第三層，同上法完成第三層填料的裝填。裝第四層填料從塔壁周邊開始，裝填方法同第一層。如此類推，一直裝到離分酸管口200 mm 處。但需注意，裝最后一層不能先從塔壁倒堆。

（4）改裝φ50 mm小瓷環400 mm高（200 mm+200 mm），用于布酸和覆蓋分酸管口。注意，每個分酸管間要裝實，不得架空。管式分酸器上面要覆蓋φ25 mm 拉西環或矩鞍環450～500 mm，使酸以溢流方式進入填料層。

（5）瓷環到廠后，要洗凈、曬干、撿出碎瓷環。裝填工具要用專用漏鏟（碎瓷片自然漏出），吊裝時要用硬質不變形、底部可開關的容器。

3.2 液封各分酸管口

下酸管高度多為800 mm 左右，一般不滿流，落下的酸沖擊到瓷環上，會濺起大小不等的酸滴，部分大粒酸回到硫酸液層內，部分小粒酸被氣流帶走，隨著不同運動狀況、形成輕重程度不同的尾氣帶酸。對各分酸管口進行液封以堵死氣流進入分酸管通道，可解決此問題。硫酸行業歷來對此很重視，20 世紀70 年代中期前，普遍采用每平方米11個分酸點的槽形掛鉤方管式分酸器，在每個方管出酸口都放置一個瓷制φ200 mm×100 mm左右的套筒或大碗，分酸管酸落入筒內或碗內再溢入瓷環（如圖1 所示），分酸槽上方加蓋板，整個分酸器處于全密封狀態，氣流無法從分酸器帶走酸粒。20 世紀70 年代后期，硫酸工業大發展，為提高吸收率、消除煙囪冒白煙，對分酸器做出了較大改進，普遍采用每平方米27 個分酸點的管式分酸器和每平方米40 個分酸點的管槽式分酸器，吸收率提高到99.98%左右，雖然，消除了煙囪冒白煙，卻因忽視了分酸器的密封問題，使許多裝置、特別是大批新建的裝置都發生了不同程度的尾氣帶酸。

圖1 筒式液封示意圖

近10 多年來，有不少采用槽管式分酸器的廠家改用帶U形液封管的分酸器（見圖2），堵住了氣流進入分酸管的可能性，使酸直接溢入瓷環中，比較好地消除了因分酸器缺陷而引起的尾氣帶酸問題。當然，分酸器的設計、制造、安裝質量也非常重要，如分酸器漏酸、管道和法蘭漏酸、分酸口堵塞、分酸不均勻等，均會使尾氣帶酸。

圖2 U形管式液封示意圖

3.3 采用匹配的硫酸噴淋密度和適宜的氣速

硫酸噴淋密度≥30 m3/（m2·h）或≤12 m3/（m2·h），氣速≥1.5 m/s，一般會引起尾氣帶酸。填料塔采用矩鞍環，根據計算，氣速＞1.7 m/s、噴淋密度＞32 m3/（m2·h）就可能形成全塔液泛，那就不是尾氣帶酸，而是變成大量噴酸了。一般生產選擇氣速≤1.2 m/s，噴淋密度選擇16 ～24 m3/（m2·h）為宜。

3.4 增設輔助設備

為適應環保高要求，防止設計、制造、安裝、檢修、操作等工作細節不到位，臨時出事故等，有必要在干吸塔后設置電除霧器或纖維除霧器、濾網、焦炭、素瓷等除霧除沫設備，但這不是解決尾氣帶酸的主攻方向，也無法徹底解決尾氣帶酸。