新洋豐公司硫酸節能環保發展回顧總結

王 軍，王彥淳

（1.新洋豐農業科技股份有限公司，湖北荊門 448150；2.青島科技大學，山東青島 266001）

新洋豐農業科技股份有限公司（以下簡稱新洋豐公司）總部硫酸廠有3套200 kt/a的硫磺制酸裝置和1套200 kt/a的硫精砂制酸裝置。硫磺制酸裝置采用“3+1”二轉二吸流程，均配套低溫余熱回收裝置，硫精砂制酸裝置采用“3+1”二轉二吸、稀酸凈化工藝，轉化系統采用ⅢⅠ-ⅣⅡ換熱流程。3套硫磺制酸裝置分別建于2002年、2003年、2004年，硫精砂制酸裝置建于2008年。硫酸廠的這4套硫酸裝置均為公司總部基地復合肥配套工程，為復合肥各分廠提供硫酸、蒸汽及電力。在硫磺制酸建廠時期，200 kt/a的硫磺制酸裝置為較大裝置，隨著硫磺制酸裝置大型化的發展，400、800、1 000、1 200 kt/a的大型硫磺制酸裝置不斷涌現，200 kt/a的老硫磺制酸裝置能耗、生產成本、各項經濟指標均處于劣勢。新洋豐公司結合自身實際，向內挖掘潛力，在節能降耗、安全環保和新材料、新設備、新技術的運用、先進管理方法的推廣上跟上行業發展步伐，為公司提供優質的基礎原料支撐，在激烈的市場競爭中為公司贏得市場的青睞。

筆者回顧總結了新洋豐公司硫酸生產近20年在節能環保和技術進步方面取得的經驗，為今后更好地發展提供借鑒。

硫磺制酸工藝流程見圖1。

硫精砂制酸工藝流程見圖2。

圖1 硫磺制酸工藝流程

圖2 硫精砂制酸工藝流程

1 硫酸裝置的技術進步

1.1 低溫余熱回收

硫磺制酸全部進行硫酸低溫余熱回收技術改造，節能降耗增效，增強企業市場競爭力。硫酸低溫余熱回收技術是近20年來硫酸行業最大的技術進步，最開始由美國公司掌握，裝置價格高昂，一般企業經濟無力承受。2010年國產硫磺制酸低溫余熱技術逐漸成熟，國內公司擁有專利的硫磺制酸低溫余熱回收技術成熟，裝置可靠性不輸國外公司，價格相對國外公司要便宜。新洋豐公司于2011年3月建設公司第一套、國產第三套的200 kt/a低溫余熱回收裝置，由南京南華工程公司承建，并于同年7月建成投產，各項指標均優于同行，裝置安全穩定運行，實現產汽率0.47 t/t，到2020年5月止已經安全穩定運行9年，除更換易損件和部分儀表外，無其他設備故障。2017年5月、2018年3月新洋豐公司另外2套硫磺制酸的低溫余熱回收裝置均由南京海陸化工科技公司承建，建成投產后安全穩定運行至今。至此新洋豐公司硫磺制酸裝置低溫余熱回收裝置均建成，生產成本均大幅下降，電耗平均下降5 kWh/t左右。

1.2 氨法脫硫

2010 年硫酸尾氣國家排放標準ρ(SO2)由原來的960 mg/m3降為400 mg/m3，硫酸尾氣脫硫急需解決。2011年新洋豐公司結合行業內尾氣脫硫經驗和公司有配套的合成氨廠和復合肥廠的實際情況，決定采用氨法脫硫工藝，將3套硫磺制酸和1套硫精砂制酸氨法脫硫裝置全部建成，產生的亞硫酸銨氧化為硫酸銨提供給下游復合肥裝置作為生產原料，沒有污染環境的廢物產生。公司排放標準按ρ(SO2)≤200 mg/m3控制，數據實時在線上傳到政府環保平臺監控。

生產現場做到無任何異味和“跑、冒、滴、漏”，廠區安裝有二氧化硫氣體監測儀、硫化氫氣體報警儀、粉塵報警儀、漏酸報警儀、水質pH儀等各種環保監測儀器，為管控好環保工作提供有力的保障。

1.3 降低硫酸重金屬含量

由于硫精砂制酸原料的特點，銅礦、鐵礦等選礦廠精選后的含硫尾礦含有微量的重金屬難以去除。新洋豐公司從源頭上對硫精砂制酸的原礦重金屬含量進行管控，盡可能采購重金屬含量低的優質硫精砂，生產環節進行優化配礦，使入爐礦的重金屬含量達標，對生產的硫酸定期分析重金屬含量，及時調整配礦比例，使成品硫酸重金屬含量達到國家質量標準優等品要求。凈化工序采用稀酸凈化，動力波洗滌器洗滌除砷、除塵，填料塔除氟降溫工藝，動力波洗滌器稀酸置換時產生的稀硫酸含有紅色礦塵、砷等。新洋豐公司于2015年新建1套FBL稀酸過濾器，將稀酸中的紅色礦塵過濾收集，將紅色稀酸變為清澈透明的稀酸。為了進一步除砷后利用，2018年新建1套硫化法脫砷裝置，并于2018年9月投產，采用硫化鈉法脫砷，生成三價的硫化砷渣。三價的硫化砷屬于劇毒砷，砷渣用壓濾機壓濾后交到有資質的危廢公司進行無害化處理。污酸凈化工藝流程見圖3。

圖3 污酸凈化工藝流程

通過以上工藝技術，將難處理的凈化稀酸進行了較好地處理利用，解決了行業環保難題。稀酸處理還獲得了一項發明專利“一種用于硫精砂制酸生產的污酸處理方法”。

1.4 建熔硫尾氣洗滌裝置

硫磺制酸熔硫工序的熔硫尾氣含有硫化氫氣體、升華硫、硫磺粉塵、水蒸氣等，尾氣對環境造成一定不良影響。新洋豐公司自行設計熔硫尾氣洗滌裝置，采用文氏管空塔循環水洗滌、涼水塔降溫、過濾機壓濾、尾氣風機抽負壓等。文氏管空塔循環水洗滌將熔硫尾氣水蒸氣、硫蒸氣、硫磺粉塵等有害氣體抽入文氏管中，用弱堿性的洗滌液噴淋洗滌，將酸性硫化氫氣體用弱堿性溶液中和，尾氣中硫磺粉塵被洗滌水捕捉進入洗滌液中，水蒸氣被洗滌液噴淋降溫冷凝為水，經過除塵、酸堿中和、降溫后的熔硫尾氣經尾氣風機排入大氣中，洗滌后的洗滌液經壓濾機壓濾后送到空塔式涼水塔降溫，降溫后的水加入片堿后通過洗滌泵送到文氏管和洗滌塔繼續洗滌。經過洗滌后的尾氣，消除臭味，顆粒物下降90%，達到環保要求。壓濾機濾布定期清洗硫磺軟泥，清洗的軟泥流入地坑；定期清挖地坑，將軟泥送到硫磺渣中，集中摻入硫精砂礦中進行焙燒制酸，熔硫尾氣洗滌流程見圖4。

圖4 熔硫尾氣洗滌流程

1.5 進行清污分流

硫精砂制酸的凈化工序有稀酸排放和二氧化硫氣體逸出，因此凈化工序的工作環境最差，現場管理難度也最大。新洋豐公司采取一些措施改善操作環境，動力波洗滌器、填料塔、電除霧器等設備的稀酸排放均采用管道導流，與外界環境隔離開，可以杜絕稀酸中二氧化硫有毒氣體的逸出，減少稀酸泄漏和安全環保風險。稀酸地槽安裝防雨棚和負壓管道，杜絕雨水進入稀酸中，將二氧化硫氣體吸入制酸系統中，使凈化工序的環境大為改善。

1.6 硫磺渣綜合利用

硫磺制酸熔硫工序產生的硫磺渣一直是處理難題，作為工業廢渣存在較大環境污染，硫磺渣含堿性物質，含質量分數50%左右的硫和其他雜質，堆在室外淋雨后會滲透出堿性污水，一旦燃燒會釋放有毒的二氧化硫氣體，對環境影響較大，合理處理好硫磺廢渣至關重要。新洋豐公司經試驗把硫磺渣經過逐級破碎篩分后摻到硫精砂礦中，投到焙燒爐焙燒，用來制取硫酸，對生產無不良影響，把硫磺渣變廢為寶。2019年新洋豐公司硫精砂制酸全年摻燒硫磺渣近5 kt，按硫質量分數50%計算，一年可以生產8 kt 以上w(H2SO4)98%硫酸，創造100多萬元效益。全公司的硫磺渣均被利用，解決了硫磺制酸的硫磺渣問題，取得巨大經濟效益和社會效益。硫磺渣利用流程見圖5。

圖5 硫磺渣利用流程

2 做好生產管理

2.1 制定并落實開停車方案

硫酸裝置開停車環節安全環保風險最大，工作千頭萬序，環環相扣，開停車時生產系統不穩定，儀表故障多，為了安全環保順利開車，制定科學合理、可操作性強的開停車方案至關重要。新洋豐公司結合實際制定了科學合理、可操作性強的硫磺制酸裝置開停車方案和硫精砂制酸裝置開停車方案，嚴格落實方案。開停車由混亂無序變為有章有法，步驟條理清晰，杜絕了開停車事故，從2011年落實開停車方案以來，開停車均安全、環保、順利，無事故發生。每次開停車后再總結提高，開停車方案更加完善。根據開停車方案總結的結果新洋豐公司獲得“一種硫精砂制酸無污染開車方法”和“一種硫磺制酸轉化器節能升溫開車方法”2項發明專利。

2.2 解決鍋爐系統泄漏問題

2015 年以前，硫磺制酸和硫精砂制酸的鍋爐系統的省煤器及給水管道經常發生泄漏，給生產帶來較大影響，省煤器泄漏導致的停車事故多發，為了保障生產，頻繁維修或更換省煤器[1]。筆者對省煤器泄漏的問題進行了深入研究分析，分析了除氧水的含氧量和脫鹽水的水質等各項數據，最終發現了規律，鍋爐系統脫鹽水pH值在6.3～6.8，為弱酸性水質。弱酸性的脫鹽水在低溫情況下對鋼管的腐蝕不明顯，但是在高溫的情況下腐蝕還是很明顯的，一般焊縫最先出現沙眼并開始泄漏。低溫省煤器水溫在130～161 ℃，高溫省煤器水溫在200～240 ℃，在弱酸性情況下，腐蝕率成倍增加，省煤器和給水管道很快就會不斷出現泄漏點。鍋爐汽包一般不會出現酸腐蝕，因為鍋爐汽包加有磷酸三鈉藥劑，爐水維持pH值10～11的弱堿性。這就是為什么省煤器出現泄漏而汽包不會酸腐蝕的原因。為了將脫鹽水由弱酸性水質轉變為弱堿性水質，避免省煤器及給水管道的腐蝕，技術人員在脫鹽水泵出口用活塞泵向脫鹽水中均勻注入無碳稀氨水，將給水pH值調到8.0～9.2。技術改造后省煤器及給水管道再無泄漏事件發生，開車率大幅提升，也降低了生產成本，降低了工人勞動強度。

2.3 降低硫磺制酸鍋爐和轉化系統阻力

硫磺制酸鍋爐是水管鍋爐，高溫爐氣走管程，水走殼程，如果火管阻力增長速度快，會影響鍋爐蒸發效率和產汽量，熱量會傳遞到后續工序，造成熱量損失和干吸酸溫度超標，也會導致酸產量下降，噸酸單耗成本上升。鍋爐的阻力是系統的瓶頸，設置U型壓力計對鍋爐阻力進行實時監測，每班巡檢，發現異常及時處理。要從根本上解決鍋爐阻力問題，需要從源頭上入手。經分析，鍋爐的阻力是干燥塔帶酸泥和精硫灰分兩方面影響的。干燥塔帶酸泥主要是干燥塔出口至焚硫爐風管中淤積的酸泥，在開停車啟風機時，突然的風量變化將酸泥吹到焚硫爐再帶到鍋爐火管口，酸泥黏在管口和管壁上，阻力在短時間內迅速上升。另外一種是液硫的灰分超標，燃燒后的細小的灰塵慢慢吸附在鍋爐火管壁上，越來越厚，阻力慢慢增長，更多的灰塵隨氣流進入鍋爐后續設備，進入轉化器中覆蓋在催化劑上，堵塞催化劑毛細孔，導致催化劑阻力上漲，轉化率下降。熔硫時液硫過濾機出口每班分析一次，精硫每周分析一次，精硫酸度(w)和灰分(w) 控制指標均為小于或等于0.003 0 %，平均值0.002 2%左右。精硫采用的是一級過濾，精硫質量一直較穩定，熔硫合格率在99.6%以上，精硫合格率長期保持100%，鍋爐阻力一年增長150 Pa左右，基本保持穩定。

2.4 做好循環水管理

循環水冷卻系統是硫酸裝置生產的基礎，冷卻系統出問題，各項工藝指標保障不了，正常生產很受影響。硫酸生產一般夏季溫度高，循環水降溫效果差，導致酸溫度高，潤滑油溫度高、冷卻設備結垢、酸冷卻器泄漏等問題出現，冬季酸管線、儀表、水管線容易凍結。在循環水系統正常加緩蝕阻垢劑和殺菌滅藻藥劑的基礎上，研究循環水結垢機理。循環水結垢的主要原因是碳酸氫根離子的存在，碳酸氫根離子與鈣鎂離子結合，生成碳酸氫鈣和碳酸氫鎂分子，碳酸氫鈣和碳酸氫鎂非常不穩定，受熱會分解為碳酸鈣、碳酸鎂和二氧化碳，碳酸鈣和碳酸鎂就會在換熱設備表面附著沉淀形成垢，隨著時間的延長，垢會越來越多，循環水的pH值會越來越高，水溫也會越高，涼水塔的蒸發量越大，一般的干預方法是采用大量換水的方法，降低循環水pH值和硬度。如果設備已經結垢，即使大量換水也不能緩解冷卻設備結垢的問題，因為結垢后的水管流通面積變小，水量變小，換熱效果變差。主要采用以下工藝方法來控制。

1）連續均勻向循環水池中加入硫酸，調節pH值7.5～8.3，pH值控制正常時循環水堿度不高。pH低于7.5以下為腐蝕性水質，不會結垢，但對設備存在酸腐蝕。pH高于8.3為結垢性水質，碳酸氫根離子濃度高，設備結垢速率成幾何倍數增加。（如果有特殊工廠處在酸性氣體環境中，水長期為酸性，則需要加堿調節）。pH值控制在7.5～8.3為最佳，使循環水介于腐蝕性水質和結垢性水質之間，避免腐蝕和結垢的問題。循環水池配備在線的pH檢測儀，連續不間斷檢測循環水池中的pH值，pH儀要定期校驗。

2）控制循環水換熱設備的出水溫度小于或等于45 ℃。設備出水溫度高于45 ℃時，碳酸氫鈣和碳酸氫鎂會受熱分解，產生碳酸鈣和碳酸鎂沉淀物結垢。水溫高也說明換熱水量不夠或者循環水溫度高，要及時調整水量或水溫度，最終使換熱設備的出水溫度低于45 ℃，抑制碳酸氫鈣和碳酸氫鎂受熱分解。在冷卻設備出水口安裝溫度計，連續在線監測溫度。

3）通過循環水均衡補排水，控制循環水硬度和濃縮倍數。排水的目的是控制循環水硬度和濃縮倍數基本穩定，避免硬度和濃縮倍數的波動幅度過大。循環水換熱負荷高可以采用每8 h排水1次，換熱負荷低可以采用每天排水1次，但排水的量要均衡，每班或每天排水的量要基本相等，水質檢驗間隔時間要均衡，最終目的是控制運行過程中循環水硬度和濃縮倍數基本穩定。排水管要安裝流量計進行計量，按要求的量進行排水。

當循環水系統熱負荷高，循環水溫度高，加大水量后換熱設備出水溫度仍然超過45 ℃時，為了避免結垢，可以通過調節加酸量，降低循環水pH值，pH值向7.5靠近，但不要低于7.5，這樣就盡可能減少碳酸氫鹽分解的總量，最大限度減少結垢，設備也能延長使用周期。相反當循環水系統熱負荷低，循環水溫度低，換熱設備的出水溫度低于40 ℃時，pH值可以向8.3靠近，但不要超8.3，從經濟角度考慮可以把循環水溫度適當提高，在此期間運行也是安全的。

由于控制了循化水的pH值、換熱設備的出水溫度，因此循環水系統的補排水目的非常明確，就是控制循環水的濃縮倍數和總硬度，一般排水量可以比采用大排大補方式控制的循環水系統節約用水大約70%以上。200 kt/a硫磺制酸裝置，循環水系統排水量從約500 t/d降到約120 t/d，200 kt/a硫精砂制酸裝置，排水量從約700 t/a降到約150 t/a。

2.5 快速維修換熱器

2019年7 月硫精砂制酸裝置Ⅲ換熱器列管泄漏，導致主風機出口進入Ⅲ換熱器殼程φ(SO2)為9.2%左右的部分二氧化硫氣體走短路直接進入一吸塔，造成一吸塔出口處的一次轉化率下降到95%，泄漏率占總氣量的3.5%；Ⅳb換熱器泄漏導致一吸塔出口進入Ⅳb換熱器殼程φ(SO2)為0.74%的部分二氧化硫氣體走短路直接進入二吸塔，二吸塔進口的轉化率由99.60%降至99.41%，泄漏率占總氣量的3.0%；由于一吸塔和二吸塔共用一個吸收酸循環槽，溶解了二氧化硫氣體的w(H2SO4)98%濃硫酸在二吸塔解吸，導致二吸塔出口的轉化率由99.41%降至99.33%。如果解決Ⅲ換熱器和Ⅳb換熱器的內漏，二吸塔出口處的轉化率可以提高到99.60%左右。技術人員研究了一種采用煙餅+管束打壓法處理換熱器內漏的維修方案[2]，汲取各方面的經驗，采用煙餅+管束打壓法快速找出漏氣管束進行維修，從停車、維修再到開車，在62 h內完成了維修2個換熱器的任務，轉化率提高到99.60%。采用該方法維修了3套硫磺制酸裝置的冷熱換熱器，轉化率均不同程度提高。

3 采用機械化降低工人勞動強度

1）機械清挖硫磺制酸澄清槽。采用人工清挖澄清槽，勞動強度大、環境差，也有燙傷或物體打擊的安全風險，且要等液硫全部冷卻后才能作業。清挖一次澄清槽作業時間長，清挖的費用較高，一般最快也要一周時間，對生產影響較大。采取挖掘機用機械手直接在澄清槽中挖渣，安全高效，時間短，費用低，4 h就可以把整個澄清槽清挖一遍，清挖后的熱渣淋水冷卻后用鏟車直接裝車運走，費用大約1000元，從清挖到恢復熔硫約8 h，大幅提高了效率，降低了工人的勞動強度和安全風險。

2）用噸包袋取代小包裝袋包裝。將原小包裝袋改為噸包裝袋，采用機械作業，取代人工或大幅減輕工人勞動強度。生產中使用的熟石灰、純堿等輔料全部采用噸包袋，卸貨用叉車，用貨用電動葫蘆起吊，無需人力搬運，裝卸的費用也大幅降低。生產的化肥用噸包袋后用叉車直接上到貨車上，人工碼一下包，工作效率大幅提高，勞動強度大幅下降，降低了生產成本。

4 結語

新洋豐公司在30多年的發展歷程中，結合自身實際，吸收國內外的先進技術，大膽使用新裝備、新材料、新工藝，向內部挖潛，改革創新，圍繞技術進步，節能降耗、安全環保的發展方針，把老、舊、小硫酸裝置開好，提高開車率，降低生產成本，加強與同行交流好的經驗與技術，力爭把硫酸裝置建設成為綠色低碳、低成本、安全、環保的能源工廠。