低濃度SO2煙氣制酸工藝改進實踐

魏瑞霞，田三坤，趙新社，田果果，李 明，楊 濤，喬秀英

（洛陽欒川鉬業(yè)集團冶煉有限責任公司，河南欒川 471521）

鉬精礦焙燒過程中產生大量的SO2煙氣，將SO2煙氣進行回收處理制酸，不僅可解決焙燒煙氣脫硫達標排放的環(huán)保問題，更可變廢為寶，增加企業(yè)經濟效益。由于鉬精礦回轉窯焙燒煙氣中φ（SO2）僅為2.0%～3.3%，無法達到常規(guī)制酸對SO2濃度的要求，而非穩(wěn)態(tài)轉化制酸工藝能夠解決有色冶煉企業(yè)低濃度SO2煙氣[φ（SO2）0.9%～4.0%]的污染問題[1]，洛陽欒川鉬業(yè)集團冶煉有限責任公司（以下簡稱洛鉬公司）于2007年引進非穩(wěn)態(tài)制酸工藝對回轉窯焙燒煙氣進行脫硫制酸[2]，SO2轉化率設計值為89%。截至2018年11月，該套裝置已連續(xù)運行10余年，因設備老化，非穩(wěn)態(tài)制酸工藝轉化率下降至82%，制酸尾氣噸酸耗堿量達130 kg。為提高SO2轉化率，增加硫酸產量，同時減少尾氣處理的耗堿量，洛鉬公司開展了低濃度SO2制酸工藝及裝置改造技術攻關。

1 非穩(wěn)態(tài)制酸工藝存在的問題

非穩(wěn)態(tài)制酸工藝依靠外置換向閥系統(tǒng)實現轉化器的熱量平衡，以維持轉化工序的自熱反應。該換向閥系統(tǒng)存在換向期間SO2短路逃逸的問題，致使系統(tǒng)轉化率僅達到82%左右，剩余約18%的SO2無法有效轉化為工業(yè)硫酸，造成SO2利用率低。含有未轉化SO2的尾氣需經過尾氣吸收塔用純堿溶液中和吸收后才能達標排放，噸酸耗堿量由80 kg增加到130 kg，運行成本大幅增加。

原有換向傳熱轉化技術使轉化器內的氣流方向頻繁切換、催化劑溫度大幅波動，造成催化劑粉化失活，嚴重影響催化劑的使用壽命。

2 新型雙聯換熱低濃度SO2制酸工藝

針對上述非穩(wěn)態(tài)制酸工藝中存在的問題，洛鉬公司開發(fā)了新型雙聯換熱低濃度SO2制酸工藝，即用兩段式轉化器及轉化器內外雙聯換熱裝置，替代原有非穩(wěn)態(tài)制酸工藝中的外置換向閥系統(tǒng)，實現轉化器內熱量平衡的制酸工藝。該工藝分為凈化、轉化、干吸、尾氣處理4個工序，工藝流程見圖1。

圖1 新型雙聯換熱低濃度SO2制酸工藝流程

焙燒煙氣在凈化工序進行除塵降溫，然后送入干燥塔用w（H2SO4）93%的濃硫酸進行噴淋干燥，得到的潔凈SO2煙氣送入轉化工序，在催化劑的作用下SO2轉化成SO3，再用w（H2SO4）98%的濃硫酸進行噴淋吸收生產工業(yè)硫酸。含有少量SO2的尾氣送入尾氣吸收塔用純堿溶液進行噴淋中和后送高空煙囪達標排放。

3 技術改造

洛鉬公司對鉬精礦焙燒煙氣進行分析，φ（SO2）為2.0%～3.3%，煙氣流量約30 000 m3/h，文氏管入口煙氣溫度約60 ℃，w（H2O）約8.0%。根據鉬精礦焙燒產能，結合現場工況檢測數據及通過對物料平衡、水平衡、熱平衡等過程計算，確定裝置規(guī)格和最優(yōu)工藝參數如下：

1）兩段式轉化器規(guī)格為?6 000 mm×9 500 mm，內置換熱器和外置換熱器各1套，S101型V2O5催化劑裝填量為30 m3。

2）設定煙氣流量為33 000 m3/h，φ（SO2）為3.13%，w（H2SO4）98%的工業(yè)硫酸產能30 kt/a，雙聯換熱裝置一段催化劑進口的煙氣溫度在430 ℃左右，雙聯換熱裝置二段催化劑進口的煙氣溫度在420～440 ℃，使兩段式轉化器溫度穩(wěn)定，溫差小，轉化率高。

在原有凈化、干吸和尾氣處理工藝裝置的基礎上，對非穩(wěn)態(tài)制酸轉化工序進行技術改造，新建兩段式轉化器和轉化器內外雙聯換熱裝置等設備[3]實現工業(yè)生產。新型雙聯換熱轉化工序的工藝流程見圖2。

圖2 新型雙聯換熱轉化工序工藝流程

上述主要設備及其附屬設備根據工藝設計的要求進行安裝、調試，能夠滿足工業(yè)生產要求。該工藝的電氣操作采用DCS集散控制，具有自動化程度高、數據采集范圍寬、控制過程精確等特點，確保轉化工序操作安全可靠。

4 新型雙聯換熱低濃度SO2制酸技術的創(chuàng)新點

洛鉬公司采用新型雙聯換熱低濃度SO2制酸技術大幅提高了系統(tǒng)轉化率，增加了硫酸產量，降低了純堿消耗，減少了SO2排放，達到了提高經濟效益和環(huán)保效益的目的。其關鍵技術在于：

1）兩段式轉化器。采用兩段式轉化器，以定向恒溫轉化技術替代原有換向傳熱轉化技術，能夠避免原有工藝存在的氣流方向頻繁切換、催化劑溫度大幅波動的弊端，可有效減少催化劑粉化失活，延長催化劑使用壽命。

2）轉化器內外雙聯換熱裝置。采用轉化器內外雙聯換熱裝置代替原有的外置換向閥系統(tǒng)實現了轉化工序熱量平衡，避免原有工藝存在的換向期間SO2短路逃逸問題，使總轉化率由原來的82%提高到95%以上。

5 運行實踐

制酸裝置改造投用近2年來，運行穩(wěn)定可靠，特別是在低濃度SO2條件下，轉化率較非穩(wěn)態(tài)制酸 實現了新的突破。其主要運行參數見表1。

表1 改造后制酸裝置主要運行參數

當煙氣中φ（SO2）在2.8%～3.3%時，轉化率可穩(wěn)定控制在96%以上；當煙氣中φ（SO2）在2.0%～2.5%時，轉化率可穩(wěn)定控制在95%以上。在煙氣中SO2濃度較低的情況下，需適當用電爐補熱，以維持催化劑床層的溫度，生產1 t硫酸用電量增加約30 kWh。

改造后的轉化裝置提高了SO2的利用率，排放的尾氣ρ（SO2）低于50 mg/m3，滿足并優(yōu)于河南省地方標準DB41/1066—2020《工業(yè)爐窯大氣污染物排放標準》的要求，每年可增加硫酸產量約5 kt，增加產值50余萬元，同時大大減少了尾氣處理的純堿消耗量，噸酸耗堿量由原來的130 kg降至40 kg，每年可節(jié)約生產成本300余萬元。

6 結語

洛鉬公司采用新型雙聯換熱低濃度SO2制酸工藝及裝置后，制酸系統(tǒng)在φ（SO2）在2.0%～3.3%低濃度條件下運行，轉化率穩(wěn)定在95%以上，排放的尾氣ρ（SO2）低于50 mg/m3，工業(yè)硫酸產量增加5 kt/a，尾氣處理噸酸耗堿量由130 kg降至40 kg，每年可增加產值50余萬元，節(jié)約生產成本300余萬元，環(huán)保效益和經濟效益顯著。洛鉬公司通過創(chuàng)新研發(fā)的新型雙聯換熱低濃度SO2制酸工藝和裝備，以低氣濃、高轉化率的特點有效解決了目前行業(yè)內低濃度SO2煙氣回收制酸的難題，在鉬焙燒領域首次應用取得了理想的效果，且投資費用少、運行成本低，在環(huán)保形勢日趨嚴峻的情況下實現了超低排放，較行業(yè)內現有的濕法制酸工藝、離子液吸收制酸工藝有更好的推廣利用空間。