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。經過數次擴建和發展，新浦化學離子膜法燒堿裝置規模達到了75萬t/a。在離子膜法燒堿生產過程中，每年約產生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帶來了一定的經濟效益。

1 生產工藝

本裝置采用負壓蒸酸器蒸發濃縮硫酸。

從燒堿裝置來的含氯稀硫酸調節流量后送蒸酸器，在負壓條件下用蒸汽加熱蒸餾，蒸餾后產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。經回收熱能后的濃硫酸經成品換熱器冷卻至常溫后發往罐區進行銷售。

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，發現裝置存在以下問題。

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。現場觀察發現系統運行真空度正常為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，調節真空泵進口壓力在0.08～0.09 MPa運行，避免真空泵在極限真空下運行。經過以上調整，真空泵異響和振動消失，機組運行近1年未出現明顯故障。

2.2 吸收水罐排空口時常有氯氣和大量堿泡沫排出，污染環境

吸收水罐原設計有排氣口，保持吸收水罐常壓狀態，利用pH計在線監控吸收水堿濃度。系統運行1個月后，pH計故障，維修多次無果，并經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控吸收水堿濃度，但檢驗室的分析結果滯后，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，當堿質量分數小于1.5%時置換吸收水，提高堿質量分數。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；修改操作規程，規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中有成功應用的經驗)，通過設定ORP高限報警值使得吸收水堿濃度在線監控更加合理和安全。

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，為了保持玻璃鋼罐常壓狀態，設計了負壓下的吸氣閥和正壓下的水封。稀硫酸罐內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，造成環境污染。

原因分析如下。①吸收水循環流量大，造成吸收塔內發生持液。②吸收塔尾氣排放口無風機驅動，堿性吸收水循環過程中產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調節至2.5 m3/h，減少塔內持液情況；同時將吸收水的循環溫度從15 ℃調節至25 ℃，減少吸收水產生泡沫，酸罐憋壓現象基本消除，酸罐的壓力也從6 kPa下降至0～1 kPa，且正常穩定在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，結果均能達標排放。

2.4 其他問題

(1)由于原設計的缺陷，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)稀酸罐采用工業水做液封，一段時間后，用于液封的工業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，造成周圍環境輕微污染。為了改變這一現狀，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象，保證了良好的工作環境。

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

(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，更好發揮設備運行效率，減少故障率。

3 結語

通過在裝置運行中不斷發現問題、解決問題并制定相應的防范措施，不斷優化工藝操作，稀硫酸濃縮裝置運行更加穩定高效。