硫酸装置净化环保工艺指标控制探讨

高庆华

(江苏庆峰工程集团扬州庆松环境化学工程设计研究有限公司，江苏扬州225115)

硫酸装置净化环保工艺指标控制探讨

高庆华

(江苏庆峰工程集团扬州庆松环境化学工程设计研究有限公司，江苏扬州225115)

分析了硫铁矿和冶炼烟气制酸装置原料组分复杂性，以及有害杂质升高趋势。介绍净化关键指标如砷、氟、重金属离子等控制对确保后续工序稳定运行至关重要，建议对氯、硒、汞等净化指标予以关注。尾气排放要控制好SO2、硫酸雾等关键指标外，需控制部分重金属如汞和固体颗粒物指标，成品硫酸注意控制SO2、硒、氟等指标。

硫酸生产 净化 环保 工艺指标 控制

一套运行良好的制酸装置必须首先拥有普遍达标的工艺控制指标，这样才可以生产出合格的硫酸产品，并实现装置长周期稳定运行。硫酸装置关键工艺指标控制尤为重要，净化环保工艺指标(如净化工序烟气指标、尾气排放指标、成品硫酸杂质含量指标)直接关系硫酸装置稳定高效运行及环保。

1 净化工序指标控制

目前，不论是硫铁矿制酸还是冶炼烟气制酸装置，其制酸原料矿(冶炼烟气)组分越来越复杂、有害杂质含量越来越高。因此，要实现制酸装置优良运行，在装置设计和生产操作中首先要选择适合原料组分的工艺流程和设备，充分考虑重点有害杂质的净化效率；其次在生产上对有害杂质进行有针对性的监测和控制。

有些新上项目在设计上就存在问题，比如冶炼烟气制酸装置，不管烟气条件、有害杂质组分等工况，净化工序全部选择一级高效逆喷洗涤器(动力波洗涤器)—填料塔—二级高效逆喷洗涤器(动力波洗涤器)—2级电除雾器的工艺流程，对烟气中重点有害杂质的净化效率能否达标没有充分的考量。如此，制酸装置投产后，净化指标若不能达标，将直接影响装置运行周期和设备使用寿命。

以近期国内新建的1套700 kt/a铜冶炼烟气制酸装置为例，业主提供的进净化工序烟气杂质组分见表1。

表1 700 kt/a铜冶炼烟气制酸装置进净化工序烟气杂质组分

注： 1)最大流量2 496 kg/h； 2)最大流量216.875 kg/h。

从表1可以看出：以As为例，进净化工序As流量为116.08 kg/h，业主要求的砷净化指标为1 mg/m3，折算出净化工序出口烟气As量0.17 kg/h。净化工序As净化效率应达到99.85%，如此高的净化指标，必须要配备合适的净化流程和设备才能满足。

完善和加强制酸净化指标，不能单纯理解为只是节能减排，或者给制酸装置的设计和运行增加难度和成本，相反它可以更好地保障装置安全合理运行，减少设备维修量和运行投入，可以提高经济效益。

净化工序出口的控制指标主要以满足成品酸的质量要求和实现系统长周期运行的要求为标准。目前国内规定的净化工序出口控制指标见表2[1]。

表2 国内规定的净化工序出口控制指标

笔者建议在设计和生产中根据烟气的实际情况增加Se、Cl-、重金属如Hg、Pb等的指标控制项目。比如Cl-，对奥氏体不锈钢如稀酸板式换热器的常用材料254SMO、316L和铅材有腐蚀性。曾有一套铜冶炼烟气制酸装置设计中未考虑烟气中Cl-含量，选择254SMO材质的稀酸板式换热器，使用不到1年就发生腐蚀泄漏。还有一套硫酸装置，干吸塔316L材质金属丝网除沫器的金属丝网和垫网发生腐蚀，就是受烟气带入的Cl-腐蚀。烟气中的Cl-在冷凝酸中富集，浓度会提高，一般冷凝酸中w(Cl-)>0.000 2%就会影响设备使用寿命，因此Cl-在干吸工序的腐蚀是不能忽视的。而在净化工序电除雾器的吊梁大量使用铅材，被腐蚀烂掉，原因往往都归结为衬铅或搪铅质量不合格，忽视了Cl-腐蚀的影响。

再比如曾有成品硫酸在储运中颜色呈猩红色，用户不愿意接收。按照《工业硫酸》(GB/T 534—2014)进行全组分分析，也没有发现问题，怀疑是硒杂质的含量偏高造成的；根据后来硫酸分析结果，基本可以肯定是硒超标造成的。这些都是净化指标控制不严引起的。

此外，二级电除雾器出口的硫酸雾指标为质量浓度小于或等于5 mg/m3。为了分析采样方便和准确，一般在主风机出口带正压的管道上采样分析酸雾，因为此处是正压，不用真空泵抽气可避免漏入空气，分析结果相对准确。但此处分析的不是电除雾器出口气体，硫酸雾质量浓度指标当然不应是小于或等于5 mg/m3。干燥塔本身还要产生一部分硫酸雾进入气体中，所以主风机出口气体硫酸雾含量指标应适度放宽；考虑到塔顶金属除沫器的效率，风机出口硫酸雾指标规定质量浓度小于或等于25 mg/m3较合适，并应与电除雾器出口硫酸雾指标区分开。主风机出口硫酸雾指标可以用来判断干燥塔工作是否正常。因此，笔者认为实际运行中表2的净化指标要补充完善。根据原料成分和使用需求不同，还可适当增加Fe、Cu等的控制项目指标(见表3)。

2 尾气排放指标控制

目前，制酸尾气排放的控制指标主要有SO2和硫酸雾。《硫酸工业污染物排放比标准》(GB 26132—2010)规定SO2排放限值小于或等于400 mg/m3，硫酸雾排放限值小于或等于30 mg/m3。建议增加部分重金属和固体颗粒物的排放指标项目。比如，增加金属Hg的排放指标。一些硫铁矿和冶炼烟气中可能含有汞，多数净化工序未设除汞设施，仅靠降低进干燥塔气体温度冷凝除汞。而在制酸系统Hg金属一部分进入成品硫酸，一部分则通过尾气直接外排。成品硫酸含Hg会影响硫酸销路和售价，有的厂为了减少进入成品硫酸的Hg量，采取提高干吸上塔酸温的办法。40 ℃Hg的气态中饱和质量浓度约为62.6 mg/m3，若将上塔酸温提高至70 ℃，此时Hg蒸气分压为6.43 Pa，其气体饱和Hg质量浓度可提高至约480 mg/m3；这样，大部分的金属Hg随尾气排入大气中，造成环境的污染。

表3 推荐净化工序出口控制指标

因此，制酸尾气排放有必要增加重金属的控制，重点是能以气态(或其化合物)存在的重金属；如Hg(参考控制指标质量浓度小于0.2 mg/m3)、As(参考控制指标质量浓度小于0.5 mg/m3)。此外，也应考虑增加尾气颗粒物控制指标，参考控制指标质量浓度小于1 mg/m3。

对于尾气中硫酸雾的控制指标，有由目前的质量浓度30 mg/m3提到5 mg/m3的趋势，这样就要在尾气排放前设置尾气电除雾器，虽然增加了一次性投资，但对尾气排放特别是系统波动造成的“冒烟”有明显的控制作用。

3 成品硫酸中的指标控制

成品硫酸质量控制执行《工业硫酸》(GB/T 534—2014)标准。在硫酸装置设计前，业主就应根据成品硫酸需求情况，提出装置所生产的硫酸产品应满足哪一级质量标准。同时，还要根据市场需求和原料品质，提出可能存在的其他有害杂质限制要求；如规定成品硫酸中w(SO2)<0.003%、w(Se)<0.000 02%、w(F)<0.000 1%。这样设计时才能根据原料组分、环保要求、成品硫酸质量要求等综合考虑净化流程和设备配置。目前国内精制硫酸项目较多，对成品硫酸品质要求更高，应控制各种微量元素含量。硫酸主要用作化肥原料，需特别控制成品硫酸砷、氟、重金属等指标。笔者建议重点增加成品硫酸中SO2和Se的控制指标项目。

4 净化工艺和设备选择探讨

完善和加强工艺控制指标后，就要在设计时选择适宜、可靠的净化流程和净化设备，应根据具体条件考虑，发挥设备优势。净化工艺流程的选择不宜过于复杂，而是越精练越好，首先应以满足指标要求，其次考虑节能、低成本运行，兼顾低投资。比如，净化流程以冷却塔为基点，如果原料气中砷、氟、汞等的气态杂质的含量较高，则应加强冷却塔后气体温度降低后的净化效率；如果原料气中含固态颗粒物或硒等有害杂质较高，为防止堵塞净化设备，则应加强冷却塔前的净化设备[2]。

一级高效逆喷洗涤器(动力波洗涤器)原先配置设有2段喷头，几年来为降低系统阻力，不少厂家采用1段喷头，净化效率打了折扣，这是不可取的。

净化工序是制酸装置的关键环节，完善净化控制指标、加强净化工序指标操作是装置长周期稳定运行的重要环节，保持硫酸装置3～5年不检修，企业的经济效益和环保效益就有保证。

[1] 汤桂华.硫酸[M].北京：化学工业出版社，1999：194.

[2] 高庆华.提高硫酸装置运行可靠性和节能减排水平的设计体会[J].硫酸工业，2016(2)：32-35.

Discussion of controling purification process index of sulphuric acid plant

GAOQinghua

(Yangzhou Qingsong Environmental Chemical Engineering Design Research Co.,Ltd.，Jiangsu Qingfeng Engineering Group, Yangzhou, Jiangsu, 225115, China)

Complication of components in raw material of pyrite and metallurgical acid plant, and increasing trend of harmful impurities are analyzed. Control of key indicators such as arsenic, fluorine and heavy metal ions ensuring stable operation of the follow-up process is introduced. It is suggested to pay attention to purification indexes such as chlorine, selenium and mercury. Exhaust emissions to control SO2, sulphuric acid fog and other key indicators, some heavy metals such as mercury and solid particulate matter should be controlled, and sulphur dioxide, selenium, fluorine in final product must be paid attention.

sulphuric acid production; purification; environmental protection;process index; control

2016-12-20。

高庆华，男，江苏庆峰工程集团扬州庆松环境化学工程设计研究有限公司高级工程师，现从事硫酸工程设计和生产管理工作。电话：15052529818；E-mail：1622126576@qq.com。

TQ111.16

B

1002-1507(2017)04-0013-03