160 kt/a硫酸装置转化工序技术改造

孙晋琳，尹福兴，汪国祥，裴增文，张映群，李 龙

（云南黄金矿业集团股份有限公司，云南昆明 650299）

硫酸用途广泛，主要用于硫酸法生产钛白粉、磷化工生产、新能源电池生产、化工冶金及建材等行业。含金硫铁矿制酸及冶炼工序中，含金硫铁矿通过沸腾炉氧化焙烧脱硫制酸，并使含金硫铁矿的金、银等金属富集，焙烧渣再通过水洗—氰化—活性炭吸附—解析工序综合回收金、银，氰化渣制备球团。某公司现有160 kt/a含金硫铁矿制酸装置，主要包括原料工序、焙烧工序、净化工序、干吸工序和转化工序。其中转化工序在生产中未能达到设计要求，通过长期对生产数据进行分析及对物料平衡、热平衡等进行计算，针对相关问题找出解决方案并进行技术改造。

1 硫铁矿制酸工艺流程

160 kt/a含金硫铁矿沸腾焙烧制酸装置生产工艺流程见图1。

图1 160 kt/a硫铁矿沸腾焙烧制酸装置生产工艺流程

硫铁矿输送到振动筛筛分后，由皮带输送机送至焙烧加料斗，连续均匀地送至沸腾炉中焙烧，焙烧后的矿渣送至渣场。沸腾炉口约900 ℃的SO2炉气经过余热锅炉降温至400 ℃左右，再进入旋风除尘器、电除尘器进一步除尘后，炉气温度约350 ℃，尘(ρ)＜0.2 g/m3，转入净化工序。进入动力波洗涤塔，使用w(H2SO4)5%的稀硫酸对烟气进行洗涤，除去烟气中部分As、F及尘，降温洗涤至62 ℃左右，转入填料塔继续降温除尘。经填料塔降温除尘后，净化烟气进入电除雾器，除去烟气中的硫酸雾。补进空气，控制φ(SO2)在8.5%左右，烟气进入干燥塔，将ρ(H2O)降至0.1 g/m3以下，再通过SO2主风机，进入转化工序，先后经过两次转化后分别通过一吸塔、二吸塔吸收其中的SO3，通过各自的循环酸槽进行循环吸收喷淋后，成品硫酸至循环酸槽溢流口流入地下酸槽，打入成品酸库储存销售，经过二次吸收后的炉气经塔顶的纤维除雾器除雾后，通过60 m烟囱达标排放。

1.1 转化工序工艺流程

硫酸车间160 kt/a硫铁矿制酸装置转化工序采用“3+2”二转二吸流程，换热为“ⅢⅠ-ⅤⅣⅡ”流程。净化后的烟气通入干燥塔干燥后，进入SO2主风机，升压后，经Ⅲa、Ⅲb和Ⅰ换热器加热至420 ℃左右进入转化器反应，此为第一次转化。经过转化器一、二、三段催化剂床层反应后，一次转化气经Ⅲa、Ⅲb换热器冷却后，送入一吸塔。经过一吸塔的烟气，再经Ⅴ、Ⅳ、Ⅱ换热器加热及四段电加热器补热至约410 ℃，烟气进入转化器四段、五段，进行第二次转化，总转化率可达99.8%。烟气经Ⅴ换热器冷却后，送至二吸塔。为保障转化系统升温预热，在转化器一段、四段进口处各加设电加热器。布置相对应的副线和阀门，以便于调节转化器各段温度。

1.2 主要设备及参数

160 kt/a硫铁矿制酸装置转化工序换热器设计总换热面积为2 734 m2，主要设备配置和主要技术指标见表1和表2。

表1 转化工序主要设备配置

表2 转化工序主要技术指标

2 技改前情况分析

2.1 转化工序生产情况

160 kt/ a硫铁矿制酸装置转化工序技改前主鼓风机、换热器和转化器操作工况分别见表3～5。

表3 主鼓风机操作工况

表4 换热器操作工况

表5 转化器操作工况参数

2.2 问题分析

由技术改造前实际操作及生产情况分析，发现转化工序存在如下问题：

1）转化催化剂使用时间过久，导致部分催化剂床层温差、转化率异常，且净化烟气温度未达标便进入转化工序，致使部分转化反应滞后。其中一段转化率为63.96%，明显低于设计标准68%，未达到生产要求，二段转化烟气温差偏小，需更换催化剂和检查副线布置情况。

2）转化器四段入口温度未达到设计要求，其二次冷SO2烟气换热升温后温度未达到操作要求，导致分段转化率偏低，生产时需打开四段入口电加热器补热升温至操作要求温度。

3）一吸塔、二吸塔的SO3烟气温度均偏高，需采用冷却风机和冷却水泵降温才能保持热平衡，增加了吸收酸泵的冷却负荷以及冷却水量，致使其消耗电能、冷却水量过多。

4）转化设备及热力管网的保温采用石棉、硅藻土等材料，保温效果较好，但吸水性较强，转化设备露于室外，导致其防雨水渗透性差。

3 技术改造方案

3.1 转化系统催化剂更换

系统停车前分析转化器各段的分层转化率、各床层阻力，确定各床层催化剂的消耗情况。开人孔，待转化器内部温度自然冷却到人工作业条件时，将催化剂卸出，清理转化器炉管，将催化剂人工过筛，重新装填新催化剂后测试压降，保证工艺气均匀分布到每根转化管中，使转化反应达到更高的转化率，力求降低生产成本，实现降本增效。

3.2 增设Ⅴb换热器

根据实际工况对换热器进行工艺计算，结果见表6。

由表6可见，通过相关工艺计算，原换热器换热面积不满足生产要求，为使Ⅴ换热器壳程二次气温度提升，同时降低去一吸塔出口SO3烟气的温度，增设Ⅴb换热器，由去一吸塔出口SO3烟气的旁路调控，设有电动蝶阀。换热器选用缩放管，换热面积设计为900 m2，采用碳钢材质，支承结构为空心环网板，对内部各构件及上下管箱进行喷铝处理，使其抗腐蚀性、抗高温性、抗氧化性增强，缩放管需经渗铝处理，强化对流传热的效果[1-2]。

表6 “ⅢⅠ-ⅤⅣⅡ”换热流程工艺计算结果

3.3 转化系统的保温措施

对转化设备及热力管网的保温层进行改造，使用CB690复合硅酸盐板材及CB680复合硅酸盐涂料混合作为主体保温材料，该材料与石棉、硅藻土等材料相比，防雨水渗透性较好、造价低、安装便捷、可塑性强、表面美观大方，尤其是该混合材料导热率低，保温性好，密度小。转化器保温层厚度为200 mm，具体保温措施见图2。

图2 转化器保温措施

保温防水结构由内到外依次为：复合硅酸盐板材（厚40 mm），复合硅酸盐涂料涂层（厚20 mm）、玻璃纤维布、灰磁漆、防水油胶（三道）、醇酸铅粉磁漆（两道）、铝板（厚0.5 mm）、复合硅酸盐毛毡（厚60 mm）、顶部加盖15 mm的铁皮。

4 技改后的运行情况

对转化工序进行技术改造后，硫酸装置正常运行三个月时，主鼓风机、换热器和转化器操作工况分别见表 7～9。

表7 主鼓风机操作工况

表8 换热器操作工况

表9 转化器操作工况

由表7～9可见，对硫酸装置转化工序进行技改，正常运行三个月后转化工序不仅实现了自热平衡，且部分工艺操作参数得以优化和改善。烟气流量由42 000 m3/h提升至46 000 m3/h，转化设备保温效果提高，防雨水渗透性效果显著。一段转化率由63.96%优化至69.36%，二段转化率由90.96%优化至92.32%，三段转化率由91.87%优化至95.37%，四段转化率由90.46%优化至94.76%，五段转化率由91.21%优化至96.62%，转化工序各转化段转化率得以提升。且SO3烟气温度逐步趋于稳定，无需采用冷却风机和冷却水泵降温保持热平衡，降低了总电耗（主要是冷却水泵和冷却风机的电耗）及冷却水量。

5 结语

转化工序是硫酸工业生产的核心，转化工序的转化率越高，则硫的利用率越高，对环境的污染越小。160 kt/a含金硫铁矿制酸装置采用“3+2”二转二吸制酸工艺流程，转化工序采用“ⅢⅠ-ⅤⅣⅡ”换热流程，SO2烟气由换热器升温后进入转化器，通过催化剂V2O5催化氧化后转化为SO3。换热后的SO3烟气通过余热锅炉，温度下降至吸收要求，进入吸收塔，生产成品硫酸。通过对转化工序进行技术改造，增加换热器换热面积、更换转化器催化剂、改善转化设备保温材料等措施，实现了转化工序自热平衡，提高了转化工序的转化率，进而提高了硫资源利用率，使尾排SO2含量得到有效控制。