新型干吸工艺的研发与应用
                                                                         杨德鑫   甘宪福
                                                                   金川集团有限公司化工厂
     【摘要】新型干吸工艺的研发将传统的塔、槽设备合为一体，采用新型耐高温、耐浓酸合金材料衬里替代臃肿的砖内衬，有利于提高设备能力和使用寿命；浓酸管线由不带阳极保护316L合金管道替代灰口铸铁管道，塔内分酸装置用耐酸合金管式分酸器，塔顶扑沫器采用双层高效耐高温、耐浓酸聚四氟扑沫丝网，循环泵槽安装了简单实用的浓酸器，可防止碎瓷渣等杂质堵塞浓酸泵及阳极保护换热器。
     【关键词】干吸工艺合金衬里塔分酸器器
     O 前言
     干吸技术是接触法硫酸生产的中心环节，干燥效果决定了烟气含水、酸雾能否达到制酸要求，进而决定SO 、转化系统能否正常运行；吸收工艺的优劣决定了尾气是否达标排放；热平衡、水平衡的控制则取决于干燥、吸收工艺的配合和衔接。可以说，干吸技术是硫酸生产技术主要的标志。干燥和吸收塔设备及其配套工艺是干吸技术的硬件，自有接触法硫酸生产历史以来，干吸塔设备及吸收工艺配置的研究和改进，始终是促进硫酸技术进步的主要课题。截止目前，美国孟山都环境化学公司研发的蝶盘式子母分离式干吸塔及塔内管槽式分酸器被世界公认为{dj0}水平的塔设备，很好地解决了热平衡、水平衡及尾排问题，但对占地面积大、土建防腐费用高、管线繁长复杂等问题仍没研究出好的解决方案。
     国内硫酸生产过程中，干吸塔长期以来一直沿用钢衬砖做隔离层。不可否认，该结构的干吸塔数十年发挥了极大的作用，但是传统结构的干吸塔，由于气相和液相逆流接触，随着温度、气速的变化等，介质对塔槽壁、底均产生冲刷，造成夹缝胶泥磨损甚至脱落。同时，由于下塔酸温较高(70～85℃)，砖与砖结合部位的夹缝胶泥会因砖与胶泥热胀冷缩的幅度不同而容易产生微小的裂纹。一旦胶泥出现脱落或裂纹，酸就会从夹缝渗入到壳体，进而腐蚀壳体，使钢板穿孔，出现干吸塔漏酸，影响正常生产。
     正是由于这些问题的存在，国内外硫酸界始终未放弃对硫酸干吸技术的研究和开发。金川公司化工厂是国内主要的硫酸生产企业之一，产量在冶炼烟气制酸企业中位列前五，对硫酸技术进行研究和开发是我们义不容辞的责任。
     1 干吸工艺概况
     干吸工序包括湿法净化后的SO 烟气的干燥过程和转化后的SO 的吸收过程，由于二者设备相同，因此在设计过程中为了设备布置紧凑，常将二者布置在一起，称之为干吸工序。干吸设备的技术进步主要取决于新材料的应用与塔结构的优化。从20世纪70年代末以来，干吸工艺一直处在一个不断发展的过程之中。国内由于技术和资金的限制及国有体制对创新风险的畏惧，步履维艰，创新和研究工作进展缓慢。仅硫酸干吸系统所用材料由灰口铸铁、耐酸瓷砖与炭素钢搭配使用发展到现在的普通耐酸合金和特种耐酸合金的应用，整整走了三十多年。
     干吸系统的主要设备是干吸塔，由于在塔体中的循环液是高温浓硫酸，其腐蚀性非常强，因此传统的干吸塔采用内衬石棉板再衬耐酸瓷砖的方式防腐，使得干吸塔体积庞大，显得异常臃肿。同时，循环槽采用子母分隔式，占地面积大，而且由于战线长，漏点多，特别是子母槽连接处，由于缝隙腐蚀和应力腐蚀等原因最易泄漏，是硫酸生产的一个难治的顽症，给连续性生产带来了很xxx烦。另一方面由于当今硫酸单系列的生产能力都很大，年生产能力动辄十几万吨到几十万吨，使得塔内气相和液相传质、传热交换量很大，对塔的附件要求很高。国内硫酸界传统使用的这些塔件如分酸器、捕沫器等，都不同程度地存在着一定缺陷。针对这些问题，在国内外有不少相关专利，但应用效果都不很理想。
     目前干吸塔的国际{lx1}技术由德国的鲁奇公司与美国孟山都等几个国外公司专有；特种材料也为国外几家公司控制，技术转让费用与材料进121费用昂贵。因此，开发拥有自主知识产权的先进技术刻不容缓。金川公司化工厂一硫四台、三硫三台传统干吸塔在使用8～12年之后，分别于2002年和2004年度报废。在更新过程中，针对传统干吸塔存在的问题，在充分吸收全球硫酸界对干吸塔的{zx1}研究成果，从工艺性能、技术效果、新材料的应用等方面，对干吸工艺进行了卓有成效的研究，并结合金川公司化工厂二十多年的硫酸生产经验，研究出了一种新型的干吸工艺，在塔结构、工艺配置和材料选用上有重大突破，目前在国内外处于{lx1}地位，运用于实际后效果很好，在国内硫酸界引起了较大的振动。
     2 新型干吸工艺的组成
     新型干吸工艺适用于硫酸生产的干燥和吸收，主要由六个部分组成，现对其结构及特点介绍如下：
     2．1 三合一结构形式的塔体
     本新型干吸工艺采用的干吸塔由捕沫器、塔体、循环槽三位合为一体，简称为三合一干吸塔。传统的干吸塔，捕沫器、塔体、循环槽是相对独立的，中间以浓酸管道或烟气管道相连。这种干吸塔的缺点是流程长、投资多、漏点多、维修不便、安全隐患多，设施配置不紧凑、占地面积非常庞大，土建及防腐投资高，不便于工艺配置。
     本三合一干吸塔，增强了设备的耐腐蚀性，省去了辅助设施的防腐处理，大大减少了维修量，节省了材料，减少了投资，较传统结构的干吸系统节省资金约40％ ，同时，工艺配置占地面积仅为传统结构的1／2。另外，由于设备结构紧凑，布局科学、合理，整体设备及其他设施均为室外全落地式，省去了泵房及混凝土框架，优化了工艺流程，降低了酸泵的扬程，从而减少了动力消耗。
     2．2 塔体内衬特殊耐酸合金
     传统的干吸塔为内衬耐酸瓷砖型的。内衬耐酸瓷砖在硫酸生产过程中由于热胀冷缩现象，难以杜绝硫酸渗漏现象，干吸塔长时间在酸浸的情况下，渗入的硫酸与钢壳体反应生成了硫酸盐，随着时间的推移，壳体与内衬体夹层中的硫酸盐不断增多，体积蓬松的硫酸盐一方面使内衬瓷砖上拱、裂缝、脱落，不易修复；另一方面会撕裂钢壳体焊缝，久而久之，因恶性循环而无法修复，最终致使整台设备报废。
     本干吸塔内衬特殊耐酸合金，耐酸腐蚀效果好、维修便利。在壳体与合金之间先直接焊接，焊缝处又用合金焊接，使整个塔体严密，硫酸介质无法与外层钢壳体接触。采用的特殊合金耐酸腐蚀性能良好，在使用温度不高于200~C的条件下(正常生产控制在llO℃以内)，在98％ ，93％浓硫酸中的腐蚀率小于0．05 mm／a，干吸塔内衬2．5 n'lrn厚的特殊耐酸合金，其使用寿命可长达l5年以上。内衬特殊耐酸合金的新型干吸塔维修方便，即使一旦发生局部漏点，可立即补焊，克服了传统干吸塔无法修复的缺点。
     2．3 分酸装置采用新型的管式分酸器
     管式分酸器是硫酸生产中干燥塔和吸收塔的分酸装置。即硫酸在塔中被分酸装置均匀分布喷淋而下，与自下而上的气体充分接触，达到干燥和吸收的目的。这要求传质过程有理想的比表面积和合理的喷淋密度(≥18 m ／m )，亦即硫酸分布越均匀，传质效果越好。
     传统的槽式分酸器，分酸槽布酸点为每平米l7个分酸点，普通管式分酸器，每根管子上的分酸点呈三角形分布，分酸点距离为300×l10 mm，每平米29个分酸点，美国孟山都管槽式分酸器的分酸点为每平米37个。传统的管式分酸器有如下几个缺点：① 由于分酸管直径大，用料多，投资大；② 分酸点之间距离大，分酸管管距大，硫酸分布不均匀；③分酸管材质为铸铁，分酸121无喷嘴，分酸121长时间受硫酸腐蚀，孔逐渐变大，造成进一步分酸不均匀。本新型分酸器是一种分酸均匀，干燥、吸收效果好，使用寿命长的新型管式分酸器。其特点为：一次分酸管、二次分酸管管径为DN500，DN350，三次分酸管管径缩小，三次分酸管之间的管距为240 mm，这样，不但分酸点数量增加，而且与传统管式分酸器相比，节约材料3／4，减少了投资。
     每根分酸管上的分酸点呈正方形分布，管距为270 mm，分酸点之间横竖之间距离均为135 mm，分酸点增至53爪／m ，大大提高了硫酸分布的均匀程度，提高了塔效率。
     分酸器主体材料为LSB一2，造价较低，分酸口安装了耐高温浓酸的特殊耐酸合金喷嘴。其对浓硫酸有良好的耐蚀性能，在200~C温度的条件下，此特殊耐酸合金在浓硫酸中的腐蚀率小于0．05 mm／a。因此，喷嘴的使用寿命可长达15年以上，克服了原分酸口因腐蚀而破坏的缺点。管式分酸器的寿命主要体现在分酸口上，若大量的分酸口因腐蚀而受到破坏，分酸不均，整个管式分酸器就会报废。采用高温耐酸合金做喷嘴，延长了分酸口的寿命，就等于延长了管式分酸器的寿命。塔的传质与传热效率取决于塔与喷淋密度，塔高度又取决于分酸均匀度与分酸点数；53-~'／m 分酸点，135 X 135正方形配置使干吸塔由6 m下降至4 m以下；塔下降后，在其他工艺条件不变的情况下，塔体系统压损减小，气速提高，处xx量增大。
     2．4 采用折叠式捕沫丝网块
     本新型干吸塔的捕沫器采用双层高效聚四氟捕膜丝网，捕沫面积增大40％ ，折叠式结构是汽液两相各走其路，防止酸雾二次飞溅污染，使出塔烟气中酸雾指标控制在5 mg／Nm 以下，保护了、触媒等后续系统。
     2．5 浓酸器
     本新型干吸工艺巧妙的在塔和循环子槽之间安装了浓酸器，因阳极保护换热管管间距为8．0 nlrn分酸装置喷嘴为~12mm我们将浓酸器网孔定为．5mm板与塔底板成45。角(图1)，在酸流的带动下碎瓷渣等杂质不易附着，如此，可防止碎瓷渣等杂质进入泵内、阳极保护及分酸装置喷嘴等狭小部位而造成系统堵塞。确保在启泵、停泵时，硫酸上塔、回槽流畅，不淹槽，不断流。
                
     2．6 工艺管线的优化选择
     传统干吸塔结构决定了干吸工艺只能利用下列两种工艺配置方式即：塔后冷却工艺和塔前冷却工艺。无论采用何种工艺，酸速不能太快，塔内的酸必须通过浓酸管线，依靠酸的自流回到循环槽，再有酸泵送人分酸器进入塔内(图2、图3)。塔槽合一的塔结构，为工艺的优化配置提供了有利条件，塔跟循环槽连在一起，因此工艺配置只考虑上酸管线。高温酸只在进入浓酸换热器前流动，其余各种工艺管道均在低温下运行，我们利用这个特点在高温段采用316L管道内衬高温耐酸合金，低温段用316L管道，使316L管道全焊接封闭性管网取代法兰连接的铸铁管道，大大减少了工艺配管的泄露面，干吸系统实现了零泄漏。同时所有工艺管道在浓酸泵后，因此管内流速可以提高，减小管径节省投资。
               
               
     3 效果(效益)评价
     3．1 社会效益
     本干吸工艺技术投入生产实践运行以来，从各项工艺指标，如系统压损、酸雾(≤0．005 g／NM )、水分(≤0．10g／NM )，吸收率(99．95％)等来看，均达到行业规范要求。尤其是自行设计的干吸塔和分酸装置，布酸均匀、回酸及时、喷淋效果理想，综合性能远远超过了传统干吸塔。在金川公司化工厂制酸系统成功应用后，经过这几年的实际运行，效果十分显著。在改造前，硫酸一系统由于吸收效果差，尾气烟囱冒白烟的现象很为普遍，尾排很难达标。改造后，由于应运了新型干吸塔，硫酸一系统尾气烟囱冒白烟的现象得到了彻底根治，尾排基本达标。
     3．2 经济效益
     该新型干吸塔三位一体的结构形式，降低了土建、设施和设备的投资，缩短了工艺管线，{zd0}限度的降低了工程费用的投入；采用低位高效新型干吸塔后，干吸泵的扬程降低10 1TI，每台泵功率降低30kW，7台干吸泵每年节电1．68×106 kw／h；因该塔结构合理、选材得当，使用寿命延长，维护费用大大降低，维护周期由原来的一年延长为两年。
     4 结语
     新型干吸塔和分酸装置设计结构紧凑、分酸点布局合理。分酸点增大到53 ,4／m2，布酸均匀且无死角，突破了硫酸界公认的分酸点{zd0}不超过44点／m2的传统设计模式。
     工艺管线、设备布局紧凑，流程优化。减少了占地面积，降低了土建设施和设备的投资，缩短了工艺管线，{zd0}限度的降低了工程费用的投入以及生产运行过程中的动力消耗。
     干吸塔、塔内分酸装置、工艺管线等选材科学、得当。该系统设备和工艺管线的选材根据金川公司化工厂多年的生产实际经验，优选了许多强耐腐蚀的新材料，确保了整个系统能够长周期的高效运行。
     系统维修及维护工作量得以大幅度下降，纵向比较，仅维护费用下降50％。
     就金川公司化工厂目前情况来看，经过对各项运行工艺参数的测试，实际情况是：吸收效率较传统塔提高70％ ，尾气中含有的酸雾也有所降低，同等二氧化硫烟气条件下的硫酸日产量也略有提高，各项工艺参数都有所优化。从目前系统的运行状况来看，本新型干吸工艺的研发与应用取得了突破性的历史成功。
     作为冶炼配套的环保设施，制酸系统故障率降低为零。从而有力确保冶炼系统的“独立”稳定连续运行。
     总之，新型干吸工艺的研发塔体结构合理，选材得当，与之相应的工艺配置合理，流程科学，系统性能可靠、运行稳定，具有较高的推广价值。
     参考文献
     1.硫酸工业手册．刘少武等编著．南京：东南大学出版社，2001．2

关键词：令箭海棠，硫酸，干吸，金川公司