WSA制酸技術(shù)在焦化企業(yè)的應(yīng)用研究

摘 要：當(dāng)前降低資源消耗、減少環(huán)境污染、加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)，已是新世紀(jì)工業(yè)的必然選擇，“綠色化、清潔化”成為煉油、石化、煤化工、化肥、冶金等行業(yè)追求的目標(biāo)。同時(shí)，隨著環(huán)保要求日益嚴(yán)格，采取以實(shí)行循環(huán)經(jīng)濟(jì)、節(jié)能減排為主要控制措施，已成為企業(yè)發(fā)展的必然趨勢。文章以WSA制酸技術(shù)在峰煤焦化公司的焦炭工程為例，闡述了WSA制酸技術(shù)為企業(yè)和社會(huì)帶來的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

關(guān)鍵詞：WSA制酸技術(shù)；焦化企業(yè)；應(yīng)用

1 研究背景

峰煤焦化公司二期年產(chǎn)160萬噸焦炭工程，煤氣正常處理量為101862m3/h，煤氣中H2S含量為7g/m3。煤氣中的硫會(huì)對后續(xù)甲醇工段轉(zhuǎn)化裝置的轉(zhuǎn)化觸媒和甲醇合成裝置的合成觸媒產(chǎn)生影響，使之活性降低。所以要脫除煤氣中的硫。如何將脫硫后的含有H2S的酸性氣體回收轉(zhuǎn)化為硫酸，達(dá)到變廢為寶，是重點(diǎn)要解決的問題。因此二期考慮采用環(huán)保、能更好的回收硫的工藝。以含硫酸性氣為原料采用濕接觸法直接制得硫酸，產(chǎn)品價(jià)值高，且可全部用于硫銨工段作為原料使用；可大大簡略流程，有利于系統(tǒng)熱量的回收，節(jié)省投資。WSA制酸技術(shù)除消耗催化劑外不需要任何化工藥品、吸附劑或添加劑。裝置配置合理，不用工藝水，不產(chǎn)生廢料或廢水，對環(huán)境沒有二次污染；整個(gè)裝置不僅尾氣排放總硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)在584.7mg/m3以下，不必處理即可達(dá)標(biāo)排放，且流程短，設(shè)備布置緊湊，占地少，環(huán)境效益好。生產(chǎn)的硫酸是一種重要的化工產(chǎn)品，可用于內(nèi)部使用，送到硫銨工序生產(chǎn)硫酸銨，降低了生產(chǎn)成本，多出的硫酸作為產(chǎn)品，由酸泵出口引出，送往成品硫酸貯槽外售，從長遠(yuǎn)觀點(diǎn)看，硫酸產(chǎn)品具有廣闊的市場發(fā)展前景。

2 項(xiàng)目建設(shè)的必要性

二期考慮采用環(huán)保、能更好的回收硫的工藝。WSA制酸工藝，以含硫酸性氣為原料采用濕接觸法直接制得硫酸，產(chǎn)品價(jià)值高，且可全部用于硫銨工段作為原料使用；可大大簡略流程，有利于系統(tǒng)熱量的回收，節(jié)省投資。丹麥托普索公司20世紀(jì)80年代中期開發(fā)的濕法制酸技術(shù)，英文是WetgasSulphuricAcid，縮寫WSA。該技術(shù)是將酸性氣中的各種硫化物轉(zhuǎn)化為濃硫酸，采用的冷凝裝置為降膜式冷凝器。制酸過程無廢液外排，尾氣中的SOx、NOx、H2SO4酸霧含量控制在國家排放標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)，環(huán)保效果較好，值得推廣。該工藝的特點(diǎn)是：流程簡單，能效高，原料氣SO2體積分?jǐn)?shù)低于3%時(shí)仍可自熱運(yùn)行；硫回收率高，可達(dá)99%；產(chǎn)品單一，惟一的產(chǎn)品為達(dá)到商品級標(biāo)準(zhǔn)的濃硫酸；除消耗催化劑外不需要任何化學(xué)藥品或添加劑；不產(chǎn)生廢料，對環(huán)境沒有二次污染；產(chǎn)生大量熱能，副產(chǎn)中壓或次高壓蒸汽；適用范圍廣，可處理各種含硫氣體；操作彈性范圍大，原料組成、進(jìn)料等大幅度波動(dòng)不會(huì)影響裝置運(yùn)行，尤其不受原料氣中烴類組分影響；與傳統(tǒng)的硫酸生產(chǎn)技術(shù)相比，WSA技術(shù)需要的設(shè)備較少。因?yàn)樵赟O2轉(zhuǎn)化成SO3之前含硫工藝氣不需要干燥，這就使得WSA系統(tǒng)具有較低的投資，操作和維修費(fèi)用低。目前全球建成或在建的WSA裝置已超過50套，這些WSA裝置應(yīng)用在很多工業(yè)行業(yè)，處理酸性氣體流量能高達(dá)每小時(shí)百萬立方米，硫酸產(chǎn)量最高可達(dá)日產(chǎn)1100t。

3 總體實(shí)施

二期采用丹麥TOPSOE公司開發(fā)的濕法制酸工藝，將酸性氣中的各種硫化物轉(zhuǎn)化為濃硫酸，采用的冷凝裝置為降膜式冷凝器。制酸過程無廢液外排，尾氣中的SOx、NOx、H2SO4酸霧含量控制在國家排放標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)，環(huán)保效果較好。WSA制酸工程絕大部分設(shè)備來自TOPSOE公司，一小部分設(shè)備由我公司自行購買。由于引進(jìn)的是國外設(shè)備和技術(shù)，一定要明確TOPSOE公司的責(zé)任：（1）在制造、包裝、儲(chǔ)存和運(yùn)至裝貨港口的過程中，HTAS應(yīng)嚴(yán)格控制本合同中所供應(yīng)的設(shè)備，材料及HTAS催化劑的質(zhì)量。（2）HTAS對安裝到位的WSA冷凝器鑄體外殼的機(jī)械校正和磚襯檢查進(jìn)行監(jiān)督指導(dǎo)。（3）對WSA冷凝器管板和冷凝管的開箱、驗(yàn)貨、組裝和安裝進(jìn)行監(jiān)督指導(dǎo)。（4）對安裝到位的主設(shè)備、管道、膨脹節(jié)和管道支撐的機(jī)械校正進(jìn)行監(jiān)督指導(dǎo)。（5）設(shè)備關(guān)鍵部件的絕緣隔熱檢查。（6）WSA裝置內(nèi)部清潔檢查。（7）WSA裝置催化劑裝載監(jiān)督指導(dǎo)。（8）WSA裝置調(diào)試監(jiān)督指導(dǎo)。（9）WSA裝置開車及性能測試的監(jiān)督指導(dǎo)。確保外方所提供的標(biāo)準(zhǔn)工程設(shè)計(jì)包中包括的技術(shù)資料在工程實(shí)施時(shí)是最先進(jìn)的，并與其所標(biāo)示的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)相一致。應(yīng)保證所有圖紙和其它資料的正確性和完整性。如果發(fā)現(xiàn)圖紙和文件的最終版有任何錯(cuò)誤或遺漏，且在WSA裝置機(jī)械竣工后四個(gè)月內(nèi)盡快提請HTAS注意，應(yīng)采取如下措施：對需要改正的有錯(cuò)誤或遺漏的圖紙和其它資料，HTAS應(yīng)在收到買方書面通知之日起四周內(nèi)免費(fèi)向買方提供新的或經(jīng)修訂的更正錯(cuò)誤或遺漏所必須的圖紙和其它資料。如果已經(jīng)定購或供應(yīng)的WSA裝置所需的設(shè)備或材料必須進(jìn)行更正或替換以便更正此等錯(cuò)誤或遺漏，則HTAS應(yīng)盡快免費(fèi)承擔(dān)其更正或更換，或償還買方為更正或更換設(shè)備或材料所支付的費(fèi)用。

WSA制酸工程的主要產(chǎn)品中，98%硫酸用于硫胺工段自用，蒸汽并到蒸汽管網(wǎng)。

成果分析：

（1）WSA制酸成本。耗電量：電費(fèi)：2255700×0.6=135.342萬元/年。主要?jiǎng)恿ο模汉乃?.8t/h，4.8×24×365×3=12.6144萬元/年。年工資及福利費(fèi)按40000元/人/年計(jì)算，總額為8萬元。房屋建筑物和機(jī)器設(shè)備折舊年限按15年計(jì)算，年折舊費(fèi)252.5萬元。其他費(fèi)用包括其他制造費(fèi)和管理費(fèi)等每年為10萬元。經(jīng)計(jì)算，總生產(chǎn)成本費(fèi)用為410.456萬元。

（2）WSA制酸銷售收入。產(chǎn)品硫酸：濃度（%w/w）：98.0±0.5流量（kg/h）：2，134。每年產(chǎn)硫酸：2134×24×365=18693.84噸。98%硫酸市場價(jià)為560元/噸。則每年銷售硫酸收入為：18693.84×560=1046.855萬元。副產(chǎn)蒸汽：溫度（℃）：388壓力（Mpa）：1.1Flow流量（kg/h）：4，680。每年產(chǎn)蒸汽：4680×24×365=40996.8噸。蒸汽單價(jià)核算：熱電車間采用的太原鍋爐廠生產(chǎn)的中溫中壓鍋爐，額定蒸發(fā)量為75T/h，設(shè)計(jì)每小時(shí)燃燒煤20.2T/h，實(shí)際燃燒19T/h，煤價(jià)格，500-700元/噸，計(jì)算噸蒸汽費(fèi)用：203元。則每年生產(chǎn)蒸汽收入為：40996.8×203=832.235萬元。經(jīng)計(jì)算，總銷售收入為1046.855+832.235=1879.09萬元。WSA制酸利潤為：銷售收入-成本。即WSA制酸利潤為1879.09-410.456=1468.634萬元。

4 工業(yè)性試驗(yàn)中效果

本項(xiàng)目采用焦?fàn)t付產(chǎn)的焦?fàn)t氣制取硫酸，是煤炭綜合利用，提高附加值的有效的途徑，符合國家的產(chǎn)業(yè)政策、能源和環(huán)境保護(hù)政策。項(xiàng)目投產(chǎn)后年產(chǎn)硫酸18693.84噸，產(chǎn)品硫酸符合GB/T534-2002（一級品），濃度為93-96%。不僅從根本上解決了內(nèi)部硫銨工序所需硫酸的問題，達(dá)到變廢為寶的目的。還能外售，生產(chǎn)的產(chǎn)品具有明顯的價(jià)格和市場優(yōu)勢，在市場中具有較強(qiáng)的競爭力。

5 試驗(yàn)中存在問題的解決措施及完善建議

轉(zhuǎn)化器上層催化劑阻力上升過快原料氣進(jìn)入焚燒爐所夾帶的粉塵，以及燃料氣未完全燃燒生成少量單質(zhì)硫夾雜在灰塵中吸附于催化劑表面。建議在分析原料氣灰塵含量后，增設(shè)氣體過濾器以延長催化劑的運(yùn)行周期，提高裝置運(yùn)行率。

煤氣用量偏高，影響產(chǎn)品硫酸的濃度由于酸性氣濃度較低，需要通過提高助燃煤氣量來保證焚燒爐的正常工作溫度，這會(huì)導(dǎo)致工藝氣中含水量較多，使硫酸的濃度低于設(shè)計(jì)值?？梢詫SA冷凝器底部出來的熱空氣接入焚燒爐以減少助燃煤氣量，從而降低工藝氣中的含水量，提高產(chǎn)品硫酸的濃度。

6 結(jié)束語

隨著我國對環(huán)保的日趨重視，廢氣、廢水外排已上升到違法層次，制酸項(xiàng)目是將來焦化企業(yè)的必然選擇，提早邁出這一步，作為行業(yè)的先行者，我們提前做好準(zhǔn)備，積極響應(yīng)國家號召，取得了客觀的社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益。

作者簡介：張少鵬（1986-），男，河北省石家莊市人，工作單位：峰峰集團(tuán)河北峰煤焦化有限公司，職務(wù)：機(jī)電副主任。