丹麦托普索公司WSA工艺处理粘胶短纤维废气生产硫酸

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丹麦托普索公司ＷＳＡ工艺处理粘胶短纤维废气生产硫酸
雷吉虎译Ｊｎｒｔａｒｅ（ｋｌｔｓｅｄ）ｅｓＫｉｅＬｕｓｎｊｒｏｏ．ｋｓｎ＠ｐ
丹麦托普索公司（ＷＳＡ工艺是丹麦托普索公司的湿法硫酸工艺的英文缩写（ｔｇｓＳｌｕｃＡｉ）Ｗｅａｕｈｒｃ，ｐｉｄ该工艺是将废气中的各种硫化物转化为浓硫酸。

这是一个催化反应工艺过程，特别适用于处理那些硫浓度低而用常规硫酸工艺无法处理
．ｐｏ．ｏ）ｔｓｅｃｍｏ
ＷＳＡ装置的设计特点和操作经验。

１ＷＳＡ工艺步骤
ＷＳＡ工艺包括以下步骤：‘①含有Ｈｓ及Ｃ：ｓ的气体在焚烧炉进行燃烧，烟气通过废热锅炉降温；②各种形式的硫燃烧后在工艺气体中以的气体。

迄今，全球建成或在建的ＷＳＡ装置已超过５０个，这些ＷＳ装置应用在很多行Ａ
业，处理原料气体流量能高达每小时百万立方
米，硫酸产量最高达日产１０ｔ１０。

ｓ０形式存在，在催化反应器中转变为ＳＯ；
，
③工艺气体在一个降膜冷凝器即ＷＳＡ冷
２０年末，奥地利兰精公司决定扩建其０２短纤维装置以达到年产５万吨。

扩建后装置要满足以下要求：排放要符合现有环保法规以及兰精公司本身严格的环保标准；扩能产生的ｓ２０的排放要控制在１０ｇｄ以下；ＨＳＣ２０ｋ／２／Ｓ
凝器中被空气冷却，在冷却过程中产生浓度在９９％（６～８重量百分比）的硫酸。

④硫酸被浓缩、冷却并用泵输送到储罐中。

干净的工艺气体被送到烟道排放，通常不
需要再进一步处理；⑤工艺过程产生的热被回收为中压或高压蒸汽。

浓度要控制在分析检测限内；废气处理装置能
回收各种形式的硫并生产高附加价值的硫酸，硫酸日产量达到１０而满足新纺丝线的需要，４ｔ并且不能增加兰精工厂的污水处理系统负荷；废热回收成过热蒸汽用于发电。

托普索公司的ＷＳＡ工艺被认为是能满足上述要求的最佳工艺，
在２０年１月兰精公司和托普索公司签０２２
２ＷＳＡ工艺特点
ｗｓＡ工艺具有以下显著特点：①原料气中的总硫回收率能达到９％或９
更高，排放符合环保法规要求。

②ＷＳＡ装置唯一的产品是商品级的浓硫
酸。

署了ＷＡ装置建设合同。

在兰精技术有限公Ｓ
司、兰精纤维公司和托普索公司三家的通力合
③有效的热回收保证了燃料低消耗以及把
余热转化为蒸汽。

④没有诸如废水、废液、废渣等二次污染排放。

作下，废气处理ＷＳＡ装置按时建成并在２００４
年２月份投入使用。

本文将描述ＷＳＡ工艺在粘胶纤维行业的应用，以及奥地利兰精公司
⑤冷却水消耗低。

注：本文所涉及的内容信息均有知识产权保护，未经丹麦托普索公司许可不得引用或转抄。

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⑥操作简单，操作弹性范围大。

就可以由ＷＳＡ废气处理装置来满足，并且额外的燃料（轻油、液化石油气或天然气）需
⑦设备少，工艺简单，投资低。

３ｗＳＡ工艺在粘胶纤维工业中的应用
ＷＳＡ工艺是处理粘胶纤维生产废气的理想工艺。

来自脱气槽、纺丝机及其它来源的废气能同时混合进入到ＷＳＡ装置中进行处理。

可以把硫磺作为补充燃料，这样增加了硫酸产量并减少了燃料消耗。

在一些情况下，可以根据平衡纤维生产装置的需求量而调节硫酸产量。

废热可用于产蒸汽或加热硫酸钠结晶器前的纺丝浴液。

硫在ＷＳＡ装置中排放的烟气只以ＳｘＯ形式存在，并满足环保法规排放要求，
求会降低到最小。

不考虑辅助燃料的类型，ＷＳＡ工艺将把燃料热值以蒸汽形式回收。

工艺气中增加的硫浓度仅对装置投资成本有极小
影响，并且这个影响很容易由增加的硫酸产量的价值来弥补。

目前，在粘胶短纤维工厂有两个ＷＳＡ装置已在运行中，另外有两个ＷＳＡ装置正在建设中，其中一个工厂在中国。

他们是——印度尼西亚 ? ＴＰ（ＰＳＶ南太平洋纤维厂）；ＷＳＡ装置自１９９３年来一直在运行中，该装置最初是用于处理来自两条纺丝
线产生的废气，后来改造为处理三条纺丝线的废气。

设计上是处理贫气和富气以及用硫磺作为补充燃料，除此外，重质燃料油锅炉的烟气也送到这个ＷＳＡ装置中一起进行处理。

奥地利 ? 兰精公司：ＷＳＡ装置自２００４年初运行至今，处理来
通常对应总硫回收率达到了９．９．％。

９Ｏ一９７
分析仪检测不出烟气中的Ｈｓ和Ｃ浓度，ｓ实际上已基本完全脱除。

ＷＳＡ工艺最有效的是用于粘胶短纤维、丝束的生产，这些产品的生产废气含有１Ｏ一
２ｇＮＨｓ＋Ｃ２Ｏ／ｍ的２ｓ，气体流量在１００—００
１００Ｎｈ０００ｍ／。

而对于粘胶长丝、膜、包装
物，废气中的ＨｓＣ：＋ｓ浓度可能每标准立方米仅有几百毫克，废气流量会达到每小时数十
万立方米，ＷＳＡ工艺与其它工艺例如生物脱硫工艺相比，投资就不经济。

总的来看，废气流量是决定ＷＳＡ装置总
自条纺丝线的过剩贫、富气。

通过采用硫磺几作为补充燃料，ＷＳＡ装置所产的硫酸是整个
工厂用酸的主要来源。

德国 ? 克尔海姆纤维股份有限公司：
该ＷＳＡ装置预计在２００７年初建成投产。

该装置通过用单体硫磺作为辅助燃料，生产粘
投资成本的主要因素，而Ｈｓ＋ｓ的含量是Ｃ：决定操作成本的主要因素（＋ＣＨｓｓ浓度越
高，燃料消耗越低）。

因此，在优化废气系统时，保持纺丝机气量尽可能低并同时提高浓度是最首要的选择。

设计纺丝机的外围要尽量缩
胶纤维工艺所需要的全部硫酸。

余热将以过热
高压蒸汽形式用于发电。

中国 ? 兰精（南京）纤维有限公司：兰精（南京）纤维公司将新建一个工厂并预计在２００６年底投产，粘胶纤维全部生产过程中所产生的所有废气将用ＷＳＡ装置进行
小空气的泄漏，例如，安装密封较佳的门，设计废气收集系统来满足这个目。

标
在下面的工艺描述将会提到催化转化反应
处理。

通过用单体硫磺作为辅助燃料，生产出
要在约４０Ｃ０ｏ下进行。

要达到这个温度，需要
的热能比产生废气（贫气）的纺丝装置所提供的潜在热能要大，因此必须补充燃料。

粘胶纤维生产工艺所需要的全部硫酸。

余热将被用作生成工艺蒸汽。

４ＷＳ工艺系统介绍Ａ
处理贫气、富气，用硫磺作为补充燃料的
工艺流程如图１示。

所
来自脱气浴的富气，通常含有浓度在
１０１０’Ｎ的Ｈｓ＋Ｃ２００—２０／ｍｇ２ｓ，这是很好的燃料，不仅增加了硫酸产量而且消除了富气排放的环保问题。

除了富气外，单质硫磺也可用
燃料、富气和硫磺在燃烧炉中燃烧，用贫气作为燃烧空气。

工艺气中应不含固体颗粒并
且硫磺应是液态且经过过滤。

根据下面的反
作燃料，这样，纺丝工艺所需的全部硫酸消耗
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应，燃烧反应的燃烧温度大约在８０～０ｑ０９０Ｃ。

同时ＳＯ按照下面的反应转化为硫酸Ｓ３ＨＯＨＳ４气）１１ＪｍｌＯ＋２Ｈ２Ｏ（＋０ｋ／ｏｅＨｓ４气）＋０１Ｈ０（）２Ｏ（．７２气Ｈ２ＯＨｓ４（，７／液９％ｗｗ）＋９Ｊｍｌ６ｋ／ｏｅＷＳＡ冷凝器是托普索公司发明的专有专
利设备，是一个垂直降膜冷凝器／缩器，装浓
ＨＳ。

２＊Ｏ＋２５８Ｊｍｌ２＋÷Ｏ－Ｓ２Ｈ０＋１ｋｏ－－／ｅ
Ｃ２＋３—Ｓ＋ＣＯ２＋ｌ０ｋ／ｏｅＳ０２Ｏ２３Ｊｍｌ１
Ｓ＋０Ｓ２Ｏ２＋２８Ｊｍｏｅ９ｋ／ｌ
产生的烟气在废热锅炉中冷却到约４０２￣Ｃ，同时产生绝对压力４０—６ｂｒ的饱和蒸气。

０ａ４０Ｃ２￣是催化剂典型的初始反应温度。

此时工艺气中的各种硫化物均以ｓＯ及少量的Ｓ，Ｏ形式存在。

转化反应器通常有两个催化反应床层，按照下面反应，第一床将把８０
～
有耐酸并抗震的玻璃管。

气体在管子中被外部
常温空气冷却，在冷却过程中，硫酸被冷凝成
膜形式并在玻璃管内朝下流动。

当硫酸与上升
的热工艺气流接触后，酸浓度逐渐增大，甚至达到９—８（６９％重量百分比）。

硫酸收集在有砖衬里保护的冷凝器底部并在板式热交换器中冷却到３４ｑ０～０Ｃ，再用泵输送到储存器中。

从冷凝器出来的冷却空气温度在２０～２０Ｃ，０５ｏ
９％的Ｓ２０Ｏ转化为Ｓ３Ｏ
ｓ＋ｏ－Ｏ９Ｊｏｏ号－，９ｍ：＊＊＋ｋｌ－Ｓ／ｅ－
第二床把剩余的ＳＯ进一步转化达到设计转化率。

在第一床转化后，温度将超过５０Ｃ，为０ｏ了改变ＳＳ，Ｏ／Ｏ平衡，工艺气在进入第二床前，温度必须降低，这可通过床间的换热器产生过热蒸汽来实现。

在经过第二床后，工艺气
在锅炉中冷却到３０Ｃ以下并产生绝对压力４０ｏ０
～
可以用作预热锅炉给水或预热热硫酸钠蒸发器／结晶器前的纺丝浴。

ＷＳＡ冷凝器具有的独特
优点是：①采用空气冷却，节省了冷却水；②
酸被冷凝为浓硫酸，仅略受工艺气体中水浓度
影响；③冷凝器固有的冷却布置保证外排的洁净工艺气中酸雾浓度非常低，无需二次处理
（如除雾器）。

所有的反应热量回收为蒸汽，通常绝对压力为４６ｂｒ０—０ａ的过热蒸汽可用作发电。

如需
６ｂｒ０ａ的过热蒸汽。

在冷却过程中ｓＯ部分
发生水合生成硫酸，因此蒸汽压力要选择饱和温度高于硫酸的露点。

然后工艺气进入ＷＡ冷Ｓ凝器，在冷凝器中工艺气被冷却到约１￣，０Ｃ０冷却水
圈１
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要工艺蒸汽，也可调节到所需的条件。

催化剂是一种或几种托普索ＶＫ系列催化
索ＣＫ燃烧催化剂，这样会将硫化物氧化为ｓ再进行ｓ０，０转化。

燃烧炉进行的旁通要调整到使工艺气在燃烧催化剂后能达到约４０Ｃ２￣。

剂，这是基于五氧化二钒附在硅藻土载体上的催化剂，见图２。

为达到最佳使用性能，催化
剂有多种形状和不同组分。

外形通常是１ｒ２ｍａ
的菊型柱体。

在催化剂床上层，装有一层
２ｒ０ｍ环形催化剂，以增加容尘能力，这样灰ａ尘颗粒就能被２ｍ０ｍ环形催化剂吸附，不会进入到转化器而影响床层压降。

即使没有富气并且因某些原因不使用额外
的硫磺，燃料的消耗也要最小化，优化热平衡的方法之一是在燃烧炉和废热锅炉周围旁通部分贫气，如图３。

部分贫气引入工艺气中，使
Ｓ：Ｏ调节到约３０的人口温度，这样节省的０℃
燃料对应能有１００℃。

由于旁通，部分Ｃ：Ｓ及ＨＳ会存在于工艺气中，因此需要加一层托普
图２
冷却水
图３
５奥地利兰精工厂的ＷＳＡ装置介绍
２００２年，兰精公司决定提高粘胶短纤维产量，这就需要提高废气处理能力，并且硫酸的需求也相应增加，因此该公司决定把废气处理和硫酸生产结合起来。

但是，由于工厂当地严格的环保法规，新装置受到了一些限制，例如
托普索公司的ＷＳＡ工艺能满足所有的这些要求，例如，加浓硫酸产量，效率高，没增有废液、废固等二次污染物产生，并且生产过程中的余热作为过热蒸汽用于兰精电厂发电。

项目的时间进度也足至关重要，因此，兰精公
司决定向托普索公司签订所有的设备、材料以
及详细设计合同。

兰精技术有限公司（ｅｚＬｎ。

ｉｅｈｉＧｈ＆ＣＧｎＴｃｎｍＨｇｋｏ）作为总承包商负Ｋ
硫排放要满足现行的排放量且污水处理也不能增加，这样导致了废气处理的选择受到限制。

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冷却水
图４
责工厂建设、土建、辅助设施以及安装工作。

三方的合作非常成功，装置在ｌ５个月交付生产，不久通过了装置性能测试并且所有的工艺保证值均达到。

前面已提到了该装置的工艺布局。

但是，由于严格的ＳＯ排放限制，即每天排放要低于１ｋ，相当于总硫转化率要超过９．％，这０ｇ０９９ＷＳＡ装置的余热用于产生绝对压力４ｂｒ０￣、温度３０Ｃ／３ｏ的过热蒸汽，送到兰精电厂的汽轮机发电。

为提高蒸汽产量，来自ＷＳＡ冷凝器的绝大部分热空气用来对锅炉给水进行
预热，少量空气送到烟道排放。

双氧水洗涤器
出来的干净气体是饱和气体，温度约在５％，０为了有助于烟道浮力，引入少量热空气到烟道
仅靠催化转化本身是无法满足的。

因此需要对
洁净工艺气再进行处理。

由于不允许采用产生污水的处理工艺，例如碱洗工艺、石灰或石灰石，托普索公司决定采用双氧水洗涤工艺，该工艺只用了双氧水一种溶剂。

双氧水洗涤塔排
出的是浓度约５％的硫酸，与从冷凝器出来０
使烟道温度达到约７％。

０
该装置主要运行数据：贫气流量２００ｈ２０ｍ／
贫气中的Ｈｓｃ２１ｇｍ２＋ｓ５／富气流量７０ｈ５ｍ／富气中的ＨＳｃ２１８ｇｍ２＋ｓ１５／硫酸产量（６／）１６／９％ｗｗ４ｔｄ蒸汽产量（０ａ，３０Ｃ）１ｔｈ４ｂｒ３ｏ２／硫总转化率９．％９９
的９％的浓硫酸混合生成浓度最低在９％８６
（重量百分比）的硫酸，工艺装置流程如图４
所示。

进入到ＷＳＡ装置的工艺气会含有水蒸汽，但是不应含有明水或固体物。

由于上游管道系
烟道气中Ｓ，６ｐｍ（Ｏ０ｐ体积）
装置占地面积６０５ｍ
统冷凝以及硫酸钠或硫酸锌的磨损物都是不可避免的，兰精技术有限公司在ＷＳＡ装置上游
安装了一个文丘里管洗涤器，洗涤器排出物被
送回纺丝浴系统。

资料来源：２００５年奥地利世界粘胶纤维
大会论文
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