酸性气硫回收湿法直接制酸工艺及应用前景

第28卷第3期2010年6月

天　然　气　与　石　油Na tura l Ga s And O il

Vol .28,No .3Jun .2010

收稿日期:2009212212 作者简介:汪家铭(19492),男,江苏苏州人,工程师,1985年毕业于四川广播电视大学机械专业,曾从事大型引进化肥装置设备管理和维修工作,1993年后从事化工科技期刊编辑及化工情报信息工作。电话:(028)83621163。

酸性气硫回收湿法直接制酸工艺及应用前景

汪家铭

(川化集团有限责任公司,四川成都610301)

摘　要:丹麦托普索W S A 湿法制酸工艺可以有效地利用各种生产过程中产生的含硫酸性

气体直接制酸,得到商品级浓硫酸,具有适用范围广、工艺流程简单、硫回收率高、操作成本低、经济效益好等特点,是石油、石化、冶金、化肥、发电、焦化、煤化工等行业的一种有竞争力的硫回收工艺路线。简要介绍了W S A 湿法直接制酸方法的原理及其工艺流程、技术特点和应用前景。

关键词:酸性气;硫回收;W S A 工艺;技术特点;应用文章编号:100625539(2010)0320040205 文献标识码:A

从化肥、石油、石化、冶金、煤化工等行业含H 2S 等硫化物的酸性气中回收硫有硫磺回收和直接制酸两种基本方法。一般而言硫磺回收用得较多,其工艺种类繁多,但大多数是在克劳斯技术基础上发展起来的,主要有加拿大Delta 公司的MCRC 法、德国鲁奇公司的Sulfreen 法、德国林德公司的Clinsulf 法、荷兰Comp ri m o 公司的Super Claus 法等。直接制酸是以H 2S 为原料直接制得硫酸,分为干接触法与湿接触法两种。所谓的干接触法是将H 2S 气体燃烧成S O 2后,采用与传统的硫铁矿制酸工艺相似的方法洗涤、干燥、催化转化、吸收。湿接触法则由于H 2S 在分离过程中已经进行过洗涤,不需要再进行

洗涤、干燥和净化,在水蒸气存在下将S O 2催化转化成S O 3并直接凝结成酸。企业可根据自己的产品产量、气体成份、技术水平、投资能力等条件的不同而采用相应的工艺流程。

1　制酸原理

以含硫气体为原料采用湿接触法直接制得硫酸,可大大简化流程,有利于系统热量的回收,节省投资。目前最有代表性的技术为丹麦托普索公司的湿法直接制酸工艺、德国鲁奇公司的低温冷凝工艺

和康开特工艺。

1.1　丹麦托普索湿法制酸工艺

丹麦托普索公司20世纪80年代中期开发的湿法制酸工艺,英文是W et gas Sul phuric Acid,缩写W S A 。该工艺是将含硫气中的各种硫化物转化为浓

硫酸,采用的冷凝装置为降膜式冷凝器。工艺过程为:酸性气燃烧生成S O 2,经冷却进入S O 2转化器生成S O 3,S O 3和携带的水蒸气进入冷凝器直接冷凝成酸。W S A 工艺实际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脱硫工艺无法处理的酸性气体

[1]

。

W S A 工艺非常适合处理各种浓度的含硫气体,

其浓度可从百分之零点几到很高,也可处理水分含量相当高的工艺气,处理前无需干燥。即使酸性气中水分过量30%～50%,成品酸的质量浓度也能达到93%～94%。此外,该工艺流程简单,能效高,当酸性气S O 2体积分数低至3%时仍可自热运行

[2]

。

目前全球建成或在建的W S A 装置已超过50套,这

些W S A 装置应用在很多工业领域,处理酸性气体流量能高达每小时百万立方米,硫酸产量最高可达日产1100t 。2005年以来国外部分建成投产的W S A 装置见表1。

表1　2005年以来国外部分建成投产的湿法制酸W S A装置

国家厂名制酸原料生产能力/t・d-1投产时间俄罗斯T NK废酸+86%H2S气体3652005 OSC Slavneft2Yar oslav废酸+86%H2S气体2602005

OAO Tyu menskaya废酸+86%H2S气体4052005

OAO Yukos2Angarsk加氢脱硫废气1802006罗马尼亚S NP Petr om废酸+86%H2S气体1112006德国Kelhei m Fibers粘胶纤维废气2002007保加利亚Lukoil Neft ochi m废酸再生902008南非Sas ol Synfuels.L td煤气化尾气3452008乌克兰J.S.C.Krivora Zhstal焦炉煤气2102008

1.2　德国鲁奇低温冷凝工艺

低温冷凝工艺是20世纪30年代德国鲁奇公司

提出的一种湿接触法制酸工艺。该工艺中硫酸冷凝

装置是喷淋式填料塔,其后接除雾器。该工艺过程

是:含H

2

S的气体在焚烧炉内燃烧生成S O2,S O2在

转化器内催化转化,出转化器的气体直接进入冷凝

塔,与塔顶喷淋的循环冷硫酸逆流接触,冷凝成酸。

该工艺中S O

2转化率可达9815%,产品H

2

S O4

质量分数为78%左右。缺点是使用范围有限,不能处理燃烧后体积分数S O

2

低于3%的气体,仅适用于小规模装置。目前,鲁奇公司已建成了60多套这种装置。我国北京焦化厂和宜化钢铁公司焦化厂引进并应用了该技术。

1.3　德国鲁奇康开特工艺

康开特(Concat)工艺又称高温冷凝工艺,是鲁奇公司继低温冷凝工艺后又推出的改良湿法接触催

化生产硫酸工艺。高温冷凝即S O

3

气体与水蒸气在高温下凝结成酸。该工艺的冷凝装置选用文丘里管冷凝器。该工艺过程为湿的H

2

S气体与燃料气配

合,在焚烧炉内进行燃烧生成S O

2

,S O2在转化器内进行氧化,氧化后的气体进入冷凝文丘里管,与高度分散的热硫酸并流接触,生成硫酸,沉析放热,最后进行气体的冷却和硫酸雾滴的分离。

该工艺特别适用于处理温度高,H

2

S,CS2和CO2含量低的气体,可处理燃烧气中S O2体积分数低至1%的气体并保持自热平衡。该法也适用于处理克劳斯法回收硫工艺的尾气,硫回收率可达9915%,产品硫酸的质量分数可达到93%。与克劳斯排放气脱硫工艺相比较,康开特工艺的投资比较低,约为克劳斯装置投资的30%。此外,康开特工艺除风机和循环泵需电力外,不需要其他能量。我国山西化肥厂已引进一套康开特硫回收制酸装置。

含硫气湿法直接制酸三种主要生产工艺特点的比较,见表2。根据以上三种生产工艺的介绍,可从工艺流程、操作弹性、能源消耗、回收余热,到硫回收率和成品酸的质量分数,看出W S A工艺都具有一定的优势。

表2　酸性气直接制酸三种主要生产工艺特点的比较

生产工艺

燃烧气S O

2

体积分数/(%)

硫回收率

/(%)

成品酸质量

分数/(%)

冷凝装置余热利用适用范围

W S A工艺≥399.098降膜式冷凝器副产高压蒸汽较广低温冷凝工艺>398.578喷淋式填料塔少量利用较窄康开特工艺<199.593文丘里管可保持自冷凝器热平衡较大

2　工艺流程

丹麦托普索W S A湿法硫酸工艺分为氧化、转

化、水合冷凝三部分进行[3],流程框图见图1。氧化

反应是酸性气经净化后与鼓风机提供的燃烧空气在

酸性气燃烧炉中进行燃烧,H

2S与O2反应生成

S O2,温度是1175℃左右,反应式H2S+115O2=S O2

+H2O。酸性气燃烧炉为一卧式圆筒炉,中间有一

缩径口,以便合理地组成燃烧动力场,加强炉内气流

的充分混合和燃烧。炉膛由两层衬里组成,一层为

耐火层,直接与火焰接触,另一层为保温层。新鲜燃

烧空气在W S A冷凝器中进行预热,使其温度达到约

230℃。在燃烧炉内生成的工艺气体,出炉后经废热

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