MECS-湿法制酸工艺技术

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周威, 王学东孟莫克化工成套设备（上海）有限公司）（孟莫克化工成套设备（上海）有限公司）

摘要

MECS-Sulfox?是广泛应用于石油化工，天然气预处理，金属冶炼，炉窑装置，废物处理，粘胶纤维工业等的处理各种含硫化合物并生产硫酸的一种湿法制酸工艺，其基本原理是将含硫化合物进行催化氧化生成 SO3，经冷凝生产新鲜硫酸。MECS-Sulfox?技术是含硫废气及废水处理的重要工艺之一，此技术的最大特点是可以同时处理多种进料，包括酸性废气或酸性废水等，同时具有工艺流程短，系统设计灵活，产品达到商品级标准的浓硫酸同时，又副产高压蒸汽，没有二次污染排放，最终处理后的尾气排放完全满足并适于将来越来越严格的国家环保标准，真正实现企业循环经济的战略目标。

关键词：关键词：硫回收；MECS-Sulfox?；酸性废气处理，含硫废液处理，循环经济，二氧化硫排放； 1. 概述近年来，随着国家对环保的要求越来越高，降低资源消耗、减少环境污染，加强环境保护，实现经济、社会和环境的协调可持续发展是所有企业发展的目标和方向。其中含硫气体或废液的处理及排放成为了很多工业生产单位头疼的问题，随之相应的硫回收工艺的发展与技术水平直接体现了企业的环保水平的高低。硫回收硫回收工艺目前主要有湿法和干法脱硫，干法又分为：传统克劳斯法、亚露硫回收点类克劳斯工艺，还原吸收类工艺、直接氧化类克劳斯工艺、富氧克劳斯工艺、和氧化吸收类克劳斯工艺；湿法主要有孟莫克 MECS-Sulfox?工艺，鲁奇的低、高温冷凝工艺，托普索的 WSA 工艺等。早在 15 年前， MECS 与其合作伙伴奥地利 KVT 公司合作开发了MECS-Sulfox?工艺（湿法硫酸工艺），此工艺技术整合了 KVT 开发的含硫烟气转化反应器催化氧化制酸技术，及 MECS 在近 100 年来在全球拥有的 900 多套硫酸装置的专有技术和经验，使得这项技术可以成功地应用在各种不同的工业领域，在更加经济先进的生产工艺过程中提高硫回收效率，并使之实现资源化、产品化，形成既有社会效益又有经济效益的硫回收应用产业。 MECS-Sulfox?工艺是湿法硫酸工艺，可以有效的处理各种工况下的含硫气体或废液等化合物。化合物中含有的 H2S, CS2, COS 和 SO2 通过转化反应器催化剂氧化工艺，最终生成 SO3，与工艺气含有的水蒸气形成硫酸蒸汽最后冷凝生成产品硫酸。MECS 可根据待处理废气和/或废水的不同性质和组成，设计不同的工艺流程，具有很大的灵活性，与同类湿法工艺相比，最大限度地降低投资和操作成本。 2. MECS-Sulfox?工艺介绍工艺介绍如前所述，MECS 可根据待处理废气和/或废水的不同特性或气体浓度的不同设计不同的工艺装置，对于高浓度 H2S 原料气、低浓度 H2S 原料气、SO2 原料气和含硫废酸废水的处理，我们有不同的处理工艺。现以含硫废酸废水的处理为例，简要详细MECS-SulfoxTM 的工艺流程。含硫废酸废水原料经过高温裂解炉焚烧后还原为以含 SO2 为主的粗原料气，再经过 MECS-DynaWave?动力波洗涤净化除尘后，得到干净的原料气体，然后进入 MECS-SULFOX 转化反应器催化氧化为 SO3，并最终在冷凝塔中冷凝生成硫酸产品。典型的 MECS-Sulfox?核心工艺由换热系统和多个催化剂床层的转化反应器组成(催化剂床的层数根据进料酸性气的浓度来确定，多床层需要层间冷却)，床层装填 V2O5 和贵金属催化剂。含硫化合物的催化氧化是放热反应，其热量在工艺过程中可以通过熔盐换热系统进行回收利用，整个工艺过程不需要外部热源，通常可以向外部输出多余的热量。由于催化剂只有在其活性温度范围内才能最大限度得发挥催化作用，所以低温原料气要先进行预热，其预热温度由原料气的成分和二氧化硫浓度所决定。在催化剂的作用下，MECS-SULFOX 装置化学反应如下： 1 H2S + 1.5 O2 1 CS2 + 3 O2 1 COS + 1.5 O2 1 SO2 + 1/2 O2 1 SO3 + 1

H2O 1 H2SO4 (g) ? ? ? ? ? ? 1 SO2 + 1 H2O - ?H 2 SO2 + 1 CO2 - ?H 1 SO2 + 1 CO2 - ?H 1 SO3 1 H2SO4 (g) 1 H2SO4 (l) - ?H - ?H - ?H

如图 1 所示 MECS-Sulfox?工艺流程简图，经 MECS-DynaWave?动力波洗涤净化的原料气进 SULFOX 装置的进料温度通常在 35-45°C。第一步，气体预热，使

其达到催化剂的入口温度，此温度取决于原料气的组成和浓度。原料气首先在冷凝塔内玻璃管换热器的管侧加热，温度加热到 170 – 200 °C；然后，原料气体通过翅片管换热器，利用熔盐从催化氧化反应器出口的高温反应气回收的热量来加热，使原料气达到设计的催化剂入口温度。在开车阶段由于熔盐系统还没有启动，因此需要以燃料气，燃料油或硫磺为燃料的开工加热炉提供初始热量来达到系统正常运行，但对于少数过低 SO2 浓度的原料气工况时，即使在运行期间，也需要此加热炉来提供热源保证催化剂入口温度。原料气中的硫化物，主要为 SO2，在转化催化剂作用下，转化成 SO3，转化过程为放热反应，使反应气温度升高达到 400°C 以上。SO3 与原料气中带来的水蒸汽结合形成硫酸蒸汽。在转化反应器下游为一翅片管换热器，翅片管换热器是冷却反应气使其温度降到接近 250°C～265℃。换热系统的换热介质是熔盐，用冷却反应气时回收的热量来预热上述的冷凝塔玻璃管换热器出口的原料气。另外配备熔盐冷却器（同时也作为燃烧空气预热器，预热进入高温焚烧炉的空气）来进一步冷却熔盐，用来控制熔盐系统的温度以满足操作条件的改变。含有硫酸蒸汽的较高温度的反应气进入冷凝塔底部，通过与玻璃管换热器的壳侧大量换热，冷凝为液态硫酸，在冷凝器的下部被收集起来。出口烟气的温度被冷却到 80 °C 以下，由于稀酸液中水分被高温反应气蒸发带走，塔底冷凝酸浓度达到＋96%以上。为了防止腐蚀，冷凝塔整个壳体材料采用特殊的设计。从冷凝塔顶部排出的尾气，含有冷凝所产生的大量酸雾，这些酸雾需要通过下游的湿法电除雾捕集。捕集的酸液收集在电除雾器底部，收集的稀酸液从冷凝塔顶部喷入并提浓得到产品浓硫酸。在电除雾的上部安装有活性炭床层过滤器，利用活性炭来吸收未反应的 SO2 并进一步氧化生成 SO3，用脱盐水将 SO3 从活性炭中洗涤出来形成弱酸液。这些弱酸液收集后喷注到冷凝塔尾气总管（即进入电除雾器之前），这样设计有利于进一步冷却尾气温度和提高电除雾底部稀酸的浓度。最后，干净的达标气体通过烟囱排放。如果业主对于排空尾气的要求很高，还可以再加入 MECS-DynaWaveTM 尾吸塔，洗涤后的 SO2 排放浓度低于 50mg/Nm3. 3. MECS-Sulfox?技术的应用应用 MECS-Sulfox? 技术的工业应用如下: 石油炼制（炼厂气）天然气加工工艺（天然气脱硫）石油化工（气化工艺，废酸液及废硫酸盐）钢铁焦化厂（焦炉气）粘胶纤维厂有色金属冶炼及炉窑煅烧（钼，铅，铂等）

工业废物处理（气化或焚烧）其它需处理的含硫废气硫浓度含量要求和一般的硫酸工艺相比， MECS-Sulfox?非常适合处理各种浓度的含硫气体,其浓度可以从百分之零点几到很高。附图 2 表明了不同硫浓度含量的气体处理工艺的适用范围，由此可以看出 MECS-Sulfox? 技术（ SO2 中间浓度）和 MECS-DynaWave?动力波洗涤技术（低浓度 SO2）及传统的硫酸工艺技术（高浓度 SO2），在各种含硫化合物的工业应用上可以提供给客户全面的解决方案。

不同应用时的 MECS-Sulfox?工艺设计下面的方块图包括了 MECS-Sulfox?典型工艺中的四个工艺过程，分别是：

但是在 Sulfox 装置实际设计时，要根据每个具体工业应用的不同，分别采用并组合不同的适合工艺要求的设计。每个过程适用的工况说明如下。过程 1，适于含硫液体进料和高浓度含 H2S 气体进料，以及含有大量有机烃类的尾气；过程 2，适于含各类粉尘等杂质的气体进料包括焚烧后的烟气净化；过程 3，是所有工况均包括的过程（过程 3 包括转化反应器，热交换系统，冷凝塔，湿式电除雾器，活性炭过滤器）；过程 4，用于要求尾气低浓SO2 排放（低于 100 ppmv）