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摘要：本文采用“3+1”两转两吸工艺，对20万吨/年硫磺制硫酸干吸工段工艺设计及主要设备选型进行分析。
关键词：硫磺制酸 分酸器 工艺设计 设备选择
一、前言
国内大部分硫磺制酸企业是由硫铁矿制酸改造来的，干燥用 93%酸、吸收用 98%酸， 沿用了以前硫铁矿制酸的干吸流程， 例“3 塔 3 槽”、“3 塔 2 槽” （吸收合用）等， 这样配管多， 操作复杂。实际上，由于硫磺制酸的干燥塔中干燥的是空气，而不是湿度很高的含二氧化硫气体，因而不存在水平衡问题，也不存在二氧化硫在干燥塔循环酸中溶解并在吸收塔中解吸的情况，因此可以使用ω（H2SO4）98%的酸干燥空气，中小型硫磺制酸装置应采用“3 塔 1 槽” （混酸槽装有开孔隔板） ；大型硫磺制酸装置应采用干燥、第 2 吸混酸槽合一， 1 吸单独设混酸槽的干吸流程， 这样简化了管道， 减少了投资，开车和正常操作更加容易， 也有利于低温废热的利用。
阳极保护技术主要应用在硫酸生产过程中干吸工段的浓硫酸冷却。国内的科研开发单位和设备供应商于1988年就通过消化吸收国外技术在国内设计、制造了工业化应用的合格设备，通过10余年的推广普及，阳极保护技术在干吸工段得到了广泛应用， 例如阳极保护不锈钢管壳式浓硫酸冷却器、阳极保护不锈钢浓硫酸管道、阳极保护不锈钢槽管式分酸器、阳极保护不锈钢混酸槽等， 大大降低了设备腐蚀速率， 延长了设备的使用寿命， 提高了浓硫酸的质量， 提高了系统的开车率， 值得推广。本文结合当前硫磺制硫酸技术特点，采用“3+1”两转两吸工艺，对硫磺制硫酸干吸工段工艺设计及设备选择进行探讨分析。
二、工艺流程设计
本项目硫磺制酸技术方案为：采用固体硫磺为原料，经快速熔硫、过滤，液体硫磺用泵加压机械雾化，空气焚硫，“3+1”两转两吸工艺。整个装置由固体硫磺贮运、熔硫过滤、焚硫转化、干吸、蒸汽工段和硫酸罐区等组成。设置废热锅炉、蒸汽过热器、省煤器，以回收热能，产生450℃，3.82MPa的过热蒸汽，用于驱动空气鼓风机。
1.干燥
空气经过滤后，由蒸汽透平风机加压后送入干燥塔的底部，自下向上流动，与从塔上部顺流而下的98.5%浓硫酸在填料层逆流接触，空气中的水份被浓硫酸吸收而干燥，干燥过程中产生的酸雾再由塔顶的金属丝网除沫器除去，出干燥塔的空气含水<0.1g/m3，送至焚硫炉。出干燥塔底部98.4%下塔酸流入循环酸泵槽，再由二吸塔酸泵送第二吸收塔。
2.吸收
经一次转化出第Ⅰ省煤器的炉气进入第一吸收塔的底部， 自下向上流动，与从塔上部顺流而下的98.5%浓硫酸在填料层逆流接触，炉气中的SO3被浓硫酸吸收， 吸收过程中产生的大量细雾粒由塔顶纤维除雾器除去，出第一吸收塔顶部炉气再返回转化工序进行二次转化。出Ⅳ段触媒层经低温过热器、第Ⅱ省煤器换热降温后的炉气进入第二吸收塔底部，用来自二吸塔酸泵98.4%硫酸吸收其中的SO3，尾气经塔顶纤维除沫器除雾后送排气筒放空。
3.酸系统
酸循环系统设置一台共用的酸循环槽，槽内设有一隔板将干燥塔下塔酸与吸收塔下塔酸隔开。一部分吸收塔下塔酸～92℃由干燥塔酸泵送至干燥塔酸冷却器冷却至65℃，进入干燥塔作为循环酸，干燥后下塔酸温度65℃，流入酸循环槽干燥酸侧；另一部分吸收塔下塔酸～92℃由一吸塔酸泵送至一吸塔酸冷器冷却至70℃，进入第一吸收塔作为吸收酸，吸收后下塔酸温度99℃，流入酸循环泵槽吸收酸侧；干燥塔下塔酸～65℃由二吸塔酸泵送至第二吸收塔作为吸收酸，第二吸收塔下塔酸～76℃，流入酸循环槽吸收酸侧，二吸塔酸泵出口酸的一部份（25.4t/h）再送成品酸冷却器冷却至40℃送出界区。为了保持酸循环泵槽中酸浓度的平衡，需向循环酸泵槽补加工艺水。
三、主要设备选择分析
1.干燥塔和吸收塔
干燥塔和吸收塔的结构基本相同，均为立式圆筒形结构，碳钢内衬耐酸瓷砖，塔底为平底；塔的方案涉及到塔内填料支撑型式、分酸器及除雾器的选择。
根据其它装置的使用经验，塔中填料支撑选择条梁和砖支柱，塔底内衬采用向中间一定的坡度，易于漏酸。
干吸塔分酸器采用国产槽管式分酸器，大大提高了分酸点个数，使得塔的填料高度进一步降低，本装置设计的塔的填料高度3.5m。
干燥塔选用丝网除雾器，第一吸收塔、第二吸收塔分别选用纤维烛式除雾器。
2.干吸塔槽式分酸器
分酸器有常规式、管式和槽管式三种。常规式分酸器是用分酸槽挂钩的方式，分酸槽的数量由挂钩的分酸点分布密度及塔径大小来决定，分酸点密度为10～13个/m2，此型式分酸装置分酸不均，酸雾带出量大；管式分酸器由一根分酸主管和多根分酸支管组成，分酸支管埋入填料层内，气体带沫量显著减少，分酸比较均匀，该分酸器分酸点在20～27个/m2；孟山都公司近年开发出SX合金槽管式分酸器，可使酸的分布更加均匀，且防堵塞、压降低、易于安装和清理、耐腐蚀等优点，结构上采用溢流型，分酸点可达43～45个/m2，大大改善了填料的润湿率和分酸，在增大空塔速度，提高吸收效率后，使得填料高度降至2.5m左右。我国已有引进的SX槽管式分酸器，尤其是冶炼烟气制酸装置。在云南三环化工有限公司600kt/a硫磺制酸装置中，设计的是国产阳极保护槽管式分酸器，分酸点～42个/m2，达到了所要求的分酸点，本装置仍使用国产化阳极保护槽管式分酸器。
四、设计特点
1.干吸系统三塔共用一台酸循环槽，在酸循环槽内设有一隔板将干燥塔下塔酸与吸收塔下塔酸隔开，采用干燥塔下塔酸作为最终吸收塔吸收酸，吸收塔下塔酸进干燥塔。由于进最终吸收塔吸收酸经过干燥塔脱吸，使吸收更充分，减少了最终吸收塔尾气中SO2的排放量；同其它的流程相比，该流程还省去了串酸过程和相应的管线，使操作和控制过程简化；循环酸系统操作温度较高，降低了酸中溶解的二氧化硫量，尤其是提高了中间吸收塔循环酸温，对抑制和减少中间吸收塔酸雾的形成有重要作用。
2.干吸工段热浓硫酸管道采用带阳极保护的不锈钢管道，一方面，管道布置美观，减少了酸泄漏点，使生产更加安全；另一方面，管道腐蚀速率小，减少了维护量和维修费用，同时也使维修更方便。
3.干燥塔、第一吸收收塔、第二吸收塔设置新型的酸分布器（不锈钢槽管式阳级保护分布器），大幅度提高分酸点，降低了填料高度，优化了塔的操作状况，提高了塔的操作效率；采用中高温吸收，以抑制雾粒的形成并增大雾粒粒径以便除雾。吸收塔的顶部设置高效的纤维烛式除雾器，可使第一吸收塔排出气酸雾≤20mg/Nm3。
参考文献
[1] 王颖.大型硫磺制酸装置的设计及探讨[J].硫酸工业.2003.5（6）：1-6.
[2] 俞向东.硫磺制酸酸工业.2003.5（6）：1-6.
[3] 王雁彬.大型硫磺制酸装置设备选型及工艺路线的选择[J].2005年全国硫酸工业技术交流会论文集；38-12.
[4] T.Hong.P.rirschet.S.M.Purcel.孟山都公司硫酸新技术[J].硫酸工业.2003.
[5] 张一磷.大型硫磺制酸装置工艺技术方案和主要设备结构选择[J].硫酸设计.1999年第四期：12-15.
关键词：硫磺制酸 分酸器 工艺设计 设备选择
一、前言
国内大部分硫磺制酸企业是由硫铁矿制酸改造来的，干燥用 93%酸、吸收用 98%酸， 沿用了以前硫铁矿制酸的干吸流程， 例“3 塔 3 槽”、“3 塔 2 槽” （吸收合用）等， 这样配管多， 操作复杂。实际上，由于硫磺制酸的干燥塔中干燥的是空气，而不是湿度很高的含二氧化硫气体，因而不存在水平衡问题，也不存在二氧化硫在干燥塔循环酸中溶解并在吸收塔中解吸的情况，因此可以使用ω（H2SO4）98%的酸干燥空气，中小型硫磺制酸装置应采用“3 塔 1 槽” （混酸槽装有开孔隔板） ；大型硫磺制酸装置应采用干燥、第 2 吸混酸槽合一， 1 吸单独设混酸槽的干吸流程， 这样简化了管道， 减少了投资，开车和正常操作更加容易， 也有利于低温废热的利用。
阳极保护技术主要应用在硫酸生产过程中干吸工段的浓硫酸冷却。国内的科研开发单位和设备供应商于1988年就通过消化吸收国外技术在国内设计、制造了工业化应用的合格设备，通过10余年的推广普及，阳极保护技术在干吸工段得到了广泛应用， 例如阳极保护不锈钢管壳式浓硫酸冷却器、阳极保护不锈钢浓硫酸管道、阳极保护不锈钢槽管式分酸器、阳极保护不锈钢混酸槽等， 大大降低了设备腐蚀速率， 延长了设备的使用寿命， 提高了浓硫酸的质量， 提高了系统的开车率， 值得推广。本文结合当前硫磺制硫酸技术特点，采用“3+1”两转两吸工艺，对硫磺制硫酸干吸工段工艺设计及设备选择进行探讨分析。
二、工艺流程设计
本项目硫磺制酸技术方案为：采用固体硫磺为原料，经快速熔硫、过滤，液体硫磺用泵加压机械雾化，空气焚硫，“3+1”两转两吸工艺。整个装置由固体硫磺贮运、熔硫过滤、焚硫转化、干吸、蒸汽工段和硫酸罐区等组成。设置废热锅炉、蒸汽过热器、省煤器，以回收热能，产生450℃，3.82MPa的过热蒸汽，用于驱动空气鼓风机。
1.干燥
空气经过滤后，由蒸汽透平风机加压后送入干燥塔的底部，自下向上流动，与从塔上部顺流而下的98.5%浓硫酸在填料层逆流接触，空气中的水份被浓硫酸吸收而干燥，干燥过程中产生的酸雾再由塔顶的金属丝网除沫器除去，出干燥塔的空气含水<0.1g/m3，送至焚硫炉。出干燥塔底部98.4%下塔酸流入循环酸泵槽，再由二吸塔酸泵送第二吸收塔。
2.吸收
经一次转化出第Ⅰ省煤器的炉气进入第一吸收塔的底部， 自下向上流动，与从塔上部顺流而下的98.5%浓硫酸在填料层逆流接触，炉气中的SO3被浓硫酸吸收， 吸收过程中产生的大量细雾粒由塔顶纤维除雾器除去，出第一吸收塔顶部炉气再返回转化工序进行二次转化。出Ⅳ段触媒层经低温过热器、第Ⅱ省煤器换热降温后的炉气进入第二吸收塔底部，用来自二吸塔酸泵98.4%硫酸吸收其中的SO3，尾气经塔顶纤维除沫器除雾后送排气筒放空。
3.酸系统
酸循环系统设置一台共用的酸循环槽，槽内设有一隔板将干燥塔下塔酸与吸收塔下塔酸隔开。一部分吸收塔下塔酸～92℃由干燥塔酸泵送至干燥塔酸冷却器冷却至65℃，进入干燥塔作为循环酸，干燥后下塔酸温度65℃，流入酸循环槽干燥酸侧；另一部分吸收塔下塔酸～92℃由一吸塔酸泵送至一吸塔酸冷器冷却至70℃，进入第一吸收塔作为吸收酸，吸收后下塔酸温度99℃，流入酸循环泵槽吸收酸侧；干燥塔下塔酸～65℃由二吸塔酸泵送至第二吸收塔作为吸收酸，第二吸收塔下塔酸～76℃，流入酸循环槽吸收酸侧，二吸塔酸泵出口酸的一部份（25.4t/h）再送成品酸冷却器冷却至40℃送出界区。为了保持酸循环泵槽中酸浓度的平衡，需向循环酸泵槽补加工艺水。
三、主要设备选择分析
1.干燥塔和吸收塔
干燥塔和吸收塔的结构基本相同，均为立式圆筒形结构，碳钢内衬耐酸瓷砖，塔底为平底；塔的方案涉及到塔内填料支撑型式、分酸器及除雾器的选择。
根据其它装置的使用经验，塔中填料支撑选择条梁和砖支柱，塔底内衬采用向中间一定的坡度，易于漏酸。
干吸塔分酸器采用国产槽管式分酸器，大大提高了分酸点个数，使得塔的填料高度进一步降低，本装置设计的塔的填料高度3.5m。
干燥塔选用丝网除雾器，第一吸收塔、第二吸收塔分别选用纤维烛式除雾器。
2.干吸塔槽式分酸器
分酸器有常规式、管式和槽管式三种。常规式分酸器是用分酸槽挂钩的方式，分酸槽的数量由挂钩的分酸点分布密度及塔径大小来决定，分酸点密度为10～13个/m2，此型式分酸装置分酸不均，酸雾带出量大；管式分酸器由一根分酸主管和多根分酸支管组成，分酸支管埋入填料层内，气体带沫量显著减少，分酸比较均匀，该分酸器分酸点在20～27个/m2；孟山都公司近年开发出SX合金槽管式分酸器，可使酸的分布更加均匀，且防堵塞、压降低、易于安装和清理、耐腐蚀等优点，结构上采用溢流型，分酸点可达43～45个/m2，大大改善了填料的润湿率和分酸，在增大空塔速度，提高吸收效率后，使得填料高度降至2.5m左右。我国已有引进的SX槽管式分酸器，尤其是冶炼烟气制酸装置。在云南三环化工有限公司600kt/a硫磺制酸装置中，设计的是国产阳极保护槽管式分酸器，分酸点～42个/m2，达到了所要求的分酸点，本装置仍使用国产化阳极保护槽管式分酸器。
四、设计特点
1.干吸系统三塔共用一台酸循环槽，在酸循环槽内设有一隔板将干燥塔下塔酸与吸收塔下塔酸隔开，采用干燥塔下塔酸作为最终吸收塔吸收酸，吸收塔下塔酸进干燥塔。由于进最终吸收塔吸收酸经过干燥塔脱吸，使吸收更充分，减少了最终吸收塔尾气中SO2的排放量；同其它的流程相比，该流程还省去了串酸过程和相应的管线，使操作和控制过程简化；循环酸系统操作温度较高，降低了酸中溶解的二氧化硫量，尤其是提高了中间吸收塔循环酸温，对抑制和减少中间吸收塔酸雾的形成有重要作用。
2.干吸工段热浓硫酸管道采用带阳极保护的不锈钢管道，一方面，管道布置美观，减少了酸泄漏点，使生产更加安全；另一方面，管道腐蚀速率小，减少了维护量和维修费用，同时也使维修更方便。
3.干燥塔、第一吸收收塔、第二吸收塔设置新型的酸分布器（不锈钢槽管式阳级保护分布器），大幅度提高分酸点，降低了填料高度，优化了塔的操作状况，提高了塔的操作效率；采用中高温吸收，以抑制雾粒的形成并增大雾粒粒径以便除雾。吸收塔的顶部设置高效的纤维烛式除雾器，可使第一吸收塔排出气酸雾≤20mg/Nm3。
参考文献
[1] 王颖.大型硫磺制酸装置的设计及探讨[J].硫酸工业.2003.5（6）：1-6.
[2] 俞向东.硫磺制酸酸工业.2003.5（6）：1-6.
[3] 王雁彬.大型硫磺制酸装置设备选型及工艺路线的选择[J].2005年全国硫酸工业技术交流会论文集；38-12.
[4] T.Hong.P.rirschet.S.M.Purcel.孟山都公司硫酸新技术[J].硫酸工业.2003.
[5] 张一磷.大型硫磺制酸装置工艺技术方案和主要设备结构选择[J].硫酸设计.1999年第四期：12-15.