1 200 kt/a冶炼烟气制酸系统设计与运行总结

朱兴荣，张文岐

(河南中原黄金冶炼厂有限责任公司，河南三门峡 472000)

生产实践

1 200 kt/a冶炼烟气制酸系统设计与运行总结

朱兴荣，张文岐

(河南中原黄金冶炼厂有限责任公司，河南三门峡 472000)

介绍了中原黄金1 200 kt/a冶炼烟气制酸的工艺流程与主要设备技术参数。总结并分析了冶炼烟气制酸装置的运行情况。装置采用孟莫克公司先进生产技术，高浓度预转化+“3+2”二转二吸与低温位热回收技术，提高了装置的转化率与热回收率，主要设备采用行内优秀产品，确保了制酸生产的开车率、硫利用率、尾气SO2达标排放。

硫酸生产 冶炼烟气 预转化 低温热回收 离子液脱硫 设计 生产

河南中原黄金冶炼有限责任公司(以下简称中原黄金)1 200 kt/a冶炼烟气制酸系统采用高浓度预转化+“3+2”二转二吸工艺，利用省煤器、废热锅炉、蒸汽过热器回收热能，同时利用低温位热回收系统(HRS系统)回收SO3一次吸收过程中产生的低温位热能，尾气采用有机胺离子液法SO2吸收技术，处理后排放的尾气SO2浓度远低于国家与地方排放标准[1]。

1 工艺流程

中原黄金1 200 kt/a制酸系统为单系列装置，采用底吹炉熔炼与闪速炉吹炼产生的烟气为原料，烟气经过净化、w(H2SO4)96%硫酸干燥、高浓度预转化+“3+2”转化、HRS吸收、离子液脱硫处理生产硫酸产品。制酸系统引进美国孟莫克公司高浓度预转化系统与HRS系统。离子液脱硫工艺采用国内先进的专利技术。1 200 kt/a冶炼烟气制酸系统工艺流程见图1。

1.1 净化工序

对来自熔炼炉与吹炼炉产生的烟气进行湿法洗涤净化，采用绝热蒸发工艺将烟气中的烟尘与有害物质进行洗涤，减少烟气中的粉尘、砷、氟含量，保障后续工艺稳定运行。进入净化工序的烟气量共约2×105m3/h，φ(SO2)约为23%，烟气通过净化一级动力波洗涤器降温除尘，再进入气体冷却塔(填料塔)进一步降温(低于39 ℃)，进入二级动力波洗涤器除尘，最后进入2级电除雾器除雾后烟气送SO2干燥塔。

图1 1 200 kt/a冶炼烟气制酸系统工艺流程

1.2 干吸工序

生产系统采用孟莫克预转化工艺技术，干燥塔分别有SO2干燥塔和空气干燥塔。净化烟气通过SO2风机抽入SO2干燥塔除去烟气中的水分。稀释空气通过空气风机吹入空气干燥塔除去空气中的水分。空气风机属于塔前风机，故空气风机不需要做防腐措施。SO2干燥塔处理烟气量大，干燥酸进阳极保护酸冷却器温度高(70 ℃左右)，为保护阳极保护酸冷器运行安全，工艺生产时干燥酸选用w(H2SO4)96%硫酸。

HRS系统由HRS热回收塔(塔槽一体)、HRS循环泵、HRS锅炉、HRS稀释器、HRS加热器、HRS预热器组成。HRS塔粗当于二转二吸工艺中的一吸塔，该塔由2级分酸进行吸收，底部一级由HRS稀释器稀释后的w(H2SO4)99%硫酸进行分酸逆流吸收，顶部二级由二吸酸串酸的w(H2SO4)98%硫酸进行分酸逆流吸收，一级为主吸收段，二级为除酸雾段。烟气经吸收段后由孟莫克除雾器除掉酸雾后送二次转化。中原黄金HRS系统特点在于设有1个HRS热回收塔、2个HRS锅炉、2个HRS稀释器、1个HRS加热器、1个HRS预热器。HRS热回收塔一级、二级吸收酸全部汇集于底部泵槽内，经过HRS循环泵将高浓度w(H2SO4)99.5%硫酸，输送到HRS锅炉进行换热冷却，锅炉出口酸分成两部分，大部分酸送至HRS稀释器与稀释水与干燥串酸混合后成为浓度为w(H2SO4)99%的硫酸返回HRS热回收塔一级分酸继续吸收SO3。其余酸送入HRS加热器和HRS预热器换热冷却后送入干燥酸槽或二吸酸槽进行串酸[2]。

来自层间冷热交换器的SO3烟气进入二吸塔底部，塔内w(H2SO4)98%硫酸由上往下与烟气逆流接触后吸收烟气中的SO3，吸收后的烟气通过塔顶部设置的孟莫克除雾器除掉酸雾后送入尾气脱硫装置。下塔酸浓为w(H2SO4)98.5%硫酸，二吸酸循环槽通过干燥串酸与补加稀释水控制酸浓，大部分经过二吸酸阳极保护酸冷却器换热冷却后，送入二吸塔分酸器再循环吸收SO3，小部分串酸至HRS塔二级分酸器除雾,或者产出酸进入成品酸槽。

中原黄金制酸系统只能产w(H2SO4)98%硫酸，但考虑冬天气温低(0 ℃以下)时，为保障输送酸与装酸时不发生结冻，w(H2SO4)93%的硫酸在成品酸地下槽加稀释水，用成品酸泵输送到板式换热器降温循环后产出。

1.3 转化工序

采用孟莫克预转化生产工艺，其工艺流程为：φ(SO2)约为23%的烟气经干燥塔干燥，由SO2风机送至Ⅲ换热器升温；此处分为2部分烟气，大部分烟气与来自空气干燥塔的稀释空气混合，部分送入Ⅰ换热器升温，进入预转化器反应生成SO3并产生大量反应热。预转化器出口烟气进入1#余热锅炉进行冷却降温后，与剩余的烟气混合后送入转化器一段继续反应生成SO3并产生大量反应热。出转化器一段烟气分为2部分，一部分送入2#余热锅炉冷却降温后再进入转化器二段；一部分送入Ⅰ换热器冷却降温后再进入转化器二段；两部分烟气在转化器二段中混合继续反应生成SO3，转化器二段出口烟气进入层间热热换热器冷却降温后进入转化器三段反应生成SO3；三段出口烟气进入Ⅲ换热器冷却降温再进入省煤器进一步冷却后，进入HRS热回收塔与w(H2SO4)99%的硫酸逆流接触，进行SO3第一次吸收。

经过HRS热回收塔进行一次吸收的烟气进入层间冷热换热器升温，再进入层间热热换热器进一步升温后达到起燃温度(410 ℃)，进入转化器四段反应生成SO3，四段出口烟气进入蒸汽过热器冷却降温后进入转化器五段反应生成SO3，五段出口烟气进入层间冷热换热器冷却降温后，进入二吸塔与w(H2SO4)98%硫酸逆流接触进行SO3第二次吸收。

1.4 蒸汽系统

中原黄金制酸系统产生2种不同规格的蒸汽：HRS系统产生的1.0 MPa低压蒸汽；余热锅炉回收SO2转化热产生的5.2 MPa中高压蒸汽。脱盐水进入HRS预热器内与浓硫酸换热升温到95 ℃送入除氧器，并通入少量低压蒸汽升温到104 ℃，由低压锅炉给水泵给HRS锅炉供水，高压锅炉给水泵给转化余热锅炉供水。低压锅炉给水送入HRS加热器加热到170 ℃再进入HRS锅炉，与高温浓硫酸换热产生1.0 MPa低压蒸汽供管网蒸汽用户加热使用。高压锅炉给水送入省煤器加热到240 ℃再进入转化余热锅炉，与高温转化烟气换热产生5.2 MPa饱和蒸汽，再经过蒸汽过热器进一步升温到400 ℃，产生过热蒸汽供余热发电。

1.5 脱硫系统

为保障二转二吸制酸尾气达标排放，提高总硫利用率，出二吸塔的制酸尾气进入脱硫吸收塔处理，吸收塔内部为2段吸收，底部为离子液吸收段，主要吸收烟气中的SO2，上部为回收段，主要回收夹带在烟气中的离子液。离子液吸收法是利用有机胺离子液对气态SO2具有低温吸收与高温解吸性能的脱硫工艺。离子液可循环使用，脱硫效率高，可确保制酸尾气SO2含量达到排放标准。

2 主要设备选型

2.1 SO2风机与空气风机

SO2风机为德国西门子透平机械设备公司生产的离心式风机，风机由恒速电机通过齿轮箱驱动，风量调节通过可调前导向叶片实现。风机运行有防喘振保护系统。当风机运行相关数据达到联锁值时，风机会自动跳机进行设备保护。该风机在实际运行中运行稳定，操作方便，质量可靠，有效保障了生产开车率。

空气风机为国产离心式风机，风机装有可调入口导向叶片调节装置。风机运行有防喘振保护系统。喘振压力高，操作系统自动接管开启放空阀进行减压。空气风机配置选用一用一备。SO2风机与空气风机技术参数见表1。

表1 SO2风机与空气风机技术参数

2.2 余热锅炉

转化工序1#余热锅炉和2#余热锅炉为露天布置的卧式烟管锅炉。余热锅炉设计成双锅壳共用1个汽包结构，高温烟气从1#余热锅炉和2#余热锅炉的进口烟箱进入，经过2个锅炉管程后分别从出口烟箱引出。设备主要由2套锅壳、1套汽包、2套进出口烟箱和2套管系大部件组成。锅炉设计蒸汽压力5.2 MPa、蒸汽温度265 ℃，产汽量为50 t/h。

2.3 HRS系统

HRS系统需在200 ℃、w(H2SO4)99%的严苛条件下运行操作，采用的是孟莫克公司提供的特殊不锈钢材质。该材质主要用在HRS热回收塔、HRS锅炉、HRS加热器、HRS预热器、酸管制造。HRS稀释器由多部件组成，呈L型法兰连接，不锈钢壳体内衬特殊材料。HRS循环酸泵采用路易斯泵，采用路密特合金制造，适用于温度达200 ℃的浓硫酸。酸阀采用路易斯公司生产的高温耐酸阀门。

2.4 干吸系统

干燥酸管与二吸酸管采用的国产特殊不锈钢，该不锈钢可耐100 ℃浓硫酸腐蚀。实际运行中，干燥循环酸泵出口管、二吸酸出口管、干吸塔下塔酸管使用特殊不锈钢。

干燥塔与二吸塔采用钢衬合金钢加耐酸瓷砖。干燥塔内部采用管槽式分酸器，顶部加金属丝网除沫器。二吸酸塔内部采用管槽式分酸器，顶部加纤维除雾器。

2.5 转化器

转化器与预转化器采用不锈钢材质制成。预转化器运行中段出口温度达630 ℃，需单独制造放置。转化器自下而上分别为一、二、三、四、五段布置。使用孟莫克公司提供的高转化率催化剂。

2.6 脱硫系统

尾气脱硫吸收塔处理烟气量2×105m3/h，工艺管路使用不锈钢材质,板式换热器使用特种不锈钢材质板片。

3 工艺运行特点

中原黄金1 200 kt/a制酸系统提高了制酸生产中转化热与吸收热的利用率，有效回收整体制酸热能，并且做到了节能降耗，系统在热能回收中引入了转化锅炉系统与HRS系统。在尾气SO2减排方面，采用离子液吸收技术，运行稳定，操作可靠。

3.1 热能回收率高

HRS系统回收SO3吸收热生产蒸汽，相比普通制酸系统将SO3吸收热通过阳极保护酸冷却器循环水的工艺，具有能源利用率高、生产运行成本低的优点。在正常生产情况下，HRS系统可产出0.37 t/t，1.0 MPa低压蒸汽，高效回收热能。

转化余热回收系统回收高浓度SO2烟气产生的转化热，系统在正常负荷运行下，可产出0.21 t/t的5.2 MPa高压过热蒸汽。该蒸汽可送至余热发电系统进行发电，做到变废为宝，达到能源综合利用的目的。

3.2 尾气SO2排放低

为满足制酸尾气SO2达标排放，二吸塔出口布置了尾气脱硫吸收塔，利用离子液吸收尾气中SO2，离子液吸收法达到了SO2吸收和富集目的，尾气中ρ(SO2)可降至50 mg/m3。离子液解吸后可产生φ(SO2)为99%的气体送至制酸系统回收硫资源。离子液在系统中循环使用，减少了常规烟气脱硫工艺脱硫剂的消耗，降低了生产成本[3]。

4 运行总结

中原黄金1 200 kt/a制酸系统为单系列制酸装置，在国内属于较大规模的运行装置。该装置于2015年6月带料试车，4个月时间完成试生产期，3个月时间完成达产运行期，未满1年完成试生产期到正式生产的过渡，通过对系统的性能考核和对比，该装置运行稳定，工况负荷设计要求，各项工艺指标和产能满足生产要求，主要运行技术经济指标见表2。

表2 1 200 kt/a烟气制酸系统主要经济指标

由表2可以看出：系统主要实际经济指标与设计值相比能达到预期，尤其在尾排指标上更突出；在项目建造时，使用的主要设备都是经过论证后的行内优秀产品，故系统一次开车成功，开车率与主要指标达到生产要求，目前装置运行平稳，环保指标与经济指标均达到设计标准。现阶段该装置受处理矿量限制未达到最大生产能力，若能增加产量，将有利于制酸成本的降低。

5 结语

该装置1年的生产实践表明：装置运行率高，成品酸可达到国家标准，主要经济技术指标达到设计要求，尤其是HRS系统、高浓度预转化系统、离子液脱硫系统等先进工艺技术在生产中逐渐消化并优化操作，确保装置更好更优地节能降耗、降本增效运行。

[1] 杨德露，苟彦军.1 600 kt/a铜冶炼烟气制酸转化系统的运行实践[J].硫酸工业，2014(4)：7-8.

[2] 丁华.带HRS预转化工艺在烟气脱硫中的应用[J].硫酸工业，2011(6)：15-18.

[3] 艾新桥，杨德鑫，杨晶丽，等.离子液脱硫技术在冶炼烟气制酸中的应用[J].硫酸工业，2016(4)：31-34.

Design and operation of 1 200 kt/a sulphuric acid plantbased on off-gas

ZHUXingrong，ZHANGWenqi

(Henan Zhongyuan Goldsmelter Co.,Ltd.，Sanmenxia，Henan，472000，China)

Process flow and main technical parameters of 1 200 kt/a sulphuric acid plant based on off-gas are introduced. Operation situation of the equipment are described. MECS’ advanced sulphuric acid technology, high concentration pre-conversion and “3+2” double-absorption arrangement and low-level heat recovery system were applied in the plant, improving conversion rate and heat recovery rate.Main device consisted of inter-industry leading products , thus ensuring high operation rate, sulphur utilization, and low SO2emission during sulphuric acid production.

sulphuric acid production;smelter off-gas；pre-conversion；low-temperature heat recovery；ionic liquid desulphurization；design；production

2017-05-07。

朱兴荣，男，河南中原黄金冶炼厂有限责任公司化工中级工程师，主要从事冶炼烟气制酸生产与研究工作。电话：13419837373；E-mail：zhuxingrong45@126.com。

TQ111.16

B

1002-1507(2017)07-0016-04