關于WSA 制酸技術在焦化企業的應用研究論文
1 研究背景
峰煤焦化公司二期年產160 萬噸焦炭工程，煤氣正常處理量為101862m3/h，煤氣中H2S 含量為7g/m3。煤氣中的硫會對后續甲醇工段轉化裝置的轉化觸媒和甲醇合成裝置的合成觸媒產生影響，使之活性降低。所以要脫除煤氣中的硫。如何將脫硫后的含有H2S 的酸性氣體回收轉化為硫酸，達到變廢為寶，是重點要解決的問題。因此二期考慮采用環保、能更好的回收硫的工藝。以含硫酸性氣為原料采用濕接觸法直接制得硫酸，產品價值高，且可全部用于硫銨工段作為原料使用;可大大簡略流程，有利于系統熱量的回收，節省投資。WSA 制酸技術除消耗催化劑外不需要任何化工藥品、吸附劑或添加劑。裝置配置合理，不用工藝水，不產生廢料或廢水，對環境沒有二次污染;整個裝置不僅尾氣排放總硫質量分數在584.7mg/m3 以下，不必處理即可達標排放，且流程短，設備布置緊湊，占地少，環境效益好。生產的硫酸是一種重要的化工產品，可用于內部使用，送到硫銨工序生產硫酸銨，降低了生產成本，多出的硫酸作為產品，由酸泵出口引出，送往成品硫酸貯槽外售，從長遠觀點看，硫酸產品具有廣闊的市場發展前景。
2 項目建設的必要性
二期考慮采用環保、能更好的回收硫的工藝。WSA 制酸工藝，以含硫酸性氣為原料采用濕接觸法直接制得硫酸，產品價值高，且可全部用于硫銨工段作為原料使用;可大大簡略流程，有利于系統熱量的回收，節省投資。丹麥托普索公司20 世紀80 年代中期開發的濕法制酸技術，英文是WetgasSulphuricAcid，縮寫WSA。該技術是將酸性氣中的各種硫化物轉化為濃硫酸，采用的冷凝裝置為降膜式冷凝器。制酸過程無廢液外排，尾氣中的SOx、NOx、H2SO4酸霧含量控制在國家排放標準之內，環保效果較好，值得推廣。該工藝的特點是:流程簡單，能效高，原料氣SO2體積分數低于3%時仍可自熱運行;硫回收率高，可達99%;產品單一，惟一的產品為達到商品級標準的濃硫酸;除消耗催化劑外不需要任何化學藥品或添加劑;不產生廢料，對環境沒有二次污染;產生大量熱能，副產中壓或次高壓蒸汽;適用范圍廣，可處理各種含硫氣體;操作彈性范圍大，原料組成、進料等大幅度波動不會影響裝置運行，尤其不受原料氣中烴類組分影響;與傳統的硫酸生產技術相比，WSA 技術需要的設備較少。因為在SO2轉化成SO3之前含硫工藝氣不需要干燥，這就使得WSA系統具有較低的投資，操作和維修費用低。目前全球建成或在建的WSA 裝置已超過50 套，這些WSA 裝置應用在很多工業行業，處理酸性氣體流量能高達每小時百萬立方米，硫酸產量最高可達日產1100t。
3 總體實施
二期采用丹麥TOPSOE 公司開發的濕法制酸工藝，將酸性氣中的各種硫化物轉化為濃硫酸，采用的冷凝裝置為降膜式冷凝器。制酸過程無廢液外排，尾氣中的SOx、NOx、H2SO4酸霧含量控制在國家排放標準之內，環保效果較好。WSA 制酸工程絕大部分設備來自TOPSOE 公司，一小部分設備由我公司自行購買。由于引進的是國外設備和技術，一定要明確TOPSOE 公司的責任：(1)在制造、包裝、儲存和運至裝貨港口的過程中，HTAS 應嚴格控制本合同中所供應的設備，材料及HTAS 催化劑的質量。(2)HTAS 對安裝到位的WSA冷凝器鑄體外殼的機械校正和磚襯檢查進行監督指導。(3)對WSA冷凝器管板和冷凝管的開箱、驗貨、組裝和安裝進行監督指導。(4)對安裝到位的主設備、管道、膨脹節和管道支撐的機械校正進行監督指導。(5)設備關鍵部件的絕緣隔熱檢查。(6)WSA 裝置內部清潔檢查。(7)WSA 裝置催化劑裝載監督指導。(8)WSA 裝置調試監督指導。(9)WSA 裝置開車及性能測試的監督指導。確保外方所提供的標準工程設計包中包括的技術資料在工程實施時是最先進的，并與其所標示的規范和標準相一致。應保證所有圖紙和其它資料的正確性和完整性。如果發現圖紙和文件的最終版有任何錯誤或遺漏，且在WSA 裝置機械竣工后四個月內盡快提請HTAS 注意，應采取如下措施：對需要改正的有錯誤或遺漏的圖紙和其它資料，HTAS 應在收到買方書面通知之日起四周內免費向買方提供新的或經修訂的更正錯誤或遺漏所必須的圖紙和其它資料。如果已經定購或供應的WSA 裝置所需的設備或材料必須進行更正或替換以便更正此等錯誤或遺漏，則HTAS 應盡快免費承擔其更正或更換，或償還買方為更正或更換設備或材料所支付的費用。
WSA 制酸工程的主要產品中，98%硫酸用于硫胺工段自用，蒸汽并到蒸汽管網。
成果分析：
(1)WSA 制酸成本。耗電量：電費：2255700×0.6=135.342 萬元/年。主要動力消耗：耗水量4.8t/h，4.8×24×365×3=12.6144 萬元/年。年工資及福利費按40000 元/人/年計算，總額為8 萬元。房屋建筑物和機器設備折舊年限按15 年計算，年折舊費252.5 萬元。其他費用包括其他制造費和管理費等每年為10 萬元。經計算，總生產成本費用為410.456 萬元。
(2)WSA 制酸銷售收入。產品硫酸：濃度(%w/w)：98.0±0.5 流量(kg/h)：2， 134。每年產硫酸： 2134×24×365=18693.84 噸。98%硫酸市場價為560 元/噸。則每年銷售硫酸收入為： 18693.84×560=1046.855萬元。副產蒸汽：溫度(℃)：3 88 壓力(Mpa)： 1.1Flow 流量(kg/h)：4， 680。每年產蒸汽：4680×24×365=40996.8 噸。蒸汽單價核算：熱電車間采用的太原鍋爐廠生產的中溫中壓鍋爐，額定蒸發量為75T/h，設計每小時燃燒煤20.2T/h，實際燃燒19T/h，煤價格， 500-700 元/噸，計算噸蒸汽費用： 203 元。則每年生產蒸汽收入為：40996.8×203=832.235 萬元。經計算，總銷售收入為1046.855+832.235=1879.09 萬元。WSA 制酸利潤為：銷售收入-成本。即WSA 制酸利潤為1879.09-410.456=1468.634 萬元。
4 工業性試驗中效果
本項目采用焦爐付產的焦爐氣制取硫酸，是煤炭綜合利用，提高附加值的有效的途徑，符合國家的產業政策、能源和環境保護政策。項目投產后年產硫酸18693.84 噸，產品硫酸符合GB/T534-2002(一級品)，濃度為93-96%。不僅從根本上解決了內部硫銨工序所需硫酸的問題，達到變廢為寶的目的。還能外售，生產的產品具有明顯的價格和市場優勢，在市場中具有較強的競爭力。
5 試驗中存在問題的解決措施及完善建議
轉化器上層催化劑阻力上升過快原料氣進入焚燒爐所夾帶的粉塵，以及燃料氣未完全燃燒生成少量單質硫夾雜在灰塵中吸附于催化劑表面。建議在分析原料氣灰塵含量后，增設氣體過濾器以延長催化劑的運行周期，提高裝置運行率。
煤氣用量偏高，影響產品硫酸的濃度由于酸性氣濃度較低，需要通過提高助燃煤氣量來保證焚燒爐的正常工作溫度，這會導致工藝氣中含水量較多，使硫酸的濃度低于設計值。可以將WSA 冷凝器底部出來的熱空氣接入焚燒爐以減少助燃煤氣量，從而降低工藝氣中的含水量，提高產品硫酸的濃度。
6 結束語
隨著我國對環保的日趨重視，廢氣、廢水外排已上升到違法層次，制酸項目是將來焦化企業的必然選擇，提早邁出這一步，作為行業的先行者，我們提前做好準備，積極響應國家號召，取得了客觀的社會效益與經濟效益。
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