硫磺制酸装置露点腐蚀问题的分析
周飚
(南化集团设计院,江苏南京210048)
摘 要:分析了硫磺制酸容易发生露点腐蚀的原因。硫磺中的有机物、水分、游离硫酸均可能增加炉气水分含量,相应提高了炉气露点温度,加之省煤器进水温度低,则容易发生露点腐蚀。采用优质硫磺作原料,在省煤器低温段采用热管元件等可有效地解决硫磺制酸露点腐蚀问题。
关键词:露点;腐蚀;原因;措施;硫磺;硫酸生产
中图分类号:TQ111116 文献标识码:B 文章编号:1002-1507(2002)05-0023-03
收稿日期:2002-04-01 作者简介:周飚,男,南化集团设计院管道室工程
师,主要从事硫酸生产装置的工艺设计。电话:025-*******-2087
目前,国内新上了不少大中型硫磺制酸装置。与硫铁矿或冶炼烟气等其它原料制酸相比,硫磺制酸具有流程短、污染少、操作方便、投资省等优点。但硫磺制酸炉气水分含量比硫铁矿或冶炼烟气制酸高得多,相应的露点腐蚀问题要严重得多,故此防止硫磺制酸装置的露点腐蚀尤为重要。
1 容易产生露点腐蚀的原因
111 炉气水分含量高
炉气水分和三氧化硫含量决定炉气的露点温度。硫磺制酸二氧化硫炉气由液硫与干燥空气在焚硫炉内高温燃烧而得。炉气中的水分来源于原料硫磺和焚硫空气。国内绝大多数硫磺制酸装置采用进口硫磺为原料,进口硫磺主要是从天然气、高硫原油或高硫煤等含硫原料中回收的,回收硫磺中不可避免会有残余的有机物。液硫经机械雾化在焚硫炉中燃烧时,有机物被高温燃烧生成二氧化碳和水。有资料报道[1],原料硫磺中的有机物质量含量(以碳计)每增加011%,炉气中的水分含量就增加012575g/m 3,可见硫磺中的有机物含量对炉气中的水分含量有着很大影响。由于硫磺的化学性质较活泼,在有水的情况下,会发生氧化反应生成硫酸;干燥塔塔顶的除雾器除雾效果不好,干燥空气中会含有酸雾,在焚硫炉1000℃左右的高温下,这些硫酸会分解成水和三氧化硫,则会增加炉气的水分含量。另外,如果干燥塔操作不好,出塔干燥空气中的水分含量会较高(国
内指标应为不大于011g/m 3,以下计算以011g/m 3计),则也会增加炉气的水分含量。对硫磺制
酸而言,即使采用的硫磺有机物质量分数为013%(为G B2449—1992一等品标准),加上焚硫
空气带入水分011g/m 3,此时炉气中的水分含量就为012575×3+011=018725g/m 3,可见硫磺制酸炉气水分含量大大高于硫铁矿制酸炉气水分含量,露点温度相应较高。
卢钦斯基运用相平衡数据回归的露点计算公式为:
a 1 当p H 2O >11102p SO 3,w (H 2SO 4)≤9813%时,
T =
1000
2183882-010652ln p H 2O -0104877ln p SO 3
(1)
b 1 当p H 2O <11102p SO 3,w (H 2SO 4)≥
100%时,
T =
1000
3108597-010888ln p H 2O -0103204ln p SO 3
(2)
式中:p H 2O ———炉气中水的分压,Pa ;
p SO 3———炉气中三氧化硫的分压,Pa ;T ———炉气的露点温度,K;
综述·专论
硫酸工业,2002,(5):23～25
S ulphuric Acid Indust ry
w(H2SO4)———冷凝酸含量,%。
以上公式计算的露点温度与炉气实际的露点温度会有一些偏差,但可作为估算之用。按式(1)、(2),计算得焚硫炉及转化器各段出口炉气露点温度(见表1)。
表1 焚硫炉及转化器一、三、四段出口炉气的露点温度
炉 气φ(H
2
O),%
(质量浓度)
φ(SO
3
),
%
露点温度/
℃
焚硫炉出口(压力01125MPa)0101244(011g/m3)013103187 011244(110g/m3)013135136 11244(10g/m3)013208173
一段出口(压力0112MPa)0101244(011g/m3)713118138 011244(1g/m3)713152142 11244(10g/m3)713192196
三段出口(压力01112MPa)0101244(011g/m3)10141118184 011244(1g/m3)10141152197 11244(10g/m3)10141193162
四段出口(压力01106MPa)0101244(011g/m3)01446102199 011244(1g/m3)01446134131 11244(10g/m3)01446209194
112 省煤器给水温度较低
结合表1的计算结果和硫磺制酸装置转化工序的锅炉配置来看,对于产中压蒸汽的流程,通常焚硫炉出口设置中压废热锅炉,管内流体是318 MPa、255℃左右的饱和蒸汽,不容易产生露点腐蚀;转化器一段出口配高温过热器,管内流体是中压蒸汽(318MPa、450℃),也很难产生露点腐蚀;而三段出口的冷热换热器后配高温省煤器,四段出口的低温过热器后设置低温省煤器,由于换热管管壁温度接近于热阻小即传热系数大的一侧流体的温度,省煤器换热管水侧传热系数约为1000 W/(m2·K),炉气侧传热系数约为60W/(m2·K),则管壁温度接近于脱盐水或软水的温度,而省煤器管内的给水温度较低(一般为104℃左右),则容易发生露点腐蚀。
2 防止露点腐蚀的措施
211 降低炉气中的水分含量
炉气水分含量过高是产生露点腐蚀的主要原因,降低炉气水分含量可降低露点温度。从表1的数据可以看出,当转化器三段出口炉气水分含量由1g/m3降低到011g/m3时,炉气的露点温度就由152197℃降至118184℃。炉气中的水分来源于原料硫磺中的有机物和焚硫空气。控制原料硫磺中的有机物和水分含量,要求硫磺的等级达到国家标准一等品,并且要求硫磺中的有机物质量分数小于0105%、水分质量分数在011%以下。硫磺有机物质量分数由013%降为0105%,则炉气水分含量相应由018725g/m3降为0122875g/ m3,可据此计算在一吸塔前炉气的露点温度由15018℃降为13015℃,露点腐蚀现象就不容易产生。在硫磺的运输和贮存过程中,要尽量避免其它杂物混入硫磺中。在液硫酸度过大的情况下,需加入消石灰或碳酸钠中和来降低液硫的酸度。另外,可采取适当提高干燥酸浓度和采用新型分酸装置等方法提高干燥效率,减少焚硫空气的水分含量。在干吸塔顶设置高效除雾器,以减少进入焚硫炉的酸雾量,亦可减少炉气水分含量。
·
4
2
·硫酸工业 2002年第5期
