关于烷基化废硫酸焚烧裂解制硫酸的工艺研究

　　对于环保要求来说，烷基化废硫酸如何科学排放及处理是个棘手问题。至今，国际上主流的工艺有四大类，一是生产防锈剂与硫酸铵;二是生产白碳黑;三是活性炭脱色制稀硫酸;四是焚烧裂解制工业用硫酸。这些方案中，要么工艺复杂难以应用，要么原料难以获取价格高昂，要么制备出的产品无销售渠道，投资大回报低，要么对环保影响极大，要么对化工装置的腐蚀十分严重。总的来说，这几类工艺都有较为明显的弊端，但烷基化废硫酸焚烧裂解制硫酸的工艺尚有优化的空间。

　　一、裂解工艺概述

　　1.主要原理

　　利用燃料气将焚烧炉中的温度控制在1200℃上下，使废硫酸能够获得足够的热量进行有效分解，尤其是在高热下，废硫酸能够完全分解为二氧化硫、三氧化硫和水。

　　2.方法流程

　　首先是将燃料气体与事先进行预热的空气进行混合，气体预热将达到近600℃。然后通过高压喷枪，将混合气喷入焚烧炉，同时点燃。当炉内达到既定温度后，将烷基化废硫酸喷入焚烧炉进行裂解。

　　3.工艺参数

　　工艺参数

　　二、净化工艺概述

　　1.主要原理

　　填料塔利用洗涤稀酸对炉内气体进行降温，当温度持续降低后，水的饱和蒸气压也同时一同下降，最终使炉内水份降低。稀酸板式换热器可以通过“循环水”进行降温，从而带走洗涤稀酸所带来的热量。另一方面，高效增湿器则是利用循环稀酸喷头进入逆喷管，液体与气体的“高速逆向接触”，使稀酸内水份蒸发，炉气的显热转变为炉气中所增加的水蒸气的“潜热”。最终焚烧炉内气体的温度逐渐降低，显热减少，潜热与湿度提高，构成了绝热降温的过程。

　　2.方法流程

　　炉内气体的净化使用了高效增湿器、填料洗涤塔、两级电除雾器的封闭酸洗净化流程。通过将空气预热到420℃，然后送进高效增湿器中，使气体温度降低至60℃上下，接着使气体送进填料塔二次降温，这时温度在30℃左右，最后再进入两级电除雾器设备进行酸雾去除，送至“干吸工序”。

　　三、干吸工序概述

　　1.主要原理

　　三氧化硫被98%硫酸吸收后与水产生反应，最终生成硫酸。这一反应为放热过程，所产生的热能会由“酸冷却器”带走。

　　2.方法流程

　　通过净化后的炉内气体，先补充空气使内部气体二氧化硫的含量小于6.2%，接着再通过干燥塔用93%浓度硫酸吸收炉内气体的水份。然后再通过纤维除雾器去除酸雾后进入“转化工序”。

　　四、转化工序概述

　　1.主要原理

　　转化的原理为二氧化硫和氧气进行反应生成三氧化硫。同时，为了提高转化的效率，转化器内部安装了五个催化剂床层，并进行换热器散热，保障最佳转化温度。

　　2.方法流程

　　经过干燥的二氧化硫，经鼓风机加压后，依次经过换热器的壳程，分别与管程内来自转化器三段及一段的高温转化气换热后，再依次进入转化器一段、二段、三段，将二氧化硫氧化成三氧化硫。转化反应放出大量的热，出转化器一段、二段、三段的高温炉气分别进入1号、2号，3号换热器的管程换热降温。经过转化器前三段反应后的炉气进入一吸塔进行第一次吸收。一次吸收完成后，炉气依次经过5号与2号换热器的壳程，分别与管程内来自五段和二段催化剂床层的高温转化气换热后，依次进入转化器四段、五段进行转化。出转化器四段、五段的高温炉气分别进入4号、5号换热器的管程换热降温。经过转化器两段反应后的炉气进入二吸塔进行第二次吸收。

　　五、焚烧裂解制硫酸工艺的影响分析

　　1.废酸组分的影响

　　有机物、水和硫酸是烷基化废硫酸的核心组成部分。如成品酸产量、炉气组分、预热空气消耗量、燃料气体消耗等情况，都会收到废硫酸浓度的影响。具体来说，废硫酸的浓度与气体燃料和氧气的消耗成反比，与炉内二氧化硫含量及硫酸产成品的产量成正比。这是由于废硫酸裂解的过程会有大量的热能被吸收，为了保证废硫酸被完全裂解，需要炉内温度控制在1200℃左右的高温。另一方面，当废硫酸浓度较低时，其中水的含量较多，而在高温下水转化为水蒸气所需要的热能更高，这就直接导致了燃料的更多消耗，同时预热的空气也相应的要进行增加。

　　2.炉内剩余氧含量

　　裂解炉中的剩余氧含量，是保证装置稳定、正常、安全运行的关键数据，需要重点跟踪查看。尤其是炉内剩余氧含量过低时，会造成燃料气体的不完全燃烧，导致裂解炉炉膛温度降低，废硫酸裂解反应的反应不彻底，致使裂解生成的二氧化硫部分还原生成“升华硫”。升华硫的存在不仅会造成电除雾器、板式换热器、空气预热器、锅炉等设备堵塞，影响设备的正常运转，更重要的是会对整个裂解装置造成安全隐患。另一方面，当剩余氧含量过高时，会引起三氧化硫含量增大，从而提高炉气的露点腐蚀温度，造成后续设备及管道的腐蚀。

　　六、常见问题的解决办法

　　1.净化工序中的炉内气体温度超高问题

　　烷基化废硫酸、燃料气体燃烧后、废酸裂解后都会产生出很多水份。这些水会跟着炉内气体一同进入高效增湿器中。在炉气经过高效增湿器是一个绝热增湿的过程，当炉气中水含量过高时，水蒸气分压增大，稀酸内水分蒸发量减少，炉气的显热转变量减少，从而引起高效增湿器出口的炉气温度升高。另一方面，玻璃钢是净化工序大多数设备的主要材质，由于长期受到高温作用，玻璃钢会产生不同程度的软化现象。为了保护管道与相关设备，延长使用寿命，需要调整高效增湿器的炉气出口温度。具体措施可以是为增湿器的稀酸循环泵出口处安装一个“台板式”换热器，通过这个换热器来散发一部分热能，这种方法简单有效，可以较好的将温度控制在合理区间。

　　2.预热器腐蚀状况的解决方法

　　为保证裂解炉炉膛温度，降低燃料气的消耗，裂解工序通过空气预热器将入炉空气预热至600℃左右，再与燃料气混合后进入裂解炉焚烧。空气预热器分高温段与低温段，低温段空气预热器为炉气直接与常温空气换热，极易造成空气进口处局部温度过低，出现露点腐蚀。针对以上问题，在常温空气进入低温段空气预热器前增加一台空气加热器，利用余热锅炉产生的蒸汽先将常温空气预热，保证原有低温段空气预热器的炉气换热管的管壁温度在露点以上，避免露点腐蚀。

　　参考文献：

　　[1]朱奕寅.烷基化废硫酸湿法再生工艺的应用与优化[J].硫酸工业,2021(10):45-49.

　　[2]马培春.烷基化废硫酸再生的工艺分析[J].安徽化工,2020,46(05):72-75.