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摘 要：在目前环境保护政策要求越来越严格的情况下，对于焦化企业焦炉煤气中的硫份采用回收效率高、环保效益好且操作简单的工艺越来越被焦化工作者所重视。本文简单介绍了丹麦托普索公司WSA湿法制酸的工艺、原理及特点和生产中应注意的问题。该技术生产98%浓硫酸，硫回收率达99%以上，并副产蒸汽用于生产。尾气中SO2的浓度控制在国家标准以内，且无废液、废固排放，装置结构紧凑、操作简单，是值得推广的一项节能减排技术。
关键词：WSA 硫回收 硫酸 环保
一、引言
随着全球经济的迅猛发展，环境保护也越来越受到各国的重视，我国在集中精力发展经济的同时，环保政策也在逐步推进。当前降低资源消耗、减少环境污染，加强环境保护，实现经济、社会和环境的协调可持续发展，已是新世纪工业的必然选择，“绿色化、清洁化”成为炼油、石化、煤化工、化肥、冶金等行业追求的目标。
二、应用WSA制酸技术的必要性
公司一期设计年产干全焦100万吨，煤气净化车间脱硫采用PDS栲胶工艺。该工艺缺点是操作环境差，硫磺产品质量低，销售困难。废液量大，每天产生约40吨的脱硫废液，污染环境。
公司二期工程设计年产干全焦160万吨，在煤气净化车间真空碳酸钾脱硫工艺后，配套了建设了丹麦托普索WSA湿法制酸工艺。WSA制酸工艺是一种催化工艺，将煤气中的硫化氢回收，生产98%的商业级浓硫酸。制酸过程无废液外排，尾气中的SOx、NOx、H2SO4酸雾含量控制在国家排放标准之内，环保效果较好，值得推广。
三、WSA制酸工艺及原理
WSA制酸工艺流程图见图1。
真空碳酸钾脱硫工段真空泵后的含有H2S的酸性气体进入WSA制酸工段焚烧炉主烧嘴。与空气鼓风机送来的空气充分混合后燃烧，转化为SO2；HCN及少量NH3、烃类等组分转化为N2、CO2和H2O。
焚烧后的高温过程气～1000℃，经废热锅炉回收热量后，温度降至约400℃。回收的热量产生约5.8MPa的蒸汽经减压后并网使用。
H2S + 3/2 O2 → H2O + SO2 + 518 kJ/mol
由于焦炉煤气中含有大量HCN，在焚烧炉中生成氮氧化物NOX，氮氧化物在后续工段可能催化产生硝酸，腐蚀设备，所以要先脱除氮氧化物。从废热锅炉出来的过程气进入氮氧化物分解器。在催化剂的作用下，过程气中的氮氧化物还原分解为氮气和水。
NO + NH3 + 1/4 O2 → N2 + 3/2 H2O + 410 kJ/mol
NO + 2NH3 + NO2 → 2N2 + 3 H2O + 377 kJ/mol
脱除氮氧化物后的过程气进入SO2转化器。转化器内填充有V2O5催化剂床层。在转化器内，过程气中的SO2被氧化为SO3。由于氧化反应为放热反应，在转化气内部和出口设置有床间冷却器和过程气冷却器，回收的热量用于加热锅炉水。
SO2 + 1/2 O2 ? SO3 + 99 kJ/mol
从SO2转化器出来的含有SO3和H2SO4的过程气进入酸汽冷凝器。在冷凝器中通过空气对其进行间接冷却，冷却后水合生成高浓度的H2SO4。WSA冷凝器是一个垂直降膜冷凝器，装有耐酸并抗震的玻璃管。气体在玻璃管中向上流动，通过将冷却气体吹向玻璃管外表面，使硫酸蒸汽在玻璃管内表面冷凝成一层薄膜，硫酸在向下流动过程中浓度逐渐增加。
SO3 + H2O ? H2SO4（气）
H2SO4（气）→ H2SO4（液）
酸汽冷凝器下部冷凝浓缩的硫酸流进酸中间槽，经酸泵输送到板式热交换器中冷却到30～40℃，部分送回酸汽冷凝器底部酸管线，对流出的硫酸继续冷却，部分送至酸贮槽用于硫铵生产。
图1 WSA制酸工艺流程图
四、工艺特点
1.采用丹麦TOPSOE公司生产的具有较高活性的VK型专用催化剂和合理的温度控制来获得较高的SO2转化率，硫的回收率可达99%以上。尾气中SO2的浓度控制在国家标准（960mg/m3）以内，无需再进行二次处理；
2.采用先进的酸雾控制技术，无须干燥，湿法催化制酸，保证过程中SO3和H2O直接冷凝生成硫酸。
3.生产98%商业级浓硫酸，产品价值高，且可全部用于硫铵工段作为原料使用；
4.设置了废热锅炉回收大量的工艺热，为其它装置提供蒸汽；
5.装置布局简单，设备少，结构紧凑。整个装置采用DCS自动控制，操作简单，可以和其他装置结合起来联动运行，不需要单独成立运行车间。
五、生产中应注意的问题
1.硫酸管线腐蚀
随着硫酸产品温度的升高，特别是高于40℃后，硫酸管线腐蚀速率明显上升。硫酸产品中含有硝酸根离子也会加速管线腐蚀。设备和管道保温效果不好，也会腐蚀管道。
2.焚烧炉衬砖裂缝
生产过程中要严密监视焚烧炉内温度变化，升温和降温速率要小于50℃/h，防止耐火砖出现裂缝或泥浆脱落。
3.酸雾控制
生产过程中，酸雾浓度很难控制，给操作带来很大困难。在这种情况下，需要降低气体的冷却速度，减少酸雾的生成数量和增大酸雾的颗粒尺寸，使酸雾便于从气体中分离出去。
六、经济效益分析
焦炉煤气中H2S含量按7g/m3计算，每天可产浓度98%的硫酸约50吨，年产硫酸16650吨，98%的硫酸按500元/吨计算，年销售收入达832.5万元。同时副产蒸汽112吨/天，年产蒸汽37296吨，蒸汽价格按120元/吨计算，年销售收入达447.6万元。合计年销售收入可达1280万元，除去人工、水电气等费用270万元，年可创效1010万元。
七、结语
WSA制酸工艺硫回收效率高、环保效益好、技术先进，值得推广，但由于目前国内技术水平有限，部分设备和脱硫催化剂仍然需要依靠进口才能保证系统的正常运行。今后应加强对WSA制酸技术的消化、吸收，使先进的设备和材料国产化，以便促进WSA制酸技术在国内的推广应用，为国内企业的节能减排、循环经济发挥更大的效益。
作者简介：申利春，男，汉族，1981年生，籍贯河北邯郸，研究生，工程师，现从事煤化工技术研究
关键词：WSA 硫回收 硫酸 环保
一、引言
随着全球经济的迅猛发展，环境保护也越来越受到各国的重视，我国在集中精力发展经济的同时，环保政策也在逐步推进。当前降低资源消耗、减少环境污染，加强环境保护，实现经济、社会和环境的协调可持续发展，已是新世纪工业的必然选择，“绿色化、清洁化”成为炼油、石化、煤化工、化肥、冶金等行业追求的目标。
二、应用WSA制酸技术的必要性
公司一期设计年产干全焦100万吨，煤气净化车间脱硫采用PDS栲胶工艺。该工艺缺点是操作环境差，硫磺产品质量低，销售困难。废液量大，每天产生约40吨的脱硫废液，污染环境。
公司二期工程设计年产干全焦160万吨，在煤气净化车间真空碳酸钾脱硫工艺后，配套了建设了丹麦托普索WSA湿法制酸工艺。WSA制酸工艺是一种催化工艺，将煤气中的硫化氢回收，生产98%的商业级浓硫酸。制酸过程无废液外排，尾气中的SOx、NOx、H2SO4酸雾含量控制在国家排放标准之内，环保效果较好，值得推广。
三、WSA制酸工艺及原理
WSA制酸工艺流程图见图1。
真空碳酸钾脱硫工段真空泵后的含有H2S的酸性气体进入WSA制酸工段焚烧炉主烧嘴。与空气鼓风机送来的空气充分混合后燃烧，转化为SO2；HCN及少量NH3、烃类等组分转化为N2、CO2和H2O。
焚烧后的高温过程气～1000℃，经废热锅炉回收热量后，温度降至约400℃。回收的热量产生约5.8MPa的蒸汽经减压后并网使用。
H2S + 3/2 O2 → H2O + SO2 + 518 kJ/mol
由于焦炉煤气中含有大量HCN，在焚烧炉中生成氮氧化物NOX，氮氧化物在后续工段可能催化产生硝酸，腐蚀设备，所以要先脱除氮氧化物。从废热锅炉出来的过程气进入氮氧化物分解器。在催化剂的作用下，过程气中的氮氧化物还原分解为氮气和水。
NO + NH3 + 1/4 O2 → N2 + 3/2 H2O + 410 kJ/mol
NO + 2NH3 + NO2 → 2N2 + 3 H2O + 377 kJ/mol
脱除氮氧化物后的过程气进入SO2转化器。转化器内填充有V2O5催化剂床层。在转化器内，过程气中的SO2被氧化为SO3。由于氧化反应为放热反应，在转化气内部和出口设置有床间冷却器和过程气冷却器，回收的热量用于加热锅炉水。
SO2 + 1/2 O2 ? SO3 + 99 kJ/mol
从SO2转化器出来的含有SO3和H2SO4的过程气进入酸汽冷凝器。在冷凝器中通过空气对其进行间接冷却，冷却后水合生成高浓度的H2SO4。WSA冷凝器是一个垂直降膜冷凝器，装有耐酸并抗震的玻璃管。气体在玻璃管中向上流动，通过将冷却气体吹向玻璃管外表面，使硫酸蒸汽在玻璃管内表面冷凝成一层薄膜，硫酸在向下流动过程中浓度逐渐增加。
SO3 + H2O ? H2SO4（气）
H2SO4（气）→ H2SO4（液）
酸汽冷凝器下部冷凝浓缩的硫酸流进酸中间槽，经酸泵输送到板式热交换器中冷却到30～40℃，部分送回酸汽冷凝器底部酸管线，对流出的硫酸继续冷却，部分送至酸贮槽用于硫铵生产。
图1 WSA制酸工艺流程图
四、工艺特点
1.采用丹麦TOPSOE公司生产的具有较高活性的VK型专用催化剂和合理的温度控制来获得较高的SO2转化率，硫的回收率可达99%以上。尾气中SO2的浓度控制在国家标准（960mg/m3）以内，无需再进行二次处理；
2.采用先进的酸雾控制技术，无须干燥，湿法催化制酸，保证过程中SO3和H2O直接冷凝生成硫酸。
3.生产98%商业级浓硫酸，产品价值高，且可全部用于硫铵工段作为原料使用；
4.设置了废热锅炉回收大量的工艺热，为其它装置提供蒸汽；
5.装置布局简单，设备少，结构紧凑。整个装置采用DCS自动控制，操作简单，可以和其他装置结合起来联动运行，不需要单独成立运行车间。
五、生产中应注意的问题
1.硫酸管线腐蚀
随着硫酸产品温度的升高，特别是高于40℃后，硫酸管线腐蚀速率明显上升。硫酸产品中含有硝酸根离子也会加速管线腐蚀。设备和管道保温效果不好，也会腐蚀管道。
2.焚烧炉衬砖裂缝
生产过程中要严密监视焚烧炉内温度变化，升温和降温速率要小于50℃/h，防止耐火砖出现裂缝或泥浆脱落。
3.酸雾控制
生产过程中，酸雾浓度很难控制，给操作带来很大困难。在这种情况下，需要降低气体的冷却速度，减少酸雾的生成数量和增大酸雾的颗粒尺寸，使酸雾便于从气体中分离出去。
六、经济效益分析
焦炉煤气中H2S含量按7g/m3计算，每天可产浓度98%的硫酸约50吨，年产硫酸16650吨，98%的硫酸按500元/吨计算，年销售收入达832.5万元。同时副产蒸汽112吨/天，年产蒸汽37296吨，蒸汽价格按120元/吨计算，年销售收入达447.6万元。合计年销售收入可达1280万元，除去人工、水电气等费用270万元，年可创效1010万元。
七、结语
WSA制酸工艺硫回收效率高、环保效益好、技术先进，值得推广，但由于目前国内技术水平有限，部分设备和脱硫催化剂仍然需要依靠进口才能保证系统的正常运行。今后应加强对WSA制酸技术的消化、吸收，使先进的设备和材料国产化，以便促进WSA制酸技术在国内的推广应用，为国内企业的节能减排、循环经济发挥更大的效益。
作者简介：申利春，男，汉族，1981年生，籍贯河北邯郸，研究生，工程师，现从事煤化工技术研究