金隆铜业高浓度SO2烟气制酸技术的开发及应用.pdf

2 0 1 3 年2 期 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 7 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／J ．i s s n ．1 0 0 7 - 7 5 4 5 ．2 0 1 3 ．0 2 ．0 0 8 金隆铜业高浓度S 0 2 烟气制酸技术的开发及应用 汪卫东，赵荣升 金隆铜业有限公司，安徽铜陵2 4 4 0 2 1 摘要金隆铜业与中国瑞林共同开发的带预转化、预吸收系统的高浓度S O z 烟气制酸技术使转化系统处 理的烟气S O 。浓度达到1 7 ％。该技术在金隆铜业公司硫酸一系统得到成功应用，取得了良好的经济效 益和社会效益。 关键词高浓度S O ；烟气；预转化；预吸收；制酸 中图分类号T F 8 1 1文献标志码B文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 1 3 0 2 0 0 2 7 0 4 D e v e l o p m e n ta n dA p p l i c a t i o no fS u l f u r i cA c i dM a k i n gT e c h n o l o g yf r o mH i g h C o n c e n t r a t i o no fS 0 2i nJ i n l o n gC o p p e r W A N GW e i d o n g ，Z H A OR o n g s h e n g J i n l o n gC o p p e rC o ．，L t d ，T o n g l i n g2 4 4 0 2 1 ，A n h u i ，C h i n a A b s t r a c t J i n l o n gC o p p e rC o m p a n yL i m i t e d ，t o g e t h e rw i t hC h i n aN e r i nE n g i n e e r i n gC o ．，L t d ．，d e v e l o p e d t h es u l f u r i ca c i dm a k i n gt e c h n o l o g yf r o mh i g hc o n c e n t r a t i o no fS 0 2w i t hp r e - r e f o r m i n ga n dp r e a b s o r p t i o n s y s t e m ．W i t ht h i st e c h n o l o g y ，S 0 2c o n c e n t r a t i o ni nt r a n s f o r m a t i o ns y s t e mr e a c h e s17 ％．S u c c e s s f u l l ya p p l i e di nJ i n l o n gC o p p e r ，t h i st e c h n o l o g ya c h i e v e sat w o y e a rs t e a d ya n dc o n t i n u o u sr u nw i t hg o o de c o n o m i c a n ds o c i a lb e n e f i t sa c h i e v e d ． K e yw o r d s h i g hc o n c e n t r a t i o n so fS 0 2 ；w a s t eg a s ；p r e r e f o r m i n g ；p r e a b s o r p t i o n ；s u l f u r i ca c i dm a k i n g 金隆铜业有限公司采用富氧闪速炼铜工艺，是 我国自行设计建造的第一座大型闪速炼铜工厂。公 司于1 9 9 7 年4 月建成投产，最初设计规模为年产高 纯阴极铜1 0 万t ，硫酸3 7 ．5 万t 1 0 0 ％H z S O 。 。从 2 0 0 0 年起，先后进行了1 5 万t 、2 1 万t 、3 0 万t 和3 5 万t 改造 年产阴极铜 。熔炼系统3 5 万t ／a 达产 后，2 个硫酸系统均采用常规动力波洗涤净化、两转 两吸制酸工艺，制酸能力达到1 0 0 万t ／a 。 近年来，随着精矿铜品位持续下降，S ／C u 由原 设计的1 ．0 提高到了1 ．2 左右，这就相当于在维持 熔炼系统产能不变的情况下，进入硫酸系统的硫量 增加了2 0 ％。为维持铜硫系统的能力平衡，改善低 空环境状况，硫酸系统能力也需要相应提升约 收稿日期2 0 1 2 1 0 2 4 作者简介汪卫东 1 9 7 0 一 ，男，工程师 2 0 ％。由于经过3 5 万t 熔炼挖潜改造后，硫酸系统 主S O 。风机、转化器、热交换器、吸收塔等关键设备 的负荷已经达到极限，无法进一步提高能力。同时 受场地限制，新增一套2 0 万t 常规硫酸系统的方案 也无法实施。为此公司决定，通过大幅提高烟气 S O 浓度、同时不增加原有转化和干吸工序负荷的 方法来提高硫酸系统的产能。 经过对国内外高浓度S O 烟气制酸技术的全面 考察和评估，并结合金隆原有硫酸系统的实际情况， 金隆公司与中国瑞林联合开发了带预转化、预吸收 的高浓度S O 转化技术。在烟气量不增加的前提 下，将处理的烟气s 0 。浓度提高到1 7 ％；同时降低 了原系统转化、干吸工序的负荷，提高系统的稳定 万方数据 2 8 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 3 年2 期 性。该工艺首次在金隆硫酸一系统得到应用，使得 单系统能力提高4 0 ％，彻底解决了原硫酸系统的瓶 颈问题，满足了生产及环保的需要。目前，公司已达 到年产硫酸1 2 0 万t 1 0 0 ％H 。S O 。 的生产能力。 1 工艺原理及流程 金隆高浓度S O 。制酸工艺的关键在于设置了支 路循环和预转化预吸收系统。其基本原理是从主 S O z 风机出口引出一部分高浓度S O 。烟气，先进行 预转化，将S O 浓度由1 7 ％降到较低的浓度，经过 预吸收塔吸收后，烟气分为两部分，一路至预转化风 机入口，与进入预转化系统的烟气混合，以调节进预 转化器烟气的S O 浓度和氧硫比，另一路进原有系 统与主路烟气混合，混合后的烟气量及S O 。浓度与 主系统原设计条件基本相同，继续完成常规的二转 二吸制酸流程。 如果进入转化系统的烟气S O 浓度高于1 8 ％， 考虑预转化设置二段反应，进一步提高预转化率，这 样，预吸收后烟气S O z 浓度也进一步降低，可以实现 更高S 0 z 浓度的烟气转化。详细的工艺流程见图1 。 回丰系统 图1预转化预吸收系统工艺流程简图 F i g ．1S k e t c hm a po fp r o c e s sf l o wo f p r e _ r e f o r m i n ga n dp r e - a b s o r p t i o ns y s t e m 预转化器的预热系统采用电炉直接加热方式配 置在预转化器的人口管道上，由预转化风机出来的 气体通过电炉加热后进入预转化器加热的催化剂 层，并达到工艺需要的温度。 预转化、预吸收系统保持相对独立，在配置上， 只在S O z 风机出口至转化器人口的烟道上通过支管 与主系统连接。在预转化系统设备发生故障、需要 进行停车检修时，将预转化系统的进、出口烟道上的 阀门关闭，制酸主系统仍可正常运行。 2 实际运行情况 金隆硫酸预转化、预吸收系统施工建设期约5 个月，经试运转和触媒升温后，利用全厂停车检修 月修 时间完成与主系统的对接 预转化、预吸收系 统的进气口与硫酸一系统S O 。风机出口烟道连接， 预转化、预吸收系统出气口与硫酸一系统I 换热器 入口烟道连接 。对接时间约6h 。对接完成后，预 转化预吸收系统正式接气生产。 自投产以来，该系统连续稳定运行，由于P S 转炉 烟气成分的波动，实际处理烟气s 0 2 浓度为1 4 ％～ 1 7 ％。高浓度转化系统主要技术经济指标见表1 。 表1 T a b l e1 硫酸一系统主要技术经济指标 M a i nt e c h n o l o g i c a la n de c o n o m i c i n d e xo fv i t r i o ls y s t e m 3 4 种超高浓度S 0 2 制酸技术分析比较 2 0 世纪9 0 年代以前，有色金属冶炼采用的是 常氧熔炼工艺，配套的制酸系统处理的S O 浓度约 为8 ％。随着富氧冶炼技术尤其是铜富氧冶炼技术 的发展，采用闪速熔炼工艺后，进入制酸系统烟气中 S O z 浓度可达2 0 ％以上。但受催化剂耐温性能的制 约，即使烟气S O 浓度达到2 0 ％，也只能用空气将 其稀释至1 2 ％左右，这样就造成了制酸装置设备规 格较大，并增加了投资及运行费用。 采用高浓度S O 制酸技术，可以减小转化、干吸 工序的设备规格，相应的投资及运行成本将降低 2 0 ％～3 3 ％，转化回收热量生产蒸汽量可以提高 6 0 ％～8 0 ％。为降低投资，提高效益，进入2 1 世纪 后，国内外硫酸专业技术公司纷纷开始进行高浓度 S O 。转化技术方面的研究，高浓度S O 烟气制酸技 术也得到了快速发展，目前奥图泰L U R E C T M 循环 转化工艺、M E C S 预转化工艺和B A Y Q I K 8 预转化 预吸收工艺已投入工业化生产。 3 ．1 L U R E C T M 高浓度S O 转化技术 该工艺是5 层催化剂转化的2 次 3 2 转化工 艺，进转化烟气的S O 浓度可达1 6 ％以上。因其 S O z 浓度较高，需将经转化器I 、Ⅱ、Ⅲ床层转化后 部分烟气用高温风机送至转化器工床层进行再循 万方数据 2 0 1 3 年2 期 有色金属 冶炼部分 h t t p H y s y l ．b g r i m m ．c n 2 9 环，以降低进入转化器I 床层入口烟气的S O z 浓度， 并增加s 0 。浓度来抑制I 床层的反应速度，从而达 到控制转化器工床层烟气出口温度的目的。 3 ．2 B A Y Q I K 高浓度S O 转化技术 B A Y Q I K 技术是一种可以处理宽S O 。浓度范 围烟气的新工艺。此工艺的催化剂反应床层为管 式，在床层内反应放出的大量热通过管外的冷却介 质及时移走，以保证反应床层内的温度不会超温，实 现“准等温转化”，理论上处理的烟气S 0 。浓度可以 高达2 0 ％以上。该工艺尽管在理论上有突出优点， 但拜耳转化器需要风冷，在能量消耗、系统可靠性等 方面并无优势；其专用列管式固定床转化器又存在 造价十分昂贵、结构复杂、制造和调试要求高、催化 剂装卸繁琐等问题。 3 ．3M E C S 预转化高浓度s 0 2 转化工艺 M E C S 公司预转化超高浓度转化工艺以预转化 器 传统 3 1 式4 层催化剂的两转两吸工艺为基 础，其实质是将一小部分S O 。浓度较高的烟气分出， 进入预转化器，反应后再与未预转化的烟气混合降 低进入转化器一层的S O 浓度，从而达到控制一层 出口温度的目的。该工艺进转化烟气的S O 浓度低 于1 4 ％，同时由于预转化的催化剂温度长期在6 4 0 ℃左右运行，这部分催化剂的寿命较短。孟莫克公 司曾用该种预转化技术成功地改造了日本矿业冶炼 厂和韩国L S - N i k k o 铜冶炼厂的制酸装置，预转化 技术处理的S O 。浓度为1 3 ．6 ％左右。 4 种已工业化的超高浓度S O 烟气转化工艺比 较见表2 。 表24 种超高浓度S O 烟气转化工艺比较 T a b l e2C o m p a r i s o no f4t e c h n o l o g i e s o ft r a n s f o r m a t i o nf o ru l t r a h i g hc o n c e n t r a t i o no fS 0 2 从表2 可以看出 受催化剂耐温性能的限制，M E C S 预转化技术 无法处理S O 。浓度在1 4 ％以上的烟气。 B A Y Q I K R 工艺从理论上可以处理S O 。浓度在 2 0 ％甚至以上的高浓度烟气，但该工艺设备投资较 高，为了及时移走反应热，需要配置一套很大的冷却 系统；其唯一的工业应用业绩规模也较小。 L U R E C T M 工艺可以处理S O 。浓度1 6 ％以上的 烟气，但系统配置有高温循环风机、带内换热的转化 器等特殊设备，影响系统的稳定性。 4 金隆高浓度S 0 转化技术的特点 与常规转化流程相比，金隆高浓度S O 转化工 艺处理的烟气S O 。浓度可达1 7 ％以上，大幅减少了 系统需要补充的稀释空气量，使后续转化、干吸工序 的设备规格明显减小，节省了设备投资，降低了运行 成本。 金隆高浓度S O 。转化工艺没有配置S O 。高温风 机、内换热转化器或列管式固定床转化器等特殊设 备，除催化剂、除雾器选用孟莫克产品外，所有设备 全部实现国产化，转化器、热交换器等全部为常规设 备，装置可靠性高，设备投资低。 金隆高浓度S O 转化工艺操作灵活性高，可以 通过调整进入预转化系统的烟气量来适应系统负荷 的变化，在更大烟气S 0 的波动范围内保证主系统 的热平衡。 万方数据 3 0 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．o n 2 0 1 3 年2 期 金隆高浓度S O 转化工艺，预吸收后进入主系 统的气体组分有较大改变，不仅可以保证，并可以提 高总转化率，同时降低催化剂用量，触媒装填系数只 有1 6 0L ／ t d 一般铜冶炼烟气制酸装置的触媒 装填系数为2 0 0L ／ t d 。 金隆高浓度S O 。转化工艺的预转化、预吸收系 统相对比较独立，在该系统建设施工期问，原有系统 可正常生产，在预转化、预吸收系统试车正常后，利 用6h 左右接入主系统即可投入生产，原有系统也 不需做任何改造，最适合原有系统的扩产改造。 5结论 金隆预转化、预吸收高浓度S O 。制酸技术具有 投资省、占地小、运行费用低、操作简单等优点，是一 种节能降耗的新型工艺技术，已率先成功应用于金 隆公司硫酸系统。生产实践表明，该技术对削减工 程投资、降低生产成本等起了关键性作用，产生了很 好的经济效益和社会效益，可以在高浓度S O 。的冶 炼烟气制酸系统推广应用。 上接第2 6 页 改造后主要经济技术指标超出国际先进水平， 比如，闪速炉单位容积处理量金隆公司1 ．2t ／ I n 3 h ，国际先进水平0 ．9t ／ m 3 h ；反应塔热负 荷金隆公司23 5 0M J ／ m 3 h ，国际先进水平 18 8 6M J ／ m 3 h ；电炉渣含铜金隆公司0 ．6 8 ％， 国际先进水平0 ．8 6 ％。 4结论 2 0 1 2 年熔炼系统冷修改造，实现了金隆闪速炉 超高强度冶炼技术，消除入炉精矿反应不完全情况， 余热锅炉水冷壁结渣情况不再出现，输送到制酸系 统烟气S O 。含量下降到0 ．9 ％以下，年矿产铜量达 到或超高3 5 万t 。 参考文献 [ - 1 3 昂正同，刘安明，王华骏，等．金隆闪速炉处理复杂精矿 实践[ J ] ．有色金属工程，2 0 1 1 3 3 2 3 4 。 [ 2 ] 宋修明．金隆公司挖潜改造的实践及效果[ J ] ．有色冶 炼，2 0 0 3 6 2 1 2 3 ． [ 3 ] 刘安明．金隆闪速炉高热负荷生产实践[ 3 3 ．铜业工程， 2 0 1 1 1 3 8 4 2 ． 万方数据