2007年我国硫酸产能6600万t/a。其中硫磺制酸产能3200万t/a，占全国总量的48.48%；硫铁矿制酸产能1900万t/a，占28.79%；冶炼烟气制酸产能1450万t/a，占21.97%；其他原料制酸仅占0.76%。2006年和2007年我国硫酸产量分别达到5044万t和5700万t，均居全球首位。 2007年我国硫铁矿制硫酸的产量达1678万t，占硫酸总产量的29.4%，年产量20万t以上的企业有13家。硫铁矿制酸与硫磺制酸相比在规模和产量方面均有差距。2006、2007年硫磺制酸的产量分别达到2233万t和2655万t，产量在40万t以上的企业13家，合计产量分别是硫磺制酸总产量的62%及60%；产能最高的企业双狮（张家港）精细化工有限公司达到104万t/a。硫铁矿制酸的技术较硫磺制酸复杂，装置投资费用较高，“三废”治理成本也较大。 节 能 硫铁矿制酸生产工艺流程较长、设备多，在工程设计中应全面考虑用能和节能。 1.合理选择设备 主鼓风机是硫酸装置中的耗能“大户”，在硫磺制酸装置中占全部能耗的60%～70%，在硫铁矿制酸装置中占全部能耗的35%～45%。 主鼓风机的能力（风量和风压）除根据装置的规模外，还取决于工艺流程和装备的选型，以及设备和管道参数。随着硫酸工业向大型化发展，主鼓风机既要满足大型化装置为改善设备结构和流体分布状况，又要减少设备的尺寸，降低投资费用等所需的风量和风压；也要从降耗节能的要求出发，合理地考虑生产系统中设备和管道的压力降，确定合适的主鼓风机的风量和风压、并考虑留有一定的富裕量。实践证明，在一般情况下主鼓风机风量的富裕量应控制在5%～10%，风压的富裕量控制在7.0～8.0kPa是适宜的。主鼓风机可采用汽轮-鼓风机组，高压电动鼓风机采用具有调速（液力耦合器或调频电动机）和设有导向叶轮的气体调节装置等的节能设备和配件；设有全数字微电脑PLC控制的智能化变频系统的酸泵也在推广使用；各种节能、高效的换热器得到应用和推广；各种电器设备及元件和材料也严格按照国家规定的节能规范，选用低能耗的产品（如高/低压开关柜、变压器、操作箱、灯具、各种电缆等）。此外，为了减少系统中的能量耗损，有的企业回收蒸汽的冷凝水作为废热锅炉的给水；选用绝缘性能好的保温材料和保温结构；广泛采用管壳式酸冷却器节省生产用冷却水；低温热回收系统的设置大大减少了冷却水的使用量。 2.投资费用与能耗的技术经济评估 目前我国硫酸装置单线生产的规模不超过3000t/d 100%H2SO4，转化器的直径＜15000mm，干吸塔直径＜8500mm。目前最关键的应在技术先进、经济合理、运行可靠的基础上，处理好投资费用与操作费用之间的平衡问题，尤其是处理好投资费用与能耗平衡的技术经济问题。 3.降低系统压力降 降低系统的压力降是硫酸装置节能的主要手段，其关键在于综合考虑设备的选型和工艺参数。转化工段由于设备多、管道多、阀门多、流程长，长期以来在这个工序的设备、流程中做了许多有成效的改进，如增加催化剂硬度减少粉化，提高活性减少装填量，减薄床层厚度，催化剂的形状由柱状改为环状、菊形等；对换热器的结构进行改进，提高热效率。这些措施大大减少了转化工序的压力降，但由于其他工序设备（如干燥塔、中间和最终吸收塔、硫磺制酸的焚硫炉、硫铁矿制酸净化工序的高压降设备等）的压力降不降反增，使得整个生产系统的总压力降居高不下。 塔设备降低压力降的课题仍有许多工作可做：降低填料层的高度，使用新型填料，改善填料格栅的结构和使用新材料，采用低压降的除雾器；综合考虑塔的结构和有关工艺参数，使塔的结构和尺寸大小在技术和经济上更趋合理等。 废热利用 1.硫铁矿燃烧产生的高温热 硫酸生产的硫铁矿燃烧工序有4500MJ/t的热量放出，在系统中设置废热锅炉，在沸腾炉内设置冷却排管组成的热回收系统，可回收从沸腾炉排出的850～900℃烟气的显热和沸腾炉中需移出的反应热，热能回收率约70%（中、小型硫酸厂的回收率小些），损失的热量主要是由矿渣和烟气离开废热锅炉带出以及设备散热等。有个别工程还回收沸腾炉排出的矿尘热量及烟气从电除尘器带出的热量。回收的热量产生3.82MPa、450℃的过热蒸汽，可供发电和其他工业部门使用。 2.二氧化硫氧化成为三氧化硫的反应热 该工序约放出1000MJ/t热量，除因工艺需要外，都转变成低温热在吸收塔系统中，由冷却水移出生产系统。有的大型工程设省煤器回收小部分热量（生产1t硫酸约回收400MJ反应热），作为加热脱盐水之用。 3.三氧化硫生成硫酸的反应热 该工序产生的热量约1500～1600MJ/t。这些热量随不同的流程和工况条件有所增减。因这些热量是低温热，用途有限，大多数工程设计和现有的工厂都是由冷却水移出系统而未加回收利用。仅个别工程配套了热能回收设施。上世纪90年代南化公司就回收这些热量作为加热脱盐水和作为生活上使用；大峪口工程回收作为加热脱盐水供锅炉使用及生产热水供选矿、磷肥有关装置使用；大连化工公司也曾经回收这些热量加热脱盐水供锅炉使用及取暖使用。中、小型硫铁矿制酸装置，由于技术和装备水平较大型装置低些，热能回收的程度及指标也有一定的差距。新建大型硫铁矿制酸反应热的回收利用情况如表1所示。 表1 新建大型硫铁矿制酸反应热的回收利用情况（以1t硫酸计） MJ
减 排 1.矿渣 硫铁矿经燃烧脱硫，排出的矿渣主要成分为氧化铁。生产1t硫酸排出的矿渣量一般为0.5～0.8t，这些矿渣经精选后，可作为炼铁原料，选矿的废渣可用作水泥的添加剂，还可以用于制造磁性材料和颜料。 2.排水 硫铁矿制酸的烟气净化，经干法除尘后，大多都以“液体洗涤”把关，多余的“液体”要排出。这些排出的“液体”含有硫酸、矿尘，还有As、F、Se等有害物质。工程要设置污水处理站收集生产的所有污水进行处理达标后排放。 行业以稀硫酸洗涤烟气为“酸洗净化”，这些稀硫酸在洗涤塔系统中循环，反复使用，较少排出系统；若以水洗涤烟气则称为“水洗净化”，水洗有两种方式：一是洗涤烟气之后的水立即排放，不重复使用，称为直排；另一方式是对直排的改进，将部分水重复使用，部分排放。“酸洗净化”是在当前工程设计中普遍使用，该法可减少废水的排放量，有利于环境保护。生产系统排出的污酸，主要是根据烟气中SO3生成的稀酸量和洗涤酸浓度而定。 生成的稀硫酸量如果硫铁矿中的As、F等有害成分不致引起工况的变化，即可排至污水处理站。经污水处理达标后，部分返回生产系统使用，余量便是企业向外的污水排放量。为了确保排出的废水不污染环境，不危及人的身体健康。南京设计院经调查研究确定，使用酸洗净化所用的硫铁矿需含砷量＜0.1%，氟＜0.05%、铅＜1%。 3.排气 最终吸收塔排出的烟气经烟囱排放，排出的烟气量与烟气中原始的SO2浓度有关，生产1t硫酸排放的烟气量随SO2排放浓度的变化如表2。表中数值在排气烟囱设计高度不超过最高允许排放速率时，均未超标。若环保有特殊的要求，技术上仍有进一步提高的空间及措施。 目前仍有部分老企业通过增加设置氨酸法的装备，以氨盐+铵的酸性盐溶液吸收SO2，降低排气中的SO2含量；也有企业设置氨酸法设备，降低排气中的SO2量。 表2 生产1t硫酸排放的烟气量随SO2排放浓度而变化
节能减排技术应用案例分析 1.广西鹿寨化肥有限责任公司硫酸装置环保工程设计 该装置是硫铁矿制酸装置，设计规模为40万t/a。目前产量已超过设计能力，达到43万t，是国内硫铁矿制酸生产量最大的单系列装置。该装置在设计中，对环境保护采取了一些重要措施：采用两次转化两次吸收工艺，使SO2的转化率＞99.75%，减少排放气体中的SO2含量；采用酸洗净化工艺，减少酸性污水的排放量；设置污水处理站，处理后达标的污水返回生产系统使用，减少排放；设置硫铁矿渣场，销售的余量堆存于渣场内避免流失。 2.云浮硫铁矿企业集团公司40万t/a硫酸扩建技术改造项目环保工程设计 云浮硫铁矿企业集团公司40万t/a硫铁矿制酸装置现正在进行施工安装，计划2008年建成投产。该装置采用两次转化两次吸收工艺，确保排放烟气中SO2量＜700mg/Nm3（国家标准为960mg/Nm3），相应的采取了一些有效措施；净化工序采用约20%稀酸洗涤、降温，产生的污酸量比一般工程少，仅有2.4t/h（生产1t硫酸产生污酸48公斤）；设置污水处理站，其设计规模为26m3/h，经处理的污水40%左右供污水处理站消化石灰，余量用于该装置矿渣增湿和排气洗涤。若系统运行正常，可实现零排放；硫铁矿渣产量为20.2万t/a，Fe含量＞63%，经简单处理销售给钢铁厂作为炼铁的原料，少量转化为氧化铁红制成磁性材料或颜料外销，附加值较高。 3.云浮硫铁矿企业集团公司40万t/a硫酸技术改造项目废热利用 该项目设置了由沸腾焙烧冷却管、中压强制循环废热锅炉、热管省煤器等组成的废热回收系统，回收的热量可产生中压过热蒸汽（3.82MPa、450℃）约60t/h（即生产1t硫酸可得到1.2t中压过热蒸汽）。在沸腾焙烧炉中可移出热量62060MJ/h，烟气可移出热量96690MJ/h，在二氧化硫氧化工序可移出热量16812 MJ/h，移出的总热量 175562MJ/h。 根据工厂热负荷的状况，该项目还配置了15000kW的冷凝式汽轮发电机组，热回收系统所产的蒸汽全部进入汽轮机组发电，正常时发电量约12800kW（生产1t硫酸发电量256kW·h），满足本装置用电外，剩余56%外供。企业既是硫酸厂又是能源工厂，既生产硫酸又输出电力，可大幅提高经济效益。 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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