严务本
【摘 要】介绍了SO3蒸发和冷凝工艺参数的选择、液体SO3成品的储存与运输、发烟硫酸混溶作业，以及环境保护等相关经验。针对液体SO3生产中出现的诸多问题，指出在液体SO3生产中要防止蒸发器产生“过度蒸发”，即控制蒸发后发烟硫酸的游离SO3质量分数不低于25％。认为采用“暖房”是解决液体SO3成品储存简易、有效的措施。%Some experiences with process parameter selection for SO3 evaporation and condensation, storage and transportation of liquid SO3 , oleum mixing and environmental protection in production of liquid sulphur trioxide are described. The importance of preventing excessive evaporation of SO3 is: emphasized. After evaporation, the mass fraction of free SO3 in oleum should not be less than 25%. Conservatory is considered as a simple and effective measure for safe storage of liquid SO3 product. 【期刊名称】《硫酸工业》
【年(卷),期】2012(000)005
【总页数】5页(P9-13)
【关键词】液体三氧化硫;生产;蒸发;冷凝;储存;运输
【作 者】严务本
【作者单位】大连旅顺长城不锈钢有限公司,辽宁大连116049
【正文语种】中 文
【中图分类】TQ111.1
1985年，大连化学工业公司(以下简称大连化工)为配合大连市某引进项目需生产液体SO3产品。借鉴吉林化学工业公司和上海硫酸厂试生产液体SO3的经验，大连化工利用内部闲置设备改装组合于1987年建成了1套1 kt/a液体SO3装置。由此，对液体SO3工业生产进行了探索，采用“暖房”比较成功地解决了液体SO3的储存问题，掌握了液体SO3聚合体的生成条件和控制措施。
20多年来，因市场需求我国液体SO3工业生产得到了很大发展，有自主开发的技术和装备，
也有从国外引进的装置，满足了有关行业对液体SO3的需要，促进了这些行业的发展。液体SO3生产主要包括蒸发和冷凝2个化工操作单元，通常在硫酸装置一吸塔旁并联设置发烟硫酸吸收塔及其循环酸系统用以吸收SO3，控制循环酸的游离SO3质量分数高于或等于25%;引出部分游离SO3质量分数高于或等于25%的循环酸进行预热，预热后的发烟硫酸进入SO3蒸发器再加热蒸发;蒸发出的三氧化硫气体进入冷凝器冷凝得到液体SO3成品，自流入成品储槽。
目前，国内厂家对液体SO3生产控制参数如进蒸发器发烟硫酸的游离SO3质量分数、蒸发后发烟硫酸的游离SO3质量分数以及相应的蒸发温度，还有液体SO3成品储存温度等是不一样的。现根据笔者的实践和体会谈谈个人的见解。
1 SO3蒸发
1.1 工艺参数的选择
目前，采用加热蒸发游离SO3质量分数27%～32%的发烟硫酸得到SO3气体，一般控制蒸发后发烟硫酸游离SO3质量分数高于15%［1］。较多厂家控制蒸发后发烟硫酸的游离SO3
质量分数为20%和22%［2］。有的企业还采用2个蒸发器串联进行SO3蒸发，蒸发器Ⅰ操作温度为133℃，将游离SO3质量分数30%的发烟硫酸蒸发到25%，得到硫酸和水含量均极低的气态SO3，用于制造液体SO3产品。蒸发器Ⅱ操作温度提高到146℃，将游离SO3质量分数25%的发烟硫酸蒸发到20%，得到硫酸含量较多的气态SO3，用于制造游离SO3质量分数65%的发烟硫酸［3］。
进入蒸发器的发烟硫酸起始浓度越高，沸点越低，越易于蒸发，能耗低。但是根据传质过程介质分压的影响，即吸收生成的发烟硫酸其游离SO3质量分数一般只能达到35%;同时发烟硫酸浓度提高，黏度急速增加，且游离SO3质量分数为30%～35%的发烟硫酸易凝固，对生产操作带来很多困难和制约因素。所以，通常进蒸发器的发烟硫酸游离SO3质量分数控制为30%～32%，操作运行是可行的，停车前必须将发烟硫酸的游离SO3质量分数降下来。
控制蒸发后发烟硫酸的游离SO3质量分数实际是为克服材料的腐蚀问题。游离SO3质量分数15%的发烟硫酸在沸腾时(沸点161℃)对碳钢腐蚀严重，但在80℃以下，碳钢在各种浓度的发烟硫酸中都是比较稳定的，这在长期运行实践中已被证明。《硫酸手册》表明，在相
同温度下，游离SO3质量分数25%的发烟硫酸处于碳钢腐蚀曲线的拐点，游离SO3质量分数小于或等于25%的发烟硫酸对碳钢腐蚀加剧，高于25%则对碳钢腐蚀减缓［4］。介质为游离SO3质量分数小于5%的发烟硫酸时，不推荐使用碳钢材料的设备;介质为游离SO3质量分数为5%～15%的发烟硫酸时，使用碳钢材料的设备须谨慎［5］。在1985年前苏联出版的《硫酸工艺学》附录17中，钢在发烟硫酸中的腐蚀速率显示:牌号CT.3碳钢(相当于我国当时的碳钢牌号A3)，在游离SO3质量分数为24%的发烟硫酸中，100℃时的腐蚀速率为0.101 mm/a，130℃时为0.534 mm/a;在游离SO3质量分数为18%的发烟硫酸中，100℃时的腐蚀速率为0.114 mm/a，130℃时为0.184 mm/a，160℃时为0.463 mm/a;在游离SO3质量分数为11.5%的发烟硫酸中，100℃时的腐蚀速率为0.124 mm/a［6］。吉林化学工业公司颜料厂王淑兰等人认为，游离SO3质量分数为20%的发烟硫酸在150℃以下时，对碳钢腐蚀并不严重，腐蚀速率不超过0.5 mm/a［1］。
综上所述，液体SO3生产中蒸发器入口发烟硫酸的游离SO3质量分数宜控制在30%～32%，出口宜控制在25%，相应的蒸发温度为133℃，这样操作能保证蒸发器的平稳、持久运行。通过适当增加蒸发器的发烟硫酸循环量，可提高单位发烟硫酸的SO3蒸出量。同时由于提高了起始发烟硫酸和蒸发后发烟硫酸的游离SO3质量分数，蒸发温度相应降低。
这样操作提高了蒸发器运行的安全系数，延长了装置的运行周期。
1.2 蒸发器的结构、应用材质及热源
SO3蒸发器的结构形式主要有蒸发甑式(平底锅)、列管浸没式和列管液膜式(有立式和卧式之分)。卧式列管蒸发器热源流体(一般为硫酸系统转化气或蒸汽)走管程，被加热的发烟硫酸走壳程，列管全部被浸没并保持一定液位，蒸发空间充裕，虽占地面积相对较大，但操作平稳。立式列管蒸发器热源一般走壳程，被加热的发烟硫酸走管程，占地面积小，蒸发空间有限(也有另设置平衡溢流桶)。至于膜式蒸发器，操作时必须严格控制顶部液体分布器，保证发烟硫酸均匀流进蒸发器管程，防止个别列管因进酸量小而导致发烟硫酸过度蒸发。
结构形式多样化的蒸发器所用的材质也较多。列管材质有0号、10号、20号碳钢，304不锈钢及316不锈钢;壳体及花板材质均以碳钢为主。各种材质的蒸发器运行初期情况都不错，但是长久运行后，都不同程度地产生过一些问题，特别是产量大、运行周期长的蒸发器问题尤为突出。究其原因，笔者认为还是“过度蒸发”，特别是一些蒸发温度控制较高(140℃以上)的蒸发器更是如此。
SO3蒸发器的热源一般为硫酸装置转化气或蒸汽。以煤气或者燃煤作为热源的SO3蒸发器，由于热效率太低，当前基本上已经被淘汰。以蒸汽为热源的蒸发器，操作平稳，热效率高;若用转化气作为蒸发器的热源，须根据硫酸系统转化工序热平衡情况决定。当然，如有废热发电装置的“乏汽”可利用，将是蒸发器热源的最佳选择。对于SO3蒸发器的蒸发空间和蒸发面积，笔者认为适当取大一些较好。
1.3 发烟硫酸预热器
大连化工首套液体SO3装置选用了1台卧式U形管壳式换热器(F=138 m2)，换热面积不小，但换热器效果不好。究其原因是当时对预热器了解不深，不清楚如何控制发烟硫酸的浓度，加上壳程挡板可能存在死角，开车不久就发生了泄漏，好在当时发烟硫酸的产量不高，对发烟硫酸吸收塔及SO3蒸发器没有造成太大的影响。
发烟硫酸预热器的样式较多，有立式、卧式、列管式和套管式，也有螺旋板式及新型板式。根据实际操作对比，螺旋板(或新型板)式换热器的优点突出，换热效果好，预热后进入蒸发器的发烟硫酸温度比用管壳式换热器要提高5℃左右(天津硫酸厂改为螺旋板式换热器后通报的数据)，这时SO3蒸发热耗降低非常明显。
2 SO3冷凝
2.1 工艺参数的选择
充分掌握液体SO3作业温度区间比较窄的特点，对气体SO3冷凝过程进行操作控制是非常必要的。笔者曾应用过立式及卧式管壳式冷凝器，壳程冷介质为水或空气，运行效果较好，冷凝后液体SO3成品直接进入成品储槽，无需再次冷却。大连化工首套SO3生产系统的冷凝器是一台立式管壳式冷凝器，因现场没有循环冷却水源，开车前临时新增一温水(35～40℃)循环系统，设置循环槽(Φ600 mm×600 mm)收集蒸发器的蒸汽冷凝液。开车时，先放入自来水并用蒸汽加热，水温控制在35～40℃，然后启动循环水泵，先输送到液体SO3成品储槽保温水夹套中。该夹套应完全避开液体SO3成品储槽壳体上的所有焊缝，包括所有接管管口焊缝，避免水漏入储槽引起爆炸。温水从成品储槽水夹套出来后，从下部进入冷凝器壳程，出来后即返回温水循环槽。开车正常后，蒸发器的蒸汽冷凝液回水可基本满足温水循环系统控制条件的要求，水温在35～40℃，可不添加新鲜水。
2.2 作业要点
大连化工第一套液体SO3装置开车2年后，发生冷凝器泄漏事故。这次事故后SO3冷凝器改成空气冷凝，并在低压风机的出口管上串联一蒸汽散热器，把空气加热至35～40℃再进入卧式冷凝器壳程，使用后排空。所以SO3冷凝器冷却介质采用水或空气都是可行的，用空气更为安全可靠。
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