紫外吸收光度分析仪在硫磺制酸中的应用

1 现状和问题
 
硫磺制酸转化器入口 SO2 气体浓度是生产中
 
必不可少的控制指标,但在**内外均未见合适的在线分析仪表用来测量此处 SO2 浓度。目前**内
 
装置一般不设此参数,或按硫铁矿制酸的经验,采用前置样气硫酸洗涤热导式 SO2 分析仪测量此参
 
数。热导式 SO2 分析仪能在硫铁矿制酸转化器入
 
口气体条件下长期稳定工作,而在硫磺制酸中,仪表的维护工作量较大,洗涤用硫酸需要每周更换,一般难以长期稳定使用。主要原因有 2 点:
 
a. 焚硫炉出来的炉气中含有一定量的 SO3
 
气体,未经净化直接进入转化器,其浓度远大于硫铁矿制酸干燥塔进入转化器时的工艺气体中的
 
SO3 浓度。含 SO3  的工艺气体进入分析仪时,易
 
与分析仪内的有机材质发生化学反应置换出碳,
 
致使仪表损坏。
 
b. 焚硫炉出来的炉气中含有一定量的水蒸气,水蒸气随样气进入分析仪时,由于样气温度降低,容易结露形成酸雾。酸雾与化学反应出的碳及其他杂质混合形成油状的黑色酸泥,酸泥堵塞热导传感器和管道,影响热导式 SO2 分析仪的正
 
常使用。
 
笔者研究发现紫外吸收光度分析仪可以克服
 
以上 2 个问题。紫外吸收光度分析仪从取样管道到测量池与样气接触部分均采用 316L 不锈钢材质,316L 不锈钢能承受焚硫炉出口炉气可能存在的露点腐蚀。由于紫外吸收光度分析仪的测量过程可在 160 ℃ 的温度下完成,可以防止测量样气结露形成酸雾。2 紫外吸收光度分析仪的工作原理
 
紫外吸收光度分析仪的工作原理已有详细报
[1 - 2],
道 此处不再赘述。整个分析仪按功能可以分成紫外光源部分、光学检测部分和电气控制计算部分。利用样气对光的不同吸收特性选择一个
 
SO2 吸收较大的紫外波长作为测量波长,来分析气体中 SO2 的浓度,选择一个 SO2 不吸收的紫外波长作为参比波长对测量波长进行浓度计算,计算结果可在液晶屏上显示。本分析仪采用双波长、单光源、单光路、参比测量的方式来实现 SO2
 
浓度测量,参比波长 365 nm,测量波长 283 nm。
 
3 紫外吸收光度分析仪的安装和使用
 
在硫磺制酸中,样气从转化器一段入口引出,直接接入分析仪的进口,并将分析仪的出口与转化器四段入口相接,利用转化器一,四段压差,驱动样气流过分析仪,完成测量。并保证样气不排入大气中,减少环境污染。具体安装示意如图 1。
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1 紫外吸收光度分析 在硫磺制酸系 安装示意
图 1 中所有管线均为 316 L 不锈钢材质,阀
门 1 和阀门 3 为样气流量控制阀门,阀门 2 为空
气反吹阀门,阀门 4 为放空阀门。工作时关闭阀
门 2 和阀门 4,打开阀门 1 和阀门 3; 标定时关闭
 
阀门 1 和阀门 3,打开阀门 2 和阀门 4,从阀门 2
 
下部进标气。使用中自备压缩空气或小气泵作为
 
零气。分析仪不需要附加的样气预处理系统。仪
 
表样气量比较小,一般控制在 300 ~ 600 mL /min,
故此样气流量不会影响转化工序的正常运行。
紫外吸收光度分析仪的技术指标为:
         
测量范围 φ( SO2 ) ,% 0 ~ 15  
重复性误差 < ± 3% F. S.  
线性误差        
  < ± 3% F. S.    
响应时间 /s ≤120      
         
测量精度5% F. S.      

从技术指标看紫外吸收光度分析仪的测量范
围完全可以满足硫磺制酸转化器入口 SO2 浓度的
测量要求。重复性误差和线性误差优于热导式
 
SO2 分析仪,尤其是响应时间大大优于热导式
 
SO2 分析仪,对于希望利用转化器入口 SO2  浓度
 
来调整焚硫炉工况的装置这一点尤为重要。紫外
 
                   
吸收光度分析仪测量精度与热导式 SO2 分析仪相
当,但从使用的情况看实际分辨率和精度远优于
5% F. S. 。            
             
笔者利用紫外吸收光度分析仪对标准样气
进行标定,标准样气采用江苏计量测试研究院
 
生产的氮气中含有的二氧化硫气体,标定数据
 
如表 1。            
             

    表 1 紫外吸收光度分析   准 气的 定 果          
                               
项  目       上行             下行        
                             
标准样气 φ( SO2 ) ,% 0. 497 1. 50 5. 00 10. 10 14. 85     14. 85 10. 10 5. 00 1. 50 0. 497    
仪器显示 φ( SO2 ) ,% 0. 675 1. 70 4. 67 10. 27 14. 73     14. 70 10. 25 4. 66 1. 68 0. 670    
误差,% 1. 20 1. 33 - 2. 20 1. 10 - 0. 80 - 1. 00 1. 00 - 2. 30 1. 20 1. 15    
                 
4  结语           析仪已在 100,300,500 kt /a 硫磺制酸装置上使用,
  从长期使用看,由于采用了频闪技术,使紫外  
     
灯及光学检测部分的设计寿命在 5 年以上。已有  
   
         
多家硫酸厂实际运行 3 年以上 并且没有出现紫  
外灯或光学检测部分衰减现象。分析仪的工艺样  
气流经接触面为 316L 不锈钢,同时,紫外吸收光  
度分析仪测量池采用高温测量方式可防止酸雾的  
             
形成和腐蚀,为仪器的长期稳定工作奠定了基础。
             
  转化器入口 SO2 浓度的控制对硫磺制酸装置的
优化运行具有很重要的指导意义。目前,南化集团
研究院仪表及自动化研究所研发的紫外吸收光度分
析仪已在 100,300,500 kt /a 硫磺制酸装置上使用,
均取得了令人满意的结果。通过转化器入口 SO2 浓
                   
度测量,可以有效调节焚硫炉的喷磺量,控制焚硫炉
                   
出口 SO2 浓度; 同时控制转化器入口的氧硫比,由
                   
此提高转化器的总转化率并减少尾气 SO2 排放。