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        硫酸轉(zhuǎn)化器中的催化劑性能優(yōu)化

        2021-02-28 07:56:40CarmoPereiraSoeLwinBenjaminWoodTimothyFelthouseCristinaKulczycki
        硫酸工業(yè) 2021年12期
        關(guān)鍵詞:蓋斯制酸床層

        Carmo J Pereira, Soe Lwin, Benjamin R Wood, Timothy R Felthouse, Cristina R Kulczycki

        [伊萊森清潔技術(shù) 孟莫克?(MECS?)技術(shù),美國(guó)密蘇里州 圣路易斯市]

        制酸裝置在設(shè)計(jì)伊始要求滿足生產(chǎn)能力和排放要求,但隨著新挑戰(zhàn)的出現(xiàn),這些要求也隨之改變,如受市場(chǎng)行情帶動(dòng),產(chǎn)能面臨擴(kuò)產(chǎn)或閑置,又或環(huán)保法規(guī)要求進(jìn)一步降低排放。此外,操作維護(hù)不當(dāng)也可能帶來(lái)裝置性能下降。這些都要求技術(shù)供應(yīng)商與用戶共同合作,精準(zhǔn)施策,解決這些難題。

        孟莫克派蓋斯(PeGASyS?)測(cè)試服務(wù)是高效收集裝置數(shù)據(jù)的一套具備成本效益的評(píng)估方法,通過(guò)將采集的數(shù)據(jù)與孟莫克專有工具結(jié)合分析,可實(shí)現(xiàn)問(wèn)題根源診斷、裝置性能優(yōu)化、設(shè)備改造效益評(píng)估的功能。此外,用戶還可利用分析結(jié)果評(píng)估供貨商提出的催化劑建議(包括3款MECS新催化劑),挖掘裝置潛在產(chǎn)能、降低排放、延長(zhǎng)生產(chǎn)周期、降本增效地解決運(yùn)行問(wèn)題。定期進(jìn)行派蓋斯評(píng)估可明晰裝置性能和排放數(shù)據(jù)、校核催化劑效能的逐年變化,展現(xiàn)新技術(shù)的優(yōu)越性。

        1 制酸裝置分析

        制酸裝置的設(shè)計(jì)以降本增效滿足用戶產(chǎn)量和排放指標(biāo)為出發(fā)點(diǎn),本著最大限度提升裝置開車率、最大限度降低投資和運(yùn)行成本的原則,從焚硫爐到二吸塔將必不可少的各臺(tái)單體設(shè)備融匯到工藝中。風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)提供抽吸設(shè)計(jì)氣量和滿足產(chǎn)能要求所需的動(dòng)力。焚硫爐設(shè)計(jì)提供對(duì)應(yīng)的燃燒溫度、氣相湍流、燃燒時(shí)間等條件,保證含硫原料完全燃燒,而不產(chǎn)生二次排放(如氮氧化物)。轉(zhuǎn)化器整體設(shè)計(jì)決定各段反應(yīng)氣體的線性流速,轉(zhuǎn)化器內(nèi)部布局保障各段橫截面內(nèi)的流量和溫度變化足夠小。

        催化劑技術(shù)是維系制酸裝置穩(wěn)健、高能效、低排放設(shè)計(jì)中很重要的一環(huán)。過(guò)去幾十年來(lái),已針對(duì)各段床層研發(fā)出多種活性強(qiáng)、壓降低的催化劑,許多文獻(xiàn)中都有論述。床層催化劑的類型和裝填量決定著該段床層的轉(zhuǎn)化率和壓降大小,催化劑床層設(shè)計(jì)保障在最佳壓降下床層SO2轉(zhuǎn)化率最大。雖然壓降較大時(shí),床層橫截面內(nèi)流動(dòng)均勻性好,但相應(yīng)地制酸裝置需要的風(fēng)機(jī)升壓增加,導(dǎo)致主風(fēng)機(jī)相關(guān)的成本增加、制酸裝置產(chǎn)能受限。一般而言,總壓降每減小1.25 kPa,制酸裝置生產(chǎn)能力提升1%左右。

        通常,轉(zhuǎn)化器在一吸塔前設(shè)3段催化劑床層,在一吸塔后二吸塔前設(shè)1~2段床層,分別稱為“3+1”或“3+2”裝置。吸收塔設(shè)除霧器元件可以強(qiáng)效清除酸霧酸滴,否則酸霧泄漏將影響SO2轉(zhuǎn)化率和裝置達(dá)標(biāo)排放。換熱器和省煤器提供能量整合方案,具體用于移走SO2氧化成SO3反應(yīng)放出的熱量,加熱反應(yīng)氣到各段床層所需的最佳進(jìn)氣溫度,以及產(chǎn)生工藝蒸汽等。視裝置的規(guī)模和廠址位置而定,產(chǎn)出的工藝蒸汽可直接轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)效益,為裝置創(chuàng)收。即使管道規(guī)格和鋪設(shè)影響到制酸系統(tǒng)所需的風(fēng)機(jī)升壓,限制產(chǎn)能,工藝許可方仍在不斷研發(fā)新設(shè)備和催化劑技術(shù),以期進(jìn)一步降低裝置投資和運(yùn)行成本。

        裝置投產(chǎn)后,用戶的新需求常常層出不窮。期間可能要求提高裝置效能、增大硫酸產(chǎn)量,即使原因在于用戶生產(chǎn)回路中其他單元的產(chǎn)能無(wú)法提升。不論是計(jì)劃擴(kuò)增還是縮減產(chǎn)能,可能都必需對(duì)裝置內(nèi)的各臺(tái)單體設(shè)備進(jìn)行詳細(xì)評(píng)估(由于各臺(tái)單體設(shè)備生產(chǎn)彈性各不相同,又各自為限),有時(shí)裝置可能需要遵從更為嚴(yán)格的環(huán)保法規(guī)。明確和實(shí)施可能的降本增效方案前,必須先確定整體裝置的性能基準(zhǔn)。

        除市場(chǎng)需求和環(huán)境排放指標(biāo)外,裝置產(chǎn)能還可能受運(yùn)行問(wèn)題影響。例如,一層催化劑破損或積灰可能會(huì)增大壓降、限制產(chǎn)能,使風(fēng)機(jī)運(yùn)行曲線下移。其中某些問(wèn)題可通過(guò)工藝操作參數(shù)調(diào)整得到暫時(shí)緩解,但許多調(diào)整需要停車檢修才能進(jìn)行。某些情況下,由于缺乏數(shù)據(jù)支撐,廠家可能會(huì)舍棄長(zhǎng)遠(yuǎn)利益,草率選擇實(shí)施一些貌似成本低、見(jiàn)效快的修復(fù)。例如,如果壓降增大,廠家可能選擇直接更換掉一整層的催化劑,而不進(jìn)行故障排除,待查明根本原因再篩換某一段床層的催化劑。又如,檢測(cè)換熱器泄漏已成為行業(yè)公認(rèn)的老大難問(wèn)題。不進(jìn)行泄漏峰值的量化分析,可能有損能效,造成SO2超標(biāo)排放。由于全方位性能評(píng)估是從全局出發(fā)、明晰和確定解決問(wèn)題的最佳途徑以實(shí)現(xiàn)降本增效,所以,那些與業(yè)內(nèi)領(lǐng)先技術(shù)供應(yīng)商合作,選擇定期對(duì)取樣數(shù)據(jù)進(jìn)行深入評(píng)估的廠家,競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)將遠(yuǎn)超同行。

        2 孟莫克派蓋斯評(píng)估

        孟莫克研發(fā)的派蓋斯評(píng)估工具可幫助用戶診斷裝置問(wèn)題實(shí)現(xiàn)降本增效。在檢修(或計(jì)劃停車)前先進(jìn)行性能評(píng)估,在此基礎(chǔ)上出具設(shè)備和/或催化劑更換和/或修復(fù)意見(jiàn)。另外,用戶往往還要求在檢修后進(jìn)行二次評(píng)估,明確改造優(yōu)勢(shì)。

        派蓋斯測(cè)試工具包括1臺(tái)定制設(shè)計(jì)的便攜式氣相色譜儀、載具/標(biāo)定氣/樣品注射器及系統(tǒng)安全高效運(yùn)行所需的所有必要輔助設(shè)備。與其他監(jiān)測(cè)程序不同,派蓋斯測(cè)試服務(wù)本身不需要用戶太多現(xiàn)場(chǎng)配合,測(cè)試無(wú)需氣體取樣袋、也無(wú)其他運(yùn)輸要求。技術(shù)人員通常只需在預(yù)定測(cè)試日前一天抵達(dá)用戶現(xiàn)場(chǎng),提前設(shè)置并做好設(shè)備校準(zhǔn)。技術(shù)人員需確定各個(gè)取樣點(diǎn)的SO2濃度和O2濃度,期間可能需要反復(fù)多次測(cè)量,獲得可靠數(shù)據(jù)。如需質(zhì)量分析(如測(cè)量SO3泄漏),可能需要使用精度到小數(shù)點(diǎn)后4位的分析天平。每次裝置測(cè)試,數(shù)據(jù)采集通常需要一整天的時(shí)間。孟莫克派蓋斯監(jiān)測(cè)服務(wù)系統(tǒng)見(jiàn)圖1。

        圖1 孟莫克派蓋斯監(jiān)測(cè)服務(wù)系統(tǒng)

        盡管用戶沒(méi)有參與到測(cè)試中來(lái),但評(píng)估裝置性能和擬定整修意見(jiàn)卻離不開用戶參與。測(cè)試期間,裝置應(yīng)保持在設(shè)計(jì)能力(或方便診斷潛在問(wèn)題的其他工況下)運(yùn)行??赡苄枰脩籼峁┯嘘P(guān)產(chǎn)能、氣體濃度、轉(zhuǎn)化器尺寸、催化劑裝填量、催化劑床層出入口溫度、催化劑床層壓降、煙囪分析儀測(cè)定的O2和SO2尾排濃度等方面的具體信息。聽取用戶對(duì)操作問(wèn)題和近期需求的反饋意見(jiàn),有助于明確測(cè)試工作的著眼點(diǎn),幫助技術(shù)人員出具更具針對(duì)性的裝置性能評(píng)估意見(jiàn)。

        派蓋斯測(cè)試服務(wù)中獲得的數(shù)據(jù)可明晰制酸裝置氣體側(cè)的性能指標(biāo),對(duì)裝置分析儀和指示器的校準(zhǔn)度,提供獨(dú)立校核報(bào)告,還可對(duì)裝置監(jiān)測(cè)系統(tǒng)記錄的SO2排放量進(jìn)行調(diào)適,明確每段催化劑床層的SO2轉(zhuǎn)化率和換熱器泄漏信息。提供的床層出入口溫度及轉(zhuǎn)化器和換熱器信息,可作為評(píng)估整個(gè)生產(chǎn)工藝質(zhì)量和能量平衡的詳細(xì)依據(jù),床層壓降信息(結(jié)合壓降增大趨勢(shì))可作為催化劑篩分的依據(jù)。

        把裝置數(shù)據(jù)饋入孟莫克專有工具,可比較預(yù)測(cè)壓降與觀測(cè)壓降、評(píng)估催化劑效能、確定有助提高轉(zhuǎn)化率的操作參數(shù)。這套工具還可用于產(chǎn)能改善靈敏度研究,明確改用新催化劑的價(jià)值。評(píng)估中用到的評(píng)估方法在下一節(jié)進(jìn)行圖解說(shuō)明。

        3 裝置性能提升

        制酸裝置數(shù)據(jù)的校核有賴于技術(shù)人員從全局對(duì)裝置高度準(zhǔn)確的把握能力,也需要精準(zhǔn)工具進(jìn)行相關(guān)評(píng)估。不過(guò),在使用工具前必須先檢查原始數(shù)據(jù)的一致性。另外,還必須考慮到與大型轉(zhuǎn)化器取樣有關(guān)的某些普遍性問(wèn)題。

        同一取樣點(diǎn)手動(dòng)采集的測(cè)量次數(shù)受測(cè)試時(shí)長(zhǎng)限制,必須認(rèn)真校驗(yàn)數(shù)據(jù),保障優(yōu)于測(cè)試方法本身的精確度和再現(xiàn)性要求。必須校核SO2和O2濃度測(cè)量值,確保無(wú)空氣漏入樣本中。如果進(jìn)行質(zhì)量分析,必須妥善處理樣品。

        由于流量和溫度分布不均勻,轉(zhuǎn)化器某個(gè)床層某一固定取樣點(diǎn)分多次測(cè)量的測(cè)量值,可能與在轉(zhuǎn)化器橫截面內(nèi)取多點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量的測(cè)量值不同。由于局部氣速和入口條件決定著局部轉(zhuǎn)化率,氣體成分和入口溫度決定著平衡轉(zhuǎn)化率,因此分布不均勻?qū)Υ_定床層轉(zhuǎn)化率的影響不容小覷。床層分布不良的,只一處取樣點(diǎn)的測(cè)量值可能不能整體反映轉(zhuǎn)化器內(nèi)床層的性能。

        即使SO2轉(zhuǎn)化生產(chǎn)工藝看似處于穩(wěn)態(tài)運(yùn)行中,爐膛控制問(wèn)題也可能引發(fā)進(jìn)氣SO2濃度波動(dòng)。進(jìn)氣SO2濃度的變化范圍還應(yīng)視原料氣的取用來(lái)源而定,例如,冶煉煙氣制酸的進(jìn)氣SO2濃度變化比硫磺制酸高,取樣點(diǎn)測(cè)得的SO2濃度可能與上游測(cè)得的SO2濃度不嚴(yán)格一致。數(shù)據(jù)校核更復(fù)雜的一點(diǎn)還表現(xiàn)在,由于固體蓄熱多得多,氣相濃度的動(dòng)態(tài)變化比床層溫度變化快許多。應(yīng)用數(shù)據(jù)前,必須先校核好轉(zhuǎn)化率和溫升測(cè)量值。

        表1所示為1套3 950 t/d硫磺制酸裝置利用孟莫克派蓋斯測(cè)試工具進(jìn)行性能評(píng)估的數(shù)據(jù)。進(jìn)氣中,φ(SO2)在 11.5%、φ(O2)在 9.5%。一段床層裝填低壓降的MECS?GR-330催化劑,二段和三段床層裝填XLP-110催化劑,四段床層裝填SCX-2000催化劑。經(jīng)對(duì)該套裝置進(jìn)行派蓋斯測(cè)試服務(wù),測(cè)試數(shù)據(jù)表明換熱器無(wú)泄漏,即一段床層出口氣體成分與二段床層進(jìn)氣成分相同,二、三、四段床層同理。

        由表1可見(jiàn):將派蓋斯測(cè)試數(shù)據(jù)饋入孟莫克專有工具,基于催化劑裝填量評(píng)估各段床層的催化劑能效值,利用這些能效值評(píng)估工具可以校核裝置性能。校準(zhǔn)數(shù)據(jù)與派蓋斯測(cè)試數(shù)據(jù)相比略有不同,但吻合度很高。

        表1 從3 950 t/d硫磺制酸裝置獲得的派蓋斯數(shù)據(jù)的模型校核

        對(duì)于工業(yè)裝置而言,由于評(píng)估平衡轉(zhuǎn)化率和催化劑平均活性相對(duì)復(fù)雜,需要通過(guò)某些工程判斷才能評(píng)估床層催化劑效能。例如,如果在保障入口溫度和流量均勻下,一段床層平衡轉(zhuǎn)化率為63%;分布不良及催化劑床層裝填有問(wèn)題可能使轉(zhuǎn)化率降低,下降到61%。如果將差值全歸因于催化劑活性下降,評(píng)估的床層效能可能會(huì)跌出合理區(qū)間。換熱器泄漏可能造成某轉(zhuǎn)化器一段出口SO2濃度與下一段入口濃度不同。同樣,如果不計(jì)入泄漏,催化劑效能可能也會(huì)判斷錯(cuò)誤。另外,由于裝置運(yùn)行多年后,同一段床層內(nèi)往往裝填有不同使用年限、活性狀態(tài)又全然不同的多種催化劑,這樣一來(lái)應(yīng)視催化劑年限、床層位置和其他多項(xiàng)因素確定催化劑效能,就更加困難。

        孟莫克評(píng)估工具能夠給出裝置性能與催化劑活性相吻合的催化劑效能值?;趯?duì)各段催化劑效能的反饋,判斷是否需要更換催化劑。另外還提供裝置“既往”樣品的實(shí)驗(yàn)室活性和耐用性測(cè)量報(bào)告。需要執(zhí)行派蓋斯測(cè)試服務(wù)年度評(píng)估的用戶可以監(jiān)測(cè)床層逐年的性能變化,從而一遇任何微小變化都可全面分析掌握,并迅速行動(dòng)。

        現(xiàn)在利用可調(diào)諧性評(píng)估工具,嘗試在現(xiàn)行裝填催化劑下對(duì)裝置性能進(jìn)行優(yōu)化。表1中溫度優(yōu)化數(shù)據(jù)是利用催化劑效能和其他參數(shù)對(duì)各段進(jìn)氣溫度進(jìn)行優(yōu)化后的數(shù)據(jù)。在理想的流量和溫度控制下,預(yù)計(jì)裝置轉(zhuǎn)化率有望增加到99.97%,尾排中φ(SO2)低于 0.005 0%。

        運(yùn)用表1中的校準(zhǔn)數(shù)據(jù),利用孟莫克評(píng)估工具可以探究SO2排放與裝置產(chǎn)能之間的關(guān)系。如圖2所示,如果輸入?yún)?shù)保持不變,與預(yù)期一致,SO2排放量隨產(chǎn)能增大而增加。

        圖2 利用孟莫克評(píng)估工具確立的裝置產(chǎn)能與SO2排放濃度關(guān)系曲線

        催化劑的數(shù)次創(chuàng)新使硫酸產(chǎn)能擴(kuò)張成為可能,化學(xué)性質(zhì)的改良使SO2氧化轉(zhuǎn)化速率越來(lái)越高。幾十年來(lái),催化劑形狀經(jīng)歷了從柱狀到環(huán)狀再到更復(fù)雜形狀的轉(zhuǎn)變。催化劑幾何形狀的改變,實(shí)現(xiàn)了在更低床層壓降下能夠與催化活性部位更好接觸。在這方面,首推2011年推出的MECS?GEARTM催化劑。得益于其獨(dú)特形狀,GEARTM催化劑可避免臨近契合嵌入。GEARTM催化劑由于活性高、壓降低,在全球范圍內(nèi)被廣為使用。另一大優(yōu)點(diǎn)是,GEARTM催化劑容塵能力強(qiáng)。GEARTM催化劑床層的空隙率使粉塵顆粒向下分布于床層,從而大大推遲了傳統(tǒng)催化劑在一開始觀測(cè)到的床層壓降躍升現(xiàn)象。這一優(yōu)勢(shì)使某些裝置得以順利延長(zhǎng)檢修期,將通常名義上為2年一次的大修周期延長(zhǎng)到3年。

        新款MECS?XLP-310催化劑很快將面向用戶銷售。XLP-310催化劑與XLP-110催化劑形狀相同,在中試裝置上測(cè)試表明:同體積下其活性比XLP-110催化劑高出53%。XLP-310催化劑最宜在轉(zhuǎn)化器二、三段床層使用。圖3為MECS中試轉(zhuǎn)化器二段床層分別裝填XLP-310催化劑和XLP-110催化劑在430 ℃下的轉(zhuǎn)化率對(duì)比。

        圖3 分別裝填XLP-310和XLP-110催化劑在430 ℃下的轉(zhuǎn)化率對(duì)比

        由圖3可見(jiàn):XLP-310催化劑比XLP-110催化劑活性高得多,裝填量不變情況下,轉(zhuǎn)化率更高,在裝置尾排SO2濃度保持不變時(shí),XLP-310催化劑裝填量更少。

        利用孟莫克專有評(píng)估工具,以SO2減排和降成本為切入點(diǎn),評(píng)估XLP-310催化劑的投用優(yōu)勢(shì)。在1套 4 170 t/d的硫磺制酸裝置上,在進(jìn)氣成分為φ(SO2)11.5%、φ(O2) 9.5%的基礎(chǔ)工況下,觀測(cè)催化劑應(yīng)用優(yōu)勢(shì)?;A(chǔ)工況催化劑及其裝填量與表1相同,調(diào)節(jié)各段催化劑的能效,使基礎(chǔ)工況下排放SO2保持在世界許多地區(qū)都通行的φ(SO2) ≤0.021 1%排放標(biāo)準(zhǔn)。為分析需要,假定說(shuō)服用戶將轉(zhuǎn)化器二段床層1/3的XLP-110催化劑改用XLP-310催化劑。4 170 t/d裝置轉(zhuǎn)化器二段床層裝填XLP-310催化劑的指標(biāo)對(duì)比見(jiàn)表2。

        表2 4 170 t/d裝置轉(zhuǎn)化器二段床層裝填XLP-310催化劑的指標(biāo)對(duì)比

        從表2情景一可以看出,轉(zhuǎn)化器二段床層1/3催化劑改用XLP-310后,累積轉(zhuǎn)化率從99.85%提高到99.88%,排放φ(SO2)從0.021 1%下降到0.016 2%。而如果只以維持基礎(chǔ)工況轉(zhuǎn)化率來(lái)加填XLP-310催化劑,發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)化器二段床層只需加填基礎(chǔ)工況17%的催化劑,二段床層總裝填量得以削減16.3%。這樣一來(lái),用戶原床層只需采購(gòu)17%而非33%的新催化劑就能滿足轉(zhuǎn)化率要求,成本節(jié)省49%。轉(zhuǎn)化器二、三段床層裝填XLP-310催化劑的能效指標(biāo)如表3所示。

        表3 4 170 t/d裝置轉(zhuǎn)化器二、三段床層裝填XLP-310催化劑指標(biāo)對(duì)比

        由表3可見(jiàn):在這種情況下,轉(zhuǎn)化器二、三段床層各有1/3的催化劑改用XLP-310,將XLP-110同體積改用XLP-310后,轉(zhuǎn)化率從99.85%提高到99.90%,排放φ(SO2)從0.021 1% 下降到 0.013 5%?,F(xiàn)在利用MECS專有工具中的優(yōu)化程序,在保持與基礎(chǔ)工況排放量相同的情況下,減少轉(zhuǎn)化器二、三段床層的催化劑量。發(fā)現(xiàn)若保持與基礎(chǔ)工況相同的轉(zhuǎn)化率和排放量,各段只需改填16%或17%的XLP-310催化劑(而非基礎(chǔ)工況下33%的XLP-110)。另外,以保持轉(zhuǎn)化率為唯一考量,用戶催化劑采購(gòu)量可削減50%。

        超級(jí) GEARTM(SUPER GEAR?)催化劑是新推出的另一款催化劑,形狀與GR-310催化劑相同,等體積活性比XLP-110催化劑高出65%。如上所述,GEARTM催化劑形狀與同大小的六棱環(huán)狀催化劑相比,更具低壓降優(yōu)勢(shì)。這一優(yōu)點(diǎn)使超級(jí)GEARTM催化劑成為積灰環(huán)境嚴(yán)重的轉(zhuǎn)化器一段及后面三段床層的更好選擇。轉(zhuǎn)化器三段床層改用超級(jí)GEARTM催化劑轉(zhuǎn)化率優(yōu)于傳統(tǒng)催化劑,使GEARTM催化劑成為現(xiàn)有裝置克服提產(chǎn)減排瓶頸的理想選擇。

        4 170 t/d的“3+1”裝置轉(zhuǎn)化器三段床層使用超級(jí)GEARTM催化劑的性能對(duì)比見(jiàn)圖4。

        圖4 4 170 t/d裝置轉(zhuǎn)化器3段使用超級(jí)GEARTM催化劑的性能對(duì)比

        在圖4情景一中,三段床層頂部裝填超級(jí)GEARTM催化劑。發(fā)現(xiàn)改用活性更強(qiáng)的超級(jí)GEARTM催化劑后,累積轉(zhuǎn)化率由99.85%提高到99.90%,尾排φ(SO2)下降到0.014 5%。如果裝置僅需實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)工況的達(dá)標(biāo)排放,超級(jí)GEARTM催化劑需用量會(huì)更少。結(jié)合利用派蓋斯采集數(shù)據(jù)與專有評(píng)估工具進(jìn)行評(píng)估,發(fā)現(xiàn)使用超級(jí)GEARTM催化劑作為可行方案,可滿足用戶提產(chǎn)減排目標(biāo)的近期需求。

        孟莫克改進(jìn)型銫催化劑有望在近期推出,基于催化劑在中試裝置上的研究,與在售SCX-2000催化劑相比,同體積活性增強(qiáng)20%。與推出的其他催化劑進(jìn)行同等考量,發(fā)現(xiàn)這種催化劑可用于SO2減排,或在SO2排放量保持不變的情況下減少催化劑裝填量。

        4 商用實(shí)例分析

        定期進(jìn)行派蓋斯評(píng)估可幫助用戶明晰裝置性能、診斷設(shè)備和運(yùn)行問(wèn)題、實(shí)施降本增效方案,滿足企業(yè)短期和長(zhǎng)期需求。以兩例硫磺制酸裝置為例,進(jìn)行運(yùn)用這種評(píng)估方法后的實(shí)例分析。每一實(shí)例下,派蓋斯評(píng)估均提示采用新催化劑技術(shù)來(lái)提升轉(zhuǎn)化率和降低壓降的契機(jī)。裝填催化劑后經(jīng)派蓋斯評(píng)估,確認(rèn)性能改善顯著。

        4.1 實(shí)例一

        1套 3 175 t/d的“3+1”硫磺制酸裝置應(yīng)用GR-330和XLP-310催化劑后,GR-330在提產(chǎn)方面、XLP-310催化劑在提高SO2轉(zhuǎn)化率和裝置SO2減排方面彰顯出優(yōu)勢(shì)。裝置4個(gè)床層原來(lái)均使用MECS?XLP-110催化劑,床層基本存在流量分布不均勻的問(wèn)題,一段床層尤為明顯。

        表4為近年來(lái)裝置每年進(jìn)行一次派蓋斯評(píng)估服務(wù)所采集的裝置數(shù)據(jù)。利用一段前后的累積轉(zhuǎn)化率評(píng)估床層轉(zhuǎn)化率。該裝置的派蓋斯數(shù)據(jù)及后續(xù)分析表明換熱器無(wú)泄漏,即一段床層出口煙氣成分與二段床層進(jìn)口煙氣成分相同,二、三、四段同理。

        表4 3 175 t/d硫磺制酸裝置派蓋斯評(píng)估

        以這家世界級(jí)工廠第一年的產(chǎn)能和SO2排放量為基準(zhǔn)(即第一年產(chǎn)能和SO2排放量為單位1),這家工廠有擴(kuò)能想法。派蓋斯評(píng)估表明:將轉(zhuǎn)化器一段床層原來(lái)的XLP-110催化劑改為GR-330催化劑,可以減小壓降,并可在現(xiàn)有風(fēng)機(jī)下實(shí)現(xiàn)裝置提產(chǎn)。裝置遂在第二年年度檢修中,將一段床層改用GR-330催化劑,替換掉原來(lái)的XLP-110催化劑。與預(yù)期設(shè)想一致,一段轉(zhuǎn)化率從56.49%提高到61.18%,接近基于SO2濃度和一段床層進(jìn)口溫度測(cè)算的平衡轉(zhuǎn)化率。不過(guò),更重要的是裝置產(chǎn)能提高了10%。此外,即使產(chǎn)能增加,一段床層壓降也顯著減小,原來(lái)裝填XLP-110在減負(fù)荷下壓降為1.8 kPa,在改填GR-330后,在高負(fù)荷下壓降為1.4 kPa(壓降凈減小22%)。后續(xù)檢修(第三、四年)中一段床層除補(bǔ)加篩分損失外,催化劑量基本變化不大。這些年來(lái),一段平均轉(zhuǎn)化率一直穩(wěn)定保持在62.3%。

        評(píng)估周期內(nèi),轉(zhuǎn)化器二段床層一直沿用XLP-110催化劑,床層只補(bǔ)加過(guò)用以彌補(bǔ)篩分損失的少量催化劑。整個(gè)運(yùn)行期限內(nèi),二段轉(zhuǎn)化率始終保持在60%左右。在第三年年初,二段轉(zhuǎn)化率確實(shí)低于期望值。不過(guò),在數(shù)據(jù)校核期間,孟莫克評(píng)估工具表明,基于溫升信息中間可能存在小的測(cè)量誤差,實(shí)際轉(zhuǎn)化率應(yīng)該在60%~61%。

        第三年,廠家要求協(xié)助確定在檢修期間內(nèi)如何整修來(lái)減少SO2排放。利用之前派蓋斯評(píng)估數(shù)據(jù)和專有評(píng)估工具提供的信息,確定轉(zhuǎn)化器三、四段床層全部改用XLP-310催化劑效果最佳??上?,由于裝置本身的限制,在檢修期內(nèi)三段床層只部分改用了新催化劑。不過(guò),四段床層得以全部改用XLP-310催化劑。即使三段床層只部分改用新催化劑,檢修后收集的派蓋斯測(cè)試數(shù)據(jù)表明,三段轉(zhuǎn)化率從49.95%躍升到60.10%。利用MECS評(píng)估工具,相當(dāng)于催化劑能效提升近40%?;诘谌耆?、四段轉(zhuǎn)化率提升,廠家在第四年果斷將三段床層催化劑全部改用XLP-310。與預(yù)期設(shè)想一致,在第四年進(jìn)行派蓋斯評(píng)估和后續(xù)分析確定,三段轉(zhuǎn)化率從60.10%升至65.70%。改用XLP-310后,與基礎(chǔ)工況相比,催化劑總能效提升到近60%,孟莫克評(píng)估工具最初提示的建議和新款催化劑的性能進(jìn)一步得到證實(shí)。

        轉(zhuǎn)化器四段床層在改用XLP-310催化劑后性能躍升顯著。第一、二年,四段轉(zhuǎn)化率保持在92%左右。在第三年,四段床層X(jué)LP-110全層改用XLP-310催化劑后,轉(zhuǎn)化率升高到96.08%,相當(dāng)于催化劑能效提高近50%。第四年床層催化劑未做改動(dòng)。即使在第三年到第四年產(chǎn)能增加的情況下,四段轉(zhuǎn)化率穩(wěn)定保持在95.20%。

        總的來(lái)說(shuō),因?yàn)檗D(zhuǎn)化器一段床層改用GR-330催化劑,產(chǎn)能提升10%,在第四年中,三、四段床層改用XLP-310催化劑,產(chǎn)能再提高1.8%。期間,第一年累積轉(zhuǎn)化率為99.49%,第四年累積轉(zhuǎn)化率增大到99.80%,SO2排放量減少60%,這很大程度上得益于XLP-310催化劑的超強(qiáng)活性。

        通過(guò)實(shí)例分析,明確如何將例行派蓋斯評(píng)估數(shù)據(jù)與裝置產(chǎn)能和排放目標(biāo)的反饋意見(jiàn)相結(jié)合,通過(guò)有針對(duì)性地實(shí)施新舊催化劑技術(shù)實(shí)現(xiàn)提產(chǎn)和減排目標(biāo)。新款GR-330催化劑在降低壓降、提高轉(zhuǎn)化率方面的價(jià)值得以展現(xiàn)。

        4.2 實(shí)例二

        該實(shí)例中,應(yīng)用超級(jí)GEARTM催化劑后,1套3 600 t/d的“3+1”硫磺制酸裝置在催化劑量保持不變的情況下得以實(shí)現(xiàn)提產(chǎn)減排。

        表5為超級(jí)GEARTM催化劑裝填前后進(jìn)行派蓋斯評(píng)估所獲得的相關(guān)裝置信息和數(shù)據(jù)。

        表5 3 600 t/d硫磺制酸裝置派蓋斯評(píng)估

        裝置轉(zhuǎn)化器一段床層原為GR-330催化劑和XLP-110催化劑混用,其他所有床層裝填XLP-110催化劑。檢修期間,將一段床層混裝的GR-330和XLP-110催化劑改用GR-330催化劑,結(jié)果一段轉(zhuǎn)化率由61.73%提高到63.39%。

        將二段床層的XLP-110催化劑改為超級(jí)GEARTM催化劑與XLP-110催化劑混用。由于裝置未能優(yōu)化二段進(jìn)氣溫度,受轉(zhuǎn)化平衡轉(zhuǎn)化率限制,轉(zhuǎn)化率幾乎保持不變。發(fā)現(xiàn)檢修后床層壓降減小約20%,這部分得益于超級(jí)GEARTM催化劑的特殊形狀。

        超級(jí)GEARTM催化劑的顯著優(yōu)勢(shì)在三段得以體現(xiàn)。三段改用超級(jí)GEARTM催化劑,三段轉(zhuǎn)化率從原來(lái)的56.95%躍升到66.18%,這相當(dāng)于催化劑活性提高67%。另外,床層兩側(cè)壓降減小15%左右,這也是GEARTM催化劑預(yù)期能夠達(dá)到的正常水平。

        轉(zhuǎn)化器四段床層X(jué)LP-110催化劑改為SCX-2000含銫催化劑與XLP-110催化劑混用。四段轉(zhuǎn)化率由原來(lái)的91.29%提高到94.89%,在很大程度上得益于SCX-2000含銫催化劑。基于MECS專有工具的分析,床層催化劑活性提高65%。經(jīng)該段床層與其他床層的聯(lián)合調(diào)整,通過(guò)有針對(duì)性地使用新催化劑,并結(jié)合MECS分析工具卓越的評(píng)估技術(shù),從而使裝置以最低成本實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。

        通過(guò)該實(shí)例分析再次證明,派蓋斯評(píng)估與孟莫克專有評(píng)估工具結(jié)合使用,裝置在提產(chǎn)減排的同時(shí),累積轉(zhuǎn)化率可由檢修前的99.55%提高到檢修后的99.78%,并且SO2排放量減少超50%。裝置產(chǎn)能增加約7.5%,由檢修前的3 400 t/d,在檢修后增至3 660 t/d。評(píng)估工具還提示,通過(guò)溫度優(yōu)化,轉(zhuǎn)化器二段轉(zhuǎn)化率可進(jìn)一步提高。從中也證實(shí)GR-330催化劑在減小壓降、新款超級(jí)GEARTM催化劑在提高轉(zhuǎn)化率方面具備優(yōu)勢(shì)。

        5 結(jié)語(yǔ)

        經(jīng)過(guò)多年測(cè)試實(shí)踐證實(shí),派蓋斯測(cè)試服務(wù)能夠通過(guò)可靠精確測(cè)算裝置重要數(shù)據(jù),切實(shí)優(yōu)化裝置性能,成為制酸裝置必不可少的一款應(yīng)用工具。正是以這部分測(cè)試數(shù)據(jù)為支撐,孟莫克才能結(jié)合專有分析工具評(píng)價(jià)催化劑的真實(shí)狀態(tài)、診斷問(wèn)題(轉(zhuǎn)化器內(nèi)外),最終得以向用戶提供針對(duì)性方案,來(lái)優(yōu)化裝置性能。

        孟莫克新款XLP-310催化劑、超級(jí)GEARTM催化劑以及即將推出的第三代超級(jí)銫催化劑具有更強(qiáng)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì),這些催化劑與其他目前使用的催化劑可幫助用戶減排、提產(chǎn)或延長(zhǎng)檢修周期。新款XLP-310和超級(jí)GEARTM催化劑的性能如實(shí)例分析中所述,已通過(guò)試商用證實(shí)。

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