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(mǎn)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(hù)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(zhuān)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(hù)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(mǎn)足用戶(hù)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(kāi)車(chē)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(mǎn)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(xiàn)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(lèi)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(chēng)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(chǎng)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(hù)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(hù)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(xiàn)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(chē)檢修才能進(jìn)行。某些情況下，由于缺乏數(shù)據(jù)支撐，廠(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(hù)診斷裝置問(wèn)題實(shí)現(xiàn)降本增效。在檢修（或計(jì)劃停車(chē)）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(hù)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(hù)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(hù)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(hù)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(kāi)用戶(hù)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。可能需要用戶(hù)提供有關(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(tīng)取用戶(hù)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(zhuān)有工具，可比較預(yù)測(cè)壓降與觀(guān)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(lài)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(zhuān)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(hù)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(xiàn)

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(kāi)始觀(guān)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(hù)銷(xiāo)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(zhuān)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(guān)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(hù)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(hù)原床層只需采購(gòu)17%而非33%的新催化劑就能滿(mǎn)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(zhuān)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(hù)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(zhuān)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(mǎn)足用戶(hù)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(hù)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(mǎn)足企業(yè)短期和長(zhǎng)期需求。以?xún)衫蚧侵扑嵫b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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(zhuān)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。可惜，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(chǎng)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?；贛ECS專(zhuān)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(zhuān)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(zhuān)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(hù)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(hù)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)。