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        300 kt/a濕法制酸裝置的運行實踐

        2021-02-28 07:56:40顧洪寬馬青華李愛玲
        硫酸工業(yè) 2021年12期
        關(guān)鍵詞:冷風機露點尾氣

        顧洪寬,馬青華,李愛玲

        (廣東宏瑞能源科技股份有限公司,廣東惠州516000)

        廣東宏瑞能源科技股份有限公司(以下簡稱宏瑞股份)100 kt/a煉油廢氣綜合利用項目主要用于處理某石化企業(yè)10 Mt/a煉油產(chǎn)生的部分煉油廢氣,引進丹麥托普索濕法制酸技術(shù)及國內(nèi)氨法脫硫尾氣處理技術(shù),一步法直接生產(chǎn)硫酸產(chǎn)品,產(chǎn)生的尾氣經(jīng)處理后達標排放。

        煉油廢氣綜合利用裝置包括300 kt/a 濕法制酸和氨法尾氣脫硫兩個生產(chǎn)系統(tǒng),配套設施有:循環(huán)水站、硫酸儲罐、裝車棧臺及地中衡、變配電站等,其余公用工程如天然氣、脫鹽水、氮氣和儀表風等直接由某石化企業(yè)管道供應。該裝置設計操作彈性為50%~110%,按年運行8 400 h設計。產(chǎn)品為w(H2SO4)98%濃硫酸、中壓蒸汽和硫酸銨。硫酸通過槽車運送到周邊企業(yè),裝置副產(chǎn)過熱蒸汽通過汽輪機做功后抽出中壓蒸汽,該蒸汽通過管道輸送到某石化企業(yè)3.8 MPa中壓蒸汽管網(wǎng),固體硫酸銨裝袋后對外銷售。

        2018年2月3 日裝置首次投料試生產(chǎn),2月5日生產(chǎn)出w(H2SO4)98%硫酸產(chǎn)品,并成功向某石化企業(yè)輸送合格中壓蒸汽,2月25日產(chǎn)出第一批硫酸銨且產(chǎn)品一次性合格。2018年12月裝置停車檢修,2019年1月2日恢復生產(chǎn)。2019年5月單獨運行汽輪機驅(qū)動的冷風機K131A,電驅(qū)動冷風機K131B備用。

        1 工藝技術(shù)

        主裝置采用丹麥托普索公司的濕法制酸(WSA)工藝生產(chǎn)硫酸和高壓蒸汽,尾氣處理裝置采用某環(huán)保公司的氨法脫硫工藝脫除尾氣中的SO2副產(chǎn)硫酸銨。該裝置在國內(nèi)是首次將WSA工藝和氨法尾氣脫硫工藝相結(jié)合的裝置[1],是世界上單套產(chǎn)能最大的WSA制酸裝置,也是國內(nèi)最大的能夠直接連續(xù)生產(chǎn)試劑級硫酸的裝置。氨法脫硫工藝不產(chǎn)生廢水和稀硫酸,SO2脫除率高[2]。硫酸系統(tǒng)管道采用碳鋼內(nèi)襯PTFE,尾氣管道采用玻璃鋼內(nèi)襯ECTFE,脫硫塔和氧化塔采用玻璃鋼材質(zhì)。主裝置工藝流程見圖1。

        該裝置有以下主要特點:

        1)原料是煉油廢氣和液體硫磺,可以單獨處理煉油廢氣,也可以在處理煉油廢氣的同時,補充液體硫磺。

        2)有別于傳統(tǒng)的硫磺制酸,焚燒爐的助燃風不需要干燥處理,生產(chǎn)硫酸時一般不需要補充工藝水。

        3)采用過氧燃燒,燃燒后的工藝氣φ(SO2)在5%~6%。

        4)在進轉(zhuǎn)化器之前對工藝氣進行脫硝處理,保證硫酸產(chǎn)品中較低的硝酸鹽含量和尾氣中NOx不超標。

        5)采用一轉(zhuǎn)一冷工藝,簡化工藝流程。轉(zhuǎn)化器內(nèi)有3層催化劑及3個床間換熱器,催化劑總裝填量 620 m3。

        6)硫酸冷凝器用干凈的空氣冷卻,加熱后的熱空氣作為焚燒爐的助燃風及加熱鍋爐給水、干燥硫酸銨,充分回收利用裝置的熱能,降低裝置能耗。

        7)副產(chǎn)的 5.8 MPa、450 ℃高壓過熱蒸汽通過汽輪機驅(qū)動冷風機K131A,抽出的3.8 MPa、400℃的中壓蒸汽直接并入某石化企業(yè)中壓蒸汽管網(wǎng),體現(xiàn)了能量的梯級利用,提高了裝置的能源利用效率。

        8) 尾氣在脫硫塔內(nèi)經(jīng)洗滌降溫、吸收SO2和水洗除霧后,外排尾氣內(nèi)控指標[干基,基準φ(O2)3%]如下:逃逸氨(ρ)≤10 mg/m3、硫酸霧(ρ)≤30 mg/m3、ρ(SO2)≤ 50 mg/m3、ρ(NOx)≤ 100 mg/m3。

        9)酸性氣燃燒爐配有BMS系統(tǒng),其中包括自動點火、氣密檢測、進料、停車、吹掃、停電保護等安全聯(lián)鎖保護系統(tǒng),提高了裝置運行的安全性和自動化水平。

        10)余熱鍋爐系統(tǒng)設計操作壓力為5.8 MPa,最大產(chǎn)氣量為 100 t/h。

        11)酸冷卻器為阿法拉伐板式換熱器,占地面積小,傳熱效率高。

        12)有熱風機、冷風機和尾氣風機,所有風機均有備用風機,確保了裝置的可靠運行。

        2 裝置運行情況

        濕法制酸裝置投產(chǎn)以來各月平均負荷情況見表1。

        表1 濕法制酸裝置月均負荷統(tǒng)計

        當裝置負荷達到75%及以上時,汽輪機驅(qū)動的冷風機K131A具備投用條件。裝置實際運行產(chǎn)品收率和原輔料單耗均優(yōu)于設計值。只開1臺電驅(qū)動冷風機K131B冬季可以滿足100%負荷的運行要求。其中有10 d時間裝置連續(xù)平穩(wěn)運行110%左右負荷(最高111.2%),說明該裝置完全達到了設計操作彈性。

        2018年投產(chǎn)以來,單獨運行風機K131B單日最大負荷101.6%(設計能力為75%),單獨運行風機K131A的單日最大負荷111.2%(設計能力為100%)。

        裝置的單耗統(tǒng)計見表2。

        表2 裝置產(chǎn)品收率及原輔料單耗統(tǒng)計

        冷風機、熱風機和尾氣風機均設置了備用風機,其中冷風機K131B和熱風機K132B的備用風機均分別按K131A和K132A風機能力的75%配置;尾氣風機K133A/B的風機能力相同,并考慮了20%的裕量。除了K131A采用汽輪機驅(qū)動,其余風機均為變頻電機驅(qū)動。

        工況一:只運行1臺冷風機K131B;工況二:冷風機K131A和K131B同時運行;工況三:只運行汽輪機驅(qū)動冷風機K131A,K131B備用。

        3 生產(chǎn)規(guī)模和原料

        3.1 生產(chǎn)規(guī)模

        裝置設計規(guī)模(100%負荷)為硫酸35.578 t/h、中壓蒸汽 73.99 t/h、硫酸銨 0.470 5 t/h,處理煉油廢氣 9 424 m3/h。

        3.2 原材料

        酸性氣和燃料氣從上游的CLAUS制硫裝置供應。為節(jié)省設備投資和減少裝置的泄漏點,在設計裝置時沒有對原料酸性氣和燃料氣設取樣點,共享上游的分析檢測結(jié)果,宏瑞股份不再分析檢測。實際執(zhí)行時,由于上游分析結(jié)果不準,分析檢測報告中酸性氣的組成僅做參考。該裝置主要原料來自上游石化企業(yè)的酸性氣,主要組分為:φ(H2S)85.00%、φ(CxHy)0.12%、φ(CO2)10.56%、φ(H2O)3.89%、φ(NH3)0.26%、φ(H2)0.11%。

        4 裝置工藝標定

        標定時間為2019年5月28日0∶00至2019年5月31日0∶00,裝置標定72 h。標定期間裝置平均負荷110%,達到設計最大負荷。

        4.1 工藝操作數(shù)據(jù)

        標定期間主要操作參數(shù)(72 h平均值)見表3。

        表3 主要工藝參數(shù)

        4.2 物料消耗

        標定期間物料消耗數(shù)據(jù)見表4。

        由表4可見:110%負荷下,汽輪機驅(qū)動代替電機驅(qū)動冷風機,汽酸比為2.3∶1。裝置實際運行的原料、輔料的消耗低于設計值,壓縮空氣和氮氣的單耗高于設計值。整體而言,裝置運行效果達到設計要求。

        4.3 硫回收率

        標定期間裝置總硫回收率為99.99%,WSA裝置硫回收率99.64%,硫回收率情況見表5。

        表5 標定期間硫回收率

        4.4 SO2轉(zhuǎn)化率

        標定期間制酸裝置SO2平均轉(zhuǎn)化率為99.33%,89%的SO2在轉(zhuǎn)化器一段催化劑床層完成轉(zhuǎn)化,10%在二段完成,三段轉(zhuǎn)化率只有0.2%。SO2轉(zhuǎn)化率統(tǒng)計數(shù)據(jù)見表6。

        表6 SO2轉(zhuǎn)化率統(tǒng)計數(shù)據(jù)

        4.5 尾氣脫硫

        尾氣脫硫系統(tǒng)操作指標(實測值)見表7。

        表7 尾氣脫硫系統(tǒng)操作指標(實測值)

        由表7可見:尾氣中各項污染物均能達標排放。根據(jù)分析結(jié)果計算脫除率,脫硫塔對尾氣中SO2和酸霧的脫除率均大于98%,經(jīng)尾氣處理后NOx和氨的濃度都有增加。尾氣脫硫采用的是氨法脫硫工藝,吸收液中的氨和尾氣中的SO2反應生成硫酸銨,因此脫硫處理后氨含量增加。尾氣處理系統(tǒng)的溫度小于45 ℃,不存在NOx的生成條件,初步判斷是檢測有誤。

        4.6 露點腐蝕

        因為酸性氣、工藝氣和尾氣中都有含水的酸性氣體,存在露點腐蝕的可能性,因此在生產(chǎn)過程中要重點監(jiān)管工藝氣運行溫度和露點。與金屬管道、設備接觸氣體的運行溫度需高于露點10 ℃以上為最佳,運行溫度低于露點的,使用內(nèi)襯PTFE、噴涂ECTFE或玻璃鋼材質(zhì)。各關(guān)鍵點溫度及露點腐蝕情況見表8。

        表8 各關(guān)鍵點溫度及露點腐蝕情況

        4.7 WSA冷凝器熱效率

        WSA冷凝器熱回收率見表9。

        表9 WSA冷凝器熱回收率

        冷風經(jīng)過WSA冷凝器換熱后變成258 ℃熱風,進入工藝氣系統(tǒng)的熱風流量為196 840 m3/h,約有50%的熱風進入工藝氣,約有21%的熱風加熱鍋爐給水,少量熱風用于硫酸銨干燥,其余約占25%的熱風放空。WSA冷凝器熱回收率為83.8%。

        4.8 三廢排放

        宏瑞股份“三廢”排放執(zhí)行GB 31570—2015《石油煉制工業(yè)污染物排放標準》、廣東省地方標準DB44/T 27—2001《大氣污染物排放限值》(第二時段二級標準)及GB 14554—1993《惡臭污染物排放標準》,標定期間裝置SO2、硫酸霧、NOx、氨等大氣污染物均遠低于排放標準限值。標定期間無對外排放市政污水,市政水口閥門關(guān)閉,閥門井內(nèi)水質(zhì)合格,說明裝置區(qū)無污染物泄漏至市政雨水管網(wǎng)。

        4.9 標定結(jié)論

        1)72 h標定平均負荷110%,裝置在設計最大負荷下可以連續(xù)安全平穩(wěn)運行,達到設計要求。

        2)汽輪機驅(qū)動冷風機,降低了電耗,汽酸比會降低。

        3)裝置能耗低于設計指標。

        4)SO2轉(zhuǎn)化器、脫硝反應器運行正常,達到設計要求。

        5)110 %負荷下,電機、泵、風機和汽輪機的能力仍有一定余量。

        6)裝置熱回收利用效率71.69%,硫回收利用率99.99%。

        7)工藝氣運行溫度高于露點,WSA冷凝器出口尾氣運行溫度低于露點,但相關(guān)設備及管道均已做防腐處理。

        8)硫酸、中壓蒸汽和硫酸銨產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定合格。

        9)脫硫塔脫硫和除酸霧效果良好。

        10)標定期間SO2排放均明顯優(yōu)于國家及地方標準。

        5 裝置問題及改進建議

        1)焚燒爐前燃料氣調(diào)節(jié)閥微量內(nèi)漏,增加了燃料氣消耗,增加生產(chǎn)成本但不影響安全生產(chǎn)。

        2)工業(yè)水水質(zhì)差無法正常使用,用生活水替代工業(yè)水,基本滿足使用需求。

        3)工業(yè)水設計流量 504 kt/a(60 t/h),生活用水設計流量126 kt/a(15 t/h)。標定期間生活水最大流量11.52 t/h,沒有超過生活水的設計流量。上游供宏瑞股份使用生產(chǎn)水來自134單元的一個小水箱,當尾氣處理單元開啟大量沖洗水時(40 t/h),需提前聯(lián)系上游將水箱的補水閥開大,避免抽空水箱。

        4)除氧器平臺及連接管道振動較大,設計院已給出解決方案。

        5)汽包放空閥內(nèi)漏,標定結(jié)束后更換放空閥。

        6)裝置負荷較高時,冷凝器模塊可看見硫酸霧逸出,說明冷凝器頂部酸除霧墊已經(jīng)有縫隙,待檢修時對破碎玻璃管和除霧墊維修。

        7)除氧器進水閥設計選型偏小,需將旁路手閥打開才能滿足脫鹽水流量要求。

        8)夏季氣溫較高,酸冷卻器進出口酸溫接近高報值。

        6 結(jié)語

        宏瑞股份300 kt/a濕法制酸裝置是世界最大規(guī)模濕法制酸裝置,具有設計先進、裝置運行可靠、熱回收效率高、操作彈性大(實際在30%~110%)的優(yōu)點,產(chǎn)品硫酸品質(zhì)可達到試劑級。該裝置設計標準、建設要求和運營水平不低于上游石化裝置標準,滿足四年一次大修要求。關(guān)鍵的工藝設備、電氣儀表均選用國際、國內(nèi)一流品牌。WSA工藝硫回收率超過99%,正常生產(chǎn)情況下無廢水、廢渣等二次污染物排放,大氣污染物遠低于國家和地方標準要求。該裝置的成功投運標志著我國硫酸技術(shù)又邁上一個新的高度。

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