付安軍，楊錦明

（中國石化巴陵分公司煉油部，湖南岳陽 414014）

某石化公司2 000 t/a硫酸裝置是國內(nèi)首套完全國產(chǎn)化的濕法制酸試驗(yàn)裝置。該裝置設(shè)計(jì)能力為處理含30%硫化氫酸性氣200 m3/h（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)），年產(chǎn)2 000 t 93.0%～97.5%的濃硫酸，2013年建成投產(chǎn)。2015年，國家環(huán)保部發(fā)布了《石油化工工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB 31571－2015，一般地區(qū)SO2排放限值為400 mg/m3，特別地區(qū)為100 mg/m3。該裝置通過技改增加了尾氣堿洗系統(tǒng)，外排尾氣中SO2濃度為160～350 mg/m3，滿足一般地區(qū)排放限值。2018年底，湖南省生態(tài)環(huán)境廳發(fā)布的《關(guān)于執(zhí)行污染物特別排放限值（第一批）的公告》中要求，SO2排放執(zhí)行特別地區(qū)100 mg/m3排放限值。

尾氣堿洗系統(tǒng)存在自動(dòng)化水平較低、尾氣吸收效果波動(dòng)偏大且面臨超標(biāo)的問題。為解決這些問題，對該系統(tǒng)進(jìn)行了全面優(yōu)化改造。

1 原尾氣堿洗工藝簡介

硫酸裝置產(chǎn)生的尾氣進(jìn)入堿吸收塔（T710）下部，塔底的吸收堿液經(jīng)冷凝器（B710）降溫后由堿液循環(huán)泵（P713）增壓，再從堿吸收塔中部噴頭進(jìn)入塔內(nèi)，與尾氣逆向接觸吸收SO2。高位貯堿槽（V710）中的新鮮堿液通過自流送入堿吸收塔內(nèi)，調(diào)節(jié)洗滌堿液的pH 值。洗滌堿液中的鹽含量達(dá)到一定濃度時(shí)，外排送入廢堿槽。凈化后的尾氣經(jīng)絲網(wǎng)除沫器后從堿吸收塔頂部出來，經(jīng)尾氣風(fēng)機(jī)（C704）送至煙囪排放。

2 運(yùn)行中存在的問題

2.1 尾氣與堿液未能充分混合

堿吸收塔直徑為1.0 m，內(nèi)置吸收堿液噴頭原設(shè)計(jì)為蓮蓬頭結(jié)構(gòu)，共計(jì)59個(gè)φ10 mm噴孔。根據(jù)噴淋實(shí)驗(yàn)測量，在循環(huán)堿液泵正常工作壓力0.4 MPa條件下，有效覆蓋區(qū)域的直徑僅為0.3 m。距離噴頭下方0.6 m處設(shè)置有高度1.5 m、φ25 mm 鮑爾環(huán)填料，在堿洗過程中，存在填料層貼近塔壁區(qū)域無堿液分布，造成尾氣與堿液無法充分混合的問題。

2.2 外排尾氣帶液嚴(yán)重

經(jīng)測算，尾氣進(jìn)入堿吸收塔后平均流速為0.75 m/s左右，穿過洗滌填料層時(shí)，噴淋堿液未覆蓋的區(qū)域氣體流速降低很小，使含吸收堿液及硫酸鹽類等液滴被氣體帶出。洗滌后尾氣所帶出的液滴進(jìn)入風(fēng)機(jī)，溫度降低會(huì)析出結(jié)晶物附著在風(fēng)機(jī)葉片表面，造成葉片失去動(dòng)平衡，振動(dòng)增大。同時(shí)，含堿液及硫酸鹽的液滴等也會(huì)造成風(fēng)機(jī)葉片和殼體的腐蝕，影響風(fēng)機(jī)的使用壽命。

2.3 堿吸收塔尾氣入口結(jié)垢

如圖1 所示，原堿吸收塔尾氣入口處，形成結(jié)晶鹽造成流通面積逐漸減小，增大了尾氣流通阻力。主要原因是受洗滌堿液霧化程度低、填料層及除沫層等影響，堿吸收塔整體阻力偏大，尾氣在入口處的停留時(shí)間偏長，少量的洗滌堿液與大量含硫化物的尾氣在管口附近接觸發(fā)生反應(yīng)，生成高濃度的硫酸鹽逐漸結(jié)晶析出，堵塞管口。

圖1 堿吸收塔尾氣入口處結(jié)晶鹽

2.4 自動(dòng)控制水平低

原洗滌堿液的pH 值是通過將高位貯堿槽中的30% NaOH自流加入堿吸收塔底部，現(xiàn)場人工間斷開、關(guān)閥門調(diào)節(jié)，造成洗滌堿液的pH 值波動(dòng)范圍大，不利于pH值精細(xì)控制。洗滌堿液pH值過高會(huì)加速設(shè)備腐蝕并增加成本，pH值過低會(huì)造成吸收效果不佳，尾氣排放存在超標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)。

尾氣風(fēng)機(jī)風(fēng)量調(diào)節(jié)需通過入口的調(diào)節(jié)擋板操作，當(dāng)上游裝置加工的原油含硫量波動(dòng)時(shí)，尾氣量也隨之在較大的范圍內(nèi)浮動(dòng)。尾氣堿洗系統(tǒng)原設(shè)計(jì)處理量為3 000 m3/h，實(shí)際尾氣量為700～2 500 m3/h，改造前需要經(jīng)常手動(dòng)調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)精度低，難以滿足實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)的要求。

3 改進(jìn)措施

3.1 改進(jìn)堿吸收塔的結(jié)構(gòu)

1）優(yōu)化洗滌堿液在塔內(nèi)的分布

洗滌堿液進(jìn)入堿吸收塔后經(jīng)3 根φ60 分布管流入孔徑為7.5 mm的槽盤式分布器，因此堿液在進(jìn)入散堆填料層時(shí)可以覆蓋整個(gè)填料層。優(yōu)化了堿洗填料上方的除霧結(jié)構(gòu)，減少了向上流動(dòng)的氣體中堿液和硫酸鹽液滴的夾帶量[1]。

2）堿洗填料層采用駝峰支撐

將原堿洗填料層格柵支撐改為駝峰支撐，一方面尾氣進(jìn)入塔后經(jīng)過駝峰支撐會(huì)重新分布，在填料層與洗滌堿液充分均勻接觸，強(qiáng)化吸收效果；另一方面，改變了尾氣的流動(dòng)方向，降低了尾氣向上的流速，減少了洗滌后尾氣中的液滴夾帶量。

3）增加水洗填料層及除沫器

新堿吸收塔高度提升至10.2 m，在塔的上部增設(shè)了0.5 m水洗填料層和除沫器，進(jìn)一步洗凈氣體中夾帶的含有堿液及硫酸鹽的液滴、堿洗過程中逃逸的SO2等，進(jìn)一步降低了外排尾氣中SO2的含量。水洗后的液體經(jīng)集液箱收集后利用位差流入水洗槽中，通過水洗循環(huán)泵增壓后循環(huán)使用，定期外排置換。改造前后設(shè)備參數(shù)對比見表1。

表1 改造前后設(shè)備參數(shù)對比

3.2 優(yōu)化工藝流程

1）洗滌堿液pH值改為自動(dòng)調(diào)節(jié)

增加洗滌堿液pH 值調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)，在原有貯堿槽流新鮮堿液管道上增加調(diào)節(jié)閥和流量計(jì)，與堿吸收塔中pH計(jì)聯(lián)鎖，實(shí)現(xiàn)pH值遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)，確保洗滌堿液的pH值穩(wěn)定。

2）尾氣風(fēng)機(jī)增加變頻

在機(jī)柜間增加變頻控制器，對現(xiàn)有風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)變頻控制以調(diào)節(jié)尾氣流量，不僅可以根據(jù)上游裝置尾氣量相應(yīng)調(diào)節(jié)，還有利于控制塔內(nèi)的尾氣流速，達(dá)到節(jié)能效果。改造后尾氣堿洗工藝流程見圖2。

圖2 改造后尾氣堿洗工藝流程

3.3 改造方案

1）為盡量減少因停車造成的污染物排放，節(jié)約投資，項(xiàng)目改造過程中遵循利舊最大化的原則。在設(shè)計(jì)階段，對現(xiàn)場可利舊的部分進(jìn)行測量和技術(shù)參數(shù)核對，如原堿吸收塔基礎(chǔ)，溫度、壓力、液位、pH計(jì)等測量儀表，以及大部分公用工程管線等。

2）在新堿吸收塔設(shè)計(jì)過程中，仔細(xì)核對每個(gè)利舊管口的圖紙尺寸，塔制造過程中根據(jù)現(xiàn)場地腳螺栓的尺寸修正地錨螺栓孔的尺寸。安裝階段，采取最大化組對堿吸收塔內(nèi)件，如除沫器、駝峰支撐、噴淋管、集液箱等地面全部完成安裝；新增的水洗循環(huán)泵在系統(tǒng)停車前完成基礎(chǔ)澆筑和養(yǎng)護(hù)，節(jié)約了安裝時(shí)間，實(shí)際改造施工時(shí)間10天并實(shí)現(xiàn)一次開車成功。

4 運(yùn)行效果

1）尾氣洗滌系統(tǒng)改造投用后，水洗槽取樣檢測pH值顯示小于7，說明進(jìn)入水洗填料層的尾氣中仍含有少量的SO2氣體，由于累計(jì)效應(yīng)使得水為弱酸性。為進(jìn)一步減少SO2的逃逸，在水洗槽中定期注入少量的新鮮堿液，將pH值調(diào)整在7～8，維持水洗槽為弱堿性，確保水洗效果。

圖3 改造前后外排尾氣中SO2濃度

2）改造前后，外排尾氣中SO2濃度見圖3。由圖3 可以看出，尾氣堿洗系統(tǒng)改造前SO2濃度為160～350 mg/m3，改造后基本穩(wěn)定在10～20 mg/m3，滿足GB 31570 －2015特別排放限值低于100 mg/m3的要求。改造后尾氣堿洗系統(tǒng)運(yùn)行良好。

3）輔料消耗。由于改造后尾氣堿洗吸收效果大幅提升，在尾氣量相同的情況下用堿量有所增加，由改造前的平均0.185 t/h增加至0.211 t/h。改造前后洗滌堿液每天進(jìn)行一次定排，塔底液位由60%降至20%，折算后外排量約0.377 t/d，無明顯變化。

4）工業(yè)水和電的消耗在裝置能耗總量中占比非常小，變化基本可以忽略。由于堿吸收塔整體阻力降低，尾氣流速增加，管道入口處無明顯結(jié)晶鹽堆積。

5 結(jié)論

堿吸收塔內(nèi)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化措施，如槽盤式分布器、填料的駝峰支撐結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，增加水洗填料層、除沫器等，均在一定程度上強(qiáng)化了對尾氣中SO2的吸收效果。配合優(yōu)化工藝控制方式、洗滌堿液pH值的自動(dòng)調(diào)節(jié)和尾氣風(fēng)機(jī)增加變頻，不僅消除了原堿洗系統(tǒng)運(yùn)行中存在的問題，還大幅提升了堿洗系統(tǒng)的尾氣處理能力。系統(tǒng)改造完成后，外排尾氣中SO2濃度大幅降低，并穩(wěn)定在10 ～20 mg/m3，滿足湖南省生態(tài)環(huán)境廳發(fā)布的排放限值小于100 mg/m3的新要求。