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        廢酸再生裝置在煉廠的應(yīng)用探討

        2021-12-09 13:20:00楊躍進(jìn)徐曉燕
        硫酸工業(yè) 2021年10期
        關(guān)鍵詞:生產(chǎn)

        楊躍進(jìn),徐曉燕,劉 健

        (1.中國石油化工股份有限公司洛陽分公司,河南洛陽471012;2.中石化南京化工研究院有限公司,江蘇南京210048)

        實(shí)施汽油無鉛化、降低燃料中硫含量、改進(jìn)汽油中苯、芳烴、烯烴、柴油中的多環(huán)芳烴等組成性質(zhì),不斷提高車用燃料質(zhì)量,是機(jī)動(dòng)車尾氣污染綜合治理的重要組成部分。為了改善油品質(zhì)量,越來越多的烷基化裝置建成投產(chǎn)。目前采用硫酸法烷基化技術(shù)的裝置絕大部分都配套建有廢硫酸處理裝置。對(duì)于只采用硫磺工藝處理酸性氣的煉廠,廢酸再生裝置屬于新工藝,其工藝特點(diǎn)和設(shè)備特點(diǎn)與煉油裝置有較大不同。如何使廢酸再生裝置在煉廠發(fā)揮最大作用,值得探討[1]。

        1 廢酸再生裝置運(yùn)行現(xiàn)狀

        1.1 廢酸再生裝置簡(jiǎn)介

        目前硫酸行業(yè)制酸工藝主要有兩種:濕法制酸工藝和干法制酸工藝。中國石油化工股份有限公司洛陽分公司(以下簡(jiǎn)稱洛陽石化)廢酸再生裝置采用中石化南京化工研究院有限公司(以下簡(jiǎn)稱南化研究院)開發(fā)的廢酸再生技術(shù)處理烷基化裝置產(chǎn)生的廢酸,200 kt/a硫酸法烷基化裝置配套12.1 kt/a廢酸再生裝置。

        廢酸再生裝置是烷基化裝置的催化劑再生單元。以烷基化裝置產(chǎn)生的廢酸為原料,產(chǎn)出w(H2SO4)為99.2%的硫酸,作為烷基化反應(yīng)的新催化劑。廢酸再生裝置采用“3+2”二轉(zhuǎn)二吸工藝流程,分為5個(gè)工序:焚燒裂解工序、凈化工序、轉(zhuǎn)化工序、干吸工序和尾氣處理工序。廢酸在裂解爐內(nèi)高溫裂解,裂解氣經(jīng)過換熱冷卻、凈化除塵和干燥,裂解氣中SO2在轉(zhuǎn)化器內(nèi)釩催化劑作用下轉(zhuǎn)化成SO3,然后用濃硫酸兩級(jí)吸收,冷卻后制得w(H2SO4)99%以上的濃硫酸。廢酸再生裝置工藝流程見圖1。

        圖1 廢酸再生裝置工藝流程

        2 同時(shí)生產(chǎn)兩種產(chǎn)品的難題及解決措施

        為拓寬廢酸再生裝置功能,實(shí)現(xiàn)硫化氫進(jìn)料,并生產(chǎn)w(H2SO4)93%和w(H2SO4)98% 兩種硫酸產(chǎn)品,需要解決廢酸再生裝置提高負(fù)荷的生產(chǎn)難題和硫平衡問題。

        2.1 提高生產(chǎn)負(fù)荷的瓶頸及解決措施

        2.1.1 提高生產(chǎn)負(fù)荷的瓶頸

        2019年8—9月,由于烷基化裝置酸耗高,新酸需求量大,并且產(chǎn)生過多廢酸無法處理,廢酸再生裝置進(jìn)行了提高生產(chǎn)負(fù)荷的攻關(guān)。不同負(fù)荷下廢酸再生裝置主要生產(chǎn)參數(shù)見表1。

        由表1可見:當(dāng)生產(chǎn)負(fù)荷提高到123%時(shí),廢酸再生裝置存在余熱鍋爐壓差過大、凈化一級(jí)電除霧器二次電壓過高、主風(fēng)機(jī)流量達(dá)上限、入口負(fù)壓達(dá)上限等問題。

        表1 不同負(fù)荷下廢酸再生裝置主要生產(chǎn)參數(shù)

        2.1.2 提高生產(chǎn)負(fù)荷優(yōu)化措施

        針對(duì)廢酸再生裝置提高生產(chǎn)負(fù)荷存在的問題,制定具體的解決措施:

        1)加大清灰頻次。開工初期烷基化裝置產(chǎn)生的廢酸含有鐵銹和酸泥等雜質(zhì)較多,廢酸再生裝置的酸洗酸和催化劑升溫產(chǎn)生的廢酸含有較多催化劑粉末和陶瓷填料粉末,造成進(jìn)裂解爐廢酸固體雜質(zhì)含量較高;另一方面裝置負(fù)荷高,廢酸量大,煙氣量大,相應(yīng)造成固體雜質(zhì)量較多,容易造成余熱鍋爐煙氣管束堵塞。加大余熱鍋爐管束在線清灰頻次,采取每2 d清灰一次的措施,有效降低了余熱鍋爐壓差。

        2)降低爐膛氧含量。廢酸進(jìn)料量大,燃燒空氣消耗量增加,煙氣量大,經(jīng)過凈化后進(jìn)一級(jí)電除霧器的煙氣量增加,造成一級(jí)電除霧器負(fù)荷偏高。適當(dāng)降低爐膛氧含量,減少燃燒空氣量,將燃燒器和酸槍上全開的保護(hù)風(fēng)適當(dāng)降低,檢查處理煙氣管線設(shè)備的密封性,減少空氣漏入,爐尾φ(O2)由5%~6%降至2%~4%。

        3)降低系統(tǒng)阻力。主風(fēng)機(jī)入口前流程上設(shè)備管線阻力大,導(dǎo)致主風(fēng)機(jī)入口負(fù)壓大。余熱鍋爐清灰前后可降低壓差1 kPa左右;適當(dāng)降低凈化單元高效增濕洗滌器逆噴流量和降低填料冷卻塔循環(huán)酸量,有效降低了系統(tǒng)阻力。

        2.2 硫平衡的解決措施

        2.2.1 硫資源利用與硫損失情況

        烷基化裝置和廢酸再生裝置生產(chǎn)過程中必然存在硫損失,將新酸作為產(chǎn)品送出烷基化裝置和廢酸再生裝置供其他單位使用,也視為系統(tǒng)的一種硫損失,必須有硫資源加入,才能實(shí)現(xiàn)烷基化裝置和廢酸再生裝置硫平衡,維持裝置長(zhǎng)期運(yùn)行。2套裝置硫損失情況見表2,硫損失量為估算值,酸溫度、負(fù)荷和設(shè)備運(yùn)行情況都會(huì)影響損失量。經(jīng)過估算每月硫損失約8 t,相當(dāng)于w(H2SO4)為98%硫酸25 t。

        表2 烷基化和廢酸裝置每月硫損失情況

        硫磺回收裝置有大量硫資源,2020年硫磺回收裝置每月加工情況見表3。

        表3 硫磺回收裝置每月加工數(shù)據(jù)

        由表3可見:硫磺回收裝置的酸性氣和硫資源遠(yuǎn)超出廢酸再生裝置需要彌補(bǔ)的量,滿足補(bǔ)充條件。

        2.2.2 硫平衡解決措施

        引酸性氣進(jìn)廢酸再生裝置裂解爐進(jìn)行燃燒,生成二氧化硫,將二氧化硫煙氣凈化后,在釩催化劑作用下二氧化硫轉(zhuǎn)化為三氧化硫,三氧化硫再通過濃硫酸吸收,生成產(chǎn)品酸。

        廢酸再生裝置可以利用硫磺裝置酸性氣補(bǔ)充硫資源,使裝置內(nèi)達(dá)到硫平衡。如果產(chǎn)品酸外送,可適當(dāng)加大引酸性氣進(jìn)廢酸再生裝置的量。引酸性氣進(jìn)裂解爐不僅彌補(bǔ)了硫損失或產(chǎn)品外送需要,而且能減少裂解爐廢酸裂解的燃料氣用量[3]。

        3 生產(chǎn)兩種硫酸產(chǎn)品的改造

        將廢酸再生裝置干吸工序進(jìn)行改造,并引入酸性氣滿足裝置硫平衡,使廢酸再生裝置能夠生產(chǎn)w(H2SO4)93%和w(H2SO4)98%兩種硫酸產(chǎn)品,生產(chǎn)的w(H2SO4)98%硫酸供烷基化使用,生產(chǎn)的w(H2SO4)93% 硫酸供水務(wù)部使用,停止兩種硫酸的外購,降低成本。

        3.1 煉廠內(nèi)硫酸的使用情況

        煉廠內(nèi)用硫酸的有烷基化裝置和水務(wù)部,烷基化裝置使用w(H2SO4)98%硫酸,水務(wù)部4個(gè)成本中心使用w(H2SO4)93%硫酸。2020年煉廠內(nèi)硫酸使用情況見表4。

        表4 2020年煉廠內(nèi)硫酸使用情況

        3.2 改造方案

        在干燥酸冷卻器出口增加管線至新增w(H2SO4)93%酸冷卻器,然后通過管線送出裝置。該方案新增1臺(tái)熱負(fù)荷約0.015 MW冷卻器、2臺(tái)DN25調(diào)節(jié)閥門、1臺(tái)流量計(jì)和相應(yīng)管線,依托原干燥酸槽、干燥酸泵和酸濃度分析儀進(jìn)行生產(chǎn),改造費(fèi)用低,并且能實(shí)現(xiàn)兩種產(chǎn)品同時(shí)生產(chǎn),改造流程見圖2。

        圖2 改造方案流程

        3.3 生產(chǎn)模式

        在廢酸再生裝置低負(fù)荷或滿負(fù)荷生產(chǎn)時(shí),裂解爐引入適量酸性氣,生產(chǎn)w(H2SO4)93%的硫酸。以平均每月產(chǎn)w(H2SO4)93%的硫酸105 t計(jì)算,每月需補(bǔ)入φ(H2S)為85%的酸性氣量為38 t,即補(bǔ)酸性氣52.8 kg/h。操作模式:需要產(chǎn)w(H2SO4)93%的硫酸時(shí),在裂解工序穩(wěn)定引入52.8 kg/h的酸性氣,在干燥槽酸溫度不超70 ℃的情況下,可以加大一吸塔循環(huán)酸竄到干燥塔循環(huán)槽的量,減少w(H2SO4)98%的硫酸產(chǎn)出的量,干燥槽濃度高時(shí),通過加入新鮮水控制酸濃度。若將1 t/hw(H2SO4)98%的硫酸改為從干燥塔產(chǎn)出w(H2SO4)93%的硫酸,生產(chǎn)105 t大概需要4 d。在上述操作過程中烷基化裝置w(H2SO4)98%的硫酸罐需提前拉高液位,解決生產(chǎn)w(H2SO4)93%的硫酸時(shí)w(H2SO4)98%的硫酸產(chǎn)量過低的問題。生產(chǎn)2種硫酸裝置運(yùn)行參數(shù)見表5。

        表5 2種硫酸生產(chǎn)參數(shù)

        廢酸再生裝置焚燒裂解爐引入52.8 kg/h酸性氣后,H2S燃燒放熱,每月可以降低廢酸裂解燃料氣耗量約9.1 t;H2S反應(yīng)生成SO2后可有效增加進(jìn)轉(zhuǎn)換器煙氣中SO2的濃度,提高催化劑各床層的總溫升,有利于減小電加熱器負(fù)荷約8%,可降低裝置電耗25 kWh/h。按照燃料氣2 480元/t,電0.55元/ kWh計(jì)算,每月可節(jié)省燃動(dòng)成本約3.3萬元。

        3.4 經(jīng)濟(jì)效益

        按表4每月需外購硫酸146 t,新酸按進(jìn)廠價(jià)290元/t計(jì)算,每月可節(jié)省硫酸采購費(fèi)用約4.2萬元。

        4 結(jié)語

        廢酸再生裝置是洛陽石化首套制酸裝置,其主要作用是處理烷基化裝置的廢酸,解決了提高生產(chǎn)負(fù)荷的難題和硫平衡問題的同時(shí),對(duì)廢酸再生裝置進(jìn)行改造,生產(chǎn)w(H2SO4)93%的工業(yè)硫酸,供水務(wù)部循環(huán)水裝置和污水裝置使用,降低硫酸采購成本和廢酸再生裝置燃動(dòng)費(fèi)用約90萬元/a,實(shí)現(xiàn)了煉廠廢酸再生裝置的多功能應(yīng)用。

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