徐曉燕

（中石化南京化工研究院有限公司，江蘇南京 210048）

某石化公司240 kt/a碳四深加工項目配套建設(shè)了1套25 kt/a烷基化廢硫酸再生裝置。2018年投產(chǎn)運行，處理烷基化廢硫酸25 kt/a，再生w（H2SO4）98%的工業(yè)硫酸產(chǎn)品22 kt/a。該石化公司新增碳四原料雜質(zhì)較多，硫酸消耗值較原設(shè)計有所增加。實際生產(chǎn)中，25 kt/a烷基化廢酸再生裝置的最大運行負荷達30 kt/a。該公司在配套建設(shè)烷基化廢酸再生裝置之前，原有34 kt廢硫酸儲存在工業(yè)園區(qū)的儲罐內(nèi)，按環(huán)保要求，2020年庫存的廢硫酸需要在2年內(nèi)完成再生處理。因此，對現(xiàn)裝置的擴能改造迫在眉睫。

原25 kt/a烷基化廢硫酸再生裝置的設(shè)計方中石化南京化工研究院有限公司負責裝置的擴能改造設(shè)計。針對企業(yè)新的發(fā)展要求，確定擴能改造的原則是在原裝置主體設(shè)備不做重大變更的前提下，進行設(shè)備的局部調(diào)整優(yōu)化，將原烷基化廢硫酸再生裝置的處理能力由25 kt/a擴能至44 kt/a。在現(xiàn)有庫存處理完成后，裝置可降低負荷運行，維持240 kt/a碳四深加工裝置25 kt/a廢硫酸處理量的正常生產(chǎn)。

1 裝置擴能改造方案

1.1 改造目標

1）主產(chǎn)品：w（H2SO4）98%工業(yè)硫酸產(chǎn)量由2.75 t/h提高到4.8 t/h。

2）副產(chǎn)品：3.8 MPa飽和蒸汽由3.1 t/h提高到4.9 t/h。

1.2 工藝方案

采用富氧燃燒技術(shù)，提高煙氣二氧化硫濃度以提高裝置的廢硫酸處理能力。富氧燃燒是指用比通常空氣含氧濃度高的富氧空氣進行燃燒，是一項高效節(jié)能的燃燒技術(shù)，在化工、冶金工業(yè)及熱能工程領(lǐng)域均有成熟廣泛應(yīng)用。富氧燃燒原理是空氣中的氧含量高，燃料分子在富氧狀態(tài)下會更加活躍，燃料分子與氧氣分子結(jié)合更加完全，從而使燃料燃燒更加充分，釋放更多的熱量。同時富氧燃燒能夠有效降低制酸尾氣排放總量，有利于裝置節(jié)能減排[1]。

該擴能裝置采用外購液氧，液氧罐的液氧經(jīng)汽化器汽化后輸送到燃燒器前的空氣管道內(nèi)，混合產(chǎn)生φ（O2）為25%～28%的富氧助燃氣，采用氧表監(jiān)控管道內(nèi)的氧濃度。在燃燒器內(nèi)燃料與富氧助燃氣充分混合燃燒產(chǎn)生高溫，為廢硫酸裂解提供能量。廢硫酸在1 000～1 050 ℃的高溫下完全分解成為含有SO2的過程氣，廢硫酸中99%以上的硫全部轉(zhuǎn)化成SO2。采用氧表控制裂解爐出口高溫煙氣中的φ（O2）為 （3±0.5）%。出裂解爐的高溫煙氣經(jīng)過余熱鍋爐副產(chǎn)飽和蒸汽后，經(jīng)換熱器換熱降溫到350 ℃后進入后續(xù)制酸系統(tǒng)的凈化、干吸和轉(zhuǎn)化單元，完成過程氣制工業(yè)硫酸的工藝流程。改造后烷基化廢酸再生裝置工藝流程見圖1。

圖1 改造后烷基化廢酸再生裝置工藝流程

2 裝置改造設(shè)計內(nèi)容

裂解單元新增1套液氧供給系統(tǒng)，包括40 m3的液氧儲罐和汽化器。更換空氣風機的電機和余熱鍋爐。廢硫酸處理量增加使霧化需要的凈化壓縮風增加480 m3/h。

凈化單元擴能后煙氣量增加導(dǎo)致?lián)Q熱負荷增大。一級動力波洗滌系統(tǒng)增加1臺板式換熱器，在保證出動力波的煙氣溫度小于75 ℃的同時保證凈化單元的移熱能力可以增加30%。

干吸單元原酸冷卻器的換熱面積設(shè)計裕量足夠，只要循環(huán)水量能夠增加80 m3/h就可以滿足工藝要求，使循環(huán)酸的溫度維持在55 ℃。產(chǎn)品酸溫度就是循環(huán)酸溫度，為了避免原不銹鋼產(chǎn)酸管線的腐蝕，需要增加1臺產(chǎn)品酸換熱器，以保證產(chǎn)品酸溫度小于40 ℃。凈化和干吸單元的換熱器需要增加230 m3/h的循環(huán)水量。

轉(zhuǎn)化單元擴能后，過程氣的氣量和組成發(fā)生較大的變化，催化劑由國產(chǎn)催化劑更換為適應(yīng)高氣速工況的進口催化劑。原二氧化硫主風機更換電機增大額定風量。新增1臺省煤器，充分利用轉(zhuǎn)化單元多余的煙氣熱量增產(chǎn)蒸汽。

各單元的設(shè)備改造情況詳見表1。

表1 裝置擴能改造前后設(shè)備參數(shù)對比

3 裝置改造后生產(chǎn)運行狀況

原25 kt/a烷基化廢硫酸再生裝置于2020年8月完成擴能改造，9月進行投料試車，一次開車成功。廢硫酸處理能力由25 kt/a提升到44 kt/a，產(chǎn)酸能力由22 kt/a提升到38 kt/a。裝置擴能改造后運行平穩(wěn)，完全能夠滿足擴產(chǎn)需求。裝置擴能改造前后能耗排放量對比見表2。

表2 裝置擴能改造前后能耗對比

由表2可見：采用富氧燃燒技術(shù)進行擴能改造后，每噸廢硫酸的處理能耗指標從114.01 kg標煤下降到90.52 kg標煤，能耗下降了20.6%。

裝置擴能改造前后廢氣排放量對比見表3。

表3 裝置擴能改造前后廢氣排放量對比

由表3可見：采用富氧燃燒技術(shù)進行擴能改造后，裝置處理能力增加了76.0%，但是尾氣排放總量只增加了16.5%。處理每噸廢硫酸產(chǎn)生的廢氣污染物中二氧化硫、硫酸霧、氮氧化物都下降了33.6%，二氧化碳下降了9.0%。

4 結(jié)語

通過采用富氧燃燒技術(shù)將某石化公司的25 kt/a烷基化廢硫酸再生裝置進行擴能改造，改造運行結(jié)果表明，在總風量提升的情況下，可以有效提高煙氣中SO2的濃度，利用原有“3+2”二轉(zhuǎn)二吸的系統(tǒng)實現(xiàn)大幅度擴產(chǎn)，整體上達到44 kt/a的廢硫酸處理量要求。改造后工藝設(shè)備運行穩(wěn)定可靠，操作簡單，同時處理廢酸的能耗有效降低，具有良好的經(jīng)濟效益和社會效益。