酸性气干法制硫酸工艺应用

本文由huogodluntan贡献pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。54?石油化工环境保护ENVIRONMENTALPROTECTIONINPETROCHEMICALINDUSTRY2006年第29卷第2期酸性气干法制硫酸工艺应用冯凤全1，姚雪龙2（1.中国石油化工股份有限公司荆门分公司，湖北荆门448039；2.中国石化南化设计院，江苏南京210048）摘介绍荆门分公司50kt/a酸性气干法制硫酸装置的工艺设计特点、开车及运行情况，指出装置在运行过程中遇要：到的问题和解决方法。酸性气制酸；装置；原料特点；设计与运行关键词：中国石化股份公司荆门分公司50kt/a硫酸装置是以石油加工过程中的废气—酸性气为原料，是国内第一套大型硫化氢干法制酸装置，共投资3900万元。该装置技术由南化设计院设计并通过中国石油化工股份有限公司审查，由荆门石化建安公司承建，临酸的关键设备由专业厂家制7造，2004年7月完成终交并做开工准备，月于27日一次投料开车成功。此次开车成功，为石化行业治理石油加工过程中产生的废气—酸性气处理开辟了新的途径，解决了荆门分公司硫磺回收装置长期以来硫回收率低、环境污染大的问题。2005年上半年装置开工但因存在一些设备问题，141天，生产93%酸12kt，每星期对尾气进行一达到国家环次监测，平均含二氧化硫622mg/m3，保二级排放标准。1炼厂酸性气的组成及特点因硫化氢是一种酸性气体，为此在炼油厂将含有硫化氢的混合气体称为酸性气，其组成及特点如表1：表1成分，%V）（酸性气组成数据正常值）（CO220～30NH31烃1H2S60～70（2）酸性气的浓度不稳定。因脱硫装置不同硫化氢的浓度不同，加之操作条件的变化，硫化氢的浓度通常是个变化值，常情况下含硫化氢正60%～70%，非正常时在40%～80%间波动。（3）酸性气的流量不稳定。因带液的酸性气经长距离管道输送，中途遇低点形成液封而造成。（4）易带烃。正常情况下酸性气含烃不大于1%体）但在炼油装置操作不稳定时含烃量大（，于3%有时会更高）此时一旦进入炉内焚烧就（，产生大量的热量使炉内温度升高并消耗大量的氧，而硫化氢在缺氧的情况下容易产生Claus反应生成单质硫，堵塞冷却塔的喷嘴，影响电除雾器的正常运行，最终使过程气产出净化工段的温度和含水量达不到工艺要求。（5）易带氨。因液态烃脱硫剂用的是二乙醇氨，含硫污水汽提脱硫的原料中有氨，在装置操作不平衡的情况下酸性气中就易带氨，而氨产生的氮氧化物溶入稀硫酸中，也就是说增加了稀硫酸组分的复杂性和对设备管线的腐蚀性。（6）原料气—硫化氢中含有两个氢原子在焚烧的过程中产生水蒸汽，影响酸浓平衡，因此采用干法制酸在净化工段除去其水份。2装置特点荆门分公司与南化设计院将几十年的设计经（1）有毒易燃易爆。硫化氢是一种无色具有臭鸡蛋味、剧烈的神经性毒气体，浓度高时能致人呼吸停止，造成死亡。国家规定硫化氢在空气中的最高允许浓度为10mg/m3，熔点：82.9℃，沸自燃点纯H2S）260℃。其爆炸极（：点：60℃，限为：3%～45.5%。4.收稿日期：2005-7-19作者简介：冯凤全，工程师。从事环保生产与管理二十男，多年，是荆门分公司硫酸装置操作规程编写和装置开工的0724-2270496，13971866187指挥者。联系电话：E-mail：[e-mail]第2期冯凤全等.酸性气干法制硫酸工艺应用55?验与炼油企业减少投资和占地、节能降耗、保护环境、方便操作的理念相结合，充分考虑到硫化氢制酸的特点设计了这套硫酸装置。2.1装置规模2001年荆门石化酸性气中潜硫量为8kt/a（合硫酸的产量约为2.5t/a）结合荆门分公司今，后若干年的原油加工量、加工深度的增加和石油产品质量指标的升级，荆门分公司硫酸装置的设计规模为50kt/a。2.2采用两转两吸干法制酸工艺“3+1”四段转化和高效新型S108M）（触媒，提高硫的利用率，使总转化率≥99.6%。解决硫磺回收装置长期以来硫回收率低仅82%）造成（，环境污染的问题。2.3装置的自控率高装置实施DCS控制调节在原料缓冲罐和焚烧炉处安装硫化氢浓度测量报警仪，监测现场的硫化氢泄漏情况，并将环境中硫化氢浓度在DCS上显示出来，保证装置操作人员的安全；2分析仪指导配风调节；SO干吸上塔酸管线阳极保护。2.4两级转化器的入口均增设电加热炉因干法”“制酸的触媒对过程气中的水分含量要求比较苛刻，若单独采用加热炉给触媒加热，一次性投资比较大，开工后该设备闲置。设计中（、采用在一段和四段分别设置550kW五组）360（电加热炉，不但能解决开工中转化器烧kW三组）烤和触媒升温的问题，还能在原料负荷低不能满足一、四两段触媒起燃温度时采用电炉加热的补救措施，解决酸性气量小时转化工段反应热不足的问题，提高装置的运行率。2.5SO2主风机由汽轮机带动减少电力消耗考虑到锅炉等设备的腐蚀问题装置废锅产3.82MPa的中压蒸汽，而装置周围又没有中压蒸汽管网，若建一管线与全厂中压蒸汽相连，每小时将5～8t的蒸汽送到管网上，远距离输送蒸汽的品质会大幅下降。为此设计用汽轮机来带动SO2风机。在酸性气负荷低所产的蒸汽少不能带动汽轮机时则投用电机带动的SO2风机，装置产的蒸汽用减温减压器降到1.0MPa汇入管网。这样在装置负荷大时蒸汽带动SO2风机能降低能耗，在装置负荷小时蒸汽又有去处，可见灵活机动性。2.6采用互补换热流程利用第三、第四段出口热量交叉互补加热进转化器第一、第四段的冷气体，使得转化器各段进口温度及各段分转化率的选取与进吸收塔的气体温度的选取无关，从而将进塔温度的优化与转化系统的优化相对独立起来，转化系统按照催化剂装填量最小，总转化率最大或者是对总转化率影响最小等方式实施真正意义上的优化，而两台吸收塔气体的温度可在总和不变的条件下，按照总换热面积最小、最适宜进塔气温、换热系统调节性［1］能最佳等方式进行优化分配。33.1装置生产原理及流程装置生产原理含有H2S的酸性气入焚烧炉与空气焚烧产生含SO2的过程气，冷却洗涤净化、干燥后，2和SOO2在催化剂三段钒触媒）（的作用下进行转化即（氧化）反应生成SO3，然后SO3在吸收塔中由循环喷淋的98.3%硫酸吸收而生成硫酸。过程气中未（层进行第二转化的SO2再经催化剂一段钒触媒）次转化生成SO3，经第二次吸收后SO3生成硫酸，达到较高的SO2转化率和SO3吸收率此工艺称为（3+1工艺）。主要化学反应为：硫化氢的燃烧：2H2S+3O2=2SO2+2H2O+124Kcal/mol二氧化硫氧化：2SO2+O2=2SO3+23.6Kcal/mol三氧化硫吸收成酸：SO3+H2O=H2SO4+31.2Kcal/mol以上三个反应都是放热反应，其中第一个反应放出的热量最多大部分被废热锅炉回收生产蒸汽每吨硫酸可产1.29吨蒸汽）（。第二个反应的热用于加热气体到转化反应温度，第三个反应的热由于循环酸温度较低用循环冷却水带走。3.2装置工艺流程装置工艺流程如图1。4装置在运行过程中遇到的问题和解决方法装置开工初期恰逢酷暑的七月空气湿度大，过程气干燥效果差，通过群策群力克服了一个又一个的困难，使装置开工一次成功，且装置的开工率不断提高。56?石油化工环境保护2006年第29卷图1装置工艺流程1.焚烧炉；废热锅炉；过热器；冷却塔；循环泵；洗涤塔；循环泵；板换；2.3.4.5.6.7.8.9.电除雾器；干燥塔；10.11.干燥循环槽；12.循环泵；13.冷却器；SO2风机；14.15.换热器；16.一级转化器；一吸塔；17.18.吸收循环槽；循环泵；19.20.冷却器；21.换热器；22.二级转化器；二吸塔；循环泵；冷却器；2324.25.26.烟囱4.1焚烧炉和转化器的烘烤焚烧炉选择的是用炼厂瓦斯烘炉，但设计中4.3解决稀酸循环泵腐蚀泄漏问题一大一小两个瓦斯阀分别为DN50和DN25，认为就是用DN25焚烧炉在低温段时常温～310℃）（也无法实现调节，此用瓦斯带接临时线再用为DN15阀手动调节，温度达到350℃左右时更换为DN25的火嘴，使焚烧炉的烘烤严格按理论曲线进行。为保证触媒的干燥对新砌的转化器进行烘烤，SO2风机3000～4500m3/h的干燥空气和以启动电炉的组数控制转化器内温升+20℃最高烘到280℃，其中分别在110℃和280℃处恒温4小时，为减少干燥酸的用量将一吸塔甩开。4.2触媒的活化在干燥的转化器内按设计要求装入S101T和S108梅花型触媒，再用干燥的热空气将触媒缓慢升至420℃焚烧炉再引入酸性气，在进行瓦斯与硫化氢切换的过程中一定要先关闭瓦斯再引入酸性气，不然就会发生Claus反应生成单质硫。因当时SO2在线分析仪尚未安装，通过对调节酸性气和空但控制不稳，转化气流量控制装置内SO2的浓度，一段上升到570℃时出现了一个快速上涨的过程，马上关闭一段入口电炉和增加空气流量，一段床层温度不在上涨，最高时一段下部达到614℃，有了一段触媒活化的经验后，后三段触媒活化的过程均为优美完整的抛物线。装置开工第三天发现稀酸循环泵（301/1.2、302/1.2）严重泄漏装置逼迫停工，后分析是因为硝稀酸的浓度比较高，其中：硫酸的浓度为12%，酸离子的浓度为6.8mg/L，增加了金属泵的腐蚀。装置停工后把这四台金属循环泵更换成宜兴工程塑料泵，该泵运行数月尚无质量问题。4.4解决稀酸玻璃钢管道泄漏问题净化工段的稀酸玻璃钢管道因是非专业人员安装，导致装置开工一个多月天天补漏天天漏，操作工的人身安全受到威胁。2004年10月将玻璃钢管道改用能抗强酸、强碱、强氧化剂、还原剂和各种有机溶剂的腐蚀聚烯烃PO）（衬里管，净化工段的稀酸再也没有发生泄漏现象，在更换玻璃钢管道时发现冷却塔顶20个喷嘴堵塞了8个，分析其原因是进行瓦斯与酸性气切换和原料组分不正常时发生了Claus反应所至。4.5解决原料管线形成液封造成流量波动的问题设计中酸性气在入装置前有两个共180m3原料缓冲罐，解酸性气流量不稳定、成份波缓动大给装置带来的不利影响。但是在装置开工后没几天原料又多次发生波动，但影响硫酸不装置的操作，还因整个管线的压力高，导致液态烃脱硫装置异常，成恶性循环。经查从硫化形氢缓冲罐前的酸性气管线均在伴热，罐后至而57?石油化工环境保护ENVIRONMENTALPROTECTIONINPETROCHEMICALINDUSTRY2006年第29卷第2期焚烧炉前的400多米管线没有伴热，冲罐前缓的液体汽化在焚烧炉前的低点冷凝形成液封。为此将此管线也加伴热保温，决了原料流量解大幅波动的问题。4.6解决洗涤塔出口温度偏高的问题洗涤塔的出口温度不但能保证聚乙烯做成的电除雾器不受伤害，而且是维持装置水平衡和硫酸浓度的保障指标，设计温度为37℃。在实际操作中洗涤塔的出口温度为41～43℃，因过程气中饱和水含量高，装置不能生产98%酸。在设备供货商的帮助表2项目空气流量/m3?h-1酸性气流量/m3?h-1酸性气含，2S%H焚烧炉中部温度/℃废热锅炉出口温度/℃废热锅炉蒸汽压力/MPa冷却塔入口温度/℃冷却塔出口温度/℃洗涤塔出口温度/℃干燥塔入口气温/℃干燥塔酸浓度，%一吸塔上塔酸温/℃一吸塔入塔气温/℃二吸塔上塔酸温/℃数据112449113069.0811554453.529962365594.277517177下将板式换热器拆开进行检查，发现板换循环水的入口由石头、焊条等物堵了，将板式换热器拆开进行清洗重装后，洗涤塔的出口温度能控制在设计的范围内操作，装置能生产93%和98%酸。5装置主要操作条件及环境监测情况经过装置试运过程中对操作条件不断摸索及优化，使装置正常的操作条件均在工艺设计范围内。根据不同生产方案，主要操作条件如表2。装置主要工艺操作条件项目二吸塔入塔气温/℃二氧化硫风机入口压力/kPa二氧化硫风机SO2浓度，%转化一段上部温度/℃转化一段下部温度/℃转化二段上部温度/℃转化二段下部温度/℃转化三段上部温度/℃转化三段下部温度/℃转化四段上部温度