HRS技術(shù)在600kt／a硫磺制酸裝置中的運(yùn)用

王學(xué)芬

（云南云天化國(guó)際化工有限公司三環(huán)分公司，云南昆明 650113）

HRS技術(shù)在600kt／a硫磺制酸裝置中的運(yùn)用

王學(xué)芬

（云南云天化國(guó)際化工有限公司三環(huán)分公司，云南昆明 650113）

對(duì)HRS技術(shù)在600kt／a硫磺制酸裝置上的運(yùn)用情況進(jìn)行了介紹。

HRS技術(shù)；硫酸；低溫位熱能；回收利用

云南云天化國(guó)際化工有限公司三環(huán)分公司（以下簡(jiǎn)稱三環(huán)公司）600 kt／a硫磺制酸裝置于2007年2月投產(chǎn)后，運(yùn)行情況良好，生產(chǎn)穩(wěn)定。由于公司的磷酸、磷肥裝置產(chǎn)能逐年擴(kuò)大，為滿足各裝置的需求，充分回收利用熱能資源，對(duì)硫酸裝置進(jìn)行熱能回收改造已勢(shì)在必行。為此，公司決定在600 kt／a硫酸裝置上引進(jìn)具有國(guó)際先進(jìn)水平的孟莫克（MECS）公司的HRS技術(shù)，進(jìn)行“硫酸干吸工序低溫位熱能回收技術(shù)改造”。改造后將使整個(gè)生產(chǎn)過程中熱能回收利用率由原來的60%提高到90%以上［1］。該技改項(xiàng)目于2010年2月完成并投運(yùn)，已穩(wěn)定運(yùn)行了3年多的時(shí)間，效果良好。

1 HRS技術(shù)工藝流程

HRS技術(shù)主要是由酸循環(huán)泵、熱回收塔、熱稀釋器、鍋爐4組設(shè)備組成。在使用HRS進(jìn)行熱回收時(shí)，實(shí)際上是對(duì)傳統(tǒng)工藝（兩轉(zhuǎn)兩吸工藝）的吸收塔進(jìn)行了取代。圖1為MECS公司的HRS工藝流程。

2 技改實(shí)施情況

2.1 技改后工藝流程

技改后工藝流程見圖2所示。

從三段出口省煤器來的235.2℃含SO3煙氣首先進(jìn)入HRS塔，煙氣中的SO3被通過塔內(nèi)的200℃循環(huán)酸吸收生成濃硫酸，循環(huán)酸在HRS塔內(nèi)帶走了反應(yīng)熱和煙氣冷卻的熱量，溫度達(dá)220℃。煙氣經(jīng)塔頂除霧器除霧后離開HRS塔（溫度為210℃），進(jìn)入現(xiàn)有的第一吸收塔，沿著原來的路線進(jìn)入原生產(chǎn)系統(tǒng)。

圖1 MECS公司的HRS工藝流程簡(jiǎn)圖Figure 1 HRS process diagram of MECS company

220℃的循環(huán)酸由HRS塔底泵槽用泵送至臥式HRS鍋爐，在鍋爐內(nèi)與脫鹽水換熱回收熱能，產(chǎn)生蒸汽；酸換熱后，溫度約為196℃。大部分酸泵入稀釋器以控制酸的濃度在99.0%以上，然后回至HRS塔；小部分酸在HRS加熱器中加熱HRS鍋爐給水，將熱量轉(zhuǎn)移到鍋爐給水（酸溫約為100℃）；然后，酸流入現(xiàn)有的酸循環(huán)槽和來自其它塔的酸混合。

HRS鍋爐產(chǎn)生的蒸汽并入全廠蒸汽管網(wǎng)。HRS鍋爐中的疏水經(jīng)擴(kuò)容器降溫降壓后安全排放。

2.2 主要技術(shù)內(nèi)容和特點(diǎn)

1）結(jié)合硫磺制酸裝置的特點(diǎn)，充分利用原有一吸塔裝置，替代HRS技術(shù)的二級(jí)塔，優(yōu)化工藝流程，降低投資。

圖2 三環(huán)HRS技術(shù)工藝流程圖Figure 2 Flow chart of Sanhuan HRS technology

2）HRS塔出口的酸與原硫酸裝置一吸塔出口的酸相比霧含量增加了上千倍。通過對(duì)HRS塔及一吸塔除霧段的改造，成功實(shí)現(xiàn)高濃度酸霧去除，使酸霧指標(biāo)達(dá)到40 mg／m3以下。

3）優(yōu)化工藝控制。HRS塔循環(huán)酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)穩(wěn)定控制在99.3%～99.5%的狹小范圍內(nèi)，有效降低高溫濃硫酸對(duì)設(shè)備的腐蝕速率，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命；同時(shí)，在滿足吸收率的情況下減少了串酸量。

4）將一吸泵的酸流量從1 100 m3／h調(diào)節(jié)到800 m3／h。在滿足吸收率的情況下，達(dá)到節(jié)約用電30%，減少冷卻水量60%。

5）改造前產(chǎn)汽量為1.12 t／t（以H2SO4計(jì)），改造后達(dá)到1.618 t／t。

3 新增設(shè)備及費(fèi)用

1）HRS技術(shù)是由填料式的熱回收塔、臥式蒸汽鍋爐、HRS加熱器、稀釋器（直列式）、酸循環(huán)泵（在泵槽內(nèi)）和排酸泵（2臺(tái)）組成，配套有一臺(tái)除氧器和2臺(tái)鍋爐給水泵。

2）和酸相接觸的HRS裝置部件的材料（除陶瓷填料外），均為MECSZecor－310M不銹鋼。在嚴(yán)格的操作溫度和酸濃度情況下，此不銹鋼對(duì)硫酸具有較高的耐腐蝕性（小于0.025 mm／a）。在酸循環(huán)系統(tǒng)中的多個(gè)點(diǎn)上設(shè)有腐蝕速率監(jiān)測(cè)器，當(dāng)由于酸濃度失控導(dǎo)致腐蝕速率提高時(shí)，可以覺察腐蝕率，并發(fā)出警報(bào)。

3）熱回收裝置中酸濃度的控制特別重要。熱回收裝置和二吸塔的分析儀采用襯特富龍的電導(dǎo)管，安裝在取樣管線的外邊，避免傳感器損壞和由于不足夠的流量所產(chǎn)生的錯(cuò)誤讀數(shù)。共有4個(gè)電導(dǎo)監(jiān)測(cè)器，一個(gè)在鍋爐進(jìn)口處取樣，二個(gè)在熱回收塔的進(jìn)口處取樣（稀釋后），還有一個(gè)在熱回收系統(tǒng)成品酸管道上取樣。

4）安裝一套綜合聯(lián)鎖系統(tǒng)（由酸溫、濃度、腐蝕率和流量啟動(dòng)），以保證連續(xù)運(yùn)行中酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在98.6%以上。

技術(shù)專利、設(shè)備硬件、安裝施工等費(fèi)用約為8 000萬元。

4 工藝計(jì)算

4.1 物料流程

物料流程按生產(chǎn)規(guī)模600 kt／a，75 t／h（100% H2SO4計(jì)）；爐氣體積分?jǐn)?shù)進(jìn)轉(zhuǎn)化一段（SO2）按11.0%；轉(zhuǎn)化工段采用進(jìn)口觸媒。各段轉(zhuǎn)化率為一層62%，二層87%，三層94.8%，四層99.83%；HRS熱回收塔吸收率為≥99%計(jì)；進(jìn)裝置爐氣量148 035 m3／h，各組分體積分?jǐn)?shù)為：SO20.59%，SO311.02%，O25.04%，N283.35%。出裝置爐氣量131 893 m3／h，各組分體積分?jǐn)?shù)為：SO20.66%，SO30.12%，O25.66%，N293.56%。

4.2 物料流程圖

物料流程圖見圖3。

圖3 物料流程圖Figure 3 Material flow chart

4.3 熱量計(jì)算

根據(jù)硫酸裝置實(shí)際生產(chǎn)情況，對(duì)一吸塔系統(tǒng)可回收熱量進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果如下：

1）吸收SO3反應(yīng)熱Q1

生成硫酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)99.37%，溫度106℃，q＝106.3 kJ／mol。

2）氣體冷卻熱Q2

氣體進(jìn)塔溫度170℃，氣量：148 035 m3／h。

氣體出塔溫度80℃，氣量：131 893 m3／h Cp＝28.74 kJ／kmol。

3）硫酸稀釋熱

硫酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)由99.37%稀釋到98.7%。

總熱量：Q＝Q1＋Q2＋Q3＝1238.034×105kJ／h。

回收熱量折成1.0 MPa，185℃飽和蒸汽量：

蒸汽熱焓：2 780 kJ／kg

減少循環(huán)水量：循環(huán)水溫差10℃。

HRS裝置與一吸塔系統(tǒng)相比較：由于HRS裝置要副產(chǎn)蒸汽，進(jìn)HRS熱回收塔爐氣溫度由170℃提高到235℃；出熱回收塔酸溫由106℃提高到220℃；現(xiàn)有成品酸在循環(huán)酸槽中稀釋等這些因素，熱回收量會(huì)有所差異。

以上3項(xiàng)熱量大部分能回收，因此，600 kt／a硫酸裝置通過增加HRS裝置后能回收0.8 MPa、185℃蒸汽37.5 t／h。

5 設(shè)備選型

本技改項(xiàng)目主要設(shè)備采用進(jìn)口，鍋爐等輔助設(shè)備選用國(guó)產(chǎn)。HRS裝置主要設(shè)備的材質(zhì)要求能在高溫濃硫酸中具有良好的耐腐蝕性和抗開裂性。主要進(jìn)口設(shè)備見表1。

表1 主要進(jìn)口設(shè)備一覽表Table 1 List of major import equipment

鍋爐主要輔助設(shè)備有：

①熱力除氧器：額定出力40 t／h，1臺(tái)。

②鍋爐給水泵：流量46 t／h，揚(yáng)程180 m 2臺(tái)。

6 實(shí)施結(jié)果

本項(xiàng)目改造于2010年3月進(jìn)行了72 h生產(chǎn)考核，考核數(shù)據(jù)見表2。

表2數(shù)據(jù)表明HRS技術(shù)改造達(dá)到了預(yù)期的效果，而除產(chǎn)量因系統(tǒng)阻力增加了2 kPa左右而受到一定影響外，主要工藝指標(biāo)轉(zhuǎn)化率、吸收率達(dá)到考核要求。主要環(huán)保指標(biāo)：尾氣排放SO2濃度、酸霧達(dá)到考核要求。

表2 裝置運(yùn)行72 h考核數(shù)據(jù)Table 2 Assessment data of device running 72h

7 經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益

1）經(jīng)計(jì)算，600 kt／a硫磺制酸裝置改造前噸酸副產(chǎn)熱能為2 871.41 MJ／t，改造后副產(chǎn)熱能為4 326.28 MJ／t，增加熱能為1 455.45 MJ／t，年節(jié)能87 327×104MJ，折標(biāo)準(zhǔn)煤29 835 t。按燃煤燃燒排放的煙氣中CO2的排放量約0.647 t／t標(biāo)煤計(jì)算，相當(dāng)于每年可減排1.98萬tCO2。按500元／t標(biāo)煤計(jì)，可節(jié)約1 492萬元。

2）技改后干吸工序酸冷卻器循環(huán)水量減少50%，即2 100 m3／h，可減少新鮮補(bǔ)充水45 m3／h，每年節(jié)水36萬m3。若水的價(jià)格以0.5元／m3計(jì)算，節(jié)省水費(fèi)18萬元／年。

［1］ 李崇貴，師永林，陳大凡.硫磺制酸裝置低溫位熱回收技術(shù)的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)［J］.硫酸工業(yè)，2012，（1）：39 －42.

［2］ T.Hong.P Ritschel.S.M.Purcelli.孟山都公司硫酸新技術(shù)［J］.硫酸工業(yè)，2003，（01）：1－5.

［3］ 張聯(lián)科.南京化工學(xué)院等合編《化工熱力學(xué)》［M］.（無機(jī)化工專業(yè)用）.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1980，12：330－331（附表6）.

［4］ 丁華.Patrick MRitschel HRS在硫磺制酸中的應(yīng)用［J］.硫酸工業(yè)，2007（3）：19－23.

［5］ 云南云天化國(guó)際化工有限公司三環(huán)分公司600kt／a硫磺制酸裝置干吸工序低溫位熱能回收技術(shù)項(xiàng)目安全評(píng)價(jià)驗(yàn)收?qǐng)?bào)告［R］.

Application of HRS Technology in 600 kt／a Sulfuric Acid Plant

WANG Xue－fen

（Yunnan Yuntianhua International Chemical Corporation Sanhuan Branch，Kunming 650113，China）

Application of HRS Technology in 600kt／a Sulfuric Acid Plant was introduced.

sulfuric acid；potential energy of low temperature；recycle

TQ111.1

A

1004-275X（2014）04-0050-04

12.3969／j.issn.1004-275X.2014.04.014

收稿：2014-05-16

王學(xué)芬（1964－），女，云南昆明人，化工工藝工程師，主要從事硫酸及磷化工技術(shù)管理相關(guān)工作。