SOP制酸工藝中熔鹽系統(tǒng)存在問題及解決措施

閻 波， 張慶亮

(山西潞安煤基清潔能源有限責(zé)任公司，山西 長治 046200)

引 言

SOP制酸工藝是奧地利P&P公司開發(fā)的一種較為新穎的工藝，采用兩轉(zhuǎn)兩凝的處理工藝，包括一臺(tái)酸性氣燃燒爐及兩級(jí)轉(zhuǎn)化器和兩級(jí)冷凝器，適用于處理各種含硫(H2S、CS2、COS、SO2等)廢氣，可回收H2S和帶有硫的化學(xué)物質(zhì)，可以使用體積分?jǐn)?shù)低至0.5%的H2S廢氣生產(chǎn)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為92%～98%的硫酸，硫回收率可達(dá)99.9%，該方法工藝操作彈性大，可以適應(yīng)原料氣流量和硫化物濃度的大范圍波動(dòng)[1]。SOP制酸工藝布局簡單，操作經(jīng)濟(jì)、回收熱效率高，同時(shí)保證排放的氣體遠(yuǎn)低于國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。

1 熔鹽系統(tǒng)介紹

熔鹽是由硝酸鉀(KNO3)、亞硝酸鈉(NaNO2)和硝酸鈉(NaNO3)按53∶40∶7比例配制而成，平均相對(duì)分子質(zhì)量89.2，熔點(diǎn)142 ℃，150 ℃時(shí)密度為1 976 kg/m3[2-3]。熔鹽具有較好的熱穩(wěn)定性和流動(dòng)性，且有無腐蝕性、比熱容大、換熱效率高、不燃等特點(diǎn)，是高溫能量傳遞的首選介質(zhì)。

熔鹽系統(tǒng)在SOP制酸工藝中起到鍋爐水預(yù)熱和調(diào)節(jié)反應(yīng)床層溫度的作用，因此熔鹽系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行至關(guān)重要。熔鹽系統(tǒng)包括一臺(tái)熔鹽罐和兩臺(tái)熔鹽泵，熔鹽在熔鹽罐中通過低壓蒸汽進(jìn)行熔化，熔融后的鹽通過泵輸送至第一反應(yīng)器和第二反應(yīng)器中的熔鹽換熱器，熔鹽的壓力由控制器控制泵的轉(zhuǎn)速而得，通過調(diào)節(jié)每一個(gè)換熱器的控制器來調(diào)節(jié)流量，進(jìn)而控制各床層溫度，換熱完的熔鹽通過重力進(jìn)入熔鹽罐。

2 熔鹽系統(tǒng)運(yùn)行中存在的問題

2.1 熔鹽換熱器換熱效果差，反應(yīng)器床層溫度高

SOP制酸裝置在新風(fēng)、熔鹽模式運(yùn)行下，熔鹽罐內(nèi)熔鹽液位低(10%)，接收酸性氣體后，第一反應(yīng)器和第二反應(yīng)器催化劑床層溫度無法滿足反應(yīng)換熱要求，反應(yīng)器出口溫度接近聯(lián)鎖值，無法滿足反應(yīng)系統(tǒng)正常連續(xù)運(yùn)行。對(duì)工藝包及詳細(xì)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場熔鹽系統(tǒng)容積為8.46 m3，而經(jīng)過詳細(xì)核算熔鹽系統(tǒng)中熔鹽量不足，導(dǎo)致無法滿足換熱要求。

2.2 熔鹽罐容積及液位聯(lián)鎖設(shè)計(jì)不合理

SOP制酸工藝包中熔鹽罐液位應(yīng)為1 400 mm，對(duì)應(yīng)熔鹽量為11.5 m3(設(shè)計(jì)液位)，以此計(jì)算熔鹽罐容積應(yīng)為13.8 m3，但詳細(xì)設(shè)計(jì)中熔鹽罐容積為12.3 m3。設(shè)計(jì)要求如果熔鹽開始循環(huán)，熔鹽罐內(nèi)還應(yīng)剩余3 m3的熔鹽，對(duì)應(yīng)液位是540 mm(按照熔鹽罐容積12.3 m3計(jì)算)，即10.7%，但聯(lián)鎖邏輯中要求熔鹽罐液位低于35%時(shí)制酸裝置停車，熔鹽罐液位低于50%時(shí)，制酸裝置退出酸性氣模式。因此，熔鹽系統(tǒng)循環(huán)時(shí)，熔鹽罐內(nèi)剩余3 m3熔鹽無法滿足聯(lián)鎖要求。

2.3 熔鹽罐液位低，熔鹽泵無法正常運(yùn)行

詳細(xì)設(shè)計(jì)中熔鹽罐直徑1 800 mm，容積12.3 m3，吹氣式液位計(jì)插入深度1 400 mm，液位計(jì)末端至熔鹽罐底距離400 mm；熔鹽泵插入深度1 600 mm，泵入口濾罩至熔鹽罐底距離200 mm，熔鹽泵最低啟動(dòng)液位550 mm，最低停泵液位400 mm。熔鹽系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，熔鹽罐內(nèi)液位只有540 mm，低于熔鹽泵最低啟動(dòng)液位，在240 ℃高溫下運(yùn)行，容易造成熔鹽泵汽蝕，而降低熔鹽泵運(yùn)行效率，增大檢修和停車頻率。

3 改進(jìn)措施

為確保熔鹽泵正常運(yùn)行，同時(shí)解決熔鹽量不足問題，新增加一臺(tái)12.3 m3的熔鹽罐，與原熔鹽罐底部通過管道連通，從而形成連通池結(jié)構(gòu)(如圖1)，擴(kuò)大熔鹽罐容積，滿足制酸系統(tǒng)換熱效果。同時(shí)，將熔鹽罐低液位聯(lián)鎖變更為≤5%，熔鹽罐的低低液位開關(guān)浸液時(shí)，裝置停車并且停熔鹽泵。當(dāng)熔鹽罐的液位≤10%時(shí)，裝置退出酸性氣模式。

圖1 熔鹽系統(tǒng)示意圖

4 實(shí)際效果

通過增加一臺(tái)熔鹽罐并修改熔鹽罐液位聯(lián)鎖值，既滿足熔鹽泵最低運(yùn)行要求，也滿足制酸系統(tǒng)中第一反應(yīng)器和第二反應(yīng)器催化劑床層溫度控制要求，將反應(yīng)器出口溫度控制在正常范圍內(nèi)(270 ℃～285 ℃)，確保整個(gè)制酸系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)，增加熔鹽罐外表面伴熱，伴熱管與熔鹽罐內(nèi)的夾套伴熱管線相連，可以將這部分凝液加入伴熱管中，形成能量的回收利用，同時(shí)可以對(duì)熔鹽罐中的較冷的熔鹽進(jìn)行預(yù)加熱，降低輔助系統(tǒng)的能耗，也減少高溫熔鹽在輸送過程中向低溫熔鹽的熱量損失，降低熔鹽化鹽的熱能消耗。

5 結(jié)語

將低溫的熔鹽從加料口處放入新增熔鹽罐中，后續(xù)系統(tǒng)中的凝液進(jìn)入伴熱管中，對(duì)預(yù)熱熔鹽罐進(jìn)行加熱并保溫，利用這部分余熱將低溫的熔鹽加熱為高溫熔鹽，縮短后續(xù)調(diào)試時(shí)需要加熱的時(shí)間，同時(shí)可以減少高溫溶鹽在輸送過程中向低溫熔鹽的熱量損失，降低熱能消耗，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。制酸工藝中熔鹽系統(tǒng)的運(yùn)行是至關(guān)重要的，同時(shí)也存在泄漏、堵塞、爆炸、燙傷等安全風(fēng)險(xiǎn)，所以要特別的重視，尤其在開停車過程中，要對(duì)可能發(fā)生的問題提前做好應(yīng)急措施，并在實(shí)踐中不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，更好服務(wù)生產(chǎn)。