300 kt/a濕法制酸裝置的運(yùn)行實(shí)踐

顧洪寬，馬青華，李愛玲

（廣東宏瑞能源科技股份有限公司，廣東惠州516000）

廣東宏瑞能源科技股份有限公司（以下簡稱宏瑞股份）100 kt/a煉油廢氣綜合利用項(xiàng)目主要用于處理某石化企業(yè)10 Mt/a煉油產(chǎn)生的部分煉油廢氣，引進(jìn)丹麥托普索濕法制酸技術(shù)及國內(nèi)氨法脫硫尾氣處理技術(shù)，一步法直接生產(chǎn)硫酸產(chǎn)品，產(chǎn)生的尾氣經(jīng)處理后達(dá)標(biāo)排放。

煉油廢氣綜合利用裝置包括300 kt/a 濕法制酸和氨法尾氣脫硫兩個生產(chǎn)系統(tǒng)，配套設(shè)施有：循環(huán)水站、硫酸儲罐、裝車棧臺及地中衡、變配電站等，其余公用工程如天然氣、脫鹽水、氮?dú)夂蛢x表風(fēng)等直接由某石化企業(yè)管道供應(yīng)。該裝置設(shè)計操作彈性為50%～110%，按年運(yùn)行8 400 h設(shè)計。產(chǎn)品為w(H2SO4)98%濃硫酸、中壓蒸汽和硫酸銨。硫酸通過槽車運(yùn)送到周邊企業(yè)，裝置副產(chǎn)過熱蒸汽通過汽輪機(jī)做功后抽出中壓蒸汽，該蒸汽通過管道輸送到某石化企業(yè)3.8 MPa中壓蒸汽管網(wǎng)，固體硫酸銨裝袋后對外銷售。

2018年2月3 日裝置首次投料試生產(chǎn)，2月5日生產(chǎn)出w(H2SO4)98%硫酸產(chǎn)品，并成功向某石化企業(yè)輸送合格中壓蒸汽，2月25日產(chǎn)出第一批硫酸銨且產(chǎn)品一次性合格。2018年12月裝置停車檢修，2019年1月2日恢復(fù)生產(chǎn)。2019年5月單獨(dú)運(yùn)行汽輪機(jī)驅(qū)動的冷風(fēng)機(jī)K131A，電驅(qū)動冷風(fēng)機(jī)K131B備用。

1 工藝技術(shù)

主裝置采用丹麥托普索公司的濕法制酸（WSA）工藝生產(chǎn)硫酸和高壓蒸汽，尾氣處理裝置采用某環(huán)保公司的氨法脫硫工藝脫除尾氣中的SO2副產(chǎn)硫酸銨。該裝置在國內(nèi)是首次將WSA工藝和氨法尾氣脫硫工藝相結(jié)合的裝置[1]，是世界上單套產(chǎn)能最大的WSA制酸裝置，也是國內(nèi)最大的能夠直接連續(xù)生產(chǎn)試劑級硫酸的裝置。氨法脫硫工藝不產(chǎn)生廢水和稀硫酸，SO2脫除率高[2]。硫酸系統(tǒng)管道采用碳鋼內(nèi)襯PTFE，尾氣管道采用玻璃鋼內(nèi)襯ECTFE，脫硫塔和氧化塔采用玻璃鋼材質(zhì)。主裝置工藝流程見圖1。

該裝置有以下主要特點(diǎn)：

1）原料是煉油廢氣和液體硫磺，可以單獨(dú)處理煉油廢氣，也可以在處理煉油廢氣的同時，補(bǔ)充液體硫磺。

2）有別于傳統(tǒng)的硫磺制酸，焚燒爐的助燃風(fēng)不需要干燥處理，生產(chǎn)硫酸時一般不需要補(bǔ)充工藝水。

3）采用過氧燃燒，燃燒后的工藝氣φ(SO2)在5%～6%。

4）在進(jìn)轉(zhuǎn)化器之前對工藝氣進(jìn)行脫硝處理，保證硫酸產(chǎn)品中較低的硝酸鹽含量和尾氣中NOx不超標(biāo)。

5）采用一轉(zhuǎn)一冷工藝，簡化工藝流程。轉(zhuǎn)化器內(nèi)有3層催化劑及3個床間換熱器，催化劑總裝填量 620 m3。

6）硫酸冷凝器用干凈的空氣冷卻，加熱后的熱空氣作為焚燒爐的助燃風(fēng)及加熱鍋爐給水、干燥硫酸銨，充分回收利用裝置的熱能，降低裝置能耗。

7）副產(chǎn)的 5.8 MPa、450 ℃高壓過熱蒸汽通過汽輪機(jī)驅(qū)動冷風(fēng)機(jī)K131A，抽出的3.8 MPa、400℃的中壓蒸汽直接并入某石化企業(yè)中壓蒸汽管網(wǎng)，體現(xiàn)了能量的梯級利用，提高了裝置的能源利用效率。

8） 尾氣在脫硫塔內(nèi)經(jīng)洗滌降溫、吸收SO2和水洗除霧后，外排尾氣內(nèi)控指標(biāo)[干基，基準(zhǔn)φ(O2)3%]如下：逃逸氨(ρ)≤10 mg/m3、硫酸霧(ρ)≤30 mg/m3、ρ(SO2)≤ 50 mg/m3、ρ(NOx)≤ 100 mg/m3。

9）酸性氣燃燒爐配有BMS系統(tǒng)，其中包括自動點(diǎn)火、氣密檢測、進(jìn)料、停車、吹掃、停電保護(hù)等安全聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)，提高了裝置運(yùn)行的安全性和自動化水平。

10）余熱鍋爐系統(tǒng)設(shè)計操作壓力為5.8 MPa，最大產(chǎn)氣量為 100 t/h。

11）酸冷卻器為阿法拉伐板式換熱器，占地面積小，傳熱效率高。

12）有熱風(fēng)機(jī)、冷風(fēng)機(jī)和尾氣風(fēng)機(jī)，所有風(fēng)機(jī)均有備用風(fēng)機(jī)，確保了裝置的可靠運(yùn)行。

2 裝置運(yùn)行情況

濕法制酸裝置投產(chǎn)以來各月平均負(fù)荷情況見表1。

表1 濕法制酸裝置月均負(fù)荷統(tǒng)計

當(dāng)裝置負(fù)荷達(dá)到75%及以上時，汽輪機(jī)驅(qū)動的冷風(fēng)機(jī)K131A具備投用條件。裝置實(shí)際運(yùn)行產(chǎn)品收率和原輔料單耗均優(yōu)于設(shè)計值。只開1臺電驅(qū)動冷風(fēng)機(jī)K131B冬季可以滿足100%負(fù)荷的運(yùn)行要求。其中有10 d時間裝置連續(xù)平穩(wěn)運(yùn)行110%左右負(fù)荷（最高111.2%），說明該裝置完全達(dá)到了設(shè)計操作彈性。

2018年投產(chǎn)以來，單獨(dú)運(yùn)行風(fēng)機(jī)K131B單日最大負(fù)荷101.6%（設(shè)計能力為75%），單獨(dú)運(yùn)行風(fēng)機(jī)K131A的單日最大負(fù)荷111.2%（設(shè)計能力為100%）。

裝置的單耗統(tǒng)計見表2。

表2 裝置產(chǎn)品收率及原輔料單耗統(tǒng)計

冷風(fēng)機(jī)、熱風(fēng)機(jī)和尾氣風(fēng)機(jī)均設(shè)置了備用風(fēng)機(jī)，其中冷風(fēng)機(jī)K131B和熱風(fēng)機(jī)K132B的備用風(fēng)機(jī)均分別按K131A和K132A風(fēng)機(jī)能力的75%配置；尾氣風(fēng)機(jī)K133A/B的風(fēng)機(jī)能力相同，并考慮了20%的裕量。除了K131A采用汽輪機(jī)驅(qū)動，其余風(fēng)機(jī)均為變頻電機(jī)驅(qū)動。

工況一：只運(yùn)行1臺冷風(fēng)機(jī)K131B；工況二：冷風(fēng)機(jī)K131A和K131B同時運(yùn)行；工況三：只運(yùn)行汽輪機(jī)驅(qū)動冷風(fēng)機(jī)K131A，K131B備用。

3 生產(chǎn)規(guī)模和原料

3.1 生產(chǎn)規(guī)模

裝置設(shè)計規(guī)模（100%負(fù)荷）為硫酸35.578 t/h、中壓蒸汽 73.99 t/h、硫酸銨 0.470 5 t/h，處理煉油廢氣 9 424 m3/h。

3.2 原材料

酸性氣和燃料氣從上游的CLAUS制硫裝置供應(yīng)。為節(jié)省設(shè)備投資和減少裝置的泄漏點(diǎn)，在設(shè)計裝置時沒有對原料酸性氣和燃料氣設(shè)取樣點(diǎn)，共享上游的分析檢測結(jié)果，宏瑞股份不再分析檢測。實(shí)際執(zhí)行時，由于上游分析結(jié)果不準(zhǔn)，分析檢測報告中酸性氣的組成僅做參考。該裝置主要原料來自上游石化企業(yè)的酸性氣，主要組分為：φ(H2S)85.00%、φ(CxHy)0.12%、φ(CO2)10.56%、φ(H2O)3.89%、φ(NH3)0.26%、φ(H2)0.11%。

4 裝置工藝標(biāo)定

標(biāo)定時間為2019年5月28日0∶00至2019年5月31日0∶00，裝置標(biāo)定72 h。標(biāo)定期間裝置平均負(fù)荷110%，達(dá)到設(shè)計最大負(fù)荷。

4.1 工藝操作數(shù)據(jù)

標(biāo)定期間主要操作參數(shù)（72 h平均值）見表3。

表3 主要工藝參數(shù)

4.2 物料消耗

標(biāo)定期間物料消耗數(shù)據(jù)見表4。

由表4可見：110%負(fù)荷下，汽輪機(jī)驅(qū)動代替電機(jī)驅(qū)動冷風(fēng)機(jī)，汽酸比為2.3∶1。裝置實(shí)際運(yùn)行的原料、輔料的消耗低于設(shè)計值，壓縮空氣和氮?dú)獾膯魏母哂谠O(shè)計值。整體而言，裝置運(yùn)行效果達(dá)到設(shè)計要求。

4.3 硫回收率

標(biāo)定期間裝置總硫回收率為99.99%，WSA裝置硫回收率99.64%，硫回收率情況見表5。

表5 標(biāo)定期間硫回收率

4.4 SO2轉(zhuǎn)化率

標(biāo)定期間制酸裝置SO2平均轉(zhuǎn)化率為99.33%，89%的SO2在轉(zhuǎn)化器一段催化劑床層完成轉(zhuǎn)化，10%在二段完成，三段轉(zhuǎn)化率只有0.2%。SO2轉(zhuǎn)化率統(tǒng)計數(shù)據(jù)見表6。

表6 SO2轉(zhuǎn)化率統(tǒng)計數(shù)據(jù)

4.5 尾氣脫硫

尾氣脫硫系統(tǒng)操作指標(biāo)（實(shí)測值）見表7。

表7 尾氣脫硫系統(tǒng)操作指標(biāo)（實(shí)測值）

由表7可見：尾氣中各項(xiàng)污染物均能達(dá)標(biāo)排放。根據(jù)分析結(jié)果計算脫除率，脫硫塔對尾氣中SO2和酸霧的脫除率均大于98%，經(jīng)尾氣處理后NOx和氨的濃度都有增加。尾氣脫硫采用的是氨法脫硫工藝，吸收液中的氨和尾氣中的SO2反應(yīng)生成硫酸銨，因此脫硫處理后氨含量增加。尾氣處理系統(tǒng)的溫度小于45 ℃，不存在NOx的生成條件，初步判斷是檢測有誤。

4.6 露點(diǎn)腐蝕

因?yàn)樗嵝詺?、工藝氣和尾氣中都有含水的酸性氣體，存在露點(diǎn)腐蝕的可能性，因此在生產(chǎn)過程中要重點(diǎn)監(jiān)管工藝氣運(yùn)行溫度和露點(diǎn)。與金屬管道、設(shè)備接觸氣體的運(yùn)行溫度需高于露點(diǎn)10 ℃以上為最佳，運(yùn)行溫度低于露點(diǎn)的，使用內(nèi)襯PTFE、噴涂ECTFE或玻璃鋼材質(zhì)。各關(guān)鍵點(diǎn)溫度及露點(diǎn)腐蝕情況見表8。

表8 各關(guān)鍵點(diǎn)溫度及露點(diǎn)腐蝕情況

4.7 WSA冷凝器熱效率

WSA冷凝器熱回收率見表9。

表9 WSA冷凝器熱回收率

冷風(fēng)經(jīng)過WSA冷凝器換熱后變成258 ℃熱風(fēng)，進(jìn)入工藝氣系統(tǒng)的熱風(fēng)流量為196 840 m3/h，約有50%的熱風(fēng)進(jìn)入工藝氣，約有21%的熱風(fēng)加熱鍋爐給水，少量熱風(fēng)用于硫酸銨干燥，其余約占25%的熱風(fēng)放空。WSA冷凝器熱回收率為83.8%。

4.8 三廢排放

宏瑞股份“三廢”排放執(zhí)行GB 31570—2015《石油煉制工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》、廣東省地方標(biāo)準(zhǔn)DB44/T 27—2001《大氣污染物排放限值》（第二時段二級標(biāo)準(zhǔn)）及GB 14554—1993《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，標(biāo)定期間裝置SO2、硫酸霧、NOx、氨等大氣污染物均遠(yuǎn)低于排放標(biāo)準(zhǔn)限值。標(biāo)定期間無對外排放市政污水，市政水口閥門關(guān)閉，閥門井內(nèi)水質(zhì)合格，說明裝置區(qū)無污染物泄漏至市政雨水管網(wǎng)。

4.9 標(biāo)定結(jié)論

1）72 h標(biāo)定平均負(fù)荷110%，裝置在設(shè)計最大負(fù)荷下可以連續(xù)安全平穩(wěn)運(yùn)行，達(dá)到設(shè)計要求。

2）汽輪機(jī)驅(qū)動冷風(fēng)機(jī)，降低了電耗，汽酸比會降低。

3）裝置能耗低于設(shè)計指標(biāo)。

4）SO2轉(zhuǎn)化器、脫硝反應(yīng)器運(yùn)行正常，達(dá)到設(shè)計要求。

5）110 %負(fù)荷下，電機(jī)、泵、風(fēng)機(jī)和汽輪機(jī)的能力仍有一定余量。

6）裝置熱回收利用效率71.69%，硫回收利用率99.99%。

7）工藝氣運(yùn)行溫度高于露點(diǎn)，WSA冷凝器出口尾氣運(yùn)行溫度低于露點(diǎn)，但相關(guān)設(shè)備及管道均已做防腐處理。

8）硫酸、中壓蒸汽和硫酸銨產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定合格。

9）脫硫塔脫硫和除酸霧效果良好。

10）標(biāo)定期間SO2排放均明顯優(yōu)于國家及地方標(biāo)準(zhǔn)。

5 裝置問題及改進(jìn)建議

1）焚燒爐前燃料氣調(diào)節(jié)閥微量內(nèi)漏，增加了燃料氣消耗，增加生產(chǎn)成本但不影響安全生產(chǎn)。

2）工業(yè)水水質(zhì)差無法正常使用，用生活水替代工業(yè)水，基本滿足使用需求。

3）工業(yè)水設(shè)計流量 504 kt/a（60 t/h），生活用水設(shè)計流量126 kt/a（15 t/h）。標(biāo)定期間生活水最大流量11.52 t/h，沒有超過生活水的設(shè)計流量。上游供宏瑞股份使用生產(chǎn)水來自134單元的一個小水箱，當(dāng)尾氣處理單元開啟大量沖洗水時（40 t/h），需提前聯(lián)系上游將水箱的補(bǔ)水閥開大，避免抽空水箱。

4）除氧器平臺及連接管道振動較大，設(shè)計院已給出解決方案。

5）汽包放空閥內(nèi)漏，標(biāo)定結(jié)束后更換放空閥。

6）裝置負(fù)荷較高時，冷凝器模塊可看見硫酸霧逸出，說明冷凝器頂部酸除霧墊已經(jīng)有縫隙，待檢修時對破碎玻璃管和除霧墊維修。

7）除氧器進(jìn)水閥設(shè)計選型偏小，需將旁路手閥打開才能滿足脫鹽水流量要求。

8）夏季氣溫較高，酸冷卻器進(jìn)出口酸溫接近高報值。

6 結(jié)語

宏瑞股份300 kt/a濕法制酸裝置是世界最大規(guī)模濕法制酸裝置，具有設(shè)計先進(jìn)、裝置運(yùn)行可靠、熱回收效率高、操作彈性大（實(shí)際在30%～110%）的優(yōu)點(diǎn)，產(chǎn)品硫酸品質(zhì)可達(dá)到試劑級。該裝置設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、建設(shè)要求和運(yùn)營水平不低于上游石化裝置標(biāo)準(zhǔn)，滿足四年一次大修要求。關(guān)鍵的工藝設(shè)備、電氣儀表均選用國際、國內(nèi)一流品牌。WSA工藝硫回收率超過99%，正常生產(chǎn)情況下無廢水、廢渣等二次污染物排放，大氣污染物遠(yuǎn)低于國家和地方標(biāo)準(zhǔn)要求。該裝置的成功投運(yùn)標(biāo)志著我國硫酸技術(shù)又邁上一個新的高度。