干法制酸裝置開車轉(zhuǎn)化工序控制難點及措施

李 穎

（中石化南京化工研究院有限公司，江蘇南京210048）

關(guān)鍵字：硫酸裝置 轉(zhuǎn)化工序 升溫 調(diào)節(jié)閥 催化劑 轉(zhuǎn)化率

干法制酸裝置一般包括焚燒（裂解）、凈化、干吸和轉(zhuǎn)化4個主要工序，以及脫硝、尾氣吸收等附加工序。轉(zhuǎn)化工序的主要任務(wù)是將SO2轉(zhuǎn)化生成SO3，是整個制酸裝置的關(guān)鍵工序，具有舉足輕重的作用。在硫酸裝置開車時，轉(zhuǎn)化工序的調(diào)試常常是牽一發(fā)而動全身，調(diào)試工作需要非常謹(jǐn)慎。為此，筆者總結(jié)了硫酸裝置開車時需要注意的重要事項和不正常工況的解決措施，供企業(yè)參考。

1 轉(zhuǎn)化反應(yīng)溫度的調(diào)節(jié)

1.1 轉(zhuǎn)化工序升溫的常規(guī)步驟

目前常見的轉(zhuǎn)化工序分為“3+1”四段轉(zhuǎn)化和“3+2”五段轉(zhuǎn)化，相應(yīng)地，轉(zhuǎn)化器也分為四段轉(zhuǎn)化器和五段轉(zhuǎn)化器。在裝置開車階段，轉(zhuǎn)化工序需要先通過加熱電爐供熱，將轉(zhuǎn)化器的各段進口溫度升高到工藝指標(biāo)值（410～470 ℃），保證各段達(dá)到催化劑的起燃點，轉(zhuǎn)化反應(yīng)才能順利進行。因此，轉(zhuǎn)化工序開車最重要的工作是提高和控制轉(zhuǎn)化器各段進口的煙氣溫度，尤其是轉(zhuǎn)化器一段進口的煙氣溫度。在升溫最初階段，一般將主鼓風(fēng)機風(fēng)量調(diào)至60%～70%負(fù)荷，轉(zhuǎn)化一段加熱電爐開啟組數(shù)不超過總組數(shù)的一半，轉(zhuǎn)化器每小時溫升可達(dá)到30～50℃。根據(jù)溫升情況，逐步增加電爐的開啟組數(shù)，當(dāng)轉(zhuǎn)化器一段進口的煙氣溫度達(dá)300 ℃時逐漸關(guān)小風(fēng)量，使一段催化劑按10～20 ℃/h的速度升高溫度。當(dāng)轉(zhuǎn)化器一段進口的煙氣溫度達(dá)到工藝設(shè)定的410℃時，通知焚燒崗位通氣并關(guān)閉補風(fēng)口，打通制酸全流程，系統(tǒng)聯(lián)動開車。

1.2 副線閥在升溫過程中的調(diào)節(jié)要點

系統(tǒng)連通后，應(yīng)注意控制風(fēng)機在升溫初期要低負(fù)荷運行。SO2首先進入轉(zhuǎn)化器一段發(fā)生轉(zhuǎn)化反應(yīng)，開大Ⅰ換熱器的副線閥，利用一段反應(yīng)產(chǎn)生的熱煙氣提高轉(zhuǎn)化器二段的溫度，使轉(zhuǎn)化器二段的反應(yīng)能夠進行。同理，開大Ⅱ換熱器的副線閥，用二段反應(yīng)后的熱煙氣將三段反應(yīng)溫度提高，進入轉(zhuǎn)化器四段的煙氣用加熱電爐加熱后進入轉(zhuǎn)化器，待四段反應(yīng)發(fā)生后，五段催化劑溫度也將提高。隨著煙氣量逐步加大，相應(yīng)地逐步關(guān)停電爐組數(shù)，直至電爐全部關(guān)停，裝置系統(tǒng)熱量達(dá)到自平衡。

在升溫過程中，操作人員要密切關(guān)注轉(zhuǎn)化器各段進口的煙氣溫度，溫度升高得不可太快，各段溫升也不可太大，應(yīng)保持在工藝規(guī)定的適宜范圍內(nèi)。充分利用多種儀表檢測手段確保各段溫升可控，并與焚燒工序和干吸工序保持聯(lián)系。

轉(zhuǎn)化各段進出口煙氣的溫度是相互關(guān)聯(lián)的，通過旁路閥門和閥組來控制煙氣溫度時，雖然每個閥門的控制作用各有側(cè)重點，但是閥門操作時造成影響的不只是某一段進口煙氣的溫度，通常會同時影響兩段或更多段煙氣的溫度。以“3+2”五段轉(zhuǎn)化裝置工藝流程為例，調(diào)節(jié)閥門閥組的作用參見表1。

表1 “3+2”五段轉(zhuǎn)化裝置調(diào)節(jié)閥門閥組的作用

在通過閥門調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)化器各段溫度時，一次動作不可過大，盡力避免溫度急升急落，保證操作的平穩(wěn)性，以保護催化劑和設(shè)備。

2 風(fēng)量和煙氣SO2濃度對轉(zhuǎn)化溫度的影響

2.1 轉(zhuǎn)化器一段超溫時的調(diào)節(jié)方法

當(dāng)轉(zhuǎn)化器一段煙氣的進口溫度已達(dá)到或超過工藝參數(shù)的設(shè)定值420 ℃，且還有繼續(xù)上升的趨勢，一段出口的煙氣溫度也已超過工藝指標(biāo)時，應(yīng)先減少投運的電爐數(shù)，若對轉(zhuǎn)化器一段煙氣的出口溫度沒有改善，需要進一步考慮降低煙氣的SO2濃度，可通過增加煙氣補風(fēng)量來降低煙氣的SO2濃度，同時低溫空氣也降低了煙氣的溫度，同時開大Ⅰ，Ⅱ換熱器的副線閥，盡可能減小換熱器的換熱量，將更多熱量向下段轉(zhuǎn)移，提升二段和三段的溫度。

2.2 轉(zhuǎn)化溫度偏低時的調(diào)節(jié)方法

當(dāng)進入轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的煙氣SO2濃度降低，轉(zhuǎn)化器一段出口煙氣溫度降低，二至五段溫度逐步下降時，應(yīng)盡快減小煙氣流量，一方面可以提高SO2濃度，另一方面減少熱損失，減緩溫度下降的速度，逐漸建立新的熱平衡。

如果轉(zhuǎn)化器一段進口的煙氣SO2濃度不低于工藝指標(biāo)值，但是轉(zhuǎn)化器四、五段一直沒有溫升，說明轉(zhuǎn)化器四、五段未發(fā)生轉(zhuǎn)化反應(yīng)；換熱器旁路不能開，或只能開得很小，或者轉(zhuǎn)化器各段進口的煙氣溫度下降，說明轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的熱負(fù)荷太小，不能維持正常的自熱平衡。上述情況都應(yīng)適量增加系統(tǒng)的煙氣流量，或者提高煙氣SO2的濃度，增加系統(tǒng)熱負(fù)荷。

2.3 轉(zhuǎn)化煙氣SO2濃度波動對溫度的影響

在煙氣流量一定的情況下，轉(zhuǎn)化溫度的變動是由SO2濃度的波動引起的。轉(zhuǎn)化溫度的調(diào)節(jié)實質(zhì)上是由SO2濃度波動所引起的追加調(diào)節(jié)。為了減少不必要的操作動作，同時使控制更加有效，轉(zhuǎn)化崗位與焚燒崗位需要持續(xù)保持聯(lián)系，當(dāng)需要調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)化溫度時，首先要與焚燒崗位聯(lián)系調(diào)節(jié)進入轉(zhuǎn)化工序的煙氣SO2濃度，觀察調(diào)節(jié)SO2濃度能否達(dá)到預(yù)期的煙氣溫度。若調(diào)節(jié)效果不理想，才能調(diào)節(jié)旁路和閥組的閥門。

在開車過程中，要將進氣溫度和反應(yīng)狀態(tài)調(diào)配到最優(yōu)化狀態(tài)，一般要經(jīng)過3～7 d的過程。在解決各種問題時，不能單一地看表面現(xiàn)象，而是要從全系統(tǒng)的角度，理清主要和次要影響因素，掌握全系統(tǒng)的變化規(guī)律，不可輕率地做出調(diào)節(jié)動作。

3 設(shè)備管道保溫對反應(yīng)自熱平衡的影響

在干法制酸裝置轉(zhuǎn)化工序的開車過程中，不可避免地利用加熱電爐為轉(zhuǎn)化器升溫提供熱量。盡快地停用電爐設(shè)備，實現(xiàn)轉(zhuǎn)化工序自熱平衡，是制酸裝置降低能耗的重要手段。在傳統(tǒng)的制酸裝置上，轉(zhuǎn)化器與換熱器的布置相對緊湊，管線也設(shè)計得盡可能短，可以較大程度地減少管路熱損失，轉(zhuǎn)化工序盡快達(dá)到自熱平衡，順利脫離加熱電爐的輔助，降低能耗。

如果轉(zhuǎn)化工序的管道敷設(shè)過長，保溫效果不理想，會導(dǎo)致管路散熱量過大，難以達(dá)到自熱平衡，以至于加熱電爐持續(xù)低負(fù)荷運行，此時需要提高設(shè)備和管道的保溫效率，特別是管道膨脹節(jié)等易散熱管件要做好保溫，降低散熱，以盡快停用加熱電爐。

4 保證總轉(zhuǎn)化率達(dá)標(biāo)的工藝措施

轉(zhuǎn)化工序的總轉(zhuǎn)化率受多種因素的影響，如反應(yīng)溫度、反應(yīng)速率、煙氣中SO2的濃度、催化劑的活性等都對總轉(zhuǎn)化率有重大影響。為了達(dá)到較高的轉(zhuǎn)化率，目前轉(zhuǎn)化工序最常用的是中間換熱法流程，即轉(zhuǎn)化反應(yīng)過后煙氣換熱降溫，再反應(yīng)再換熱，如此反復(fù)換熱。從每一段轉(zhuǎn)化過程來看，轉(zhuǎn)化反應(yīng)是升溫反應(yīng)，但從整個反應(yīng)過程來看，其實是在不斷接近最適宜溫度的變化過程，要求逐步把前一段的反應(yīng)溫度降下來，再進行下一段反應(yīng)。前三段的反應(yīng)溫度較高，能夠達(dá)到較高的反應(yīng)速率，但是高溫下的轉(zhuǎn)化率達(dá)不到理想值99.7%及以上。后兩段反應(yīng)溫度偏低，反應(yīng)速率低一些，但是低溫下的轉(zhuǎn)化率更高，前后結(jié)合可以提高整個反應(yīng)過程的轉(zhuǎn)化率，使總轉(zhuǎn)化率達(dá)到99.7%及以上。

轉(zhuǎn)化工序?qū)е罗D(zhuǎn)化率降低常見的原因主要包括工藝操作和催化劑活性兩方面的因素。

4.1 工藝操作

由于工藝操作不當(dāng)導(dǎo)致轉(zhuǎn)化工序轉(zhuǎn)化率降低的原因及需要采取的措施有：

1）轉(zhuǎn)化溫度控制不當(dāng)。溫度波動會明顯影響轉(zhuǎn)化反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率，這導(dǎo)致在升溫過程中，總轉(zhuǎn)化率一般不能達(dá)到理想的目標(biāo)值，只有當(dāng)轉(zhuǎn)化器各段煙氣的進、出口溫度都穩(wěn)定在最適宜的范圍，才能保證總轉(zhuǎn)化率達(dá)到較高的水平。

2）煙氣SO2的濃度出現(xiàn)波動或者偏高。對進入轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的煙氣，SO2濃度需要滿足2個要求：一是要控制在工藝設(shè)定的范圍，二是波動幅度要小。為了協(xié)同濃度控制，要實時關(guān)注SO2風(fēng)機出口的SO2濃度，并配合人工分析SO2濃度，以免儀表不準(zhǔn)誤導(dǎo)操作。經(jīng)驗數(shù)據(jù)表明，每小時SO2濃度波動幅度小于0.2%，轉(zhuǎn)化器一段進口煙氣的溫度每小時波動不超過±1℃，年平均轉(zhuǎn)化率可以達(dá)到98%以上。

3）轉(zhuǎn)化器后段溫度低。煙氣SO2濃度低、氣體流量小、旁路閥開度小等原因會導(dǎo)致轉(zhuǎn)化器后段溫度低，轉(zhuǎn)化反應(yīng)不能進行，根據(jù)不同原因采取改善措施后可有效提高后兩段的煙氣溫度，使后兩段發(fā)生轉(zhuǎn)化反應(yīng)，進一步提高轉(zhuǎn)化率。如果上述措施都不起作用，則要衡算熱量，計算熱損失，并找出損失較大的管路，檢查保溫措施是否到位。另外，如果換熱面積不足，也會導(dǎo)致轉(zhuǎn)化溫度達(dá)不到工藝設(shè)定的要求，需要逐段進行檢查，增加換熱器的換熱面積進行補救。

4.2 催化劑活性

催化劑活性影響轉(zhuǎn)化工序的轉(zhuǎn)化率主要體現(xiàn)在生產(chǎn)工藝條件的影響導(dǎo)致催化劑活性不達(dá)標(biāo)和催化劑中毒引起活性下降。

一般來說，在催化劑采購合同中對催化劑的活性和總轉(zhuǎn)化率都有明確規(guī)定，但由于生產(chǎn)工藝條件常常不能完全滿足催化劑廠家的要求等原因，導(dǎo)致催化劑的活性不達(dá)標(biāo)，甚至在使用初期就不能保證總轉(zhuǎn)化率達(dá)到工藝規(guī)定的指標(biāo)。對于這種情況，可以通過轉(zhuǎn)化器一段進出口的溫度差與催化劑廠家提供的計算值進行對比，在氣體流量、SO2濃度、進氣溫度都達(dá)到工藝參數(shù)的范圍時，如果轉(zhuǎn)化器一段進、出口的煙氣溫度差長時間明顯偏低，則說明催化劑的活性較低，對轉(zhuǎn)化率造成了直接的影響。

對于催化劑中毒引起活性下降，在生產(chǎn)中可以利用加熱電爐將轉(zhuǎn)化后段的催化劑床層溫度提高至比正常溫度高20～40 ℃，維持4～6 h后再停用加熱電爐，讓催化劑床層自行降溫到略高于正常溫度3～5 ℃，可以改善催化劑活性。如果上述方法不可行，則需要對催化劑進行更換。同時，還要取樣分析化驗煙氣中的砷、氟、塵的含量，查找催化劑中毒的原因，并盡快調(diào)整原料。

5 結(jié)語

在干法制酸裝置轉(zhuǎn)化工序開車過程中，需要使轉(zhuǎn)化器各段的煙氣溫度順利升溫到工藝設(shè)定值，煙氣流量平穩(wěn)提高到設(shè)計處理量，進而不斷提高總轉(zhuǎn)化率，最終實現(xiàn)總轉(zhuǎn)化率設(shè)計指標(biāo)。在此期間，遇到的問題包括而不限于上述提到的情況，需要操作人員厘清轉(zhuǎn)化工序的操作邏輯，掌握轉(zhuǎn)化工序與其他工序的前后聯(lián)系和因果關(guān)系，以便在處理問題的時候抓到重點，處理得當(dāng)。