AOGC廢氣焚燒爐在丙烯腈裝置上的工業(yè)化應(yīng)用

朱少春，尚瑩

（吉林石化公司丙烯腈廠，吉林132021）

AOGC廢氣焚燒爐在丙烯腈裝置上的工業(yè)化應(yīng)用

朱少春，尚瑩

（吉林石化公司丙烯腈廠，吉林132021）

丙烯腈裝置吸收塔放空尾氣中非甲烷總烴和丙烯腈含量超標(biāo)，為了保證排放合格，需要用焚燒的方法進(jìn)行處理。而催化氧化處理法是一種節(jié)能、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的廢氣處理工藝，處理效果好，適合于丙烯腈裝置的工業(yè)化生產(chǎn)需要。

丙烯腈；催化氧化焚燒；非甲烷總烴；AOGC

吉化丙烯腈廠目前有兩套丙烯腈裝置，分別為第一丙烯腈裝置和第二丙烯腈裝置（簡稱一丙、二丙裝置），產(chǎn)能都為10.6萬t/年。與二丙裝置配套建設(shè)有一套吸收塔尾氣處理裝置（AOGC），該裝置采用上海東化環(huán)境工程公司的催化氧化技術(shù)，該技術(shù)節(jié)能環(huán)保，技術(shù)水平先進(jìn)。但由于該裝置在丙烯腈裝置應(yīng)用屬于首次，工程設(shè)計(jì)中存在一些問題，工廠經(jīng)過了多年的摸索和試車，并根據(jù)試車過程中出現(xiàn)的問題經(jīng)過了多次改造，目前裝置已經(jīng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了達(dá)標(biāo)排放。

1 催化氧化焚燒機(jī)理

丙烯腈裝置的生產(chǎn)工藝技術(shù)采用丙烯氨氧化技術(shù)，以丙烯和氨為主要原料，在催化劑的作用下，反應(yīng)生成丙烯腈及其它副產(chǎn)品，之后經(jīng)過急冷、回收、精制等工藝流程，得到丙烯腈產(chǎn)品。在回收過程中設(shè)置有丙烯腈吸收塔，該塔為常壓操作。在該塔塔頂排出一股氣體，稱之為吸收塔尾氣（AOG）。該尾氣的主要成分為氮?dú)狻⑺魵饧岸趸迹瑫r(shí)含有一定量的一氧化碳、丙烯腈、丙烯及丙烷等，其中對環(huán)境的危害成分主要為非甲烷總烴。本系統(tǒng)采用催化氧化技術(shù)處理丙烯腈尾氣中的有機(jī)物。吸收塔頂部排出的丙烯腈尾氣進(jìn)入本系統(tǒng)后首先經(jīng)分離罐分離游離水，然后經(jīng)尾氣換熱器加熱后進(jìn)入反應(yīng)器，在反應(yīng)器中進(jìn)行催化氧化反應(yīng)，將揮發(fā)性有機(jī)物轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水。從反應(yīng)器出來的凈化氣體經(jīng)過尾氣加熱器回收熱量后排入煙囪。

2 裝置試車和改造歷程

吉化丙烯腈廠第二丙烯腈裝置于2003年11月份投料開車，與其配套建設(shè)的吸收塔尾氣處理裝置AOGC也同期建設(shè)完成，并于2004年完成了開車方案、事故預(yù)案、操作法等技術(shù)資料的編制工作，同時(shí)組織進(jìn)行了系統(tǒng)吹掃、開工預(yù)熱器和閥門儀表等的調(diào)試等開車準(zhǔn)備工作。

2.1 試車第一階段

2004年5月份AOGC裝置組織進(jìn)行了首次試車，當(dāng)時(shí)裝置的運(yùn)行參數(shù)如下：

空氣溫度TI-8905：105℃（指標(biāo)80～130℃）；空氣流量FI-8902：4000 Nm3/h（指標(biāo)2170～7752 Nm3/h）；尾氣流量FRC-8901：10000 Nm3/h；蒸汽壓力PI-8901：3.7 MPa（指標(biāo)3.6～4.0）；蒸汽流量FI-8904：800 kg/h（指標(biāo)400～1 000 kg/h）；蒸汽溫度TI-8904：280℃（指標(biāo)380～400℃）。

在此條件下經(jīng)過將近30 h的升溫，空氣加熱器出口溫度TI-8907最高只達(dá)到180℃（指標(biāo)220～ 250℃），本次開車由于空氣預(yù)熱器能力不足沒有成功。

后來在2004年12月31日～2005年1月1日期間又組織了三次試車，同時(shí)加入了丙烯進(jìn)行助燃。但在試車過程中將尾氣加熱器入口管線燒紅了，系統(tǒng)停車。隨后對裝置進(jìn)行了相應(yīng)的改造：

（1）將丙烯加入點(diǎn)從尾氣預(yù)熱器前移至尾氣預(yù)熱器出口和反應(yīng)器之間，即使丙烯發(fā)生自燃也不會(huì)對廢氣預(yù)熱器熱管構(gòu)成威脅。同時(shí)為了使丙烯加入均勻，將丙烯管線改為8點(diǎn)（均布）加入。

（2）在空氣管線通入尾氣管線之前安裝一個(gè)DN400的排水管線，將吸收塔尾氣中的夾帶水從該排水口排出，以解決空氣管線的積水。

（3）在加入助燃丙烯的管線上安裝限流孔板，保證丙烯的加入量在任何情況下均不會(huì)過量。

2.2 試車第二階段

通過總結(jié)第一階段的試車經(jīng)驗(yàn)，以及對裝置進(jìn)行了必要的改造，于2005年4月4日～4月12日期間，再次組織了試車工作，具體試車數(shù)據(jù)如下：

空氣流量FI-8902：5 000 Nm3/h；丙烯量FI-8903：49.94 Nm3/h；尾氣流量FRC-8901：51 000 Nm3/h；廢氣預(yù)熱器前溫度TI-8907：46.7℃；廢氣預(yù)熱器后溫度TI-8902：309.7℃；反應(yīng)器R-8901出口溫度：602.7℃。

此次試車將吸收塔尾氣全部引入了AOGC裝置，實(shí)現(xiàn)了滿負(fù)荷運(yùn)行。通過這次試車表明，此套吸收塔尾氣催化焚燒系統(tǒng)在丙烯助燃的情況下可以滿足各項(xiàng)工藝指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了AOGC裝置的穩(wěn)定運(yùn)行。

2005年4月9～10日，受中國環(huán)境監(jiān)測總站的委托，吉林省環(huán)境監(jiān)測中心站對吉化丙烯腈廠AOGC裝置進(jìn)行了現(xiàn)場采樣監(jiān)測驗(yàn)收，監(jiān)測結(jié)果完全滿足環(huán)保控制要求，具體監(jiān)測數(shù)據(jù)和控制指標(biāo)如表1所示。

表1

但是由于開車運(yùn)行需要消耗價(jià)格昂貴的丙烯，工廠沒有對東化公司出具驗(yàn)收報(bào)告，AOGC試車工作處于擱置狀態(tài)。

2.3 試車第三階段

2006年5月23日～2007年8月16日期間由于三丙建設(shè)的需要，再次對AOGC組織進(jìn)行了試車。在此階段共試車8次，但由于設(shè)備原因，一直未能穩(wěn)定運(yùn)行，主要存在的問題有以下幾個(gè)方面：

（1）丙烯腈裝置吸收塔尾氣放空閥門PV-1203經(jīng)常出現(xiàn)故障，無法進(jìn)行精確調(diào)節(jié)，從而造成進(jìn)入AOGC反應(yīng)器的尾氣量無法精確控制。

（2）由于熱損失過大，系統(tǒng)無法依靠氧化反應(yīng)放出的熱量以維持本身的熱量平衡，造成系統(tǒng)不加助燃燃料的情況下無法運(yùn)行。

（3）雖然對反應(yīng)器、尾氣換熱器及反應(yīng)器至尾氣換熱器之間的管線進(jìn)行了保溫，但由于廢氣預(yù)熱器在工廠制造時(shí)分為獨(dú)立的8個(gè)部件（7個(gè)部件有隔熱封閉夾套，夾套無排氣孔），在現(xiàn)場安裝時(shí)內(nèi)部焊縫有焊接缺陷，造成廢水進(jìn)入獨(dú)立部件的夾層中，系統(tǒng)升溫時(shí)夾套內(nèi)水汽無膨脹空間，造成廢氣預(yù)熱器側(cè)板鼓裂。

（4）由于尾氣調(diào)節(jié)閥不能正常工作，導(dǎo)致進(jìn)入系統(tǒng)尾氣流量過大，超過60 000 Nm3/h，最高時(shí)達(dá)到80 000 Nm3/h。超出系統(tǒng)設(shè)計(jì)的處理能力。后來通過改造系統(tǒng)尾氣旁路，增加了尾氣直接到煙囪的跨線。

（5）試車過程中系統(tǒng)起燃后到達(dá)300℃左右時(shí)，溫度不再增加，反而下降，最后導(dǎo)致反應(yīng)停止。經(jīng)過分析認(rèn)為催化劑失活，決定打開反應(yīng)器，并清洗催化劑。催化劑經(jīng)過清洗后開車，發(fā)現(xiàn)溫度還是上不去，推斷是保溫效果失效，溫?fù)p很大，導(dǎo)致開車不成功。再次進(jìn)行重新保溫。經(jīng)過重新保溫后再次開車，發(fā)現(xiàn)反應(yīng)后溫度仍然沒有根本性的改善。后決定采用加入開車丙烯的方式開車。但是，開車后不僅尾氣處理量小，而且溫度控制困難。

（6）試車過程中AOGC系統(tǒng)在低負(fù)荷下能夠穩(wěn)定運(yùn)行，但在試車過程中換熱器中溫?zé)峁苋菀壮霈F(xiàn)問題。

2.4 設(shè)備技術(shù)改造

由于原AOGC系統(tǒng)是丙烯純度按99%設(shè)計(jì)的，但從2005年底開始吉化丙烯腈裝置原料丙烯的純度降至97%左右，尾氣中的非甲烷總烴含量明顯增加，原AOGC裝置的處理能力不足。鑒于以上原因，吉化丙烯腈廠與上海東化公司一起經(jīng)研究決定對裝置進(jìn)行徹底工藝改造，具體改造內(nèi)容如下：

（1）新增36塊貴金屬蜂窩催化劑；

（2）更換1臺反應(yīng)器，將原有的90塊催化劑和新增36塊催化劑一起安裝在新的放大的反應(yīng)器中；

（3）增加1套可向系統(tǒng)補(bǔ)充56 000 Nm3/h的空氣補(bǔ)給系統(tǒng)，包括1臺空氣過濾器、1臺300 kW空氣鼓風(fēng)機(jī)、兩臺調(diào)節(jié)閥、流量表和管道系統(tǒng)；

（4）新增1臺高效的400 kW的開工電加熱器，取消原有的蒸汽預(yù)熱系統(tǒng)，以保證冬季開車的要求；

（5）更換一臺比原換熱器換熱面積大1.87倍的尾氣換熱器，以滿足系統(tǒng)最低熱負(fù)荷和最高熱負(fù)荷的換熱要求；

（6）新增一條從氣液分離罐出口到反應(yīng)器入口的調(diào)節(jié)旁路；

（7）更換系統(tǒng)內(nèi)的主要尾氣管線，以滿足尾氣系統(tǒng)的流通能力。

2.5 試車第四階段

2008年6月13日AOGC裝置改造后重新開車，2008年6月20日試車成功，裝置實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)吉化公司環(huán)保監(jiān)測中心進(jìn)行了取樣分析，完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求，具體數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 AOGC相關(guān)監(jiān)測數(shù)據(jù)

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)，廢氣排放指標(biāo)為SO2≤550mg/m3，NOx≤240mg/m3，總烴≤120mg/m3，丙烯腈≤22mg/m3。根據(jù)以上分析數(shù)據(jù)，除氮氧化物由于沒有處理能力超標(biāo)外，其他分析指標(biāo)全部達(dá)標(biāo)。

3 AOGC裝置運(yùn)行過程中需要注意的問題

吉化丙烯腈裝置自2004年5月份開始試車以來，經(jīng)過了十幾次試車過程，并進(jìn)行了相應(yīng)的改造，目前已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行。在試車過程中需要考慮的因素主要有以下幾個(gè)方面：

（1）由于AOGC裝置處理的是丙烯腈裝置的吸收塔放空尾氣，而根據(jù)丙烯腈裝置的工藝特點(diǎn)，整個(gè)反應(yīng)系統(tǒng)的壓力主要由吸收塔放空閥的開度來控制。因此在對AOGC系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整的時(shí)候也會(huì)造成丙烯腈主裝置的生產(chǎn)波動(dòng)，在進(jìn)行AOGC進(jìn)氣量調(diào)整時(shí)要注意與丙烯腈主裝置的聯(lián)系。同時(shí)AOGC裝置在設(shè)計(jì)過程中需要增加一些聯(lián)鎖系統(tǒng)，確保在非正常狀態(tài)下，既要保證AOGC裝置的運(yùn)行安全，同時(shí)也要保證丙烯腈主裝置的運(yùn)行穩(wěn)定。

（2）AOGC裝置的熱能主要由丙烯腈裝置反應(yīng)過程中未反應(yīng)的丙烯、丙烷等有機(jī)物的催化氧化放熱來提供，因此丙烯腈裝置原料丙烯的純度、反應(yīng)器的反應(yīng)狀況以及進(jìn)入AOGC反應(yīng)器的尾氣量的變化對AOGC反應(yīng)狀況的影響較大，在生產(chǎn)過程中要根據(jù)以上因素的變化情況及時(shí)對裝置進(jìn)行調(diào)整，并及時(shí)調(diào)整AOGC裝置的補(bǔ)充空氣量，以確保裝置的運(yùn)行穩(wěn)定。

4 結(jié)論

吉化丙烯腈裝置配套建設(shè)的AOGC裝置自2004年投產(chǎn)以來一直處于試車過程，雖然試車過程較長，原設(shè)計(jì)有一些不符合丙烯腈裝置工藝特點(diǎn)的地方，但經(jīng)過這幾年工廠技術(shù)人員與上海東化有限公司研究人員的摸索和研究，并對裝置進(jìn)行逐步的改造和完善，目前裝置已經(jīng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)通過一段時(shí)間的運(yùn)行，也表現(xiàn)出了較好的系統(tǒng)穩(wěn)定性，和節(jié)能方面的優(yōu)勢。因此AOGC裝置是一種節(jié)能、環(huán)保、安全的廢氣處理系統(tǒng)，能夠在丙烯腈裝置上工業(yè)化應(yīng)用，并達(dá)到處理吸收塔放空尾氣，并確保合格排放的要求，是一種成熟的工藝技術(shù)。

10.3969/j.issn.1008-1267.2011.03.015

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1008-1267（2011）03-0044-03

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