WSA硫酸裝置設(shè)計(jì)優(yōu)化

曹會(huì)敏 李清峰 王玉玲

（河南煤業(yè)化工集團(tuán)鶴煤化工分公司)

河南煤業(yè)化工集團(tuán)鶴煤化工分公司在建一套生產(chǎn)能力為60萬t/a甲醇的生產(chǎn)裝置，副產(chǎn)6000 t/a硫酸。硫酸單元采用的是丹麥托普索公司設(shè)計(jì)的WSA——濕接觸法硫回收工藝，即采用工藝路線成熟的高溫?zé)岱磻?yīng)和三級(jí)催化反應(yīng)的Claus硫回收工藝，轉(zhuǎn)化器裝填托普索VK-WSA催化劑。該工藝流程簡(jiǎn)潔，轉(zhuǎn)化率高，能耗低，操作方便。目前托普索設(shè)計(jì)的這種工藝在國(guó)內(nèi)已經(jīng)被三個(gè)廠家采用，都有了幾年的運(yùn)行經(jīng)歷，但在運(yùn)行中也多次發(fā)生催化劑壓降高、燃燒爐溫度失控和酸霧失控等情況。本文根據(jù)該工藝實(shí)際運(yùn)行情況，對(duì)鶴煤化工公司W(wǎng)SA硫酸裝置的設(shè)計(jì)進(jìn)行了優(yōu)化，提出了三項(xiàng)優(yōu)化措施。

1 工藝流程

來自低溫甲醇洗裝置的酸性氣體與熱空氣在燃燒爐中進(jìn)行燃燒，產(chǎn)生975℃含二氧化硫的高溫氣體。高溫氣體經(jīng)廢熱鍋爐后降溫至442℃。在進(jìn)入二氧化硫轉(zhuǎn)化器前，工藝氣被一股熱空氣稀釋，然后進(jìn)入二氧化硫轉(zhuǎn)化器。

二氧化硫轉(zhuǎn)化器內(nèi)裝有三床釩催化劑，二氧化硫混合氣體通過二氧化硫轉(zhuǎn)化器后變?yōu)槿趸颉６趸蚧旌蠚怏w在第一催化劑床轉(zhuǎn)化率約為90%，出第一催化劑床的混合氣體溫度為508℃，用來自二級(jí)床間冷卻器的5.7 MPa、312℃的水蒸氣通過一級(jí)床間冷卻器將混合氣冷卻至412℃，進(jìn)入第二催化劑床。剩余的二氧化硫繼續(xù)反應(yīng)，反應(yīng)后溫度達(dá)到418℃，用5.85 MPa、275℃的水蒸氣將反應(yīng)氣通過二級(jí)冷卻器冷卻至380℃，水蒸氣溫度升至312℃進(jìn)入一級(jí)冷卻器。接著混合氣體進(jìn)入第三催化劑床，出口溫度為378℃，使SO2的總轉(zhuǎn)化率達(dá)到99.3%。再用工藝?yán)鋮s器將混合氣體冷卻至290℃，然后進(jìn)入WSA冷凝器。

含三氧化硫的混合氣體從下部進(jìn)入WSA冷凝器管程并用冷空氣來冷卻，冷空氣由風(fēng)機(jī)提供。冷空氣走殼程，從酸冷凝器上部進(jìn)入，由底部出口得到熱空氣，熱空氣通過風(fēng)機(jī)進(jìn)入燃燒爐。同時(shí)含三氧化硫的混合氣體被冷凝為98%的液體硫酸。濃硫酸在玻璃管內(nèi)沿內(nèi)壁由上向下流動(dòng)，下部流出的溫度較高的濃硫酸先與溫度為40℃、流量為20 272 kg/h的濃硫酸混合進(jìn)入濃硫酸槽。此時(shí)，濃硫酸溫度降為61℃。最后，再經(jīng)過酸冷卻器將濃硫酸冷卻至40℃，送至硫酸儲(chǔ)罐。

2 運(yùn)行中存在的問題

（1）燃燒爐溫度失控

低溫甲醇洗裝置運(yùn)行出現(xiàn)波動(dòng)，造成來自低溫甲醇洗裝置的酸性氣體中攜帶大量甲醇。甲醇進(jìn)入燃燒爐燃燒，短時(shí)間內(nèi)放出大量熱量，造成溫度失控；同時(shí)由于調(diào)整滯后，發(fā)生不完全燃燒，生成了碳。碳隨氣體一起進(jìn)入轉(zhuǎn)化器，由于催化劑吸附性強(qiáng)，碳就會(huì)被吸附在催化劑上，造成催化劑的壓降（阻力）增大。

（2）催化劑壓降大

運(yùn)行中經(jīng)常發(fā)生催化劑壓降增大的情況，造成系統(tǒng)無法運(yùn)行，被迫停車對(duì)催化劑進(jìn)行清理，有時(shí)一年就需要清理3～4次。由于清理次數(shù)多，造成催化劑被粉碎，使用1～2年就需要更換催化劑。催化劑壓降大的原因：燃燒不完全，造成碳吸附在催化劑上；此外，與空氣一起進(jìn)入系統(tǒng)的粉塵也會(huì)吸附在催化劑上。

（3）外送硫酸管線泄漏

運(yùn)行中外送硫酸管線經(jīng)常發(fā)生泄漏，其中有個(gè)廠家為了對(duì)付硫酸管線泄漏，竟把外送管線改成了雙線，一用一備。管線發(fā)生泄漏的原因：開停車時(shí)會(huì)生成稀酸，造成管線腐蝕。

3 優(yōu)化設(shè)計(jì)方案及經(jīng)濟(jì)效益

經(jīng)過分析論證可知，該公司工藝流程和那幾個(gè)廠家十分相似，投產(chǎn)后會(huì)面臨同樣的問題，這些問題如果不解決，將會(huì)對(duì)公司的環(huán)保和效益產(chǎn)生嚴(yán)重影響。經(jīng)過技術(shù)人員多次專題研究，最終將該工藝設(shè)計(jì)方案做了三項(xiàng)優(yōu)化：

（1）來自低溫甲醇洗裝置的酸性氣體常攜帶甲醇，因此在酸性氣體進(jìn)燃燒爐前的管線中增加一個(gè)分離罐，當(dāng)發(fā)生甲醇攜帶時(shí)可進(jìn)行有效分離，從而可避免裝置運(yùn)行時(shí)發(fā)生催化劑壓降增高、燃燒爐溫度失控等情況。

（2）在輸送燃燒空氣的風(fēng)機(jī)前增加一個(gè)除塵器，將空氣中塵粒過濾干凈。

（3）外送硫酸管道做內(nèi)襯，防止稀酸腐蝕管道。

通過以上三項(xiàng)優(yōu)化措施，比較其他廠家情況，每年催化劑可以少過一次篩，節(jié)約檢修時(shí)間和開停車時(shí)間10天，催化劑使用壽命從2年增加到5年，因酸霧失控而導(dǎo)致的停車故障每年減少到3次。

催化劑使用壽命由2年延長(zhǎng)到5年，折算成資金為每年可節(jié)約30萬元。生產(chǎn)裝置每年多運(yùn)行10天產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益為硫酸15萬元，甲醇2.4萬元。上述三項(xiàng)合計(jì)為每年47.4萬元。

如果WSA硫酸裝置因故障而不能運(yùn)行，H2S氣體就只能燃燒掉，這樣會(huì)對(duì)大氣造成嚴(yán)重污染。如果因酸霧失控造成停車，也將對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染。目前WSA硫酸裝置通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，第一項(xiàng)優(yōu)化措施已經(jīng)實(shí)施，不僅減少了停車次數(shù)，回收了甲醇，保護(hù)了環(huán)境，更重要的是將會(huì)產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。