HRS技術在600kt／a硫磺制酸裝置中的運用

王學芬

（云南云天化國際化工有限公司三環分公司，云南昆明 650113）

HRS技術在600kt／a硫磺制酸裝置中的運用

王學芬

（云南云天化國際化工有限公司三環分公司，云南昆明 650113）

對HRS技術在600kt／a硫磺制酸裝置上的運用情況進行了介紹。

HRS技術；硫酸；低溫位熱能；回收利用

云南云天化國際化工有限公司三環分公司（以下簡稱三環公司）600 kt／a硫磺制酸裝置于2007年2月投產后，運行情況良好，生產穩定。由于公司的磷酸、磷肥裝置產能逐年擴大，為滿足各裝置的需求，充分回收利用熱能資源，對硫酸裝置進行熱能回收改造已勢在必行。為此，公司決定在600 kt／a硫酸裝置上引進具有國際先進水平的孟莫克（MECS）公司的HRS技術，進行“硫酸干吸工序低溫位熱能回收技術改造”。改造后將使整個生產過程中熱能回收利用率由原來的60%提高到90%以上［1］。該技改項目于2010年2月完成并投運，已穩定運行了3年多的時間，效果良好。

1 HRS技術工藝流程

HRS技術主要是由酸循環泵、熱回收塔、熱稀釋器、鍋爐4組設備組成。在使用HRS進行熱回收時，實際上是對傳統工藝（兩轉兩吸工藝）的吸收塔進行了取代。圖1為MECS公司的HRS工藝流程。

2 技改實施情況

2.1 技改后工藝流程

技改后工藝流程見圖2所示。

從三段出口省煤器來的235.2℃含SO3煙氣首先進入HRS塔，煙氣中的SO3被通過塔內的200℃循環酸吸收生成濃硫酸，循環酸在HRS塔內帶走了反應熱和煙氣冷卻的熱量，溫度達220℃。煙氣經塔頂除霧器除霧后離開HRS塔（溫度為210℃），進入現有的第一吸收塔，沿著原來的路線進入原生產系統。

圖1 MECS公司的HRS工藝流程簡圖Figure 1 HRS process diagram of MECS company

220℃的循環酸由HRS塔底泵槽用泵送至臥式HRS鍋爐，在鍋爐內與脫鹽水換熱回收熱能，產生蒸汽；酸換熱后，溫度約為196℃。大部分酸泵入稀釋器以控制酸的濃度在99.0%以上，然后回至HRS塔；小部分酸在HRS加熱器中加熱HRS鍋爐給水，將熱量轉移到鍋爐給水（酸溫約為100℃）；然后，酸流入現有的酸循環槽和來自其它塔的酸混合。

HRS鍋爐產生的蒸汽并入全廠蒸汽管網。HRS鍋爐中的疏水經擴容器降溫降壓后安全排放。

2.2 主要技術內容和特點

1）結合硫磺制酸裝置的特點，充分利用原有一吸塔裝置，替代HRS技術的二級塔，優化工藝流程，降低投資。

圖2 三環HRS技術工藝流程圖Figure 2 Flow chart of Sanhuan HRS technology

2）HRS塔出口的酸與原硫酸裝置一吸塔出口的酸相比霧含量增加了上千倍。通過對HRS塔及一吸塔除霧段的改造，成功實現高濃度酸霧去除，使酸霧指標達到40 mg／m3以下。

3）優化工藝控制。HRS塔循環酸質量分數穩定控制在99.3%～99.5%的狹小范圍內，有效降低高溫濃硫酸對設備的腐蝕速率，延長設備使用壽命；同時，在滿足吸收率的情況下減少了串酸量。

4）將一吸泵的酸流量從1 100 m3／h調節到800 m3／h。在滿足吸收率的情況下，達到節約用電30%，減少冷卻水量60%。

5）改造前產汽量為1.12 t／t（以H2SO4計），改造后達到1.618 t／t。

3 新增設備及費用

1）HRS技術是由填料式的熱回收塔、臥式蒸汽鍋爐、HRS加熱器、稀釋器（直列式）、酸循環泵（在泵槽內）和排酸泵（2臺）組成，配套有一臺除氧器和2臺鍋爐給水泵。

2）和酸相接觸的HRS裝置部件的材料（除陶瓷填料外），均為MECSZecor－310M不銹鋼。在嚴格的操作溫度和酸濃度情況下，此不銹鋼對硫酸具有較高的耐腐蝕性（小于0.025 mm／a）。在酸循環系統中的多個點上設有腐蝕速率監測器，當由于酸濃度失控導致腐蝕速率提高時，可以覺察腐蝕率，并發出警報。

3）熱回收裝置中酸濃度的控制特別重要。熱回收裝置和二吸塔的分析儀采用襯特富龍的電導管，安裝在取樣管線的外邊，避免傳感器損壞和由于不足夠的流量所產生的錯誤讀數。共有4個電導監測器，一個在鍋爐進口處取樣，二個在熱回收塔的進口處取樣（稀釋后），還有一個在熱回收系統成品酸管道上取樣。

4）安裝一套綜合聯鎖系統（由酸溫、濃度、腐蝕率和流量啟動），以保證連續運行中酸的質量分數在98.6%以上。

技術專利、設備硬件、安裝施工等費用約為8 000萬元。

4 工藝計算

4.1 物料流程

物料流程按生產規模600 kt／a，75 t／h（100% H2SO4計）；爐氣體積分數進轉化一段（SO2）按11.0%；轉化工段采用進口觸媒。各段轉化率為一層62%，二層87%，三層94.8%，四層99.83%；HRS熱回收塔吸收率為≥99%計；進裝置爐氣量148 035 m3／h，各組分體積分數為：SO20.59%，SO311.02%，O25.04%，N283.35%。出裝置爐氣量131 893 m3／h，各組分體積分數為：SO20.66%，SO30.12%，O25.66%，N293.56%。

4.2 物料流程圖

物料流程圖見圖3。

圖3 物料流程圖Figure 3 Material flow chart

4.3 熱量計算

根據硫酸裝置實際生產情況，對一吸塔系統可回收熱量進行計算，結果如下：

1）吸收SO3反應熱Q1

生成硫酸質量分數99.37%，溫度106℃，q＝106.3 kJ／mol。

2）氣體冷卻熱Q2

氣體進塔溫度170℃，氣量：148 035 m3／h。

氣體出塔溫度80℃，氣量：131 893 m3／h Cp＝28.74 kJ／kmol。

3）硫酸稀釋熱

硫酸質量分數由99.37%稀釋到98.7%。

總熱量：Q＝Q1＋Q2＋Q3＝1238.034×105kJ／h。

回收熱量折成1.0 MPa，185℃飽和蒸汽量：

蒸汽熱焓：2 780 kJ／kg

減少循環水量：循環水溫差10℃。

HRS裝置與一吸塔系統相比較：由于HRS裝置要副產蒸汽，進HRS熱回收塔爐氣溫度由170℃提高到235℃；出熱回收塔酸溫由106℃提高到220℃；現有成品酸在循環酸槽中稀釋等這些因素，熱回收量會有所差異。

以上3項熱量大部分能回收，因此，600 kt／a硫酸裝置通過增加HRS裝置后能回收0.8 MPa、185℃蒸汽37.5 t／h。

5 設備選型

本技改項目主要設備采用進口，鍋爐等輔助設備選用國產。HRS裝置主要設備的材質要求能在高溫濃硫酸中具有良好的耐腐蝕性和抗開裂性。主要進口設備見表1。

表1 主要進口設備一覽表Table 1 List of major import equipment

鍋爐主要輔助設備有：

①熱力除氧器：額定出力40 t／h，1臺。

②鍋爐給水泵：流量46 t／h，揚程180 m 2臺。

6 實施結果

本項目改造于2010年3月進行了72 h生產考核，考核數據見表2。

表2數據表明HRS技術改造達到了預期的效果，而除產量因系統阻力增加了2 kPa左右而受到一定影響外，主要工藝指標轉化率、吸收率達到考核要求。主要環保指標：尾氣排放SO2濃度、酸霧達到考核要求。

表2 裝置運行72 h考核數據Table 2 Assessment data of device running 72h

7 經濟效益和社會效益

1）經計算，600 kt／a硫磺制酸裝置改造前噸酸副產熱能為2 871.41 MJ／t，改造后副產熱能為4 326.28 MJ／t，增加熱能為1 455.45 MJ／t，年節能87 327×104MJ，折標準煤29 835 t。按燃煤燃燒排放的煙氣中CO2的排放量約0.647 t／t標煤計算，相當于每年可減排1.98萬tCO2。按500元／t標煤計，可節約1 492萬元。

2）技改后干吸工序酸冷卻器循環水量減少50%，即2 100 m3／h，可減少新鮮補充水45 m3／h，每年節水36萬m3。若水的價格以0.5元／m3計算，節省水費18萬元／年。

［1］ 李崇貴，師永林，陳大凡.硫磺制酸裝置低溫位熱回收技術的應用經驗［J］.硫酸工業，2012，（1）：39 －42.

［2］ T.Hong.P Ritschel.S.M.Purcelli.孟山都公司硫酸新技術［J］.硫酸工業，2003，（01）：1－5.

［3］ 張聯科.南京化工學院等合編《化工熱力學》［M］.（無機化工專業用）.北京：化學工業出版社，1980，12：330－331（附表6）.

［4］ 丁華.Patrick MRitschel HRS在硫磺制酸中的應用［J］.硫酸工業，2007（3）：19－23.

［5］ 云南云天化國際化工有限公司三環分公司600kt／a硫磺制酸裝置干吸工序低溫位熱能回收技術項目安全評價驗收報告［R］.

Application of HRS Technology in 600 kt／a Sulfuric Acid Plant

WANG Xue－fen

（Yunnan Yuntianhua International Chemical Corporation Sanhuan Branch，Kunming 650113，China）

Application of HRS Technology in 600kt／a Sulfuric Acid Plant was introduced.

sulfuric acid；potential energy of low temperature；recycle

TQ111.1

A

1004-275X（2014）04-0050-04

12.3969／j.issn.1004-275X.2014.04.014

收稿：2014-05-16

王學芬（1964－），女，云南昆明人，化工工藝工程師，主要從事硫酸及磷化工技術管理相關工作。