催化焚燒處理苯酐裝置尾氣的工藝研究

徐航　周亞明　毛向榮

上海建安化工設計有限公司（上海　200437）

節能環保

催化焚燒處理苯酐裝置尾氣的工藝研究

徐航周亞明毛向榮

上海建安化工設計有限公司（上海200437）

對催化焚燒處理尾氣的傳統工藝進行了分析，并針對苯酐裝置尾氣的特點對工藝進行了改進和優化設計，通過路線模擬和工藝計算驗證了設計的可行性。

苯酐尾氣處理催化焚燒優化設計工藝計算

0　前言

近年來，工業萘價格不斷下降，萘法苯酐市場火熱，不僅國內多套萘法裝置陸續建設投產，許多鄰法苯酐裝置也進行了技術改造，使用工業萘進料。苯酐大量生產的同時也引申出尾氣處理問題，國內采用尾氣洗滌吸收副產富馬酸和蓄熱焚燒兩種工藝來處理尾氣。實際運行情況顯示，兩種工藝均存在問題，洗滌吸收工藝除了凈化率相對較低外，還由于萘法尾氣雜質多，導致洗滌塔堵塞嚴重；而蓄熱焚燒工藝也由于設備頻繁切換造成陶瓷和閥門的機械壽命低、維護率高。催化焚燒技術早在20世紀40年代末就已在國外出現，經過幾十年的發展，該技術已非常成熟，但由于催化劑的研發問題，該技術在苯酐領域遲遲未能全面鋪展。目前，國外已成功研發出針對苯酐裝置尾氣的專用催化劑，并應用于苯酐裝置尾氣處理。隨著催化劑技術的進步和成熟，催化焚燒工藝轉化率高、處理溫度低的優勢也慢慢顯現，該工藝在未來苯酐裝置尾氣處理領域必將占據一席之地。

1　工藝分析

1.1傳統工藝

催化焚燒的傳統工藝見圖1，尾氣通過熱量回收裝置利用催化焚燒產生的熱能升溫，經預熱器或補充熱能達到催化劑起焚的溫度后進入催化焚燒反應器，凈化后尾氣返回至熱量回收裝置用來預熱新進入的尾氣，最后排放。傳統工藝流程簡單、設備少，但是對于反應熱能的利用并不充分；雖然設置了熱量回收系統對反應后尾氣的熱能進行回收，但最新催化劑的起焚溫度在250～300℃之間，而苯酐尾氣焚燒后溫度可高于450℃，可見經過熱量回收后的尾氣仍具有較高溫度，還有多余能量可以加以利用。

圖1　催化焚燒傳統工藝流程簡圖

1.2改進工藝

為更好地利用苯酐裝置尾氣的特性，充分發揮反應后高溫尾氣的作用，在傳統工藝的基礎上進行改進設計。在系統中設置高、低溫尾氣換熱器，在高溫段和低溫段分別對新進入的尾氣進行預熱，換熱后最終進入煙囪排放的尾氣溫度可控制在180℃左右，此舉既回收了熱能，又能保證合適的尾氣排放溫度而不對煙囪造成腐蝕和影響；增加余熱鍋爐，將其與高溫尾氣換熱器并聯，這一設計的優勢在于當工況發生變化時，根據設定的尾氣預熱溫度，可對高溫尾氣換熱器和余熱鍋爐相互間的進氣量進行控制調整，在保證尾氣預熱效果后，多余能量在余熱鍋爐中充分得到回收，保證了系統總體的穩定性，還能夠副產高壓力等級的飽和蒸汽，系統自給自足的同時，又能產生一定的效益。具體流程如圖2所示（預熱設備僅在裝置啟動階段供熱使用）。

2　流程計算

為驗證上述改進工藝的理論可行性，以工業萘法年產3萬t苯酐裝置的相關尾氣數據為例，以尾氣中有機物轉化率為100%來考慮反應溫升，對系統中的換熱設備和整體流程進行計算，主要結果如表1、表2所示。

圖2　改進工藝系統示意圖

表1　尾氣原始參數

表2　計算結果

通過上述計算，從理論上驗證了該改進工藝的可行性。由計算結果可以看到，各換熱設備計算通暢，催化反應產生的熱能完全可以滿足高、低溫兩級換熱器的熱負荷要求；尾氣排放溫度約為180℃，符合煙囪要求，并且在余熱鍋爐中能夠副產約3 000 kg/h的高壓蒸汽。在實際的工程運用中，考慮到催化劑轉化率和設備的熱量損失，副產蒸汽量可能會有一定量的減少。此外，系統壓降較低，無需設置引風機即可滿足要求。

3　結語

對傳統尾氣催化焚燒工藝進行了完善，通過改進工藝控制系統的簡單方法，提高了操作穩定性。隨著國內苯酐裝置尾氣催化劑開發腳步的加快，研發高性能且具有競爭力的產品，勢必會打破當前進口催化劑獨領風騷的局面，苯酐裝置尾氣焚燒催化劑的價格也會逐漸趨于合理。在環保日益重要的大環境下，相較于目前蓄熱焚燒和洗滌吸收工藝運行中存在的諸多問題，催化焚燒處理苯酐裝置尾氣工藝憑借自身的特點和優勢將迎來新的生機。

Technical Study on Catalytic Incineration of Exhaust from Phthalic Anhydride Plant

Xu Hang Zhou Yaming Mao Xiangrong

The traditional process of exhaust treatment by catalytic incineration was analyzed.In addition,the process was improved and optimized according to the characteristics of exhaust from phthalic anhydride plant.At last,the feasibility of the design was verified by route simulation and process calculation.

Phthalic anhydride；Exhaust treatment；Catalytic incineration；Optimal design；Process calculation

TQ245.23

徐航男1987年生本科工程師主要從事石油化工工藝設計

2015年12月