硫酸裝置低溫?zé)峄厥障到y(tǒng)效率分析

伏雙才

(云南磷化集團(tuán)有限公司， 云南昆明 650600)

云南磷化集團(tuán)有限公司800 kt/a硫磺制酸裝置采用“3+1”二轉(zhuǎn)二吸工藝，配套低溫?zé)峄厥障到y(tǒng)，由中石化南京工程有限公司(原南化設(shè)計(jì)院)設(shè)計(jì)、施工，裝備基本實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化。低溫?zé)峄厥障到y(tǒng)自2014年6月27日化工投料以來，裝置運(yùn)行穩(wěn)定，SO3吸收率大于或等于99.9%，低溫位熱能回收效果明顯，吸收塔煙氣出口酸霧指標(biāo)合格，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

1 低溫?zé)峄厥展に嚵鞒?/h2>

1.1 吸收工藝

來自省煤器含 SO3的一次轉(zhuǎn)化氣進(jìn)入熱回收系統(tǒng)的高溫吸收塔。SO3氣體向上經(jīng)過填料與自上而下經(jīng)過填料的w(H2SO4)99%濃硫酸逆流接觸，SO3氣體被吸收。吸收SO3后的硫酸w(H2SO4)約為 99.5%，溫度升高約20 ℃，流入熱回收塔底部。經(jīng)位于循環(huán)泵槽內(nèi)的高溫循環(huán)酸泵將高溫濃硫酸送入蒸汽發(fā)生器換熱，產(chǎn)生0.5～1.0 MPa低壓蒸汽。同時(shí)酸溫降低約20 ℃后經(jīng)混合器稀釋到w(H2SO4)約99%后進(jìn)入熱回收塔一級噴淋。蒸汽發(fā)生器出口有部分硫酸經(jīng)鍋爐給水加熱器和脫鹽水加熱器回收熱量后串入干吸工序的二吸塔循環(huán)槽。吸收后的氣體經(jīng)過安裝于塔頂?shù)某F器離開熱回收塔，除霧器將在塔中形成的酸霧除去，使其降低到傳統(tǒng)吸收塔的除霧水平，以保護(hù)下游的換熱器[1]。

1.2 熱力系統(tǒng)

從高溫循環(huán)泵出口來的高溫濃硫酸進(jìn)入蒸汽發(fā)生器管束加熱給水，產(chǎn)生 0.5～1.0 MPa 的飽和蒸汽，蒸汽發(fā)生器酸出口的酸溫降到約200 ℃。定期排污由鍋爐排污管排入地溝。

來自脫鹽水站的脫鹽水經(jīng)脫鹽水加熱器加熱后送入除氧器,經(jīng)除氧器除氧后的鍋爐給水，由低壓鍋爐給水泵送至低溫?zé)崮芑厥障到y(tǒng)的鍋爐給水加熱器加熱，將鍋爐給水從104 ℃預(yù)熱到170 ℃左右。加熱后的鍋爐給水一部分供混合器用作稀釋硫酸以穩(wěn)定酸濃，大部分送蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生蒸汽。送入蒸汽發(fā)生器的給水量由給水調(diào)節(jié)閥通過汽包液位來調(diào)節(jié)，以保持汽包液位的穩(wěn)定；送入混合器的給水量由進(jìn)入高溫吸收塔的濃度來控制[2]。

2 主要設(shè)備規(guī)格

低溫?zé)峄厥障到y(tǒng)的主要設(shè)備規(guī)格見表1。

3 生產(chǎn)運(yùn)行情況

2014年6月15日低溫?zé)峄厥障到y(tǒng)開始進(jìn)行酸循環(huán),6月27日化工投料試車，并于2015年3月進(jìn)行性能考核，運(yùn)行兩年多來各項(xiàng)工藝指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)達(dá)到或超過設(shè)計(jì)值。硫酸裝置負(fù)荷在50%～100%調(diào)節(jié)時(shí)，低溫?zé)峄厥障到y(tǒng)的吸收率、蒸汽產(chǎn)率、酸霧指標(biāo)控制都能滿足生產(chǎn)要求。各負(fù)荷狀態(tài)的運(yùn)行數(shù)據(jù)見表2。

表1 低溫?zé)峄厥障到y(tǒng)主要設(shè)備規(guī)格

表2 低溫?zé)峄厥障到y(tǒng)各負(fù)荷狀態(tài)的運(yùn)行數(shù)據(jù)

從表2可以看出：不同負(fù)荷狀態(tài)下，各生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)相對平穩(wěn)，在100%，86%，69%，61%，51%負(fù)荷下蒸發(fā)量分別為0.539，0.548，0.6507，0.514，0.44 t/t(注：該數(shù)據(jù)差異較大是由蒸汽流量計(jì)在不同壓力狀態(tài)下監(jiān)測誤差所致)，平均達(dá)到0.530 t/t。為確保吸收塔局部不出現(xiàn)冷凝酸，低負(fù)荷狀態(tài)下二級上塔酸溫度控制在上限；每個(gè)負(fù)荷狀態(tài)下吸收率大于99.9%，從塔出口煙氣取樣管觀察，未出現(xiàn)有“白霧”現(xiàn)象。

4 熱能回收分析

低溫?zé)峄厥障到y(tǒng)運(yùn)行至今，雖有蒸汽流量計(jì)計(jì)量，但流量計(jì)的蒸汽流量波動(dòng)較大，不能準(zhǔn)確反應(yīng)噸酸產(chǎn)汽量。為準(zhǔn)確了解低溫?zé)峄厥障到y(tǒng)在整個(gè)硫酸裝置熱量回收中所做的貢獻(xiàn)，需進(jìn)一步進(jìn)行理論分析。

4.1 硫酸裝置總的反應(yīng)熱

4.1.1硫磺燃燒生成熱

S + O2→ SO2+ 296.84 kJ

根據(jù)該反應(yīng)方程式計(jì)算各負(fù)荷狀態(tài)下的硫磺燃燒總的生成熱，見表3。

表3 各負(fù)荷狀態(tài)下硫磺燃燒總的生成熱

4.1.2二氧化硫轉(zhuǎn)化熱

SO2+ 1/2O2→ SO3+QP

QP為恒壓熱效應(yīng)，相當(dāng)于△HR，其值為溫度的函數(shù)，即：

△HR=92.253+2.352×10-2T-

43.784×10-6T2+26.884×10-9T3-

6.900×10-12T4kJ/mol[2]。

根據(jù)轉(zhuǎn)化器各段運(yùn)行數(shù)據(jù)取平均溫度t=463 ℃，T=736 K，則QP=110.705 kJ/mol。各負(fù)荷狀態(tài)下二氧化硫轉(zhuǎn)化的反應(yīng)熱見表4。

表4 各負(fù)荷狀態(tài)下二氧化硫轉(zhuǎn)化的反應(yīng)熱

4.1.3吸收過程的反應(yīng)熱

SO3+ H2O → H2SO4+ 134.2 kJ

根據(jù)該反應(yīng)方程式計(jì)算各負(fù)荷狀態(tài)下的三氧化硫吸收過程反應(yīng)熱，見表5。

表5 各負(fù)荷狀態(tài)下的三氧化硫吸收過程的反應(yīng)熱

4.1.4硫酸稀釋熱

根據(jù)稀釋熱的慨念，溶解1摩爾硫酸于n摩爾水中所放出的熱量稱為稀釋熱。計(jì)算公式為：

Q=(17 860n/(n+1.798 3))×4.186

式中:Q——稀釋熱，J/mol硫酸;

n——對于1 mol硫酸所用水的摩爾數(shù)。

根據(jù)上式計(jì)算得Q=3.295 kJ/mol。各負(fù)荷狀態(tài)下硫酸的稀釋熱見表6[3]。

表6 各負(fù)荷狀態(tài)下硫酸的稀釋熱

4.1.5硫酸裝置總的反應(yīng)

硫酸裝置總負(fù)荷狀態(tài)總的反應(yīng)熱見表7。

表7 硫酸裝置總的反應(yīng)熱

4.2 低溫?zé)峄厥障到y(tǒng)熱量回收分析

低溫?zé)峄厥障到y(tǒng)因蒸汽流量計(jì)、一級上酸流量計(jì)計(jì)量數(shù)據(jù)波動(dòng)大，只有蒸發(fā)器給水流量計(jì)相對可靠，數(shù)據(jù)可作為計(jì)算依據(jù)。低溫?zé)峄厥障到y(tǒng)的熱量回收量可表現(xiàn)為蒸發(fā)器給水經(jīng)過給水加熱器吸收的熱量與蒸發(fā)器吸收的熱量總和，也就是100 ℃的給水發(fā)生相變過程所吸收的熱量。低溫?zé)峄厥障到y(tǒng)回收熱量見表8。

表8 低溫?zé)峄厥障到y(tǒng)回收熱量

通過以上運(yùn)行數(shù)據(jù)分析,低溫?zé)峄厥障到y(tǒng)熱能利用在硫酸裝置總熱回收中所做的貢獻(xiàn)見表9。

表9 低溫?zé)峄厥障到y(tǒng)熱能利用率

5 結(jié)語

磷復(fù)肥行業(yè)提高硫酸裝置的運(yùn)行效能，大力提高裝置的熱能利用率，是企業(yè)降低成本最直接有效的方式之一。低溫?zé)峄厥占夹g(shù)的應(yīng)用，使硫酸裝置的熱能利用率大幅提升，為企業(yè)降低成本做出了貢獻(xiàn)。

[1] 劉剛.800 kt/a硫磺制酸裝置國產(chǎn)化低溫?zé)峄厥障到y(tǒng)投產(chǎn)概要[J].硫磷設(shè)計(jì)與粉體工程,2010(5):20-22.

[2] 孔祥軍.湖北宜化1 800 t/d帶HRS硫磺制酸裝置介紹[J].硫酸工業(yè),2009(5):19-21.