動力波洗滌系統(tǒng)在硫酸裝置的應(yīng)用

王 帥

（中國石油化工股份有限公司荊門分公司，湖北荊門 448004）

2004 年，中國石油化工股份有限公司荊門分公司（以下簡稱荊門石化）建成投產(chǎn)50 kt/a 硫化氫濕法制酸裝置（以下簡稱1#硫酸裝置），2008 年生產(chǎn)規(guī)模擴建為65 kt/a。2019 年，荊門石化新建1套由南京工程公司設(shè)計的150 kt/a 廢酸裂解聯(lián)合硫化氫焚燒制酸裝置（以下簡稱2#硫酸裝置），該裝置采用“兩頭一尾”接觸法制酸工藝，“一頭”為廢酸裂解工序，“一頭”為硫化氫焚燒工序，“兩頭”產(chǎn)生的含SO2爐氣分別洗滌冷卻后匯入電除霧器，再經(jīng)過“3+1”二轉(zhuǎn)二吸制取硫酸。1#硫酸裝置與2#硫酸裝置的工藝特點大體相同，不同之處主要為2#硫酸裝置新增了廢酸裂解工藝，凈化工序采用動力波逆噴洗滌代替1#硫酸裝置的空塔塔頂噴淋洗滌，同時增加了相對完善的稀酸處理設(shè)施。2#硫酸裝置開工后，如何保證2#硫酸裝置長周期穩(wěn)定運行成為新的關(guān)注重點。

影響硫酸裝置長周期運行的主要因素有設(shè)備的腐蝕、系統(tǒng)過程氣水分的控制以及干吸工序硫酸濃度的控制。根據(jù)荊門石化2 套硫酸裝置操作的經(jīng)驗，筆者經(jīng)分析認為，在系統(tǒng)過程氣水分控制較好和設(shè)備腐蝕率較低的情況下，動力波洗滌系統(tǒng)的運行狀態(tài)是影響2#硫酸裝置長周期穩(wěn)定運行的主要因素。

1 動力波洗滌系統(tǒng)

酸性氣濕法制硫酸裝置的凈化工序動力波洗滌系統(tǒng)主要包括溢流堰、逆噴管、高位槽、洗滌塔以及脫氣塔（廢酸凈化工序增加斜板沉降器）五部分。動力波洗滌系統(tǒng)各設(shè)備相輔相成，具有獨特的泡沫洗滌原理，與普通的噴淋凈化技術(shù)相比，具有耐腐蝕性強、泄漏少、操作彈性大等優(yōu)點，并且能夠更有效地除去廢酸裂解工序所產(chǎn)生的雜質(zhì)，較好地降低后續(xù)電除霧器的運行負荷。動力波洗滌系統(tǒng)示意見圖1。

圖1 動力波洗滌系統(tǒng)示意

高位槽的作用是在循環(huán)泵故障停機后能夠快速對逆噴管進行降溫保護，所以高位槽必須保證高液位，其中的稀酸依靠溢流送至溢流堰。

溢流堰是保護逆噴管的設(shè)施。稀酸通過切向進液管進入溢流堰，并溢流至逆噴管在其內(nèi)表面形成一層保護液膜，以保護高溫下的玻璃鋼材質(zhì)逆噴管，同時避免煙氣中的顆粒煙塵在逆噴管內(nèi)壁上粘附。

逆噴管包括逆噴的直管段和彎管段。為防止煙氣在溫度驟降的過程中造成逆噴管變形，在逆噴管與洗滌塔之間增設(shè)1 臺波紋補償器。

脫氣塔的作用是脫除循環(huán)洗滌稀酸中溶解的SO2。在裝置運行過程中，循環(huán)稀酸不斷吸收煙氣中的SO3和SO2，導(dǎo)致循環(huán)硫酸的濃度不斷升高，加劇玻璃鋼設(shè)備的腐蝕，故需通過脫氣塔將循環(huán)稀酸中的SO2脫出。

2 動力波洗滌系統(tǒng)對硫酸裝置運行的影響

2.1 溢流堰與高位槽

溢流堰采用玻璃鋼內(nèi)襯石墨磚，能夠有效減少溢流堰在長期高溫和稀酸環(huán)境下工作的腐蝕情況。常用的環(huán)氧、酚醛、呋喃玻璃鋼具有良好的耐硫酸腐蝕性能，在不高于95 ℃時，均能耐w(H2SO4)50%以下硫酸的腐蝕，但使用溫度最高不超過180 ℃[1]。而石墨磚最高耐溫400 ℃，可在溢流堰與高溫管段銜接處增加鋼襯石墨磚進行過渡，利用石墨磚的耐高溫性質(zhì)對玻璃鋼材質(zhì)進行耐溫補償。

溢流堰的工藝操作是影響其運行效果的關(guān)鍵。溢流堰是對逆噴管的保護，而高位槽則是溢流堰的保障，高位槽中稀酸溢流至溢流堰，通過溢流堰進入逆噴管。為保證溢流堰對逆噴管的保護效果就必須保證溢流堰的溢流酸量均勻，而溢流酸量則通過高位槽稀酸溢流至溢流堰的切向進液管來調(diào)節(jié)。如果切向進液管進液量不均勻，會使逆噴管內(nèi)形成的液膜不均勻，導(dǎo)致逆噴管直接暴露于高溫?zé)煔庵性斐蓳p壞。逆噴管一旦損壞，硫酸裝置凈化工序?qū)⒉荒苷＿\行，所以穩(wěn)定高位槽至溢流堰切向進液管的稀酸量對動力波洗滌系統(tǒng)穩(wěn)定運行有著重要作用。

由于2#硫酸裝置處理烷基化裝置廢酸，廢酸中雜質(zhì)含量較高，故廢酸裂解動力波洗滌系統(tǒng)的溢流堰容易發(fā)生進液管堵塞的問題。為避免出現(xiàn)上述情況，必須對稀酸進行沉降處理，再將沉降出的稀酸溢流至逆噴直管段進行循環(huán)使用；稀酸雖然通過斜板沉降槽進行了處理，但不能有效保證稀酸沉降的效果。通過現(xiàn)場排污可以觀察出，溢流堰仍有少部分顆粒雜質(zhì)，如果溢流堰出現(xiàn)堵塞情況，那么2#硫酸裝置的廢酸系統(tǒng)就只能通過停工進行處理。為防止溢流堰進液管出現(xiàn)堵塞情況，可考慮在廢酸裂解的高位槽至溢流堰的進液管管段增加過濾器，定期對過濾器進行檢查和清理，對高位槽和溢流堰進行排污置換，進一步降低堵塞的風(fēng)險。

目前2#硫酸裝置對逆噴直管段的檢查和監(jiān)控手段單一，只能通過觸摸感覺逆噴管外壁溫度的方法來判斷溢流堰的保護情況，無法做到在線準(zhǔn)確監(jiān)測和控制。在生產(chǎn)過程中，如果出現(xiàn)溢流堰溢流不均勻，會導(dǎo)致逆噴直管段內(nèi)壁液膜分布不均，進而使逆噴直管段出現(xiàn)損壞，從而使裝置無法正常穩(wěn)定運行，因此在逆噴直管段增加溫度監(jiān)控是很有必要的。如果增加用逆噴管外壁溫度來控制溢流堰進液管處的壓力控制系統(tǒng)，能夠有效提高溢流堰的保護效果。

如果溢流堰出現(xiàn)了堵塞，使逆噴直管段溫度過高，那么在逆噴管的外部增加套管，采用水冷降溫，可以與溢流堰互為備用，更加利于硫酸裝置的長周期運行。

2.2 逆噴管

1#硫酸裝置和2#硫酸裝置分別采取空塔噴淋和動力波洗滌兩種不同的方式進行洗滌降溫。1#硫酸裝置采用空塔噴淋，塔頂共設(shè)有12 臺螺旋噴頭，同時在塔頂氣相出口管線上設(shè)置1 臺降溫螺旋噴頭。1#硫酸裝置在生產(chǎn)運行中經(jīng)常會出現(xiàn)雜質(zhì)堵塞噴頭使塔頂氣相溫度升高，塔內(nèi)形成霧化液滴的情況，而這部分霧化的液滴中會夾帶部分雜質(zhì)隨塔內(nèi)氣相的流動帶至后續(xù)工序，影響后續(xù)工序的正常運行；反觀2#硫酸裝置廢酸裂解單元，廢酸在裂解爐內(nèi)產(chǎn)生的雜質(zhì)較多，若亦采取空塔噴淋容易造成塔內(nèi)噴淋堵塞，而采用動力波洗滌則可避免這一問題，洗滌器采用大口徑逆噴頭的形式。大口徑的設(shè)計減少了噴頭被雜質(zhì)堵塞的情況，同時將使氣液兩相的接觸面積最大，可以更有效地除去過程氣中的雜質(zhì)和SO3。1#硫酸裝置的空塔噴淋洗滌與2#硫酸裝置的動力波洗滌各項工藝參數(shù)的對比如表1所示。

表1 空塔噴淋洗滌與動力波洗滌工藝參數(shù)對比

由表1 可看出：動力波洗滌方式較空塔噴淋洗滌方式噴淋密度更大，除SO3的效果更為顯著。

在生產(chǎn)操作中，通過對2#硫酸裝置運行過程進行監(jiān)控發(fā)現(xiàn)，在凈化工序出現(xiàn)不同程度的泄漏，其中最為嚴(yán)重的是動力波洗滌系統(tǒng)溢流堰與煙氣管道銜接處，腐蝕面積較大，造成煙氣的泄漏，不但影響系統(tǒng)的運行，還造成了環(huán)境的污染。技術(shù)人員經(jīng)過討論認為，造成管道腐蝕的原因主要是在裝置處理量波動時，系統(tǒng)煙氣流量發(fā)生變化，造成逆噴管的噴射高度不穩(wěn)定，稀酸噴射過高，使稀酸濺射至溢流堰上部的金屬管段，造成設(shè)備腐蝕穿孔。因此必須對稀酸的逆噴高度進行嚴(yán)格控制，并在裝置負荷波動的過程中及時對逆噴管噴射速度進行調(diào)節(jié)。如果稀酸噴射過高，煙氣的阻力會變大，不利于系統(tǒng)負壓的調(diào)節(jié)，影響煙氣在轉(zhuǎn)化工序的轉(zhuǎn)化率；稀酸噴射過低時則不利于煙氣的除塵、降溫。李秋萍等[2]在動力波濕式洗滌器的液體噴射高度及阻力損失的計算中列出了在噴嘴管徑與噴射速度一定的情況下，氣相負荷的變化對噴射高度的影響。液體的噴射高度與氣相速度的關(guān)系見表2。

表2 液體的噴射高度與氣相速度的關(guān)系

由表2 可知：在噴嘴管徑和噴射速度保持不變時，動力波洗滌的噴射高度隨煙氣負荷的增加而降低。故在氣相負荷出現(xiàn)波動時，對逆噴管噴射壓力的調(diào)節(jié)尤為重要。

對2#硫酸裝置的逆噴壓力進行優(yōu)化控制，指標(biāo)見表3。噴射高度約在溢流堰下部500 mm 處為最佳。

表3 2#硫酸裝置逆噴壓力控制指標(biāo)

2.3 脫氣塔

脫氣塔利用系統(tǒng)負壓抽入的空氣，與脫氣塔頂部循環(huán)的稀酸逆向接觸，不僅脫除稀酸中溶解的SO2，進一步降低SO2的跑損，還能降低動力波洗滌系統(tǒng)中循環(huán)稀酸的濃度，防止稀酸濃度過高影響凈化工序玻璃鋼設(shè)備的運行和稀酸處理設(shè)施堿液的消耗量。因此脫氣塔的運行情況也是影響2#硫酸裝置長周期穩(wěn)定運行的主要因素之一。在保證系統(tǒng)負壓穩(wěn)定的情況下，開大脫氣塔空氣的入口閥門，更加有利于稀酸中SO2的脫除。

3 結(jié)語

雖然動力波洗滌系統(tǒng)在硫酸裝置凈化工序更有效地將高溫?zé)煔膺M行了降溫、凈化，但在硫酸裝置過程氣水分控制良好和設(shè)備材質(zhì)能夠經(jīng)受考驗的情況下，可采取以下措施保證動力波洗滌系統(tǒng)處于良好的運行狀態(tài)：

1）在高位槽至溢流堰的進液管管段增加過濾器和壓力控制系統(tǒng)、在逆噴直管段增加溫度監(jiān)控，可防止溢流堰進液管出現(xiàn)堵塞，保證進液管進液量均勻，提高對溢流堰的保護效果。在逆噴管外部增加套管，采用水冷降溫，與溢流堰互為備用，有利于在溢流堰出現(xiàn)堵塞時保證硫酸裝置長周期運行。

2）對動力波洗滌器的逆噴壓力進行優(yōu)化控制，在裝置負荷波動時及時對逆噴管噴射速度進行調(diào)節(jié)，從而對稀酸的逆噴高度嚴(yán)格控制。

3）在保證系統(tǒng)負壓穩(wěn)定的情況下，開大脫氣塔空氣的入口閥門，有利于稀酸中SO2的脫除。

動力波洗滌系統(tǒng)具有獨特的結(jié)構(gòu)特點和洗滌方式，在裝置處理氣量的波動方面遠比傳統(tǒng)的噴淋洗滌系統(tǒng)適應(yīng)性強，能夠很好地滿足裝置對煙氣的凈化要求。