25 kt/a烷基化廢硫酸再生裝置富氧擴能改造實踐

徐曉燕

（中石化南京化工研究院有限公司，江蘇南京 210048）

某石化公司240 kt/a碳四深加工項目配套建設了1套25 kt/a烷基化廢硫酸再生裝置。2018年投產運行，處理烷基化廢硫酸25 kt/a，再生w（H2SO4）98%的工業硫酸產品22 kt/a。該石化公司新增碳四原料雜質較多，硫酸消耗值較原設計有所增加。實際生產中，25 kt/a烷基化廢酸再生裝置的最大運行負荷達30 kt/a。該公司在配套建設烷基化廢酸再生裝置之前，原有34 kt廢硫酸儲存在工業園區的儲罐內，按環保要求，2020年庫存的廢硫酸需要在2年內完成再生處理。因此，對現裝置的擴能改造迫在眉睫。

原25 kt/a烷基化廢硫酸再生裝置的設計方中石化南京化工研究院有限公司負責裝置的擴能改造設計。針對企業新的發展要求，確定擴能改造的原則是在原裝置主體設備不做重大變更的前提下，進行設備的局部調整優化，將原烷基化廢硫酸再生裝置的處理能力由25 kt/a擴能至44 kt/a。在現有庫存處理完成后，裝置可降低負荷運行，維持240 kt/a碳四深加工裝置25 kt/a廢硫酸處理量的正常生產。

1 裝置擴能改造方案

1.1 改造目標

1）主產品：w（H2SO4）98%工業硫酸產量由2.75 t/h提高到4.8 t/h。

2）副產品：3.8 MPa飽和蒸汽由3.1 t/h提高到4.9 t/h。

1.2 工藝方案

采用富氧燃燒技術，提高煙氣二氧化硫濃度以提高裝置的廢硫酸處理能力。富氧燃燒是指用比通常空氣含氧濃度高的富氧空氣進行燃燒，是一項高效節能的燃燒技術，在化工、冶金工業及熱能工程領域均有成熟廣泛應用。富氧燃燒原理是空氣中的氧含量高，燃料分子在富氧狀態下會更加活躍，燃料分子與氧氣分子結合更加完全，從而使燃料燃燒更加充分，釋放更多的熱量。同時富氧燃燒能夠有效降低制酸尾氣排放總量，有利于裝置節能減排[1]。

該擴能裝置采用外購液氧，液氧罐的液氧經汽化器汽化后輸送到燃燒器前的空氣管道內，混合產生φ（O2）為25%～28%的富氧助燃氣，采用氧表監控管道內的氧濃度。在燃燒器內燃料與富氧助燃氣充分混合燃燒產生高溫，為廢硫酸裂解提供能量。廢硫酸在1 000～1 050 ℃的高溫下完全分解成為含有SO2的過程氣，廢硫酸中99%以上的硫全部轉化成SO2。采用氧表控制裂解爐出口高溫煙氣中的φ（O2）為 （3±0.5）%。出裂解爐的高溫煙氣經過余熱鍋爐副產飽和蒸汽后，經換熱器換熱降溫到350 ℃后進入后續制酸系統的凈化、干吸和轉化單元，完成過程氣制工業硫酸的工藝流程。改造后烷基化廢酸再生裝置工藝流程見圖1。

圖1 改造后烷基化廢酸再生裝置工藝流程

2 裝置改造設計內容

裂解單元新增1套液氧供給系統，包括40 m3的液氧儲罐和汽化器。更換空氣風機的電機和余熱鍋爐。廢硫酸處理量增加使霧化需要的凈化壓縮風增加480 m3/h。

凈化單元擴能后煙氣量增加導致換熱負荷增大。一級動力波洗滌系統增加1臺板式換熱器，在保證出動力波的煙氣溫度小于75 ℃的同時保證凈化單元的移熱能力可以增加30%。

干吸單元原酸冷卻器的換熱面積設計裕量足夠，只要循環水量能夠增加80 m3/h就可以滿足工藝要求，使循環酸的溫度維持在55 ℃。產品酸溫度就是循環酸溫度，為了避免原不銹鋼產酸管線的腐蝕，需要增加1臺產品酸換熱器，以保證產品酸溫度小于40 ℃。凈化和干吸單元的換熱器需要增加230 m3/h的循環水量。

轉化單元擴能后，過程氣的氣量和組成發生較大的變化，催化劑由國產催化劑更換為適應高氣速工況的進口催化劑。原二氧化硫主風機更換電機增大額定風量。新增1臺省煤器，充分利用轉化單元多余的煙氣熱量增產蒸汽。

各單元的設備改造情況詳見表1。

表1 裝置擴能改造前后設備參數對比

3 裝置改造后生產運行狀況

原25 kt/a烷基化廢硫酸再生裝置于2020年8月完成擴能改造，9月進行投料試車，一次開車成功。廢硫酸處理能力由25 kt/a提升到44 kt/a，產酸能力由22 kt/a提升到38 kt/a。裝置擴能改造后運行平穩，完全能夠滿足擴產需求。裝置擴能改造前后能耗排放量對比見表2。

表2 裝置擴能改造前后能耗對比

由表2可見：采用富氧燃燒技術進行擴能改造后，每噸廢硫酸的處理能耗指標從114.01 kg標煤下降到90.52 kg標煤，能耗下降了20.6%。

裝置擴能改造前后廢氣排放量對比見表3。

表3 裝置擴能改造前后廢氣排放量對比

由表3可見：采用富氧燃燒技術進行擴能改造后，裝置處理能力增加了76.0%，但是尾氣排放總量只增加了16.5%。處理每噸廢硫酸產生的廢氣污染物中二氧化硫、硫酸霧、氮氧化物都下降了33.6%，二氧化碳下降了9.0%。

4 結語

通過采用富氧燃燒技術將某石化公司的25 kt/a烷基化廢硫酸再生裝置進行擴能改造，改造運行結果表明，在總風量提升的情況下，可以有效提高煙氣中SO2的濃度，利用原有“3+2”二轉二吸的系統實現大幅度擴產，整體上達到44 kt/a的廢硫酸處理量要求。改造后工藝設備運行穩定可靠，操作簡單，同時處理廢酸的能耗有效降低，具有良好的經濟效益和社會效益。