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威顿公司宏福二期400 kt/ a硫磺制酸装置设计点击：1992 日期：[ 2014-04-26 22:21:19 ] |
| 威顿公司宏福二期400 kt/ a硫磺制酸装置设计 魏而宏 潘木俊 [1.中国石化集团南京设计院，江苏南京210048,2.威顿(中国)化工有限责任公司，贵州福泉550501 摘要:简要介绍威顿公司宏福一期400k t/a硫磺制酸装置的工艺选择及运行情况，鉴于一期工程的成功，结合目前大型硫磺制酸装置的技术发展现状，确定宏福二期工程基本采用一期技术，包括主要工艺流程、设备型式、自动控制方式等，但对一些设备(如空气鼓风机、废热锅炉、转化器及内部换热器、阳极保护酸冷却器等)重新设计并相应做了改进。预期二期装置将比一期工艺性能更优异，设计更合理，设备更配套，操作更方便。 关健词:硫磺;硫酸生产;改进;设计 中图分类号:TQl11 .14 文献标识码:B 文章编号:1002一1507(2006)03一0021一03 加拿大威顿(中国)化工有限责任公司(以下简称威顿公司)在贵州省宏福公司的400 kt/a硫磺制酸装置已于2003年7月投产(装置建设情况见2004年《硫酸工业》第3期)。基于贵州省磷复肥发展的需要，威顿公司于2004年底开始建设第二期400 kt/a硫磺制酸装置，仍由中国石化集团南京设计院承担全套设计。本文拟在总结宏福一期工程设计及运行情况的基础上，结合大型硫磺制酸装置的技术发展现状，对宏福二期工程工艺技术的选择作一简单介绍。 1 宏福一期400 kt/a硫磺制酸装置状况 一期工程利用了一部分加拿大的旧设备:蒸汽透平驱动的空气鼓风机，废热锅炉，转化器及内部换热器(重新进行组装、焊接和局部修改)，阳极保护酸冷却器，第二吸收塔纤维除雾器，酸泵、槽等。除此之外的设备、电器仪表自控系统和其它装备则全由国内设计制造。 一期硫酸装置的工艺流程与加拿大旧装置原工艺流程比较接近，为适应宏福的气候条件、公用工程条件(中压和低压蒸汽参数有所改变)和环保要求(需提高转化率)，并达到增产的目的，在设计上进行了优化及改进。主要是工艺和热工参数，设备参数、设备选型和局部结构的修改，以及新设备设计上的改进(如焚硫炉、干吸塔、过热器/省煤器等)等。 通过建设人员和操作管理人员的共同努力，装置投产后的一年多时间，生产运行正常稳定，产量达到并超过设计能力，一般控制在1250 -1270 t/d原装置设计能力1 089 t/d，一期优化改造后设计能力1200 t/d )，即在当地大气压比原设计还略低的情况下，超过了原国外设计能力巧%一16%。生产的主要指标均达到或优于设计值，在国内处于领先水平。特别是焚硫转化工段热损失较少，又利用了干吸工段部分高温酸热量加热锅炉给水，热回收效率较高;气体系统总的阻力较小，鼓风机功率较小，所以装置的能效较高。由于转化率、吸收率都很高，在环保方面效果也不错，尾气能稳定地达标排放。 另外，该装置设备布置紧凑、占地省，这对于比较狭窄的操作现场是很有利的。 2 大型硫磺制酸装里工艺技术现状 国内单系列规模在300,400,600k t/a的大型硫磺制酸装置已经投产运行多套，2005年单系列800 kt/a大型硫磺制酸装置也已投产运行，这些装置均采用国内的技术和设计。随着我国硫酸工业的迅速发展，大型硫磺制酸装置技术水平不断提高，整体情况较好的已达到或接近国际先进水平。 从工艺技术特点来看，大型硫磺制酸装置主要在转化和干吸的工艺流程方面有所变化。 2.转化流程 转化流程主要有2种类型: a. " 3 + 1"4段两次转化，即第一次转化经过3段催化剂(第一、二、三段)，第二次转化经过1段催化剂(第四段)，各段之间采用间接换热降温。这是国内最常用的流程，如苏州精细化工集团、山东红日集团、云南三环公司、富瑞公司、贵州息峰、西洋等硫酸装置。国外使用此种流程的也比较多，如美国孟山都公司等。该流程衍生出“3十2"5段转化流程，适合于使用国产催化剂。 b. " 2 + 2"4段两次转化，即第一次转化经过前2段催化剂(第一、二段)，第二次转化经过后2段催化剂(第三、四段)，各段之间采用间接换热降温，或三、四段之间采用空气冷激(如威顿一期流程)。这种流程在国内硫酸厂采用的比较少，只有三四家，但在国外属于常用流程之一，如德国鲁奇公司、加拿大凯密迪公司均习惯采用此种流程。2种 流 程 有各自的特点和经验，均能达到工艺要求。如果技术上发挥了自己的优点、设计得好，操作上又掌握得好，2种流程对于一般硫酸厂来说使用效果相差很小。在进气二氧化硫浓度、总转化率、催化剂装填量、设备大小和投资、操作控制等各方面相差也都不大。虽然仔细分析各有优缺点，但在世界上这2种流程还是并存的。 从能满足目前世界上对硫酸厂尾气二氧化硫排放控制要求(一般要求不超过877 mg/m3)以及相应要求的二氧化硫总转化率来看，上述2种流程差别不大;但如果要求达到更低的尾气排放浓度(比如439 m岁m，或更低)，由于“2+2”流程第一次转化率比较低，需要在第二次转化有更高的转化率，因转化平衡的限制，"2 +2”流程就不太有利。威 顿一 期 采用的“2+2”两次转化、催化剂三段和四段之间空气冷激流程，从一年多良好的运行效果中得到了肯定。 以上2种转化工艺的换热及热回收流程也有所不同，但都是经过优化的，各有特点。进第一、第二吸收塔炉气温度都可在170一180 T，热回收所产中压蒸汽的过热温度都可达430一450℃，热回收效率均较高。 与大多数硫酸厂不同的是，威顿一期装置转化工段不锈钢制第一换热器置于转化器中心管内，好处是结构紧凑，又省去了连接管道，减少了热损失和气体压力损失，有利于节能。但如采用这种换热方式，热回收流程要相应调整，不锈钢转化器则应设计成中心管支撑的全焊接柔性结构形式。威顿 一 期 装置转化器三、四段间采用空气冷激方式进行降温(省去1台气体换热器)，这也与大多数硫酸厂不同。这种方式需消耗少许干燥空气，但从总体上看并没有影响装置的低能耗性能。从一期装置运行来看，空气鼓风机的能耗是较低的。 2.2 干吸流程 a.干吸工段的酸系统有几种流程:高位 塔 、 三 塔 三 槽 或二槽。塔不存酸，因而循环槽比较大，这对大型硫酸厂不太有利。 b. 中位塔、三塔二槽或一槽。运行时塔不存酸，停车时塔存酸，循环槽可以小一些，多为大型硫酸厂采用。 c. 低位塔、三塔三小槽或塔下部作槽(塔槽合一)。塔存酸，再配小的泵槽，适合于大型装置(威顿一期采用);至于塔槽合一的流程，由于酸泵比较特殊，采用的较少。 从回收利用高温位热能角度来看，威顿一期采用的三塔三小槽流程较有利，因为一吸塔排出的酸温度最高，加热后的锅炉给水温度也比较高(可达90℃以上)，而三塔二槽或一槽流程排出的酸经过混合，温度降低，对热回收较为不利。 干吸流程还有其它一些方面不尽相同，如酸冷却器的设置、酸循环方式等，但对整体影响不大。 3 宏福二期400 kt/a硫磺制酸装置工艺技术方案 宏福二期设计的主要消耗定额(以每吨100%产品硫酸计)见表1，同时副产中压过热蒸汽0.84 t/ t，低压饱和蒸汽0.36 t/ t。 由于一期装置运行比较成功，且对其主要技术的掌握达到较深程度，经过技术、经济、操作、建设经验和场地限制等多方面权衡，确定二期装置的技术方案仍采用一期成熟、先进的技术，包括主要工艺流程、设备形式、自动控制方式等。除采用一期设计的成果外，需要对一些设备(如空气鼓风机、废热锅炉、转化器及内部换热器、阳极保护酸冷却器等)重新设计和采购，并根据一期施工建设和生产运行的经验，针对其中的不足加以改进。预期改进后二期装置将比一期装置工艺性能更优异、设计更合理、设备更配套、操作更方便。 二期工程在一期基础上主要作了以下几点改进: a. 空气鼓风机。仍采用蒸汽透平驱动的鼓风机，风压42 kPa，风量比一期略有增加。 b. 转化器/内部换热器。重新设计，在一期设备的基础上改进。 c. 废热锅炉、高温过热器/省煤器、低温过热器/省煤器。完全采用国产化设备，重新设计，使其与整个系统更加配套。 d. 材料改进。干吸循环酸管道材料由铸铁改为阳极保护不锈钢;酸分布器为合金铸铁管式，适当增加分酸点密度;热回收系统的用材也作了局部修改。 e. 干吸工段酸冷却器的布置。一期酸冷却器的布置为立式，非常紧凑，只是立式酸冷却器检修时有些不便，并且支承钢结构较复杂;二期改为水平布置，并且操作更方便。 二期工程主要工艺技术特点是: a. 以固体硫磺为原料，采用快速熔硫、机械过滤;液体硫磺在焚硫炉中以高热强度进行焚烧。 b. " 2 + 2"4段两次转化，第三、第四段间用干燥空气冷激。第二次转化升温采用W、1换热流程。采用进口催化剂，总转化率为99.75%以上(期望值99.8%以上)。 c. 全焊接不锈钢转化器，内置第一换热器，布置紧凑、配管少。 d. 采用 、(H2SO4)98%硫酸干燥空气，干燥塔与第一吸收塔采用交叉酸循环工艺。回收一吸塔下塔酸的部分低温位废热用于加热锅炉给水。 f. 在焚硫炉后设置废热锅炉，在转化器第二段出口设置高温过热器/省煤器，在转化器第四段出口设置低温过热器/省煤器。 |
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