WSA硫酸装置设计优化

曹会敏 李清峰 王玉玲

（河南煤业化工集团鹤煤化工分公司)

河南煤业化工集团鹤煤化工分公司在建一套生产能力为60万t/a甲醇的生产装置，副产6000 t/a硫酸。硫酸单元采用的是丹麦托普索公司设计的WSA——湿接触法硫回收工艺，即采用工艺路线成熟的高温热反应和三级催化反应的Claus硫回收工艺，转化器装填托普索VK-WSA催化剂。该工艺流程简洁，转化率高，能耗低，操作方便。目前托普索设计的这种工艺在国内已经被三个厂家采用，都有了几年的运行经历，但在运行中也多次发生催化剂压降高、燃烧炉温度失控和酸雾失控等情况。本文根据该工艺实际运行情况，对鹤煤化工公司WSA硫酸装置的设计进行了优化，提出了三项优化措施。

1 工艺流程

来自低温甲醇洗装置的酸性气体与热空气在燃烧炉中进行燃烧，产生975℃含二氧化硫的高温气体。高温气体经废热锅炉后降温至442℃。在进入二氧化硫转化器前，工艺气被一股热空气稀释，然后进入二氧化硫转化器。

二氧化硫转化器内装有三床钒催化剂，二氧化硫混合气体通过二氧化硫转化器后变为三氧化硫。二氧化硫混合气体在第一催化剂床转化率约为90%，出第一催化剂床的混合气体温度为508℃，用来自二级床间冷却器的5.7 MPa、312℃的水蒸气通过一级床间冷却器将混合气冷却至412℃，进入第二催化剂床。剩余的二氧化硫继续反应，反应后温度达到418℃，用5.85 MPa、275℃的水蒸气将反应气通过二级冷却器冷却至380℃，水蒸气温度升至312℃进入一级冷却器。接着混合气体进入第三催化剂床，出口温度为378℃，使SO2的总转化率达到99.3%。再用工艺冷却器将混合气体冷却至290℃，然后进入WSA冷凝器。

含三氧化硫的混合气体从下部进入WSA冷凝器管程并用冷空气来冷却，冷空气由风机提供。冷空气走壳程，从酸冷凝器上部进入，由底部出口得到热空气，热空气通过风机进入燃烧炉。同时含三氧化硫的混合气体被冷凝为98%的液体硫酸。浓硫酸在玻璃管内沿内壁由上向下流动，下部流出的温度较高的浓硫酸先与温度为40℃、流量为20 272 kg/h的浓硫酸混合进入浓硫酸槽。此时，浓硫酸温度降为61℃。最后，再经过酸冷却器将浓硫酸冷却至40℃，送至硫酸储罐。

2 运行中存在的问题

（1）燃烧炉温度失控

低温甲醇洗装置运行出现波动，造成来自低温甲醇洗装置的酸性气体中携带大量甲醇。甲醇进入燃烧炉燃烧，短时间内放出大量热量，造成温度失控；同时由于调整滞后，发生不完全燃烧，生成了碳。碳随气体一起进入转化器，由于催化剂吸附性强，碳就会被吸附在催化剂上，造成催化剂的压降（阻力）增大。

（2）催化剂压降大

运行中经常发生催化剂压降增大的情况，造成系统无法运行，被迫停车对催化剂进行清理，有时一年就需要清理3～4次。由于清理次数多，造成催化剂被粉碎，使用1～2年就需要更换催化剂。催化剂压降大的原因：燃烧不完全，造成碳吸附在催化剂上；此外，与空气一起进入系统的粉尘也会吸附在催化剂上。

（3）外送硫酸管线泄漏

运行中外送硫酸管线经常发生泄漏，其中有个厂家为了对付硫酸管线泄漏，竟把外送管线改成了双线，一用一备。管线发生泄漏的原因：开停车时会生成稀酸，造成管线腐蚀。

3 优化设计方案及经济效益

经过分析论证可知，该公司工艺流程和那几个厂家十分相似，投产后会面临同样的问题，这些问题如果不解决，将会对公司的环保和效益产生严重影响。经过技术人员多次专题研究，最终将该工艺设计方案做了三项优化：

（1）来自低温甲醇洗装置的酸性气体常携带甲醇，因此在酸性气体进燃烧炉前的管线中增加一个分离罐，当发生甲醇携带时可进行有效分离，从而可避免装置运行时发生催化剂压降增高、燃烧炉温度失控等情况。

（2）在输送燃烧空气的风机前增加一个除尘器，将空气中尘粒过滤干净。

（3）外送硫酸管道做内衬，防止稀酸腐蚀管道。

通过以上三项优化措施，比较其他厂家情况，每年催化剂可以少过一次筛，节约检修时间和开停车时间10天，催化剂使用寿命从2年增加到5年，因酸雾失控而导致的停车故障每年减少到3次。

催化剂使用寿命由2年延长到5年，折算成资金为每年可节约30万元。生产装置每年多运行10天产生的经济效益为硫酸15万元，甲醇2.4万元。上述三项合计为每年47.4万元。

如果WSA硫酸装置因故障而不能运行，H2S气体就只能燃烧掉，这样会对大气造成严重污染。如果因酸雾失控造成停车，也将对环境造成严重污染。目前WSA硫酸装置通过优化设计，第一项优化措施已经实施，不仅减少了停车次数，回收了甲醇，保护了环境，更重要的是将会产生可观的经济和社会效益。