300 kt/a湿法制酸装置的运行实践

顾洪宽，马青华，李爱玲

（广东宏瑞能源科技股份有限公司，广东惠州516000）

广东宏瑞能源科技股份有限公司（以下简称宏瑞股份）100 kt/a炼油废气综合利用项目主要用于处理某石化企业10 Mt/a炼油产生的部分炼油废气，引进丹麦托普索湿法制酸技术及国内氨法脱硫尾气处理技术，一步法直接生产硫酸产品，产生的尾气经处理后达标排放。

炼油废气综合利用装置包括300 kt/a 湿法制酸和氨法尾气脱硫两个生产系统，配套设施有：循环水站、硫酸储罐、装车栈台及地中衡、变配电站等，其余公用工程如天然气、脱盐水、氮气和仪表风等直接由某石化企业管道供应。该装置设计操作弹性为50%～110%，按年运行8 400 h设计。产品为w(H2SO4)98%浓硫酸、中压蒸汽和硫酸铵。硫酸通过槽车运送到周边企业，装置副产过热蒸汽通过汽轮机做功后抽出中压蒸汽，该蒸汽通过管道输送到某石化企业3.8 MPa中压蒸汽管网，固体硫酸铵装袋后对外销售。

2018年2月3 日装置首次投料试生产，2月5日生产出w(H2SO4)98%硫酸产品，并成功向某石化企业输送合格中压蒸汽，2月25日产出第一批硫酸铵且产品一次性合格。2018年12月装置停车检修，2019年1月2日恢复生产。2019年5月单独运行汽轮机驱动的冷风机K131A，电驱动冷风机K131B备用。

1 工艺技术

主装置采用丹麦托普索公司的湿法制酸（WSA）工艺生产硫酸和高压蒸汽，尾气处理装置采用某环保公司的氨法脱硫工艺脱除尾气中的SO2副产硫酸铵。该装置在国内是首次将WSA工艺和氨法尾气脱硫工艺相结合的装置[1]，是世界上单套产能最大的WSA制酸装置，也是国内最大的能够直接连续生产试剂级硫酸的装置。氨法脱硫工艺不产生废水和稀硫酸，SO2脱除率高[2]。硫酸系统管道采用碳钢内衬PTFE，尾气管道采用玻璃钢内衬ECTFE，脱硫塔和氧化塔采用玻璃钢材质。主装置工艺流程见图1。

该装置有以下主要特点：

1）原料是炼油废气和液体硫磺，可以单独处理炼油废气，也可以在处理炼油废气的同时，补充液体硫磺。

2）有别于传统的硫磺制酸，焚烧炉的助燃风不需要干燥处理，生产硫酸时一般不需要补充工艺水。

3）采用过氧燃烧，燃烧后的工艺气φ(SO2)在5%～6%。

4）在进转化器之前对工艺气进行脱硝处理，保证硫酸产品中较低的硝酸盐含量和尾气中NOx不超标。

5）采用一转一冷工艺，简化工艺流程。转化器内有3层催化剂及3个床间换热器，催化剂总装填量 620 m3。

6）硫酸冷凝器用干净的空气冷却，加热后的热空气作为焚烧炉的助燃风及加热锅炉给水、干燥硫酸铵，充分回收利用装置的热能，降低装置能耗。

7）副产的 5.8 MPa、450 ℃高压过热蒸汽通过汽轮机驱动冷风机K131A，抽出的3.8 MPa、400℃的中压蒸汽直接并入某石化企业中压蒸汽管网，体现了能量的梯级利用，提高了装置的能源利用效率。

8） 尾气在脱硫塔内经洗涤降温、吸收SO2和水洗除雾后，外排尾气内控指标[干基，基准φ(O2)3%]如下：逃逸氨(ρ)≤10 mg/m3、硫酸雾(ρ)≤30 mg/m3、ρ(SO2)≤ 50 mg/m3、ρ(NOx)≤ 100 mg/m3。

9）酸性气燃烧炉配有BMS系统，其中包括自动点火、气密检测、进料、停车、吹扫、停电保护等安全联锁保护系统，提高了装置运行的安全性和自动化水平。

10）余热锅炉系统设计操作压力为5.8 MPa，最大产气量为 100 t/h。

11）酸冷却器为阿法拉伐板式换热器，占地面积小，传热效率高。

12）有热风机、冷风机和尾气风机，所有风机均有备用风机，确保了装置的可靠运行。

2 装置运行情况

湿法制酸装置投产以来各月平均负荷情况见表1。

表1 湿法制酸装置月均负荷统计

当装置负荷达到75%及以上时，汽轮机驱动的冷风机K131A具备投用条件。装置实际运行产品收率和原辅料单耗均优于设计值。只开1台电驱动冷风机K131B冬季可以满足100%负荷的运行要求。其中有10 d时间装置连续平稳运行110%左右负荷（最高111.2%），说明该装置完全达到了设计操作弹性。

2018年投产以来，单独运行风机K131B单日最大负荷101.6%（设计能力为75%），单独运行风机K131A的单日最大负荷111.2%（设计能力为100%）。

装置的单耗统计见表2。

表2 装置产品收率及原辅料单耗统计

冷风机、热风机和尾气风机均设置了备用风机，其中冷风机K131B和热风机K132B的备用风机均分别按K131A和K132A风机能力的75%配置；尾气风机K133A/B的风机能力相同，并考虑了20%的裕量。除了K131A采用汽轮机驱动，其余风机均为变频电机驱动。

工况一：只运行1台冷风机K131B；工况二：冷风机K131A和K131B同时运行；工况三：只运行汽轮机驱动冷风机K131A，K131B备用。

3 生产规模和原料

3.1 生产规模

装置设计规模（100%负荷）为硫酸35.578 t/h、中压蒸汽 73.99 t/h、硫酸铵 0.470 5 t/h，处理炼油废气 9 424 m3/h。

3.2 原材料

酸性气和燃料气从上游的CLAUS制硫装置供应。为节省设备投资和减少装置的泄漏点，在设计装置时没有对原料酸性气和燃料气设取样点，共享上游的分析检测结果，宏瑞股份不再分析检测。实际执行时，由于上游分析结果不准，分析检测报告中酸性气的组成仅做参考。该装置主要原料来自上游石化企业的酸性气，主要组分为：φ(H2S)85.00%、φ(CxHy)0.12%、φ(CO2)10.56%、φ(H2O)3.89%、φ(NH3)0.26%、φ(H2)0.11%。

4 装置工艺标定

标定时间为2019年5月28日0∶00至2019年5月31日0∶00，装置标定72 h。标定期间装置平均负荷110%，达到设计最大负荷。

4.1 工艺操作数据

标定期间主要操作参数（72 h平均值）见表3。

表3 主要工艺参数

4.2 物料消耗

标定期间物料消耗数据见表4。

由表4可见：110%负荷下，汽轮机驱动代替电机驱动冷风机，汽酸比为2.3∶1。装置实际运行的原料、辅料的消耗低于设计值，压缩空气和氮气的单耗高于设计值。整体而言，装置运行效果达到设计要求。

4.3 硫回收率

标定期间装置总硫回收率为99.99%，WSA装置硫回收率99.64%，硫回收率情况见表5。

表5 标定期间硫回收率

4.4 SO2转化率

标定期间制酸装置SO2平均转化率为99.33%，89%的SO2在转化器一段催化剂床层完成转化，10%在二段完成，三段转化率只有0.2%。SO2转化率统计数据见表6。

表6 SO2转化率统计数据

4.5 尾气脱硫

尾气脱硫系统操作指标（实测值）见表7。

表7 尾气脱硫系统操作指标（实测值）

由表7可见：尾气中各项污染物均能达标排放。根据分析结果计算脱除率，脱硫塔对尾气中SO2和酸雾的脱除率均大于98%，经尾气处理后NOx和氨的浓度都有增加。尾气脱硫采用的是氨法脱硫工艺，吸收液中的氨和尾气中的SO2反应生成硫酸铵，因此脱硫处理后氨含量增加。尾气处理系统的温度小于45 ℃，不存在NOx的生成条件，初步判断是检测有误。

4.6 露点腐蚀

因为酸性气、工艺气和尾气中都有含水的酸性气体，存在露点腐蚀的可能性，因此在生产过程中要重点监管工艺气运行温度和露点。与金属管道、设备接触气体的运行温度需高于露点10 ℃以上为最佳，运行温度低于露点的，使用内衬PTFE、喷涂ECTFE或玻璃钢材质。各关键点温度及露点腐蚀情况见表8。

表8 各关键点温度及露点腐蚀情况

4.7 WSA冷凝器热效率

WSA冷凝器热回收率见表9。

表9 WSA冷凝器热回收率

冷风经过WSA冷凝器换热后变成258 ℃热风，进入工艺气系统的热风流量为196 840 m3/h，约有50%的热风进入工艺气，约有21%的热风加热锅炉给水，少量热风用于硫酸铵干燥，其余约占25%的热风放空。WSA冷凝器热回收率为83.8%。

4.8 三废排放

宏瑞股份“三废”排放执行GB 31570—2015《石油炼制工业污染物排放标准》、广东省地方标准DB44/T 27—2001《大气污染物排放限值》（第二时段二级标准）及GB 14554—1993《恶臭污染物排放标准》，标定期间装置SO2、硫酸雾、NOx、氨等大气污染物均远低于排放标准限值。标定期间无对外排放市政污水，市政水口阀门关闭，阀门井内水质合格，说明装置区无污染物泄漏至市政雨水管网。

4.9 标定结论

1）72 h标定平均负荷110%，装置在设计最大负荷下可以连续安全平稳运行，达到设计要求。

2）汽轮机驱动冷风机，降低了电耗，汽酸比会降低。

3）装置能耗低于设计指标。

4）SO2转化器、脱硝反应器运行正常，达到设计要求。

5）110 %负荷下，电机、泵、风机和汽轮机的能力仍有一定余量。

6）装置热回收利用效率71.69%，硫回收利用率99.99%。

7）工艺气运行温度高于露点，WSA冷凝器出口尾气运行温度低于露点，但相关设备及管道均已做防腐处理。

8）硫酸、中压蒸汽和硫酸铵产品质量稳定合格。

9）脱硫塔脱硫和除酸雾效果良好。

10）标定期间SO2排放均明显优于国家及地方标准。

5 装置问题及改进建议

1）焚烧炉前燃料气调节阀微量内漏，增加了燃料气消耗，增加生产成本但不影响安全生产。

2）工业水水质差无法正常使用，用生活水替代工业水，基本满足使用需求。

3）工业水设计流量 504 kt/a（60 t/h），生活用水设计流量126 kt/a（15 t/h）。标定期间生活水最大流量11.52 t/h，没有超过生活水的设计流量。上游供宏瑞股份使用生产水来自134单元的一个小水箱，当尾气处理单元开启大量冲洗水时（40 t/h），需提前联系上游将水箱的补水阀开大，避免抽空水箱。

4）除氧器平台及连接管道振动较大，设计院已给出解决方案。

5）汽包放空阀内漏，标定结束后更换放空阀。

6）装置负荷较高时，冷凝器模块可看见硫酸雾逸出，说明冷凝器顶部酸除雾垫已经有缝隙，待检修时对破碎玻璃管和除雾垫维修。

7）除氧器进水阀设计选型偏小，需将旁路手阀打开才能满足脱盐水流量要求。

8）夏季气温较高，酸冷却器进出口酸温接近高报值。

6 结语

宏瑞股份300 kt/a湿法制酸装置是世界最大规模湿法制酸装置，具有设计先进、装置运行可靠、热回收效率高、操作弹性大（实际在30%～110%）的优点，产品硫酸品质可达到试剂级。该装置设计标准、建设要求和运营水平不低于上游石化装置标准，满足四年一次大修要求。关键的工艺设备、电气仪表均选用国际、国内一流品牌。WSA工艺硫回收率超过99%，正常生产情况下无废水、废渣等二次污染物排放，大气污染物远低于国家和地方标准要求。该装置的成功投运标志着我国硫酸技术又迈上一个新的高度。