曹會敏 李清峰 王玉玲

（河南煤業(yè)化工集團鶴煤化工分公司)

河南煤業(yè)化工集團鶴煤化工分公司在建一套生產(chǎn)能力為60萬t/a甲醇的生產(chǎn)裝置，副產(chǎn)6000 t/a硫酸。硫酸單元采用的是丹麥托普索公司設計的WSA——濕接觸法硫回收工藝，即采用工藝路線成熟的高溫熱反應和三級催化反應的Claus硫回收工藝，轉化器裝填托普索VK-WSA催化劑。該工藝流程簡潔，轉化率高，能耗低，操作方便。目前托普索設計的這種工藝在國內(nèi)已經(jīng)被三個廠家采用，都有了幾年的運行經(jīng)歷，但在運行中也多次發(fā)生催化劑壓降高、燃燒爐溫度失控和酸霧失控等情況。本文根據(jù)該工藝實際運行情況，對鶴煤化工公司W(wǎng)SA硫酸裝置的設計進行了優(yōu)化，提出了三項優(yōu)化措施。

1 工藝流程

來自低溫甲醇洗裝置的酸性氣體與熱空氣在燃燒爐中進行燃燒，產(chǎn)生975℃含二氧化硫的高溫氣體。高溫氣體經(jīng)廢熱鍋爐后降溫至442℃。在進入二氧化硫轉化器前，工藝氣被一股熱空氣稀釋，然后進入二氧化硫轉化器。

二氧化硫轉化器內(nèi)裝有三床釩催化劑，二氧化硫混合氣體通過二氧化硫轉化器后變?yōu)槿趸颉６趸蚧旌蠚怏w在第一催化劑床轉化率約為90%，出第一催化劑床的混合氣體溫度為508℃，用來自二級床間冷卻器的5.7 MPa、312℃的水蒸氣通過一級床間冷卻器將混合氣冷卻至412℃，進入第二催化劑床。剩余的二氧化硫繼續(xù)反應，反應后溫度達到418℃，用5.85 MPa、275℃的水蒸氣將反應氣通過二級冷卻器冷卻至380℃，水蒸氣溫度升至312℃進入一級冷卻器。接著混合氣體進入第三催化劑床，出口溫度為378℃，使SO2的總轉化率達到99.3%。再用工藝冷卻器將混合氣體冷卻至290℃，然后進入WSA冷凝器。

含三氧化硫的混合氣體從下部進入WSA冷凝器管程并用冷空氣來冷卻，冷空氣由風機提供。冷空氣走殼程，從酸冷凝器上部進入，由底部出口得到熱空氣，熱空氣通過風機進入燃燒爐。同時含三氧化硫的混合氣體被冷凝為98%的液體硫酸。濃硫酸在玻璃管內(nèi)沿內(nèi)壁由上向下流動，下部流出的溫度較高的濃硫酸先與溫度為40℃、流量為20 272 kg/h的濃硫酸混合進入濃硫酸槽。此時，濃硫酸溫度降為61℃。最后，再經(jīng)過酸冷卻器將濃硫酸冷卻至40℃，送至硫酸儲罐。

2 運行中存在的問題

（1）燃燒爐溫度失控

低溫甲醇洗裝置運行出現(xiàn)波動，造成來自低溫甲醇洗裝置的酸性氣體中攜帶大量甲醇。甲醇進入燃燒爐燃燒，短時間內(nèi)放出大量熱量，造成溫度失控；同時由于調(diào)整滯后，發(fā)生不完全燃燒，生成了碳。碳隨氣體一起進入轉化器，由于催化劑吸附性強，碳就會被吸附在催化劑上，造成催化劑的壓降（阻力）增大。

（2）催化劑壓降大

運行中經(jīng)常發(fā)生催化劑壓降增大的情況，造成系統(tǒng)無法運行，被迫停車對催化劑進行清理，有時一年就需要清理3～4次。由于清理次數(shù)多，造成催化劑被粉碎，使用1～2年就需要更換催化劑。催化劑壓降大的原因：燃燒不完全，造成碳吸附在催化劑上；此外，與空氣一起進入系統(tǒng)的粉塵也會吸附在催化劑上。

（3）外送硫酸管線泄漏

運行中外送硫酸管線經(jīng)常發(fā)生泄漏，其中有個廠家為了對付硫酸管線泄漏，竟把外送管線改成了雙線，一用一備。管線發(fā)生泄漏的原因：開停車時會生成稀酸，造成管線腐蝕。

3 優(yōu)化設計方案及經(jīng)濟效益

經(jīng)過分析論證可知，該公司工藝流程和那幾個廠家十分相似，投產(chǎn)后會面臨同樣的問題，這些問題如果不解決，將會對公司的環(huán)保和效益產(chǎn)生嚴重影響。經(jīng)過技術人員多次專題研究，最終將該工藝設計方案做了三項優(yōu)化：

（1）來自低溫甲醇洗裝置的酸性氣體常攜帶甲醇，因此在酸性氣體進燃燒爐前的管線中增加一個分離罐，當發(fā)生甲醇攜帶時可進行有效分離，從而可避免裝置運行時發(fā)生催化劑壓降增高、燃燒爐溫度失控等情況。

（2）在輸送燃燒空氣的風機前增加一個除塵器，將空氣中塵粒過濾干凈。

（3）外送硫酸管道做內(nèi)襯，防止稀酸腐蝕管道。

通過以上三項優(yōu)化措施，比較其他廠家情況，每年催化劑可以少過一次篩，節(jié)約檢修時間和開停車時間10天，催化劑使用壽命從2年增加到5年，因酸霧失控而導致的停車故障每年減少到3次。

催化劑使用壽命由2年延長到5年，折算成資金為每年可節(jié)約30萬元。生產(chǎn)裝置每年多運行10天產(chǎn)生的經(jīng)濟效益為硫酸15萬元，甲醇2.4萬元。上述三項合計為每年47.4萬元。

如果WSA硫酸裝置因故障而不能運行，H2S氣體就只能燃燒掉，這樣會對大氣造成嚴重污染。如果因酸霧失控造成停車，也將對環(huán)境造成嚴重污染。目前WSA硫酸裝置通過優(yōu)化設計，第一項優(yōu)化措施已經(jīng)實施，不僅減少了停車次數(shù)，回收了甲醇，保護了環(huán)境，更重要的是將會產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟和社會效益。