Carmo J Pereira, Soe Lwin, Benjamin R Wood, Timothy R Felthouse, Cristina R Kulczycki

[伊萊森清潔技術(shù) 孟莫克?(MECS?)技術(shù)，美國密蘇里州 圣路易斯市]

制酸裝置在設(shè)計(jì)伊始要求滿足生產(chǎn)能力和排放要求，但隨著新挑戰(zhàn)的出現(xiàn)，這些要求也隨之改變，如受市場行情帶動(dòng)，產(chǎn)能面臨擴(kuò)產(chǎn)或閑置，又或環(huán)保法規(guī)要求進(jìn)一步降低排放。此外，操作維護(hù)不當(dāng)也可能帶來裝置性能下降。這些都要求技術(shù)供應(yīng)商與用戶共同合作，精準(zhǔn)施策，解決這些難題。

孟莫克派蓋斯（PeGASyS?）測試服務(wù)是高效收集裝置數(shù)據(jù)的一套具備成本效益的評估方法，通過將采集的數(shù)據(jù)與孟莫克專有工具結(jié)合分析，可實(shí)現(xiàn)問題根源診斷、裝置性能優(yōu)化、設(shè)備改造效益評估的功能。此外，用戶還可利用分析結(jié)果評估供貨商提出的催化劑建議（包括3款MECS新催化劑），挖掘裝置潛在產(chǎn)能、降低排放、延長生產(chǎn)周期、降本增效地解決運(yùn)行問題。定期進(jìn)行派蓋斯評估可明晰裝置性能和排放數(shù)據(jù)、校核催化劑效能的逐年變化，展現(xiàn)新技術(shù)的優(yōu)越性。

1 制酸裝置分析

制酸裝置的設(shè)計(jì)以降本增效滿足用戶產(chǎn)量和排放指標(biāo)為出發(fā)點(diǎn)，本著最大限度提升裝置開車率、最大限度降低投資和運(yùn)行成本的原則，從焚硫爐到二吸塔將必不可少的各臺單體設(shè)備融匯到工藝中。風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)提供抽吸設(shè)計(jì)氣量和滿足產(chǎn)能要求所需的動(dòng)力。焚硫爐設(shè)計(jì)提供對應(yīng)的燃燒溫度、氣相湍流、燃燒時(shí)間等條件，保證含硫原料完全燃燒，而不產(chǎn)生二次排放（如氮氧化物）。轉(zhuǎn)化器整體設(shè)計(jì)決定各段反應(yīng)氣體的線性流速，轉(zhuǎn)化器內(nèi)部布局保障各段橫截面內(nèi)的流量和溫度變化足夠小。

催化劑技術(shù)是維系制酸裝置穩(wěn)健、高能效、低排放設(shè)計(jì)中很重要的一環(huán)。過去幾十年來，已針對各段床層研發(fā)出多種活性強(qiáng)、壓降低的催化劑，許多文獻(xiàn)中都有論述。床層催化劑的類型和裝填量決定著該段床層的轉(zhuǎn)化率和壓降大小，催化劑床層設(shè)計(jì)保障在最佳壓降下床層SO2轉(zhuǎn)化率最大。雖然壓降較大時(shí)，床層橫截面內(nèi)流動(dòng)均勻性好，但相應(yīng)地制酸裝置需要的風(fēng)機(jī)升壓增加，導(dǎo)致主風(fēng)機(jī)相關(guān)的成本增加、制酸裝置產(chǎn)能受限。一般而言，總壓降每減小1.25 kPa，制酸裝置生產(chǎn)能力提升1%左右。

通常，轉(zhuǎn)化器在一吸塔前設(shè)3段催化劑床層，在一吸塔后二吸塔前設(shè)1～2段床層，分別稱為“3+1”或“3+2”裝置。吸收塔設(shè)除霧器元件可以強(qiáng)效清除酸霧酸滴，否則酸霧泄漏將影響SO2轉(zhuǎn)化率和裝置達(dá)標(biāo)排放。換熱器和省煤器提供能量整合方案，具體用于移走SO2氧化成SO3反應(yīng)放出的熱量，加熱反應(yīng)氣到各段床層所需的最佳進(jìn)氣溫度，以及產(chǎn)生工藝蒸汽等。視裝置的規(guī)模和廠址位置而定，產(chǎn)出的工藝蒸汽可直接轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)效益，為裝置創(chuàng)收。即使管道規(guī)格和鋪設(shè)影響到制酸系統(tǒng)所需的風(fēng)機(jī)升壓，限制產(chǎn)能，工藝許可方仍在不斷研發(fā)新設(shè)備和催化劑技術(shù)，以期進(jìn)一步降低裝置投資和運(yùn)行成本。

裝置投產(chǎn)后，用戶的新需求常常層出不窮。期間可能要求提高裝置效能、增大硫酸產(chǎn)量，即使原因在于用戶生產(chǎn)回路中其他單元的產(chǎn)能無法提升。不論是計(jì)劃擴(kuò)增還是縮減產(chǎn)能，可能都必需對裝置內(nèi)的各臺單體設(shè)備進(jìn)行詳細(xì)評估（由于各臺單體設(shè)備生產(chǎn)彈性各不相同，又各自為限），有時(shí)裝置可能需要遵從更為嚴(yán)格的環(huán)保法規(guī)。明確和實(shí)施可能的降本增效方案前，必須先確定整體裝置的性能基準(zhǔn)。

除市場需求和環(huán)境排放指標(biāo)外，裝置產(chǎn)能還可能受運(yùn)行問題影響。例如，一層催化劑破損或積灰可能會增大壓降、限制產(chǎn)能，使風(fēng)機(jī)運(yùn)行曲線下移。其中某些問題可通過工藝操作參數(shù)調(diào)整得到暫時(shí)緩解，但許多調(diào)整需要停車檢修才能進(jìn)行。某些情況下，由于缺乏數(shù)據(jù)支撐，廠家可能會舍棄長遠(yuǎn)利益，草率選擇實(shí)施一些貌似成本低、見效快的修復(fù)。例如，如果壓降增大，廠家可能選擇直接更換掉一整層的催化劑，而不進(jìn)行故障排除，待查明根本原因再篩換某一段床層的催化劑。又如，檢測換熱器泄漏已成為行業(yè)公認(rèn)的老大難問題。不進(jìn)行泄漏峰值的量化分析，可能有損能效，造成SO2超標(biāo)排放。由于全方位性能評估是從全局出發(fā)、明晰和確定解決問題的最佳途徑以實(shí)現(xiàn)降本增效，所以，那些與業(yè)內(nèi)領(lǐng)先技術(shù)供應(yīng)商合作，選擇定期對取樣數(shù)據(jù)進(jìn)行深入評估的廠家，競爭優(yōu)勢將遠(yuǎn)超同行。

2 孟莫克派蓋斯評估

孟莫克研發(fā)的派蓋斯評估工具可幫助用戶診斷裝置問題實(shí)現(xiàn)降本增效。在檢修（或計(jì)劃停車）前先進(jìn)行性能評估，在此基礎(chǔ)上出具設(shè)備和/或催化劑更換和/或修復(fù)意見。另外，用戶往往還要求在檢修后進(jìn)行二次評估，明確改造優(yōu)勢。

派蓋斯測試工具包括1臺定制設(shè)計(jì)的便攜式氣相色譜儀、載具/標(biāo)定氣/樣品注射器及系統(tǒng)安全高效運(yùn)行所需的所有必要輔助設(shè)備。與其他監(jiān)測程序不同，派蓋斯測試服務(wù)本身不需要用戶太多現(xiàn)場配合，測試無需氣體取樣袋、也無其他運(yùn)輸要求。技術(shù)人員通常只需在預(yù)定測試日前一天抵達(dá)用戶現(xiàn)場，提前設(shè)置并做好設(shè)備校準(zhǔn)。技術(shù)人員需確定各個(gè)取樣點(diǎn)的SO2濃度和O2濃度，期間可能需要反復(fù)多次測量，獲得可靠數(shù)據(jù)。如需質(zhì)量分析（如測量SO3泄漏），可能需要使用精度到小數(shù)點(diǎn)后4位的分析天平。每次裝置測試，數(shù)據(jù)采集通常需要一整天的時(shí)間。孟莫克派蓋斯監(jiān)測服務(wù)系統(tǒng)見圖1。

圖1 孟莫克派蓋斯監(jiān)測服務(wù)系統(tǒng)

盡管用戶沒有參與到測試中來，但評估裝置性能和擬定整修意見卻離不開用戶參與。測試期間，裝置應(yīng)保持在設(shè)計(jì)能力（或方便診斷潛在問題的其他工況下）運(yùn)行?？赡苄枰脩籼峁┯嘘P(guān)產(chǎn)能、氣體濃度、轉(zhuǎn)化器尺寸、催化劑裝填量、催化劑床層出入口溫度、催化劑床層壓降、煙囪分析儀測定的O2和SO2尾排濃度等方面的具體信息。聽取用戶對操作問題和近期需求的反饋意見，有助于明確測試工作的著眼點(diǎn)，幫助技術(shù)人員出具更具針對性的裝置性能評估意見。

派蓋斯測試服務(wù)中獲得的數(shù)據(jù)可明晰制酸裝置氣體側(cè)的性能指標(biāo)，對裝置分析儀和指示器的校準(zhǔn)度，提供獨(dú)立校核報(bào)告，還可對裝置監(jiān)測系統(tǒng)記錄的SO2排放量進(jìn)行調(diào)適，明確每段催化劑床層的SO2轉(zhuǎn)化率和換熱器泄漏信息。提供的床層出入口溫度及轉(zhuǎn)化器和換熱器信息，可作為評估整個(gè)生產(chǎn)工藝質(zhì)量和能量平衡的詳細(xì)依據(jù)，床層壓降信息（結(jié)合壓降增大趨勢）可作為催化劑篩分的依據(jù)。

把裝置數(shù)據(jù)饋入孟莫克專有工具，可比較預(yù)測壓降與觀測壓降、評估催化劑效能、確定有助提高轉(zhuǎn)化率的操作參數(shù)。這套工具還可用于產(chǎn)能改善靈敏度研究，明確改用新催化劑的價(jià)值。評估中用到的評估方法在下一節(jié)進(jìn)行圖解說明。

3 裝置性能提升

制酸裝置數(shù)據(jù)的校核有賴于技術(shù)人員從全局對裝置高度準(zhǔn)確的把握能力，也需要精準(zhǔn)工具進(jìn)行相關(guān)評估。不過，在使用工具前必須先檢查原始數(shù)據(jù)的一致性。另外，還必須考慮到與大型轉(zhuǎn)化器取樣有關(guān)的某些普遍性問題。

同一取樣點(diǎn)手動(dòng)采集的測量次數(shù)受測試時(shí)長限制，必須認(rèn)真校驗(yàn)數(shù)據(jù)，保障優(yōu)于測試方法本身的精確度和再現(xiàn)性要求。必須校核SO2和O2濃度測量值，確保無空氣漏入樣本中。如果進(jìn)行質(zhì)量分析，必須妥善處理樣品。

由于流量和溫度分布不均勻，轉(zhuǎn)化器某個(gè)床層某一固定取樣點(diǎn)分多次測量的測量值，可能與在轉(zhuǎn)化器橫截面內(nèi)取多點(diǎn)進(jìn)行測量的測量值不同。由于局部氣速和入口條件決定著局部轉(zhuǎn)化率，氣體成分和入口溫度決定著平衡轉(zhuǎn)化率，因此分布不均勻?qū)Υ_定床層轉(zhuǎn)化率的影響不容小覷。床層分布不良的，只一處取樣點(diǎn)的測量值可能不能整體反映轉(zhuǎn)化器內(nèi)床層的性能。

即使SO2轉(zhuǎn)化生產(chǎn)工藝看似處于穩(wěn)態(tài)運(yùn)行中，爐膛控制問題也可能引發(fā)進(jìn)氣SO2濃度波動(dòng)。進(jìn)氣SO2濃度的變化范圍還應(yīng)視原料氣的取用來源而定，例如，冶煉煙氣制酸的進(jìn)氣SO2濃度變化比硫磺制酸高，取樣點(diǎn)測得的SO2濃度可能與上游測得的SO2濃度不嚴(yán)格一致。數(shù)據(jù)校核更復(fù)雜的一點(diǎn)還表現(xiàn)在，由于固體蓄熱多得多，氣相濃度的動(dòng)態(tài)變化比床層溫度變化快許多。應(yīng)用數(shù)據(jù)前，必須先校核好轉(zhuǎn)化率和溫升測量值。

表1所示為1套3 950 t/d硫磺制酸裝置利用孟莫克派蓋斯測試工具進(jìn)行性能評估的數(shù)據(jù)。進(jìn)氣中，φ(SO2)在 11.5%、φ(O2)在 9.5%。一段床層裝填低壓降的MECS?GR-330催化劑，二段和三段床層裝填XLP-110催化劑，四段床層裝填SCX-2000催化劑。經(jīng)對該套裝置進(jìn)行派蓋斯測試服務(wù)，測試數(shù)據(jù)表明換熱器無泄漏，即一段床層出口氣體成分與二段床層進(jìn)氣成分相同，二、三、四段床層同理。

由表1可見：將派蓋斯測試數(shù)據(jù)饋入孟莫克專有工具，基于催化劑裝填量評估各段床層的催化劑能效值，利用這些能效值評估工具可以校核裝置性能。校準(zhǔn)數(shù)據(jù)與派蓋斯測試數(shù)據(jù)相比略有不同，但吻合度很高。

表1 從3 950 t/d硫磺制酸裝置獲得的派蓋斯數(shù)據(jù)的模型校核

對于工業(yè)裝置而言，由于評估平衡轉(zhuǎn)化率和催化劑平均活性相對復(fù)雜，需要通過某些工程判斷才能評估床層催化劑效能。例如，如果在保障入口溫度和流量均勻下，一段床層平衡轉(zhuǎn)化率為63%；分布不良及催化劑床層裝填有問題可能使轉(zhuǎn)化率降低，下降到61%。如果將差值全歸因于催化劑活性下降，評估的床層效能可能會跌出合理區(qū)間。換熱器泄漏可能造成某轉(zhuǎn)化器一段出口SO2濃度與下一段入口濃度不同。同樣，如果不計(jì)入泄漏，催化劑效能可能也會判斷錯(cuò)誤。另外，由于裝置運(yùn)行多年后，同一段床層內(nèi)往往裝填有不同使用年限、活性狀態(tài)又全然不同的多種催化劑，這樣一來應(yīng)視催化劑年限、床層位置和其他多項(xiàng)因素確定催化劑效能，就更加困難。

孟莫克評估工具能夠給出裝置性能與催化劑活性相吻合的催化劑效能值?；趯Ω鞫未呋瘎┬艿姆答?，判斷是否需要更換催化劑。另外還提供裝置“既往”樣品的實(shí)驗(yàn)室活性和耐用性測量報(bào)告。需要執(zhí)行派蓋斯測試服務(wù)年度評估的用戶可以監(jiān)測床層逐年的性能變化，從而一遇任何微小變化都可全面分析掌握，并迅速行動(dòng)。

現(xiàn)在利用可調(diào)諧性評估工具，嘗試在現(xiàn)行裝填催化劑下對裝置性能進(jìn)行優(yōu)化。表1中溫度優(yōu)化數(shù)據(jù)是利用催化劑效能和其他參數(shù)對各段進(jìn)氣溫度進(jìn)行優(yōu)化后的數(shù)據(jù)。在理想的流量和溫度控制下，預(yù)計(jì)裝置轉(zhuǎn)化率有望增加到99.97%，尾排中φ(SO2)低于 0.005 0%。

運(yùn)用表1中的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，利用孟莫克評估工具可以探究SO2排放與裝置產(chǎn)能之間的關(guān)系。如圖2所示，如果輸入?yún)?shù)保持不變，與預(yù)期一致，SO2排放量隨產(chǎn)能增大而增加。

圖2 利用孟莫克評估工具確立的裝置產(chǎn)能與SO2排放濃度關(guān)系曲線

催化劑的數(shù)次創(chuàng)新使硫酸產(chǎn)能擴(kuò)張成為可能，化學(xué)性質(zhì)的改良使SO2氧化轉(zhuǎn)化速率越來越高。幾十年來，催化劑形狀經(jīng)歷了從柱狀到環(huán)狀再到更復(fù)雜形狀的轉(zhuǎn)變。催化劑幾何形狀的改變，實(shí)現(xiàn)了在更低床層壓降下能夠與催化活性部位更好接觸。在這方面，首推2011年推出的MECS?GEARTM催化劑。得益于其獨(dú)特形狀，GEARTM催化劑可避免臨近契合嵌入。GEARTM催化劑由于活性高、壓降低，在全球范圍內(nèi)被廣為使用。另一大優(yōu)點(diǎn)是，GEARTM催化劑容塵能力強(qiáng)。GEARTM催化劑床層的空隙率使粉塵顆粒向下分布于床層，從而大大推遲了傳統(tǒng)催化劑在一開始觀測到的床層壓降躍升現(xiàn)象。這一優(yōu)勢使某些裝置得以順利延長檢修期，將通常名義上為2年一次的大修周期延長到3年。

新款MECS?XLP-310催化劑很快將面向用戶銷售。XLP-310催化劑與XLP-110催化劑形狀相同，在中試裝置上測試表明：同體積下其活性比XLP-110催化劑高出53%。XLP-310催化劑最宜在轉(zhuǎn)化器二、三段床層使用。圖3為MECS中試轉(zhuǎn)化器二段床層分別裝填XLP-310催化劑和XLP-110催化劑在430 ℃下的轉(zhuǎn)化率對比。

圖3 分別裝填XLP-310和XLP-110催化劑在430 ℃下的轉(zhuǎn)化率對比

由圖3可見：XLP-310催化劑比XLP-110催化劑活性高得多，裝填量不變情況下，轉(zhuǎn)化率更高，在裝置尾排SO2濃度保持不變時(shí)，XLP-310催化劑裝填量更少。

利用孟莫克專有評估工具，以SO2減排和降成本為切入點(diǎn)，評估XLP-310催化劑的投用優(yōu)勢。在1套 4 170 t/d的硫磺制酸裝置上，在進(jìn)氣成分為φ(SO2)11.5%、φ(O2) 9.5%的基礎(chǔ)工況下，觀測催化劑應(yīng)用優(yōu)勢?；A(chǔ)工況催化劑及其裝填量與表1相同，調(diào)節(jié)各段催化劑的能效，使基礎(chǔ)工況下排放SO2保持在世界許多地區(qū)都通行的φ(SO2) ≤0.021 1%排放標(biāo)準(zhǔn)。為分析需要，假定說服用戶將轉(zhuǎn)化器二段床層1/3的XLP-110催化劑改用XLP-310催化劑。4 170 t/d裝置轉(zhuǎn)化器二段床層裝填XLP-310催化劑的指標(biāo)對比見表2。

表2 4 170 t/d裝置轉(zhuǎn)化器二段床層裝填XLP-310催化劑的指標(biāo)對比

從表2情景一可以看出，轉(zhuǎn)化器二段床層1/3催化劑改用XLP-310后，累積轉(zhuǎn)化率從99.85%提高到99.88%，排放φ(SO2)從0.021 1%下降到0.016 2%。而如果只以維持基礎(chǔ)工況轉(zhuǎn)化率來加填XLP-310催化劑，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)化器二段床層只需加填基礎(chǔ)工況17%的催化劑，二段床層總裝填量得以削減16.3%。這樣一來，用戶原床層只需采購17%而非33%的新催化劑就能滿足轉(zhuǎn)化率要求，成本節(jié)省49%。轉(zhuǎn)化器二、三段床層裝填XLP-310催化劑的能效指標(biāo)如表3所示。

表3 4 170 t/d裝置轉(zhuǎn)化器二、三段床層裝填XLP-310催化劑指標(biāo)對比

由表3可見：在這種情況下，轉(zhuǎn)化器二、三段床層各有1/3的催化劑改用XLP-310，將XLP-110同體積改用XLP-310后，轉(zhuǎn)化率從99.85%提高到99.90%，排放φ(SO2)從0.021 1% 下降到 0.013 5%?，F(xiàn)在利用MECS專有工具中的優(yōu)化程序，在保持與基礎(chǔ)工況排放量相同的情況下，減少轉(zhuǎn)化器二、三段床層的催化劑量。發(fā)現(xiàn)若保持與基礎(chǔ)工況相同的轉(zhuǎn)化率和排放量，各段只需改填16%或17%的XLP-310催化劑（而非基礎(chǔ)工況下33%的XLP-110）。另外，以保持轉(zhuǎn)化率為唯一考量，用戶催化劑采購量可削減50%。

超級 GEARTM（SUPER GEAR?）催化劑是新推出的另一款催化劑，形狀與GR-310催化劑相同，等體積活性比XLP-110催化劑高出65%。如上所述，GEARTM催化劑形狀與同大小的六棱環(huán)狀催化劑相比，更具低壓降優(yōu)勢。這一優(yōu)點(diǎn)使超級GEARTM催化劑成為積灰環(huán)境嚴(yán)重的轉(zhuǎn)化器一段及后面三段床層的更好選擇。轉(zhuǎn)化器三段床層改用超級GEARTM催化劑轉(zhuǎn)化率優(yōu)于傳統(tǒng)催化劑，使GEARTM催化劑成為現(xiàn)有裝置克服提產(chǎn)減排瓶頸的理想選擇。

4 170 t/d的“3+1”裝置轉(zhuǎn)化器三段床層使用超級GEARTM催化劑的性能對比見圖4。

圖4 4 170 t/d裝置轉(zhuǎn)化器3段使用超級GEARTM催化劑的性能對比

在圖4情景一中，三段床層頂部裝填超級GEARTM催化劑。發(fā)現(xiàn)改用活性更強(qiáng)的超級GEARTM催化劑后，累積轉(zhuǎn)化率由99.85%提高到99.90%，尾排φ(SO2)下降到0.014 5%。如果裝置僅需實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)工況的達(dá)標(biāo)排放，超級GEARTM催化劑需用量會更少。結(jié)合利用派蓋斯采集數(shù)據(jù)與專有評估工具進(jìn)行評估，發(fā)現(xiàn)使用超級GEARTM催化劑作為可行方案，可滿足用戶提產(chǎn)減排目標(biāo)的近期需求。

孟莫克改進(jìn)型銫催化劑有望在近期推出，基于催化劑在中試裝置上的研究，與在售SCX-2000催化劑相比，同體積活性增強(qiáng)20%。與推出的其他催化劑進(jìn)行同等考量，發(fā)現(xiàn)這種催化劑可用于SO2減排，或在SO2排放量保持不變的情況下減少催化劑裝填量。

4 商用實(shí)例分析

定期進(jìn)行派蓋斯評估可幫助用戶明晰裝置性能、診斷設(shè)備和運(yùn)行問題、實(shí)施降本增效方案，滿足企業(yè)短期和長期需求。以兩例硫磺制酸裝置為例，進(jìn)行運(yùn)用這種評估方法后的實(shí)例分析。每一實(shí)例下，派蓋斯評估均提示采用新催化劑技術(shù)來提升轉(zhuǎn)化率和降低壓降的契機(jī)。裝填催化劑后經(jīng)派蓋斯評估，確認(rèn)性能改善顯著。

4.1 實(shí)例一

1套 3 175 t/d的“3+1”硫磺制酸裝置應(yīng)用GR-330和XLP-310催化劑后，GR-330在提產(chǎn)方面、XLP-310催化劑在提高SO2轉(zhuǎn)化率和裝置SO2減排方面彰顯出優(yōu)勢。裝置4個(gè)床層原來均使用MECS?XLP-110催化劑，床層基本存在流量分布不均勻的問題，一段床層尤為明顯。

表4為近年來裝置每年進(jìn)行一次派蓋斯評估服務(wù)所采集的裝置數(shù)據(jù)。利用一段前后的累積轉(zhuǎn)化率評估床層轉(zhuǎn)化率。該裝置的派蓋斯數(shù)據(jù)及后續(xù)分析表明換熱器無泄漏，即一段床層出口煙氣成分與二段床層進(jìn)口煙氣成分相同，二、三、四段同理。

表4 3 175 t/d硫磺制酸裝置派蓋斯評估

以這家世界級工廠第一年的產(chǎn)能和SO2排放量為基準(zhǔn)（即第一年產(chǎn)能和SO2排放量為單位1），這家工廠有擴(kuò)能想法。派蓋斯評估表明：將轉(zhuǎn)化器一段床層原來的XLP-110催化劑改為GR-330催化劑，可以減小壓降，并可在現(xiàn)有風(fēng)機(jī)下實(shí)現(xiàn)裝置提產(chǎn)。裝置遂在第二年年度檢修中，將一段床層改用GR-330催化劑，替換掉原來的XLP-110催化劑。與預(yù)期設(shè)想一致，一段轉(zhuǎn)化率從56.49%提高到61.18%，接近基于SO2濃度和一段床層進(jìn)口溫度測算的平衡轉(zhuǎn)化率。不過，更重要的是裝置產(chǎn)能提高了10%。此外，即使產(chǎn)能增加，一段床層壓降也顯著減小，原來裝填XLP-110在減負(fù)荷下壓降為1.8 kPa，在改填GR-330后，在高負(fù)荷下壓降為1.4 kPa（壓降凈減小22%）。后續(xù)檢修（第三、四年）中一段床層除補(bǔ)加篩分損失外，催化劑量基本變化不大。這些年來，一段平均轉(zhuǎn)化率一直穩(wěn)定保持在62.3%。

評估周期內(nèi)，轉(zhuǎn)化器二段床層一直沿用XLP-110催化劑，床層只補(bǔ)加過用以彌補(bǔ)篩分損失的少量催化劑。整個(gè)運(yùn)行期限內(nèi)，二段轉(zhuǎn)化率始終保持在60%左右。在第三年年初，二段轉(zhuǎn)化率確實(shí)低于期望值。不過，在數(shù)據(jù)校核期間，孟莫克評估工具表明，基于溫升信息中間可能存在小的測量誤差，實(shí)際轉(zhuǎn)化率應(yīng)該在60%～61%。

第三年，廠家要求協(xié)助確定在檢修期間內(nèi)如何整修來減少SO2排放。利用之前派蓋斯評估數(shù)據(jù)和專有評估工具提供的信息，確定轉(zhuǎn)化器三、四段床層全部改用XLP-310催化劑效果最佳?？上В捎谘b置本身的限制，在檢修期內(nèi)三段床層只部分改用了新催化劑。不過，四段床層得以全部改用XLP-310催化劑。即使三段床層只部分改用新催化劑，檢修后收集的派蓋斯測試數(shù)據(jù)表明，三段轉(zhuǎn)化率從49.95%躍升到60.10%。利用MECS評估工具，相當(dāng)于催化劑能效提升近40%?；诘谌耆⑺亩无D(zhuǎn)化率提升，廠家在第四年果斷將三段床層催化劑全部改用XLP-310。與預(yù)期設(shè)想一致，在第四年進(jìn)行派蓋斯評估和后續(xù)分析確定，三段轉(zhuǎn)化率從60.10%升至65.70%。改用XLP-310后，與基礎(chǔ)工況相比，催化劑總能效提升到近60%，孟莫克評估工具最初提示的建議和新款催化劑的性能進(jìn)一步得到證實(shí)。

轉(zhuǎn)化器四段床層在改用XLP-310催化劑后性能躍升顯著。第一、二年，四段轉(zhuǎn)化率保持在92%左右。在第三年，四段床層XLP-110全層改用XLP-310催化劑后，轉(zhuǎn)化率升高到96.08%，相當(dāng)于催化劑能效提高近50%。第四年床層催化劑未做改動(dòng)。即使在第三年到第四年產(chǎn)能增加的情況下，四段轉(zhuǎn)化率穩(wěn)定保持在95.20%。

總的來說，因?yàn)檗D(zhuǎn)化器一段床層改用GR-330催化劑，產(chǎn)能提升10%，在第四年中，三、四段床層改用XLP-310催化劑，產(chǎn)能再提高1.8%。期間，第一年累積轉(zhuǎn)化率為99.49%，第四年累積轉(zhuǎn)化率增大到99.80%，SO2排放量減少60%，這很大程度上得益于XLP-310催化劑的超強(qiáng)活性。

通過實(shí)例分析，明確如何將例行派蓋斯評估數(shù)據(jù)與裝置產(chǎn)能和排放目標(biāo)的反饋意見相結(jié)合，通過有針對性地實(shí)施新舊催化劑技術(shù)實(shí)現(xiàn)提產(chǎn)和減排目標(biāo)。新款GR-330催化劑在降低壓降、提高轉(zhuǎn)化率方面的價(jià)值得以展現(xiàn)。

4.2 實(shí)例二

該實(shí)例中，應(yīng)用超級GEARTM催化劑后，1套3 600 t/d的“3+1”硫磺制酸裝置在催化劑量保持不變的情況下得以實(shí)現(xiàn)提產(chǎn)減排。

表5為超級GEARTM催化劑裝填前后進(jìn)行派蓋斯評估所獲得的相關(guān)裝置信息和數(shù)據(jù)。

表5 3 600 t/d硫磺制酸裝置派蓋斯評估

裝置轉(zhuǎn)化器一段床層原為GR-330催化劑和XLP-110催化劑混用，其他所有床層裝填XLP-110催化劑。檢修期間，將一段床層混裝的GR-330和XLP-110催化劑改用GR-330催化劑，結(jié)果一段轉(zhuǎn)化率由61.73%提高到63.39%。

將二段床層的XLP-110催化劑改為超級GEARTM催化劑與XLP-110催化劑混用。由于裝置未能優(yōu)化二段進(jìn)氣溫度，受轉(zhuǎn)化平衡轉(zhuǎn)化率限制，轉(zhuǎn)化率幾乎保持不變。發(fā)現(xiàn)檢修后床層壓降減小約20%，這部分得益于超級GEARTM催化劑的特殊形狀。

超級GEARTM催化劑的顯著優(yōu)勢在三段得以體現(xiàn)。三段改用超級GEARTM催化劑，三段轉(zhuǎn)化率從原來的56.95%躍升到66.18%，這相當(dāng)于催化劑活性提高67%。另外，床層兩側(cè)壓降減小15%左右，這也是GEARTM催化劑預(yù)期能夠達(dá)到的正常水平。

轉(zhuǎn)化器四段床層XLP-110催化劑改為SCX-2000含銫催化劑與XLP-110催化劑混用。四段轉(zhuǎn)化率由原來的91.29%提高到94.89%，在很大程度上得益于SCX-2000含銫催化劑?；贛ECS專有工具的分析，床層催化劑活性提高65%。經(jīng)該段床層與其他床層的聯(lián)合調(diào)整，通過有針對性地使用新催化劑，并結(jié)合MECS分析工具卓越的評估技術(shù)，從而使裝置以最低成本實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。

通過該實(shí)例分析再次證明，派蓋斯評估與孟莫克專有評估工具結(jié)合使用，裝置在提產(chǎn)減排的同時(shí)，累積轉(zhuǎn)化率可由檢修前的99.55%提高到檢修后的99.78%，并且SO2排放量減少超50%。裝置產(chǎn)能增加約7.5%，由檢修前的3 400 t/d，在檢修后增至3 660 t/d。評估工具還提示，通過溫度優(yōu)化，轉(zhuǎn)化器二段轉(zhuǎn)化率可進(jìn)一步提高。從中也證實(shí)GR-330催化劑在減小壓降、新款超級GEARTM催化劑在提高轉(zhuǎn)化率方面具備優(yōu)勢。

5 結(jié)語

經(jīng)過多年測試實(shí)踐證實(shí)，派蓋斯測試服務(wù)能夠通過可靠精確測算裝置重要數(shù)據(jù)，切實(shí)優(yōu)化裝置性能，成為制酸裝置必不可少的一款應(yīng)用工具。正是以這部分測試數(shù)據(jù)為支撐，孟莫克才能結(jié)合專有分析工具評價(jià)催化劑的真實(shí)狀態(tài)、診斷問題（轉(zhuǎn)化器內(nèi)外），最終得以向用戶提供針對性方案，來優(yōu)化裝置性能。

孟莫克新款XLP-310催化劑、超級GEARTM催化劑以及即將推出的第三代超級銫催化劑具有更強(qiáng)的應(yīng)用優(yōu)勢，這些催化劑與其他目前使用的催化劑可幫助用戶減排、提產(chǎn)或延長檢修周期。新款XLP-310和超級GEARTM催化劑的性能如實(shí)例分析中所述，已通過試商用證實(shí)。