800kt/a硫磺制酸轉(zhuǎn)化器改造提升裝置生產(chǎn)能力的探討

陳建軍

（云南天安化工有限公司，昆明 650309）

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800kt/a硫磺制酸轉(zhuǎn)化器改造提升裝置生產(chǎn)能力的探討

陳建軍

（云南天安化工有限公司，昆明 650309）

摘 要：硫磺制酸轉(zhuǎn)化器由于阻力降上升速率比較快，導致裝置生產(chǎn)負荷明顯下降、能耗上升、裝置觸媒篩分的周期縮短、停車次數(shù)增加。本文在轉(zhuǎn)化器主體結(jié)構(gòu)不變的情況下，對床層板結(jié)構(gòu)進行改造和更新，以改善工藝操作指標，降低轉(zhuǎn)化器的阻力降，達到節(jié)約成本，提高裝置生產(chǎn)能力的目的。

關(guān)鍵詞：阻力降 硫磺制酸轉(zhuǎn)化器 降耗

1 設(shè)備主要技術(shù)特性與現(xiàn)狀及存在的問題

1.1 轉(zhuǎn)化器主要技術(shù)特性

轉(zhuǎn)化器的主要技術(shù)特性如表1所示。

表1 轉(zhuǎn)化器主要技術(shù)特性

1.2 現(xiàn)狀及存在的問題

云南天安化工有限公司二期800kt/a硫磺制酸系統(tǒng)采用二轉(zhuǎn)二吸工藝，其轉(zhuǎn)化器為不銹鋼制立式中心筒型，304材料焊接結(jié)構(gòu)，分為四段轉(zhuǎn)化，床層自下而上呈一、二、三、四段分布，每層皆設(shè)有進出口，進出口之間，通過上鋪8×8φ2的304SS金屬絲網(wǎng)、φ35耐火瓷球及觸媒的隔板分隔。催化劑床層、瓷球、由具有一定弧度的隔板支撐著。

2007年10月，二期800kt/a硫酸裝置初始開車100%負荷時一段床層阻力降為2.2KPa，隨著裝置運行時間的加長，一段床層由于液硫中的灰分及觸媒粉化在觸媒層堆積，且由于床層板上φ50的孔徑較小，容易被灰塵堵塞，使床層的阻力降逐漸升高，且一段阻力降上升比較快。轉(zhuǎn)化器改造前機構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 轉(zhuǎn)化器改造前示意圖

2010年5月，硫酸裝置負荷90%時，一段的阻力降已經(jīng)到了7.5KPa，而風機的出口壓力達到了風機的設(shè)計負荷50KPa。裝置由于系統(tǒng)的阻力升高使得風機的耗氣量明顯上升，硫酸產(chǎn)量減少，裝置生產(chǎn)能力無法達到滿負荷生產(chǎn)。

2 原因分析及方案改造

2.1 原因分析

2.1.1 干燥塔除沫效率低

當干燥塔的絲網(wǎng)除沫器出現(xiàn)短路氣體及干燥塔酸濃酸溫不達標時，除沫效率低將會有大量水分及酸霧帶人轉(zhuǎn)化器，造成轉(zhuǎn)化器催化劑粉化結(jié)塊。進而導致轉(zhuǎn)化器阻力將升高。表2為轉(zhuǎn)化器阻力降升高過程中干燥塔出口氣體水分及酸霧控制指標。

表2 干燥塔出口氣體中水分含量及酸霧測定數(shù)據(jù)

從表2數(shù)據(jù)中可以看出，在轉(zhuǎn)化器阻力降升高區(qū)間,干燥塔出口氣體中水分含量及酸霧測定數(shù)據(jù)都在指標范圍內(nèi)，可以排除此類影響。

2.1.2 液硫指標不合格

如果液體硫磺中灰分超標，灰分會直接附著在催化劑表面，堵塞催化劑，使得催化劑層的流通面積減小，從而導致催化劑層阻力降升高。表3為轉(zhuǎn)化器阻力降升高過程中液體硫磺灰分測定數(shù)據(jù)。

表3 液體硫磺灰分測定數(shù)據(jù)

從表3數(shù)據(jù)可以看出，液硫指標都合格，且云南天安化工有限公司另外兩套同期運行的硫酸裝置未出現(xiàn)阻力降大幅升高過程，因此不存在液硫質(zhì)量問題而影響轉(zhuǎn)化器阻力將上升。

2.1.3 柴油升溫對轉(zhuǎn)化器的影響

柴油燃燒對焚硫爐及轉(zhuǎn)化器加熱時，柴油中大量的水分及雜質(zhì)帶入到轉(zhuǎn)化器催化劑層，對轉(zhuǎn)化器阻力也將會有一定的影響。但二期800kt/a硫酸裝置采用的是預熱爐間接升溫，所以可以排除這種影響。

2.1.4 轉(zhuǎn)化器結(jié)構(gòu)的影響

不銹鋼中心筒轉(zhuǎn)化器設(shè)有立柱支撐，設(shè)備的全部靜載荷均由中心筒和轉(zhuǎn)化器殼體承重。觸媒床層板和隔板采用的是有一定撓度的弧形板，以吸收開停車過程產(chǎn)生的熱漲冷縮。床層弧板采用厚度6mm的不銹鋼板，在弧板上成等腰三角形地開φ50的孔，弧板的強度限制了在上面開孔的數(shù)量，開孔率僅為16.5%，相對開孔率比較低。而中心筒床層板由于采用的是弧板，需要用瓷球?qū)φ麄€床層進行找平。孔板容易被瓷球、觸媒粉及灰塵堵塞，相應地提高了氣體流速、而高氣速則對催化劑的沖刷更為嚴重，粉化速率更快，造成床層阻力降上升速率比較快。要使二期800kt/a硫酸裝置達標達產(chǎn)，必須降低一段床層的阻力減緩床層阻力降的上升速率，以降低整個系統(tǒng)的阻力。因此，對轉(zhuǎn)化器進行改造是勢在必行的。

2.2 方案改造

經(jīng)過對其他同類裝置的中心筒式的轉(zhuǎn)化器的運行情況進行了解，其阻力降也比較高。有的通過對床層板補強后擴孔，增加開孔率，補強后擴孔，增加開孔率，但是由于瓷球直接鋪在孔板上容易被瓷球堵塞孔道，運行效果不太明顯。

二期800kt/a硫酸裝置不銹鋼中心筒轉(zhuǎn)化器由于設(shè)計缺陷，轉(zhuǎn)化器在試車過程中產(chǎn)生了變形。為了保證轉(zhuǎn)化器整體結(jié)構(gòu)的現(xiàn)有強度及剛度，所采用的技改方案不宜對轉(zhuǎn)化器原有的結(jié)構(gòu)及剛度產(chǎn)生大的改動。

對中心筒床層板的結(jié)構(gòu)進行綜合分析，借鑒積木式轉(zhuǎn)化器采用水平格柵，平鋪鋼絲網(wǎng)的高開孔率的形式，分析其在本轉(zhuǎn)化器上實施的可行性。

原中心筒床層板由于采用的是弧板，首先采用大量瓷球?qū)φ麄€床層進行找平，瓷球阻力降及孔板的阻力降較積木式的格柵高，因此采用不銹鋼格柵作為找平層，找平后再安裝鋼絲網(wǎng)，鋼絲網(wǎng)上僅平鋪兩層瓷球，這樣床層孔板與觸媒層之間形成一個空間，氣體流通效果較好，長期運行也不存在堵塞的問題。改造后轉(zhuǎn)化器如圖2所示。

由于轉(zhuǎn)化器直徑比較大且考慮人孔尺寸，所以把格柵分為內(nèi)、外兩部分安裝，外環(huán)24對、內(nèi)環(huán)15對，這樣可以減小安裝難度及提高安裝質(zhì)量。雖然增加了不銹鋼格柵的重量9噸左右，但是可以減少瓷球重量約27噸，大大降低了轉(zhuǎn)化器的重量。為了不改變轉(zhuǎn)化器本身的結(jié)構(gòu)形式及剛度，不銹鋼格柵不與轉(zhuǎn)化器焊接且留出所需膨脹量，格柵在轉(zhuǎn)化器內(nèi)可以自由膨脹收縮，孔板上的孔僅作為氣體通道，不需要增加開孔數(shù)量，這樣能改善一段的初始阻力。同時由于格柵的空隙較大，灰塵不容易堆積，可以有效降低一段阻力降的升速。

圖2 轉(zhuǎn)化器改造后示意圖

3 技術(shù)改造運行分析

從表4數(shù)據(jù)得出，二期80萬噸/年硫酸裝置轉(zhuǎn)化器一段觸媒床層板經(jīng)過技改后，大大降低了一段阻力降，降低了風機蒸汽的消耗，提高了裝置的生產(chǎn)能力。

表4 改造前后轉(zhuǎn)化器一段阻力降

整改后，轉(zhuǎn)化器一段在90%負荷情況下運行的阻力降從原來的4.14KPa降低到現(xiàn)在的1.33KPa，風機出口壓力從51.8KPa降低到現(xiàn)在的45.9KPa，驅(qū)動主風機的汽輪機蒸汽消耗量從原來的60.19t/h降到54.2t/h，效果比較明顯，并且裝置負荷達到了100%。

一段阻力降的上升速率明顯下降，裝置運行10個月以來，一段的阻力降僅上升了1.33KPa。整改前，裝置運行10個月的時間，一段阻力降就上升了4.14KPa。

4 經(jīng)濟效益分析

技改后一段阻力降上升速度減緩，減少了觸媒篩分，一段觸媒的裝填量為115m3，按照篩分損失10%，則少損失115×10%=11.5m3，每年可以減少觸媒的篩分損失34.67萬元，并且裝置可以滿負荷長周期運行。

5 結(jié)論

二期800kt/a硫酸裝置轉(zhuǎn)化器的技改方案屬國內(nèi)首創(chuàng)，取得了較好的改造效果，在不改變轉(zhuǎn)化器原有結(jié)構(gòu)形式和現(xiàn)有強度及剛度的前提下，以較少的投資來改善工藝操作指標，降低轉(zhuǎn)化一段的開車初始阻力降，減緩阻力降的上升速率。從運行效果可以得出，轉(zhuǎn)化器采用格柵找平，提高了設(shè)備的開孔率，降低了阻力降且大大低了蒸汽消耗，改善了工藝操作指標。

參考文獻

[1]陳聲宗.化工設(shè)計[M].北京：化學工業(yè)出版社，2012.

To Investigate the Sulphuric Acid Production Capacity Converter Upgrade Device 800kt/a

CHEN Jianjun
(Yunnan Tianan Chemical Co.,Ltd,Kunming 650309)

Abstract:Sulphur burning sul phuric acid converter due to the pressure drop increase rate is rapid, res ulting in the increas ed production unit l oad decreased si gnificantly, ri sing e nergy consumption, shorten the cycle device for catalyst screening, the number of parking. The paper in the main structure of the converter constant, on the bed s heets for renovation and, improve process operation indexes, reduce reduced the resistance of the converter, to achieve cost savings, improve the production capacity of the plant.

Key words:resistance,transformation,improving,reducing consumption