30萬t/a硫酸裝置能量優化

蔡榮飛

(中國空分工程有限公司，浙江 杭州 310051)

30萬t/a硫酸裝置能量優化

蔡榮飛

(中國空分工程有限公司，浙江 杭州 310051)

以技術穩妥、性能可靠、操作方便、投資節省為原則，對余熱系統進行優化。通過充分利用裝置內部介質回收熱能，不但節省了循環水消耗，而且節約了蒸汽用量。通過優化生產裝置及換熱系統的工藝參數，與原裝置相比，共節省循環水消耗218.18 t/h，節約蒸汽消耗4.09 t/h。因此，通過能量優化實施可降低生產成本，提高產品競爭力。

硫酸；余熱回收利用；能量優化

1 硫磺制酸裝置余熱利用的換熱流程

圖1 硫磺制酸裝置的換熱流程圖

硫磺制酸裝置有兩個余熱回收系統，包括高中溫余熱(焚硫、轉化單元)回收和低溫余熱(干吸單元)回收系統，在現有的余熱利用流程中，高中溫的余熱主要是用來發生41.82 t/h、3.8MPa的中壓蒸汽，低溫余熱都被冷卻循環水帶走，沒有被有效的利用。硫磺制酸裝置的換熱流程[1]如圖1。

高中溫余熱回收換熱流程[2]：從除氧器過來的的除氧水依次經省煤器Ⅱ的低溫段、省煤器Ⅰ、省煤器Ⅱ的高溫段、廢熱鍋爐、低溫過熱器和高溫過熱器，分別與四段轉化氣三次、三段轉化氣二次、四段轉化氣二次、焚硫爐出口爐氣、四段轉化氣一次和一段轉化氣換熱，經減溫減壓至3.8MPa、435℃去電站。另一部分中高溫熱(三段轉化氣一次、二段轉化氣)依次加熱裝置內的工藝物流(第一吸收塔塔頂氣)至417℃，繼續進四段轉化器轉化。

低溫余熱回收換熱流程[3]：從干吸循環槽來的濃硫酸分成三路并聯，分別經過換熱器E0101、E0102、E0104，被動力過來的的冷卻循環水冷卻到一定的溫度后，分別進干吸塔、第一吸收塔、第三吸收塔和產品酸中間儲槽。從第二吸收塔循環槽來的濃硫酸經過換熱器E0103與循環冷卻水換熱到一定的溫度，一部分返回第二吸收塔循環，另一部分去產品酸中間儲槽。

2 中高溫余熱的換熱流程優化

2.1 現有的高中溫余熱的利用情況

硫磺焚燒及二氧化硫催化氧化為三氧化硫所釋放的熱量，除了爐氣在兩個吸收塔所損失的熱量外，其余的熱量都可以得到了充分的利用，可回收的熱量如下[4]：

(1)焚硫爐1097℃的高溫爐氣冷卻到420℃進一段轉化；

(2)一段轉化出口577.6℃的爐氣冷卻到452.8℃進二段轉化；

(3)二段轉化出口520℃的爐氣冷卻到439℃進三段轉化；

(4)三段轉化出口478℃的爐氣冷卻到180℃進第一吸收塔；

(5)四段轉化出口455℃的爐氣冷卻到160℃進第二吸收塔。

現有高中溫余熱回收系統，現有30萬噸/年的硫磺制酸裝置的高中溫余熱都得到了充分的利用，按照溫位的低高，依次加熱除氧水，發生3.8MPa、435℃的中壓蒸汽。

中壓蒸汽的換熱流程[5]如圖2。

圖2 中壓蒸汽的換熱流程圖

經0.49MPa的低壓蒸汽除氧的53.36 t/h、111℃的除氧水依次經省煤器Ⅱ的低溫段、省煤器Ⅰ、省煤器Ⅱ的高溫段、廢熱鍋爐發生4.3MPa的飽和蒸汽、繼續經低溫過熱器、高溫過熱器、減溫減壓器最終加熱到3.8MPa、435℃的過熱蒸汽去電站。

第一吸收塔塔頂氣換熱流程圖[6]如圖3。

圖3 第一吸收塔塔頂氣換熱流程圖

3203.23 kmol/h、66.5℃的第一吸收塔塔頂氣先經第二換熱器與478℃、3550.55 kmol/h的三段轉化器來的爐氣換熱到326.2℃，再繼續經第一換熱器與520℃、3563.27 kmol/h的二段轉化器來的爐氣換熱至417℃后，進四段轉化器繼續轉化。

2.2 中高溫余熱回收的能量優化途徑

由圖3的換熱流程可以看出，若要提高高中溫的余熱的利用效率，即多發蒸汽，盡量增加轉化氣在省煤器Ⅱ、省煤器Ⅰ、廢熱鍋爐、低溫過熱器、高溫過熱器中被移出的熱量，可以總結出以下幾個能量優化的途徑：

(1)降低爐氣進第一吸塔和第二吸塔的溫度。

現進一吸和二吸塔的爐氣溫度分別為180、160℃。若能降低這兩個溫度，則省煤器Ⅰ和省煤器Ⅱ回收的熱量增加，可多發生蒸汽。

缺點：若降低這兩個溫度，有可能造成設備的露點腐蝕。

(2)提高第一吸收塔塔頂氣進第二換熱器的溫度。

通過提高三段轉化氣進省煤器Ⅰ的溫度，增加省煤器Ⅰ的回收熱量，增加蒸汽的發生量。

缺點：實現該方案的措施是提高進一吸塔的循環酸溫，若酸溫提高，吸收率會降低，而且對設備的腐蝕性也會增加。

(3)提高焚硫爐出口SO2的濃度。

SO2的濃度提高，可以降低高中溫位的熱向低溫位熱的轉化，在相同的產量下，氣量可以降低，可使全系統的設備、管道等投資降低。

缺點：導致轉化率下降，轉化裝置、催化劑的投資及硫的損失增加。

(4)提高干燥塔循環酸進干燥塔的溫度和濃度。

該措施可以提高進焚硫爐和轉化系統的溫度，提高溫位，多發蒸汽。

缺點：干燥效果降低，而且可能導致酸霧的形成，增加設備的腐蝕性。

綜上所述，硫磺制酸裝置中現中高溫位廢熱已經按低溫低

用、高溫高用的梯級利用的原則，得到了充分的利用。考慮到硫酸裝置的對設備要求的特殊性，以上四個對高中溫位余熱能量優化方案都不適合采用。

3 硫磺制酸裝置中低溫余熱的換熱流程

3.1 現有的低溫余熱的利用情況

現有30萬t/a的硫磺制酸裝置低溫位余熱即為干吸單元的四個酸冷卻器(E0101、E0102、E0103和E0104)帶走的熱量，現有流程中，這部分熱全被冷卻循環水帶走。干燥單元的換熱流程圖見圖4。

圖4 干燥單元的換熱流程圖

來自干吸循環槽的98.3%、81.3℃的酸，分成三路分別進第一吸收塔酸冷卻器E0102、34.62 t/h，分別與三路并聯的16.4℃的冷卻循環水換熱后，三路的溫度分別為68.7、46.9、47.8℃，分別進第一吸收塔循環吸收SO3、干燥塔循環吸收H2O、成品酸中間槽。來自第二吸收塔循環槽的98.3%、480.9 m3/h、82.9℃的酸進第二吸收塔酸冷卻器E0103，與16.4℃、272.73 t/h的循環冷卻水換熱后，溫度降為74.5℃，繼續進第二吸收塔循環吸收SO3。換熱器E0102、E0101、E0104、E0103的熱負荷分別為6140、11400、512.1、3195.1kW。

表1、表2是干吸單元的酸平衡表及熱量平衡表。

表1 干吸單元的酸平衡表

表2 干吸單元的熱量平衡表

3.2 低溫熱余熱回收的優化方案

由于干吸單元的低溫熱量較多，可以考慮利用一部分熱量先加熱動力過來的待除氧的35℃的除鹽水，考慮用第一吸收塔循環酸來加熱動力過來的53.36 t/h、35℃的除鹽水到75℃，再利用冷卻循環水冷卻第一吸收塔循環酸到一定的溫度進第一吸收塔循環，繼續利用0.49MPa的飽和蒸汽加熱75℃的除鹽水到除氧器除氧[7]。

該措施可以降低干吸單元利用的循環冷卻水量，同時能降低加熱除鹽水至除氧器的加熱的0.49MPa低壓蒸汽量。該措施需要新增加一臺換熱器(第一吸收塔循環酸—除鹽水)。

3.2.1 優化方案的換熱流程

自干吸循環槽來的551.36 m3/h、83.1℃、98.3%的第一吸收塔循環酸先經換熱器E0105(新增)，與動力來的35℃、53.36 t/h的除鹽水換熱，除鹽水升溫至75℃，循環酸的溫度降為77.4℃，循環酸繼續經原換熱器E0102，與327.27 t/h、16.4℃的循環冷卻水換熱，被冷卻到68.7℃進第一吸收塔循環。干燥塔循環酸、干吸產品酸、第二吸收塔循環酸的換熱流程不變，仍然分別與動力過來的727.27、32.73、272.73 t/h的16.4℃的冷卻循環水換熱到46.9、47.8、74.5℃后，分別進干燥塔、產品酸中間槽、第二吸收塔。換熱后的29.4℃、1360 t/h的循環水進涼水塔冷卻。圖5為優化后干吸單元的換熱網絡圖[8]。

圖5 優化后干吸單元的換熱網絡圖

表3為優化方案的第一吸收塔循環酸的換熱計算結果。

表3 優化后的第一吸收塔循環酸的換熱流程與現有流程計算結果對比

效果：減少了218.18 t/h的冷卻循環水的用量，降低了4.09 t/h的0.49MPa的飽和低壓蒸汽的用量。有效利用了干吸單元2424.55 kW(占干吸單元總熱量的11.4%)的熱量。

4 投資、效益及投資回收期估算

4.1 投資

新增換熱器E0105(第一吸塔循環酸—除鹽水，型號：φ內900×6000，F=200 m2)，換熱器面積為200 m2,按2500元/m2估算，共需要50萬元，管線改造投資按10萬元估算，總投資為60萬元。

4.2 效益

節約218.18 t/h 的循環冷卻水，能耗指標按0.1429 kg標煤/t循環水估算[9]，降低裝置0.79個單位，循環冷卻水按0.3元/t 計算，年節能效益為65.46萬元；

節省了的0.49MPa的蒸汽4.09 t/h，能耗指標按101.1 kg標煤/t估算，降低裝置10.51個單位，0.49MPa的蒸汽按45元/t計算，年節能效益為154.64萬元；

30萬噸硫磺制酸裝置合計降低裝置能耗11.3個單位，年節能效益為220.1萬元。

4.3 投資回收期

綜上所述，30萬噸硫磺制酸裝置能量優化方案的實施，可降低本裝置能耗11.3 kg標煤/ t硫酸。估計項目的總投資為60萬元，總節能效益為220.1萬元，簡單投資回收期為3.3個月。

5 結論

通過以上能量優化設計，得出以下結論：

該項目利用現有的生產裝置和公用工程，利用中高溫余熱、中低溫余熱回收優化，屬于節能減排、低碳經濟項目，項目在技術上可行、實施較易、投資少、經濟上合理。

通過能量優化節省循環水消耗218.18 t/h，節約蒸汽消耗4.09 t/h。因此，通過能量優化實施將降低生產成本，提高產品市場競爭力。

[1] 葉樹滋.硫酸生產工藝[M].北京:化學工業出版社,2012:57-60.

[2] 周玉琴.硫酸生產技術[M].北京:冶金工業出版社,2013.

[3] 沈立瑩，薛 毅，李士德.大型硫磺制酸裝置先進技術的集成應用[J].硫酸工業,2012,23(5):19-20.

[4] 何韻濤，鄒玉霜，孫正東.250 kt/a硫磺制酸裝置國產化低溫熱回收系統(DWRHS)設計總結[J].硫磷設計與粉體工程，2010，35(8)：23-27.

[5] 胡士奎.提高硫酸廠熱能回收的方法及其效益[J].硫酸工業，2016，28(9)：14-16.

[6] 李崇貴，師永林，陳大凡.硫磺制酸裝置低溫位熱能回收技術的應用經驗介紹[C]//中國化工學會,全國硫酸工業信息站.第31屆全國硫酸工業技術交流會論文集,北京:[出版者不詳],2011.

[7] 孫正東.300kt/a硫磺制酸裝置設計技術特點[J].硫磷設計與粉體工程，2000(1)：41-44.

[8] 俞向東.國產低溫熱回收技術在大型硫磺制酸裝置中的應用[J].硫酸工業，2012，18(1)：13-16.

[9] 李崇貴，師永林，陳大凡.硫磺制酸裝置低溫熱回收技術的應用經驗[J].硫酸工業，2012，57(2)：66-68.

(本文文獻格式：蔡榮飛.30萬t/a硫酸裝置能量優化[J].山東化工,2017,46(7):157-160,189.)

山東開展安全生產異地執法檢查

4月5日從山東省安全生產監督管理局獲悉，自本月10日起，該局將組織開展一次覆蓋山東省17市的安全生產異地執法檢查，檢查時間不少于10天。檢查重點為規模較大的危化品生產企業、地下非煤礦山、金屬冶煉的行業(領域)。

此次檢查企業將不少于1000家，從而嚴厲打擊山東省內一批問題突出的非法違法行為。對于檢查發現的問題，當場向企業負責人反饋;涉嫌違法的，當場啟動調查程序，采集關鍵性、實效性數據;屬于簡易程序處罰的，當場下達行政處罰決定。

據了解，此次配備成立17個檢查組的人員也是高規格的，檢查組由執法組、陪檢組、專家組和督導組組成，人員按照異地組隊、專業對口原則統一安排，其中執法人員人員共計360余人，專家130名。

(山東省安全生產監督管理局)

Energy Optimization for 300,000 t/a Sulphuric Acid Plant

CaiRongfei

(China National Air Separation Engineering Co.,Ltd.,Hangzhou 310051,China)

The waste heat system is optimized by the principle of technical reliability,reliable performance,convenient operation and investment savings.Taking full advantage of the internal heat recovery of the device,not only save the circulating water consumption,but also save the amount of steam.Compared with the original device,optimizing the production process and the heat transfer process parameters,saved a total of 218.18 t/h of circulating water consumption,and steam consumption 4.09 t/h.Therefore,the implementation of energy optimization can reduce production costs and improve product competitiveness.

sulfuric acid;waste heat recovery and utilization;energy optimization

2017-02-26

蔡榮飛(1983—)，男，浙江杭州人，工程師，主要從事化工工程設計。

TQ111.1

B

1008-021X(2017)07-0157-04