干法制酸裝置開車轉化工序控制難點及措施

李 穎

（中石化南京化工研究院有限公司，江蘇南京210048）

關鍵字：硫酸裝置 轉化工序 升溫 調節閥 催化劑 轉化率

干法制酸裝置一般包括焚燒（裂解）、凈化、干吸和轉化4個主要工序，以及脫硝、尾氣吸收等附加工序。轉化工序的主要任務是將SO2轉化生成SO3，是整個制酸裝置的關鍵工序，具有舉足輕重的作用。在硫酸裝置開車時，轉化工序的調試常常是牽一發而動全身，調試工作需要非常謹慎。為此，筆者總結了硫酸裝置開車時需要注意的重要事項和不正常工況的解決措施，供企業參考。

1 轉化反應溫度的調節

1.1 轉化工序升溫的常規步驟

目前常見的轉化工序分為“3+1”四段轉化和“3+2”五段轉化，相應地，轉化器也分為四段轉化器和五段轉化器。在裝置開車階段，轉化工序需要先通過加熱電爐供熱，將轉化器的各段進口溫度升高到工藝指標值（410～470 ℃），保證各段達到催化劑的起燃點，轉化反應才能順利進行。因此，轉化工序開車最重要的工作是提高和控制轉化器各段進口的煙氣溫度，尤其是轉化器一段進口的煙氣溫度。在升溫最初階段，一般將主鼓風機風量調至60%～70%負荷，轉化一段加熱電爐開啟組數不超過總組數的一半，轉化器每小時溫升可達到30～50℃。根據溫升情況，逐步增加電爐的開啟組數，當轉化器一段進口的煙氣溫度達300 ℃時逐漸關小風量，使一段催化劑按10～20 ℃/h的速度升高溫度。當轉化器一段進口的煙氣溫度達到工藝設定的410℃時，通知焚燒崗位通氣并關閉補風口，打通制酸全流程，系統聯動開車。

1.2 副線閥在升溫過程中的調節要點

系統連通后，應注意控制風機在升溫初期要低負荷運行。SO2首先進入轉化器一段發生轉化反應，開大Ⅰ換熱器的副線閥，利用一段反應產生的熱煙氣提高轉化器二段的溫度，使轉化器二段的反應能夠進行。同理，開大Ⅱ換熱器的副線閥，用二段反應后的熱煙氣將三段反應溫度提高，進入轉化器四段的煙氣用加熱電爐加熱后進入轉化器，待四段反應發生后，五段催化劑溫度也將提高。隨著煙氣量逐步加大，相應地逐步關停電爐組數，直至電爐全部關停，裝置系統熱量達到自平衡。

在升溫過程中，操作人員要密切關注轉化器各段進口的煙氣溫度，溫度升高得不可太快，各段溫升也不可太大，應保持在工藝規定的適宜范圍內。充分利用多種儀表檢測手段確保各段溫升可控，并與焚燒工序和干吸工序保持聯系。

轉化各段進出口煙氣的溫度是相互關聯的，通過旁路閥門和閥組來控制煙氣溫度時，雖然每個閥門的控制作用各有側重點，但是閥門操作時造成影響的不只是某一段進口煙氣的溫度，通常會同時影響兩段或更多段煙氣的溫度。以“3+2”五段轉化裝置工藝流程為例，調節閥門閥組的作用參見表1。

表1 “3+2”五段轉化裝置調節閥門閥組的作用

在通過閥門調節轉化器各段溫度時，一次動作不可過大，盡力避免溫度急升急落，保證操作的平穩性，以保護催化劑和設備。

2 風量和煙氣SO2濃度對轉化溫度的影響

2.1 轉化器一段超溫時的調節方法

當轉化器一段煙氣的進口溫度已達到或超過工藝參數的設定值420 ℃，且還有繼續上升的趨勢，一段出口的煙氣溫度也已超過工藝指標時，應先減少投運的電爐數，若對轉化器一段煙氣的出口溫度沒有改善，需要進一步考慮降低煙氣的SO2濃度，可通過增加煙氣補風量來降低煙氣的SO2濃度，同時低溫空氣也降低了煙氣的溫度，同時開大Ⅰ，Ⅱ換熱器的副線閥，盡可能減小換熱器的換熱量，將更多熱量向下段轉移，提升二段和三段的溫度。

2.2 轉化溫度偏低時的調節方法

當進入轉化系統的煙氣SO2濃度降低，轉化器一段出口煙氣溫度降低，二至五段溫度逐步下降時，應盡快減小煙氣流量，一方面可以提高SO2濃度，另一方面減少熱損失，減緩溫度下降的速度，逐漸建立新的熱平衡。

如果轉化器一段進口的煙氣SO2濃度不低于工藝指標值，但是轉化器四、五段一直沒有溫升，說明轉化器四、五段未發生轉化反應；換熱器旁路不能開，或只能開得很小，或者轉化器各段進口的煙氣溫度下降，說明轉化系統的熱負荷太小，不能維持正常的自熱平衡。上述情況都應適量增加系統的煙氣流量，或者提高煙氣SO2的濃度，增加系統熱負荷。

2.3 轉化煙氣SO2濃度波動對溫度的影響

在煙氣流量一定的情況下，轉化溫度的變動是由SO2濃度的波動引起的。轉化溫度的調節實質上是由SO2濃度波動所引起的追加調節。為了減少不必要的操作動作，同時使控制更加有效，轉化崗位與焚燒崗位需要持續保持聯系，當需要調節轉化溫度時，首先要與焚燒崗位聯系調節進入轉化工序的煙氣SO2濃度，觀察調節SO2濃度能否達到預期的煙氣溫度。若調節效果不理想，才能調節旁路和閥組的閥門。

在開車過程中，要將進氣溫度和反應狀態調配到最優化狀態，一般要經過3～7 d的過程。在解決各種問題時，不能單一地看表面現象，而是要從全系統的角度，理清主要和次要影響因素，掌握全系統的變化規律，不可輕率地做出調節動作。

3 設備管道保溫對反應自熱平衡的影響

在干法制酸裝置轉化工序的開車過程中，不可避免地利用加熱電爐為轉化器升溫提供熱量。盡快地停用電爐設備，實現轉化工序自熱平衡，是制酸裝置降低能耗的重要手段。在傳統的制酸裝置上，轉化器與換熱器的布置相對緊湊，管線也設計得盡可能短，可以較大程度地減少管路熱損失，轉化工序盡快達到自熱平衡，順利脫離加熱電爐的輔助，降低能耗。

如果轉化工序的管道敷設過長，保溫效果不理想，會導致管路散熱量過大，難以達到自熱平衡，以至于加熱電爐持續低負荷運行，此時需要提高設備和管道的保溫效率，特別是管道膨脹節等易散熱管件要做好保溫，降低散熱，以盡快停用加熱電爐。

4 保證總轉化率達標的工藝措施

轉化工序的總轉化率受多種因素的影響，如反應溫度、反應速率、煙氣中SO2的濃度、催化劑的活性等都對總轉化率有重大影響。為了達到較高的轉化率，目前轉化工序最常用的是中間換熱法流程，即轉化反應過后煙氣換熱降溫，再反應再換熱，如此反復換熱。從每一段轉化過程來看，轉化反應是升溫反應，但從整個反應過程來看，其實是在不斷接近最適宜溫度的變化過程，要求逐步把前一段的反應溫度降下來，再進行下一段反應。前三段的反應溫度較高，能夠達到較高的反應速率，但是高溫下的轉化率達不到理想值99.7%及以上。后兩段反應溫度偏低，反應速率低一些，但是低溫下的轉化率更高，前后結合可以提高整個反應過程的轉化率，使總轉化率達到99.7%及以上。

轉化工序導致轉化率降低常見的原因主要包括工藝操作和催化劑活性兩方面的因素。

4.1 工藝操作

由于工藝操作不當導致轉化工序轉化率降低的原因及需要采取的措施有：

1）轉化溫度控制不當。溫度波動會明顯影響轉化反應的轉化率，這導致在升溫過程中，總轉化率一般不能達到理想的目標值，只有當轉化器各段煙氣的進、出口溫度都穩定在最適宜的范圍，才能保證總轉化率達到較高的水平。

2）煙氣SO2的濃度出現波動或者偏高。對進入轉化系統的煙氣，SO2濃度需要滿足2個要求：一是要控制在工藝設定的范圍，二是波動幅度要小。為了協同濃度控制，要實時關注SO2風機出口的SO2濃度，并配合人工分析SO2濃度，以免儀表不準誤導操作。經驗數據表明，每小時SO2濃度波動幅度小于0.2%，轉化器一段進口煙氣的溫度每小時波動不超過±1℃，年平均轉化率可以達到98%以上。

3）轉化器后段溫度低。煙氣SO2濃度低、氣體流量小、旁路閥開度小等原因會導致轉化器后段溫度低，轉化反應不能進行，根據不同原因采取改善措施后可有效提高后兩段的煙氣溫度，使后兩段發生轉化反應，進一步提高轉化率。如果上述措施都不起作用，則要衡算熱量，計算熱損失，并找出損失較大的管路，檢查保溫措施是否到位。另外，如果換熱面積不足，也會導致轉化溫度達不到工藝設定的要求，需要逐段進行檢查，增加換熱器的換熱面積進行補救。

4.2 催化劑活性

催化劑活性影響轉化工序的轉化率主要體現在生產工藝條件的影響導致催化劑活性不達標和催化劑中毒引起活性下降。

一般來說，在催化劑采購合同中對催化劑的活性和總轉化率都有明確規定，但由于生產工藝條件常常不能完全滿足催化劑廠家的要求等原因，導致催化劑的活性不達標，甚至在使用初期就不能保證總轉化率達到工藝規定的指標。對于這種情況，可以通過轉化器一段進出口的溫度差與催化劑廠家提供的計算值進行對比，在氣體流量、SO2濃度、進氣溫度都達到工藝參數的范圍時，如果轉化器一段進、出口的煙氣溫度差長時間明顯偏低，則說明催化劑的活性較低，對轉化率造成了直接的影響。

對于催化劑中毒引起活性下降，在生產中可以利用加熱電爐將轉化后段的催化劑床層溫度提高至比正常溫度高20～40 ℃，維持4～6 h后再停用加熱電爐，讓催化劑床層自行降溫到略高于正常溫度3～5 ℃，可以改善催化劑活性。如果上述方法不可行，則需要對催化劑進行更換。同時，還要取樣分析化驗煙氣中的砷、氟、塵的含量，查找催化劑中毒的原因，并盡快調整原料。

5 結語

在干法制酸裝置轉化工序開車過程中，需要使轉化器各段的煙氣溫度順利升溫到工藝設定值，煙氣流量平穩提高到設計處理量，進而不斷提高總轉化率，最終實現總轉化率設計指標。在此期間，遇到的問題包括而不限于上述提到的情況，需要操作人員厘清轉化工序的操作邏輯，掌握轉化工序與其他工序的前后聯系和因果關系，以便在處理問題的時候抓到重點，處理得當。