濕法制酸催化劑在烷基化廢酸再生裝置上的應(yīng)用

吳 琳，董天雷，田先國

（中石化南京化工研究院有限公司，江蘇南京210048）

我國烷基化裝置大部分采用硫酸法工藝，會產(chǎn)生大量烷基化廢酸。廢酸再生裝置是烷基化裝置配套的環(huán)保裝置，該裝置將w(H2SO4)89%～90.5%的廢硫酸通過廢酸裂解爐焚燒裂解、氧化和吸收，生產(chǎn)出w(H2SO4)98%～99.2%的產(chǎn)品硫酸，再生后的產(chǎn)品硫酸返回烷基化裝置作為硫酸烷基化反應(yīng)的催化劑循環(huán)使用[1]。

中國石油化工股份有限公司已建與在建的烷基化生產(chǎn)裝置配套建設(shè)的廢酸處理裝置主要在揚(yáng)子石化、鎮(zhèn)海煉化、齊魯石化、上海石化和福建聯(lián)合石化等，大多采用P&P公司廢酸濕法再生工藝技術(shù)。中石化南京化工研究院有限公司開發(fā)的NWS和NCV系列濕法轉(zhuǎn)化用釩催化劑，以優(yōu)質(zhì)精制硅藻土為載體，五氧化二釩為活性組分，堿金屬硫酸鹽及某些氧化物為促進(jìn)劑，在濕接觸法生產(chǎn)硫酸的過程中，NWS和NCV系列聯(lián)合使用，將二氧化硫氧化成三氧化硫。筆者就NWS和NCV系列釩催化劑在某煉化企業(yè)采用P&P公司廢酸濕法再生工藝技術(shù)的烷基化廢酸濕法再生裝置上的應(yīng)用進(jìn)行介紹。

1 P&P公司廢酸濕法再生工藝

P&P公司濕法再生工藝采用兩次濕法轉(zhuǎn)化+兩次冷凝成酸技術(shù)。自上游烷基化裝置來的廢酸送入焚燒裂解爐內(nèi)裂解，硫酸在爐內(nèi)被分解為SO2、H2O和O2，其他有機(jī)物被同時分解，焚燒裂解爐通過燃料氣燃燒提供熱量，過程氣經(jīng)換熱降溫后送入高溫除塵器去除顆粒物等雜質(zhì)，再通入第一轉(zhuǎn)化器將SO2轉(zhuǎn)化SO3，轉(zhuǎn)化后的含SO3氣體在第一冷凝器中冷凝成酸，未被冷凝的過程氣依次通過第二轉(zhuǎn)化器、第二冷凝器。兩級轉(zhuǎn)化后過程氣經(jīng)煙氣風(fēng)機(jī)加壓后通過活性炭反應(yīng)器被吸收轉(zhuǎn)化為稀硫酸，凈化后的尾氣滿足環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求，經(jīng)煙囪排放[3]。P&P公司廢酸濕法再生工藝流程見圖1。

圖1 P&P公司濕法再生工藝流程

2 催化劑技術(shù)參數(shù)及運(yùn)行工藝條件

2.1 催化劑分配及裝填量

酸再生單元裝填釩系催化劑，分別置于酸再生第一轉(zhuǎn)化器R-8200內(nèi)RH-8210B/C、RH-8230、RH-8250床層以及第二轉(zhuǎn)化器R-8400內(nèi)RH-8450床層。催化劑總裝填量為55 m3，裝填分配方案見表1。

表1 催化劑裝填分配方案

2.2 催化劑床層工藝操作條件

催化劑床層的工藝條件見表2，正常工況下工藝氣組分?jǐn)?shù)據(jù)見表3。

表2 催化劑床層工藝條件

表3 工藝氣數(shù)據(jù)

2.3 裝置運(yùn)行效果

由于酸再生裝置的轉(zhuǎn)化器為絕熱反應(yīng)器，SO2氧化成SO3所放出的反應(yīng)熱使轉(zhuǎn)化氣體溫度升高，SO2的轉(zhuǎn)化率與催化劑床層絕熱溫升有對應(yīng)關(guān)系，因此可由床層反應(yīng)溫升來間接判斷SO2轉(zhuǎn)化率大小。

一般用下式計算[4]：

式中：t0——?dú)怏w進(jìn)催化劑床層溫度，℃；

t——?dú)怏w出催化劑床層溫度，℃；

x0——?dú)怏w進(jìn)催化劑床層時轉(zhuǎn)化率，%；

x——?dú)怏w出催化劑床層時轉(zhuǎn)化率，%；

λ——絕熱溫升系數(shù)，℃。

2020年1—10月，NWS，NCV系列濕法轉(zhuǎn)化用釩催化劑在該烷基化廢酸再生裝置的運(yùn)行數(shù)據(jù)如圖2～5所示。

圖2 R-8200轉(zhuǎn)化器出口溫度

圖3 R-8200轉(zhuǎn)化器溫升

圖4 R-8400轉(zhuǎn)化器入口與出口溫度

圖5 R-8400轉(zhuǎn)化器溫升

由于催化劑床層溫升與床層轉(zhuǎn)化率有線性關(guān)系，可以通過催化劑床層溫升大小間接判斷釩催化劑是否達(dá)到預(yù)期轉(zhuǎn)化效果。由圖2～5可知，烷基化廢酸再生裝置實(shí)際運(yùn)行過程中，RH-8210B床層溫度不低于420 ℃，溫升為60～70 ℃；RH-8230床層溫度不低于410 ℃，溫升為20～30 ℃；RH-8250床層溫度不低于380 ℃。RH-8450床層溫度不低于380℃，溫升為8～12 ℃，說明大部分SO2已在第一轉(zhuǎn)化器轉(zhuǎn)化。同時任何一層的床層溫度不超過630 ℃。

來自烷基化裝置的廢酸經(jīng)廢酸再生裝置處理后，產(chǎn)品濃硫酸w(H2SO4)平均值98.57%。圖6為某石化廢酸濕法裝置產(chǎn)品硫酸濃度，符合預(yù)期控制目標(biāo)。

圖6 硫酸濃度

2.4 尾氣排放

生產(chǎn)期間實(shí)時跟蹤再生酸單元煙囪排放尾氣的污染物含量，在線檢測SO2，NOx和顆粒物及酸霧濃度。通過在線分別監(jiān)測活性炭反應(yīng)器出口管線以及煙囪排放口的SO2濃度，并實(shí)時顯示依據(jù)GB 31570—2015《石油煉制工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》折算基氧3%后的10 min均值，尾氣排放數(shù)據(jù)見表4。

表4 尾氣排放數(shù)據(jù)

分別于2020年4月24日和4月30日進(jìn)行取樣分析，環(huán)保監(jiān)測數(shù)據(jù)見表5。

分析結(jié)果表明：裝置排放尾氣中ρ(SO2)＜10 mg/m3，符合GB 31570—2015《石油煉制工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》要求。

3 結(jié)語

NWS，NCV系列濕法轉(zhuǎn)化用釩催化劑在烷基化廢酸再生裝置上的應(yīng)用結(jié)果表明，催化劑裝填分配方案合理，性能良好，裝置運(yùn)行穩(wěn)定，尾氣排放達(dá)到了GB 31570—2015《石油煉制工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》要求，滿足烷基化廢酸再生裝置生產(chǎn)需要。