800kt/a硫磺制酸转化器改造提升装置生产能力的探讨

陈建军

（云南天安化工有限公司，昆明 650309）



800kt/a硫磺制酸转化器改造提升装置生产能力的探讨

陈建军

（云南天安化工有限公司，昆明 650309）

摘 要：硫磺制酸转化器由于阻力降上升速率比较快，导致装置生产负荷明显下降、能耗上升、装置触媒筛分的周期缩短、停车次数增加。本文在转化器主体结构不变的情况下，对床层板结构进行改造和更新，以改善工艺操作指标，降低转化器的阻力降，达到节约成本，提高装置生产能力的目的。

关键词：阻力降 硫磺制酸转化器 降耗

1 设备主要技术特性与现状及存在的问题

1.1 转化器主要技术特性

转化器的主要技术特性如表1所示。

表1 转化器主要技术特性

1.2 现状及存在的问题

云南天安化工有限公司二期800kt/a硫磺制酸系统采用二转二吸工艺，其转化器为不锈钢制立式中心筒型，304材料焊接结构，分为四段转化，床层自下而上呈一、二、三、四段分布，每层皆设有进出口，进出口之间，通过上铺8×8φ2的304SS金属丝网、φ35耐火瓷球及触媒的隔板分隔。催化剂床层、瓷球、由具有一定弧度的隔板支撑着。

2007年10月，二期800kt/a硫酸装置初始开车100%负荷时一段床层阻力降为2.2KPa，随着装置运行时间的加长，一段床层由于液硫中的灰分及触媒粉化在触媒层堆积，且由于床层板上φ50的孔径较小，容易被灰尘堵塞，使床层的阻力降逐渐升高，且一段阻力降上升比较快。转化器改造前机构示意图如图1所示。

图1 转化器改造前示意图

2010年5月，硫酸装置负荷90%时，一段的阻力降已经到了7.5KPa，而风机的出口压力达到了风机的设计负荷50KPa。装置由于系统的阻力升高使得风机的耗气量明显上升，硫酸产量减少，装置生产能力无法达到满负荷生产。

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

当干燥塔的丝网除沫器出现短路气体及干燥塔酸浓酸温不达标时，除沫效率低将会有大量水分及酸雾带人转化器，造成转化器催化剂粉化结块。进而导致转化器阻力将升高。表2为转化器阻力降升高过程中干燥塔出口气体水分及酸雾控制指标。

表2 干燥塔出口气体中水分含量及酸雾测定数据

从表2数据中可以看出，在转化器阻力降升高区间,干燥塔出口气体中水分含量及酸雾测定数据都在指标范围内，可以排除此类影响。

2.1.2 液硫指标不合格

如果液体硫磺中灰分超标，灰分会直接附着在催化剂表面，堵塞催化剂，使得催化剂层的流通面积减小，从而导致催化剂层阻力降升高。表3为转化器阻力降升高过程中液体硫磺灰分测定数据。

表3 液体硫磺灰分测定数据

从表3数据可以看出，液硫指标都合格，且云南天安化工有限公司另外两套同期运行的硫酸装置未出现阻力降大幅升高过程，因此不存在液硫质量问题而影响转化器阻力将上升。

2.1.3 柴油升温对转化器的影响

柴油燃烧对焚硫炉及转化器加热时，柴油中大量的水分及杂质带入到转化器催化剂层，对转化器阻力也将会有一定的影响。但二期800kt/a硫酸装置采用的是预热炉间接升温，所以可以排除这种影响。

2.1.4 转化器结构的影响

不锈钢中心筒转化器设有立柱支撑，设备的全部静载荷均由中心筒和转化器壳体承重。触媒床层板和隔板采用的是有一定挠度的弧形板，以吸收开停车过程产生的热涨冷缩。床层弧板采用厚度6mm的不锈钢板，在弧板上成等腰三角形地开φ50的孔，弧板的强度限制了在上面开孔的数量，开孔率仅为16.5%，相对开孔率比较低。而中心筒床层板由于采用的是弧板，需要用瓷球对整个床层进行找平。孔板容易被瓷球、触媒粉及灰尘堵塞，相应地提高了气体流速、而高气速则对催化剂的冲刷更为严重，粉化速率更快，造成床层阻力降上升速率比较快。要使二期800kt/a硫酸装置达标达产，必须降低一段床层的阻力减缓床层阻力降的上升速率，以降低整个系统的阻力。因此，对转化器进行改造是势在必行的。

2.2 方案改造

经过对其他同类装置的中心筒式的转化器的运行情况进行了解，其阻力降也比较高。有的通过对床层板补强后扩孔，增加开孔率，补强后扩孔，增加开孔率，但是由于瓷球直接铺在孔板上容易被瓷球堵塞孔道，运行效果不太明显。

二期800kt/a硫酸装置不锈钢中心筒转化器由于设计缺陷，转化器在试车过程中产生了变形。为了保证转化器整体结构的现有强度及刚度，所采用的技改方案不宜对转化器原有的结构及刚度产生大的改动。

对中心筒床层板的结构进行综合分析，借鉴积木式转化器采用水平格栅，平铺钢丝网的高开孔率的形式，分析其在本转化器上实施的可行性。

原中心筒床层板由于采用的是弧板，首先采用大量瓷球对整个床层进行找平，瓷球阻力降及孔板的阻力降较积木式的格栅高，因此采用不锈钢格栅作为找平层，找平后再安装钢丝网，钢丝网上仅平铺两层瓷球，这样床层孔板与触媒层之间形成一个空间，气体流通效果较好，长期运行也不存在堵塞的问题。改造后转化器如图2所示。

由于转化器直径比较大且考虑人孔尺寸，所以把格栅分为内、外两部分安装，外环24对、内环15对，这样可以减小安装难度及提高安装质量。虽然增加了不锈钢格栅的重量9吨左右，但是可以减少瓷球重量约27吨，大大降低了转化器的重量。为了不改变转化器本身的结构形式及刚度，不锈钢格栅不与转化器焊接且留出所需膨胀量，格栅在转化器内可以自由膨胀收缩，孔板上的孔仅作为气体通道，不需要增加开孔数量，这样能改善一段的初始阻力。同时由于格栅的空隙较大，灰尘不容易堆积，可以有效降低一段阻力降的升速。

图2 转化器改造后示意图

3 技术改造运行分析

从表4数据得出，二期80万吨/年硫酸装置转化器一段触媒床层板经过技改后，大大降低了一段阻力降，降低了风机蒸汽的消耗，提高了装置的生产能力。

表4 改造前后转化器一段阻力降

整改后，转化器一段在90%负荷情况下运行的阻力降从原来的4.14KPa降低到现在的1.33KPa，风机出口压力从51.8KPa降低到现在的45.9KPa，驱动主风机的汽轮机蒸汽消耗量从原来的60.19t/h降到54.2t/h，效果比较明显，并且装置负荷达到了100%。

一段阻力降的上升速率明显下降，装置运行10个月以来，一段的阻力降仅上升了1.33KPa。整改前，装置运行10个月的时间，一段阻力降就上升了4.14KPa。

4 经济效益分析

技改后一段阻力降上升速度减缓，减少了触媒筛分，一段触媒的装填量为115m3，按照筛分损失10%，则少损失115×10%=11.5m3，每年可以减少触媒的筛分损失34.67万元，并且装置可以满负荷长周期运行。

5 结论

二期800kt/a硫酸装置转化器的技改方案属国内首创，取得了较好的改造效果，在不改变转化器原有结构形式和现有强度及刚度的前提下，以较少的投资来改善工艺操作指标，降低转化一段的开车初始阻力降，减缓阻力降的上升速率。从运行效果可以得出，转化器采用格栅找平，提高了设备的开孔率，降低了阻力降且大大低了蒸汽消耗，改善了工艺操作指标。

参考文献

[1]陈声宗.化工设计[M].北京：化学工业出版社，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