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阶梯环耐酸陶瓷填料在硫酸生产挖潜改造中的应用
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阶梯环耐酸陶瓷填料在硫酸生产挖潜改造中的应用

2019-11-06      阅读:
在200kt/a硫铁矿制酸装置技术改造为250kt/a硫磺制酸时,为充分利用绝大部分的干吸设备,以阶梯环耐酸陶瓷填料代替矩鞍环填料,满足了原干吸塔的生产能力提高25%的要求。阐述了阶梯环耐酸陶瓷填料的应用效果,认为其效果优于矩鞍环填料。

 2001年下半年,中国石化集团南京化学工业有限公司磷肥厂对1988年引进国外先进技术建成投产的200kt/a硫铁矿制酸装置进行了技术改造,在充分利用原有转化器及绝大部分干吸设备的情况下,建成250kt/a硫磺制酸装置。考虑到装置产能扩大,我厂将硫酸干燥塔和吸收塔的矩鞍环填料全部改为阶梯环耐酸陶瓷填料(以下简称阶梯环),并在实际生产中达到了预期效果。下面以干燥塔为例对其应用效果作一总结。

1 阶梯环技术性能指标

改造前后,我厂硫酸装置使用的干燥塔尺寸和结构未变、塔上部的丝网捕沫器未变,惟一改变的是其填料由38mm(装填高度600mm)、76mm(装填高度5000mm)矩鞍环填料改为 38mm(装填高度600mm)、76mm(装填高度5000mm)的阶梯环,装填方式不变。这两种填料国家标准规定的技术性能指标见表1(GB/T18749-2002),生产厂家提供的产品技术性能指标见表2,两者有所差异。
从表1、表2可以看出,与矩鞍环填料相比,阶梯环的比表面积略小、空隙率基本持平(略小或略大)、干填料因子小了很多。

2 阶梯环的应用效果

我厂硫酸装置改造前后的主风机都是紧跟干燥塔之后的工艺流程。因此,干燥后烟气中酸雾、水分含量的高低还直接影响主风机的运行寿命。

1、干燥效果好

以2004年2、3、4月份干燥塔的操作参数为例,与装置改造前的2001年同期进行比较(见表3),改造前后干燥塔进口气速、循环酸量基本相同,只是改造前干燥塔进气为净化后的净化气,改造后为自然空气。改造前干燥气的酸雾、水分含量经常超标,合格率低于30%;改造后干燥气中酸雾、水分的合格率大于95%。这对主风机和钒催化剂的使用寿命都是十分有益的。当然,干燥效果也与进塔气体的组分有很大关系,但表3数据充分说明:干燥塔填料采用阶梯环所取得的干燥效果完全能满足硫酸生产的要求。
改造后,主风机进口酸雾、水分合格率大大提高,其维修和清理周期大大延长。改造前,主风机清理周期为1~3个月,因酸雾腐蚀,其叶轮在一年内需重找两次动平衡;改造后,主风机清理周期为3~6个月,其叶轮在一年内只需重找一次动平衡。
阶梯环耐酸陶瓷填料在硫酸生产挖潜改造中的应用
阶梯环耐酸陶瓷填料在硫酸生产挖潜改造中的应用

2、干燥塔阻力可降低6.3%~10.7%

从表3可以看出,在相同气速和循环酸量的情况下,干燥塔填料改用阶梯环后,其阻力约降低了6.3%~10.7%。

3、干燥塔操作范围宽

填料的改变必定影响填料塔的泛点空塔气速,从而影响塔的操作范围。这主要与填料的干填料因子有关。根据《化工工艺设计手册》(化学工业出版社出版)中的Bain-Hougen关联式{log〔(wf2/g)(б/δ3)(γG/γL)μL0.2〕=A-1.75(L/G)0.25(γG/γL)0.125}可以看出:在操作工况基本不变的情况下,当填料改变时,则泛点空塔气速wf与干填料因子б/δ3成反比。从表1、表2可以看出,阶梯环的б/δ3比矩鞍环填料小很多,因而装置改造后,干燥塔的泛点空塔气速(即最高允许气速)得到有效提高,其操作范围加宽,操作更加稳定。
运行实践也证明了这点。我厂在装置改造前,曾发生几起干燥塔液泛现象,并最终导致填料破碎而停车更换填料事件。最近的一次是在2000年底,当时为了增产,主风机电流开到115A,风量76000m3/h左右,干燥塔压力降迅速上升,时间不长即造成干燥塔填料破碎。2001年底装置改造为硫磺制酸后,在其运行的三年多时间内,为了增产我们曾多次将风量调到76000m3/h附近,装置仍能够连续稳定运行。

4、使用两种填料的性价比 

根据供货商报价,阶梯环与矩鞍环填料的单价相差无几,38mm阶梯环与38mm矩鞍环填料的价格都在2500元/吨左右,76mm的价格都在2300元/吨左右。因阶梯环的堆积密度略大于矩鞍环填料,在装填体积相同的情况下,使用阶梯环的费用要略高于矩鞍环填料。但阶梯环的强度通常多高于矩鞍环填料,因而阶梯环的使用寿命比矩鞍环填料长。装置改造前,我们在每两年一次的装置大修期间,干燥塔、吸收塔的矩鞍环填料总因破碎要更换一部分。装置改造后的第一次大修(2004年底)中,我们打开干吸塔检查,阶梯环填料基本没有破碎。因此,尽管阶梯环的购买费用要稍高于矩鞍环填料,但因其使用寿命更长,阶梯环的性价比并不比矩鞍环填料低。

5、应用于吸收塔的效果

改造后的第一、第二吸收塔也采用了阶梯环,三年来的实践证明,吸收塔的吸收率能稳定在99.97%以上。使用阶梯环可以达到与矩鞍环填料一样的吸收效果。

3 结束语

在硫酸装置的干吸塔中,用阶梯环代替矩鞍环填料,完全可以达到同样的干燥、吸收效果,满足硫酸生产中干燥、吸收系统的技术要求。在对干吸塔阻力和最高允许气速的影响方面,阶梯环比矩鞍环填料表现出更好的技术性能,这一点对现有的硫酸装置挖潜增产尤其具有吸引力。实践证明,阶梯环的性价比并不比矩鞍环填料低,从某种程度上来说,阶梯环表现出的技术性能要优于矩鞍环填料。

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