硫酸裝置的案例
硫酸裝置液硫焚燒單元關(guān)鍵設(shè)備的腐蝕控制
編 輯 | 化工活動家
來 源 | 中韓石化、乙烯工業(yè)
作 者 | 陳亞寬
關(guān)鍵詞 | 硫酸裝置 關(guān)鍵設(shè)備 腐蝕控制
共 2054 字 | 建議閱讀時間 9 分鐘
導(dǎo) 讀
硫酸裝置液硫焚燒單元的關(guān)鍵設(shè)備為焚硫爐和廢熱鍋爐。從儲存單元來的液硫通過硫黃q霧化送入焚硫爐內(nèi)燃燒，焚硫爐內(nèi)溫度1000℃左右，SO2質(zhì)量分數(shù)約9.5%的爐氣進入廢熱鍋爐進行冷卻會造成廢熱鍋爐低溫部位腐蝕。腐蝕會影響硫酸裝置安全運行，因此進行腐蝕風(fēng)險的預(yù)測和防控就顯得尤為重要。
腐蝕分析
某廠硫酸裝置液硫焚燒單元的焚硫爐材質(zhì)為Q235A，內(nèi)襯一層保溫磚和二層耐火磚，爐氣進入廢熱鍋爐的管道材質(zhì)為16MnR+耐火磚，廢熱鍋爐管束材質(zhì)為20g。液硫﹑有機物和硫化氫等在焚燒過程產(chǎn)生多種產(chǎn)物，包括S，COS，CS2，SO2，NO，NO2，CO2和SO3等，這些燃燒產(chǎn)物以氣相形式存在，接觸這些產(chǎn)物的設(shè)備及管線存在潛在的腐蝕隱患。
液硫燃燒的主要原則工藝流程見圖1。
焚硫爐及爐氣進入廢熱鍋爐的管道及跨線內(nèi)壁襯里，在高溫下會出現(xiàn)劣質(zhì)化(開裂、脫落等)，導(dǎo)致爐壁局部超溫，在停工期間產(chǎn)生露點腐蝕。另外進料管嘴存在沖刷腐蝕和高溫蠕變而產(chǎn)生裂紋，其失效形式以耐火材料損壞為主，耐火襯里損壞易導(dǎo)致鋼材的高溫硫化和高溫蠕變，在低溫時產(chǎn)生露點腐蝕。
廢熱鍋爐管束材質(zhì)為碳鋼，入口側(cè)管板表面有耐火澆注料，換熱管有陶瓷套管，長約100mm。在裝置正常運行時腐蝕輕微，在超溫下運行，陶瓷套管可能會破裂，導(dǎo)致管板和換熱管發(fā)生熱應(yīng)力開裂。
展開 這根管有點長，超級化工裝備，震撼來襲！
天華院早在80年代就開始研究硫酸生產(chǎn)中熱濃硫酸的陽極保護特性。依托陽極保護技術(shù)，先后研制出結(jié)構(gòu)龐大、復(fù)雜的碳化塔陽極保護、介質(zhì)苛刻的高溫三氧化硫發(fā)生器陽極保護以及氨水罐群循環(huán)極化法陽極保護、陽極保護管殼式不銹鋼濃硫酸換熱器，并實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。
在隨后的科技成果轉(zhuǎn)化過程中，又拓展開發(fā)了陽極保護酸分布裝置、陽極保護酸管道、陽極保護循環(huán)酸槽、陽極保護蒸發(fā)器，覆蓋了硫酸生產(chǎn)干吸工段所有設(shè)備，大大提升了硫酸裝置水平。與此同時，還配套了包括“互聯(lián)網(wǎng)+”在內(nèi)的陽極保護遠程監(jiān)控及設(shè)備檢驗、檢測技術(shù)，實現(xiàn)了陽極保護的智能化、信息化。目前，有萬余臺“天華造”陽極保護設(shè)備運行在全國各地企業(yè)的千余套硫酸裝置中。
天華院研制的陽極保護冷卻器在應(yīng)用現(xiàn)場
耐腐蝕材料及防腐蝕工程技術(shù)
如果說陽極保護技術(shù)是為金屬打造鋼鐵保護膜，那樹脂類耐腐蝕材料就是為各種設(shè)備和結(jié)構(gòu)穿上防腐的“輕衣”。
在耐腐蝕材料及防腐蝕工程領(lǐng)域，天華院擁有乙烯基樹脂整體電解槽的生產(chǎn)和零收縮乙烯基樹脂砂漿地坪防腐工程的施工技術(shù)。其擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的乙烯基樹脂整體電解槽科技成果“鎳金屬濕法冶煉用乙烯基樹脂混凝土整體電解槽”獲2015年甘肅省科技進步三等獎。同時，天華院還編制了行業(yè)標準HG/T 4725-2014《整體澆鑄乙烯基樹脂混凝土電解槽》。
展開 深度解讀硫酸烷基化反應(yīng)器種類、功能及特點
CDAlky工藝已經(jīng)投產(chǎn)的部分裝置包括山東神馳化工集團有限公司20萬噸/年、寧波海越新材料有限公司60萬噸/年、廣西欽州天恒石化有限公司20萬噸/年、云天化股份有限公司24萬噸/年。
03
立式填料塔反應(yīng)器
該裝置主體是立式填料塔反應(yīng)器，填料之間有自混合裝置，物料在反應(yīng)器內(nèi)自上而下流動。
液相C4烷烴和濃硫酸在裝置外利用攪拌裝置充分乳化，經(jīng)原料泵自塔頂液相進料管進入裝置，進料溫度為2~10℃。氣相C4烷烯烴自塔頂進入裝置，和液相混合后一起向下流動，經(jīng)過填料段時液相酸烴與氣態(tài)烷烯烴反應(yīng)同時酸烴分層。采用噴頭式進料管在填料段之間加入新鮮C4烷烯烴液體，氣液相經(jīng)過自混合裝置再次充分混合后，進入下一級填料繼續(xù)反應(yīng)。反應(yīng)過程中保持塔內(nèi)溫度2~18℃。塔頂進入的原料氣與反應(yīng)過程受熱而蒸發(fā)的氣相烷烯烴自塔底流出，反應(yīng)后的烷基化油和濃硫酸自塔底流出。該裝置利用液相C4烷烯烴在反應(yīng)過程中的自蒸發(fā)帶走反應(yīng)熱量，使反應(yīng)處于適宜的溫度，節(jié)約投資。但是該反應(yīng)器由于酸烴在填料中易分相從而影響酸烴乳化，所以工業(yè)應(yīng)用受到一定限制。
噴射混合反應(yīng)器
噴射混合裝置包括水霧噴嘴、分布器（噴灑器的鼓泡裝置）、文丘里管式混合器等，代替機械攪拌實現(xiàn)兩相流體的快速混合，適合于碳四烷基化的反應(yīng)過程。
01
RHT噴射反應(yīng)器
RHT公司設(shè)計的噴射反應(yīng)器是一個立式容器，如下圖。
該反應(yīng)器主要是用噴射裝置替代了機械混合裝置，并且采用了聚結(jié)分離器進行氣體除液和酸烴分離。
展開 焦化脫硫廢液處理新技術(shù)——焦化硫泡沫(脫硫廢液及硫膏)制酸
該項目發(fā)揮了山東綠知源公司自主研發(fā)的LZH高效脫硫廢液及硫泡沫資源化綜合利用制酸技術(shù)特點，將硫泡沫經(jīng)高效分離機分離，分離后的固體硫膏直接送入焚燒爐燃燒；分離后的液體經(jīng)過蒸發(fā)濃縮直接噴入焚燒爐燃燒分解；產(chǎn)生二氧化硫氣體送入后續(xù)硫酸系統(tǒng)，生產(chǎn)的硫酸用于焦化硫酸銨裝置，徹底達到了硫資源的綜合利用效果。
該技術(shù)突出特點是流程短、高效能、低排放，物料無需干燥處理；硫膏和廢液分開進料，既能調(diào)節(jié)硫與廢液的配比，又能調(diào)控風(fēng)量、溫度；分區(qū)燃燒，利于爐內(nèi)熱量體系穩(wěn)定，正常生產(chǎn)無需煤氣；抑制氮氧化物生成，多次布風(fēng)，提高燃燒效率；多級除塵，減緩余熱鍋爐的沖刷；無稀酸外排，環(huán)保措施到位，避免二次污染，實現(xiàn)超低排放。
該項目克服了系統(tǒng)改造土地資源緊張、裝置分散、輸送距離長等客觀因素，完全利用現(xiàn)有裝置的廠房、設(shè)備、材料，因地制宜、就地取材，充分展現(xiàn)山東綠知源公司脫硫廢液及硫泡沫資源化綜合利用制酸技術(shù)中占地少、投資省、能耗低的優(yōu)勢，是一個既環(huán)保又經(jīng)濟的治理項目。
山東綠知源環(huán)保工程有限公司
2020年12月31日
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工業(yè)催化200年，盤點那些改變?nèi)祟惿鐣墓I(yè)催化劑！
硫酸工業(yè)
1740年英國醫(yī)生J.沃德在倫敦附近建立了一座燃燒硫磺和硝石制硫酸的工廠；
1746年英國J.羅巴克建立了鉛室反應(yīng)器，生產(chǎn)過程中由硝石產(chǎn)生的氧化氮實際上是一種氣態(tài)的催化劑，這是利用催化技術(shù)從事工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)的開端。
標志性事件1：1806年，法國科學(xué)家C. B. Dersomers和N. Clement闡明了在氧化氮作用下，SO2轉(zhuǎn)化成SO3的機理
標志性事件2：1875年德國人E.雅各布建立了第一座生產(chǎn)發(fā)煙硫酸的接觸法裝置，并制造所需的鉑催化劑，這是固體工業(yè)催化劑的先驅(qū)。
標志性事件3：1888年德國BASF公司的化學(xué)家Rudolf Knietsch開發(fā)了一種經(jīng)濟高效的替代工藝，采用目前廣泛使用的V2O5為催化劑，這種硫酸接觸工藝不但使巴斯夫一躍成為當(dāng)時全球最大的硫酸生產(chǎn)商，也為催化加工鋪平了道路。
備注：硫酸廣泛用于各個工業(yè)部門，主要有化肥工業(yè)、冶金工業(yè)、石油工業(yè)、機械工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)、洗滌劑、軍事工業(yè)、原子能工業(yè)和航天工業(yè)等，還用于生產(chǎn)染料、農(nóng)藥、化學(xué)纖維、塑料、涂料，以及各種基本有機和無機化工產(chǎn)品。世界大戰(zhàn)期間，硫酸工業(yè)的發(fā)展與軍事工業(yè)緊密聯(lián)系在一起，硫酸工業(yè)是一個國家軍事力量的風(fēng)向標。
2. 氯 氣的生產(chǎn)
1867年，Deacon以CuSO4作為催化劑，開發(fā)了HCl氧化制備Cl2的Deacon工藝。當(dāng)直流電普及之后，該工藝被氯堿工業(yè)逐步取代。氯 氣主要用于生成乙烯樹脂，含氯化工原料，自來水消費等。第一次世界大戰(zhàn)時，氯 氣曾被作為化學(xué)武器使用過，這是人類史上第一次大規(guī)模的化學(xué)戰(zhàn)。
3. 硝酸工業(yè)
1906年，德國科學(xué)家Ostward以Pt/Rh合金網(wǎng)作為催化劑，開發(fā)了氨氣的接觸氧化工藝，用于生產(chǎn)硝酸。至今為主，該工藝仍是硝酸工業(yè)的核心。
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