催化焚燒處理苯酐裝置尾氣的工藝研究

徐航　周亞明　毛向榮

上海建安化工設(shè)計(jì)有限公司（上海　200437）

節(jié)能環(huán)保

催化焚燒處理苯酐裝置尾氣的工藝研究

徐航周亞明毛向榮

上海建安化工設(shè)計(jì)有限公司（上海200437）

對(duì)催化焚燒處理尾氣的傳統(tǒng)工藝進(jìn)行了分析，并針對(duì)苯酐裝置尾氣的特點(diǎn)對(duì)工藝進(jìn)行了改進(jìn)和優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過(guò)路線模擬和工藝計(jì)算驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的可行性。

苯酐尾氣處理催化焚燒優(yōu)化設(shè)計(jì)工藝計(jì)算

0　前言

近年來(lái)，工業(yè)萘價(jià)格不斷下降，萘法苯酐市場(chǎng)火熱，不僅國(guó)內(nèi)多套萘法裝置陸續(xù)建設(shè)投產(chǎn)，許多鄰法苯酐裝置也進(jìn)行了技術(shù)改造，使用工業(yè)萘進(jìn)料。苯酐大量生產(chǎn)的同時(shí)也引申出尾氣處理問(wèn)題，國(guó)內(nèi)采用尾氣洗滌吸收副產(chǎn)富馬酸和蓄熱焚燒兩種工藝來(lái)處理尾氣。實(shí)際運(yùn)行情況顯示，兩種工藝均存在問(wèn)題，洗滌吸收工藝除了凈化率相對(duì)較低外，還由于萘法尾氣雜質(zhì)多，導(dǎo)致洗滌塔堵塞嚴(yán)重；而蓄熱焚燒工藝也由于設(shè)備頻繁切換造成陶瓷和閥門(mén)的機(jī)械壽命低、維護(hù)率高。催化焚燒技術(shù)早在20世紀(jì)40年代末就已在國(guó)外出現(xiàn)，經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，該技術(shù)已非常成熟，但由于催化劑的研發(fā)問(wèn)題，該技術(shù)在苯酐領(lǐng)域遲遲未能全面鋪展。目前，國(guó)外已成功研發(fā)出針對(duì)苯酐裝置尾氣的專用催化劑，并應(yīng)用于苯酐裝置尾氣處理。隨著催化劑技術(shù)的進(jìn)步和成熟，催化焚燒工藝轉(zhuǎn)化率高、處理溫度低的優(yōu)勢(shì)也慢慢顯現(xiàn)，該工藝在未來(lái)苯酐裝置尾氣處理領(lǐng)域必將占據(jù)一席之地。

1　工藝分析

1.1傳統(tǒng)工藝

催化焚燒的傳統(tǒng)工藝見(jiàn)圖1，尾氣通過(guò)熱量回收裝置利用催化焚燒產(chǎn)生的熱能升溫，經(jīng)預(yù)熱器或補(bǔ)充熱能達(dá)到催化劑起焚的溫度后進(jìn)入催化焚燒反應(yīng)器，凈化后尾氣返回至熱量回收裝置用來(lái)預(yù)熱新進(jìn)入的尾氣，最后排放。傳統(tǒng)工藝流程簡(jiǎn)單、設(shè)備少，但是對(duì)于反應(yīng)熱能的利用并不充分；雖然設(shè)置了熱量回收系統(tǒng)對(duì)反應(yīng)后尾氣的熱能進(jìn)行回收，但最新催化劑的起焚溫度在250～300℃之間，而苯酐尾氣焚燒后溫度可高于450℃，可見(jiàn)經(jīng)過(guò)熱量回收后的尾氣仍具有較高溫度，還有多余能量可以加以利用。

圖1　催化焚燒傳統(tǒng)工藝流程簡(jiǎn)圖

1.2改進(jìn)工藝

為更好地利用苯酐裝置尾氣的特性，充分發(fā)揮反應(yīng)后高溫尾氣的作用，在傳統(tǒng)工藝的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。在系統(tǒng)中設(shè)置高、低溫尾氣換熱器，在高溫段和低溫段分別對(duì)新進(jìn)入的尾氣進(jìn)行預(yù)熱，換熱后最終進(jìn)入煙囪排放的尾氣溫度可控制在180℃左右，此舉既回收了熱能，又能保證合適的尾氣排放溫度而不對(duì)煙囪造成腐蝕和影響；增加余熱鍋爐，將其與高溫尾氣換熱器并聯(lián)，這一設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)在于當(dāng)工況發(fā)生變化時(shí)，根據(jù)設(shè)定的尾氣預(yù)熱溫度，可對(duì)高溫尾氣換熱器和余熱鍋爐相互間的進(jìn)氣量進(jìn)行控制調(diào)整，在保證尾氣預(yù)熱效果后，多余能量在余熱鍋爐中充分得到回收，保證了系統(tǒng)總體的穩(wěn)定性，還能夠副產(chǎn)高壓力等級(jí)的飽和蒸汽，系統(tǒng)自給自足的同時(shí)，又能產(chǎn)生一定的效益。具體流程如圖2所示（預(yù)熱設(shè)備僅在裝置啟動(dòng)階段供熱使用）。

2　流程計(jì)算

為驗(yàn)證上述改進(jìn)工藝的理論可行性，以工業(yè)萘法年產(chǎn)3萬(wàn)t苯酐裝置的相關(guān)尾氣數(shù)據(jù)為例，以尾氣中有機(jī)物轉(zhuǎn)化率為100%來(lái)考慮反應(yīng)溫升，對(duì)系統(tǒng)中的換熱設(shè)備和整體流程進(jìn)行計(jì)算，主要結(jié)果如表1、表2所示。

圖2　改進(jìn)工藝系統(tǒng)示意圖

表1　尾氣原始參數(shù)

表2　計(jì)算結(jié)果

通過(guò)上述計(jì)算，從理論上驗(yàn)證了該改進(jìn)工藝的可行性。由計(jì)算結(jié)果可以看到，各換熱設(shè)備計(jì)算通暢，催化反應(yīng)產(chǎn)生的熱能完全可以滿足高、低溫兩級(jí)換熱器的熱負(fù)荷要求；尾氣排放溫度約為180℃，符合煙囪要求，并且在余熱鍋爐中能夠副產(chǎn)約3 000 kg/h的高壓蒸汽。在實(shí)際的工程運(yùn)用中，考慮到催化劑轉(zhuǎn)化率和設(shè)備的熱量損失，副產(chǎn)蒸汽量可能會(huì)有一定量的減少。此外，系統(tǒng)壓降較低，無(wú)需設(shè)置引風(fēng)機(jī)即可滿足要求。

3　結(jié)語(yǔ)

對(duì)傳統(tǒng)尾氣催化焚燒工藝進(jìn)行了完善，通過(guò)改進(jìn)工藝控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)單方法，提高了操作穩(wěn)定性。隨著國(guó)內(nèi)苯酐裝置尾氣催化劑開(kāi)發(fā)腳步的加快，研發(fā)高性能且具有競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品，勢(shì)必會(huì)打破當(dāng)前進(jìn)口催化劑獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷的局面，苯酐裝置尾氣焚燒催化劑的價(jià)格也會(huì)逐漸趨于合理。在環(huán)保日益重要的大環(huán)境下，相較于目前蓄熱焚燒和洗滌吸收工藝運(yùn)行中存在的諸多問(wèn)題，催化焚燒處理苯酐裝置尾氣工藝憑借自身的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)將迎來(lái)新的生機(jī)。

Technical Study on Catalytic Incineration of Exhaust from Phthalic Anhydride Plant

Xu Hang Zhou Yaming Mao Xiangrong

The traditional process of exhaust treatment by catalytic incineration was analyzed.In addition,the process was improved and optimized according to the characteristics of exhaust from phthalic anhydride plant.At last,the feasibility of the design was verified by route simulation and process calculation.

Phthalic anhydride；Exhaust treatment；Catalytic incineration；Optimal design；Process calculation

TQ245.23

徐航男1987年生本科工程師主要從事石油化工工藝設(shè)計(jì)

2015年12月