朱少春，尚瑩

（吉林石化公司丙烯腈廠，吉林132021）

AOGC廢氣焚燒爐在丙烯腈裝置上的工業(yè)化應用

朱少春，尚瑩

（吉林石化公司丙烯腈廠，吉林132021）

丙烯腈裝置吸收塔放空尾氣中非甲烷總烴和丙烯腈含量超標，為了保證排放合格，需要用焚燒的方法進行處理。而催化氧化處理法是一種節(jié)能、經(jīng)濟、環(huán)保的廢氣處理工藝，處理效果好，適合于丙烯腈裝置的工業(yè)化生產需要。

丙烯腈；催化氧化焚燒；非甲烷總烴；AOGC

吉化丙烯腈廠目前有兩套丙烯腈裝置，分別為第一丙烯腈裝置和第二丙烯腈裝置（簡稱一丙、二丙裝置），產能都為10.6萬t/年。與二丙裝置配套建設有一套吸收塔尾氣處理裝置（AOGC），該裝置采用上海東化環(huán)境工程公司的催化氧化技術，該技術節(jié)能環(huán)保，技術水平先進。但由于該裝置在丙烯腈裝置應用屬于首次，工程設計中存在一些問題，工廠經(jīng)過了多年的摸索和試車，并根據(jù)試車過程中出現(xiàn)的問題經(jīng)過了多次改造，目前裝置已經(jīng)能夠穩(wěn)定運行，同時實現(xiàn)了達標排放。

1 催化氧化焚燒機理

丙烯腈裝置的生產工藝技術采用丙烯氨氧化技術，以丙烯和氨為主要原料，在催化劑的作用下，反應生成丙烯腈及其它副產品，之后經(jīng)過急冷、回收、精制等工藝流程，得到丙烯腈產品。在回收過程中設置有丙烯腈吸收塔，該塔為常壓操作。在該塔塔頂排出一股氣體，稱之為吸收塔尾氣（AOG）。該尾氣的主要成分為氮氣、水蒸氣及二氧化碳，同時含有一定量的一氧化碳、丙烯腈、丙烯及丙烷等，其中對環(huán)境的危害成分主要為非甲烷總烴。本系統(tǒng)采用催化氧化技術處理丙烯腈尾氣中的有機物。吸收塔頂部排出的丙烯腈尾氣進入本系統(tǒng)后首先經(jīng)分離罐分離游離水，然后經(jīng)尾氣換熱器加熱后進入反應器，在反應器中進行催化氧化反應，將揮發(fā)性有機物轉化為二氧化碳和水。從反應器出來的凈化氣體經(jīng)過尾氣加熱器回收熱量后排入煙囪。

2 裝置試車和改造歷程

吉化丙烯腈廠第二丙烯腈裝置于2003年11月份投料開車，與其配套建設的吸收塔尾氣處理裝置AOGC也同期建設完成，并于2004年完成了開車方案、事故預案、操作法等技術資料的編制工作，同時組織進行了系統(tǒng)吹掃、開工預熱器和閥門儀表等的調試等開車準備工作。

2.1 試車第一階段

2004年5月份AOGC裝置組織進行了首次試車，當時裝置的運行參數(shù)如下：

空氣溫度TI-8905：105℃（指標80～130℃）；空氣流量FI-8902：4000 Nm3/h（指標2170～7752 Nm3/h）；尾氣流量FRC-8901：10000 Nm3/h；蒸汽壓力PI-8901：3.7 MPa（指標3.6～4.0）；蒸汽流量FI-8904：800 kg/h（指標400～1 000 kg/h）；蒸汽溫度TI-8904：280℃（指標380～400℃）。

在此條件下經(jīng)過將近30 h的升溫，空氣加熱器出口溫度TI-8907最高只達到180℃（指標220～ 250℃），本次開車由于空氣預熱器能力不足沒有成功。

后來在2004年12月31日～2005年1月1日期間又組織了三次試車，同時加入了丙烯進行助燃。但在試車過程中將尾氣加熱器入口管線燒紅了，系統(tǒng)停車。隨后對裝置進行了相應的改造：

（1）將丙烯加入點從尾氣預熱器前移至尾氣預熱器出口和反應器之間，即使丙烯發(fā)生自燃也不會對廢氣預熱器熱管構成威脅。同時為了使丙烯加入均勻，將丙烯管線改為8點（均布）加入。

（2）在空氣管線通入尾氣管線之前安裝一個DN400的排水管線，將吸收塔尾氣中的夾帶水從該排水口排出，以解決空氣管線的積水。

（3）在加入助燃丙烯的管線上安裝限流孔板，保證丙烯的加入量在任何情況下均不會過量。

2.2 試車第二階段

通過總結第一階段的試車經(jīng)驗，以及對裝置進行了必要的改造，于2005年4月4日～4月12日期間，再次組織了試車工作，具體試車數(shù)據(jù)如下：

空氣流量FI-8902：5 000 Nm3/h；丙烯量FI-8903：49.94 Nm3/h；尾氣流量FRC-8901：51 000 Nm3/h；廢氣預熱器前溫度TI-8907：46.7℃；廢氣預熱器后溫度TI-8902：309.7℃；反應器R-8901出口溫度：602.7℃。

此次試車將吸收塔尾氣全部引入了AOGC裝置，實現(xiàn)了滿負荷運行。通過這次試車表明，此套吸收塔尾氣催化焚燒系統(tǒng)在丙烯助燃的情況下可以滿足各項工藝指標，實現(xiàn)了AOGC裝置的穩(wěn)定運行。

2005年4月9～10日，受中國環(huán)境監(jiān)測總站的委托，吉林省環(huán)境監(jiān)測中心站對吉化丙烯腈廠AOGC裝置進行了現(xiàn)場采樣監(jiān)測驗收，監(jiān)測結果完全滿足環(huán)?？刂埔?，具體監(jiān)測數(shù)據(jù)和控制指標如表1所示。

表1

但是由于開車運行需要消耗價格昂貴的丙烯，工廠沒有對東化公司出具驗收報告，AOGC試車工作處于擱置狀態(tài)。

2.3 試車第三階段

2006年5月23日～2007年8月16日期間由于三丙建設的需要，再次對AOGC組織進行了試車。在此階段共試車8次，但由于設備原因，一直未能穩(wěn)定運行，主要存在的問題有以下幾個方面：

（1）丙烯腈裝置吸收塔尾氣放空閥門PV-1203經(jīng)常出現(xiàn)故障，無法進行精確調節(jié)，從而造成進入AOGC反應器的尾氣量無法精確控制。

（2）由于熱損失過大，系統(tǒng)無法依靠氧化反應放出的熱量以維持本身的熱量平衡，造成系統(tǒng)不加助燃燃料的情況下無法運行。

（3）雖然對反應器、尾氣換熱器及反應器至尾氣換熱器之間的管線進行了保溫，但由于廢氣預熱器在工廠制造時分為獨立的8個部件（7個部件有隔熱封閉夾套，夾套無排氣孔），在現(xiàn)場安裝時內部焊縫有焊接缺陷，造成廢水進入獨立部件的夾層中，系統(tǒng)升溫時夾套內水汽無膨脹空間，造成廢氣預熱器側板鼓裂。

（4）由于尾氣調節(jié)閥不能正常工作，導致進入系統(tǒng)尾氣流量過大，超過60 000 Nm3/h，最高時達到80 000 Nm3/h。超出系統(tǒng)設計的處理能力。后來通過改造系統(tǒng)尾氣旁路，增加了尾氣直接到煙囪的跨線。

（5）試車過程中系統(tǒng)起燃后到達300℃左右時，溫度不再增加，反而下降，最后導致反應停止。經(jīng)過分析認為催化劑失活，決定打開反應器，并清洗催化劑。催化劑經(jīng)過清洗后開車，發(fā)現(xiàn)溫度還是上不去，推斷是保溫效果失效，溫損很大，導致開車不成功。再次進行重新保溫。經(jīng)過重新保溫后再次開車，發(fā)現(xiàn)反應后溫度仍然沒有根本性的改善。后決定采用加入開車丙烯的方式開車。但是，開車后不僅尾氣處理量小，而且溫度控制困難。

（6）試車過程中AOGC系統(tǒng)在低負荷下能夠穩(wěn)定運行，但在試車過程中換熱器中溫熱管容易出現(xiàn)問題。

2.4 設備技術改造

由于原AOGC系統(tǒng)是丙烯純度按99%設計的，但從2005年底開始吉化丙烯腈裝置原料丙烯的純度降至97%左右，尾氣中的非甲烷總烴含量明顯增加，原AOGC裝置的處理能力不足。鑒于以上原因，吉化丙烯腈廠與上海東化公司一起經(jīng)研究決定對裝置進行徹底工藝改造，具體改造內容如下：

（1）新增36塊貴金屬蜂窩催化劑；

（2）更換1臺反應器，將原有的90塊催化劑和新增36塊催化劑一起安裝在新的放大的反應器中；

（3）增加1套可向系統(tǒng)補充56 000 Nm3/h的空氣補給系統(tǒng)，包括1臺空氣過濾器、1臺300 kW空氣鼓風機、兩臺調節(jié)閥、流量表和管道系統(tǒng)；

（4）新增1臺高效的400 kW的開工電加熱器，取消原有的蒸汽預熱系統(tǒng)，以保證冬季開車的要求；

（5）更換一臺比原換熱器換熱面積大1.87倍的尾氣換熱器，以滿足系統(tǒng)最低熱負荷和最高熱負荷的換熱要求；

（6）新增一條從氣液分離罐出口到反應器入口的調節(jié)旁路；

（7）更換系統(tǒng)內的主要尾氣管線，以滿足尾氣系統(tǒng)的流通能力。

2.5 試車第四階段

2008年6月13日AOGC裝置改造后重新開車，2008年6月20日試車成功，裝置實現(xiàn)了穩(wěn)定運行。同時吉化公司環(huán)保監(jiān)測中心進行了取樣分析，完全達到設計要求，具體數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 AOGC相關監(jiān)測數(shù)據(jù)

根據(jù)國家標準，廢氣排放指標為SO2≤550mg/m3，NOx≤240mg/m3，總烴≤120mg/m3，丙烯腈≤22mg/m3。根據(jù)以上分析數(shù)據(jù)，除氮氧化物由于沒有處理能力超標外，其他分析指標全部達標。

3 AOGC裝置運行過程中需要注意的問題

吉化丙烯腈裝置自2004年5月份開始試車以來，經(jīng)過了十幾次試車過程，并進行了相應的改造，目前已經(jīng)能夠實現(xiàn)穩(wěn)定運行。在試車過程中需要考慮的因素主要有以下幾個方面：

（1）由于AOGC裝置處理的是丙烯腈裝置的吸收塔放空尾氣，而根據(jù)丙烯腈裝置的工藝特點，整個反應系統(tǒng)的壓力主要由吸收塔放空閥的開度來控制。因此在對AOGC系統(tǒng)進行調整的時候也會造成丙烯腈主裝置的生產波動，在進行AOGC進氣量調整時要注意與丙烯腈主裝置的聯(lián)系。同時AOGC裝置在設計過程中需要增加一些聯(lián)鎖系統(tǒng)，確保在非正常狀態(tài)下，既要保證AOGC裝置的運行安全，同時也要保證丙烯腈主裝置的運行穩(wěn)定。

（2）AOGC裝置的熱能主要由丙烯腈裝置反應過程中未反應的丙烯、丙烷等有機物的催化氧化放熱來提供，因此丙烯腈裝置原料丙烯的純度、反應器的反應狀況以及進入AOGC反應器的尾氣量的變化對AOGC反應狀況的影響較大，在生產過程中要根據(jù)以上因素的變化情況及時對裝置進行調整，并及時調整AOGC裝置的補充空氣量，以確保裝置的運行穩(wěn)定。

4 結論

吉化丙烯腈裝置配套建設的AOGC裝置自2004年投產以來一直處于試車過程，雖然試車過程較長，原設計有一些不符合丙烯腈裝置工藝特點的地方，但經(jīng)過這幾年工廠技術人員與上海東化有限公司研究人員的摸索和研究，并對裝置進行逐步的改造和完善，目前裝置已經(jīng)能夠穩(wěn)定運行。同時通過一段時間的運行，也表現(xiàn)出了較好的系統(tǒng)穩(wěn)定性，和節(jié)能方面的優(yōu)勢。因此AOGC裝置是一種節(jié)能、環(huán)保、安全的廢氣處理系統(tǒng)，能夠在丙烯腈裝置上工業(yè)化應用，并達到處理吸收塔放空尾氣，并確保合格排放的要求，是一種成熟的工藝技術。

10.3969/j.issn.1008-1267.2011.03.015

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1008-1267（2011）03-0044-03

2010-11-22