工业尾气催化燃烧处理系统操作手册

浙江华辰能源有限公司浙江华辰能源有限公司 22 万吨万吨/年顺酐工程年顺酐工程 化工尾气催化燃烧处理系统化工尾气催化燃烧处理系统 工艺操作手册工艺操作手册 项目名称：22 万吨/年顺酐工程 买 方：浙江华辰能源有限公司 卖 方：上海东化环境工程有限公司 编制单位：上海东化环境工程有限公司 编 号：SDEEC-ZJHC-CZSC-01 编制日期：2011 年 2 月 15 日 上上海海东东化化环环境境工工程程有有限限公公司司 Shanghai Donghua Environment Engineering Corp. SDEEC 1 编编 制制 人人 员员 设设 计计：顾俊璟（上海东化环境工程有限公司工程师） 王锡兵（上海东化环境工程有限公司工程师） 周杨炎（上海东化环境工程有限公司工程师） 校 核：胡家肃（上海东化环境工程有限公司工程师） 审 核：何军民（上海东化环境工程有限公司工程师） 审 定：赵小平（上海东化环境工程有限公司总经理） 2 目目 录录 1总则总则 .1 1.1概述.1 1.2编制依据.1 2工艺说明工艺说明 .1 2.1工艺原理.1 2.2尾气组成及数据分析.1 2.3工艺流程说明.3 2.4工艺特点.4 2.5操作变量分析.4 3系统操作系统操作 .5 3.1开车准备.5 3.2开车程序.6 3.3正常操作程序.8 3.4正常停车程序.8 3.5事故处理程序及应急处理.9 4采样采样 .9 5健康、安全、环保说明健康、安全、环保说明 .10 5.1装置中危险物料性质及特殊的贮运要求.10 5.2三废排放说明.11 0 1 1总则总则 1.1概述概述 本工艺操作手册是专门为浙江华辰能源有限公司 22 万吨/年顺酐工程化工尾气催化 燃烧处理系统（以下简称本系统）而编制的。包括总则、工艺说明、开车准备、开 车程序、正常操作程序、正常停车程序、事故处理程序、采样和危险性分析环境保 护等内容，作为浙江华辰能源有限公司 22 万吨/年顺酐工程化工尾气催化燃烧处理 系统操作运行的指导文件。 1.2编制依据编制依据 本操作手册依据浙江华辰能源有限公司 22 万吨/年顺酐工程化工尾气催化燃烧处 理系统施工图设计条件编制。 2 2工艺说明工艺说明 2.1工艺原理工艺原理 顺酐尾气催化燃烧处理系统采用 Sd-Chemie Inc.（SCI）贵金属铂、钯金属蜂窝催化 剂在 200600的条件下催化氧化顺酐尾气中的挥发性有机物，形成对环境无害的 二氧化碳和水，催化氧化反应如下： C2H4O2+2O2=2CO2+2H2O C3H4O2+3O2=3CO2+2H2O C4H10+6.5O2=4CO2+5H2O CO+0.5O2=CO2 2.2尾气组成及数据分析尾气组成及数据分析 2.2.1尾气组成尾气组成 浙江华辰能源有限公司 22 万吨顺酐装置采用正丁烷氧化法工艺，单套系统排出的 尾气组分如表 2.2-1 所示： 表 2.2-1 顺酐尾气组分 尾气成分流量（kg/h）组成（mol%） N265912.0074.64 CO1026.661.16 1 O214199.0014.07 CO21149.720.83 H2O5101.828.98 n-C4（正丁烷）526.00.29 最大 542 最小 517 醋酸31.00.02 丙烯酸26.00.01 合计87973100 温度 45 压力 KPa（G）20 尾气中的主要污染物为正丁烷、丙烯酸和醋酸，一氧化碳在 GB 16297-1997 大气 污染物综合排放标准中没有排放限制要求，但考虑到一氧化碳易造成人身中毒， 因此在系统设计时也将其作为污染物进行考虑。 2.2.2催化剂转化率曲线催化剂转化率曲线 催化剂供应商德国南方化学公司提供的金属蜂窝贵金属催化剂转化率曲线详见下图： 根据上图，可见在 500左右时，催化剂对一氧化碳、醋酸和丙烯酸的转化率都达 2 到了 99%以上；在 550左右时，催化剂对正丁烷的转化率达到了 98%以上。 2.2.3污染物波动浓度范围污染物波动浓度范围 根据设计院提供的尾气组成，顺酐尾气中的污染物浓度波动范围为正丁烷在尾气中 最小流量为 517kg/h，最大流量为 542kg/h，一氧化碳、醋酸和丙烯酸的流量保持稳 定。尾气中的有机物折合非甲烷总烃的浓度波动范围为：5414.85477.1 mg/m3。 2.2.4达标可行性分析达标可行性分析 化工尾气催化燃烧处理系统正常运行状态时，反应器出口温度控制在 580615之 间，根据催化剂的转化率曲线图，在 550时金属蜂窝贵金属催化剂对正丁烷、醋 酸和丙烯酸的转化率都达到了 98%以上，此时，反应器出口净化尾气的非甲烷总烃 的浓度在 108.3109.5 mg/m3之间（低于国家规定的标准值 120 mg/m3） 。而由于反 应器的实际运行温度还要高于 550，催化剂对有机物的实际转化率要高于 98%， 因此实际的转化效果还要比上述指标更好。因此，经过催化氧化处理系统的处理， 顺酐净化尾气完全能满足 GB 16297-1997 大气污染物综合排放标准的排放要求。 2.3工艺流程说明工艺流程说明 从顺酐装置洗涤塔来的顺酐尾气进入化工尾气催化燃烧处理系统界区后，先经尾气 洗涤塔洗涤后进入气液分离器进行气液分离。从气液分离器底部出来的液体返回尾 气洗涤塔底部，顶部出来的顺酐尾气首先与循环鼓风机出口的循环尾气混合，进入 尾气换热器，再经电加热器进入反应器，进行催化氧化反应，将顺酐尾气中的正丁 烷、乙酸和丙烯酸等对环境有害的有机物和一氧化碳转化为对环境无害的二氧化碳 和水；从反应器出来的高温净化尾气经蒸汽过热器和余热锅炉并经尾气换热器将冷 侧顺酐尾气加热到反应器的入口温度后最终入烟囱。 尾气洗涤塔的洗涤分两层进行，从管网来的新鲜工艺水进入塔顶循环液，经溢流后 流入塔的下层填料，经塔底循环泵进行循环。塔底循环泵出口设置一条管线将洗涤 废水送出，进入顺酐装置废水罐。 （详见顺酐尾气催化燃烧处理系统工艺流程图 （PID） ） 在整个反应过程中当尾气中正丁烷量为 526.0kg/h 时，需保证将 30 t/h 4.0MPa（G） 的饱和蒸汽过热到 435以上，并产生 3.7t/h、 4.1MPa（G）的饱和蒸汽。 3 2.4工艺特点工艺特点 采用 Sd-Chemie Inc.（SCI）大规模工业应用的 PRO*VOC 型金属蜂窝贵金属催化 剂(22.2523.253.5)，具有寿命长（35 年） 、阻力小和适应范围广的特点。 可保证在符合设计工况规定的进气条件下，催化反应器出口排放的净化尾气中挥发 性有机物的浓度达到排放要求。 2.5操作变量分析操作变量分析 影响顺酐尾气催化燃烧处理系统的主要操作变量有顺酐尾气组成、循环尾气量、催 化反应器入口温度、催化反应器出口温度和催化反应器压降。 2.5.1顺酐尾气组成顺酐尾气组成 顺酐尾气催化氧化反应属于强放热反应，尾气中有机物的含量对反应放热量起着非 常重要的作用。尾气中乙酸、丙烯酸、丁烷和一氧化碳的含量高，反应放热量就大， 系统的绝热温升就高；尾气中乙酸、丙烯酸、丁烷和一氧化碳的含量低，反应放热 量就少，系统的绝热温升就低。在顺酐装置生产不正常时，尾气中丁烷的含量波动 较大，会严重影响到尾气处理系统的运行，甚至导致催化剂的烧毁。因此，在顺酐 装置生产不正常时，严禁将顺酐尾气引入尾气处理系统，应从尾气处理系统的旁路 直接排入烟囱。只有在尾气组成稳定且尾气中的有机物含量在规定范围内时才能将 尾气引入顺酐尾气催化燃烧处理系统。 2.5.2循环尾气量循环尾气量 顺酐尾气经过催化反应器的绝热温升有 300350，而正常操作时需要控制系统的 绝热温升在 250300，因此需要向尾气处理系统中加入稀释气体以降低系统的绝 热温升。顺酐尾气催化燃烧处理系统采用循环经过处理后的净化尾气来稀释进料顺 酐尾气，控制系统的绝热温升在 250300。系统稳定时控制催化反应器的入口温 度在 300330之间，催化反应器的出口温度稳定在 580615之间。 2.5.3催化反应器入口温度催化反应器入口温度 催化反应器的入口温度是控制顺酐尾气催化燃烧处理系统最重要的操作参数之一。 正常操作工况下，催化反应器的入口温度温度控制在 300330之间，低于正常操 作温度，催化剂的活性低，无法完全转化尾气中的有机物；高于正常操作温度，系 统容易形成飞温，甚至会烧毁催化剂床层。 4 催化反应器入口温度的控制通过调节电加热器入口旁路调节阀 TV-1612/2612 的开度 来实现。正常工况下 TV-1612/2612 处于全关状态，当催化反应器入口温度超过操作 范围时，打开 TV-1612/2612 以控制催化反应器入口温度在正常的操作范围内。 2.5.4催化反应器出口温度催化反应器出口温度 催化反应器的出口温度是顺酐尾气催化燃烧处理系统的另一个最重要的操作参数。 正常操作工况下，催化反应器的出口温度控制在 580615。催化反应器的出口温 度与催化反应器的入口温度、顺酐尾气的组成和循环尾气量有关。正常操作过程中 应保持催化反应器入口温度不变，催化反应器出口温度低于正常操作温度，无法完 全转化尾气中的有机物，应提高催化反应器的入口温度；但同时，反应器的出口温 度也不能太高，如果催化反应器的出口温度高于最高操作温度，就会缩短催化剂寿 命甚至烧毁催化剂。 2.5.5催化反应器压降催化反应器压降 在正常操作工况下，顺酐尾气经过催化反应器床层的压降很小，约为 6.0kpa。催化 反应器催化剂床层的压降增大，意味着催化剂被堵塞，此时应对催化剂进行清洗或 更换。 3 3系统操作系统操作 3.1开车准备开车准备 3.1.1管道和设备洁净检查管道和设备洁净检查 以下污染物会使催化剂中毒或堵塞，并缩短催化剂的寿命：铅、汞、砷、锑、锌、 铜、锡、铁、镍、铬、硫、硅、磷等元素。因此在本系统开车前一定要清理干净顺 酐尾气催化燃烧处理系统管道和设备中的上述物质和灰尘及杂物，这一点对新开工 的设备和管道系统非常重要，以确保催化剂不被污染和堵塞。 3.1.2DCS、阀门和仪表检查、阀门和仪表检查 开工前应仔细检查 DCS 显示、控制、报警和联锁是否工作正常；仔细检查顺酐尾气 催化燃烧处理系统各阀门的调节、启闭和联锁是否工作正常，确认阀门 XV- 1619/2619、TV-1612/2612、TV-1620/2620、TV-1621/2621、TV-1622/2622 都处于关 闭状态，阀门 XV-1618/2618、HV-1601/2601 处于全开状态；仔细检查尾气处理系统 所有的仪表（包括流量计、温度计、压力表等）是否工作正常。 5 3.1.3设备检查设备检查 开工前应仔细检查尾气洗涤塔、塔顶循环泵、塔底循环泵、空气过滤器、空气鼓风 机、循环鼓风机、电加热器、尾气换热器、蒸汽过热器、催化反应器和余热锅炉是 否正常工作。 3.2开车程序开车程序 3.2.1尾气处理系统预热尾气处理系统预热 3.2.1.1 在主装置开车之前，首先要对化工尾气催化燃烧处理系统进行预热。 3.2.1.2 启动空气鼓风机（启动之前确认风机轴承箱冷却水系统已经投用） ，通过调节入口阀 门 TV-1620/2620 的开度来调节空气流量 FICA-2605 为 60008000Nm3/h。 3.2.1.3 启动电加热器，通过调节电加热器的输出功率循环加热空气来控制电加热器的出口 温度 TIC-1610/2610 为 220。 3.2.1.4 当反应器出口温度达到 80左右时，逐渐向蒸汽过热器导入少量饱和蒸汽，同时， 打开蒸汽过热器管程的排凝阀门，最终系统预热到 220左右，保持稳定。 3.2.1.5 关闭塔顶循环泵 P-1602A/2602A 和 P-1602B/2602B 的出口截止阀，将新鲜工艺水 （流量维持在 1.5m3/h 左右）注入尾气洗涤塔，并通过塔顶溢流液口溢流到塔底。 通过塔底就地液位计观察到塔底液位达到 50%的时候（大约需要 8 小时） ，开启 P- 1601A/2601A 塔底循环泵，进行塔底循环。同时开启 P-1602A/2602A 塔顶循环泵， 进行塔顶循环。 3.2.1.6 通过调节循环泵 P-1601A/2601A 和 P-1602A/2602A 的出口截止阀，分别调节塔底循 环流量 FI-1602/2602 为 50m3/h 和塔顶循环流量 FI-1603/2603 为 45m3/h。 3.2.1.7 打开塔底液位控制阀 LV-1601/2601 的前后闸阀，在 DCS 设定 LV-2601 的控制指标 为 50%，通过阀门 LV-1601/2601 自动控制塔底液位 LICA-1601/2601 保持在 50%。 3.2.1.8 打开余热锅炉汽包放空阀门，关闭所有锅炉的连排及定排阀门，打开余热锅炉给水 阀门 LV-1606/2606（蒸汽调节阀 PV-1610/2610 保持关闭） ，向余热锅炉注入锅炉给 水，直至汽包液位（通过 LIA-1603/2603 和 LICA-1606/2606 观察并通过就地液位计 确认）达到 50%。 3.2.1.9 主装置空气进风后，打开尾气进口阀 TV-1619/2619，关闭系统旁路调节阀 TV- 1618/2618，将空气导入尾气洗涤系统，并经气液分离器分离游离水后通过调节阀 XV-1619/2619 进入系统。 6 3.2.2尾气投料尾气投料 3.2.2.1 随着主装置正丁烷的逐渐投料，进入化工尾气催化燃烧处理的空气中有机物浓度开 始上升，仔细观察反应器的入口温度和出口温度的变化情况，如果反应器出口温度 逐渐上升并开始大于入口温度，则表明尾气中的有机物已经在催化剂的表面发生了 氧化反应。此时，应注意控制主装置正丁烷投料的速率，保证反应器出口温度平稳 上升。 3.2.2.2 反应器温度上升的同时，观察蒸汽过热器饱和蒸汽管线和过热蒸汽管线的温度变化， 逐渐向蒸汽过热器导入部分饱和蒸汽。控制蒸汽过热器烟道出口温度在 300左右， 准备锅炉升压。 3.2.2.3 锅炉升压之前，详细检查锅炉所有接管上阀门和仪表的状态。现场关闭汽包顶部放 空阀门，由于在低压时，远传液位显示比实际的低，现场仔细观察就地液位并与 DCS 通讯保证液位处于正常范围(压力上升后，远传液位计读数逐渐准确)。维持连 排打开小的开度排污。 3.2.2.4 锅炉升压的过程冲，主装置正丁烷投料速率要保持缓慢且稳定。 3.2.2.5 当余热锅炉压力升至 0.1MPa 时冲洗液位计，在冲洗过程中应注意冲洗前后的液位 变化和炉水的清晰度，冲洗操作应谨慎小心并注意安全。当余热锅炉压力升至 1.0MPa 时，热紧管线及仪表接管法兰的螺栓打开锅炉各定排阀门，排污一次。 3.2.2.6 当汽压升至 2.0 MPa 时，开蒸汽主汽阀门，进行主蒸汽暖管。并再打开锅炉各定排 阀门，排污一次，排污时间不超过 30s。并对液位计再次冲洗。 3.2.2.7 当汽压升至 3.0 MPa 时，再打开锅炉各定排阀门，排污一次，排污时间不超过 30s。 3.2.2.8 当汽压升至 4.2MPa 时，打开蒸汽主汽阀门，将蒸汽送到管网，并根据运行情况将 余热锅炉给水控制和主汽阀门控制投自动。 3.2.2.9 当反应器 R-2601 出口温度 TIC-1620/2620 达到 550时（当反应器入口温度大于 220时，在反应器出口温度持续升高的过程中，可手动逐渐关闭电加热器） ，启动 循环鼓风机，通过手动调节入口阀门 TV-1621/2621 的开度来调节循环尾气流量 FI- 1606/2606 为 8000Nm3/h。 3.2.2.10 开启循环鼓风机的时候，反应器出口温度会有下降，此时现场手动关闭空气鼓风机， 同时关闭空气鼓风机的进出口阀门。 3.2.2.11 通过调节阀门 TV-1621/2621 的开度来控制反应器出口温度在 580左右。 7 3.2.2.12 当顺酐主装置正丁烷投料完毕，负荷稳定，尾气都导入了尾气催化燃烧处理系统以 后，即完成了尾气的导入工作。在导入尾气的整个过程中，通过阀门 TV-1612/2612 控制反应器入口温度维持在 300（可在 DCS 里设定 TIC-1612/2612 的控制指标为 300，并投入自动） 。 3.2.2.13 通过调节阀门 TV-1612/2612 控制反应器入口温度维持在 300左右；通过调节阀门 TV-1621/2621 控制反应器出口温度维持在 580左右；通过调节阀门 PV-1610/2610 控制输出蒸汽量；通过现场手动调节蒸汽过热器旁路阀维持 TI-1625/2625 在 435 左右。仔细调节各阀门，维持整个顺酐尾气催化燃烧处理系统的平稳运行。当过热 蒸汽顺利导入主装置蒸汽透平即意味着顺酐尾气催化燃烧处理系统开车过程结束。 3.3正常操作程序正常操作程序 3.3.1顺酐尾气催化燃烧处理系统由尾气洗涤与催化燃烧两部分组成，在正常操作过程中， 应维持尾气洗涤部分的平稳运行，以保障催化燃烧部分的顺利进行。 3.3.2在正常运行时，通过调节阀门 TV-1612/2612 控制反应器入口温度维持在 300左右。 3.3.3通过调节阀门 TV-1621/2621 控制反应器出口温度维持在 580左右。 3.3.4通过调节阀门 PV-1610/2610 控制输出蒸汽量；通过现场手动调节蒸汽过热器 E- 2603 旁路阀维持 TI-1625/2625 在 435左右。 3.4正常停车程序正常停车程序 3.4.1本系统与顺酐主装置同步停车。当主装置停车时，在现场关闭循环鼓风机。同时启 动空气鼓风机，通过调节阀门 TV-1620/2620 控制空气流量 FICA-1605/2605 为 60008000Nm3/h。 3.4.2当主装置空气切换系统之后，关闭顺酐尾气调节阀 XV-1619/2619。 3.4.3顺酐尾气调节阀 XV-1619/2619 完全关闭后，停止锅炉给水和饱和蒸汽的加入。 3.4.4利用空气鼓风机对尾气催化燃烧处理系统进行吹扫，当反应器出口温度降至 50以 下时，即可停止空气鼓风机。 3.4.5现场手动停止塔底循环泵和塔顶循环泵。 3.4.6打开余热锅炉、蒸汽过热器和尾气洗涤塔的的排液口，排净设备中残存的液体。即 完成了整个顺酐尾气催化燃烧处理系统的停车工作。 8 3.5事故处理程序事故处理程序及应急处理及应急处理 3.5.1化工尾气催化燃烧处理系统的事故工况主要形成原因在于尾气中的有机物浓度超标 和设备出现故障，为保护系统催化剂及安全环保的需要，应对尾气处理系统及主装 置进行紧急停车。 3.5.2如果反应器出口温度超温、主装置空压机跳车、TICA-1622/2622 超过 440、循环 鼓风机故障停车任一因素触发联锁 I-1601/2601，将导致尾气催化燃烧处理系统紧急 停车。 3.5.3如果是反应器出口温度超温、TICA-1622/2622 超过 440引起的紧急停车，操作人 员应迅速通知值班长，判断事故原因，如果是主装置有机物浓度较快增长，应及时 减小正丁烷的投料量，同时停止锅炉给水的加入，通知现场操作工停循环风机同时 启动气鼓风机，通过调节阀门 TV-1620/2620 控制空气流量 FICA-1605/2605 为 60008000Nm3/h 对尾气催化燃烧处理系统进行冷却。 3.5.4如果是主装置空压机跳车，操作人员应迅速通知值班长，并停止正丁烷投料，同时 停止锅炉给水的加入，通知现场操作工停循环风机同时启动气鼓风机，通过调节阀 门 TV-1620/2620 控制空气流量 FICA-1605/2605 为 60008000Nm3/h 对尾气催化燃 烧处理系统进行冷却。 3.5.5如果是循环鼓风机发生故障停车，可以在停车后通过启动空气鼓风机代替循环鼓风 机的方式重新开车。待循环鼓风机维修完毕，再启动循环鼓风机同时将空气鼓风机 退出尾气催化燃烧处理系统。 3.5.6化工尾气催化燃烧处理系统紧急停车后，顺酐主装置应采取措施同步停车，以保证 没有任何污染物排入大气。 4 4采样采样 表 5-1 分析化验项目表 序 号 化验物料名称化验项目控制范围(mol%) 正 常 化验频度 开 工 化验频度 1C4H100.280.30每班一次每班二次 2 顺酐尾气 CO1.20每班一次每班二次 3烟囱入口净化气非甲烷总烃120mg/m3每班一次每班二次 9 5 5健康、安全、环保说明健康、安全、环保说明 5.1装置中危险物料性质及特殊的贮运要求装置中危险物料性质及特殊的贮运要求 5.1.1正丁烷正丁烷 无色气体，有轻微的不愉快气味，相对分子量 58.12，相对密度 0.58，沸点-0.5， 饱和蒸汽压 106.39kPa（20） ，易溶于水、醇、氯仿。高浓度有窒息和麻醉作用。 急性中毒的主要症状有头晕、头痛、嗜睡和酒醉状态、严重者可昏迷。慢性中毒主 要有头晕、头痛、睡眠不佳、疲倦等症状。爆炸极限范围：1.58.5%（V） 。 5.1.2一氧化碳一氧化碳 无色无臭气体，与血红蛋白的结合率约比氧大 210 倍，羰络血红蛋白一经形成离解 很慢，导致组织缺氧。轻度急性中毒有头痛、头晕、心跳加速、恶心、呕吐、腹痛、 全身无力等症状。严重时，昏迷，呼吸麻痹而死；慢性的影响有倦怠、头痛、头晕、 记忆力减退、易怒、消化不良等。爆炸极限范围：12.574.2%（V） 。 5.1.3丙烯酸丙烯酸 若皮肤上接触到丙烯酸，则立即产生水泡和脱皮，长时间接触丙烯酸蒸汽则会刺激 眼睛，吸入时由于刺激呼吸道粘膜而感到疼痛。 5.1.4中毒防范中毒防范 顺酐尾气中含有一氧化碳和正丁烷等易使人中毒的气体组分，顺酐尾气