催化焚烧处理苯酐装置尾气的工艺研究

徐航　周亚明　毛向荣

上海建安化工设计有限公司（上海　200437）

节能环保

催化焚烧处理苯酐装置尾气的工艺研究

徐航周亚明毛向荣

上海建安化工设计有限公司（上海200437）

对催化焚烧处理尾气的传统工艺进行了分析，并针对苯酐装置尾气的特点对工艺进行了改进和优化设计，通过路线模拟和工艺计算验证了设计的可行性。

苯酐尾气处理催化焚烧优化设计工艺计算

0　前言

近年来，工业萘价格不断下降，萘法苯酐市场火热，不仅国内多套萘法装置陆续建设投产，许多邻法苯酐装置也进行了技术改造，使用工业萘进料。苯酐大量生产的同时也引申出尾气处理问题，国内采用尾气洗涤吸收副产富马酸和蓄热焚烧两种工艺来处理尾气。实际运行情况显示，两种工艺均存在问题，洗涤吸收工艺除了净化率相对较低外，还由于萘法尾气杂质多，导致洗涤塔堵塞严重；而蓄热焚烧工艺也由于设备频繁切换造成陶瓷和阀门的机械寿命低、维护率高。催化焚烧技术早在20世纪40年代末就已在国外出现，经过几十年的发展，该技术已非常成熟，但由于催化剂的研发问题，该技术在苯酐领域迟迟未能全面铺展。目前，国外已成功研发出针对苯酐装置尾气的专用催化剂，并应用于苯酐装置尾气处理。随着催化剂技术的进步和成熟，催化焚烧工艺转化率高、处理温度低的优势也慢慢显现，该工艺在未来苯酐装置尾气处理领域必将占据一席之地。

1　工艺分析

1.1传统工艺

催化焚烧的传统工艺见图1，尾气通过热量回收装置利用催化焚烧产生的热能升温，经预热器或补充热能达到催化剂起焚的温度后进入催化焚烧反应器，净化后尾气返回至热量回收装置用来预热新进入的尾气，最后排放。传统工艺流程简单、设备少，但是对于反应热能的利用并不充分；虽然设置了热量回收系统对反应后尾气的热能进行回收，但最新催化剂的起焚温度在250～300℃之间，而苯酐尾气焚烧后温度可高于450℃，可见经过热量回收后的尾气仍具有较高温度，还有多余能量可以加以利用。

图1　催化焚烧传统工艺流程简图

1.2改进工艺

为更好地利用苯酐装置尾气的特性，充分发挥反应后高温尾气的作用，在传统工艺的基础上进行改进设计。在系统中设置高、低温尾气换热器，在高温段和低温段分别对新进入的尾气进行预热，换热后最终进入烟囱排放的尾气温度可控制在180℃左右，此举既回收了热能，又能保证合适的尾气排放温度而不对烟囱造成腐蚀和影响；增加余热锅炉，将其与高温尾气换热器并联，这一设计的优势在于当工况发生变化时，根据设定的尾气预热温度，可对高温尾气换热器和余热锅炉相互间的进气量进行控制调整，在保证尾气预热效果后，多余能量在余热锅炉中充分得到回收，保证了系统总体的稳定性，还能够副产高压力等级的饱和蒸汽，系统自给自足的同时，又能产生一定的效益。具体流程如图2所示（预热设备仅在装置启动阶段供热使用）。

2　流程计算

为验证上述改进工艺的理论可行性，以工业萘法年产3万t苯酐装置的相关尾气数据为例，以尾气中有机物转化率为100%来考虑反应温升，对系统中的换热设备和整体流程进行计算，主要结果如表1、表2所示。

图2　改进工艺系统示意图

表1　尾气原始参数

表2　计算结果

通过上述计算，从理论上验证了该改进工艺的可行性。由计算结果可以看到，各换热设备计算通畅，催化反应产生的热能完全可以满足高、低温两级换热器的热负荷要求；尾气排放温度约为180℃，符合烟囱要求，并且在余热锅炉中能够副产约3 000 kg/h的高压蒸汽。在实际的工程运用中，考虑到催化剂转化率和设备的热量损失，副产蒸汽量可能会有一定量的减少。此外，系统压降较低，无需设置引风机即可满足要求。

3　结语

对传统尾气催化焚烧工艺进行了完善，通过改进工艺控制系统的简单方法，提高了操作稳定性。随着国内苯酐装置尾气催化剂开发脚步的加快，研发高性能且具有竞争力的产品，势必会打破当前进口催化剂独领风骚的局面，苯酐装置尾气焚烧催化剂的价格也会逐渐趋于合理。在环保日益重要的大环境下，相较于目前蓄热焚烧和洗涤吸收工艺运行中存在的诸多问题，催化焚烧处理苯酐装置尾气工艺凭借自身的特点和优势将迎来新的生机。

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年生本科工程师主要从事石油化工工艺设计

2015年12月