硫黃回收裝置標(biāo)定考核及技術(shù)分析

陶 樂(lè)，張今龍，魏振軍

(神華包頭煤化工有限責(zé)任公司 內(nèi)蒙古包頭 014010)

22 kt/a硫黃回收裝置采用SSR工藝技術(shù)，于2008年3月開工建設(shè)，2009年11月中交，2010年6月5日引酸性氣開工并產(chǎn)出合格硫黃產(chǎn)品，標(biāo)志著該硫黃回收裝置投料試車一次成功。該裝置在2016年檢修時(shí)，首次改用LS系列催化劑，開車及運(yùn)行情況良好。

1 工藝技術(shù)特點(diǎn)[1]

該硫黃回收裝置由兩級(jí)克勞斯、尾氣加氫還原吸收、胺液再生、液硫脫氣和尾氣焚燒五大部分組成?？藙谒共糠植捎弥绷魇讲糠秩紵?，使來(lái)自變換汽提系統(tǒng)含氨不凝氣和低溫甲醇洗系統(tǒng)的酸性氣在溫度1 250 ℃以上進(jìn)行克勞斯反應(yīng)，將變換汽提系統(tǒng)含氨不凝氣中的NH3全部轉(zhuǎn)化為N2和H2O。制硫燃燒爐采用加拿大AECOMETRIC燒嘴，以保證酸性氣中氨和其他烴類雜質(zhì)完全燃燒。制硫反應(yīng)器采用高低溫過(guò)程氣摻合工藝，操作控制簡(jiǎn)單，具有較大的操作靈活性。

尾氣吸收采用加氫還原吸收法。來(lái)自克勞斯的尾氣摻入氫混合以后被加熱至280 ℃，在鈷、鉬催化劑的作用下，尾氣中攜帶的單質(zhì)硫和SO2進(jìn)行加氫反應(yīng)，COS和CS2進(jìn)行水解反應(yīng)。吸收、再生部分采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%的MDEA水溶液作為脫硫劑，可以使凈化后的尾氣中含硫化氫體積分?jǐn)?shù)≤0.01%。

采用地下液硫儲(chǔ)槽進(jìn)行液硫脫氣。液硫儲(chǔ)槽主體為水泥結(jié)構(gòu)，設(shè)置抗腐蝕性能良好的保溫層，儲(chǔ)槽底部鋪設(shè)加熱盤管。利用循環(huán)脫氣泵使液硫中的H2S逸入氣相中，經(jīng)抽氣器送入尾氣焚燒爐焚燒。

為了使尾氣中的H2S充分燃燒生成SO2，必須控制尾氣焚燒爐的溫度，使其最大限度燃燒；同時(shí)還應(yīng)控制空氣和燃料氣量，防止氮氧化物的生成。

2 標(biāo)定考核情況

為了考核硫黃回收裝置最大負(fù)荷(裝置負(fù)荷以硫黃產(chǎn)量計(jì)，下同)下的運(yùn)行情況，深入了解LS系列催化劑的性能，于2016年8月2日07：00對(duì)硫黃回收裝置進(jìn)行96 h的標(biāo)定考核。

2.1 原料情況

硫黃回收裝置標(biāo)定期間，來(lái)自低溫甲醇洗系統(tǒng)的酸性氣流量為2 830～2 999 m3/h(標(biāo)態(tài))，平均流量為2 902 m3/h(標(biāo)態(tài))，酸性氣中含硫化氫體積分?jǐn)?shù)34.4%；來(lái)自變換汽提系統(tǒng)的含氨不凝氣流量為2 892～2 956 m3/h(標(biāo)態(tài))。標(biāo)定期間裝置原料情況如表1所示。

表1 標(biāo)定期間裝置原料情況

2.2 催化劑技術(shù)指標(biāo)

本次硫黃回收裝置檢修后，將催化劑更換為L(zhǎng)S- 300制硫催化劑、LS- 971抗漏氧保護(hù)制硫催化劑及LS- 951T尾氣加氫催化劑，其中制硫一級(jí)反應(yīng)器上層1/3高度裝填LS- 971抗漏氧保護(hù)制硫催化劑。LS- 300制硫催化劑、LS- 971抗漏氧保護(hù)制硫催化劑及LS- 951T尾氣加氫催化劑主要技術(shù)指標(biāo)如表2所示。

2.3 主要運(yùn)行數(shù)據(jù)

標(biāo)定期間硫黃回收裝置主要運(yùn)行數(shù)據(jù)如表3所示。

表2 LS系列催化劑主要技術(shù)指標(biāo)

表3 標(biāo)定期間硫黃回收裝置主要運(yùn)行數(shù)據(jù)(2016年)

2.4 物料平衡

硫黃回收裝置標(biāo)定期間保持較高的酸性氣處理負(fù)荷，8月3日裝置負(fù)荷達(dá)到了最大值100.3%，酸性氣流量為2 999 m3/h(標(biāo)態(tài))，裝置酸性氣負(fù)荷達(dá)到標(biāo)定考核要求。硫黃回收裝置物料平衡數(shù)據(jù)如表4所示。

表4 硫黃回收裝置物料平衡數(shù)據(jù)

2.5 裝置能耗

在標(biāo)定期間，硫黃回收裝置共回收生產(chǎn)優(yōu)等品固體硫黃200 t，裝置平均負(fù)荷為95%。硫黃回收裝置生產(chǎn)噸硫黃的標(biāo)定值與設(shè)計(jì)值比較如表5所示。

表5 硫黃回收裝置生產(chǎn)噸硫黃的標(biāo)定值與設(shè)計(jì)值比較

標(biāo)定期間生產(chǎn)噸硫黃的能耗略高于設(shè)計(jì)值，主要是以下幾個(gè)因素綜合作用的結(jié)果。

(1)實(shí)際循環(huán)水消耗量高于設(shè)計(jì)值，主要原因是標(biāo)定時(shí)處于夏季，氣溫相對(duì)較高，循環(huán)水消耗量較大。

(2)實(shí)際電耗低于設(shè)計(jì)值，主要原因是將空冷器電機(jī)改為變頻電機(jī)并加強(qiáng)裝置照明等管理，使電耗大幅下降。

(3)實(shí)際燃料氣的消耗量高于設(shè)計(jì)值，主要原因是裝置所處理的酸性氣濃度相對(duì)較低，采用燃料氣作為伴燒氣以提高制硫爐的爐膛溫度，使燃料氣消耗量大幅增加。

(4)實(shí)際氮?dú)獾南牧扛哂谠O(shè)計(jì)值，主要原因?yàn)檠b置酸性氣和含氨不凝氣混合處經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)結(jié)晶，導(dǎo)致含氨不凝氣管線堵塞，因此采用通入氮?dú)獾姆绞揭苑乐勾颂幃a(chǎn)生結(jié)晶，由此導(dǎo)致氮?dú)庀牧吭黾印?/p>

2.6 產(chǎn)品質(zhì)量

標(biāo)定期間對(duì)硫黃產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行了2次分析(表6)，均達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《工業(yè)硫磺 第1部分：固體產(chǎn)品》(GB/T 2449.1—2014)優(yōu)等品指標(biāo)的要求。

表6 硫黃產(chǎn)品質(zhì)量分析結(jié)果 %

2.7 煙道氣排放濃度分析

標(biāo)定期間委托環(huán)境監(jiān)測(cè)站對(duì)硫黃回收裝置排放煙道氣中的SO2、NOx和H2S濃度進(jìn)行了檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如表7所示。

表7 排放煙道氣檢測(cè)結(jié)果

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB l6297—1996)要求高度為100 m的煙囪SO2最高允許排放質(zhì)量濃度為960 mg/m3，SO2最大排放速率為170 kg/h。從表7檢測(cè)結(jié)果來(lái)看，硫黃回收裝置的SO2排放濃度和排放速率均優(yōu)于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。但是按照新的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《石油煉制工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 31570—2015)的要求，自2017年7月1日起，現(xiàn)有的硫黃回收裝置SO2排放質(zhì)量濃度要求小于400 mg/m3(標(biāo)態(tài))，裝置現(xiàn)有的SO2排放值已不能滿足新標(biāo)準(zhǔn)要求，須作進(jìn)一步的改造。

3 硫平衡計(jì)算及催化劑轉(zhuǎn)化率計(jì)算

3.1 硫平衡計(jì)算

根據(jù)硫黃回收裝置標(biāo)定期間的數(shù)據(jù)，凈化后尾氣中含硫化氫體積分?jǐn)?shù)<0.01%，排放煙道氣中二氧化硫平均質(zhì)量濃度為562 mg/m3。按煙道氣中二氧化硫平均質(zhì)量濃度562 mg/m3、硫化氫平均質(zhì)量濃度6.7 mg/m3進(jìn)行計(jì)算，裝置平均硫回收率為99.65%。標(biāo)定期間裝置硫平衡情況如表8所示。

表8 標(biāo)定期間裝置硫平衡情況

3.2 制硫系統(tǒng)出口總硫回收率

在整個(gè)標(biāo)定期間，進(jìn)硫回收裝置的酸性氣中硫化氫平均體積分?jǐn)?shù)為39.87%，制硫系統(tǒng)出口氣體中含硫化氫體積分?jǐn)?shù)為0.27%，則制硫系統(tǒng)出口硫轉(zhuǎn)化率為99.32%，完全滿足催化劑技術(shù)協(xié)議中要求制硫系統(tǒng)出口總硫轉(zhuǎn)化率≥95%的要求。從裝置整體運(yùn)行情況來(lái)看，本次更換的LS系列催化劑優(yōu)于上爐催化劑，在硫黃采樣分析中也未發(fā)現(xiàn)有催化劑成分，充分表明LS系列催化劑在運(yùn)行過(guò)程中沒(méi)有出現(xiàn)粉化現(xiàn)象。

4 其他技術(shù)分析

硫黃回收系統(tǒng)壓力是制約硫轉(zhuǎn)化率的重要因素。從本次標(biāo)定結(jié)果可以看出，制硫爐爐頭壓力已達(dá)到了極限值(表3)，如果上游出現(xiàn)波動(dòng)，將會(huì)出現(xiàn)制硫空氣無(wú)法加入而導(dǎo)致硫化氫、二氧化硫分析儀失調(diào)的現(xiàn)象，最終使尾氣中二氧化硫含量升高，此現(xiàn)象在夏季更為明顯。針對(duì)這一情況，正在進(jìn)行投用低壓氧氣的前期準(zhǔn)備工作，屆時(shí)硫黃回收裝置的負(fù)荷將有更大的提升空間。

5 結(jié)語(yǔ)

標(biāo)定期間硫黃回收裝置酸性氣進(jìn)料量達(dá)到滿負(fù)荷生產(chǎn)的指標(biāo)要求，標(biāo)定考核結(jié)果顯示：該裝置滿負(fù)荷運(yùn)行工況良好，關(guān)鍵操作數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)基本一致[2]，設(shè)備運(yùn)行正常；硫黃產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到GB/T 2449—2014優(yōu)等品指標(biāo)要求，煙道氣中SO2排放濃度與排放速率均優(yōu)于GB 16297—1996標(biāo)準(zhǔn)的限值。通過(guò)本次標(biāo)定考核，體現(xiàn)出SSR硫黃回收工藝具有技術(shù)成熟、能耗低、操作彈性大以及原料適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)；同時(shí)，LS系列催化劑完全可以滿足煤化工行業(yè)硫黃回收裝置在不同負(fù)荷下的生產(chǎn)需要。硫黃回收裝置檢修后，硫黃產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定，排放煙道氣中SO2質(zhì)量濃度遠(yuǎn)低于960 mg/m3(標(biāo)態(tài))，但要滿足SO2質(zhì)量濃度低于400 mg/m3(標(biāo)態(tài))的新標(biāo)準(zhǔn)要求，還需進(jìn)行一系列的改造工作。