硫磺裝置控制系統(tǒng)的優(yōu)化

董光斌，姜 磊

（ 中國石油寧夏石化公司，寧夏銀川 750026）

隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，環(huán)保壓力日益嚴峻，石油石化行業(yè)尤為突出， 實現(xiàn)裝置達標排放和完成年度減排任務(wù)是當前的重點工作。國家最新發(fā)布的《 石油煉制工業(yè)污染物排放標準》，確定了新的排放標準，不再執(zhí)行《 污水綜合排放標準》（ GB 8978-1996）、《 大氣污染物綜合排放標準》（ GB 16297-1996）和《 工業(yè)爐窯大氣污染物排放標準》（ GB 9078-1996）。 硫磺回收裝置尾氣SO2排放濃度由小于960 mg/m3調(diào)整到小于400 mg/m3，特定地區(qū)小于100 mg/m3，如何實現(xiàn)裝置的穩(wěn)定達標排放非常重要。 寧夏石化公司地處銀川市屬于特別排放地區(qū)，為了確保裝置穩(wěn)定達標排放，提高硫回收率，對硫磺回收裝置控制系統(tǒng)進行了優(yōu)化改造，采用先進的H2S/SO2比值， 先進的控制系統(tǒng)實現(xiàn)裝置的穩(wěn)定運行。

1 流程與原理

1.1 工藝流程

寧夏石化硫磺裝置采用山東三維石化工程股份有限公司自主開發(fā)的“ SSR”工藝技術(shù)，采用部分燃燒法二級Claus 制硫工藝， 采用部分加氫還原吸收尾氣處理工藝，富胺液進入溶劑再生裝置再生后循環(huán)使用。制硫反應(yīng)溫度控制， 通過摻合制硫燃燒爐高溫氣提高制硫反應(yīng)溫度，一級高溫轉(zhuǎn)化，二級催化轉(zhuǎn)化。 硫磺回收部分排出的尾氣，經(jīng)過加氫還原生成H2S，還原氣經(jīng)溶劑吸收后進焚燒爐焚燒， 達標煙氣高空排放， 吸收了H2S 的富液送至溶劑再生裝置再生后循環(huán)使用。 硫磺回收裝置制硫部分的工藝流程（ 見圖1）。

圖1 硫磺回收裝置工藝流程示意圖

1.2 工藝原理

煉油生產(chǎn)過程中各生產(chǎn)裝置產(chǎn)生的酸性水經(jīng)汽提后產(chǎn)生的酸性氣和脫硫系統(tǒng)、 溶劑再生系統(tǒng)等產(chǎn)生的酸性氣，其主要成分為H2S、NH3、N2、CO2等，硫磺回收裝置將酸性氣中H2S 轉(zhuǎn)化為硫磺，其反應(yīng)過程如下。

約70 %硫化氫與空氣中的氧氣發(fā)生反應(yīng)，生成氣態(tài)S 和H2O，約10 %的硫化氫與氧氣發(fā)生反應(yīng)，生成SO2和H2O；約20 %的硫化氫與二氧化硫發(fā)生反應(yīng)，生成氣態(tài)S 和H2O。

通入過量的空氣，SO2生成量增加，H2S/SO2比值偏低，空氣量不足SO2生成量偏小，H2S/SO2比值偏高，都不利于H2S 和SO2反應(yīng)。

1.3 運行參數(shù)

裝置主要操作參數(shù)（ 見表1）。

表1 裝置主要技術(shù)參數(shù)

2 問題與分析

由于酸性氣體主要來源于酸性水汽提裝置和溶劑再生裝置，受到原油中含硫量、加工量和上游裝置的生產(chǎn)波動等因素的影響，裝置主要存在以下問題。

（ 1）進入裝置的酸性氣流量波動較大，上游裝置的波動，酸性氣進料波動，直接影響進風(fēng)量，造成H2S/SO2比值波動。

（ 2）酸性氣中H2S 濃度波動較大，酸性氣受到溶劑再生裝置溶劑的選擇性、 酸性水汽提裝置操作的穩(wěn)定性和加氫裝置排放的酸性濃度， 進回收裝置的酸性氣H2S 濃度變化，影響風(fēng)量控制。

（ 3）酸性氣中烴類雜質(zhì)含量變化較大。

（ 4）需要補充燃料以維持爐溫。

裝置通過H2S/SO2比值控制空氣量，但受到濃度和進料量等因素變化的影響，空氣量無法穩(wěn)定控制，制硫燃燒爐、 一級轉(zhuǎn)化反應(yīng)器、 二級轉(zhuǎn)化反應(yīng)器中H2S 和SO2反應(yīng)不能正常進行，造成裝置加氫還原、溶劑再生大幅度波動，放空煙氣含硫量偏高，有時SO2排放濃度超過960 mg/m3， 經(jīng)常出現(xiàn)末級冷凝器出口H2S 或SO2含量為零。

3 控制方案

根據(jù)生產(chǎn)工藝反應(yīng)機理， 以DCS 控制系統(tǒng)為基礎(chǔ)，引入先進控制策略，增設(shè)先進控制系統(tǒng)，實現(xiàn)氣風(fēng)比自動精準控制，大幅度提高H2S/SO2比值的平穩(wěn)率，提高硫轉(zhuǎn)化率。

北京華創(chuàng)睿控公司開發(fā)的HCHSmartCS 控制軟件平臺，安裝運行在獨立的工控機上，形成先進控制器，通過DCS 系統(tǒng)中的OPC 數(shù)據(jù)通訊接口實現(xiàn)對DCS 系統(tǒng)的優(yōu)化控制， 使三級冷凝冷卻器出口過程氣中的H2S/SO2接近于2，給制硫燃燒爐、一級轉(zhuǎn)化器、二級轉(zhuǎn)化器創(chuàng)造最佳反應(yīng)條件。 先進控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)框圖（ 見圖2）。

圖2 硫磺裝置H2S/SO2 比值控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

本控制系統(tǒng)針對外部干擾因素，進風(fēng)量兩路控制，根據(jù)酸性氣流量和系統(tǒng)對裝置運行狀況的判斷分析，實時控制和調(diào)整主配風(fēng)量； 副配風(fēng)量的調(diào)節(jié)克服干擾因素實現(xiàn)對H2S/SO2值控制。 此控制技術(shù)主要有以下特點。

（ 1）酸性氣流量影響主、副配風(fēng)，根據(jù)H2S/SO2比值對配風(fēng)的敏感性，建立主、副配風(fēng)參與酸性氣流量跟蹤控制。

（ 2）副配風(fēng)克服它干擾因素的影響，酸性氣中硫化氫、烴類、氨含量的變化對H2S/SO2比值的干擾，表現(xiàn)在耗氧量變化。 由副配風(fēng)及時應(yīng)對這類干擾， 實現(xiàn)對H2S/SO2比值控制。

（ 3）實時自動調(diào)整主配風(fēng)跟蹤比例，實時自動調(diào)整主配風(fēng)跟蹤比例， 使副配風(fēng)運行在40 %～60 %量程范圍內(nèi)，保證副配風(fēng)發(fā)揮最佳作用，同時自適應(yīng)酸性氣中硫化氫含量、烴類雜質(zhì)含量的緩慢變化。

4 應(yīng)用效果

系統(tǒng)從2014 年12 月開始設(shè)計實施，2015 年3 月18 日投用。 以5 min 間隔，采集裝置的2015 年3 月21日8：00 至3 月24 日8：00，連續(xù)72 h，共采集了864 個相關(guān)生產(chǎn)數(shù)據(jù)， 統(tǒng)計分析三級冷凝冷卻器出口過程氣中的H2S/SO2比值指標， 應(yīng)用效果（ 見表2 和圖3、圖4）。

表2 改造前后主要數(shù)據(jù)對比

系統(tǒng)投用前后比值分析儀（ AIC1001.MAES）典型歷史趨勢（ 見圖3～圖4）。 圖中紅線是比值分析儀（ AIC1001.MAES），灰色線分別是含氨酸性氣流量和清潔酸性氣流量。

圖3 投用前歷史趨勢

圖4 投用后歷史趨勢

先進控制系統(tǒng)投用后比值分析儀（ AIC1001.MAES）的平穩(wěn)率得到了顯著提高，實現(xiàn)配風(fēng)由系統(tǒng)自動控制，提高了裝置硫回收率。

5 結(jié)論

在現(xiàn)有生產(chǎn)的工藝流程和DCS 控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上，應(yīng)用先進控制技術(shù)，實現(xiàn)配風(fēng)自動控制，提高H2S/SO2比值的平穩(wěn)率，為制硫燃燒爐、反應(yīng)轉(zhuǎn)化爐創(chuàng)造了最佳反應(yīng)條件，降低尾氣中的硫含量，降低尾氣加氫部分的負荷，降低吸收塔出口凈化尾氣中的硫含量，從而降低裝置排入大氣中的總排硫量。

［ 1］ 陳賡良.克勞斯法硫磺回收工藝技術(shù)進展［ J］.石油煉制與化工，2007，（ 9）：35-40.

［ 2］ 佟新宇. 硫磺裝置比值分析儀在線分析及應(yīng)用控制［ J］.自動化儀表，2009，（ 1）：27-31.