硫磺回收裝置低負荷啟動的探討與實踐

楊麗娜 （內(nèi)蒙古大唐國際克什克騰煤制天然氣有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 赤峰 025350）

李鐵軍（ 山東三維石化工程股份有限公司 山東 淄博 255000）

煤化工生產(chǎn)中，煤中的硫以硫化氫的形式被分離，送到硫磺回收裝置進行處理，最后以固體或液體硫磺的形式儲存、運輸以及銷售。煤化工裝置滿負荷運行時所產(chǎn)生的硫化氫可以順利的被處理，但是開、停工期間由于上游裝置的負荷變化造成硫磺回收裝置的原料——硫化氫的量低于硫磺回收裝置的設(shè)計操作范圍，導(dǎo)致絕大部分硫化氫在開工初期排放火炬，對周圍環(huán)境造成巨大的污染。隨著國家逐步加強對污染物二氧化硫排放的控制，硫磺回收裝置的低負荷啟動問題不得不提到議事日程上來。如何降低硫磺回收裝置的啟動負荷，實現(xiàn)硫磺回收裝置的全方位運行將大大減少污染物的排放，給予企業(yè)保駕護航。

1 硫磺回收工藝描述

在化工企業(yè)中一般均采用工藝路線成熟的高溫?zé)岱磻?yīng)和兩級催化反應(yīng)的Claus硫回收工藝，根據(jù)酸性氣中H2S含量不同，通常采用部分燃燒法和分流法，酸性氣濃度較高時采用的是部分燃燒法，此法是將全部原料氣引入制硫燃燒爐，在爐中按制硫所需的O2量嚴格控制配風(fēng)比,使H2S燃燒后生成SO2的量滿足H2S/SO2接近于2,H2S與SO2在爐發(fā)生高溫反應(yīng)生成氣態(tài)硫磺。未完全反應(yīng)的H2S和SO2再經(jīng)過轉(zhuǎn)化器，在催化劑的作用下，進一步完成制硫過程。對于含有少量烴類的原料氣用部分燃燒法可將烴類完全燃燒為CO2和H2O，使產(chǎn)品硫磺的質(zhì)量得到保證。部分燃燒法工藝成熟可靠，操作控制簡單，能耗低，是目前國內(nèi)外廣泛采用的制硫方法。

從硫磺回收部分排出的制硫尾氣,仍含有少量的H2S、SO2、COS、Sx等有害物質(zhì)，直接焚燒后排放達不到國家規(guī)定的環(huán)保要求。硫磺回收尾氣處理方法主要有低溫克勞斯法、選擇氧化法、還原吸收法。根據(jù)國家環(huán)保局1997年開始實施的排放標(biāo)準《大氣污染物綜合排放標(biāo)準》GB16297-1996的規(guī)定，除要求煙囪的排放高度和SO2的排放量的關(guān)系外，還限制SO2最高排放濃度為960mg/m3，這就要求硫磺回收率達到99.8%以上，尾氣氨法脫硫可以滿足要求。

由尾氣焚燒爐出來的煙氣通過原煙氣擋板門進入多功能煙氣脫硫塔濃縮段，蒸發(fā)濃縮硫酸銨溶液，煙氣溫度降至大約60℃，再進入吸收段，與吸收液反應(yīng)，其中的SO2大部分被脫除，其他酸性氣體（HCl、HF）在脫硫塔內(nèi)也同時被脫除掉，煙氣溫度被進一步降至43-50℃左右，吸收后的凈煙氣經(jīng)除霧器除霧，由脫硫塔煙囪直接排放，煙氣可達到小于200mg/m3。

2 硫磺回收裝置的操作彈性

從硫磺回收及尾氣處理工藝路線上我們可以清晰的看到制約硫磺回收裝置操作彈性底限的關(guān)鍵因素在于制硫燃燒爐的反應(yīng)熱。制硫爐內(nèi)部的反應(yīng)熱作為主要能源必須能夠支撐整個克勞斯反應(yīng)的連續(xù)進行，否則就會造成卡勞斯反應(yīng)的終止。也就是說，此時達到了裝置操作運行的底線。針對硫磺回收裝置來說，裝置操作運行的底限不能簡單的以硫化氫的量來判斷，而應(yīng)該以原料燃燒產(chǎn)生的熱量多少來決定。

整個系統(tǒng)的能量輸出包括以下幾個方面：

2.1 系統(tǒng)設(shè)備的表面熱量散失。

為保證克勞斯工藝的正常運作，必須保證制硫燃燒爐的溫度在975℃以上以及兩臺轉(zhuǎn)化器的溫度保持在適當(dāng)?shù)臏囟?。前者的目的在于確保制硫燃燒爐的燃燒效率以及最低的殘氧量，后者主要是保證克勞斯反應(yīng)的順利進行。由此產(chǎn)生的相應(yīng)設(shè)備熱損失就不可避免。設(shè)備熱損失能夠占到整體反應(yīng)熱的5-8%。

2.2 工藝過程中必要的能量流動。

為保證該得硫磺轉(zhuǎn)化率，應(yīng)保證制硫燃燒爐在高溫運行，而兩級轉(zhuǎn)化反應(yīng)則盡量降低反應(yīng)溫度，有利于硫化氫與氧氣的反應(yīng)向反應(yīng)方程式右側(cè)進行，因此，克勞斯工藝中需要利用硫冷凝器在適當(dāng)?shù)臅r機通過換熱取走反應(yīng)熱量，同時捕集截流反應(yīng)中生成的液態(tài)硫磺。此過程也消耗整個克勞斯工藝的熱量。

這兩項能量的輸出是不可避免的，而且由于工藝條件決定了相應(yīng)設(shè)備的工藝指標(biāo)溫度，因此裝置的熱損耗相對來說是固定的。因此，制約硫磺回收裝置操作運行的底限在于原料的焓值。

3 尋求低負荷啟動的措施

方案的確定

增加硫磺回收裝置原料焓值的方法包括如下方案：

3.1 整體提高原料以及空氣的溫度。

3.2 混摻高焓值組分進入原料內(nèi)部，從而提高原料的焓值。

整體提高硫磺回收裝置的原料需要增加換熱設(shè)施，同時也需要消耗高品質(zhì)的能源，而且提高原料溫度的方法實際上增加了物料的顯熱，成效有限。

混摻高焓值組分可以大幅度提高原料的焓值，確保裝置在低負荷情況下啟動運行，而且調(diào)節(jié)方便，操作性高，是一個相對高效的方法。

混摻組分的確定

硫磺回收及尾氣處理工藝需要的公用工程中包含氫氣、燃料氣，在不增加額外公用工程條件的前提下，達到混摻高焓值組分的目的將極大的增加硫磺回收工藝的可操作性。

兩種介質(zhì)的拌燒硬挨說各有優(yōu)缺點。氫氣屬于潔凈能源，燃燒不生成任何雜質(zhì)，對硫磺回收裝置的產(chǎn)品質(zhì)量無任何影響，屬于混摻組分最佳的選擇。缺點是價格相對昂貴。

燃料氣價格相對低廉，但是混燒存在一定的風(fēng)險，對燃燒器的要求相對比較高，操控不好極易出現(xiàn)析碳的情況，引起系統(tǒng)的堵塞。

綜上分析，如果僅僅作為開、停工期間階段性的輔助手段，氫氣作為拌燒介質(zhì)最為合適。

4 結(jié)語

利用硫磺回收裝置原有工藝物料——氫氣作為裝置低負荷運行的混燒介質(zhì)，不僅極大的提高了裝置低負荷運行的可靠性，極大地降低了開工期間對環(huán)境的污染，而且對原有工藝和產(chǎn)品不會產(chǎn)生任何影響，對于化工企業(yè)逐步實現(xiàn)清潔生產(chǎn)具有重要的意義。