濕法硫磺成型顆粒效果分析

王　建，黃金剛，吳　昊，包經(jīng)珊，姜　磊（中國(guó)石油寧夏石化公司，寧夏銀川　750026）

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濕法硫磺成型顆粒效果分析

王建，黃金剛，吳昊，包經(jīng)珊，姜磊
（中國(guó)石油寧夏石化公司，寧夏銀川750026）

摘要：濕法硫磺成型機(jī)在國(guó)內(nèi)應(yīng)用還處于起步階段，但因其維護(hù)成本低，檢修方便，粒形飽滿(mǎn)穩(wěn)固，無(wú)粉塵污染、生產(chǎn)安全、操作簡(jiǎn)單可靠等優(yōu)點(diǎn)，使得該設(shè)備在硫磺成型行業(yè)中逐漸被廣泛采用。本文將從硫磺成品形狀大小、含水量?jī)蓚€(gè)方面對(duì)濕法硫磺成型的顆粒效果進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：濕法硫磺造粒；濕法成型機(jī)；硫磺顆粒

在國(guó)內(nèi)，隨著國(guó)家環(huán)保法的實(shí)施以來(lái)，對(duì)于各類(lèi)化工廠的尾氣排放管控越來(lái)越嚴(yán)格，含硫尾氣處理、硫磺產(chǎn)品成型將是一個(gè)重要工藝[1-3]。通過(guò)硫磺回收裝置反應(yīng)生成的硫磺是液態(tài)，如果將液態(tài)硫磺運(yùn)輸至使用單位，需要維持120℃以上的伴熱溫度并且配備相應(yīng)的安全措施，成本太高，目前在國(guó)內(nèi)除沿海極少部分地方用液體運(yùn)輸外，大部分硫回收裝置選擇使用將液體硫磺轉(zhuǎn)換成規(guī)則的固態(tài)顆粒，以便安全、可靠、環(huán)保地運(yùn)輸、倉(cāng)儲(chǔ)和使用。硫磺顆粒由于具有特性穩(wěn)定、流動(dòng)性能優(yōu)越、無(wú)粉塵及無(wú)環(huán)境污染等明顯優(yōu)勢(shì),顆粒硫磺已成為相關(guān)行業(yè)首選。

1　目前市場(chǎng)幾種主流硫磺造粒產(chǎn)品介紹

1.1回轉(zhuǎn)鋼帶造粒

鋼帶造粒適用于10 t/h以下的小規(guī)模裝置，由于該工藝優(yōu)點(diǎn)是：產(chǎn)品粒度分布集中（3 mm～6 mm，其他工藝1 mm～6 mm），顆粒均勻；無(wú)需篩分和返料，工藝過(guò)程簡(jiǎn)單、直接，冷卻水與物料間接接觸換熱，無(wú)三廢排除，能耗低等。目前中、小規(guī)模硫磺造粒裝置的首選方案，缺點(diǎn)是該工藝的單機(jī)處理能力太小，需多機(jī)組并聯(lián)操作才能滿(mǎn)足生產(chǎn)能力的要求，并且鋼帶使用壽命較短（1～2年），更換鋼帶成本太高（一條鋼帶約40萬(wàn)元），占地面積較大，加上國(guó)產(chǎn)鋼帶機(jī)所造片狀硫磺產(chǎn)品強(qiáng)度低，極易粉碎成細(xì)粉狀，在無(wú)法適應(yīng)大規(guī)模硫磺生產(chǎn)的同時(shí)，還為運(yùn)輸和儲(chǔ)備增添了粉塵爆炸隱患。

1.2滾筒造粒

滾筒造粒工藝技術(shù)于1977年首次公布，滾筒造粒工藝是一個(gè)顆粒粒徑逐步增加的過(guò)程[4]，該工藝硫磺產(chǎn)品堆密度大（1 220 kg/m3～1 320 kg/m3），顆粒堅(jiān)硬，沒(méi)有空洞，沒(méi)有構(gòu)造缺陷，具有很強(qiáng)的抗機(jī)械損傷性能，缺點(diǎn)是該工藝操作彈性不大，需要嚴(yán)格控制種粒，液硫和水的加入比例，且調(diào)節(jié)范圍很小，因此不適應(yīng)產(chǎn)量波動(dòng)大的硫磺造粒裝置，而且該造粒工藝的設(shè)備投資相對(duì)較高。

1.3濕法造粒

濕法硫磺造粒技術(shù)在國(guó)外應(yīng)用較為廣泛，它的優(yōu)點(diǎn)比較顯著，對(duì)小規(guī)模和大規(guī)模生產(chǎn)都比較經(jīng)濟(jì)[5，6]，機(jī)械操作可靠，且不易損壞，其生產(chǎn)費(fèi)用和維護(hù)費(fèi)用均低，投資和運(yùn)行成本都較低，且最大生產(chǎn)能力可達(dá)2 000 t/d。缺點(diǎn)是該產(chǎn)品水含量相比其他兩種造粒技術(shù)較高。2015年，對(duì)寧夏石化公司煉油廠硫磺回收裝置所使用濕法硫磺成型機(jī)進(jìn)行了改造升級(jí)，對(duì)分布器（已申請(qǐng)國(guó)家專(zhuān)利），振動(dòng)篩進(jìn)行了改造升級(jí)并且增加了干燥系統(tǒng)后，濕法硫磺成型水含量高的問(wèn)題得到了解決，硫磺顆粒成品含水量完全滿(mǎn)足工業(yè)硫磺標(biāo)準(zhǔn)-GB/T2449-2006《工業(yè)硫磺》中優(yōu)等品標(biāo)準(zhǔn)。

2　濕法硫磺成型工藝簡(jiǎn)介

液硫進(jìn)入位于造粒主機(jī)上部的液硫造粒分布器。生成均勻分布的液硫線(xiàn)并平穩(wěn)地進(jìn)入水中生成液滴，這些液硫滴均勻地分布在主機(jī)的冷卻水中。硫磺液滴在水中逐漸冷卻并固化成球形顆粒。固化硫磺顆粒在主機(jī)冷卻水中沉降到主機(jī)錐形底部并連續(xù)不斷地從底部被排出機(jī)外。

排出主機(jī)外的固體硫磺顆粒連同冷卻水一起進(jìn)入產(chǎn)品脫水篩，安裝在主機(jī)下方的脫水篩將硫磺顆粒脫水成為最終產(chǎn)品。從脫水篩排出的最終產(chǎn)品進(jìn)入包裝系統(tǒng)的產(chǎn)品料斗中。

隨硫磺顆粒從主機(jī)底部排出的冷卻水進(jìn)入脫水篩后作為脫水篩的底流自流到造粒冷卻水沉淀池中。這部分冷卻水在沉淀池中將含有的少量細(xì)粒硫磺沉淀后排入冷卻水循環(huán)水池，與從主機(jī)溢流排出的冷卻水混合。經(jīng)換熱器換熱后的造粒冷卻水返回造粒主機(jī)的冷卻水入口循環(huán)使用。

3　顆粒硫磺形狀形成及影響因素介紹

單質(zhì)硫磺為黃色或淺黃色，微細(xì)無(wú)定形或結(jié)晶性粉末或塊狀。相對(duì)密度（水=1）為2.0。硫磺不溶于水，相對(duì)分子質(zhì)量為32.06，蒸汽壓是0.13 kPa，閃點(diǎn)為207℃，熔點(diǎn)為112℃，沸點(diǎn)為444.6℃。易溶于二硫化碳，不溶于水，略溶于酒精和醚類(lèi)，導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性都很差。硫磺易燃燒，一般燃燒溫度為248℃～261℃。粉狀硫磺燃燒溫度只有190℃。液態(tài)硫磺對(duì)硫化氫的溶解，其溶解度隨溫度升高而增加，溫度下降硫化氫由于溶解度下降而析出。

濕法硫磺成型顆粒為圓形，直徑在2 mm～6 mm（平均4 mm），含水量小于2 %，堆密度1 100 kg/m3，脆性小于3 %，堆放角為32。

液態(tài)硫磺經(jīng)分布器后成細(xì)流狀進(jìn)入冷卻水，130℃～145℃液硫在進(jìn)入50℃～55℃的水中以后，與冷卻水之間發(fā)生強(qiáng)烈熱交換，液滴溫度迅速下降甚至凝固；在凝固過(guò)程中，液硫的表面張力使得液硫形成小滴狀，同時(shí)在球形顆粒外部冷卻速度快于內(nèi)部，在外部圓球狀成形以后，內(nèi)部還在繼續(xù)收縮，并最終形成一個(gè)由內(nèi)至外的孔洞，孔洞直徑約占顆粒直徑的10 %。

顆粒直徑太大，內(nèi)部將不可避免的積水，且難以被脫水篩脫掉；顆粒直徑太小，本身所攜帶水分較多，且易堵塞脫水篩，造成水含量超標(biāo)。對(duì)顆粒形狀有影響的主要有以下幾個(gè)因素。

3.1分布器與冷卻水面距離對(duì)顆粒大小的影響

圖1　分布器與水面距離對(duì)顆粒大小的影響

分布器與冷卻水的距離對(duì)顆粒大小的影響（見(jiàn)圖1）。隨著距離的增加，液態(tài)硫磺進(jìn)入水面的初速度增大，在冷卻水中自由下落達(dá)到臨界冷卻溫度的距離增加，受水阻力因素影響，硫磺顆粒直徑會(huì)變小。

3.2冷卻水溫度對(duì)顆粒大小的影響

圖2　冷卻水溫度對(duì)顆粒大小的影響

造粒機(jī)循環(huán)冷卻水的溫度越高，液體硫磺自進(jìn)入水后，至達(dá)到臨界固成型溫度所行進(jìn)的距離越長(zhǎng)，受水阻力影響越大，顆粒直徑越大（見(jiàn)圖2）。而且，在水溫超過(guò)63℃后，進(jìn)入水內(nèi)的液硫冷卻效果較差，受成型罐內(nèi)紊流水的影響，極易發(fā)生顆粒之間相互粘連聚攏形成不規(guī)則大塊料，堵塞下料閥。

3.3顆粒產(chǎn)品中細(xì)粉及小顆粒（小于1 mm）生成量的影響因素

受分布器孔眼不暢等因素影響，液硫不再成線(xiàn)狀往下流，而是成滴落狀，液硫滴在入水時(shí)極易發(fā)生破碎，質(zhì)量大的一部分直接沉入水面以下，形成小顆粒；而質(zhì)量輕的因水的表面張力作用浮在水面上，與更多的破碎硫磺聚攏，體積慢慢增大，當(dāng)質(zhì)量增大到大于表面張力時(shí)沉入水面以下形成大塊料。

另外，分布器距離冷卻水面過(guò)高或者水溫過(guò)高，振動(dòng)篩頻率及振幅過(guò)大,冷卻水箱內(nèi)水旋強(qiáng)度過(guò)大都是造成硫磺顆粒成品中細(xì)粉含量增加的直接原因。

4　顆粒含水量介紹

根據(jù)國(guó)家新的工業(yè)硫磺標(biāo)準(zhǔn)GBT2449-2006規(guī)定：固體硫磺產(chǎn)品中水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不得大于2 %。濕法硫磺造粒技術(shù)相較于其他幾種造粒，水含量相對(duì)較高，經(jīng)寧夏石化公司進(jìn)行設(shè)備升級(jí)改造及工藝指標(biāo)優(yōu)化后，水含量嚴(yán)格控制在了2 %以下。針對(duì)濕法硫磺造粒成品顆粒水含量的直接影響因素如下。

4.1硫磺顆粒粘連

硫磺顆粒的粘連而形成大塊料，是造成顆粒成品含水量超標(biāo)的主要原因之一。大塊料因形狀不規(guī)則，且在形成過(guò)程中受內(nèi)力作用，在內(nèi)部形成密閉空洞，空洞內(nèi)存水無(wú)法通過(guò)脫水篩脫除，造成硫磺含水量超標(biāo)。造成硫磺顆粒連的原因較多，主要有以下幾種。

4.1.1分布器設(shè)計(jì)不合理濕法硫磺造粒機(jī)分布器（也譯做成型盤(pán)）是整套設(shè)備最關(guān)鍵的部件，分布器的設(shè)計(jì)制造不合理，將直接造成硫磺顆粒粒形不規(guī)則，易結(jié)塊造成水含量超標(biāo)；分布器易堵塞并且液硫溢出后堵塞后續(xù)系統(tǒng)；分布器難以清理等問(wèn)題。寧夏石化公司針對(duì)該情況對(duì)分布器進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，并且經(jīng)過(guò)實(shí)際投用后效果良好，目前已對(duì)該實(shí)用新型分布器申請(qǐng)專(zhuān)利保護(hù)。

4.1.2冷卻水溫高冷卻水溫高對(duì)硫磺粘連料的影響已在3.2中詳細(xì)介紹。

4.1.3人為操作因素分布器孔眼清理不及時(shí)，造粒機(jī)進(jìn)料量超過(guò)設(shè)計(jì)處理量，都將造成粘連料的形成。

4.2硫磺小顆粒及細(xì)粉多

硫磺小顆粒及細(xì)粉多的原因已在3.3節(jié)中詳細(xì)介紹。小細(xì)粉除本身帶水較多以外，還容易堵塞脫水篩，造成脫水篩效果降低。

4.3冷卻水水溫

由圖3可看出，隨著冷卻水水溫慢慢升高，脫水篩脫水效果開(kāi)始變好，硫磺顆粒產(chǎn)品含水量開(kāi)始降低，水溫超過(guò)63℃以后，細(xì)粉及粘料增加，水含量急劇上升，若控制不及時(shí)，極易發(fā)生結(jié)大塊料及水含量超標(biāo)事件。

圖3　冷卻水溫度對(duì)顆粒大小的影響

5　結(jié)論

綜上所述，濕法硫磺造粒成品的顆粒效果，主要與分布器設(shè)計(jì)與維護(hù)，水溫的控制及振動(dòng)篩的選型有關(guān)，在控制好這幾個(gè)要點(diǎn)以后，濕法硫磺顆粒產(chǎn)品在滿(mǎn)足國(guó)家工業(yè)硫磺標(biāo)準(zhǔn)GBT2449-2006優(yōu)等品的同時(shí)，在大小形狀等外觀上也更加均勻飽滿(mǎn)，有利于產(chǎn)品的出售及安全運(yùn)輸。

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西部鉆探青海鉆井開(kāi)年首口鉆井高效完鉆

面對(duì)低油價(jià)帶來(lái)的經(jīng)營(yíng)壓力，青海鉆井公司以提速提效為發(fā)力點(diǎn)，大打提質(zhì)增效攻堅(jiān)戰(zhàn)。3月10日，青海鉆井公司30600鉆井隊(duì)承鉆的澀1-28井提前7.37 d完鉆，實(shí)現(xiàn)2016年的首鉆開(kāi)門(mén)紅。澀1-28井設(shè)計(jì)井深850 m，設(shè)計(jì)完鉆時(shí)間12.5 d。這口井位于澀北1號(hào)氣田，是青海油田一級(jí)井控風(fēng)險(xiǎn)氣區(qū)，地層巖性疏松，成巖性差，鉆井施工過(guò)程中易噴、易漏，鉆井液性能維護(hù)技術(shù)要求高，施工難度大。

提速是鉆井施工提效的關(guān)鍵，30600鉆井隊(duì)在開(kāi)鉆前與甲方一起有針對(duì)性地制定了技術(shù)措施和應(yīng)急預(yù)案，并通過(guò)優(yōu)化鉆井參數(shù)，合理調(diào)配鉆井液密度，在確保安全的前提下，僅用時(shí)5.13 d就優(yōu)質(zhì)高速地完成了鉆井施工任務(wù)，全井機(jī)械鉆速高達(dá)36.25 m/h。

（摘自中國(guó)石油新聞中心2016-03-16）

作者簡(jiǎn)介：王建，男（1987-），四川內(nèi)江人，2009年畢業(yè)于西南石油大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)，工程師，現(xiàn)任職于中國(guó)石油寧夏石化公司，從事煉油廠硫磺回收裝置設(shè)備管理工作，郵箱：unin@qq.com。

*收稿日期：2016－01-04

DOI:10.3969/j.issn.1673-5285.2016.03.037

中圖分類(lèi)號(hào)：TQ125.11

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1673-5285（2016）03-0140-03