4萬t/a硫黃回收裝置在低負荷運行下的節(jié)能優(yōu)化措施

孫寧飛 , 吳彥林 , 于 洋 , 李 菲

(中國石化 洛陽分公司 ， 河南 洛陽 471012)

4萬t/a硫黃回收裝置在低負荷運行下的節(jié)能優(yōu)化措施

孫寧飛 , 吳彥林 , 于 洋 , 李 菲

(中國石化 洛陽分公司 ， 河南 洛陽 471012)

介紹了中國石化洛陽分公司兩套4萬t/a硫黃回收裝置的基本情況和工藝原理。受2013年11月22日黃島原油管道爆炸事件及2014年國際油價的影響，洛陽分公司煉油裝置長期處于低負荷運行狀態(tài)，兩套硫黃回收裝置受上游影響一直處于低負荷運行狀態(tài)。為了更好優(yōu)化裝置運行效果，降低裝置在低負荷情況下的運行成本。本文提出兩套硫黃回收裝置“兩頭一尾”和風機“一拖二”的優(yōu)化措施，以及在超低負荷運行情況下的補燃操作，節(jié)約1.0 MPa蒸汽消耗8 t/h，天然氣消耗296 kg/h，電能消耗700 kW·h，經濟效益超2 000萬元/a以上。提高了裝置運行可靠性，保障裝置在極端苛刻條件下的安全、平穩(wěn)、長周期運行。

硫黃回收 ; “兩頭一尾” ; 補燃 ; “一拖二”

中國石化洛陽分公司油品質量升級改造工程硫黃回收裝置設計規(guī)模為雙系列設計，單系列規(guī)模為4萬t/a，油品質量升級改造一期工程建設了第一系列裝置。包括4萬t/a硫黃回收、300 t/h溶劑再生和110 t/h非加氫型酸性水汽提等裝置，于2008年2月份一次投料開車成功。再建二期4萬t/a硫黃回收裝置，包括110 t/h的加氫型酸性水汽提、300 t/h的溶劑再生、4萬t/a硫黃回收。于2012年9月份一次投料開車成功。

受2013年11月22日黃島原油管道爆炸事件及2014年國際油價的影響，洛陽分公司煉油裝置長期處于低負荷運行狀態(tài)。兩套硫黃回收裝置負責處理煉油裝置酸性氣，受上游裝置影響一直處于低負荷運行狀態(tài)。1#硫黃回收裝置處理酸性氣量1 200～1 800 m3/h(設計負荷4 961 m3/h)，生產負荷占設計負荷的20%～35%， 2#硫黃回收裝置處理酸性氣量為1 200～1 300 m3/h(設計負荷4 961 m3/h)，生產負荷占設計負荷的20%～25%。兩套裝置負荷遠遠低于設計值，若能停用一套，單套運行完全滿足生產需要，但裝置存在腐蝕問題，有無法再開工運行的風險。

1 裝置工藝原理及過程

1.1 工藝原理

Claus硫黃回收裝置由Claus制硫和SCOT尾氣加氫處理兩部分組成。Claus制硫部分主反應分為熱反應和催化反應兩個階段。

熱反應段發(fā)生的反應：

主反應

副反應

2(n+1)H2O+2nCO2

催化反應段發(fā)生的反應：

主反應

副反應

SCOT尾氣加氫處理主要機理是：Claus尾氣送至SCOT尾氣加氫處理系統， Claus尾氣與尾氣加熱爐燃燒產生的高溫煙氣，在爐后部混合至加氫反應所需的溫度，與外補氫氣混合后進入到加氫反應器，在催化劑作用下，發(fā)生如下反應：

主反應

副反應

1.2 工藝過程

將原料酸性氣引入酸性氣燃燒爐內，烴類完全燃燒生成CO2，65%的H2S轉化為單質硫，余下35%的H2S中有1/3燃燒生成SO2，2/3保持不變，從酸性氣燃燒爐出來過程氣中的H2S、SO2進入到一、二級Claus反應器，在催化劑作用下反應生成單質S，經硫冷凝器冷卻后，單質S由氣態(tài)轉化為液態(tài)，成型外銷；酸性氣燃燒爐出口設有廢熱鍋爐，回收過程氣中熱量，發(fā)生中壓蒸汽外供；廢熱鍋爐出口設硫冷凝器，將過程氣中硫蒸氣冷卻成液態(tài)回收，降低氣相中硫分壓，為H2S、SO2在Claus反應器中反應創(chuàng)造條件。

SCOT尾氣加氫處理系統：從一、二級Claus反應器出來的過程氣中，有5%～7%的硫組分未完全轉化單質S，Claus過程氣由尾氣加熱爐加熱到反應溫度，進入SCOT加氫反應器，在催化劑作用下，Claus過程氣中未轉化成單質S的SO2及其它形態(tài)S物質與H2反應生成H2S，由30%(質量分數)復合型甲基二乙醇胺(MDEA)吸收后返回到溶劑再生裝置，凈化后尾氣進焚燒爐焚燒后排放。流程如圖1所示。

F2501.酸性氣燃燒爐 C2051AB.供風機 E2501.廢熱鍋爐 E2502.一級冷凝器 E2503.二級冷凝器 E2504.三級冷凝器 R2501.一級反應器 E2502.二級反應器 V2503.捕集器 F2503.尾氣加熱爐 R2503.加氫反應器 E2516.余熱鍋爐T2501.急冷塔 T2502.吸收塔 F2502.尾氣焚燒爐 E2514.尾氣預熱鍋爐 E2514.尾氣余熱鍋爐

2 節(jié)能優(yōu)化措施

2.1 實施“兩頭一尾”操作

硫黃回收裝置由前部克勞斯制硫系統和后部斯科特加氫尾氣處理系統組成，“兩頭一尾”操作為在低負荷運行狀態(tài)下，兩套硫黃回收裝置運行前部克勞斯制硫系統，后部斯科特加氫尾氣處理系統共用一套。

2.1.1 “兩頭一尾”操作可行性分析

兩套硫黃回收裝置受原油硫含量影響，1#硫黃回收裝置處理酸性氣量1 200～1 800 m3/h(設計負荷4 961 m3/h)，生產負荷占設計負荷20%～35%； 2#硫黃回收裝置處理酸性氣量1 200～1 300 m3/h(設計負荷4 961 m3/h)，生產負荷占設計負荷20%～25%。根據兩套裝置負荷一套SCOT尾氣系統完全滿足要求。

2.1.2 “兩頭一尾”操作實施

利用兩列硫黃急冷尾氣共用一臺循環(huán)風機的流程設置，把2#硫黃急冷尾氣改至1#硫黃的尾氣吸收塔進行處理，在不增加任何投資情況下，停用了2#硫黃的尾氣吸收塔、塔底富液泵、尾氣焚燒爐、尾爐供風機等設備。自2#吸收塔處給氮氣，將停用設備進行充氮保護。具體見圖2。

2.1.3 投用效果

圖2 “兩頭一尾”操作實施流程圖

“兩頭一尾”操作實施后，單套尾氣系統運行良好，煙囪排放正常，符合《大氣污染物綜合排放標準》(GB16297-1996，硫黃回收裝置排放的SO2≤960 mg/m3)。較以往低負荷情況下，尾氣部分操作難度有所降低。

停用一個吸收塔，可減少MDEA胺液循環(huán)量75 t/h，節(jié)約1.0 MPa蒸汽消耗8 t/h。停用一個尾氣焚燒爐，減少天然氣消耗296 kg/h。停用富液泵和尾氣焚燒爐供風風機，減少電能消耗200 kW·h，經濟效益超過2 000萬元/a。

2.2 酸性氣燃燒爐燃料氣補燃

2.2.1 硫黃裝置超低負荷運行情況分析

分公司煉油裝置低負荷運行，再加上加工原油量及種類不斷變化，兩套硫黃回收裝置原料酸性氣會出現超低負荷運行階段，1#硫黃回收裝置處理酸性氣量900～1 600 m3/h， 2#硫黃回收裝置處理酸性氣量1 200～1 300 m3/h。S-zorb裝置開工運行后，其煙氣進入1#酸性氣燃燒爐處理，由于該部分煙氣為大量氮氣和二氧化硫，進入酸性氣燃燒爐后會改變酸性氣濃度，降低爐膛溫度。當酸性氣量不足以維持硫黃裝置正常熱負荷時，裝置將無法正常運行，出現系統腐蝕、設備損壞等一系列問題。

對于硫黃回收裝置來說，當酸性氣量不足以維持硫黃裝置正常熱負荷時，酸性氣燃燒爐需提高系統熱值，達到維持裝置正常運行的目的。

2.2.2 燃料氣補燃的條件和要求

硫黃回收裝置天然氣補燃還需達到相關條件：①裝置配備的過程氣比值儀(H2S/SO2比值儀)處于完好狀態(tài)；②酸性氣燃燒爐熱電偶應處于完好狀態(tài)；③燃料氣流量測量完好可用(燃料氣為天然氣，性質相對穩(wěn)定)。④酸性氣燃燒爐空氣流量控制閥完好可用。

補燃操作過程中具體要求：①盡可能控制溶劑再生裝置操作平衡，防止酸性氣流量大幅波動。②控制進爐酸性氣流量為定值。③燃料氣進爐后，務必同步調整配風量。④調整配風要點：燃料氣進爐后，根據過程氣比值儀測量數據調整配風，要求比值儀測量數據中，H2S、SO2、COS均為正值，且不大于0.6%，H2S與SO2測量值接近或SO2測量值略高。理論要求，補燃燃料氣操作較正常操作總配風比略大，過程氣中SO2濃度較正常操作略高。⑤建議。配風操作調整時，主調風調為定值，通過調整輔調流量控制總風量。⑥提高加氫反應器配入氫氣量，保證有足夠氫氣與過程氣中的SO2反應。⑦補燃操作1 h后，檢查二級冷凝器后硫封中產出的液硫顏色是否正常，每小時檢查一次，液硫顏色異常時要及時調整配風；8 h后，可每間隔4 h，檢查確認一次。⑧補燃操作期間，加強一、二級Claus轉化器床層溫度、加氫反應器床層溫度、急冷水顏色、pH值等的監(jiān)控。

2.2.3 補燃后裝置典型操作數據

補燃后裝置典型操作數據如表1所示。

2.2.4 補燃操作效果

在兩套硫黃回收裝置處于超低負荷運行階段中，先后經歷了多次燃料氣補充操作。補燃時間均在一周時間以內，在此期間未出現硫黃發(fā)黑、煙囪二氧化硫排放超標等相關問題，裝置運行良好，避免了酸性氣燃燒爐溫度達不到工藝溫度而滋生的腐蝕損壞等問題。但對于長時間裝置補燃未進行嘗試。

2.3 實施風機“一拖二”操作

表1 補燃后裝置典型操作數據

注：時間均為2014年；風∶燃料氣為(主風+輔風-酸性氣×2)和燃料氣量的比值。

2.3.1 風機運行情況分析

兩套裝置酸性氣燃燒爐和尾氣加熱爐由配套主風機進行供風。目前，兩套裝置低負荷運行，實際單臺供風量為2 900～3 500 m3/h，風機的額定流量為15 000 m3/h。兩臺分別給兩套裝置供風，運行不經濟，造成資源浪費。

2.3.2 風機“一拖二”操作

兩套硫黃回收裝置共有酸性氣燃燒爐和尾氣焚燒爐配套的主風機三臺，三臺風機具有互串的特性。利用此特性，停用風機C2501AB風機，由C2601風機給兩套裝置供風。

2.3.3 投用效果

風機“一拖二”操作實施后，停用一臺主風機，每小時可節(jié)約用電500 kW·h，風機運行更加穩(wěn)定，大大降低了設備維護的成本，為裝置安全平穩(wěn)運行提供了保障。

3 結論

在兩套硫黃回收裝置現有流程上實施“兩頭一尾”后，單套尾氣系統運行良好，煙囪排放正常，停用尾氣系統吸收塔，節(jié)約1.0 MPa蒸汽消耗8 t/h。停用尾氣焚燒爐1臺，減少天然氣消耗296 kg/h。停用富液泵和尾氣焚燒爐供風風機，減少電能消耗200 kW·h，經濟效益超過2 000萬元/a。兩套硫黃回收裝置處于超低負荷運行階段中，先后經歷了多次補燃料氣操作。在此期間積累了豐富的運行經驗，未出現硫黃發(fā)黑、煙囪二氧化硫排放超標等問題，裝置運行良好，避免了酸性氣燃燒爐溫度達不到工藝溫度而滋生的腐蝕損壞等問題。風機“一拖二”的實施，停用一臺主風機，每小時可節(jié)約用電500 kW·h，風機運行更加穩(wěn)定，大大降低了設備維護的成本。為裝置安全平穩(wěn)運行提供了保障。

2016-10-08

孫寧飛(1987-)，男，助理工程師，從事硫黃聯合裝置技術管理工作，電話：0379-66993845。

TQ050.2

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1003-3467(2016)12-0030-04