降低硫磺回收裝置尾氣SO2排放的措施

陳 程

（中國石油寧夏石化公司，寧夏銀川 750021）

降低硫磺回收裝置尾氣SO2排放的措施

陳 程

（中國石油寧夏石化公司，寧夏銀川 750021）

寧夏石化公司將先進控制系統(tǒng)和超重力技術(shù)應(yīng)用到硫磺尾氣治理項目中，通過對相關(guān)參數(shù)的優(yōu)化調(diào)試，尋求最佳工況，硫磺回收裝置尾氣SO2排放明顯降低。

比值分析儀先進控制；超重力技術(shù)；降低硫磺尾氣SO2排放

寧夏石化公司硫磺回收裝置制硫部分采用部分燃燒法作為主流程的二級Claus硫回收工藝；尾氣處理部分為加氫還原吸收工藝，富胺液進入溶劑再生裝置再生后循環(huán)使用。采用制硫燃燒爐后高溫氣摻合提高反應(yīng)溫度，方法簡單易行，溫度控制準(zhǔn)確。制硫部分采用部分燃燒法，即一級高溫轉(zhuǎn)化，二級催化轉(zhuǎn)化工藝。從硫磺回收部分排出的制硫尾氣，經(jīng)過加氫還原吸收后焚燒，煙氣高空排放。吸收了H2S的富胺液送至溶劑再生裝置再生后循環(huán)使用。

硫磺回收裝置是煉油廠主要的硫回收單元，是寧夏石化公司最重要的環(huán)保設(shè)施之一，硫磺尾氣排放口也是集團公司和銀川市環(huán)保局重點監(jiān)控對象。自2013年硫磺回收裝置開工以來由于上游裝置酸性氣量及酸性氣中H2S含量波動大、硫磺制硫爐配風(fēng)調(diào)節(jié)滯后、尾氣吸收塔脫硫效果不佳等因素的影響，硫磺尾氣排放值較高（500 mg/m3～700 mg/m3），波動頻繁，時有超標(biāo)。為降低尾氣SO2排放濃度，減少硫磺尾氣波動及超標(biāo)次數(shù)，2015年公司決定應(yīng)用先進控制系統(tǒng)和超重力技術(shù)對硫磺回收裝置進行技術(shù)改造（見圖1）。

圖1 硫磺回收裝置流程簡圖

Claus制硫反應(yīng)化學(xué)方程式：

1 增設(shè)先進控制系統(tǒng)

增設(shè)先進控制系統(tǒng)，優(yōu)化制硫爐配風(fēng)調(diào)節(jié)，提高比值分析儀控制穩(wěn)定性，減少尾氣SO2波動。

根據(jù)克勞斯制硫反應(yīng)原理，當(dāng)參與反應(yīng)的H2S與SO2摩爾比為2：1時，生產(chǎn)單質(zhì)硫的轉(zhuǎn)化率最大。由于上游裝置酸性氣量的波動和比值分析儀調(diào)節(jié)系統(tǒng)配風(fēng)控制的滯后性，制硫爐內(nèi)H2S與SO2摩爾比難以達到2：1的最佳配比，且波動頻繁，波動范圍大。比值分析儀控制不佳導(dǎo)致裝置操作波動大，進而造成尾氣SO2波動大，且對硫磺產(chǎn)量有一定影響。

1.1 比值分析儀先進控制系統(tǒng)簡介

硫磺回收裝置比值分析儀先進控制系統(tǒng)由專業(yè)自動化控制技術(shù)公司開發(fā)和實施，該系統(tǒng)安裝運行在獨立的工程控制機上，通過網(wǎng)絡(luò)與DCS系統(tǒng)連接，相當(dāng)于在原有的DCS系統(tǒng)外設(shè)了一個數(shù)據(jù)模塊，操作人員通過DCS操作整個裝置。DCS畫面只做少量改動，增加所涉及回路的切換開關(guān)，供操作人員在DCS和先進控制器之間進行切換。

該先進控制系統(tǒng)專門針對硫磺回收裝置制硫爐配風(fēng)控制環(huán)節(jié)，應(yīng)用先進控制策略，根據(jù)H2S與SO2摩爾比的在線分析值對制硫爐配風(fēng)進行實時調(diào)控，大幅度提高H2S/SO2比值的平穩(wěn)率，為制硫反應(yīng)提供最佳原料配比，減少裝置操作波動，提高硫轉(zhuǎn)化率，減少硫磺尾氣SO2波動超標(biāo)的可能性。

1.2 比值分析儀先進控制系統(tǒng)實施前后H2S/SO2比值控制對比及分析

先進控制系統(tǒng)投用后，H2S與SO2的比值較以前的手動調(diào)節(jié)穩(wěn)定度明顯提高，基本控制在2.0±1.0之間，控制的平穩(wěn)率高于85%。比值儀先進控制系統(tǒng)投用率達到100%，先進控制系統(tǒng)投用后，制硫爐配風(fēng)得到優(yōu)化，操作工操作強度大幅度降低，硫磺裝置運行平穩(wěn)，尾氣波動、超標(biāo)次數(shù)較先進控制系統(tǒng)投用前明顯減少（見圖2，圖3）。

圖2 先進控制系統(tǒng)投用前比值分析儀控制情況

圖3 先進控制系統(tǒng)投用后比值分析儀控制情況

2 超重力脫硫技術(shù)

應(yīng)用超重力脫硫技術(shù)對硫磺裝置尾氣進行深度脫硫，尋求最佳工況，進一步降低尾氣SO2排放。

2.1 超重力脫硫技術(shù)簡介

超重力技術(shù)是一種利用離心力強化傳質(zhì)與微觀混合的新型化工技術(shù)。超重力機內(nèi)填料在電機的驅(qū)動下高速旋轉(zhuǎn)，進入轉(zhuǎn)子的液體受到轉(zhuǎn)子內(nèi)填料的作用，周向速度增加，所產(chǎn)生的離心力將其推向轉(zhuǎn)子外緣，氣體由超重力機外殼沿徑向穿過高速旋轉(zhuǎn)的填料向機體中心運動，氣液兩相在比地球重力場大數(shù)百倍至數(shù)千倍的超重力環(huán)境下的填料中產(chǎn)生流動接觸，巨大的剪切力使液體撕裂成納米級的膜、絲和滴，產(chǎn)生了巨大的和快速更新的相界面，微觀混合和傳質(zhì)過程得到了極大的強化，這樣可以使成核過程在微觀混合均勻的環(huán)境中進行。液體被轉(zhuǎn)子拋到超重力機外殼匯集后經(jīng)液體出口管離開旋轉(zhuǎn)床，完成傳質(zhì)與反應(yīng)過程。超重力脫硫技術(shù)具有設(shè)備占地面積小，處理尾氣量大，系統(tǒng)壓降小的特點，在尾氣脫硫方面逐步得到工業(yè)化應(yīng)用（見圖4）。

圖4 超重力機構(gòu)造示意圖

2.2 工藝流程改造說明

硫磺裝置原尾氣處理流程為：制硫尾氣經(jīng)加氫反應(yīng)器處理后，經(jīng)過尾氣急冷塔C-201冷卻至40℃，進入尾氣吸收塔C-202，使用MDEA溶液吸收尾氣中的H2S，最后進入尾氣焚燒爐。本次改造增加了兩臺超重力機R-202A/B進行尾氣脫硫。正常生產(chǎn)期間R-202一開一備，使用貧胺液進行深度脫硫進一步將尾氣中的H2S降低，脫后尾氣進入凈化氣分液罐D(zhuǎn)-106脫液，最后進入尾氣焚燒爐焚燒后排放。貧胺液自溶劑再生裝置來，富胺液進入溶劑再生裝置再生后循環(huán)使用。根據(jù)實際運行情況，超重力反應(yīng)器可一臺單獨運行，也可以兩臺并聯(lián)運行。

2.3 超重力脫硫和原吸收塔脫硫效果的比對

原設(shè)計尾氣吸收部分使用尾氣吸收塔，該塔為填料塔，填料是規(guī)整波紋填料，塔內(nèi)徑1 000 mm，內(nèi)有兩段填料，高度分別為2 000 mm和4 000 mm。

與尾氣吸收塔相比較，超重力脫硫技術(shù)由于增強了氣液兩相的傳質(zhì)效果，尾氣脫硫效果有顯著提升。應(yīng)用超重力技術(shù)后尾氣SO2由原來500 mg/m3～700 mg/m3降低至300 mg/m3～500 mg/m3，降低30%左右，同時尾氣排放也更加穩(wěn)定（見表1，表2）。

表1 尾氣吸收塔操作條件及尾氣SO2含量

表2 超重力脫硫系統(tǒng)操作條件及尾氣SO2含量

2.4 超重力機轉(zhuǎn)速對尾氣SO2排放的影響

保持超重力機其他操作參數(shù)不變，超重力機轉(zhuǎn)速在60%～100%范圍內(nèi)調(diào)整，尾氣SO2排放濃度變化趨勢（見圖5）。

圖5 超重力機轉(zhuǎn)速對尾氣SO2排放的影響

當(dāng)超重力機轉(zhuǎn)速在65%～100%調(diào)整時，起初隨轉(zhuǎn)速的增大尾氣中的SO2濃度有下降的趨勢，當(dāng)超重力機轉(zhuǎn)速達到80%以上時，隨轉(zhuǎn)速的增大，尾氣中的SO2濃度沒有減少反而有上升趨勢。隨超重力機轉(zhuǎn)速的提升硫磺尾氣SO2濃度呈現(xiàn)先降后增的規(guī)律，和超重力機內(nèi)部構(gòu)造機強化傳質(zhì)的原理有密切關(guān)系。隨著超重力機轉(zhuǎn)速的增大，機體內(nèi)產(chǎn)生的超重力增大，MDEA在通過填料時被分散、切割成了更小的液滴和液膜，從而增大了氣、液兩相接觸的面積，增進了傳質(zhì)，提高了MDEA對H2S的吸附能力。當(dāng)轉(zhuǎn)速進一步增大后，氣相經(jīng)過填料的阻力增大，MDEA被分散成的液滴變得更小，氣液兩相接觸時造成霧沫夾帶，使氣液兩相的傳質(zhì)減弱，因此硫磺尾氣SO2濃度反而有所上升。

圖6 貧溶劑溫度對尾氣SO2排放的影響

2.5 貧溶劑溫度對尾氣中SO2排放的影響分析

保持超重力脫硫系統(tǒng)其他操作參數(shù)不變，調(diào)整進入超重力機的貧溶劑溫度，尾氣SO2排放濃度變化趨勢（見圖6）。

硫磺尾氣脫硫溶劑的主要成分為甲基二乙醇胺（MDEA），MDEA吸附H2S的化學(xué)方程式：

MDEA對H2S的化學(xué)吸附是放熱反應(yīng)，降低MDEA溫度有利于對H2S的吸附，隨著MDEA溫度的降低，尾氣SO2排放濃度降低，當(dāng)溫度在35℃時吸收效果最佳；當(dāng)溫度低于34℃時，尾氣SO2排放濃度不再降低，反而有所上升。這是因為隨溫度的進一步降低，MDEA的黏度增加，氣液接觸時液相的分散度降低，傳質(zhì)阻力增大使MDEA對H2S的吸附能力變差。

3 總結(jié)

2015年寧夏石化公司應(yīng)用先進控制系統(tǒng)和超重力技術(shù)對5 000 t/a硫磺回收裝置進行了技術(shù)改造。增設(shè)比值分析儀先進控制系統(tǒng)，通過先進的算法和數(shù)據(jù)模擬系統(tǒng)，精準(zhǔn)的控制焚燒爐的配風(fēng)，使克勞斯反應(yīng)按最佳配比進行，減少了尾氣SO2排放濃度的波動。應(yīng)用超重力脫硫技術(shù)對尾氣進行深度脫硫，減少尾氣SO2的排放濃度。通過優(yōu)化調(diào)試發(fā)現(xiàn)當(dāng)超重力機轉(zhuǎn)速控制在70%～80%，貧溶劑溫度控制在35℃左右時H2S脫除效果最佳。繼續(xù)提高超重力機轉(zhuǎn)速或降低貧溶劑溫度吸收效果并未提高，反而增加能耗，無實質(zhì)意義。技改項目實施后，通過優(yōu)化調(diào)試和尋求最佳工況，寧夏石化公司硫磺回收裝置尾氣SO2排放濃度由500 mg/m3～700 mg/m3降低到 300 mg/m3～500 mg/m3，尾氣 SO2排放濃度超標(biāo)次數(shù)明顯減少，效果明顯。

獨石化高端產(chǎn)品比例達26%

截至8月初，獨山子石化共生產(chǎn)合成樹脂和橡膠121多萬噸，其中合成樹脂專用料比例84%以上，同比去年增加0.58%，厚利產(chǎn)品完成全年55.45%，高端化產(chǎn)品占比26%，品牌影響力顯著增強。

今年以來，獨石化公司提出大力實施“低成本、差別化、樹品牌、高端化”化工業(yè)務(wù)戰(zhàn)略，發(fā)揮“產(chǎn)、研、銷、用”一體化優(yōu)勢，組織制訂長期計劃，滾動推進。

目前，獨石化生產(chǎn)的PE100燃氣管專用料TUB121N3000/B入選PE100+協(xié)會優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品名錄，大中空吹塑專用料HD5420GA、高流動性抗沖共聚丙烯K9928H等成為王牌產(chǎn)品，環(huán)保膠2557S、2564S進入普利司通等知名輪胎企業(yè)采購名錄，成為市場標(biāo)桿。

獨石化共組織開展現(xiàn)場交流與技術(shù)服務(wù)72人次，走訪用戶121家，開展了21項專題調(diào)研，完成8項調(diào)研專題報告，客戶認可度和忠誠度顯著提高。

（摘自中國石油新聞中心2017-08-15）

TE962

A

1673-5285（2017）08-0138-04

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.08.032

2017－07-29

陳程，中國石油寧夏石化公司煉油廠生產(chǎn)運行科，郵箱：chchen@petrochina.com.cn。