基于LO-CAT工藝的硫磺回收裝置規(guī)劃與通風(fēng)除塵設(shè)計(jì)綜述

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(華油惠博普科技股份有限公司 設(shè)計(jì)研究院， 北京 100088)

技術(shù)綜述

基于LO-CAT工藝的硫磺回收裝置規(guī)劃與通風(fēng)除塵設(shè)計(jì)綜述

蘇海鵬，徐長樸，韓翠翠

(華油惠博普科技股份有限公司 設(shè)計(jì)研究院， 北京 100088)

結(jié)合工程應(yīng)用，在介紹硫磺回收工藝和主要裝置工作原理的基礎(chǔ)上，對(duì)硫磺回收過程裝置和通風(fēng)除塵的規(guī)劃設(shè)計(jì)進(jìn)行了綜述，提出硫磺回收過程裝置和通風(fēng)除塵的規(guī)劃原則，指出了硫磺回收過程物料的危害以及通風(fēng)除塵的必要性和要求，對(duì)硫磺回收工程應(yīng)用具有一定的指導(dǎo)意義。

硫磺回收； 液相氧化催化(LO-CAT)； 脫硫； 吸收氧化塔； 過濾機(jī)； 通風(fēng)除塵

硫磺回收裝置是石油化工、天然氣凈化和煤化工企業(yè)的關(guān)鍵環(huán)保裝置之一，主要用于回收處理上游脫硫裝置、酸性水汽提裝置及低溫甲醇洗滌裝置產(chǎn)生的酸性氣，主要目的是將酸氣中的H2S等雜質(zhì)進(jìn)行脫除，并產(chǎn)生性能穩(wěn)定、便于運(yùn)輸和存儲(chǔ)的硫磺，以滿足生產(chǎn)工藝和安全環(huán)保的要求[1-4]。

某天然氣處理工程以胺液再生塔頂酸性氣體為

原料，采用液相氧化法將酸性氣中的H2S氧化成單質(zhì)硫，并經(jīng)過濾、熔硫及造粒成型等工藝過程制得硫磺產(chǎn)品，尾氣排放的H2S含量滿足環(huán)保要要求。硫磺回收裝置處理酸氣量為22 400 m3/d(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下)，其中H2S質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35.3%，采用MERICHEM公司的液相氧化催化工藝(Liquid Oxidation Catalyst，LO-CAT)進(jìn)行H2S氣體的脫除，處理后的尾氣H2S質(zhì)量濃度不超過10 mg/m3。

文中結(jié)合此工程應(yīng)用，在介紹LO-CAT工藝和硫磺成型工藝的基礎(chǔ)上，對(duì)硫磺回收裝置與通風(fēng)除塵的設(shè)計(jì)規(guī)劃進(jìn)行了研究分析，指出了硫磺回收過程物料的危害和通風(fēng)除塵的必要性和要求，其結(jié)果可為同類型硫磺回收工程應(yīng)用提供一定的參考。

1 硫磺回收工藝過程簡(jiǎn)述

硫磺回收主要包含脫硫、熔硫和硫磺成型工藝過程，其工藝過程示意圖見圖1。

從圖1中可以看出，來自分液罐的酸性氣體在吸收氧化塔內(nèi)與化學(xué)藥劑經(jīng)過吸收、氧化還原反應(yīng)，將酸氣中的H2S脫除，凈化后的氣體由吸收氧化塔頂部排出。脫除的硫和部分溶液從吸收氧化塔底部由泵送入真空帶式過濾機(jī)，經(jīng)過濾后形成固液混合狀態(tài)的硫餅，然后落入攪拌槽與脫鹽水進(jìn)行充分?jǐn)嚢?、混合，由泵送入熔硫裝置，經(jīng)過一系列的預(yù)熱、加熱及分離等過程，形成熔融狀態(tài)的液硫。液態(tài)硫通過造粒成型、計(jì)量與包裝等過程，完成硫磺的回收、運(yùn)輸與儲(chǔ)存等。

脫硫工藝的核心裝置為吸收氧化塔和真空帶式過濾機(jī)，熔硫工藝的核心裝置為硫分離器，硫磺成型工藝的核心設(shè)備為鋼帶造粒機(jī)，各部分裝置在其輔助設(shè)備的支持下完成整個(gè)硫磺回收過程。

圖1 硫磺回收工藝流程示圖

1.1LO-CAT工藝

LO-CAT工藝是一種液相催化氧化法硫磺回收技術(shù)，屬于濕法回收工藝，在絡(luò)合鐵濕式氧化法技術(shù)中擁有最高的市場(chǎng)占有率。該技術(shù)成熟可靠、工藝先進(jìn)、操作靈活性高，在節(jié)能減排方面有較好的應(yīng)用前景，被美國環(huán)境保護(hù)署評(píng)為最佳可用控制技術(shù)之一[5-7]。

本項(xiàng)目脫硫工藝采用美國MERICHEM公司的LO-CAT工藝包，工藝流程見圖2。

圖2 LO-CAT工藝流程示圖

1.1.1吸收氧化塔

吸收氧化塔由上部圓柱罐體和下部錐體組成，酸氣中的H2S在吸收氧化塔上部圓柱體內(nèi)的吸收室被催化劑吸收，經(jīng)過氧化還原反應(yīng)而脫除，被還原的催化劑通過密度差回到罐體內(nèi)的氧化室被氧化再生。被脫除的硫磺顆粒與LO-CAT催化劑溶液沉降至罐體底部，產(chǎn)生質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%～15% 的硫漿溶液，并通過流漿泵送入真空帶式過濾機(jī)。為了防止硫漿溶液在吸收氧化塔底部由于局部濃度過高而無法順利流至硫漿泵，在錐體的周圍設(shè)計(jì)增加了空氣吹掃器，吹掃空氣將以固定周期向錐體部分不斷吹掃，以防止上述現(xiàn)象發(fā)生。

1.1.2真空帶式過濾系統(tǒng)

來自吸收氧化塔的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%～15%硫磺與LO-CAT催化劑溶液，通過泵打入真空帶式過濾機(jī)，過濾產(chǎn)生約含質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65%的硫磺和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35%的水和鹽類。經(jīng)過濾機(jī)過濾后的濾液收集到濾液返回罐中，再由泵送入吸收氧化塔內(nèi)循環(huán)使用。真空帶式過濾機(jī)的作用是運(yùn)用傳送帶和真空泵將LO-CAT溶液里的化學(xué)藥劑過濾出來循環(huán)利用，減少吸收氧化塔內(nèi)化學(xué)藥劑的消耗。真空帶式過濾系統(tǒng)工藝流程見圖3。

1.2熔硫與硫磺成型工藝系統(tǒng)

熔硫裝置的目的是對(duì)脫硫系統(tǒng)產(chǎn)生的硫溶液進(jìn)行凈化、提純，形成具有良好流動(dòng)性的液態(tài)硫磺。硫磺成型工藝主要是將熔硫工藝系統(tǒng)產(chǎn)生的液體硫磺快速、有效地轉(zhuǎn)換成固態(tài)，并滿足生產(chǎn)工藝和安全環(huán)保的要求。

工程中通常采用造粒的方法將液態(tài)硫磺轉(zhuǎn)換成固態(tài)，以得到形狀規(guī)整，粒度均勻，性能穩(wěn)定，利于運(yùn)輸、儲(chǔ)存和使用的成品顆粒。

熔硫工藝系統(tǒng)的作用是對(duì)脫硫系統(tǒng)產(chǎn)生的硫溶液進(jìn)行凈化、提純，形成流動(dòng)性較好的液態(tài)硫磺，以期獲得高品質(zhì)的硫磺產(chǎn)品。來自真空帶式過濾系統(tǒng)的硫餅送至溶漿攪拌槽，與脫鹽水進(jìn)行充分的攪拌、混合，然后通過泵送入熔硫裝置，經(jīng)過一系列的加熱、分離等過程形成溫度約143 ℃的液硫，并保持液硫溫度及其良好流動(dòng)性，以便進(jìn)一步處理。熔硫工藝流程示意圖見圖4。

圖4 熔硫工藝流程示圖

1.2.2硫磺成型工藝

目前，硫磺造粒的工藝方法主要有轉(zhuǎn)筒冷凝造粒、回轉(zhuǎn)鋼帶冷凝造粒、塔式空氣冷卻造粒、水直接冷卻造粒和噴漿造粒5種工藝方法[8，9]。該工藝流程簡(jiǎn)單、操作維護(hù)方便，成本較低，缺點(diǎn)是對(duì)操作運(yùn)行控制要求較高，否則會(huì)出現(xiàn)成型質(zhì)量較差，容易形成硫磺碎片和粉塵。

液硫由泵經(jīng)管線送入造粒機(jī)的布料器，通過布料器滴落在鋼帶上，同時(shí)通過對(duì)鋼帶的冷卻，形成固體硫磺。鋼帶造粒機(jī)形成的硫磺成片狀，直徑大約6～8 mm，厚度約0.8～1.5 mm。片狀硫磺通過鋼帶的轉(zhuǎn)動(dòng)，自由落入斗式提升機(jī)，最終送入料倉。料倉中的片狀硫磺通過自由落料的方式進(jìn)入噸包裝機(jī)的緩沖倉，經(jīng)過稱重后裝入噸袋，然后通過輥?zhàn)虞斔蜋C(jī)運(yùn)送至指定位置。

回轉(zhuǎn)鋼帶冷凝造粒工藝流程見圖5。

圖5 硫磺造粒與包裝裝置工藝流程示圖

2 過程裝置工作原理與主要物料特性

2.1硫磺回收過程裝置工作原理

2.1.1吸收氧化塔

吸收氧化塔作為LO-CAT工藝的核心裝置，其原理主要是硫化氫在裝置內(nèi)部的吸收氧化和催化劑的氧化再生。

有一種誤解認(rèn)為高濃度的生長素類似物因?yàn)槟芤种齐p子葉植物生長，所以可作為除草劑，這體現(xiàn)了生長素的兩重性。而事實(shí)是： 高濃度生長素類似物可以誘導(dǎo)細(xì)胞過度伸展最后導(dǎo)致植株死亡[2]，而并非其抑制了雙子葉植物的生長。

(1)硫化氫吸收 酸性氣體在吸收塔內(nèi)的酸性分布器均勻擴(kuò)散開，H2S與鐵離子催化劑反應(yīng)，被氧化生成單質(zhì)硫在吸收室內(nèi)經(jīng)反應(yīng)后，脫除質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99.9%的硫化氫，凈化后的氣體由頂部排出。由于H2S轉(zhuǎn)化為單質(zhì)硫的過程屬于放熱反應(yīng)，如果反應(yīng)中的熱量沒有及時(shí)從系統(tǒng)中排出，催化劑溶液溫度將會(huì)上升并高于設(shè)計(jì)溫度。在硫磺生產(chǎn)量相對(duì)較低時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)反應(yīng)放出的熱量小于換熱的熱量流失和水蒸氣蒸發(fā)的潛在熱總和。反之，如果硫磺產(chǎn)量較高，系統(tǒng)內(nèi)反應(yīng)放出熱量高于換熱熱量流失和水蒸氣蒸發(fā)的潛熱總和，熱量必須通外部熱交換器帶出系統(tǒng)。

(2)催化劑的氧化再生 在吸收室內(nèi)，被還原的催化劑在密度差作用下被輸送到反應(yīng)器氧化室，外部空氣經(jīng)鼓風(fēng)機(jī)鼓入反應(yīng)器中， LO-CAT溶液在氧化室內(nèi)進(jìn)行氧化再生，再生后的溶液返回吸收室進(jìn)行循環(huán)利用。

2.1.2真空帶式過濾機(jī)

真空帶式過濾機(jī)工作原理見圖6。

圖6 真空帶式過濾機(jī)工作原理簡(jiǎn)圖

來自吸收氧化塔的物料送至過濾機(jī)的料漿分布器后，經(jīng)過減壓溢流并均布于向前轉(zhuǎn)動(dòng)的均布濾帶上。隨著濾帶的移動(dòng)，在真空抽力的作用下，濾液穿過濾布膠帶的排液槽進(jìn)入真空盒，經(jīng)過自然沉降并陸續(xù)進(jìn)入母液抽濾區(qū)、抽干區(qū)，再通過濾液總管進(jìn)入氣液分離器中收集排放或回收。被截留的固液在濾布上形成餅，經(jīng)過抽干卸料后的濾布經(jīng)清洗裝置進(jìn)行再生，清洗水入下一裝置對(duì)過濾母液和洗滌實(shí)現(xiàn)分段收集。進(jìn)入各區(qū)的料漿通過真空壓差實(shí)現(xiàn)物料過濾和物料洗滌的目的，并通過調(diào)整進(jìn)料量、濾布運(yùn)行速度，使洗水量達(dá)到物料的工藝性要求，從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)進(jìn)料、母液過濾、濾餅脫水、卸料的技術(shù)性能。真空帶式過濾機(jī)的作用是從催化劑水溶液中分離出懸浮的硫磺顆粒，并對(duì)分離出的硫磺濾餅進(jìn)行清洗，盡可能減少催化劑的損失。

2.1.3熔硫工藝裝置

熔硫裝置的核心設(shè)備為熔硫釜和液硫分離器。熔融硫和水的混合溶液在熔硫釜中被充分加熱，然后進(jìn)入液硫分離器進(jìn)行分離。熔融后的硫磺通過液硫分離器的液位控制回路進(jìn)行集中收集，然后送入專用的液硫儲(chǔ)存裝置。熔硫裝置的工藝原理是利用液態(tài)硫磺在143 ℃左右較低的黏度下所具有的良好流動(dòng)性，以實(shí)現(xiàn)硫磺的輸送、固化。其關(guān)鍵技術(shù)是設(shè)備和管線伴熱溫度的計(jì)算和維持，以保證液態(tài)硫磺良好的流動(dòng)性。

2.1.4硫磺成型裝置

鋼帶造粒機(jī)的工作原理見圖7。

圖7 鋼帶造粒機(jī)工作原理簡(jiǎn)圖

鋼帶造粒機(jī)也稱回轉(zhuǎn)帶式冷凝造粒機(jī)，它是利用硫磺的低熔點(diǎn)特性，根據(jù)物料熔融態(tài)時(shí)的黏度范圍，通過特殊的布料裝置將液硫均勻分布于其下方勻速移動(dòng)的鋼帶上，在鋼帶下方設(shè)置的連續(xù)噴淋裝置的強(qiáng)制冷卻下，使物料在移動(dòng)、輸送過程中快速冷卻、固化，從而達(dá)到造粒成型的目的。其技術(shù)關(guān)鍵是液態(tài)硫磺通過造粒機(jī)布料器的滴落成型、冷卻和鋼帶的運(yùn)轉(zhuǎn)速率等，以使硫磺形成半球形或片狀硫磺。

布料器將來自上游的連續(xù)液硫快速、規(guī)則地分割成成排斷續(xù)滴落的液滴，利用物料液態(tài)時(shí)的黏性、表面張力使滴落在回轉(zhuǎn)鋼帶上的液滴形成半球狀或片狀均勻顆粒。通過布料器轉(zhuǎn)速和物料流量的協(xié)同調(diào)節(jié)，可以在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)和控制成品顆粒的粒度大小。

采用薄鋼帶傳動(dòng)輸送和噴淋強(qiáng)制冷卻傳熱，使液硫得到迅速冷凝、固化成型。硫磺顆粒通過薄鋼帶傳熱，完全避免了與冷卻水的接觸，成品濕含量得到可靠保證。

由于回轉(zhuǎn)鋼帶在卸料端的換向彎曲，使固化后的硫磺顆粒與鋼帶的結(jié)合面易于剝落，因此卸料時(shí)粉塵極少，顆粒形狀得到保護(hù)，有利于生產(chǎn)和使用過程操作條件和環(huán)境的改善。

在鋼帶造粒機(jī)正常運(yùn)行情況下，硫磺顆粒成半球狀或片狀，直徑3～6 mm，厚度1～2 mm。

2.2硫磺回收裝置主要物料及其特性

本項(xiàng)目主要物料為硫化氫(H2S)、硫磺(S)和微量甲硫醇(CH4S)。硫磺回收裝置的物料因處理原料的不同而有所差別，主要為氨(NH3)、硫化氫等，產(chǎn)物或產(chǎn)品主要為甲硫醇和片狀或球狀硫磺等，它們的主要特性如下[10-11]。

(1)氨(NH3) 無色氣體，有刺激性臭味，分子量17.03，密度0.771 4 g/L，熔點(diǎn)-77.7 ℃，沸點(diǎn)-33.35 ℃，自燃點(diǎn)651.11 ℃，蒸汽與空氣混合物爆炸極限的體積分?jǐn)?shù)為16%～25%，最易引燃的體積分?jǐn)?shù)為17%。

(2)硫化氫(H2S) 無色氣體，具有臭雞蛋氣味，分子量34.08，密度1.19 g/L，可燃上限為45.5%(體積分?jǐn)?shù))，下限4.3%(體積分?jǐn)?shù))。

(3)甲硫醇(CH4S) 無色氣體，有刺激性臭味，屬于易燃、易爆氣體。不溶于水，溶于乙醇、乙醚等有機(jī)溶劑。熔點(diǎn)-123.1 ℃，相對(duì)密度0.87(水為1.0)，沸點(diǎn)7.6 ℃，相對(duì)蒸氣密度1.66(空氣為1)，飽和蒸氣壓53.32 kPa (-7.9 ℃)，閃點(diǎn)-17.8 ℃，爆炸上限21.8%(體積分?jǐn)?shù))，爆炸下限3.9%(體積分?jǐn)?shù))。甲硫醇蒸氣與空氣可形成爆炸性混合物，遇熱源、明火、氧化劑有燃燒爆炸的危險(xiǎn)。與水、水蒸氣、酸類反應(yīng)產(chǎn)生有毒和易燃?xì)怏w，與氧化劑接觸發(fā)生猛烈反應(yīng)。

(4)硫磺(S) 固態(tài)硫磺外觀為淡黃色脆性結(jié)晶或粉末，有特殊的臭味，不溶于水。液態(tài)硫磺相對(duì)密度為2.0(水為1)；熔點(diǎn)119 ℃，沸點(diǎn)444.6 ℃，閃點(diǎn)207.2 ℃，自燃點(diǎn)232.2 ℃，爆炸下限2.3 g/m3。硫幾乎不溶于水，但少量溶于汽油、溴化乙烯、甲苯、丙酮等有機(jī)溶劑及二硫化碳中。硫具有較強(qiáng)的化學(xué)活潑性，在空氣中有升華現(xiàn)象，且隨溫度升高加快升華速度，常溫下即可發(fā)生輕微的氧化現(xiàn)象產(chǎn)生二氧化硫。

熔融硫的黏度隨溫度而變化，一般初熔時(shí)的黏度隨溫度升高而下降，當(dāng)溫度超過158 ℃后，黏度隨溫度升高而急劇增大。低溫液態(tài)下硫磺黏度-溫度曲線示圖見圖8[11]。

圖8 液態(tài)硫磺黏度-溫度曲線

從圖8中可以知道，液硫在130～160 ℃時(shí)黏度最小，利于液硫的輸送。為了使之保持較好的流動(dòng)性，以利于生產(chǎn)過程液硫的輸送，同時(shí)降低輸送的功率消耗，將熔硫溫度控制在140～150 ℃。

3 硫磺回收裝置設(shè)計(jì)規(guī)劃

在LO-CAT硫磺回收裝置以及固體硫磺的包裝、存儲(chǔ)等過程中，物料的排放或者泄漏主要發(fā)生在吸收氧化塔、真空帶式過濾機(jī)及廠房、造粒機(jī)及其廠房、包裝機(jī)與存儲(chǔ)廠房。工藝裝置和廠房規(guī)劃設(shè)計(jì)與硫磺回收過程的通風(fēng)除塵一定有著必然的聯(lián)系，合理的裝置和廠房規(guī)劃能夠有效地控制泄漏物料擴(kuò)散和傳播至安全地帶，對(duì)生產(chǎn)過程起到有效的防護(hù)。工藝裝置與廠房的合理設(shè)計(jì)規(guī)劃，決定了通風(fēng)除塵的必要性。

3.1脫硫裝置規(guī)劃布置

LO-CAT工藝裝置的規(guī)劃布置是以其核心設(shè)備吸收氧化塔為中心，進(jìn)行各設(shè)備的設(shè)計(jì)規(guī)劃。以本項(xiàng)目為例，吸收氧化塔內(nèi)徑9 800 mm，上部筒體高度9 000 mm，下部錐段高度6 368 mm，排放管位于設(shè)備頂部，并高出設(shè)備頂部3 000 mm，并在工藝計(jì)算階段對(duì)排放物做出了嚴(yán)格要求。在設(shè)計(jì)規(guī)劃過程中，吸收氧化塔以露天布置進(jìn)行處理。根據(jù)來自吸收氧化塔的硫漿溶液的特性，真空帶式過濾機(jī)的布置應(yīng)盡可能靠近吸收氧化塔。

3.2真空帶式過濾系統(tǒng)

結(jié)合工藝流程，真空帶式過濾機(jī)布置于屋內(nèi)二層平面，以便濾餅?zāi)軌蝽樌淙肴軡{攪拌槽。由于過濾機(jī)工作于潮濕環(huán)境中，空氣中夾帶有腐蝕性介質(zhì)。因此，裝置和廠房的通風(fēng)就顯得尤為重要。

過濾機(jī)的罩殼配置有通風(fēng)接口，需要在裝置的規(guī)劃設(shè)計(jì)階段配套相應(yīng)的通風(fēng)設(shè)備，將過濾機(jī)內(nèi)部散發(fā)的腐蝕性氣體引至室外安全的地方。過濾機(jī)屬于半開式裝置，在設(shè)備運(yùn)行過程中，腐蝕性介質(zhì)會(huì)傳播至廠房?jī)?nèi)。因此，需要根據(jù)廠房的容量來設(shè)置合理的通風(fēng)設(shè)備，以確保廠房?jī)?nèi)的有害氣體被引到室外安全的地方。真空帶式過濾系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)劃模型示意圖見圖9。

3.3硫磺造粒成型系統(tǒng)

本項(xiàng)目硫磺造粒成型系統(tǒng)主要包含鋼帶造粒機(jī)及其冷卻裝置、提升機(jī)、料倉及噸袋包裝機(jī)等設(shè)備。在造粒、提升、倉儲(chǔ)及袋包裝等硫磺落料過程中，片狀硫磺的碰撞會(huì)產(chǎn)生一定的粉塵，這些硫磺粉塵會(huì)散播至室內(nèi)或是在造粒機(jī)、料倉內(nèi)聚集。需要對(duì)裝置與廠房進(jìn)行通風(fēng)除塵，以便將廠房?jī)?nèi)的有害氣體引出到室外安全的地方。

在裝置設(shè)計(jì)規(guī)劃過程中，選用的造粒機(jī)罩殼配置有通風(fēng)接口，并配套相應(yīng)的通風(fēng)設(shè)備，將造粒機(jī)內(nèi)部散發(fā)的腐蝕性氣體引至室外安全地方。包裝機(jī)選用旋風(fēng)除塵裝置，將包裝機(jī)落料過程中產(chǎn)生的粉塵進(jìn)行收集，并通過除塵器回收。根據(jù)廠房容量設(shè)置通風(fēng)設(shè)備，以便將廠房?jī)?nèi)的有害氣體引出到室外安全的地方。工程設(shè)計(jì)中，根據(jù)要求，提升機(jī)和料倉也應(yīng)該配備必要的除塵通風(fēng)裝置。

造粒與包裝輸送裝置的設(shè)計(jì)規(guī)劃模型示意圖見圖10。

圖10 造粒與包裝輸送裝置模型

4 硫磺回收裝置通風(fēng)除塵必要性

硫磺回收工程項(xiàng)目中，不可避免會(huì)產(chǎn)生物料的泄漏，因此，都需要對(duì)裝置進(jìn)行通風(fēng)除塵、爆炸危險(xiǎn)區(qū)域劃分等工作。裝置運(yùn)行過程中，氣體和粉塵都有刺激性異味，特別是硫磺粉塵聚集到一定程度，具有爆炸的危險(xiǎn)，將會(huì)對(duì)操作人員和裝置安全生產(chǎn)造成危害。為了避免這些危害的發(fā)生，除了采取諸如工藝流程、工藝設(shè)備布置及危險(xiǎn)區(qū)域劃分等措施外，還需要根據(jù)工藝設(shè)備特性、區(qū)域條件等，選擇合適的儀表、電氣及輔助通風(fēng)除塵裝置，以便對(duì)裝置有關(guān)區(qū)域進(jìn)行通風(fēng)除塵，達(dá)到衛(wèi)生環(huán)境要求，并將爆炸性粉塵的濃度控制在爆炸極限內(nèi)。

4.1含硫蒸汽與硫磺粉塵產(chǎn)生原因

4.1.1過濾系統(tǒng)冷凝與蒸發(fā)產(chǎn)生硫蒸汽

根據(jù)過濾系統(tǒng)的工藝流程和真空帶式過濾機(jī)的工作原理可知，過濾系統(tǒng)裝置基本上工作于潮濕的環(huán)境中。在過濾機(jī)工作過程中，由于固液混合硫磺與空氣的接觸，在不同的介質(zhì)溫度或環(huán)境溫度下，會(huì)伴隨冷凝或是蒸發(fā)，從而使空氣中彌漫刺鼻的硫蒸汽。

4.1.2硫磺成型與包裝運(yùn)輸過程產(chǎn)生粉塵

由于生產(chǎn)成型方法不同，硫磺的常見形態(tài)有粉狀、粒狀、片狀或塊狀。本項(xiàng)目采用鋼帶造粒機(jī)進(jìn)行硫磺的成型，鋼帶造粒機(jī)形成的硫磺成片狀，直徑大約6～8 mm，厚度約0.8～1.5 mm，通過提升機(jī)將片狀硫磺送入儲(chǔ)料倉。

在硫磺成型機(jī)工作過程中由于硫磺在鋼帶上的迅速冷卻，會(huì)產(chǎn)生夾帶有刺激性氣味的蒸汽。同時(shí)在落料、提升及二次落料過程中，片狀硫磺的碰撞會(huì)產(chǎn)生一定的粉塵，這些硫磺粉塵會(huì)散播至室內(nèi)或是在造粒機(jī)、料倉內(nèi)聚集。

不同硫磺顆粒的形狀見圖11。從圖中可以看出，硫磺成型過程中不同工藝裝置、不同的工作狀態(tài)會(huì)形成不同形狀的硫磺顆粒。圖11d為鋼帶造粒機(jī)在不穩(wěn)定狀態(tài)先形成了硫磺碎片，這種情況下比較容易形成硫磺粉塵。

4.2含硫蒸汽與硫磺粉塵危害

4.2.1危害環(huán)境和人身健康[12,13]

硫磺蒸汽和粉塵散布于環(huán)境中對(duì)裝置和人身健康具有較大的危害，硫磺蒸汽和粉塵對(duì)鋼有腐蝕性，特別是在潮濕情況下腐蝕作用更強(qiáng)。

硫磺蒸汽和粉塵接觸人的皮膚后，對(duì)皮膚有弱刺激性，會(huì)產(chǎn)生接觸性皮炎，使皮膚瘙癢，甚至產(chǎn)生紅疹病。其能在腸道內(nèi)部分轉(zhuǎn)化為硫化氫而被吸收，大量呼吸可導(dǎo)致硫化氫中毒。急性硫化氫中毒的全身毒作用表現(xiàn)為中樞神經(jīng)系統(tǒng)癥狀，有頭痛、頭暈、乏力、嘔吐、共濟(jì)失調(diào)、昏迷等，可能引起眼結(jié)膜炎、皮膚濕疹。長期在硫磺粉塵環(huán)境中工作的人員，必須穿戴好防護(hù)用品，否則將引起呼吸系統(tǒng)疾病，經(jīng)常接觸硫也會(huì)引起皮炎等癥。

圖11 不同硫磺顆粒形狀示圖

4.2.2危害安全生產(chǎn)和設(shè)備安全運(yùn)行

硫磺回收裝置中有相當(dāng)一部分設(shè)備在潮濕環(huán)境中運(yùn)行，腐蝕對(duì)設(shè)備的安全運(yùn)行有較大影響。

硫磺在轉(zhuǎn)運(yùn)、儲(chǔ)存及裝車過程中可能出現(xiàn)硫磺火災(zāi)和硫磺粉塵爆炸兩種情況[14]。硫磺粉塵屬于易燃、易爆物品，粉塵與空氣混合形成爆炸性混合物，可被靜電點(diǎn)燃。懸浮于空氣中的硫磺粉塵在質(zhì)量濃度達(dá)到35 g/m3時(shí)便具有爆炸危險(xiǎn)性。作業(yè)過程中，當(dāng)硫磺粘有硫化鐵、氧化鐵、機(jī)油、金屬粉末和氧化劑等物質(zhì)時(shí)，易引起火災(zāi)。

4.3設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)過程裝置與廠房的要求

SH/T 3175—2013《固體工業(yè)硫磺儲(chǔ)存輸送設(shè)計(jì)規(guī)范》[15]對(duì)硫磺的存儲(chǔ)運(yùn)輸過程提出了具體的要求。根據(jù)規(guī)范，在硫磺成型、儲(chǔ)存和運(yùn)輸過程中應(yīng)該加強(qiáng)硫磺回收裝置通風(fēng)、除塵、防爆和消防等措施。

根據(jù)裝置選型及廠房的設(shè)計(jì)規(guī)劃，真空帶式過濾機(jī)、造粒機(jī)、提升機(jī)、料倉、包裝機(jī)及其廠房應(yīng)該設(shè)置通風(fēng)除塵裝置，確保人身健康和安全生產(chǎn)。

4.4設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)電氣設(shè)備的要求

在根據(jù)GB 50058—2014《爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》[16]進(jìn)行硫磺回收裝置爆炸性粉塵危險(xiǎn)環(huán)境區(qū)域劃分的基礎(chǔ)上，對(duì)裝置內(nèi)電氣設(shè)備進(jìn)行選型，爆炸性粉塵危險(xiǎn)環(huán)境電氣設(shè)備的級(jí)別不應(yīng)低于爆炸性粉塵混合物的防爆級(jí)別和溫度組別[11]。

電氣設(shè)備的選擇應(yīng)符合以下規(guī)定。

(1)根據(jù)爆炸危險(xiǎn)區(qū)域的劃分、電氣設(shè)備的種類和防爆結(jié)構(gòu)的要求，選擇相應(yīng)的電氣設(shè)備。

(2)選用的防爆電氣設(shè)備的級(jí)別和組別，不應(yīng)低于該爆炸性氣體危險(xiǎn)環(huán)境內(nèi)爆炸性氣體混合物的級(jí)別和組別。當(dāng)存在兩種及以上的易燃物質(zhì)形成的爆炸性氣體混合物時(shí)，按危險(xiǎn)程度較高的級(jí)別和組別選用防爆電氣設(shè)備。

(3)爆炸危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)的電氣設(shè)備，應(yīng)當(dāng)符合周圍環(huán)境內(nèi)化學(xué)、機(jī)械、熱、霉菌以及風(fēng)沙等不同環(huán)境條件對(duì)電氣設(shè)備的要求。電氣設(shè)備結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足在規(guī)定的運(yùn)行條件下不降低防爆性能的要求。

5 結(jié)語

隨著環(huán)境排放要求的不斷嚴(yán)格，天然氣處理項(xiàng)目中硫磺回收裝置的應(yīng)用將會(huì)不斷增加。在選擇合適的硫磺回收工藝基礎(chǔ)上，進(jìn)行工藝裝置和廠房規(guī)劃設(shè)計(jì)，對(duì)環(huán)境、人員健康以及裝置的安全運(yùn)行至關(guān)重要。合理的裝置和廠房規(guī)劃能夠有效地控制泄漏物料擴(kuò)散，促進(jìn)有害物質(zhì)傳播至安全地帶，降低或消除有害物質(zhì)對(duì)生產(chǎn)過程的危害。除采用優(yōu)化工藝流程、工藝設(shè)備布置及危險(xiǎn)區(qū)域劃分等措施外，還應(yīng)對(duì)有關(guān)區(qū)域配套通風(fēng)除塵裝置，以便滿足環(huán)境衛(wèi)生與安全要求。在硫磺回收裝置和廠房的規(guī)劃設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注物料處理的過程流程順序，縮短過程路徑，著重從降低能量消耗、控制裝置占地面積等方面對(duì)工藝系統(tǒng)進(jìn)行合理規(guī)劃。

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(GB 50058—2014，Code for Design of Electrical Installations in Explosive Atmospheres[S].)

(許編)

ReviewonDesign&PlanningforSulfurRecoveryUnitsandVentilation&DustRemovalofLO-CATProcess

SUHai-peng,XUChang-pu,HANCui-cui

(Design & Research Institute, China Oil HBP Science & Technology Corporation Ltd., Beijing 100088, China)

The sulfur recovery process and the main device working principle were introduced, which was combined with engineering application, the sulfur recovery device and ventilation & dust removal in the planning and design are reviewed, the planning principles of sulfur recovery device of ventilation and dust removal were put forward, the sulfur to the necessity and requirements for materials process hazards and ventilation and dust removal were pointed out, which could provide guidance for the application of sulfur recovery project.

sulfur recovery; liquid oxidation catalyst (LO-CAT); desulphurization; oxidation absorption tower; filter; ventilation and dust removal

TQ050.1； TE644； TU834

B `

10.3969/j.issn.1000-7466.2017.01.009

1000-7466(2017)01-0044-09

2016-08-10

蘇海鵬(1978-) , 男, 陜西商洛人, 高級(jí)工程師，學(xué)士，主要從事熱能工程和油氣田熱工工藝設(shè)計(jì)研究工作。