超級克勞斯硫回收裝置優(yōu)化改造總結(jié)

屈 政

（兗礦魯南化工有限公司，山東滕州 277527）

兗礦魯南化工有限公司西廠區(qū)甲醇車間超級克勞斯硫回收裝置于2005年投產(chǎn)，隨著服役時間的延長，系統(tǒng)出現(xiàn)了不少問題。為了配合凈化系統(tǒng)的升級改造，適應(yīng)于處理低溫甲醇洗系統(tǒng)的全部酸性氣，以及日趨嚴峻的環(huán)保形勢，2016年以來我們對超級克勞斯硫回收裝置進行了一系列的優(yōu)化改造，以進一步優(yōu)化超級克勞斯硫回收裝置的運行狀態(tài)，降低排放尾氣中的SO2含量。以下對超級克勞斯硫回收裝置進行的優(yōu)化改造作一總結(jié)。

1 設(shè)計工況及運行情況

兗礦魯南化工有限公司西廠區(qū)甲醇車間硫回收裝置的任務(wù)是接收處理凈化系統(tǒng)來的酸性氣，設(shè)計酸性氣處理量為5800m3／h，酸性氣中H2S含量33.2%、CO2含量66.8%，酸性氣溫度40℃、壓力0.07MPa，年產(chǎn)硫磺20kt。

實際生產(chǎn)中，硫回收裝置接收處理西廠區(qū)甲醇車間全部酸性氣約3500m3／h，間接性接收東廠區(qū)凈化車間部分酸性氣約1000m3／h。硫回收裝置正常生產(chǎn)時酸性氣處理量約3500m3／h，酸性氣濃度 （即H2S濃度）在15%左右，氣化爐不摻燒精煤時酸性氣濃度一般在7%～10%。2014年裝置產(chǎn)硫磺5981.94t，2015年裝置產(chǎn)硫磺6616.62t，2016年 （截至11月26日）裝置產(chǎn)硫磺4773.10t，從多年的運行情況來看，硫回收裝置生產(chǎn)負荷總體較低。

正常生產(chǎn)時，尾氣廢鍋出口煙氣溫度約為180℃，因煙囪呈負壓狀態(tài)難以取樣，故沒有排放尾氣的硫化物分析數(shù)據(jù)，硫回收裝置尾氣分液罐出口 （即尾氣爐前）尾氣中硫化物的分析數(shù)據(jù) （體積分數(shù)，下同）如表1。

表1 尾氣分液罐出口尾氣中硫化物分析數(shù)據(jù) %

2 優(yōu)化改造內(nèi)容

2.1 廢鍋改造

2.1.1 酸性氣廢鍋

酸性氣廢鍋 （E6004）設(shè)備性能及工藝參數(shù)：內(nèi)徑1600mm、總長6900mm，采用φ57 mm×3.5mm的不銹鋼換熱管，換熱面積118m2；管程介質(zhì)為工藝氣，殼程介質(zhì)為水+飽和蒸汽；設(shè)計壓力1.45MPa（殼程）／0.08MPa（管程），設(shè)計溫度200℃ （殼程）／250℃ （管程），工作壓力1.30MPa（殼程）／0.07MPa（管程）。

酸性氣廢鍋 （E6004）于2006年6月投用（在系統(tǒng)原始開車后，由于酸性氣廢鍋管板等泄漏嚴重，于2006年6月進行了更換），2007年5月發(fā)現(xiàn)酸性氣廢鍋出口過程氣管線上有水，判斷出現(xiàn)了內(nèi)漏，試壓查漏發(fā)現(xiàn)管板上方有2處漏點，換熱管焊接處有5處漏點，滿焊；2009年10月棗莊特檢院對其進行檢測，結(jié)果為合格；2013年7月E6004出口煙箱焊縫處出現(xiàn)砂眼，進行補焊；2015年6月26日棗莊特檢院對其進行檢測，結(jié)果為合格，2015年6月29日出現(xiàn)爆管，查漏后，堵頭堵漏滿焊1處，管板滲漏補焊3處；2015年10月12日硫回收裝置運行數(shù)據(jù)顯示E6004后部有堵塞現(xiàn)象；2016年6月檢修期間對E6004列管進行疏通，對管板進行補焊。2016年12月15日，現(xiàn)場對E6004后部導(dǎo)淋進行疏通，發(fā)現(xiàn)有水，判斷E6004輕微內(nèi)漏，當時決定對其監(jiān)控運行。但E6004一旦內(nèi)漏嚴重，硫回收裝置將切氣停車，因酸性氣無法送公司東廠區(qū)處理，只能送煙囪放空，將嚴重污染周邊環(huán)境，故E6004必須進行更換。

據(jù)系統(tǒng)的實際運行情況 （配合凈化系統(tǒng)升級改造），新更換的酸性氣廢鍋副產(chǎn)的蒸汽壓力將由1.3MPa提升到2.5MPa，為了將酸性氣廢鍋副產(chǎn)的蒸汽并入1.3MPa蒸汽管網(wǎng)，增加一自調(diào)閥 （DN100、PN4.0）將其減壓至 1.3MPa；同時，原酸性氣廢鍋所需爐水由凈化車間高壓鍋爐給水泵供應(yīng)，因副產(chǎn)蒸汽提壓后其不能滿足生產(chǎn)所需，改為由熱電車間直供5.5MPa的高壓鍋爐水約 6m3／h。

2.1.2 尾氣廢鍋

尾氣廢鍋于2016年6月系統(tǒng)檢修后投用（在系統(tǒng)原始開車后，由于尾氣廢鍋多次出現(xiàn)管板和換熱管泄漏，于2016年6月進行了更換）。2016年11月15日，發(fā)現(xiàn)尾氣廢鍋泄漏，其管板焊縫全部開裂，聯(lián)系制造廠家人員進行現(xiàn)場分析，認為是腐蝕和應(yīng)力集中引起的開裂。于是制造廠家人員對管板焊縫進行打磨補焊處理，出具修復(fù)方案對尾氣廢鍋進行了修復(fù)。修復(fù)后的尾氣廢鍋于2016年12月2日投用，但12月12日07：40控制室顯示其液位突然回零，出口溫度降低，尾氣廢鍋出口出現(xiàn)大量泄漏，拆檢發(fā)現(xiàn)下方管板開裂。決定對尾氣廢鍋予以更換。

據(jù)系統(tǒng)的實際運行情況 （配合凈化系統(tǒng)升級改造），新更換的尾氣廢鍋副產(chǎn)的蒸汽壓力將由0.5MPa提升到2.5MPa，為了將副產(chǎn)的蒸汽并入1.3MPa蒸汽管網(wǎng)，需增加一自調(diào)閥（DN80、PN4.0）將其減壓至1.3MPa；同時，原尾氣廢鍋所需爐水由凈化車間高壓鍋爐給水泵供應(yīng)，因副產(chǎn)蒸汽提壓后其不能滿足生產(chǎn)所需，改為由熱電車間直供5.5MPa的高壓鍋爐水約4m3／h。

2.2 增設(shè)液硫捕集器

2016年6月硫回收裝置檢修時，對尾氣分液罐進行改造，將其由絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)改為百葉窗式結(jié)構(gòu)，但在其后的生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)尾氣焚燒爐入口導(dǎo)淋處有液硫排出，表明尾氣分液罐的百葉窗式結(jié)構(gòu)對液硫的捕集效果不是很好。由于0.10MPa蒸汽管網(wǎng)沒有用戶，蒸汽提壓至0.42MPa，溫度過高，故考慮在尾氣分液罐后增加一液硫捕集器（利舊設(shè)備），使2臺分離器串聯(lián)操作，以增強液硫捕集效果，避免液硫帶入尾氣焚燒爐轉(zhuǎn)化成SO2而導(dǎo)致尾氣嚴重超標。

液硫捕集器設(shè)備性能及工藝參數(shù)：凈重4.65t；外形尺寸 1200mm／1400mm，H≈5246mm；內(nèi)裝不銹鋼絲網(wǎng)和蒸汽盤管，采用夾套保溫，夾套蒸汽壓力0.4MPa、溫度150℃；介質(zhì)為工藝氣；操作壓力0.055MPa、操作溫度150℃。

2.3 增設(shè)酸性氣放空火炬

之前，硫回收裝置入工段酸性氣 （即凈化工段再生系統(tǒng)出口酸性氣）放空直接通過煙囪進行，事故狀態(tài)下的酸性氣進入煙囪放空，由于酸性氣比重 （密度）較大，會造成煙囪周邊污染嚴重，具有較大的危險性。凈化系統(tǒng)升級改造后，酸性氣濃度將達到30%以上，為避免周邊環(huán)境污染及中毒事件的發(fā)生，增設(shè)酸性氣放空火炬，即低溫甲醇洗裝置酸性氣放空由獨立的放空火炬完成，酸性氣經(jīng)燃燒后再排入大氣。

2.4 冷凝器絲網(wǎng)改造

硫回收裝置3臺冷凝器受氣體雜質(zhì)、管道腐蝕等方面的影響，絲網(wǎng)堵塞頻繁，且難清理，檢修更換絲網(wǎng)頻次較高，檢修難度大、時間長，嚴重影響系統(tǒng)的長周期運行，環(huán)保壓力大。借鑒兄弟單位有關(guān)設(shè)備的優(yōu)點，將硫回收裝置3臺冷凝器絲網(wǎng)改造成抽拉式，以克服上述諸多問題。

2.5 二級克勞斯轉(zhuǎn)化器入口前增設(shè)預(yù)熱器

二級冷凝器出口過程氣溫度為150℃，經(jīng)二級高溫摻合閥將酸性氣爐出口氣與過程氣摻混，工藝氣溫度提高至240℃后送入二級克勞斯轉(zhuǎn)化器進行轉(zhuǎn)化。但過程氣與高溫酸性氣摻合后，由于工藝氣中的硫含量增大，對二級克勞斯的轉(zhuǎn)化率造成影響。為此，在一級克勞斯轉(zhuǎn)化器出口增設(shè)換熱器，二級冷凝器出口氣體與一級克勞斯轉(zhuǎn)化器出口氣體換熱后送入二級克勞斯轉(zhuǎn)化器，取消酸性氣爐的二級摻合閥，并在一級克勞斯轉(zhuǎn)化器出口到二級克勞斯轉(zhuǎn)化器入口之間增設(shè)副線。該改造方案的優(yōu)點：一是換熱介質(zhì)溫差小，溫度容易控制；二是改造所用管線少，節(jié)省費用。

3 改造效果

3.1 2臺廢鍋更換效果

新?lián)Q廢鍋 （酸性氣廢鍋和尾氣廢鍋）副產(chǎn)蒸汽的壓力提升至了2.5MPa，原有配套鍋爐水和蒸汽管道閥門全部更換，所需鍋爐水改為熱電車間5.5MPa高壓鍋爐水，副產(chǎn)2.5MPa蒸汽經(jīng)自調(diào)閥減壓后并入1.3MPa蒸汽管網(wǎng)。

（1）改造后，鍋爐水與蒸汽系統(tǒng)運行正常，酸性氣廢鍋副產(chǎn)蒸汽壓力2.47MPa，基本達設(shè)計值，廢鍋出口過程氣溫度約248℃。

（2）更換前，酸性氣廢鍋和尾氣廢鍋頻繁泄漏，管道積存硫磺，造成系統(tǒng)阻力大，多次停車檢修；改造后，廢鍋運行穩(wěn)定，系統(tǒng)壓力正常，2臺廢鍋副產(chǎn)蒸汽2.5t／h，硫回收裝置蒸汽放空現(xiàn)象得以消除。

（3）酸性氣廢鍋出口過程氣溫度在245～257℃，運行狀態(tài)良好，因酸性氣廢鍋設(shè)計時主要考慮低溫甲醇洗裝置出口酸性氣濃度 （H2S濃度30%以上）、酸性氣爐爐溫和煙氣量的要求，而現(xiàn)階段酸性氣濃度一般只有16%～20% （低的時候僅8%左右），酸性氣爐爐溫在860℃左右的情況下，廢鍋仍具有一定的余量。

3.2 冷凝器絲網(wǎng)改造及增設(shè)液硫捕集器的效果

冷凝器絲網(wǎng)改造及增設(shè)液硫捕集器前，每個班尾氣廢鍋前至少排4槽硫磺，改造后，尾氣廢鍋前排硫磺處液硫量明顯減少，每班硫磺量減至半槽至1槽；尾氣系統(tǒng)運行時，吸收塔硫銨漿液取樣分析發(fā)現(xiàn)，沉淀物較改造前明顯減少，2臺尾氣分液罐串聯(lián)運行，硫磺分離效果大大增強。

3.3 增設(shè)酸性氣放空火炬的效果

改造后，硫回收裝置使用了新的放空管道，酸性氣在火炬燃燒放空，杜絕了酸性氣放空現(xiàn)場異味大、污染環(huán)境的情況，達到了預(yù)期的效果。

3.4 二級克勞斯轉(zhuǎn)化器入口前增設(shè)預(yù)熱器的效果

（1）改造后，二級克勞斯轉(zhuǎn)化器溫度低于改造前，表明酸性氣在一級克勞斯轉(zhuǎn)化器及前系統(tǒng)完成了大部分的轉(zhuǎn)化反應(yīng)，減輕了二級克勞斯轉(zhuǎn)化器的負荷。

（2）改造前，兩級克勞斯轉(zhuǎn)化器是部分并聯(lián)的關(guān)系；改造后，兩級克勞斯轉(zhuǎn)化器為串聯(lián)關(guān)系，避免了酸性氣爐中反應(yīng)不完全而含H2S較高的過程氣進入二級克勞斯轉(zhuǎn)化器，從而減輕了二級克勞斯轉(zhuǎn)化器的負荷，進而大幅降低了尾氣中硫化物的含量 （見表2），但受前系統(tǒng)酸性氣量及濃度變化的影響，改造后尾氣中硫化物含量波動較大。

表2 改造后尾氣分液罐出口尾氣中硫化物分析數(shù)據(jù) %

4 結(jié)束語

截至本文成稿時，改造后的超級克勞斯硫回收裝置已安全運行1a，總體而言，基本上解決了尾氣爐前帶硫的現(xiàn)象，尾氣分液罐出口尾氣中H2S及SO2含量明顯降低，大幅降低了煙囪排氣中的硫化物含量，改造取得了良好的效果。