硫磺回收裝置液硫池廢氣回收技術(shù)及應(yīng)用

馬崇彥 李永生 庾年偉

中國石化達(dá)州天然氣凈化有限公司

普光天然氣凈化廠共建設(shè)有6套12列裝置，每列裝置1個液硫池。目前，液硫池采用空氣鼓泡工藝進(jìn)行液硫脫氣，含硫廢氣排入焚燒爐，增加了排放煙氣中SO2質(zhì)量濃度，根據(jù)現(xiàn)場運行數(shù)據(jù)，凈化廠排放煙氣中SO2質(zhì)量濃度約為250～450 mg/m3，液硫池中廢氣對煙氣中SO2質(zhì)量濃度的貢獻(xiàn)比例約為30%～50%。根據(jù)即將出臺的天然氣凈化廠尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)，日產(chǎn)硫磺200 t以上的凈化廠，其排放尾氣中SO2質(zhì)量濃度(0 ℃，101.325 kPa，下同)不得超過400 mg/m3。顯然，如果能夠?qū)σ毫蛎摎鈴U氣中的硫化物進(jìn)行回收，普光天然氣凈化廠排放尾氣中SO2質(zhì)量濃度即可達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。

1 原液硫廢氣處理工藝

天然氣凈化廠硫磺回收裝置采用美國Black &Veatch公司的工藝包，單列裝置設(shè)計規(guī)模為20×104t/a，操作彈性為30%～130%，年操作時間為8000 h。硫磺裝置由克勞斯硫磺回收系統(tǒng)、尾氣處理系統(tǒng)、尾氣焚燒系統(tǒng)、液硫脫氣系統(tǒng)組成[1]。

裝置液硫脫氣工藝包括兩種：MAG機(jī)械攪拌工藝和空氣鼓泡工藝。MAG機(jī)械攪拌脫氣工藝受硫磺冷卻器及液硫循環(huán)管線泄漏的影響，于2013年起陸續(xù)停運。目前，各系列均通過空氣鼓泡進(jìn)行脫氣，采用低壓蒸汽抽射器，將液硫池廢氣引入尾氣焚燒爐，對排放煙氣中SO2質(zhì)量濃度的貢獻(xiàn)值約100～200 mg/m3。廢氣組成(φ)包括：N2：76.86%、O2：20.37%、H2S： 0.65%、S： 0.03%、H2O： 2.09%，總量約1666 m3/h。

液硫池分為3個區(qū)，有溢流堰隔開并互有連通閥，通過風(fēng)機(jī)(與克勞斯?fàn)t共用)向液硫池3個區(qū)分別通入空氣，各區(qū)空氣由調(diào)節(jié)閥分別控制流量，流程如圖1所示。

2 液硫廢氣入克勞斯?fàn)t研究

為降低硫磺回收裝置排放煙氣中SO2質(zhì)量濃度，提高裝置總硫回收率，天然氣凈化廠對液硫池廢氣實施回收改造。采用中壓蒸汽抽射器將液硫池廢氣引入克勞斯?fàn)t入口空氣管線上。采用空氣換熱器加熱燃燒空氣，防止含硫廢氣堵塞空氣管線、影響克勞斯?fàn)t溫度(如圖2所示)。

2.1 改造設(shè)計內(nèi)容

改造設(shè)計內(nèi)容如下：

(1) 新增1臺空氣加熱器，對克勞斯?fàn)t燃燒空氣進(jìn)行加熱，防止含硫廢氣堵塞克勞斯?fàn)t空氣管線，從而降低克勞斯?fàn)t溫度，影響硫回收率。

(2) 新增2臺中壓抽射器，利用中壓蒸汽將液硫池廢氣抽射入克勞斯?fàn)t空氣管線上。

(3) 新增1條液硫池廢氣進(jìn)入克勞斯?fàn)t空氣管線的夾套管線，配套1個帶聯(lián)鎖自動切斷閥(閥2)，2個現(xiàn)場手動操作閥門。

(4) 新增1條空氣加熱器低壓蒸汽管線，配套流量計、調(diào)節(jié)閥。

(5) 新增1條中壓蒸汽抽射器管線，配套1個帶聯(lián)鎖自動切斷閥(閥1)及疏水排凝管線。

(6) 新增1臺抽射器至尾氣焚燒爐流程，配套1個帶聯(lián)鎖自動切斷閥(閥3)。

2.2 工藝聯(lián)鎖設(shè)置

正常運行時，中壓蒸汽切斷閥(閥1)、液硫池廢氣至克勞斯?fàn)t切斷閥(閥2)開啟，去尾氣焚燒爐切斷閥(閥3)關(guān)閉。

克勞斯?fàn)t聯(lián)鎖停車時，液硫池廢氣至克勞斯?fàn)t切斷閥(閥2)關(guān)閉，液硫池廢氣至尾氣焚燒爐切斷閥(閥3)開啟。

尾氣焚燒爐異常停車時，手動關(guān)閉中壓蒸汽切斷閥(閥1)，同時關(guān)閉中壓蒸汽手閥。

2.3 工藝參數(shù)控制

裝置工藝參數(shù)控制見表1。

表1 裝置工藝參數(shù)Table 1 Process parameters of the unit抽射器中壓蒸汽流量(設(shè)計值)/(kg·h-1)液硫池空氣鼓泡流量(單區(qū))/(kg·h-1)克勞斯?fàn)t溫度/℃空氣加熱器蒸汽用量(設(shè)計值)/(kg·h-1)排放煙氣中SO2質(zhì)量濃度/(mg·m-3)12500～300900～11501882350

3 應(yīng)用實施效果

3.1 克勞斯系統(tǒng)80%負(fù)荷運行

裝置克勞斯系統(tǒng)80%負(fù)荷運行，液硫池空氣鼓泡工藝投運，為保證廢氣全部進(jìn)入克勞斯?fàn)t，現(xiàn)場液硫池呼吸口不外排廢氣，液硫池一、二、三區(qū)空氣閥位分別控制在23%、23%和5%；測試廢氣切入克勞斯?fàn)t和切至尾氣焚燒爐后的煙氣中SO2含量，結(jié)果見圖3。

由圖3可以看出，5月3日上午10:56，將液硫池廢氣由克勞斯?fàn)t切入尾氣焚燒爐，排放煙氣中SO2質(zhì)量濃度由140 mg/m3增至330 mg/m3，隨后穩(wěn)定在240 mg/m3；16:00，再將廢氣由廢氣焚燒爐切入克勞斯?fàn)t，煙氣中SO2質(zhì)量濃度由200 mg/m3降至85 mg/m3。

采用大數(shù)據(jù)分析手段，每分鐘錄入1個煙氣中SO2質(zhì)量濃度排放數(shù)據(jù)，液硫池廢氣切入克勞斯?fàn)t運行，排放煙氣中SO2質(zhì)量濃度平均值為113 mg/m3(5月3日0:00-10:56和16:00-23:59)，廢氣切入尾氣焚燒爐運行，排放煙氣中SO2質(zhì)量濃度平均值為242 mg/m3(5月3日10:56-16:00)，煙氣SO2減排量達(dá)到53%。

3.2 克勞斯系統(tǒng)100%負(fù)荷運行

裝置克勞斯系統(tǒng)100%負(fù)荷運行，液硫池空氣鼓泡工藝投運，為保證廢氣全部進(jìn)入克勞斯?fàn)t，現(xiàn)場液硫池呼吸口不外排廢氣，液硫池一、二、三區(qū)空氣閥位分別控制在23%、23%、5%；測試廢氣切入克勞斯?fàn)t和切至尾氣焚燒爐后的排放煙氣中SO2含量，見圖4。

由圖4可以看出，5月8日上午10:30，將液硫池廢氣由克勞斯?fàn)t切入尾氣焚燒爐，煙氣中SO2平均質(zhì)量濃度由116 mg/m3增至259 mg/m3；13:30，再將廢氣由廢氣焚燒爐切入克勞斯?fàn)t，煙氣中SO2質(zhì)量濃度平均值降至135 mg/m3。

采用大數(shù)據(jù)分析手段，每分鐘錄取1個煙氣中SO2質(zhì)量濃度數(shù)據(jù)，液硫池廢氣切入克勞斯?fàn)t運行，煙氣中SO2質(zhì)量濃度平均值為109 mg/m3(5月8日0:00-10:29和15:32-23:59)，廢氣切入尾氣焚燒爐運行，煙氣中SO2質(zhì)量濃度平均值為268 mg/m3(5月8日10:30-15:31)，煙氣SO2減排量達(dá)到59%。

3.4 廢氣對克勞斯系統(tǒng)、加氫系統(tǒng)的影響

液硫池廢氣由尾氣焚燒爐切入克勞斯?fàn)t，克勞斯系統(tǒng)運行穩(wěn)定，催化劑床層溫度分布均勻；加氫系統(tǒng)運行穩(wěn)定，催化劑床層溫度分布均勻。液硫池廢氣采用中壓蒸汽抽射入克勞斯?fàn)t后，克勞斯?fàn)t爐溫降低約10 ℃，爐溫保持在1050 ℃以上。

3.5 蒸汽消耗

3.5.1中壓蒸汽消耗量

采用中壓蒸汽抽射器將液硫池廢氣抽射入克勞斯?fàn)t。為保證液硫池廢氣全部抽射至克勞斯?fàn)t，液硫池呼吸口不外冒廢氣，調(diào)整優(yōu)化每1 h消耗中壓蒸汽1.1～1.2 t/h。廢氣切入尾氣焚燒爐，中壓蒸汽消耗量降至0.58～0.64 t/h。

表2 抽射器中壓蒸汽消耗統(tǒng)計表Table 2 Statistical table of medium-pressure steam consumption in pumper時間克勞斯負(fù)荷/%運行狀態(tài)中壓蒸汽設(shè)計消耗量/(t·h-1)中壓蒸汽實際消耗量/(t·h-1)5月3日～4日80廢氣引入克勞斯?fàn)t1.251.14～1.2080廢氣引入尾氣焚燒爐0.58～0.645月7日～8日100廢氣引入克勞斯?fàn)t1.251.14～1.20100廢氣引入尾氣焚燒爐0.58～0.64

3.5.2低壓蒸汽消耗量

采用低壓蒸汽將克勞斯燃燒空氣加熱至135 ℃以上，避免廢氣中液硫凝固堵塞克勞斯?fàn)t爐頭入口管線。低壓蒸汽消耗量約0.7～0.9 t/h，低于設(shè)計值(1.882 t/h)。

表3 空氣加熱器低壓蒸汽消耗統(tǒng)計表Table 3 Statistical table for low-pressure steam consumption in air heaters時間克勞斯系統(tǒng)負(fù)荷/%運行狀態(tài)低壓蒸汽設(shè)計消耗量/(t·h-1)低壓蒸汽實際消耗量/(t·h-1)5月3日～4日80廢氣引入克勞斯?fàn)t1.8820.7～0.980廢氣引入尾氣焚燒爐0.7～0.95月7日～8日100廢氣引入克勞斯?fàn)t1.8820.9～1.1100廢氣引入尾氣焚燒爐0.9～1.1

4 結(jié)論及建議

(1) 通過將液硫池廢氣通入克勞斯?fàn)t的技術(shù)改造后，煙氣中SO2減排量達(dá)到50%以上，減排效果顯著，降低了環(huán)境污染，可為類似裝置提供借鑒。

(2) 液硫池廢氣通過中壓蒸汽進(jìn)入克勞斯?fàn)t，現(xiàn)場實施后，克勞斯?fàn)t爐溫降低10 ℃左右，對后續(xù)加氫裝置無影響，可見液硫池廢氣通入克勞斯?fàn)t對裝置平穩(wěn)生產(chǎn)無不良影響。

(3) 排放煙氣中SO2主要來自液硫池廢氣和尾氣吸收塔廢氣兩部分[5]，本研究針對液硫池廢氣降低了煙氣中SO2的排放，建議還可以對尾氣吸收塔工藝進(jìn)行優(yōu)化，達(dá)到進(jìn)一步降低排放煙氣中SO2質(zhì)量濃度的目的。