淺析SCOT尾氣處理工藝參數控制及優(yōu)化

賴津劍

摘 要：中石油遂寧天然氣凈化有限公司二期工程60億立方米/年凈化裝置的硫磺回收裝置單套回收能力達到126t/d，其采用三級常規(guī)克勞斯工藝加SCOT尾氣處理工藝。本文主要討論SCOT尾氣處理工藝部分參數控制及優(yōu)化，為日后進一步加強SCOT尾氣處理裝置的操作提供參考依據。

關鍵詞：硫磺回收;SCOT尾氣處理;參數優(yōu)化

隨著人們環(huán)保意識的提高，國家環(huán)保法規(guī)的日益嚴格，對于新建硫回收裝置，大多選擇以SCOT為代表的還原吸收工藝。此類工藝雖投資及能耗指標較高，但它對克勞斯硫磺回收裝置的適應性強，凈化度高，硫回收率高達99.8%以上，是目前世界上裝置建設數量最多、發(fā)展速度最快的尾氣凈化工藝。

1 ?尾氣處理工藝

1.1 ?加氫還原化學反應分析

在加氫反應過程中，克勞斯尾氣所含的SO2和元素S與還原性氣體（H2+CO）在CO/MO（Al2O3）催化劑的作用下反應，全部轉化為H2S，反應溫度為240—280℃。反應為放熱反應，反應后加氫反應器的溫升約為30℃。

SO2+3H2→H2S+2H2O ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（1）

S8+8H2→8H2S ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （2）

而尾氣中的COS和CS2水解生成H2S和CO2：

COS+H2O→H2S+CO2 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （3）

CS2+2H2O→2H2S+CO2 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （4）

1.2 ?尾氣處理工藝流程

克勞斯尾氣進入加氫再熱爐后，與爐中產生的還原性氣體混合，進入加氫反應器反應。加氫反應器出來經冷凝器換熱后進入急冷塔，急冷水冷卻后循環(huán)使用。尾氣離開急冷塔進入尾氣吸收塔與胺液逆流接觸吸收H2S后送至尾氣焚燒爐高溫灼燒排入大氣。

2 ?重要參數

SCOT尾氣處理工藝的主要目的是將硫磺回收裝置來的尾氣中存在的各種形態(tài)的硫（如SX、COS、CS2、SO2等）通過加氫反應催化劑還原和水解轉化成H2S，再通過貧胺液吸收除去尾氣中的H2S。該工藝過程涵蓋了加氫再熱爐在線制氫、加氫反應器中硫化物的還原及水解、尾氣的再吸收利用、尾氣焚燒爐的高溫氧化燃燒等多個重要的工藝環(huán)節(jié)。加強對每個環(huán)節(jié)的精準控制，對于提高硫磺回收及尾氣處理的總回收率以及確保最終的尾氣達標排放都至關重要。

2.1 ?加氫再熱爐降溫蒸汽

由于加氫再熱爐本身存在的目的就是給尾氣加熱到所需反應溫度及提供反應所需的還原性氣體，這就導致了在大多數時候加氫再熱爐中的化學反應都是次當量反應，該過程極易發(fā)生結焦反應，造成下游的催化劑積碳，進而造成催化劑的表面積減少和裝置壓降增大等不利影響。

2CH4+3O2→2CO+4H2O （甲烷的次當量燃燒） ? ? ? ? ?（5）

C+H2O→H2+CO2 ?（水煤氣反應） ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（6）

從以上化學反應不難看出，在裝置正常運行時連續(xù)注入低壓蒸汽，來促使碳與水蒸氣發(fā)生反應。根據以往經驗，蒸汽與燃料氣的比率一般控制為4：1，注入蒸汽后，在確?？刂苹鹧嫣幱谡Ｈ紵龔姸惹闆r下，有效抑制了結焦反應的發(fā)生。

2.2 ?加氫再熱爐的配風比

加氫反應器還原尾氣中S和SO2等含硫組分為H2S時所需的還原性氣體，除部分來自硫磺回收裝置尾氣中外，實際生產過程中還需要再熱爐進行補充，因此再熱爐大多數時候都處在一個次當量反應。如果還原性氣體不足，則可能導致尾氣進入急冷塔冷卻后，產生低溫克勞斯反應而生成硫磺，堵塞急冷塔填料層，并且急冷水酸性大大增強，對設備和管線的腐蝕會相當嚴重。因而必須控制急冷塔后尾氣中的H2濃度2%—4%。

生產過程中，用儀器對急冷塔頂出口尾氣中的H2進行連續(xù)監(jiān)控，通過調整燃料氣和空氣的比例來控制尾氣中的H2含量。減小該比例將增加H2含量，增大該比例將減少H2含量。正常操作中，空氣和燃料氣的配比范圍為理論完全燃燒值的0.7—0.8。

2.3 ?加氫反應器的入口溫度

為了使加氫反應器達到所需的最佳還原和水解反應溫度，反應器入口最低溫度一般不低于260℃。若低于該溫度，S和SO2的轉化率會因此降低，若溫度過高，則催化劑會因高溫而損壞。不過在催化劑進行預硫化或者催化劑活性降低的情況下，可以適當提高再熱爐的出口溫度。

2.4 ?急冷水PH值

由于急冷水是循環(huán)使用，PH值會不斷下降，如不加以控制則會最終演變?yōu)榫哂袕姼g性的酸水，導致設備和管線受到極大的損害。在正常生產中，常采用加氨水或NaOH堿液的辦法進行調整，可設置漏斗進行快速手動加注，也可設置氨水或堿液罐，再輔以計量泵進行較為精確的控制，一般控制PH在7-9。

2.5 ?尾氣吸收溫度

加氫反應器出來尾氣中的H2S能否被更多的吸收下來，除了主要受貧胺液濃度和循環(huán)量影響以外，吸收溫度也是一個影響因素，適宜的情況下，要加強急冷塔的冷卻操作，確保吸收反應溫度在28℃-40℃。

3 ?重要參數的操作優(yōu)化

3.1 ?加氫再熱爐降溫蒸汽優(yōu)化

在裝置運行初期燃料氣與降溫蒸汽是按照1：4的比例進行操作的，通過后期的不斷觀察和調整，在增加該比例至1：3、1：2運行一段時間后發(fā)現，再熱爐的火焰監(jiān)測信號并沒有特別大的變化，H2含量也未受影響，同時對燃燒溫度也起到了更好的控制作用。在裝置檢修期間對爐及反應器的檢查也未發(fā)現嚴重積碳現象的出現。

3.2 ?加氫再熱爐配風比優(yōu)化

由于再熱爐有著補充還原性氣體的作用，所以其燃料氣需要在次當量下進行燃燒，基本確定的配比范圍為0.7—0.8。當配風比低于0.65時，積碳的速度會明顯增加，隨之硫磺回收裝置的回壓也會逐漸增大。在經過一段時間的運行調整后發(fā)現，適當提高再熱爐配風比至0.75—0.85區(qū)間時，H2含量也能穩(wěn)定的維持在1—2%之間，大大降低了反應器積碳的風險。

3.3 ?加氫反應器入口溫度優(yōu)化

為保證各種形態(tài)S的徹底還原，以及COS、CS2的完全水解，入口溫度一般要求不低于260℃，這在一定程度上加大了裝置的能耗和操作飛溫的風險。通過與提供催化劑的廠家溝通了解，該催化劑為法國Axens公司提供的TG107低溫型催化劑，具有優(yōu)良的低溫反應性能。通過逐步降低反應器入口溫度直至220℃，反應器出口尾氣中H2S小于0.001%，有機硫小于0.002%，最終尾氣排放的總硫也遠低于國家標準。經過反復測試，在維持火焰燃燒強度情況下，確立了220—240℃的操作空間，大大降低了燃料氣的使用量和增大了裝置的操作彈性，也有助于延長催化劑的使用壽命。

3.4 ?急冷水PH值調整方式優(yōu)化

堿液原本的加注位置是在急冷水泵的入口管線處，裝置運行初期發(fā)現在此位置加注堿液會導致部分堿液還未完全與酸水混合的情況下就進入酸水汽提單元，造成了堿液的浪費，而且無形當中增加了酸水汽提單元的操作難度，也給后續(xù)的污水處理單元帶去麻煩。通過將堿液加注口移至急冷水流量調節(jié)閥后的入塔管線處，極大的提高了調整急冷水PH值的速度，并且可以保證堿液與酸水的充分混合。實際PH值的控制范圍也基本確定在6.5—8.5之間，通過一段時間的運行，在保證硫磺回收單元和再熱爐的配風較好的情況下，堿液加注的量大大減少。

3.5 ?尾氣吸收溫度的優(yōu)化

在貧胺液的質量得到保證的前提下，根據一段時間的測試發(fā)現，尾氣溫度維持在30—36℃時，尾氣排放中的總硫依然很低，完全能達到國家標準。而且測試中還得到一個驗證，就是尾氣溫度在30—36℃時，胺液濃度并沒有太大的波動，說明尾氣中帶水并不嚴重，這就為急冷段的操作提供了較大的可控范圍。

4 ?結語

（1）加氫再熱爐要加強蒸汽管線的疏水操作，避免由于蒸汽量過大而造成火焰監(jiān)測強度差導致的熄爐情況發(fā)生。

（2）尾氣中還原性氣體的多少，主要取決于硫磺回收裝置的操作。大多數時候來自硫磺回收單元的尾氣中還原性氣體的含量已足以保證加氫還原反應所需，只要保證硫磺回收裝置的配風合理，加氫再熱爐本身的操作也會變得更加容易，且對裝置的平穩(wěn)、高效運行也會帶來好處。具體硫磺回收裝置如何配風，主要依據酸氣濃度、2：1在線分析儀、加氫反應器床層溫度、尾氣排放SO2濃度等來確定。

（3）由于目前裝置的實際情況是并不處于滿負荷運行，所以SCOT尾氣處理單元的很多操作參數可以適當靈活控制，在嚴格確保尾氣達標排放的前提下，盡量將操作參數控制在較低的范圍，這樣既能達到節(jié)能降耗的目的，更能延長整個裝置的實際使用壽命。

參考文獻：

[1]魏 ?剛，喬 ?磊，馬勇波. SCOT法尾氣處理工藝關鍵控制及優(yōu)化[J]. 山東化工，2014，43（1）;87-89.

[2]陳賡良.克勞斯硫磺回收工藝技術進展.石油煉制與化工，2007，38（9）;32—37.

[3]溫崇榮，李洋.天然氣凈化硫回收技術發(fā)展現狀與展望. 天然氣工業(yè)，2009，29（3）;95—97.

（西南油氣田公司天然氣凈化總廠中石油遂寧天然氣凈化有限公司 ?四川 ?遂寧 ?629000）