硫磺回收裝置尾氣脫硫系統(tǒng)操作參數(shù)對運行的影響

張 猛，馬洪璽，冒蘭軍

（上海藍科石化環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?，上海 201803）

目前國內(nèi)外硫磺裝置主要工藝仍然是克勞斯工藝、直接 (選擇性催化)氧化工藝、氧化 (還原)吸收工藝等[1]。國內(nèi)石油化工行業(yè)以克勞斯工藝為主，硫磺尾氣硫質(zhì)量濃度100～30000mg/m3，環(huán)保要求尾氣需經(jīng)過脫硫后排放。

已有硫磺尾氣脫硫工藝除需增加脫硫系統(tǒng)外，同時配合硫磺回收裝置本身的優(yōu)化改造。

1 脫硫技術(shù)介紹

藍科環(huán)保自主開發(fā)的LK-EGC雙循環(huán)脫硫技采用NaOH溶液作為脫硫劑，并針對硫磺裝置的不同運行工況，如正常運行、事故、開停工等條件下，對補水、排水、煙氣溫度、pH值等參數(shù)進行了優(yōu)化，確保達標(biāo)排放并降低能耗物耗。LK-EGC雙循環(huán)脫硫技術(shù)基本原理見圖1。該脫硫技術(shù)已在國內(nèi)多套裝置得到應(yīng)用[2]。本文就幾套硫磺尾氣脫硫系統(tǒng)補水、排水、水質(zhì)、煙氣溫度、pH值等操作值于設(shè)計值進行了對比分析，并提出了今后的優(yōu)化方向。

2 部分硫磺裝置尾氣脫硫系統(tǒng)運行情況分析

2.1 金陵石化Ⅲ號、Ⅳ號硫磺裝置尾氣脫硫系統(tǒng)運行分析

金陵石化Ⅲ及IV號硫磺裝置脫硫系統(tǒng)設(shè)計值/操作值如表1。

圖1 LK-EGC雙循環(huán)脫硫技術(shù)基本原理及主要控制參數(shù)

從表1看出，Ⅳ號硫磺裝置排水量不足，進料硫含量也3.5倍于設(shè)計值，并采用新鮮水作為工藝補水[3]；Ⅳ號硫磺裝置在運行1年后出現(xiàn)系統(tǒng)壓降增大的現(xiàn)象，經(jīng)檢修后發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)堵塞，分析污垢的主要成分為SO3、CaO、Al2O3、SiO2。

表1 金陵石化Ⅲ號、Ⅳ號硫磺裝置主要運行參數(shù)一覽表

對于結(jié)垢原因，我們進行了影響因素分析：多重因素導(dǎo)致了Ⅳ硫磺脫硫系統(tǒng)鹽濃度高，進而推高了系統(tǒng)中SO32-濃度，濃縮比達14.8使Ca2+等離子濃度進一步濃縮，而CaSO3難溶于水最終沉淀結(jié)垢；Ⅳ號硫磺車間采取補加除鹽水等整改措施后操作趨于穩(wěn)定[3]；某些其他工藝鈉堿法脫硫裝置也有出現(xiàn)鹽濃度過高導(dǎo)致系統(tǒng)堵塞的情況發(fā)生[4]；因此脫硫系統(tǒng)由于對應(yīng)硫磺裝置操作波動大，水質(zhì)及各項操作參數(shù)會引起系統(tǒng)堵塞影響生產(chǎn)。詳見表2。

表2 Ⅳ硫磺裝置結(jié)垢影響因素分析

按表3分析，Ⅲ號硫磺裝置與Ⅳ號硫磺裝置采用了同樣的工藝水、同樣較大的煙氣硫含量及類似的運行考核系統(tǒng)，但由于具體操作中的排水量、補水量、換熱系統(tǒng)及較低的操作溫度各種因素綜合起來，實際運行中Ⅲ號硫磺尾氣脫硫部分操作平穩(wěn)，裝置穩(wěn)定運行。

表3 Ⅲ硫磺裝置對比運行分析

2.2 洛陽石化4+4萬噸硫磺尾氣達標(biāo)排放系統(tǒng)運行分析

洛陽石化4+4萬噸硫磺裝置的提標(biāo)治理項目于2019年6月底開車成功投入運行。

運行時外排廢水一度出現(xiàn)發(fā)綠現(xiàn)象，經(jīng)采樣分析發(fā)現(xiàn)氨氮質(zhì)量濃度高達2542mg/L，pH值9.0，分析認為在高pH值條件下，上游硫磺裝置操作波動帶來的未反應(yīng)氨與脫硫系統(tǒng)管道、管件（閥門、墊片等）中的鎳氧化物發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)導(dǎo)致含鹽廢水顏色呈現(xiàn)藍綠色：

經(jīng)過調(diào)整降低pH值到8，同時穩(wěn)定焚燒爐、轉(zhuǎn)化爐操作后，氨氮降至ρ＜0.05mg/L，外排污水顏色恢復(fù)正常。

2.3 蘭州石化3萬噸硫磺裝置尾氣達標(biāo)排放系統(tǒng)

蘭州石化3萬t/a硫磺裝置尾氣脫硫系統(tǒng)2019年11月開車成功后投入運行。

由于裝置規(guī)模較小，部分操作例如補水、排水、pH控制（補堿）等操作均采用了間歇操作；本項目塔操作溫度曾異常升高至66℃，分析認為進料煙氣水蒸氣含量較高超過20%（設(shè)計值10%），導(dǎo)致煙氣飽和溫度高于60℃，蒸發(fā)潛熱帶來的降溫效應(yīng)減弱致使操作溫度進一步提高，車間經(jīng)檢修發(fā)現(xiàn)焚燒爐爐管出現(xiàn)破裂導(dǎo)致蒸汽泄漏；經(jīng)過檢修后脫硫系統(tǒng)溫度恢復(fù)正常。

3 總結(jié)

硫磺裝置操作波動導(dǎo)致脫硫系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)往往與實際運行參數(shù)不一至影響運行，綜合匯總分析如下：

1）裝置實際運行負荷波動范圍超出設(shè)計負荷范圍50%～110%，對脫硫系統(tǒng)穩(wěn)定操作帶來了挑戰(zhàn)。

2）煙氣溫度及煙氣水蒸氣含量波動范圍超出設(shè)計值，帶來的結(jié)果是脫硫系統(tǒng)操作溫度也在較大范圍內(nèi)波動，水耗難以穩(wěn)定控制。

3）多數(shù)裝置基于預(yù)算考慮沒有在進料線上設(shè)置硫分析儀造成無法實時監(jiān)控來料煙氣組成并及時調(diào)整操作參數(shù)，造成操作滯后、被動。

4）部分裝置用新鮮水作為補水，長期運行造成了脫硫系統(tǒng)堵塞，加大了車間的工作強度。

4 脫硫工藝優(yōu)化前景

對國內(nèi)部分其他同類脫硫裝置進行考察后，部分采用其他鈉堿法脫硫技術(shù)的裝置也遇到了例如系統(tǒng)堵塞、煙氣外排溫度低等狀況[4]，分析認為今后采用鈉堿法脫硫工藝的優(yōu)化改進應(yīng)集中在在以下幾個方面：

1）在線分析煙氣流量及硫含量，根據(jù)來料煙氣硫含量設(shè)定系統(tǒng)pH值處于合理范圍，減少堿耗。

2）根據(jù)煙氣水蒸氣含量，優(yōu)化系統(tǒng)操作溫度，確保外排鹽濃度的前提下盡量降低水耗。

3）根據(jù)硫磺裝置對應(yīng)的酸性氣來源點進行精確分析，確保全廠酸性氣調(diào)度平衡，穩(wěn)定對應(yīng)硫磺裝置的操作負荷，以確保脫硫系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

4）選用高效低壓降換熱器，降低煙氣入塔溫度，減少水耗量，并提高進入煙囪外排煙氣溫度以消除白煙。