長壽分廠CPS硫磺回收系統回壓升高對回收率的影響及處理措施

夏林羅強胡平芳(.西南油氣田公司重慶天然氣凈化總廠長壽分廠，重慶404300；.西南油氣田公司重慶天然氣凈化總廠忠縣分廠，重慶404300）

長壽分廠CPS硫磺回收系統回壓升高對回收率的影響及處理措施

夏林1羅強1胡平芳2(1.西南油氣田公司重慶天然氣凈化總廠長壽分廠，重慶404300；2.西南油氣田公司重慶天然氣凈化總廠忠縣分廠，重慶404300）

隨著新《環境保護法》的實施，以及上游氣礦為保產而添加一些化學試劑造成原料天然氣氣質變差等因素，為降低尾氣中SO2排放量，減少環境污染，達到工業排放標準，從而要求我們日常操作越來越精細，管理也更加科學規范。本文介紹了長壽分廠CPS硫磺回收裝置系統回壓升高的原因分析及相應的處理措施，最后有針對性的提出了預防CPS硫磺回收系統回壓升高的措施。

CPS硫磺回收；系統回壓；原因分析；預防措施

長壽分廠CPS硫磺回收裝置與設計處理原料氣天然氣400×104m3/d脫硫裝置相匹配。設計原料氣中H2S含量為4～6g/ m3，CO2含量為53.80～59.49g/m3；設計酸氣量為1225～1581m3/ h，酸氣中H2S濃度為35.87～41.68%；設計硫回收率 99.25%，SO2排放量 14.2kg/h，最大硫磺產量為24t/d。[1]

1 CPS裝置概況及工藝流簡程介

長壽分廠CPS硫磺回收裝置于2010年11月22日建成并一次性投產成功。該裝置于2011年計劃停產檢修中進行了優化改造，增加了主燃燒爐酸氣分流管線。CPS硫磺回收工藝由一個熱反應段、一個常規克勞斯反應段和三個后續的低溫克勞斯反應段組成。其流程簡圖見圖1。

2 系統回壓升高的原因分析

長壽分廠CPS硫磺回收裝置自投產以來，長期處于低負荷運行狀態，曾遇到主燃燒爐燃燒不穩定，部分蒸汽管線周期性水擊，硫磺回收系統回壓偏高等問題。而硫磺回收裝置系統回壓是判斷系統設備是否堵塞的重要依據，并且直接影響著硫磺回收率，通過觀察系統回壓的變化和處理量的關系，可以分析裝置運行是否正常。

2.1 液硫管線堵塞

液硫管線堵塞，導致系統回壓升高，硫磺回收率下降。如果裝置液硫管線不暢通，生成的液硫不能進人液硫池內，當裝置系統內液硫達到一定量時，一方面會減小液硫管線流通面積，阻擋過程氣通過，造成系統回壓升高；另一方面通過液硫封采樣包觀察不到液硫，造成沖液硫封，將導致硫收率下降、環境污染，還可能導致人員中毒事故的發生。造成液硫管線不暢通的原因有：某一級硫磺冷凝器至液硫封的夾套管線保溫失效，液硫在對應的硫冷器內逐漸積累，堵塞了此硫冷器內過程氣通道；尾氣管線的保溫效果差，尾氣中殘余的硫蒸汽在尾氣管線上積累凝結造成尾氣管線的堵塞；由于處理量小造成各級硫冷器蒸汽蒸發量小，液硫流動性降低而導致液硫冷凝堵塞。

2.2 反應器床層溫度過低，發生硫沉積

反應器床層溫度過低，床層積硫，導致系統回壓升高，硫磺回收率下降。反應器床層積硫嚴重，增加了過程氣通過床層的阻力；床層積硫主要是由于反應器內溫度較低，在低于硫露點的情況下形成液態硫在催化劑表面和縫隙中積聚；另外也可能是反應器負荷過大，單質硫緩慢積累造成的。

2.3 催化劑粉化或積炭

圖1 長壽分廠CPS硫磺回收工藝流程簡圖

催化劑粉化或積炭，造成反應器床層阻力增大，導致系統回壓升高，硫磺回收率下降。長壽分廠CPS工藝采用的催化劑為Porocel Maxcel 727，預計使用壽命為5年。2015年4月裝置停產檢修時，打開反應器頂部入口管線對催化劑取樣分析發現，大部分催化劑變黑（重烴會在催化劑的表面上形成一層黑色、光亮的焦油狀沉積物），一部分催化劑破裂、粉化。在隨后的更換催化劑作業中發現，CPS一級反應器床層金屬絲網孔中存有催化劑破損粒，CPS一級硫磺冷凝器管程沉積有過程氣帶出的催化劑粉塵（輕烴不完全燃燒而生成的粉末狀炭會在催化劑床層形成炭沉積）。

2.4 設備故障

設備故障，導致系統回壓升高，硫磺回收率下降。如果廢熱鍋爐、硫磺冷凝器管殼程串漏，那么會造成液硫冷凝，導致系統回壓升高。另外，硫磺冷凝器、尾氣捕集器捕霧網損壞、脫落、積灰嚴重也會造成液硫冷凝，導致系統回壓升高。

3 系統回壓升高的處理措施

3.1 液硫管線堵塞的處理

當液硫系統堵塞時首先檢查液硫管線流程是否通暢，觀察各級液硫封采樣包出液硫情況來確定是哪一段流程堵塞；然后檢查液硫管線伴熱是否良好，一般根據液硫管線外壁是否化硫來判斷液硫管線伴熱是否良好，如果不化硫說明液硫管線伴熱效果不好，那么就要將液硫管線伴熱、保溫恢復正常。當恢復了保溫后，某一級液硫封采樣包仍觀察不到液硫時，很有可能就是硫磺冷凝器至液硫封的夾套管線被催化劑粉末、設備腐蝕物等雜質淤積造成堵塞，這時就要打開不暢通的液硫夾套管線盲法蘭現場排硫，甚至需要用鋼筋疏通堵塞的液硫管線。

3.2 硫沉積處理

硫沉積是在冷凝和吸附兩種作用下發生的。冷凝指轉化器溫度低于硫露點時，過程氣中的硫蒸汽冷凝在催化劑表面的孔結構中；吸附指硫蒸汽由于吸附作用和隨之發生的毛細管冷凝作用，硫蒸汽沉積在催化劑的孔結構中。由硫沉積而造成的催化劑失活一般是可逆的，可采取適當提高床層溫度的辦法將沉積的硫帶出。2015年1月14日降低分流的酸氣量后，常規克勞斯反應器入口溫度由180℃逐漸升高至190℃左右，常規克勞斯反應器床層溫度也逐漸升至276℃左右，吸附在催化劑表面的COS、CS2逐漸開始水解，系統回壓也在波動，大約維持在23kPa。2015年2月1日，可能是吸附在催化劑表面的COS、CS2水解完畢，系統回壓降至13kPa左右。2015年2月27日以后，酸氣量為1200m3/h左右，酸氣中H2S濃度為35.8%左右，常規克勞斯反應器床層溫度穩定在295℃,系統回壓也穩定在16 kPa左右。其具體數據見表1.

表1.常規克勞斯反應器入口溫度、床層溫度與系統回壓統計表

3.3 積碳處理

催化劑積碳是由于酸氣中含有的烴類因不能在燃燒爐內完全燃燒而生成粉末狀碳或焦油狀物質沉積在催化劑表面。因此，在酸氣量、酸氣濃度偏低時不僅要加入適量燃料氣，而且要控制好主燃燒爐的配風量，保證烴類完全燃燒。另外，必須控制好脫硫單元閃蒸罐的液位和壓力，保持良好的閃蒸效果；必須控制好脫硫單元貧液循環量和貧液入塔層數，在滿足凈化度的前提下，盡可能采用高氣液比，降低貧液入塔層數，提高溶液的選吸能力，減少酸氣中烴、CO2含量，提高酸氣濃度，降低CO2共吸率；必須控制好分流的酸氣量，根據尾氣在線分析儀（H2S：SO2=2:1）的情況控制好主燃燒爐和尾氣灼燒爐的配風。

3.4 更換設備

如果確定是設備故障，那只能停產檢修。捕霧網損壞、脫落、積灰嚴重，則進行清理修復后恢復即可。一旦確定是廢熱鍋爐或某一級硫磺冷凝器管殼程串漏，則進行試壓、查找出串漏管程并進行封堵或更換設備。

4 預防系統回壓增大的措施

由于系統回壓超高造成液硫封被沖現象應該被避免，進而導致硫磺回收率降低更應該被避免，因此，可以采取措施提前預防系統回壓增大。首先，主燃燒爐的爐頭以及尾氣管線上都應該安裝壓力測量裝置，裝置運行中及時發現系統壓力的升高，就有充足的時間檢查出原因并加以解決。然后，液硫封流出液硫的情況每天都應該進行觀察，包括顏色和流量等，若無液硫流出，就立即檢查保溫。另外，硫磺回收裝置無法避免因上游氣質氣量變化波動，造成酸氣量的波動，從而導致系統積碳而引起的系統回壓增大。但是可以根據尾氣在線分析儀，加強主燃燒爐和尾氣灼燒爐的配風控制，防止催化劑積碳的發生。最后，在停產檢修過程中，疏通完各級硫磺冷凝器管程后，硫磺冷凝器尾端端蓋復位前啟動主燃燒爐風機，對過程氣管線進行吹掃，將一些碎硫磺渣、設備腐蝕物、催化劑粉塵等雜物逐級從硫冷器尾端吹出。但是有少數雜物被吹積到硫冷器至液硫封夾套管線（DN25）中沉積，因此要將夾套管線一端的盲法蘭拆除進行疏通夾套管線，并且待保溫蒸汽管線投用正常后再復位夾套管線盲法蘭。

5 結語

長壽分廠CPS硫磺回收裝置在總結原常規克勞斯硫磺回收裝置的經驗基礎上，設計上更加優化、合理，管理和運行上更加科學、規范；安全、平穩地運行了5年，沒有因系統回壓超高造成裝置聯鎖或停產。通過以上總結分析，我們將繼續加強源頭控制，精心操作等一切可靠措施來減少裝置系統積硫、積碳、液硫系統管線堵塞等造成裝置系統回壓增大的因素，確保裝置硫磺回收率，減少大氣污染。

[1]長壽分廠硫磺回收裝置適應性改造工程初步設計（加-1636）第三冊，安全專篇[M]。8-9.

[2]長壽分廠硫磺回收裝置適應性改造工程初步設計（加-1636）第二冊，環保專篇[M]。14-15.

夏林（1988-），男，甘肅酒泉人，助理工程師，現任職于西南油氣田公司重慶天然氣凈化總廠忠縣分廠，從事天然氣凈化技術管理工作。