硫黃回收裝置標定考核及技術分析

陶 樂，張今龍，魏振軍

(神華包頭煤化工有限責任公司 內蒙古包頭 014010)

22 kt/a硫黃回收裝置采用SSR工藝技術，于2008年3月開工建設，2009年11月中交，2010年6月5日引酸性氣開工并產出合格硫黃產品，標志著該硫黃回收裝置投料試車一次成功。該裝置在2016年檢修時，首次改用LS系列催化劑，開車及運行情況良好。

1 工藝技術特點[1]

該硫黃回收裝置由兩級克勞斯、尾氣加氫還原吸收、胺液再生、液硫脫氣和尾氣焚燒五大部分組成?？藙谒共糠植捎弥绷魇讲糠秩紵?，使來自變換汽提系統含氨不凝氣和低溫甲醇洗系統的酸性氣在溫度1 250 ℃以上進行克勞斯反應，將變換汽提系統含氨不凝氣中的NH3全部轉化為N2和H2O。制硫燃燒爐采用加拿大AECOMETRIC燒嘴，以保證酸性氣中氨和其他烴類雜質完全燃燒。制硫反應器采用高低溫過程氣摻合工藝，操作控制簡單，具有較大的操作靈活性。

尾氣吸收采用加氫還原吸收法。來自克勞斯的尾氣摻入氫混合以后被加熱至280 ℃，在鈷、鉬催化劑的作用下，尾氣中攜帶的單質硫和SO2進行加氫反應，COS和CS2進行水解反應。吸收、再生部分采用質量分數30%的MDEA水溶液作為脫硫劑，可以使凈化后的尾氣中含硫化氫體積分數≤0.01%。

采用地下液硫儲槽進行液硫脫氣。液硫儲槽主體為水泥結構，設置抗腐蝕性能良好的保溫層，儲槽底部鋪設加熱盤管。利用循環脫氣泵使液硫中的H2S逸入氣相中，經抽氣器送入尾氣焚燒爐焚燒。

為了使尾氣中的H2S充分燃燒生成SO2，必須控制尾氣焚燒爐的溫度，使其最大限度燃燒；同時還應控制空氣和燃料氣量，防止氮氧化物的生成。

2 標定考核情況

為了考核硫黃回收裝置最大負荷(裝置負荷以硫黃產量計，下同)下的運行情況，深入了解LS系列催化劑的性能，于2016年8月2日07：00對硫黃回收裝置進行96 h的標定考核。

2.1 原料情況

硫黃回收裝置標定期間，來自低溫甲醇洗系統的酸性氣流量為2 830～2 999 m3/h(標態)，平均流量為2 902 m3/h(標態)，酸性氣中含硫化氫體積分數34.4%；來自變換汽提系統的含氨不凝氣流量為2 892～2 956 m3/h(標態)。標定期間裝置原料情況如表1所示。

表1 標定期間裝置原料情況

2.2 催化劑技術指標

本次硫黃回收裝置檢修后，將催化劑更換為LS- 300制硫催化劑、LS- 971抗漏氧保護制硫催化劑及LS- 951T尾氣加氫催化劑，其中制硫一級反應器上層1/3高度裝填LS- 971抗漏氧保護制硫催化劑。LS- 300制硫催化劑、LS- 971抗漏氧保護制硫催化劑及LS- 951T尾氣加氫催化劑主要技術指標如表2所示。

2.3 主要運行數據

標定期間硫黃回收裝置主要運行數據如表3所示。

表2 LS系列催化劑主要技術指標

表3 標定期間硫黃回收裝置主要運行數據(2016年)

2.4 物料平衡

硫黃回收裝置標定期間保持較高的酸性氣處理負荷，8月3日裝置負荷達到了最大值100.3%，酸性氣流量為2 999 m3/h(標態)，裝置酸性氣負荷達到標定考核要求。硫黃回收裝置物料平衡數據如表4所示。

表4 硫黃回收裝置物料平衡數據

2.5 裝置能耗

在標定期間，硫黃回收裝置共回收生產優等品固體硫黃200 t，裝置平均負荷為95%。硫黃回收裝置生產噸硫黃的標定值與設計值比較如表5所示。

表5 硫黃回收裝置生產噸硫黃的標定值與設計值比較

標定期間生產噸硫黃的能耗略高于設計值，主要是以下幾個因素綜合作用的結果。

(1)實際循環水消耗量高于設計值，主要原因是標定時處于夏季，氣溫相對較高，循環水消耗量較大。

(2)實際電耗低于設計值，主要原因是將空冷器電機改為變頻電機并加強裝置照明等管理，使電耗大幅下降。

(3)實際燃料氣的消耗量高于設計值，主要原因是裝置所處理的酸性氣濃度相對較低，采用燃料氣作為伴燒氣以提高制硫爐的爐膛溫度，使燃料氣消耗量大幅增加。

(4)實際氮氣的消耗量高于設計值，主要原因為裝置酸性氣和含氨不凝氣混合處經常會出現結晶，導致含氨不凝氣管線堵塞，因此采用通入氮氣的方式以防止此處產生結晶，由此導致氮氣消耗量增加。

2.6 產品質量

標定期間對硫黃產品質量進行了2次分析(表6)，均達到國家標準《工業硫磺 第1部分：固體產品》(GB/T 2449.1—2014)優等品指標的要求。

表6 硫黃產品質量分析結果 %

2.7 煙道氣排放濃度分析

標定期間委托環境監測站對硫黃回收裝置排放煙道氣中的SO2、NOx和H2S濃度進行了檢測，檢測結果如表7所示。

表7 排放煙道氣檢測結果

國家標準《大氣污染物綜合排放標準》(GB l6297—1996)要求高度為100 m的煙囪SO2最高允許排放質量濃度為960 mg/m3，SO2最大排放速率為170 kg/h。從表7檢測結果來看，硫黃回收裝置的SO2排放濃度和排放速率均優于國家標準要求。但是按照新的國家標準《石油煉制工業污染物排放標準》(GB 31570—2015)的要求，自2017年7月1日起，現有的硫黃回收裝置SO2排放質量濃度要求小于400 mg/m3(標態)，裝置現有的SO2排放值已不能滿足新標準要求，須作進一步的改造。

3 硫平衡計算及催化劑轉化率計算

3.1 硫平衡計算

根據硫黃回收裝置標定期間的數據，凈化后尾氣中含硫化氫體積分數<0.01%，排放煙道氣中二氧化硫平均質量濃度為562 mg/m3。按煙道氣中二氧化硫平均質量濃度562 mg/m3、硫化氫平均質量濃度6.7 mg/m3進行計算，裝置平均硫回收率為99.65%。標定期間裝置硫平衡情況如表8所示。

表8 標定期間裝置硫平衡情況

3.2 制硫系統出口總硫回收率

在整個標定期間，進硫回收裝置的酸性氣中硫化氫平均體積分數為39.87%，制硫系統出口氣體中含硫化氫體積分數為0.27%，則制硫系統出口硫轉化率為99.32%，完全滿足催化劑技術協議中要求制硫系統出口總硫轉化率≥95%的要求。從裝置整體運行情況來看，本次更換的LS系列催化劑優于上爐催化劑，在硫黃采樣分析中也未發現有催化劑成分，充分表明LS系列催化劑在運行過程中沒有出現粉化現象。

4 其他技術分析

硫黃回收系統壓力是制約硫轉化率的重要因素。從本次標定結果可以看出，制硫爐爐頭壓力已達到了極限值(表3)，如果上游出現波動，將會出現制硫空氣無法加入而導致硫化氫、二氧化硫分析儀失調的現象，最終使尾氣中二氧化硫含量升高，此現象在夏季更為明顯。針對這一情況，正在進行投用低壓氧氣的前期準備工作，屆時硫黃回收裝置的負荷將有更大的提升空間。

5 結語

標定期間硫黃回收裝置酸性氣進料量達到滿負荷生產的指標要求，標定考核結果顯示：該裝置滿負荷運行工況良好，關鍵操作數據與設計數據基本一致[2]，設備運行正常；硫黃產品質量達到GB/T 2449—2014優等品指標要求，煙道氣中SO2排放濃度與排放速率均優于GB 16297—1996標準的限值。通過本次標定考核，體現出SSR硫黃回收工藝具有技術成熟、能耗低、操作彈性大以及原料適應性強等優點；同時，LS系列催化劑完全可以滿足煤化工行業硫黃回收裝置在不同負荷下的生產需要。硫黃回收裝置檢修后，硫黃產品的質量穩定，排放煙道氣中SO2質量濃度遠低于960 mg/m3(標態)，但要滿足SO2質量濃度低于400 mg/m3(標態)的新標準要求，還需進行一系列的改造工作。