二硫化碳生產中硫回收裝置換熱器設計體會

李夢然

（天津渤化工程有限公司，天津300193）

我國是二硫化碳生產量和消費量最大的國家。作為國家重點鼓勵的綠色環保產業發展項目，天然氣資源綜合利用水平高，同時符合國家發展資源節約型產業的政策導向。二硫化碳具有多種用途，主要是制造黏膠纖維、玻璃紙的原材料，還可以作為生產各種精細化工產品的助劑、溶劑、促進劑、傳遞劑、脫膜劑等用途，也可用作鈷鉬變換催化劑等的硫化劑，二硫化碳還可以直接用作殺蟲劑及谷物熏蒸劑，在造紙行業用作紙張添加劑，使紙張強度提高，也用于生產四氯化碳、農藥殺菌。因此，二硫化碳是重要的無機化工原料之一。二硫化碳生產其中的硫回收裝置是回收硫磺的重要裝置，硫磺回收率高，節約原料成本，提高企業利潤。回收硫磺使用的換熱器設備是非常關鍵設備[1]。

1 二硫化碳生產中硫回收裝置工藝流程說明

目前主要采用先進成熟天然氣法生產二硫化碳工藝技術。該法是將天然氣和硫磺經加熱爐預熱后進入反應器中，于600～700℃進行放熱反應，反應可以有催化劑，也可以無催化劑，所得產物經分離、精制得成品二硫化碳，對于過剩的硫化氫氣體可以用克勞斯法回收轉化為液硫，克勞斯爐灼燒溫度500℃，硫裂解為吸熱過程，含硫的高溫氣體需冷凝降溫后的過程氣通過進入一級、二級、三級、四級換熱器，獲得高轉化率和高純度的液硫，直接用于生產原料，循環使用。回收硫后的不凝性尾氣進入灼燒爐進行灼燒，產生少量二氧化硫尾氣經治理達到國家排放標準排放。生產過程所產生的余熱蒸汽再用于二硫化碳裝置生產使用[2]。

液硫回收反應式如下：

硫回收裝置中串聯使用四套換熱器，將反應產生的氣相硫全部冷凝成液相硫，冷凝下的液硫作為原料循環使用。因此，四套冷凝器是該裝置的關鍵設備。

2 硫回收裝置使用的換熱器規格(見表1)

該工程中特別是一級冷凝器殼程與管程溫差約217℃，殼體與管壁的溫差較大，殼體和管壁溫差t≥50℃時經計算有可能須在殼體上設置膨脹節，尤其是殼體與管壁的高溫差使管板與管頭之間易產生溫差應力而損壞。

表1 硫回收裝置中選用的換熱器

因此如何有效降低管板與管頭之間產生的溫差應力，提高設備使用壽命，降低設備造價，對換熱器結構應采取防護措施。

3 減少換熱器熱應力的措施

2013 年第19 號工業和信息化部公告《二硫化碳行業準入條件》，其中對“規模、工藝、裝備及質量”提出具體要求，也在能源消耗、環境保護、安全、消防及職業衛生等方面達到標準。二硫化碳生產規模的提高，使換熱器運行能力也要相應提高，這就要求我們在工程實際上滿足生產規模的情況下就要采取換熱器的熱防護措施。

3.1 高溫側殼體的熱防護

在高溫管箱中采用耐熱混凝土材料作防護襯里，管箱可以采用碳鋼材質，解決碳鋼不耐高溫的問題，節省了設備造價。

3.2 采用平板折邊管板

采用平板折邊管板（20mm） 比普通管板（50mm）要薄，在滿足壓力操作條件一定的情況下，管板越薄越好，因為薄管板沿板厚的溫度梯度越小，自身溫差應力就越小。平板折邊管板同時具有撓性，無特殊加工要求，要求R 值取折邊管板厚度2.5～4 倍。

3.3 高溫側管段的熱防護

在高溫側管子進口端插入一段保護套管（楔管），有利于高溫氣體直接進入浸泡在汽水混合物中的管子，從而降低了管板及其與管子連接接頭處的溫度。保護套管可以是陶瓷，也可以是不銹鋼材質。換熱管選用普通碳鋼管。保護套管與換熱管之間要留有一定的環隙，保證環隙尺寸3mm，避免管板過熱。在保護套管與換熱管之間填充耐高溫的壓縮石棉纖維，且采取有效的固定措施。

硫回收裝置中的換熱器采用上述方法達到減少管板與管頭之間溫差應力的效果，同時，降低設備造價，解決了設備壽命和安全生產的影響問題。更主要的是排除了安全隱患，保證換熱器的安全運行，設備壽命也有所延長。

4 總結

二硫化碳生產使用原料為天然氣、硫磺，且中間產品為二硫化碳、硫化氫。其中天然氣、硫化氫為國家首批重點監管的危險化學品，硫回收裝置中克勞斯法硫化氫氧化工藝為危險化工工藝，為國家首批重點監管的危險化工工藝目錄第十條氧化工藝，項目中二硫化碳成品罐區為重大危險源。因此，二硫化碳生產裝置為“兩重點一重大”工程。項目建設中嚴格執行GB50160《石油化工企業設計防火規范》和GB50984《石油化工工廠布置設計規范》。

同時在滿足規范、安全生產規章和工藝要求前提下，盡量減少工程投資，對換熱器更充分、更合理設計有非常重要的意義。