煉廠硫磺裝置生產工藝的優化探討

林亞祥

中海石油寧波大榭石化有限公司運行九部，中國·浙江 寧波 315812

1 引言

硫磺回收裝置作為煉廠配套的環保裝置，為環境保護發揮著重要的作用，有著較大的環保效益和社會效益。論文重點介紹了硫磺工藝優化、技術革新等系列改進，實現了裝置能夠在超低負荷狀態下污染物排放達標運行。

2 硫磺的生產原理

2.1 反應爐工藝原理

酸性氣與空氣混合，在反應爐內硫化氫與空氣中的氧反應生成SX和SO2,反應如下：

2H2S+3O2=2SO2+2H2O

2H2S+SO2=3/2S2+H2O

H2S+CO2=COS+2H2O

CH4+2S2=CS2+2H2S

4NH3+3O2=2N2+6H2O

2.2 催化轉化反應

H2S與SO2繼續進行催化轉化反應，同時COS、CS2發生水解反應。反應如下：

2H2S+SO2=3/nSn+2H2O

COS+H2O=H2S+CO2

H2S+1/2O2= H2O+1/n Sn

CS2+2H2O= CO2+2H2S

2.3 尾氣加氫還原反應

SO2+3H2→H2S+2H2O

Sx+xH2→x H2S

COS+H2O→H2S+CO2

CS2+2H2O→2H2S+CO2

3 硫磺回收裝置問題

3.1 低負荷問題

某硫磺裝置自投產以來一直處于低負荷運行狀態，見下表1。

從表1可以看出，硫磺裝置自開工運行以來，生產負荷基本在20%～50%%之間，這就給生產帶來了諸多困難。

表1 硫磺裝置運行負荷

從表2可以看出，硫磺制硫爐溫度在含氨酸性氣存在的情況下達不到燒氨條件，容易造成后路堵塞。一級反應器達不到水解條件，造成有機硫帶到焚燒爐燃燒，造成煙囪排放超標。

表2 低負荷狀態制硫爐溫度和反應器溫度

3.2 開停車時的排放超標問題

硫磺停工吹硫期間和正常生產系統波動時的環保排放依然是困擾著硫磺裝置的一大難題。硫磺回收裝置在停工時一般要對制硫單元進行吹硫操作，二氧化硫排放濃度可高達30000mg/m3，對環境影響巨大。

4 流程優化方案

4.1 采用氫氣伴燒

硫磺回收裝置一直處于低負荷生產狀態，當上游裝置加氫或DCC裝置降量生產或停工檢修時，硫磺需要伴燒生產，使用瓦斯伴燒時，容易在配風不足的情況下積碳，對后路造成影響[1]。為了防止上述現象，對兩系列制硫爐分別增加一條氫氣伴燒管線，并增加相應的調節系統，具體見表3。

表3 氫氣用量和酸性氣量、制硫爐溫度表

從上表可以看出，當上游裝置出現異常工況，清潔酸性氣流量低于800Nm3/h，制硫爐溫度會低于1250℃，通過采用氫氣伴燒，提高溫度，可以滿足低負荷狀況下的生產需要。

4.2 采用熱氮吹硫新工藝

硫磺停工吹硫新工藝與傳統“瓦斯吹硫”工藝、“酸氣完全燃燒吹硫”工藝的區別主要有以下幾點：

①無副反應，對系統及吹硫效果不會產生其他影響。

②用熱氮氣吹硫，不易與制硫系統過程氣體及硫磺發生化學反應，工藝操作容易控制，徹底實現裝置停工期間全過程煙氣達標排放和鈍化期間系統超溫的安全難題。

4.3 硫磺回收裝置停工吹硫新工藝應用效果

1#制硫系統停工采用吹硫新工藝，由于2#制硫系統在正常運行，此次停工吹硫尾氣不進入加氫反應器，直接進通過焚燒爐后進入尾氣脫硫處理系統。

采用新工藝吹硫，從圖1中可以看出，硫磺尾氣排放二氧化硫含量數值在20mg/m3左右，遠遠低于其他硫磺回收裝置采用“瓦斯吹硫”和“酸氣完全燃燒吹硫”時的尾氣排放二氧化硫含量，徹底實現裝置停工期間全過程煙氣凈化和達標排放[2]。

圖1 停工吹硫新工藝的二氧化硫排放數據

此外，也避免了“酸氣完全燃燒吹硫”造成反應器床層嚴重超溫現象的發生，延長了催化劑的使用壽命。

5 結語

①低負荷工況下采用氫氣伴燒，避免催化劑積碳堵塞，滿足低負荷工況下燒氨的要求。

②采用停工熱氮吹硫新工藝尾氣排放二氧化硫含量數值基本在國家規定特別排放限值以下，遠遠低于其他硫磺回收裝置采用“瓦斯吹硫”和“酸氣完全燃燒吹硫”時的尾氣排放二氧化硫含量，達到最新排放標準要求[3]。

③采用吹硫新工藝效果良好，時間可控，達到了預期目的。為同行業交流提供實踐經驗，是一種優越的新工藝，適合推廣。