丁延彬（大慶石化公司煉油廠）

MART控制系統(tǒng)在硫磺回收裝置的應(yīng)用

丁延彬（大慶石化公司煉油廠）

硫磺回收裝置生產(chǎn)運(yùn)行水平直接影響裝置尾氣S02能否達(dá)標(biāo)排放，酸性氣分液罐壓力調(diào)節(jié)和氣風(fēng)比調(diào)節(jié)困難是提高操作平穩(wěn)率及降低尾氣S02排放濃度的重要影響因素。北京信廣華科技有限公司與大慶石化公司煉油廠針對生產(chǎn)運(yùn)行情況進(jìn)行了SMART控制新技術(shù)的研究與開發(fā)，解決了煉油廠硫磺回收裝置尾氣排放的問題，提高了硫磺回收裝置的自動化控制水平和運(yùn)行平穩(wěn)性，保證了尾氣排放達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T16297—1996的要求，減少了對龍鳳地區(qū)乃至大慶地區(qū)的環(huán)境污染，具有顯著的社會效益。

硫磺回收裝置 SMART控制系統(tǒng) 提高硫磺轉(zhuǎn)化率 環(huán)保

近年來，隨著人們環(huán)境保護(hù)意識的加強(qiáng)以及各大煉油廠處理高硫原油（如俄羅斯原油）情況的不斷增多，國內(nèi)各煉油廠對硫磺回收也越來越重視，引進(jìn)了先進(jìn)的硫磺回收裝置，或者采用國內(nèi)最新研究成功的硫磺回收技術(shù)，以滿足“大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)”對SO2排放強(qiáng)度和排放濃度的要求。目前，常見的技術(shù)有常規(guī)克勞斯法、超級克勞斯法、亞露點(diǎn)法、SCOT法、SULFREEN法、亞硫酸法，以及CLAUSPOL硫回收尾氣處理工藝。1800t/a硫磺回收裝置自2004年開工以來，煙囪尾氣SO2排放濃度始終超過國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T16297—1996的要求。為了解決尾氣SO2排放濃度超標(biāo)問題、提高硫磺回收裝置運(yùn)行的穩(wěn)定性、降低操作人員勞動強(qiáng)度、達(dá)到節(jié)能降耗的目的，北京信廣華科技有限公司與大慶石化公司煉油廠針對硫磺回收車間的生產(chǎn)運(yùn)行情況進(jìn)行了SMART控制新技術(shù)的研究與開發(fā)。2008年1月中旬，該套技術(shù)應(yīng)用于生產(chǎn)。

1 工藝流程

1.1 制硫部分

上游裝置來酸性氣經(jīng)酸性氣分液罐脫液后，進(jìn)入制硫燃燒爐，根據(jù)制硫反應(yīng)需氧量，通過比值調(diào)節(jié)嚴(yán)格控制進(jìn)爐空氣量，經(jīng)燃燒將酸性氣中的烴類等有機(jī)物全部分解。在爐內(nèi)約65%（體積分?jǐn)?shù)）的H2S進(jìn)行高溫克勞斯反應(yīng)轉(zhuǎn)化為硫，余下的H2S中有1/3轉(zhuǎn)化為SO2，燃燒時(shí)所需空氣由制硫爐鼓風(fēng)機(jī)供給。自制硫燃燒爐排出的高溫過程氣一小部分通過高溫?fù)胶祥y調(diào)節(jié)一、二級轉(zhuǎn)化器的入口溫度,其余部分進(jìn)入一級冷凝冷卻器冷卻至160℃，在一級冷凝冷卻器管程出口，冷凝下來的液體硫磺與過程氣分離，自底部流出進(jìn)入硫封罐；未冷凝的過程氣經(jīng)高溫?fù)胶祥y調(diào)節(jié)至232℃進(jìn)入一級轉(zhuǎn)化器，在催化劑的作用下進(jìn)行反應(yīng)，過程氣中的H2S和SO2轉(zhuǎn)化為元素硫。反應(yīng)后的氣體進(jìn)入二級冷凝冷卻器，過程氣溫度由308℃冷卻至160℃，二級冷凝冷卻器冷凝下來的液體硫磺，在管程出口與過程氣分離，自底部流出進(jìn)入硫封罐，未冷凝的過程氣再經(jīng)高溫?fù)胶祥y調(diào)節(jié)至224℃進(jìn)入二級轉(zhuǎn)化器，過程氣在催化劑的作用下繼續(xù)進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)后的過程氣進(jìn)入三級冷凝冷卻器，溫度從250℃冷卻至160℃。一、二、三級冷凝冷卻器殼程產(chǎn)生0.4MPa（G）的蒸汽自用。在三級冷凝冷卻器管程出口，冷凝下來的液體硫磺與過程氣分離，自底部流出進(jìn)入硫封罐；頂部出來的制硫尾氣經(jīng)尾氣分液罐分液后進(jìn)入尾氣處理部分。匯入硫封罐的液硫自流進(jìn)入液硫儲罐，經(jīng)循環(huán)脫氣處理，液硫中的有毒氣體被脫出，送至尾氣焚燒爐焚燒。脫氣后的液硫用液硫泵送至硫磺成型機(jī)造粒、稱重、包裝后即為產(chǎn)品硫磺。

1.2 尾氣加氫部分

制硫尾氣自尾氣分液罐出來進(jìn)入尾氣加熱器，與尾氣焚燒爐出口的高溫?zé)煔鈸Q熱，溫度升到300℃，混氫后進(jìn)入加氫反應(yīng)器，在CT6-5B尾氣加氫催化劑的作用下進(jìn)行加氫、水解反應(yīng)，使尾氣中的SO2、S2、COS、CS2還原、水解為H2S。反應(yīng)后的高溫氣體進(jìn)入尾氣急冷塔下部，與急冷水逆流接觸，水洗冷卻至40℃。尾氣急冷塔使用的急冷水，用急冷水泵自急冷塔底部抽出，經(jīng)急冷水冷卻器冷卻至40℃后返急冷塔循環(huán)使用。為了防止設(shè)備腐蝕，需在急冷水中注入NH3，以調(diào)節(jié)其pH值保持在7～8。急冷降溫后的尾氣自急冷塔頂出來進(jìn)入尾氣吸收塔。自醇胺再生系統(tǒng)來的MDEA貧胺液（40%的MDEA胺液）進(jìn)入尾氣吸收塔上部，與尾氣急冷塔來的尾氣逆流接觸，尾氣中的H2S被吸收。自塔頂出來的凈化尾氣（總硫≤300×10-6），進(jìn)入尾氣焚燒爐，在600℃高溫下，將凈化尾氣中殘留的硫化物焚燒生成SO2，剩余的H2和烴類燃燒成CO2和H2O；焚燒后的高溫?zé)煔饨?jīng)過尾氣加熱器回收熱量后，煙氣溫度降至463℃，再摻入冷空氣混合降溫至350℃左右由煙囪排入大氣。吸收H2S后的MDEA富液，經(jīng)富液泵送返醇胺再生系統(tǒng)進(jìn)行溶劑再生。

2 裝置運(yùn)行存在的問題

2.1 酸性氣分液罐壓力調(diào)節(jié)困難

由于煉油廠煉油能力的提高，脫除的硫含量相應(yīng)增加，造成1800t/a硫磺回收裝置超負(fù)荷運(yùn)行。因此，酸性氣分液罐壓力受上游裝置酸性氣流量的影響，壓力波動比較大，酸性氣量與工業(yè)風(fēng)主風(fēng)量的串級不能投用，操作人員很難調(diào)節(jié)。如果壓力超過允許范圍（≤0.07MPa），或排到火炬去燃燒，污染大氣；或限制汽提及再生裝置的酸性氣排出量，影響2套裝置的運(yùn)行穩(wěn)定，也容易影響后續(xù)污水處理裝置的安全運(yùn)行。

2.2 氣風(fēng)比調(diào)節(jié)困難

氣風(fēng)比指酸性氣量與空氣量之比。反應(yīng)轉(zhuǎn)化器的反應(yīng)機(jī)理要求過程氣中H2S/SO2的比例為2/1，這是提高轉(zhuǎn)換率、保證尾氣加氫單元平穩(wěn)操作的重要條件。氣風(fēng)比偏高或偏低，對燃燒爐和轉(zhuǎn)換器都有影響。

2.2.1 對燃燒爐的影響

當(dāng)空氣量偏多時(shí)，會使過多的H2S燃燒生成SO2，放出的熱量增加，可能造成爐膛超溫及催化劑床層積硫過氧著火；同時(shí)，進(jìn)入轉(zhuǎn)化器的過程氣中SO2過剩，影響加氫反應(yīng)器的溫度、反應(yīng)效果，易造成急冷塔的填料堵塞。另外，過剩的氧及硫酸鹽類是催化劑的毒物，影響催化劑的活性和壽命。

當(dāng)空氣量偏少時(shí)，剩余的H2S增多，生成的SO2及放出的熱量減少，爐溫降低，同時(shí)進(jìn)入轉(zhuǎn)化器的過程氣中H2S過剩。另外，原料氣中的烴類不能完全燃燒，會有積碳生成，影響硫磺的質(zhì)量及催化劑的活性和壽命。

2.2.2 對轉(zhuǎn)換器的影響

上述兩種情況使進(jìn)入轉(zhuǎn)化器的過程氣中或者SO2偏多，或者H2S偏多，都會導(dǎo)致轉(zhuǎn)化器內(nèi)硫成分轉(zhuǎn)化成硫的轉(zhuǎn)化率降低，制硫尾氣中的硫含量過高，煙囪中SO2排放超標(biāo)。

3 SMART控制系統(tǒng)控制方案

應(yīng)用SMART（智能）復(fù)雜控制器，其中包括采用復(fù)雜控制策略的壓力控制器和氣風(fēng)比控制器。SMART應(yīng)用于本項(xiàng)目的具體實(shí)現(xiàn)方案如圖1所示。

圖1 硫磺回收裝置復(fù)雜控制結(jié)構(gòu)

利用DCS系統(tǒng)中的OPC實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制器和DCS之間的數(shù)據(jù)交換，復(fù)雜控制器從DCS中接收過程參數(shù)，經(jīng)過運(yùn)算得到控制數(shù)據(jù)送給DCS，由DCS實(shí)現(xiàn)過程控制。

3.1 壓力控制

分液罐有來自64×104t/a酸性水汽提裝置、72×104t/a酸性水汽提裝置、醇胺再生裝置的三路進(jìn)料，進(jìn)料量的變化會引起分液罐壓力變化，并造成整個(gè)裝置運(yùn)行的波動。采用壓力控制器控制分液罐的壓力在允許范圍內(nèi)，使制硫燃燒爐進(jìn)料量相對平穩(wěn)。

3.2 氣風(fēng)比控制

采用復(fù)雜控制策略，依據(jù)制硫尾氣在線分析儀表AIC5101對H2S和SO2組分的分析結(jié)果，通過氣風(fēng)比控制器調(diào)節(jié)風(fēng)量保證制硫尾氣中的H2S/SO2＝2/1。對H2S/SO2比的控制主要由副進(jìn)風(fēng)量FIC5103實(shí)現(xiàn)，主進(jìn)風(fēng)量FIC5102主要實(shí)現(xiàn)對酸性氣流量FIC5101的跟蹤，跟蹤比例依據(jù)FIC5103的實(shí)際值緩慢調(diào)整，使FIC5103保持在量程的50%左右，最終實(shí)現(xiàn)燃燒爐出口、一級二級轉(zhuǎn)化器內(nèi)的H2S/SO2比都是2/1的目標(biāo)。制硫燃燒爐、一級轉(zhuǎn)化器、二級轉(zhuǎn)化器達(dá)到最佳反應(yīng)條件，降低后續(xù)尾氣加氫處理部分的負(fù)荷，尾氣達(dá)標(biāo)排放。

3.3 氣風(fēng)比控制與DCS連接

復(fù)雜控制器與DCS的連接方案如圖2所示。

圖2 復(fù)雜控制器與DCS連接方案

1800t/a硫磺回收裝置DCS是橫河CENTUM-CS3000系統(tǒng)，系統(tǒng)配有OPC服務(wù)器。復(fù)雜控制器通過Ethernet與OPC服務(wù)器相連，通過OPC通訊方式實(shí)現(xiàn)與DCS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換。

4 SMART控制使用效果

4.1 SMART控制技術(shù)投用前后煙囪尾氣排放分析對比

環(huán)保指標(biāo)（國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T16297—1996）：尾氣中SO2含量≤960mg/m3。

SMART控制技術(shù)前后的煙囪尾氣（硫磺尾氣）見表1、表2。

表1 SMART控制技術(shù)之前的煙囪尾氣

*采樣分析時(shí)間：2007年1月1日至12月31日

表2 SMART控制技術(shù)之后的煙囪尾氣

SMART控制技術(shù)之后的煙囪尾氣分析全部達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)GB/T16297—1996。

4.2 SMART控制技術(shù)投用前后在線分析儀趨勢對比

SMART控制技術(shù)投用前在線分析儀趨勢見圖3、圖4。

圖3

圖4

SMART控制技術(shù)投用后在線分析儀趨勢見圖5、圖6。

圖5

圖6

通過對比可以看出，SMART控制新技術(shù)投用后，H2S與SO2比值可以調(diào)整在2.0～3.0范圍內(nèi)，即1800 t/a硫磺回收裝置制硫燃燒爐、一級轉(zhuǎn)化器、二級轉(zhuǎn)化器達(dá)到最佳反應(yīng)條件，提高了硫磺轉(zhuǎn)化率。

酸性水汽提裝置抽出的酸性氣流量波動影響SMART控制系統(tǒng)的投用，需要對酸性水汽提裝置汽提操作進(jìn)行優(yōu)化。

5 結(jié)束語

該套技術(shù)的研究與應(yīng)用成功，解決了大慶石化公司煉油廠硫磺回收裝置尾氣排放的問題，提高了硫磺回收裝置的自動化控制水平。此技術(shù)在國內(nèi)同類裝置上屬于首創(chuàng)，實(shí)現(xiàn)了制硫燃燒爐、反應(yīng)器在最佳反應(yīng)條件下運(yùn)行，提高硫磺轉(zhuǎn)化率至99.5%以上，年可增產(chǎn)硫磺165t，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益約80萬元；降低裝置排入大氣中的總排硫量，年可節(jié)約環(huán)保排放費(fèi)用1萬元；延長裝置安全運(yùn)行周期及催化劑的使用壽命，折算后年可節(jié)約制硫催化劑費(fèi)用3萬元；年節(jié)約處理部分循環(huán)酸性氣的0.8MPa蒸汽約4000t，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益約37萬元，合計(jì)121萬元；尾氣排放達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T16297—1996的要求，減少了對龍鳳地區(qū)乃至大慶地區(qū)的環(huán)境污染，社會效益顯著。

10.3969/j.issn.2095-1493.2012.010.012

2012-06-12）

丁延彬，工程師，2002年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院，從事煉油工藝研究工作，E-mail：dybin309@sina.com，地址：黑龍江省大慶市龍鳳區(qū)大慶石化公司煉油廠硫磺回收車間，163711。