陳怡，莊際，袁文章

(中石化南化集團研究院，南京 210048)

硫回收裝置中比值分析儀存在的問題和解決方法

陳怡，莊際，袁文章

(中石化南化集團研究院，南京 210048)

總結(jié)了硫回收裝置中H2S/SO2比值分析儀使用中存在的問題，結(jié)合硫回收裝置的工藝特點，采用差溫防硫與防水系統(tǒng)消除飽和Sn和水蒸氣的冷凝析出，并在測量系統(tǒng)中設(shè)置了氣關(guān)切斷調(diào)和零氣吹掃閥來增強測量系統(tǒng)除Sn和水蒸氣的能力。并對H2S/SO2比值分析儀投運后的數(shù)據(jù)與裝置工藝狀態(tài)之間的關(guān)系進行了分析，根據(jù)數(shù)據(jù)分析設(shè)備工藝狀態(tài)，并進行相關(guān)的工藝調(diào)節(jié)。改進后的H2S/SO2比值分析儀已在中石化企業(yè)中投運三年以上，取得了滿意的結(jié)果。

H2S/SO2比值分析儀 煤化工 硫回收裝置

隨著國家對環(huán)保法規(guī)的嚴(yán)格落實和煤化工裝置規(guī)模的不斷擴大，硫回收裝置在煤化工領(lǐng)域的作用愈來愈重要。硫回收克勞斯(Claus)工藝要求控制H2S和SO2的比值為 2∶1， 從而達到理想的硫磺收率，減少廢氣排放。目前煤化工中比值分析儀的使用均不理想，文中以UV-II型比值分析儀為例說明存在的問題及解決方法。

1 硫回收裝置比值分析儀簡介

利用朗伯-比爾定律選定吸收能力較強的紫外波長作為測量波長來分析氣體中SO2，H2S和S的體積分?jǐn)?shù)，同時選擇吸收能力最弱的紫外波長作為參比波長，并通過模型計算盡量消除S對H2S和SO2比值的測量干擾。

比值分析儀使用中存在的問題： 對樣氣工藝條件認(rèn)識不足，導(dǎo)致取樣系統(tǒng)不穩(wěn)定；S組分對 H2S 和SO2測量的干擾。

國內(nèi)有多家分析儀器供應(yīng)商試圖解決硫回收比值分析問題，但其中大多數(shù)將重點放在H2S和SO2的測量上，沒有針對測量過程中S和水對測量儀器和測量過程的影響采取有效的措施，在硫回收裝置的尾氣管路中伴隨著H2S和SO2，還有大量的飽和硫蒸氣(Sn)和水蒸氣，該Sn和水蒸氣隨取樣氣流進入分析儀后在分析傳感器和管道中冷凝、析出，使管道堵塞造成傳感器失靈。因此，在解決硫回收裝置的比值分析時，必須將取樣防硫和水析出與分析測量結(jié)合起來。

1.1簡單高效的光學(xué)系統(tǒng)

光學(xué)系統(tǒng)采用了單光束、單通道結(jié)構(gòu)，如圖1所示。單池、單光路的光路流程： 頻閃光源發(fā)出的光經(jīng)透鏡變成平行光，經(jīng)過測量池吸收后到達濾光片，將光束變成4路需要檢測的光。光電檢測器將測量與參比脈沖光束轉(zhuǎn)換成測量與參比電脈沖信號，同步開關(guān)將4路電信號輸入到下一級電子線路進行處理，最后輸出一個與體積分?jǐn)?shù)成線性的標(biāo)準(zhǔn)信號。該形式的光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、體積小，可以適用于防硫和水析出的高溫測量系統(tǒng)。

圖1 分析儀光學(xué)原理

1.2差溫防硫與防水系統(tǒng)

樣氣由取樣管從工藝管道中抽取，取樣管通過一只蒸汽夾套球閥與工藝管道隔離。樣氣使用抽氣泵作為動力，經(jīng)取樣管、除硫器、測量池，再返回到工藝管道中。恒溫箱電加熱維持恒溫(額定145℃)。 除硫器將樣氣溫度從145℃降低到129℃， 樣氣中的飽和Sn冷凝為液態(tài)硫，流回工藝管道。除硫器的控溫由比例閥完成，它將冷卻氣體注入到包含有很多導(dǎo)熱片的除霧器的周圍，使除霧器的溫度控制在129℃，除硫器中樣氣的溫度以及測量池溫度可由鉑電阻溫度傳感器測量。測量池壓力數(shù)據(jù)可通過壓力傳感器輸入到PLC控制器中，測量后的樣氣通過抽氣泵返回到管道中。分析儀可通過關(guān)閉樣氣進口閥和樣氣返回閥的方式實現(xiàn)與工藝管道完全隔離。

測量樣氣通過除硫器后，保證測量樣氣中Sn和水蒸氣為不飽和狀態(tài)，使測量樣氣在通過測量池和噴射抽氣泵時不易產(chǎn)生S和水蒸氣析出，從而使紫外光學(xué)測量系統(tǒng)能穩(wěn)定運行。

1.3“測量”和“吹掃”的循環(huán)工作方式

通過以上措施基本能解決飽和Sn和水蒸氣冷凝、析出，但尚不能確保意外發(fā)生，為了解決偶然發(fā)生的飽和Sn和水蒸氣冷凝、析出，還必須使測量系統(tǒng)具有一定的自動除Sn、除水蒸氣的能力。為此在測量系統(tǒng)中設(shè)置了氣關(guān)切斷閥和零氣吹掃閥，通過2閥的組合構(gòu)成分析儀的間隙工作方式，即儀器可以工作在“測量”和“吹掃”兩個狀態(tài)；當(dāng)儀器處于“測量”狀態(tài)時樣氣通過光學(xué)分析系統(tǒng)；當(dāng)儀器處于“吹掃”狀態(tài)時熱空氣通過光學(xué)分析系統(tǒng)，該熱空氣可以吹除少量的在測量時可能析出的Sn和水蒸氣，確保紫外光學(xué)測量系統(tǒng)能穩(wěn)定運行。

由于間隙工作方式帶來了信號不連續(xù)問題，因而可通過“吹掃”工作狀態(tài)的時間長短和輸出信號保持器組合來解決該問題。

1.4S組分對H2S和SO2測量的干擾

硫回收裝置中的含H2S氣體主要來源于干氣脫硫、液態(tài)烴脫硫和含硫污水汽提裝置。原料氣中除H2S 外，還有大量的烴類物質(zhì)，在工藝控制正常的情況下，烴類燃燒完全，尾氣中主要為水蒸氣，H2S，SO2及Sn，其中Sn可能是影響儀器測量的主要干擾因素。

另外少量CS2在280nm測量波長時吸光度約為SO2的0.5%，在228nm測量波長時吸光度約為H2S的1%，因而CS2的干擾可以忽略不計。COS在280nm時沒有吸收，但在228nm的吸光度為H2S的50%左右，COS的體積分?jǐn)?shù)很小且穩(wěn)定，可以通過調(diào)零來去掉COS的干擾。

Sn對H2S和SO2兩者的影響比較大,所以對Sn進行檢測，以補償對兩者的影響。不同組分對吸光度的影響如圖2所示。

從圖2中可以看出，所有的組分在遠紫外區(qū)，都有很強的吸收，相互干擾嚴(yán)重，不利于測量。H2S在240nm以下有很強的吸收，260nm以后幾乎不吸收，因而測量波長宜選用240nm以下。SO2除了在240nm以下有強吸收外，在280nm還有一個強吸收峰，所以選280nm左右作為測量波，以避免H2S的干擾；S對SO2和H2S都有強烈干擾，必須加以補償。CS2對SO2和H2S的干擾可以忽略不計；COS的體積分?jǐn)?shù)很少，可以不考慮。

圖2 S，H2S，SO2和其他組分的吸光度關(guān)系

通過以上分析可知，分析儀由取樣管、除硫器、恒溫箱、測量池、抽氣泵、燈箱(含PLC控制系統(tǒng))、檢測箱等部分組成，這些部件安裝在有正壓保護的防爆箱體中，整體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 儀器組成示意

2 現(xiàn)場使用情況

UV-II型H2S/SO2比值分析儀對某化工廠硫回收Claus裝置燃燒爐出口氣體進行了在線測量。分析儀安裝于二段反應(yīng)器的硫冷凝器后，尾氣焚燒爐前的帶蒸汽加套工藝管道上。自投運以來，運行1年期間取樣管線除儀表正常的自動吹掃外，無人工清理，也無S積聚的跡象，儀器運行正常，證明了該分析儀在除硫設(shè)計和“wSn—wH2S—wSO2”模型設(shè)計是可以信賴的，也說明分析儀各方面設(shè)計是可行的。分析儀投運后的部分運行數(shù)據(jù)如圖4所示。

圖4 分析儀投運后的部分運行曲線

從圖4可以看到隨時間的變化，wH2S和wSO2變化相反，因為在Claus反應(yīng)中，SO2是由H2S部分燃燒產(chǎn)生的，通過控制加入的空氣量可以控制SO2的產(chǎn)生比例，在原料氣體積分?jǐn)?shù)一定和生產(chǎn)工藝穩(wěn)定條件下，SO2生成量的增長必然帶來H2S剩余量的減少，反之亦然。故在硫回收Claus中改變配風(fēng)量的大小時，出現(xiàn)wH2S增長、wSO2減少和wSO2增長、wH2S減少的現(xiàn)象，但原料氣體積分?jǐn)?shù)變化或工藝條件變化也可能看到非此類變化。

筆者對尾氣中wH2S和wSO2的測量值與分析值進行對比，結(jié)果見表1所列。

表1 測定數(shù)據(jù)對比

從表1可以看出：wH2S最大絕對誤差為 -0.09%， 以wH2S測量量程為2%計算，其最大相對誤差為-4.5%；wSO2最大絕對誤差為0.05%，以wSO2測量量程為1%計算，則其最大相對誤差為5%，誤差均在5%以內(nèi)，符合儀器設(shè)計要求。在取樣時因為不能保證完全除去水分而增加了分析誤差，所以為了保證數(shù)據(jù)的有效性，在取樣時必須嚴(yán)格用CaCl2進行脫水處理。

3 結(jié)束語

與天然氣和煉油領(lǐng)域硫回收裝置不同，煤化工領(lǐng)域硫回收裝置具有規(guī)模偏小、酸性氣體積分?jǐn)?shù)偏低、波動大、組分復(fù)雜等特點。從某化工廠硫回收現(xiàn)場的應(yīng)用結(jié)果來看，UV-II型H2S/SO2比值分析儀滿足了生產(chǎn)工藝流程的要求，實現(xiàn)了生產(chǎn)流程的在線測量。該儀表及時反映了生產(chǎn)過程的變化，起到了指導(dǎo)生產(chǎn)、穩(wěn)定工藝、減少尾氣排放的作用。同時，儀表國產(chǎn)化后，不僅可以大幅降低儀表成本，而且還為用戶提供更為可靠、直接的售后服務(wù)工作，對在煤化工領(lǐng)域推廣H2S/SO2比值分析儀具有積極意義。

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日東工業(yè)與河村電器開展海外業(yè)務(wù)合作

近期，日東工業(yè)株式會社與河村電器產(chǎn)業(yè)株式會社就海外事業(yè)展開合作召開了新聞發(fā)布會。雙方已于2013年2月25日在日本締結(jié)了6項包括海外子公司(主要包括中國、泰國)的海外事業(yè)業(yè)務(wù)合作協(xié)約，并在當(dāng)天舉行了簽約儀式。其業(yè)務(wù)合作的主要范圍：

1) 產(chǎn)品的相互供給。對于海外市場，雙方互相提供日本以及海外的產(chǎn)品。

2) 產(chǎn)品的相互委托生產(chǎn)。實施面向海外的OEM，ODM的相互委托生產(chǎn)(中國工廠以及日本工廠)。

3) 面向海外市場產(chǎn)品的共同研發(fā)。對于面向海外的產(chǎn)品，通過活用雙方的研發(fā)職能，促進共同的研發(fā)工作。

4) 對于客戶的共同提案。對于海外市場的客戶，利用雙方的現(xiàn)有產(chǎn)品，進行共同的提案活動。

5) 共同采購。雙方在海外生產(chǎn)活動中必要的原材料、素材和設(shè)備等實施共同采購。

6) 設(shè)備的相互利用。雙方的生產(chǎn)設(shè)備、試驗設(shè)備的相互利用要通過個別協(xié)議實施。

日東工業(yè)與河村電器的業(yè)務(wù)合作將在以中國為中心的亞洲地區(qū)積極開展業(yè)務(wù)活動，充分發(fā)揮雙方的技術(shù)優(yōu)勢，創(chuàng)造更多滿足海外市場需求的新產(chǎn)品。

日東工業(yè)株式會社會長加藤時夫、海外本部副本部長加藤泰，日東工業(yè)(中國)有限公司營業(yè)本部長知崎喜之、副總經(jīng)理兼銷售總監(jiān)李思林，河村電器產(chǎn)業(yè)株式會社副社長水野一隆，河村電器(中國)有限公司總經(jīng)理工藤英治、管理部長稲垣真治共同出席了新聞發(fā)布會。(日東工業(yè)(中國)有限公司)

稿件收到日期： 2013-01-17。

陳怡，男，浙江紹興人，1984年畢業(yè)于浙江大學(xué)化工自動化專業(yè)，獲學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)就職于中石化南化集團研究院，從事在線分析儀器開發(fā)工作，任高級工程師。

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