張 華 李 坤 蔣玉輝

(兗礦魯南化工有限公司 山東滕州277527)

選擇性氧化工藝在克勞斯硫磺回收裝置的應(yīng)用與改造

張 華 李 坤 蔣玉輝

(兗礦魯南化工有限公司 山東滕州277527)

0 前言

某公司克勞斯硫磺回收裝置生產(chǎn)能力為16kt/a，采用傳統(tǒng)二級(jí)克勞斯轉(zhuǎn)化工藝，尾氣中H2S和SO2含量超過(guò)國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。為了使排放尾氣達(dá)標(biāo)，采用選擇性氧化工藝對(duì)尾氣處理進(jìn)行了技術(shù)改造。

1 改造前克勞斯工藝流程

來(lái)自脫硫工段的酸性氣經(jīng)酸性氣緩沖罐分離冷凝水后，由酸性氣鼓風(fēng)機(jī)加壓至80kPa，進(jìn)入酸性氣燃燒爐與按一定比例配入的空氣和燃料氣混合燃燒，使?fàn)t膛溫度保持在950℃左右。爐內(nèi)H2S燃燒轉(zhuǎn)化成單質(zhì)硫，燃燒后從爐內(nèi)出來(lái)的混合氣分成3股:第1股去一級(jí)高溫?fù)胶烷y;第2股去二級(jí)高溫?fù)胶祥y;第3股經(jīng)廢熱鍋爐氣體溫度被降至330℃后再進(jìn)入一級(jí)冷凝器，被冷卻到150℃后分離出液硫。從一級(jí)冷凝器出來(lái)的過(guò)程氣與一級(jí)高溫?fù)胶烷y內(nèi)的高溫氣體摻和，溫度被升至270℃后進(jìn)入一級(jí)克勞斯反應(yīng)器發(fā)生催化轉(zhuǎn)化反應(yīng);反應(yīng)后的過(guò)程氣進(jìn)入二級(jí)冷凝器被冷卻到150℃后分離出液硫，反應(yīng)后的過(guò)程氣與二級(jí)高溫?fù)胶烷y內(nèi)的高溫氣體摻和，溫度被升至220℃后進(jìn)入二級(jí)克勞斯反應(yīng)器發(fā)生催化轉(zhuǎn)化反應(yīng);反應(yīng)后的過(guò)程氣進(jìn)入三級(jí)冷凝器被冷卻到150℃后分離出液硫，三級(jí)冷凝器出口氣體進(jìn)入尾氣分液罐，進(jìn)一步分離出氣體中夾帶的液硫，三級(jí)冷凝器出口氣體進(jìn)入尾氣分液罐，進(jìn)一步分離出氣體中夾帶的液硫，然后進(jìn)入尾氣焚燒爐，在尾氣焚燒爐內(nèi)與配入的稍過(guò)量的空氣和燃料氣進(jìn)行高溫焚燒，使H2S全部轉(zhuǎn)化成SO2。焚燒后的氣體，經(jīng)尾氣廢熱鍋爐被冷卻至300℃，煙氣通過(guò)煙囪高空排放。

2 選擇性氧化工藝改造

2.1 選擇性氧化工藝流程

從三級(jí)冷凝器出來(lái)的尾氣經(jīng)尾氣分液罐分離出液硫后，克勞斯尾氣從頂部出來(lái)，與一定量的氫氣混合，經(jīng)過(guò)加氫預(yù)熱器被預(yù)熱到300℃，然后進(jìn)入加氫反應(yīng)器發(fā)生催化轉(zhuǎn)化反應(yīng)，將除H2S以外的硫化物幾乎全部轉(zhuǎn)化為H2S，加氫反應(yīng)器出口氣體進(jìn)入蒸汽發(fā)生器Ⅱ被冷卻到200℃，配入微量空氣后進(jìn)入氧化反應(yīng)器，通過(guò)選擇性氧化制硫催化劑的作用，其中體積分?jǐn)?shù)90% ～95%的H2S燃燒生成單質(zhì)硫，然后過(guò)程氣進(jìn)入蒸汽發(fā)生器。蒸汽發(fā)生器后氣體進(jìn)入液硫捕集器，最終進(jìn)入煙囪直接排放。

2.2 選擇性氧化工藝主要反應(yīng)及催化劑性能

經(jīng)二級(jí)克勞斯反應(yīng)器后尾氣中含有的SO2在加氫催化劑作用下加氫轉(zhuǎn)化為H2S，H2S在選擇性氧化制硫催化劑作用下加氧氧化為單質(zhì)硫。其反應(yīng)原理如下:

選擇性氧化制硫催化劑的物理性能見(jiàn)表1。

表1 選擇性氧化制硫催化劑的物理性能

2.3 正常操作條件的控制

(1)通過(guò)調(diào)節(jié)進(jìn)爐空氣量、酸性氣含量和配入的燃料氣氣量可將酸性氣燃燒爐溫度控制在950～1100℃。

(2)將反應(yīng)器進(jìn)口氣體溫度控制在工藝指標(biāo)范圍內(nèi)，并且保證進(jìn)反應(yīng)器H2S與SO2物質(zhì)的量之比為2∶1，一級(jí)、二級(jí)克勞斯反應(yīng)器進(jìn)口氣體溫度分別控制在(270±5)℃和(220±5)℃。

(3)將加氫反應(yīng)器進(jìn)口氣體溫度控制在約300℃，并調(diào)節(jié)配入的氫氣量。

(4)氧化反應(yīng)器進(jìn)口氣體溫度控制在約200℃，通過(guò)配入過(guò)量空氣，以保證H2S燃燒轉(zhuǎn)化成單質(zhì)硫，以保證排放尾氣指標(biāo)合格。

3 富氧空氣改造

3.1 改造原因

為了配合此次改造，需要將酸性氣燃燒爐溫度控制在1100℃，因此，需要加入大量的空氣來(lái)保證爐溫，使用空氣進(jìn)行酸性氣燃燒時(shí)，由于只消耗氧氣，空氣中剩余的氮?dú)獾绕渌栊詺怏w不參與反應(yīng)，采用富氧空氣燃燒可減少氮?dú)獾绕渌栊詺怏w帶入后續(xù)系統(tǒng)。

3.2 改造內(nèi)容

在空氣鼓風(fēng)機(jī)出口管線新增1臺(tái)富氧空氣混合器。從空分裝置來(lái)的1.0MPa氧氣管道上引入的氧氣，經(jīng)過(guò)流量計(jì)計(jì)量后進(jìn)入富氧空氣混合器，在富氧空氣混合器內(nèi)與空氣鼓風(fēng)機(jī)送出的壓力為0.05MPa、溫度為40℃的空氣混合進(jìn)入酸性氣燃燒爐。因?yàn)樗嵝詺馊紵隣t沒(méi)有更換燒嘴，為了保護(hù)燒嘴不被燒壞，混合后空氣中氧氣體積分?jǐn)?shù)最高只能控制在28%，所以此次改造為低濃度富氧改造。

3.3 氧氣量的確定

根據(jù)空氣量來(lái)確定加入的氧氣量，保證混合后富氧空氣中氧氣含量，提高氧氣含量后，由分析室配合分析氧含量，與現(xiàn)場(chǎng)流量計(jì)對(duì)照，確認(rèn)流量計(jì)是否準(zhǔn)確。氧含量理論計(jì)算公式為:

a=(V1×21%+V2)/(V1+V2)

式中:V1—富氧空氣中的空氣量;

V2—加入的純氧氣量;

a—富氧空氣中的氧氣體積分?jǐn)?shù)。

3.4 改造效果

富氧空氣改造后實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 富氧空氣改造后實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)

由表2可以看出:配入氧氣后，空氣量明顯減少(減少的空氣量=投用純氧量/0.21)，系統(tǒng)阻力也得到降低;由此可以減輕空氣鼓風(fēng)機(jī)的負(fù)荷，鼓風(fēng)機(jī)出口壓力由0.040MPa降至0.028MPa，避免了鼓風(fēng)機(jī)因壓縮比增大做功，機(jī)體溫度升高烤化潤(rùn)滑油而燒毀軸承以及電機(jī)電流大燒損電機(jī)等惡性事故的發(fā)生，保證了設(shè)備的長(zhǎng)周期運(yùn)轉(zhuǎn)。

4 結(jié)語(yǔ)

硫回收尾氣處理為環(huán)保項(xiàng)目，改造后的硫回收轉(zhuǎn)化率在99.5%以上，煙囪排放中SO2含量完全達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，改善了企業(yè)及周邊的環(huán)境狀況。

SO2加氫后，生成的H2S燃燒生成單質(zhì)硫，增加了硫磺的產(chǎn)量，酸性氣氣量為5000m3/h，φ(H2S)為1.5%，生成的硫磺量為107.14kg/h，年增產(chǎn)硫磺848.55t;按硫磺1000元/t計(jì)，年可增加效益85萬(wàn)元左右。

2013-09-04)