董光斌，姜 磊

（ 中國石油寧夏石化公司，寧夏銀川 750026）

隨著國民經濟的快速發(fā)展，環(huán)保壓力日益嚴峻，石油石化行業(yè)尤為突出， 實現(xiàn)裝置達標排放和完成年度減排任務是當前的重點工作。國家最新發(fā)布的《 石油煉制工業(yè)污染物排放標準》，確定了新的排放標準，不再執(zhí)行《 污水綜合排放標準》（ GB 8978-1996）、《 大氣污染物綜合排放標準》（ GB 16297-1996）和《 工業(yè)爐窯大氣污染物排放標準》（ GB 9078-1996）。 硫磺回收裝置尾氣SO2排放濃度由小于960 mg/m3調整到小于400 mg/m3，特定地區(qū)小于100 mg/m3，如何實現(xiàn)裝置的穩(wěn)定達標排放非常重要。 寧夏石化公司地處銀川市屬于特別排放地區(qū)，為了確保裝置穩(wěn)定達標排放，提高硫回收率，對硫磺回收裝置控制系統(tǒng)進行了優(yōu)化改造，采用先進的H2S/SO2比值， 先進的控制系統(tǒng)實現(xiàn)裝置的穩(wěn)定運行。

1 流程與原理

1.1 工藝流程

寧夏石化硫磺裝置采用山東三維石化工程股份有限公司自主開發(fā)的“ SSR”工藝技術，采用部分燃燒法二級Claus 制硫工藝， 采用部分加氫還原吸收尾氣處理工藝，富胺液進入溶劑再生裝置再生后循環(huán)使用。制硫反應溫度控制， 通過摻合制硫燃燒爐高溫氣提高制硫反應溫度，一級高溫轉化，二級催化轉化。 硫磺回收部分排出的尾氣，經過加氫還原生成H2S，還原氣經溶劑吸收后進焚燒爐焚燒， 達標煙氣高空排放， 吸收了H2S 的富液送至溶劑再生裝置再生后循環(huán)使用。 硫磺回收裝置制硫部分的工藝流程（ 見圖1）。

圖1 硫磺回收裝置工藝流程示意圖

1.2 工藝原理

煉油生產過程中各生產裝置產生的酸性水經汽提后產生的酸性氣和脫硫系統(tǒng)、 溶劑再生系統(tǒng)等產生的酸性氣，其主要成分為H2S、NH3、N2、CO2等，硫磺回收裝置將酸性氣中H2S 轉化為硫磺，其反應過程如下。

約70 %硫化氫與空氣中的氧氣發(fā)生反應，生成氣態(tài)S 和H2O，約10 %的硫化氫與氧氣發(fā)生反應，生成SO2和H2O；約20 %的硫化氫與二氧化硫發(fā)生反應，生成氣態(tài)S 和H2O。

通入過量的空氣，SO2生成量增加，H2S/SO2比值偏低，空氣量不足SO2生成量偏小，H2S/SO2比值偏高，都不利于H2S 和SO2反應。

1.3 運行參數(shù)

裝置主要操作參數(shù)（ 見表1）。

表1 裝置主要技術參數(shù)

2 問題與分析

由于酸性氣體主要來源于酸性水汽提裝置和溶劑再生裝置，受到原油中含硫量、加工量和上游裝置的生產波動等因素的影響，裝置主要存在以下問題。

（ 1）進入裝置的酸性氣流量波動較大，上游裝置的波動，酸性氣進料波動，直接影響進風量，造成H2S/SO2比值波動。

（ 2）酸性氣中H2S 濃度波動較大，酸性氣受到溶劑再生裝置溶劑的選擇性、 酸性水汽提裝置操作的穩(wěn)定性和加氫裝置排放的酸性濃度， 進回收裝置的酸性氣H2S 濃度變化，影響風量控制。

（ 3）酸性氣中烴類雜質含量變化較大。

（ 4）需要補充燃料以維持爐溫。

裝置通過H2S/SO2比值控制空氣量，但受到濃度和進料量等因素變化的影響，空氣量無法穩(wěn)定控制，制硫燃燒爐、 一級轉化反應器、 二級轉化反應器中H2S 和SO2反應不能正常進行，造成裝置加氫還原、溶劑再生大幅度波動，放空煙氣含硫量偏高，有時SO2排放濃度超過960 mg/m3， 經常出現(xiàn)末級冷凝器出口H2S 或SO2含量為零。

3 控制方案

根據生產工藝反應機理， 以DCS 控制系統(tǒng)為基礎，引入先進控制策略，增設先進控制系統(tǒng)，實現(xiàn)氣風比自動精準控制，大幅度提高H2S/SO2比值的平穩(wěn)率，提高硫轉化率。

北京華創(chuàng)?？毓鹃_發(fā)的HCHSmartCS 控制軟件平臺，安裝運行在獨立的工控機上，形成先進控制器，通過DCS 系統(tǒng)中的OPC 數(shù)據通訊接口實現(xiàn)對DCS 系統(tǒng)的優(yōu)化控制， 使三級冷凝冷卻器出口過程氣中的H2S/SO2接近于2，給制硫燃燒爐、一級轉化器、二級轉化器創(chuàng)造最佳反應條件。 先進控制系統(tǒng)基本結構框圖（ 見圖2）。

圖2 硫磺裝置H2S/SO2 比值控制系統(tǒng)結構框圖

本控制系統(tǒng)針對外部干擾因素，進風量兩路控制，根據酸性氣流量和系統(tǒng)對裝置運行狀況的判斷分析，實時控制和調整主配風量； 副配風量的調節(jié)克服干擾因素實現(xiàn)對H2S/SO2值控制。 此控制技術主要有以下特點。

（ 1）酸性氣流量影響主、副配風，根據H2S/SO2比值對配風的敏感性，建立主、副配風參與酸性氣流量跟蹤控制。

（ 2）副配風克服它干擾因素的影響，酸性氣中硫化氫、烴類、氨含量的變化對H2S/SO2比值的干擾，表現(xiàn)在耗氧量變化。 由副配風及時應對這類干擾， 實現(xiàn)對H2S/SO2比值控制。

（ 3）實時自動調整主配風跟蹤比例，實時自動調整主配風跟蹤比例， 使副配風運行在40 %～60 %量程范圍內，保證副配風發(fā)揮最佳作用，同時自適應酸性氣中硫化氫含量、烴類雜質含量的緩慢變化。

4 應用效果

系統(tǒng)從2014 年12 月開始設計實施，2015 年3 月18 日投用。 以5 min 間隔，采集裝置的2015 年3 月21日8：00 至3 月24 日8：00，連續(xù)72 h，共采集了864 個相關生產數(shù)據， 統(tǒng)計分析三級冷凝冷卻器出口過程氣中的H2S/SO2比值指標， 應用效果（ 見表2 和圖3、圖4）。

表2 改造前后主要數(shù)據對比

系統(tǒng)投用前后比值分析儀（ AIC1001.MAES）典型歷史趨勢（ 見圖3～圖4）。 圖中紅線是比值分析儀（ AIC1001.MAES），灰色線分別是含氨酸性氣流量和清潔酸性氣流量。

圖3 投用前歷史趨勢

圖4 投用后歷史趨勢

先進控制系統(tǒng)投用后比值分析儀（ AIC1001.MAES）的平穩(wěn)率得到了顯著提高，實現(xiàn)配風由系統(tǒng)自動控制，提高了裝置硫回收率。

5 結論

在現(xiàn)有生產的工藝流程和DCS 控制系統(tǒng)基礎上，應用先進控制技術，實現(xiàn)配風自動控制，提高H2S/SO2比值的平穩(wěn)率，為制硫燃燒爐、反應轉化爐創(chuàng)造了最佳反應條件，降低尾氣中的硫含量，降低尾氣加氫部分的負荷，降低吸收塔出口凈化尾氣中的硫含量，從而降低裝置排入大氣中的總排硫量。

［ 1］ 陳賡良.克勞斯法硫磺回收工藝技術進展［ J］.石油煉制與化工，2007，（ 9）：35-40.

［ 2］ 佟新宇. 硫磺裝置比值分析儀在線分析及應用控制［ J］.自動化儀表，2009，（ 1）：27-31.