杜　霞

(河南龍宇煤化工有限公司，河南 永城　476600)

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50萬(wàn)t/a甲醇配套硫回收裝置工藝優(yōu)化與應(yīng)用

杜霞

(河南龍宇煤化工有限公司，河南 永城476600)

摘要：針對(duì)甲醇配套硫回收裝置在運(yùn)行中經(jīng)常出現(xiàn)的配風(fēng)困難、冷凝液消耗大、系統(tǒng)阻力大、輸送管道易堵塞等多項(xiàng)問(wèn)題，從工藝?yán)碚摵驮O(shè)備上進(jìn)行研究分析，查找到了影響裝置高效、低耗運(yùn)行的原因，制定了工藝改造的措施，改造結(jié)果表明：裝置的運(yùn)行周期由原來(lái)的1個(gè)月提至1年以上，綜合運(yùn)行率由原來(lái)的60%提至95%，裝置負(fù)荷由原來(lái)的80%提至110%，硫磺產(chǎn)量由原來(lái)的6 t/h提至11 t/h。

關(guān)鍵詞：硫回收裝置；問(wèn)題；原因分析；工藝優(yōu)化

河南龍宇煤化工有限公司硫回收裝置是年產(chǎn)50萬(wàn)t甲醇的配套裝置，采用分流法為主流程的三級(jí)Claus工藝。將來(lái)自低溫甲醇洗的酸性氣體進(jìn)行流量控制，約1/2的酸性氣體進(jìn)入制硫燃燒爐的火嘴，與來(lái)自鼓風(fēng)機(jī)的一定量空氣在制硫燃燒爐內(nèi)發(fā)生燃燒反應(yīng)。燃燒后的氣體，一部分經(jīng)余熱鍋爐產(chǎn)生低壓飽和蒸汽回收余熱；另一部分與另外1/2原料酸性氣混合，進(jìn)入一級(jí)轉(zhuǎn)化器，大部分H2S和SO2在此進(jìn)行Claus反應(yīng)；未完全反應(yīng)的氣體進(jìn)入二級(jí)轉(zhuǎn)化器進(jìn)一步發(fā)生催化轉(zhuǎn)化，仍未反應(yīng)的剩余H2S和SO2進(jìn)入三級(jí)轉(zhuǎn)化器，從三級(jí)轉(zhuǎn)化器出來(lái)的過(guò)程氣經(jīng)冷卻器回收熱量后進(jìn)入尾氣分液罐分離液硫，送去循環(huán)流化床鍋爐焚燒，然后經(jīng)爐外脫硫，降低尾氣中的S含量，最終排放至煙囪。經(jīng)廢鍋以及各過(guò)程氣換熱器分離捕積下來(lái)的液硫先分別進(jìn)入各自對(duì)應(yīng)的液硫封，最終通過(guò)溢流進(jìn)入液硫罐，液硫罐中的液硫經(jīng)脫氣后,用輸送泵送至硫磺成型機(jī)。

該裝置自開(kāi)車以來(lái)，由于工藝及設(shè)備問(wèn)題，裝置一直運(yùn)行不正常，系統(tǒng)阻力大、冷凝液外排浪費(fèi)大、液硫管線堵塞嚴(yán)重、抽空氣效果差、液硫罐壓力高無(wú)法回收液硫等問(wèn)題一直制約硫回收裝置的高效、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

1硫回收裝置運(yùn)行中出現(xiàn)的問(wèn)題及原因分析

1.1系統(tǒng)阻力大

裝置接酸性氣濃度及氣量都遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)指標(biāo)，設(shè)計(jì)滿負(fù)荷氣量為1 150 Nm3/h，而實(shí)際使用氣量?jī)H有800 Nm3/h左右；系統(tǒng)設(shè)計(jì)壓力為50 kPa，實(shí)際生產(chǎn)中達(dá)到60 kPa，尾氣壓力9 kPa，燃燒爐隨時(shí)面臨超壓運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)。經(jīng)分析，系統(tǒng)阻力大的原因主要在于3個(gè)方面：①經(jīng)停車拆檢發(fā)現(xiàn)粉化的澆注料和硫粘結(jié)，造成余熱鍋爐、一二級(jí)冷凝冷卻器、三級(jí)冷凝冷卻器絲網(wǎng)除沫器嚴(yán)重堵塞，致使系統(tǒng)阻力增大；②催化劑積碳及粉化的澆注料富集；③設(shè)備管道腐蝕、運(yùn)行中積碳等其他原因造成管道堵塞，導(dǎo)致系統(tǒng)阻力增大。一級(jí)冷凝冷卻器氣路出口管線結(jié)垢情況見(jiàn)圖1。

圖1　一級(jí)冷凝冷卻器氣路出口管線結(jié)垢情況

1.2補(bǔ)風(fēng)困難

我公司硫回收裝置鼓風(fēng)機(jī)出口壓力設(shè)計(jì)為60kPa，而系統(tǒng)壓力正常運(yùn)行達(dá)到60kPa，造成補(bǔ)入風(fēng)量沒(méi)有壓差，鼓風(fēng)機(jī)出口風(fēng)量難以補(bǔ)入，導(dǎo)致系統(tǒng)不得不降負(fù)荷或停車檢修；同時(shí)由于風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)壓頭低，風(fēng)機(jī)受酸氣量波動(dòng)經(jīng)常出現(xiàn)喘振現(xiàn)象，造成風(fēng)機(jī)設(shè)備出口易憋壓，損壞設(shè)備。

1.3冷凝液外排量大

硫回收裝置伴熱采用0.35MPa(g)的低壓蒸汽，而公共管網(wǎng)的冷凝液壓力在0.3MPa(g)左右；由于壓差小且多股伴熱冷凝液的壓力有較大偏差，導(dǎo)致部分冷凝液無(wú)法回收到管網(wǎng)，為保證伴熱質(zhì)量，不得不將冷凝液就地排放，結(jié)果造成現(xiàn)場(chǎng)臟、亂、差，冷凝液浪費(fèi)嚴(yán)重。

1.4管線堵塞嚴(yán)重

由于硫回收裝置開(kāi)車使用燃料氣升溫，升溫程序繁瑣，而升溫時(shí)用氧量要求苛刻：一旦氧過(guò)量，則轉(zhuǎn)換器會(huì)發(fā)生飛溫的工藝事故，引起催化劑燒結(jié)、失活；若氧不足，則會(huì)因燃料氣燃燒不完全出現(xiàn)析碳現(xiàn)象，其后果是催化劑比表面積急劇減少，活性下降，設(shè)備管線積碳，導(dǎo)致系統(tǒng)阻力增大，最終引起硫回收率降低、負(fù)荷提升困難。而由于設(shè)計(jì)時(shí)裝置入口未設(shè)計(jì)分離器及加熱器等裝置，導(dǎo)致入裝置的酸氣中含有約0.5%左右的甲醇，運(yùn)行中容易產(chǎn)生黑硫磺堵塞設(shè)備管線的問(wèn)題。雖然液硫管線自帶夾套伴熱，但是由于積碳及設(shè)備腐蝕等原因，液硫管線的堵塞問(wèn)題依然存在，廢鍋和一、二、三級(jí)冷凝冷卻器的液硫回收管線堵塞尤為嚴(yán)重。

1.5抽空器效果差

由于抽空器設(shè)計(jì)能力不能滿足要求，抽空管線易堵塞，另外伴熱經(jīng)常出現(xiàn)泄漏造成抽空不及時(shí)，導(dǎo)致液硫罐壓力高。而堵塞或伴熱泄漏現(xiàn)象造成設(shè)備超壓，導(dǎo)致系統(tǒng)液硫排放不暢，阻力增大，使得液硫無(wú)法正?；厥罩烈毫蚬?。

2應(yīng)對(duì)措施及效果對(duì)比

2.1減小系統(tǒng)阻力的措施

2.1.1去除部分設(shè)備絲網(wǎng)除沫器

根據(jù)液硫的黏度與溫度對(duì)應(yīng)的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)冷卻器出口溫度在160 ℃以下時(shí)，液硫完全可以冷卻下來(lái)而不會(huì)被帶入后系統(tǒng)，在148 ℃時(shí)液體的流動(dòng)性較好，而硫磺的熔點(diǎn)在119 ℃。因此對(duì)3臺(tái)冷卻器設(shè)備進(jìn)行了除沫器去除改造，并將出口溫度控制在148℃左右，該溫度是可以滿足去除絲網(wǎng)除沫器且不會(huì)形成夾帶的要求。改造后，系統(tǒng)阻力對(duì)比見(jiàn)表1。

表1　氣路系統(tǒng)改造前后阻力對(duì)比

2.1.2采用低溫開(kāi)車接氣法

硫回收開(kāi)車時(shí)間較長(zhǎng)，每次點(diǎn)火需使用液化氣升溫36 h,達(dá)到800 ℃，轉(zhuǎn)化器升溫24 h，在此過(guò)程中容易形成積碳，導(dǎo)致氣路系統(tǒng)流通截面積減小，引起系統(tǒng)阻力增大。為此我們用含碳量低的自產(chǎn)弛放氣(甲醇合成過(guò)程中的放空氣)點(diǎn)火，在溫度升至400 ℃時(shí)直接接少量酸氣(H2S燃點(diǎn)為260 ℃，可以不用擔(dān)心低溫熄火問(wèn)題)，用于系統(tǒng)升溫，不僅縮短了開(kāi)車時(shí)間，還可以降低開(kāi)車階段對(duì)環(huán)境的污染(如果是首次用硫回收裝置開(kāi)車，不建議使用本辦法，防止因升溫速率過(guò)快，導(dǎo)致澆注料和耐火墻的水分析出不均勻而造成損壞)；點(diǎn)火接氣法與優(yōu)化直接接氣法對(duì)比，主要指標(biāo)均得以明顯改善。硫回收開(kāi)車工藝改進(jìn)前后指標(biāo)對(duì)比見(jiàn)表2。

表2　硫回收開(kāi)車工藝改進(jìn)前后指標(biāo)對(duì)比

2.2解決風(fēng)機(jī)壓頭小及配風(fēng)困難的措施

針對(duì)該問(wèn)題，可采取的方案有2種：一種是提高入燃燒爐風(fēng)壓，理論上有4種方案，即增加鼓風(fēng)機(jī)出口壓力、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、風(fēng)機(jī)的葉輪長(zhǎng)度、風(fēng)機(jī)的級(jí)數(shù)，更換風(fēng)機(jī)；另一種是選擇其他配風(fēng)方式替代傳統(tǒng)的風(fēng)機(jī)，而根據(jù)我公司現(xiàn)有裝置的運(yùn)行情況，有3種介質(zhì)可替代工廠空氣、儀表空氣和純氧。經(jīng)過(guò)對(duì)方案進(jìn)行可行性分析和改造投入費(fèi)用概算的對(duì)比，我公司最終選擇使用自產(chǎn)工廠空氣替代鼓風(fēng)機(jī)，該方案具有投資費(fèi)用低、施工簡(jiǎn)單和壓力操作范圍廣的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)對(duì)空分裝置的富余工廠空氣進(jìn)行充分利用。工業(yè)風(fēng)代替風(fēng)機(jī)改造流程見(jiàn)圖2(虛線部分為新增部分)。

圖2　工業(yè)風(fēng)代替風(fēng)機(jī)改造流程

項(xiàng)目改造完成投用后，配風(fēng)量有較大程度增加，系統(tǒng)負(fù)荷得以大幅度提升，改造后運(yùn)行數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

表3　工業(yè)風(fēng)代替風(fēng)機(jī)改造前后運(yùn)行效果對(duì)比表

2.3冷凝液難以回收的解決措施

硫回收伴熱冷凝因壓力低，無(wú)法送入管網(wǎng)，不得不就地排放，造成大量冷凝液浪費(fèi)。經(jīng)研究確定的改造方案為：將3臺(tái)冷凝液站的冷凝液母管匯合回收至1臺(tái)新增冷凝液冷卻器的管程入口,降溫后進(jìn)入冷凝液回收槽中,在冷凝液回收泵出口處增加至熱電冷凝液的管線，進(jìn)行回收；同時(shí)在冷卻器管程入口總管上留2個(gè)預(yù)留口，以備后期檢修臨時(shí)管線的接入。改造后流程見(jiàn)圖3(虛線部分為新增部分)。

圖3　冷凝液系統(tǒng)改造流程

2.4液硫管線堵塞嚴(yán)重的解決措施

提前預(yù)制帶伴熱的金屬軟管，待液硫管線出現(xiàn)堵塞后，直接用此管替換堵塞管線，將液硫封與液硫罐相連接，使液硫順利回收至液硫罐內(nèi)，避免管線堵塞進(jìn)而導(dǎo)致的系統(tǒng)停車，同時(shí)消除回收硫磺的安全隱患。

使用液硫管設(shè)置DN80-150LB雙頭法蘭，伴熱管采用DN20-150LB法蘭，管線采用公稱直徑DN80/50、(材質(zhì)304 L)管長(zhǎng)8 m可彎曲型；安裝前關(guān)閉現(xiàn)場(chǎng)導(dǎo)淋閥、放硫閥；投用時(shí)，先打開(kāi)伴熱蒸汽閥，確認(rèn)伴熱管線溫度達(dá)到120 ℃以上后，再打開(kāi)液硫?qū)Я荛y進(jìn)行回收液硫；改造投用后，系統(tǒng)壓力由60 kPa下降至38 kPa。

2.5抽空器效果差導(dǎo)致液硫罐壓力高

從液硫罐原液位計(jì)預(yù)留法蘭上引一根夾套伴熱管線，引至高點(diǎn)進(jìn)行放空，用于緊急泄壓裝置，同時(shí)在液硫罐上在增加一塊現(xiàn)場(chǎng)壓力表及遠(yuǎn)傳壓力表，改造流程見(jiàn)圖4(虛線部分為新增部分)。

圖4　抽空器改造流程

3改造后的實(shí)際應(yīng)用效果

經(jīng)過(guò)對(duì)運(yùn)行中問(wèn)題的研究與改造，我公司的硫回收裝置運(yùn)行在連續(xù)穩(wěn)定性、開(kāi)車耗時(shí)、運(yùn)行負(fù)荷等方面效果顯著，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益。

項(xiàng)目實(shí)施前后開(kāi)車率對(duì)比見(jiàn)圖5。項(xiàng)目實(shí)施前后開(kāi)車耗時(shí)對(duì)比見(jiàn)圖6。項(xiàng)目實(shí)施前后系統(tǒng)壓差對(duì)比見(jiàn)圖7。項(xiàng)目實(shí)施前后裝置運(yùn)行負(fù)荷對(duì)比見(jiàn)圖8。

圖5項(xiàng)目實(shí)施前后開(kāi)車率對(duì)比

注：圖中的1、2為改造后的某2次開(kāi)車圖6　項(xiàng)目實(shí)施前后開(kāi)車耗時(shí)對(duì)比

注：橫坐標(biāo)1—7為7個(gè)時(shí)間點(diǎn)圖7　項(xiàng)目實(shí)施前后系統(tǒng)壓差對(duì)比

圖8　項(xiàng)目實(shí)施前后裝置運(yùn)行負(fù)荷對(duì)比

經(jīng)過(guò)對(duì)硫回收裝置進(jìn)行一系列的工藝優(yōu)化和應(yīng)用后，裝置運(yùn)行周期由原來(lái)的1個(gè)月提至1年以上，綜合運(yùn)行率由原來(lái)的60%提至95%，裝置負(fù)荷由原來(lái)的80%提至110%，硫磺產(chǎn)量由原來(lái)的6 t/h提至11 t/h。

4結(jié)語(yǔ)

河南龍宇煤化工有限公司對(duì)硫回收裝置的各項(xiàng)改造不僅取得了一定的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)改善了環(huán)境。改造前裝置約有200~300 m3/h的H2S氣體無(wú)法處理，盡管該部分氣體經(jīng)過(guò)燃燒后轉(zhuǎn)化為SO2，但也只能排放至大氣，而改造完成后H2S氣體基本能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)害化處理，確保了裝置的環(huán)保安全。

Process Optimization and Application of Sulfur Recovery Unit of 500 000 t/a Methanol Plant

DU Xia

(HenanLongyuCoalChemicalCo.,Ltd.,YongchengHenan476600China)

Abstract：With regard to the issues often occurred during operation of sulfur recovery unit of the methanol plant： hard air supply, large condensate consumption, big system resistance, pipelines prone to plug etc, through studies and analysis on process theory and equipment, the causes to affect efficient and low consumption operation of the sulfur recovery unit were found out, process revamping measures were formulated, the revamping results show that the cycle of unit operation has been increased to over one year from one month, the comprehensive availability to 95% from 60%, the unit load to 110% from 80% and sulfur output to 11 t/h from 6 t/h.

Keywords：sulfur recovery unit; problem;cause analysis; process optimization

收稿日期：2015-07-23

作者簡(jiǎn)介：杜霞(1986年-)，女，山東淄博人，2011年畢業(yè)于中國(guó)礦業(yè)大學(xué)化工專業(yè)，碩士，工程師，現(xiàn)主要從事大型化工生產(chǎn)裝置的技術(shù)管理工作。

中圖分類號(hào)：TQ 223.121

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1004-8901(2016)01-0051-04

doi：10.3969/j.issn.1004-8901.2016.01.013 10.3969/j.issn.1004-8901.2016.01.014