胡 佳

(中石化南京工程有限公司，江蘇南京 211100)

煉廠尾氣干法制酸裝置的節(jié)能環(huán)保設(shè)計

胡 佳

(中石化南京工程有限公司，江蘇南京 211100)

介紹了為10 Mt/a煉油廠配套新建的1套120 kt/a硫化氫制酸裝置的設(shè)計參數(shù)，包括焚燒、凈化、轉(zhuǎn)化和干吸的工藝流程、節(jié)能和環(huán)保設(shè)計。尾氣排放中SO2質(zhì)量濃度為228 mg/m3，硫酸霧質(zhì)量濃度為28 mg/m3。該裝置在生產(chǎn)硫酸產(chǎn)品的同時，可為公司提供相當(dāng)于14.85 kt/a標(biāo)準(zhǔn)煤的蒸汽產(chǎn)品、處理2.972×107m3/a含硫廢氣，硫回收率達(dá)到99.92%。

硫化氫 硫酸生產(chǎn) 節(jié)能 環(huán)保

某煉廠為滿足硫化氫尾氣環(huán)保治理需要，決定為10 Mt/a煉油廠配套新建1套120 kt/a硫化氫制酸裝置。

1 設(shè)計參數(shù)

處理的含硫化氫廢氣流量達(dá)3 714.40 m3/h；組分有：φ(H2S)為93.84%、φ(CO2)為1.92%、φ(H2O)為4.06%、φ(NH3)為0.06%、φ(C2H4)為0.07%、φ(C3H6)為0.04%?？諝饬髁窟_(dá) 42 403 m3/h；溫度為25 ℃；產(chǎn)品有硫酸120 kt/a、1.0 MPa、315 ℃低壓蒸汽128 kt/a和3.82 MPa、425 ℃中壓蒸汽49.6 kt/a。

2 工藝流程

硫化氫制酸裝置主要有焚燒、凈化、轉(zhuǎn)化和干吸工序，其工藝流程如圖1所示。

2.1 硫化氫焚燒工序

來自煉廠的含硫化氫尾氣經(jīng)管道輸送至緩沖罐，再由緩沖罐送至焚燒爐。在焚燒爐內(nèi)與爐前空氣鼓風(fēng)機(jī)輸送的空氣混合燃燒生成φ(SO2)8.44%左右的爐氣，出焚燒爐的爐氣(溫度達(dá)到1 200 ℃左右)經(jīng)火管式余熱鍋爐和過熱器回收廢熱生產(chǎn)蒸汽，使?fàn)t氣溫度降至320 ℃后進(jìn)入凈化工序動力波洗滌器。該工序?yàn)榉辣瑓^(qū)域，設(shè)置H2S有毒氣體報警儀。

設(shè)置緩沖罐可避免煉廠尾氣波動帶來的影響，同時起到氣液分離的作用。為保證硫化氫在焚燒爐中完全、高效地燃燒，將焚燒爐出口溫度與空氣風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖，硫化氫燃燒器是關(guān)鍵部件，該裝置采用新型半預(yù)混式高效型燃燒器，其最大特點(diǎn)是渦旋狀的混合氣體在燃燒室的中心停留時間長，燃燒更加充分。燃燒器設(shè)有火檢裝置。為防止燃燒不完全，設(shè)置二次風(fēng)，用于補(bǔ)充氧量和調(diào)節(jié)爐溫，促使反應(yīng)完全，不致產(chǎn)生升華硫。

圖1 硫化氫制酸裝置工藝流程

2.2 凈化工序

來自硫化氫焚燒工序的爐氣進(jìn)入動力波洗滌器，用w(H2SO4)約14.4%稀硫酸噴淋進(jìn)行絕熱蒸發(fā)冷卻，使?fàn)t氣溫度降至約64.7 ℃再進(jìn)入冷卻塔，冷卻塔采用填料塔，進(jìn)入冷卻塔的爐氣與溫度約36.5 ℃、w(H2SO4)約2%的稀硫酸逆向接觸后，進(jìn)一步冷卻降溫。出冷卻塔爐氣降溫至38.5 ℃左右時，依次進(jìn)入2級電除霧器除去酸霧，出口氣體酸霧質(zhì)量濃度小于或等于5 mg/m3時再送入干吸工序。

為防止動力波洗滌器斷液造成設(shè)備損壞，設(shè)置了動力波高位槽，由緊急給水調(diào)節(jié)閥與動力波洗滌器出口氣體溫度聯(lián)鎖控制。

2.3 轉(zhuǎn)化工序

干燥塔干燥后的SO2氣體經(jīng)SO2鼓風(fēng)機(jī)增壓，依次經(jīng)Ⅲ換熱器、Ⅰ換熱器殼程預(yù)熱至430 ℃進(jìn)入轉(zhuǎn)化器一段轉(zhuǎn)化，反應(yīng)后，溫度升至約600 ℃通過Ⅰ換熱器管程進(jìn)行熱交換。冷卻后的反應(yīng)氣溫度降至460 ℃進(jìn)入轉(zhuǎn)化器二段進(jìn)行氧化反應(yīng)，溫度升高至509 ℃后，通過Ⅱ換熱器管程降溫至440 ℃，進(jìn)入轉(zhuǎn)化器三段進(jìn)行氧化反應(yīng)，溫度升高到454 ℃后，依次通過Ⅲ換熱器管程，省煤器將溫度降至約170 ℃后進(jìn)入一吸塔，用w(H2SO4)98%濃硫酸吸收其中SO3，未被吸收的氣體通過塔頂除沫器除沫后，再依次經(jīng)Ⅳ換熱器、Ⅱ換熱器殼程換熱，氣體被加熱至420 ℃進(jìn)入轉(zhuǎn)化器四段進(jìn)行氧化反應(yīng)。溫度升至約433 ℃通過Ⅳ換熱器管程，降溫至158 ℃進(jìn)入二吸塔，塔內(nèi)用w(H2SO4)98%硫酸吸收爐氣中的SO3后，尾氣經(jīng)煙囪放空。二次轉(zhuǎn)化后的總轉(zhuǎn)化率超過99.87%。

SO2鼓風(fēng)機(jī)采用透平汽輪機(jī)驅(qū)動，利用硫酸裝置所產(chǎn)中壓過熱蒸汽進(jìn)入透平汽輪機(jī)以驅(qū)動SO2鼓風(fēng)機(jī)，節(jié)省了電能，并使熱能得到綜合利用。

2.4 干吸工序

干吸酸系統(tǒng)采用3塔3槽配置，即每個塔都有一個單獨(dú)的酸循環(huán)槽。自凈化工序來的含SO2爐氣進(jìn)入干燥塔，氣體經(jīng)干燥后進(jìn)入SO2鼓風(fēng)機(jī)。

經(jīng)一次轉(zhuǎn)化后的氣體，溫度約為177 ℃，進(jìn)入一吸塔，吸收其中的SO3，經(jīng)塔頂除霧器除霧后，再返回轉(zhuǎn)化系統(tǒng)進(jìn)行二次轉(zhuǎn)化。二次轉(zhuǎn)化后的轉(zhuǎn)化氣溫度約為158 ℃，進(jìn)入二吸塔吸收其中的SO3，經(jīng)塔頂除霧器除霧后，通過60 m煙囪達(dá)標(biāo)排放。

w(H2SO4)93%成品酸從干燥塔酸循環(huán)泵出口引出，經(jīng)成品酸冷卻器冷卻至40 ℃，送到成品酸罐區(qū)。同時系統(tǒng)也可產(chǎn)w(H2SO4)98%濃硫酸。

干燥塔、一吸塔及二吸塔均采用塔—槽—泵的流程。干燥塔內(nèi)噴淋w(H2SO4)93%濃硫酸，干燥塔酸循環(huán)槽中循環(huán)酸濃度由一吸塔w(H2SO4)98%吸收酸調(diào)節(jié)，維持w(H2SO4)93%循環(huán)酸濃度。富余的w(H2SO4)93%酸串入一吸塔酸循環(huán)槽中。一吸塔及二吸塔噴淋w(H2SO4)98%硫酸，為了維持一吸塔和二吸塔循環(huán)酸w(H2SO4)98%濃度，向酸循環(huán)槽中加入凈化工序來的稀硫酸或工藝水。

3 節(jié)能

硫化氫廢氣制酸時，硫化氫廢氣的焚燒、SO2轉(zhuǎn)化及SO3吸收過程中均會釋放大量化學(xué)能，裝置需回收這些熱量，減少能量損失。

硫化氫制酸裝置能源流向見圖2，能耗指標(biāo)見表1。

圖2 硫化氫制酸裝置能源流向

表1 硫化氫制酸裝置能耗指標(biāo)[以每噸w(H2SO4)93%硫酸計]

項(xiàng) 目消耗指標(biāo)能耗折算值/MJ單位能耗/MJ折標(biāo)煤/(t·a-1)消耗 電/kWh53．4110．89581．63 生產(chǎn)水/m33．296．2820．66 循環(huán)水/m3134．14．19561．88產(chǎn)出 中壓蒸汽/t0．41-3684-1510．44 低壓蒸汽/t1．07-3067．8-3282．55合計-3628．8214858

由表1看出：該裝置能充分回收硫化氫廢氣燃燒和SO2轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的熱能，產(chǎn)生3.82 MPa、425 ℃中壓過熱蒸汽22.2 t/h。利用該蒸汽驅(qū)動SO2透平鼓風(fēng)機(jī)，進(jìn)汽量約16 t/h，排汽為1.0 MPa、315 ℃。

4 環(huán)保

這套120 kt/a硫化氫制酸裝置主要是處理上游煉油裝置的含硫尾氣，在滿足含硫尾氣達(dá)標(biāo)排放的同時，生產(chǎn)硫酸和蒸汽產(chǎn)品。

4.1 硫的治理

該裝置全廠硫與H2O平衡見表2，在不設(shè)置尾氣回收裝置的情況下，尾氣排放中SO2質(zhì)量濃度為228 mg/m3，硫酸霧質(zhì)量濃度為28 mg/m3，低于國家排放標(biāo)準(zhǔn)限值，即ρ(SO2)≤400 mg/m3，酸霧(ρ)≤30 mg/m3。

表2 硫和H2O平衡

注：稀硫酸當(dāng)作工藝補(bǔ)充水利用時，稀酸量為1.396 t/h(含硫量為0.065 t/h)。

由表2看出：該裝置治理的硫量為4.975 t/h，硫的治理率達(dá)99.92%。按該裝置1年運(yùn)行8 000 h計，則一年可治理約40 kt硫(主要為硫化氫中的硫)，相當(dāng)于治理了φ(H2S)93.84%含硫廢氣2.972×107m3，而通?？藙谒沽蚧腔厥昭b置硫回收率為95%～98%[1]。

如果需要進(jìn)一步提高硫磺回收率，只需要在裝置后增設(shè)尾氣處理裝置。目前最好的SCOT尾氣處理裝置可將硫回收率提高到99.9%[2]，但投資額會增大。超級克勞斯法硫磺回收裝置無需尾氣回收裝置，硫回收率達(dá)99%[1]，但是投資額比傳統(tǒng)克勞斯硫磺回收裝置更高。

4.2 硫酸裝置的三廢排放

對該裝置在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的SO2、NOx和酸霧采取了穩(wěn)妥、可靠的治理措施，以達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)，并按規(guī)范在污染源排放口設(shè)置固定采樣口，定期監(jiān)測廢氣情況。裝置中采用合理的工藝流程，使用進(jìn)口高效催化劑，確保SO2總轉(zhuǎn)化率達(dá)到99.87%以上，使該套硫酸生產(chǎn)裝置在不設(shè)置尾氣回收裝置的情況下達(dá)到清潔工廠的條件，基本杜絕了環(huán)境污染。

5 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

120 kt/a硫化氫制酸裝置主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見表3。

表3 120 kt/a硫化氫制酸裝置主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

6 結(jié)語

硫化氫制酸環(huán)保治理技術(shù)是硫酸設(shè)計行業(yè)發(fā)展的一個方向，該技術(shù)較好地解決了石油化工、煤化工等行業(yè)所產(chǎn)生的含硫化氫尾氣排放造成的污染問題。如果裝置節(jié)能設(shè)計合理，既可生產(chǎn)硫酸產(chǎn)品，也可生產(chǎn)出更多優(yōu)質(zhì)、高效的蒸汽產(chǎn)品，為企業(yè)帶來新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)。

[1] 岑嶺,賴英才.淺談我廠超級克勞斯硫回收裝置的工藝特點(diǎn)[J].石油與天然氣化工，2003(5)：286-287.

[2] 陳賡良.SCOT法尾氣處理工藝技術(shù)進(jìn)展[J].石油煉制與化工，2003，34(10)：28-32.

Energy saving and environmental protection design in treating tail gas from sulphuric acid plant of refinery

HUJia

(SINOPEC Nanjing Engineering & Construction Inc.,Nanjing,Jiangsu,211100,China)

Design parameters, technological process including incineration, cleaning, conversion, drying and absorption sections, energy-saving and environmental protection of 120 kt/a hydrogen sulphide-burning sulphuric acid plant supporting 10 Mt/a refinery are introduced. Concentration of sulphur dioxide in discharged tail gas reached 228 mg/m3, and that of sulphur acid mist reached 28 mg/m3. Meanwhile the plant produced sulphur acid products, and it provided equivalent to 14.85 kt/a of standard coal vapor products for the company, processing 2.972 ×107m3/a sulphur containing waste gas, with sulphur recovery rate being 99.92%.

hydrogen sulphide；sulphuric acid manufacture；energy saving；environmental protection

2016-12-31。

胡佳，男，中石化南京工程有限公司工程師，主要從事硫酸工藝設(shè)計工作。電話：13621587972；E-mail：hujia.snei@sinopec.com。

TQ111.16

B

1002-1507(2017)04-0009-04