李可心（中國(guó)石化青島煉油化工有限責(zé)任公司，山東 青島 266000）

某煉化公司22 萬(wàn)噸/年硫黃回收裝置，作為重要的環(huán)保裝置，采用意大利KTI 公司技術(shù)，包括克勞斯硫回收與RAR 尾氣處理兩個(gè)單元，其中RAR尾氣處理部分主要對(duì)克勞斯反應(yīng)產(chǎn)生的Claus 尾氣進(jìn)行硫回收。為了進(jìn)一步節(jié)能減排，2019 年大檢修期間，實(shí)施硫黃尾氣節(jié)能優(yōu)化改造項(xiàng)目，將原有在線加熱爐及相關(guān)管線進(jìn)行分割拆除，用兩臺(tái)中壓蒸汽加熱器替代原有加熱爐，蒸汽后路由疏水器改為凝結(jié)水罐，節(jié)能優(yōu)化改造項(xiàng)目投用后效果顯著。

1 工藝概述

硫黃聯(lián)合回收裝置Claus 反應(yīng)后產(chǎn)生的混合尾氣，其中主要組分為硫化氫、二氧化硫、硫和副反應(yīng)產(chǎn)生的羰基硫和二硫化碳，為提高總硫收率，將Claus 尾氣進(jìn)入RAR 系統(tǒng)進(jìn)行還原、吸收、再循環(huán)處理。而進(jìn)入RAR 工藝系統(tǒng)首先需要對(duì)Claus 尾氣進(jìn)行加熱升溫，達(dá)到進(jìn)入加氫反應(yīng)器還原反應(yīng)的條件，在反應(yīng)器內(nèi)高溫氣體中，二氧化硫和氫氣進(jìn)行還原反應(yīng)生成硫化氫，其副反應(yīng)產(chǎn)物羰基硫和二硫化碳則會(huì)進(jìn)行水解生成硫化氫，反應(yīng)放出熱量進(jìn)行余熱回收，并入低低壓蒸汽管網(wǎng)，富含硫化氫尾氣通過(guò)吸收再生回收硫。

經(jīng)過(guò)2019年大檢修的改造后，由兩臺(tái)加熱器代替原有的在線加熱爐，加熱蒸汽使用制硫爐汽包自產(chǎn)4.4MP的飽和中壓蒸汽，降低了能源消耗，兩臺(tái)加熱器并聯(lián)使用，通過(guò)蒸汽量控制尾氣入加氫反應(yīng)器溫度，現(xiàn)階段蒸汽量控制在3.88t/h 左右，尾氣進(jìn)入反應(yīng)器溫度達(dá)到230℃以上，達(dá)到了低溫CoMox（鈷鉬）催化劑（230℃-240℃）反應(yīng)要求[1]，實(shí)現(xiàn)S02和Sx的充分轉(zhuǎn)化和COS、CS2高度水解。如圖1為Claus尾氣加熱流程：

圖1 Claus尾氣加熱器加熱流程

說(shuō)明：

1）蒸汽加熱器的熱源為飽和中壓蒸汽，后路所產(chǎn)生的凝結(jié)水進(jìn)入凝結(jié)水罐，凝結(jié)水罐需做好壓力平衡，設(shè)置壓力平衡線由凝結(jié)水罐頂至加熱蒸汽控制閥后，防止壓力過(guò)低造成凝結(jié)水無(wú)法外送，影響尾氣加熱效果。

2）Claus 尾氣中會(huì)有一定量的硫蒸汽，遇凝點(diǎn)溫度時(shí)，會(huì)形成液態(tài)硫，設(shè)置加熱器底部至硫封夾套液流線，以解決換熱器內(nèi)積硫，造成Claus部分壓力高。

2 節(jié)能優(yōu)化改造成果分析

目前國(guó)內(nèi)硫黃回收裝置RAR 尾氣加熱仍在使用在線加熱爐，在能滿足反應(yīng)溫度的條件下，使加氫和水解反應(yīng)更徹底，尾氣焚燒后排放降到最低，同時(shí)考慮到能耗節(jié)約提升效益，有必要進(jìn)行節(jié)能優(yōu)化改造。

原有在線加熱爐[2]，配有四排二十四個(gè)火嘴，通過(guò)燃燒低壓瓦斯對(duì)Claus尾氣進(jìn)行加熱升溫，相比能耗過(guò)高，經(jīng)濟(jì)效益和實(shí)際操作上過(guò)于的繁瑣，溫度控制上不是很靈敏，同時(shí)瓦斯燃燒排放煙氣中需要控制SO2和NOX的排放量，滿足控制指標(biāo)SO2排放濃度≤50mg/m3，NOX排放濃度≤100 mg/m3的要求。在節(jié)能優(yōu)化項(xiàng)目改造后，增設(shè)兩臺(tái)固定管板換熱器[3]，加熱源使用制硫燃燒爐汽包產(chǎn)出的飽和中壓蒸汽，溫度在250℃左右，壓力4.4MP，尾氣通過(guò)管程被飽和中壓蒸汽加熱，與外來(lái)氫氣在混合器內(nèi)混合后進(jìn)入反應(yīng)器器內(nèi)進(jìn)行下一步反應(yīng)，過(guò)程產(chǎn)生凝結(jié)水進(jìn)入中壓凝結(jié)水罐回收外送。

2.1 改造后高負(fù)荷運(yùn)行情況

在優(yōu)化改造后以正常負(fù)荷運(yùn)行情況下，尾氣加熱器運(yùn)行效果顯著，為滿足不同工況下的運(yùn)行要求，提高裝置加工負(fù)荷至95%左右，而設(shè)計(jì)負(fù)荷高點(diǎn)在120%，可以看出已達(dá)到較高的水平，如表1中可以看出高負(fù)荷下物料平衡關(guān)系。

表1 硫磺回收裝置物料平衡與設(shè)計(jì)物料平衡對(duì)照表

圖2 高負(fù)荷下節(jié)能優(yōu)化設(shè)備運(yùn)行關(guān)系圖

在提高裝置負(fù)荷情況下，Claus尾氣量增加3000 m3/h左右，尾氣加熱器從飽和中壓蒸汽的使用量上來(lái)看，消耗量有略微增大，而整體設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)，具體運(yùn)行關(guān)系見(jiàn)圖2。從裝置高負(fù)荷運(yùn)行操作來(lái)看，高負(fù)荷操作下考驗(yàn)設(shè)備的同時(shí)，滿足正常平穩(wěn)運(yùn)行的要求，低耗能設(shè)備可以獲得更大的經(jīng)濟(jì)收益。

2.2 改造前后運(yùn)行參數(shù)對(duì)比

裝置改造以后，加氫反應(yīng)器入口及反應(yīng)器床層溫度降低20℃左右，溫升變化不大，符合低溫加氫反應(yīng)器運(yùn)行條件，其它相關(guān)設(shè)備操作參數(shù)上未發(fā)生大的變化，運(yùn)行平穩(wěn)。改造前后主要操作參數(shù)對(duì)比具體見(jiàn)表2。

表2 項(xiàng)目實(shí)施前后主要操作參數(shù)對(duì)比

2.3 改造后節(jié)能增效分析計(jì)算

整體上來(lái)看，在節(jié)能項(xiàng)目?jī)?yōu)化改造后，22 萬(wàn)噸硫磺裝置從節(jié)能和環(huán)保減排方面都有明顯成果。加熱爐煙氣排放減少了6000Nm3/h以上，環(huán)保效益明顯。取消了在線加熱爐，采用加熱器進(jìn)行尾氣加熱，減少了加熱爐點(diǎn)爐、管理等操作，降低了裝置運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，從正常運(yùn)行工況來(lái)看，在線加熱爐對(duì)Claus尾氣進(jìn)行加熱，燃燒煉廠低壓燃料氣，平均噸小時(shí)消耗量來(lái)計(jì)算，相比新設(shè)備加熱器使用的中壓飽和蒸汽，消耗量及能耗如表2所示，剔除產(chǎn)生凝結(jié)水的增耗，綜合能耗降低8.17kgEo/t硫黃，改造后相比之前工藝有一定的節(jié)能效果。

表2 加熱爐和加熱器能耗對(duì)照表

在正常運(yùn)行工況下，加熱后Claus 尾氣能夠完全滿足反應(yīng)器溫度要求。而針對(duì)此次改造，使用不同的工藝和設(shè)備，由于兩種不同的介質(zhì)之間存在很大差異，產(chǎn)生相同的熱效應(yīng)下，進(jìn)行效益測(cè)算，如表3 為兩種介質(zhì)經(jīng)濟(jì)核算信息表，通過(guò)測(cè)算對(duì)比，我們可以明顯的看出改造前后的提效效果。以年運(yùn)行時(shí)間8400 小時(shí)為基準(zhǔn)，節(jié)能優(yōu)化改造后以4.4MPa 蒸汽為熱源相比燃燒瓦斯提供熱量每年可節(jié)約354.47 萬(wàn)元，經(jīng)濟(jì)效益提升明顯。

表3 瓦斯和中壓蒸汽經(jīng)濟(jì)核算表

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，該煉化公司22萬(wàn)噸硫黃回收裝置在節(jié)能優(yōu)化項(xiàng)目改造后，新工藝技術(shù)運(yùn)行平穩(wěn)，環(huán)保以及節(jié)能減排方面成果顯著。在滿足同樣工藝要求的情況下，取消了在線加熱爐，采用加熱器進(jìn)行尾氣加熱，一方面減少了加熱爐點(diǎn)爐、管理等操作，降低了裝置運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)減少了加熱爐煙氣排放6000Nm3/h 以上；另一方面綜合能耗降低8.17kgEo/t，節(jié)約年經(jīng)濟(jì)效益約354.47萬(wàn)元。