于浩強(qiáng)，王敏

1.山東海成石化工程設(shè)計(jì)有限公司；2.山東大齊石油化工設(shè)計(jì)有限公司

某大型煤化工企業(yè)在煤原料生產(chǎn)過程中，產(chǎn)生大量的含硫尾氣，在一定程度上對(duì)企業(yè)可持續(xù)發(fā)展造成了很大影響。因此，通過積極的改造處理，對(duì)原有的煤化工裝置硫回收系統(tǒng)進(jìn)行全面優(yōu)化創(chuàng)新，以便使其通過配比燃燒、催化轉(zhuǎn)化等工藝技術(shù)將來自凈化低溫甲醇洗裝置的酸氣生成純度接近100%的單質(zhì)硫黃，這樣才能更好地提升企業(yè)的生產(chǎn)效率，使其獲得最大化的環(huán)保效益和經(jīng)濟(jì)效益。

一、硫回收工藝流程

該企業(yè)硫回收裝置工藝操作流程，如圖1所示。從其運(yùn)行原理來看，當(dāng)預(yù)熱后的一部分酸性原料氣進(jìn)入酸氣燃燒爐主燒嘴后，會(huì)自動(dòng)與按照一定比例配入的預(yù)熱空氣進(jìn)行混合燃燒，而剩余預(yù)熱酸性氣則直接進(jìn)入主燃燒室內(nèi)，進(jìn)而通過以下反應(yīng)后形成一定的高溫氣體：H2S+3/2O2→ SO2+H2O；H2S+1/2SO2→H2O+3/4S2。當(dāng)高溫氣體從主燃燒室排出后，先經(jīng)過一級(jí)廢熱鍋爐的降溫處理至350℃后，再通過初級(jí)硫冷凝器處理而形成約0.7MPa的蒸汽，并且溫度也由350℃降至175℃，進(jìn)而分離出大量的液硫。此外，一級(jí)硫冷凝器出來的氣體經(jīng)過一級(jí)再熱器升溫處理后會(huì)直接進(jìn)入一級(jí)反應(yīng)器中進(jìn)行克勞斯反應(yīng)，在這一環(huán)節(jié)中，反應(yīng)器內(nèi)要分別裝填脫氧保護(hù)型鋁基催化劑和鈦基催化劑，這樣一級(jí)硫冷凝氣體就會(huì)在化學(xué)反應(yīng)后形成175℃的回收硫磺。隨后通過二級(jí)再熱器用5.0MPa的蒸汽將該回收硫磺氣體加熱到220℃左右后，對(duì)其進(jìn)行再次克勞斯反應(yīng)，以便使之生成氣體硫后，可以與配比的空氣進(jìn)行充分融合，并經(jīng)過加熱器處理后進(jìn)入催化氧化反應(yīng)器中，隨后還要在硫冷凝器的作用下產(chǎn)生低壓飽和蒸汽。最后，工藝氣通過高效硫分離器的硫分離處理后會(huì)直接將煤化工裝置排放的含硫尾氣經(jīng)過鍋爐統(tǒng)一處理[1]。（見圖1）

圖1 硫回收裝置工藝流程

二、氮?dú)馍郎毓に?/h2>

該硫回收工藝是一種以酸氣加熱器和氮?dú)庀到y(tǒng)為依托的技術(shù)手段，從其操作原理來看，即先用酸氣加熱器對(duì)氮?dú)膺M(jìn)行加熱，然后再利用熱氮?dú)鈱?duì)催化劑進(jìn)行升溫和掃硫處理。這樣不僅可以大大提高煤化工裝置的熱備率，避免其在開停車過程中對(duì)催化劑造成損害，而且還會(huì)有效縮短裝置開車時(shí)間，延長(zhǎng)催化劑的使用壽命。另外，該企業(yè)在研發(fā)克勞斯工藝時(shí)積極借鑒了國(guó)外公司的成功經(jīng)驗(yàn)，使用等溫移熱的原理，采用國(guó)內(nèi)先進(jìn)的專利技術(shù)，通過控制汽包壓力來保持反應(yīng)器的溫度恒定。雖然這種氮?dú)馍郎毓に囉兄欢ǖ倪\(yùn)用成效，但是在實(shí)際運(yùn)行過程中，也會(huì)產(chǎn)生一些應(yīng)用弊端，因此，要想進(jìn)一步提高企業(yè)生產(chǎn)效率，就要結(jié)合這些系統(tǒng)問題，對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化改造[2]。

三、硫回收系統(tǒng)的運(yùn)用弊端及優(yōu)化措施

（一）燃燒爐溫度低

該企業(yè)煤化工硫回收裝置配套的燃燒爐設(shè)計(jì)溫度為1300℃，但實(shí)際運(yùn)行溫度卻不足900℃，甚至更低。這樣就會(huì)導(dǎo)致硫回收系統(tǒng)反應(yīng)性能大大降低，經(jīng)常在運(yùn)行過程中出現(xiàn)帶氧嚴(yán)重甚至熄火等問題，若不及時(shí)采取措施進(jìn)行處理，就會(huì)給后續(xù)設(shè)備造成較大的腐蝕，并且增大催化劑的負(fù)荷，使其出現(xiàn)較明顯的硫酸鹽化反應(yīng)?；谶@種情況，在對(duì)硫回收系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造時(shí)，就要增設(shè)酸氣和空氣加熱器設(shè)備，以便進(jìn)一步提升酸氣和空氣溫度，進(jìn)而使?fàn)t溫提至1000℃左右，這樣才能保證系統(tǒng)反應(yīng)性能，更好地對(duì)含硫尾氣進(jìn)行良好吸收和處理。

（二）氣氣換熱器換熱效率低

當(dāng)出一級(jí)反應(yīng)器的過程氣進(jìn)入到氣氣換熱器中時(shí)，其溫度提升依然依靠一級(jí)硫冷器的過程氣來實(shí)現(xiàn)，而二級(jí)轉(zhuǎn)化器的入口溫度提升則通過進(jìn)入氣氣換熱器的量來進(jìn)行控制。這樣就會(huì)導(dǎo)致氣氣換熱器的殼體出現(xiàn)無法清洗的污垢和硫磺，長(zhǎng)此以往，勢(shì)必會(huì)降低其整體換熱效率，導(dǎo)致二級(jí)反應(yīng)器入口溫度提升緩慢，甚至出現(xiàn)無法開車的情況。因此，在對(duì)硫回收系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造時(shí)，就要利用二級(jí)反應(yīng)器前加熱器替代原有的氣氣換熱器，并使用中壓蒸汽加熱過程氣，這樣才能避免上述問題的發(fā)生，發(fā)揮出系統(tǒng)的具體實(shí)效作用。

（三）低壓蒸汽和冷凝液無法回收

該煤化工企業(yè)硫回收系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行過程中，出現(xiàn)這種現(xiàn)象，主要是因?yàn)楣镜蛪赫羝芫W(wǎng)壓力為0.65MPa、冷凝液管網(wǎng)壓力為0.35MPa，當(dāng)裝置副產(chǎn)的蒸汽和冷凝液無法在系統(tǒng)中進(jìn)行并網(wǎng)時(shí)，就會(huì)將管道中的污水向外排放，這樣既污染環(huán)境，又會(huì)導(dǎo)致大量水資源被浪費(fèi)。為了改善現(xiàn)狀，就要對(duì)系統(tǒng)中多臺(tái)硫冷器進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，盡可能使其副產(chǎn)蒸汽壓力提升至0.65MPa，這樣才能促使蒸汽和冷凝液全部并入管網(wǎng)中，進(jìn)而真正達(dá)到回收利用的環(huán)保效果。

（四）廢熱鍋爐腐蝕現(xiàn)象明顯

廢熱鍋爐是硫回收系統(tǒng)中最為關(guān)鍵的組成部分，其原設(shè)計(jì)為副產(chǎn)0.35MPa蒸汽、管程進(jìn)口溫度為900℃、出口溫度為165℃，這種明顯的溫度差異很容易增加廢熱鍋爐的腐蝕程度，進(jìn)而使其低溫側(cè)出現(xiàn)一定的泄漏情況。為了避免這種情況的發(fā)生，在對(duì)該企業(yè)硫回收系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造時(shí)，就要適當(dāng)增加廢熱鍋爐布置數(shù)量，并使其能夠產(chǎn)出3.8MPa和0.65MPa壓力等級(jí)的蒸汽，這樣才能縮小冷熱端的溫差，提升系統(tǒng)的運(yùn)行使用壽命。

（五）伴熱溫度低、疏水不暢

當(dāng)硫回收系統(tǒng)的多根伴熱管線匯聚在一起時(shí)，由于各管線各點(diǎn)的阻力不同，所以導(dǎo)致系統(tǒng)在運(yùn)行過程中會(huì)經(jīng)常發(fā)生伴熱短路現(xiàn)象，不僅會(huì)降低系統(tǒng)的伴熱效果，而且還會(huì)導(dǎo)致液硫固化堵塞管線或設(shè)備。另外，若系統(tǒng)疏水器單元設(shè)置不合理時(shí)，還會(huì)致使硫回收系統(tǒng)出現(xiàn)伴熱溫度低、疏水不暢等問題。因此，為了避免這些問題的發(fā)生，在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造時(shí)，就要盡量保證各伴熱管線疏水器安裝的獨(dú)立性，同時(shí)，還要科學(xué)完善疏水器單元的設(shè)計(jì)模式，確保疏水器的徹底隔離，并通過前閥前的臨時(shí)排放閥來進(jìn)行冷凝液排放，通過排液口進(jìn)行泄壓，這樣才能在降低系統(tǒng)設(shè)計(jì)成本的基礎(chǔ)上，規(guī)避系統(tǒng)檢修風(fēng)險(xiǎn)和堵塞事故的發(fā)生，從而全面確保系統(tǒng)伴熱效果。

（六）運(yùn)行負(fù)荷低

首先，當(dāng)硫回收系統(tǒng)中的酸氣濃度較低時(shí)，會(huì)出現(xiàn)分流法設(shè)計(jì)的燃燒爐燒嘴酸氣處理量出現(xiàn)過度降低或增大的情況，若不及時(shí)處理，勢(shì)必會(huì)使燃燒爐嘴發(fā)生脫火事故；其次，若燃燒爐燒嘴設(shè)計(jì)不合理，就會(huì)使得系統(tǒng)運(yùn)行出現(xiàn)氣流分布不均，混合效果不佳等情況。一旦配入的氧量高于克勞斯反應(yīng)的需求量時(shí)，還會(huì)對(duì)后續(xù)設(shè)備和催化劑造成不利影響；最后，由于系統(tǒng)采用分流法工藝，所以當(dāng)一少部分酸氣進(jìn)入燃燒爐后，剩余大部分酸氣就會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)化為SO2，進(jìn)而在催化反應(yīng)段生成難以清洗的硫磺，長(zhǎng)此以往，勢(shì)必會(huì)增加催化劑負(fù)荷，降低系統(tǒng)整體處理效率。因此，為了避免上述問題的發(fā)生，在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造時(shí)，就要盡量升級(jí)技術(shù)路線，沿用分流法將分流量由原有的1/3改為2/3，并且積極采用新型的強(qiáng)制預(yù)混合式高效燒嘴。另外，還要對(duì)原有的燃燒爐進(jìn)行升級(jí)改造，以便使其過程氣的停留時(shí)間得到有效的延長(zhǎng)，這樣才能大大降低系統(tǒng)負(fù)荷，進(jìn)而使其含硫尾氣處理性能發(fā)揮到最大化。

四、結(jié)語

該煤化工企業(yè)通過對(duì)原有硫回收系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造后，不僅大大提升了系統(tǒng)的運(yùn)行效率和運(yùn)行性能，使得尾氣硫量的產(chǎn)生降至最小化。而且還提升了蒸汽的回收利用率，幫助企業(yè)真正實(shí)現(xiàn)了節(jié)能環(huán)保發(fā)展目標(biāo)。因此，加大對(duì)新型煤化工裝置硫回收系統(tǒng)的研究、開發(fā)力度，對(duì)于我國(guó)煤化工產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展而言，意義重大。