陳 麗

(河南省煤氣(集團)有限責(zé)任公司，河南 鄭州 472300)

河北某日產(chǎn)480萬Nm3高效清潔燃?xì)忭椖?以下簡稱該項目)，采用低溫甲醇洗凈化工藝。脫除的酸性氣5 062 Nm3/h，其中H2S體積濃度50%?？梢赃x擇生產(chǎn)硫黃(S)或硫酸(H2SO4)的工藝流程回收其中的硫，兩種工藝都能滿足環(huán)保要求。該項目經(jīng)對硫黃、硫酸兩種工藝的裝置投資、產(chǎn)品市場及存儲等項目要素綜合考慮后，選擇采用二級克勞斯硫回收工藝，將來自低溫甲醇洗裝置的酸性氣和氨汽提裝置酸性氣中的H2S轉(zhuǎn)化成硫黃加以回收，克勞斯尾氣送鍋爐焚燒處理。裝置硫回收率≥96%，設(shè)計硫黃年產(chǎn)量2.95萬t，最大年產(chǎn)量可達(dá)到3.24萬t，裝置操作彈性為50%～110%。

1.1 硫回收裝置工藝流程

1.1.1熱反應(yīng)段

熱反應(yīng)段采用純氧作為助燃?xì)?，通過燃燒爐的高溫燃燒反應(yīng)，使一部分(約60%)H2S反應(yīng)生成單質(zhì)S，其他的烴類等雜質(zhì)也會在燃燒爐中燃燒分解。出爐后的高溫?zé)煔庀韧ㄟ^副產(chǎn)中壓蒸汽的廢熱鍋爐進行第一次降溫，然后通過副產(chǎn)低壓蒸汽的一級硫冷凝器二次降溫并分離硫黃。

1.1.2一級反應(yīng)段

從一級硫冷凝器出來的氣體經(jīng)過一級再熱器升溫至220 ℃左右進入一級克勞斯反應(yīng)器進行催化反應(yīng)。一級反應(yīng)器采用鋁基催化劑和氧化鈦型催化劑混裝模式，以保證克勞斯反應(yīng)效率和有機硫的水解反應(yīng)。從一級反應(yīng)器出來的氣體進入到二級硫冷凝器冷卻并分離硫黃，二級硫冷凝器同樣副產(chǎn)低壓飽和蒸汽。

1.1.3二級反應(yīng)段

從二級硫冷凝器出來的氣體經(jīng)過二級再熱器加熱至催化劑活性溫度后進入二級克勞斯反應(yīng)器進行催化反應(yīng)。反應(yīng)器中裝填了氧化鈦型催化劑。從二級反應(yīng)器出來的氣體進入到三級硫冷凝器，氣體中的硫蒸氣在三級硫冷凝器中冷凝分離出來，三級硫冷凝器作為末端冷凝設(shè)備，為了盡可能將單質(zhì)進行冷凝，控制較低溫度，所產(chǎn)蒸汽壓力較低，約0.2 MPa(A)。經(jīng)過三級硫冷凝器后，設(shè)置硫捕集器進一步精分離液硫，尾氣送鍋爐裝置焚燒處理。

1.1.4液硫系統(tǒng)

所有冷凝分離下來的液硫先流入液硫封，再流入液硫池，經(jīng)液硫泵送至硫黃造粒、硫黃包裝機進行成型處理。液硫池中設(shè)置液硫脫氣裝置，液硫池尾氣采用蒸汽噴射器引至焚燒系統(tǒng)。

2 克勞斯硫回收尾氣處理工藝方案選擇

硫回收尾氣如果就地排放，SO2質(zhì)量濃度需要執(zhí)行《石油煉制工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB31570—2015)表3排放限值：硫酸霧≤30 mg/m3，SO2≤400 mg/m3，NOx≤150 mg/m3，達(dá)標(biāo)后通過60 m高的排氣筒放空。無論常規(guī)克勞斯工藝還是超級克勞斯工藝，都需要進行尾氣處理才能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。傳統(tǒng)尾氣經(jīng)焚燒后再經(jīng)堿液或氨水循環(huán)洗滌處理后達(dá)標(biāo)排放，但是吸收SO2后產(chǎn)生的亞硫酸鹽中間產(chǎn)品，還需要進一步處理回收，拉長了工藝流程，導(dǎo)致投資、運行費用偏高。

硫回收尾氣因為含有微量單質(zhì)硫，直接進鍋爐煙氣氨法脫硫塔入口會影響硫銨結(jié)晶。該項目尾氣處理工藝方案借鑒同行業(yè)生產(chǎn)廠運行經(jīng)驗，選擇將尾氣送入循環(huán)流化床鍋爐燃燒段。

尾氣進鍋爐與燃料煤一起燃燒后，使鍋爐出口煙氣中SO2質(zhì)量濃度增加了約373 mg/Nm3，尾氣與鍋爐煙氣經(jīng)過旋風(fēng)除塵、脫硝、電袋復(fù)合式除塵、氨法脫硫處理后，最終污染物中顆粒物排放質(zhì)量濃度≤10 mg/m3，SO2排放質(zhì)量濃度≤35 mg/m3，NOx排放質(zhì)量濃度≤50 mg/m3，全部達(dá)標(biāo)后排向180 m高的煙囪。

硫回收尾氣進入鍋爐爐膛處理的方案，精簡優(yōu)化了硫回收工藝流程，節(jié)省了裝置投資及運行費用。尾氣中SO2排放質(zhì)量濃度遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)硫回收處理，SO2由400 mg/m3排放限值降低到35 mg/m3，每年可實現(xiàn)SO2減排45.9 t；NOx由150 mg/m3排放限值降低到50 mg/m3，每年可實現(xiàn)NOx減排 12.6 t，實現(xiàn)了尾氣超低排放，環(huán)保效益顯著。

該項目鍋爐設(shè)計為兩開一備，單臺鍋爐經(jīng)核算可接受約7 000 Nm3/h硫回收尾氣。為了進一步優(yōu)化硫回收工藝流程，盡可能減少尾氣產(chǎn)生量，降低對鍋爐運行的影響，達(dá)到安全、環(huán)保、經(jīng)濟運行的目的，本文對硫回收原料酸性氣純氧、空氣燃燒方式及尾氣是否設(shè)置焚燒4種方案進行了分析對比。①酸性氣空氣燃燒+尾氣設(shè)置焚燒后送鍋爐處理工藝；②酸性氣空氣燃燒+尾氣不設(shè)置焚燒直接送鍋爐處理工藝；③酸性氣純氧燃燒+尾氣設(shè)置焚燒后送鍋爐處理工藝；④酸性氣純氧燃燒+尾氣不設(shè)置焚燒直接送鍋爐處理工藝。以上4種方式的尾氣溫度要求不低于200 ℃，壓力不低于109 kPa(A)，進入鍋爐燃燒后與鍋爐煙氣一起經(jīng)脫硝、除塵及氨法脫硫后達(dá)標(biāo)排放。

3 不同方案的分析比較

3.1 不同方案產(chǎn)生的尾氣成分及氣量對比

不同方案產(chǎn)生的尾氣參數(shù)對比見表1。

在尾氣焚燒流程，空氣燃燒流程比純氧燃燒流程產(chǎn)生的尾氣氣量多出約99%；在尾氣不焚燒流程，空氣燃燒流程比純氧燃燒流程產(chǎn)生的尾氣氣量多出150%?？諝馊紵a(chǎn)生的尾氣量超出了兩臺鍋爐的處理能力，而且尾氣中約98%是惰性氣，不參與鍋爐燃燒，進入爐膛降低鍋爐熱效率，因此該項目首選尾氣產(chǎn)生量低的純氧燃燒方案。

3.2 兩種純氧燃燒方案對比

3.2.1兩種方案正常每小時運行費用及投資概算

兩種方案正常每小時運行費用及投資概算表見表2。

表1 不同方案產(chǎn)生的尾氣參數(shù)對比

表2 兩種方案正常每小時運行費用及投資概算表

3.2.3純氧燃燒+尾氣不焚燒方案與純氧燃燒+尾氣焚燒進行比較

①純氧燃燒+尾氣不焚燒優(yōu)勢：產(chǎn)生尾氣氣量少，硫回收裝置運行費用相對較低，裝置投資少。②純氧燃燒+尾氣不焚燒劣勢：不經(jīng)過焚燒的尾氣含有可燃組分H2，濃度高達(dá)3.33%，與硫回收含有氧氣的液硫池引射廢氣只能分別敷設(shè)管路去鍋爐燃燒處理；而且鍋爐界區(qū)需要根據(jù)尾氣釋放源劃分防爆區(qū)域范圍，增加了該防爆區(qū)域內(nèi)電氣、儀表設(shè)備防爆的投資費用，并影響到鍋爐界區(qū)的平面布置。③純氧燃燒+尾氣焚燒優(yōu)勢：硫回收裝置455 Nm3/h液硫池引射廢氣含有13%的O2和微量H2S，該項目煤氣水閃蒸裝置50 Nm3/h的真空閃蒸氣含有4.7%H2S、 52.5%CO2、1.9%NH3及煤氣冷卻裝置的閃蒸氣882 Nm3/h，含有1.0%H2S、 97.8%CO2、0.2%NH3，沒有回收價值而且難以處理，均可以送到該焚燒系統(tǒng)處理后一并送鍋爐燃燒處理，與煙氣一起達(dá)到超低排放標(biāo)準(zhǔn)后高空排放。硫回收尾氣加上以上3股廢氣焚燒后廢氣量增加到14 406.5 Nm3/h，超出了單臺鍋爐處理能力，經(jīng)核算兩臺鍋爐處理該廢氣量可行。④純氧燃燒+尾氣焚燒劣勢：尾氣焚燒比尾氣不焚燒產(chǎn)生的尾氣氣量多出100%；每小時運行費用高31%，裝置投資估算高約9%。因此綜合考慮以上因素，該項目硫回收裝置選擇純氧燃燒+尾氣(空氣助燃)焚燒流程方案。

4 結(jié)語

對傳統(tǒng)克勞斯硫回收尾氣的4種處理方式進行了技術(shù)經(jīng)濟比較，綜合考慮安全、環(huán)保、經(jīng)濟、適用各種因素，選擇純氧燃燒+尾氣(空氣助燃)焚燒的工藝方案。該方案流程精簡，經(jīng)濟效益及環(huán)保效益明顯，兼顧硫回收裝置和鍋爐裝置安全、環(huán)保、經(jīng)濟運行，硫化物達(dá)到鍋爐煙氣超低排放標(biāo)準(zhǔn)，投入運行后可實現(xiàn)年減排45.9 t，可滿足逐年升級的環(huán)保政策要求。