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常规克劳斯硫回收装置优化改进总结

[日期:2020-12-15] 来源:《中氮肥》2020年第6期  作者: [字体: ]

张培培,李俊杰

(新乡中新化工有限责任公司,河南 获嘉453800

 

   [摘  要]新乡中新化工有限责任公司300 kt/a煤基甲醇装置及200 kt/a乙二醇装置配套的酸性气硫回收装置采用“单级常规克劳斯+H2S直接氧化”组合式工艺,主要包括酸性气部分燃烧转化、单级常规克劳斯催化反应、H2S直接氧化催化反应和尾气洗涤等四个单元。实际生产中存在两级反应器不能提前升温而影响开车进度、二级反应器列管内漏影响正常生产、酸性气浓度波动大致燃烧炉炉温不稳定、黑硫磺产生时造成液硫管线堵塞、尾气系统管线腐蚀严重而致经常出现泄漏等问题,采取了相应的优化改进措施后,硫回收装置运行的可靠性与稳定性大大提高,确保了主生产装置的安全、环保、高效运行,厂区及周边的生产生活环境得到有效改善。

[关键词]常规克劳斯硫回收装置;开车时间长;二级反应器列管内漏;酸性气浓度波动;黑硫磺;尾气系统管线腐蚀;优化改进

[中图分类号]X701.3   [文献标志码]B   [文章编号]1004-9932202006-0041-04

 

 

石油化工、煤化工装置酸性气脱硫大都采用克劳斯(Claus)硫回收工艺,其特点为占地面积小、投资较低、操作较简单、副产硫磺纯度高、硫回收率高达97%,同时能够有效减少尾气中的含硫污染物,但生产中也会或多或少地存在一些问题。新乡中新化工有限责任公司(简称中新化工)常规克劳斯硫回收装置实际生产中出现过因酸性气中H2S浓度波动大、系统不能提前升温、系统停车吹扫(亦称扫硫——停车后需将设备内残留的液硫或催化剂床层中未反应的酸性气全部扫出系统,避免液硫冷却后堵塞设备及管道而影响系统重启)不彻底等多种因素造成的硫回收装置无法安全、环保、高效运行。以下对中新化工克劳斯硫回收装置运行中的主要问题及其优化改进作一总结,供业内参考。

1  硫回收装置简况

中新化工300 kt/a甲醇装置(及200 kt/a乙二醇装置)工艺路线为,航天炉粉煤加压气化、低水汽比变换、大连理工低温甲醇洗(净化气一部分用于生产甲醇,一部分用于生产乙二醇)、中压甲醇合成(6.8 MPa)。其酸性气硫回收装置采用江苏晟宜环保科技有限公司(简称江苏晟宜)的“C-C两段法”,即“单级常规克劳斯+H2S直接氧化”组合式硫回收工艺,设计最大酸性气处理能力3 470 m3/h。系统主要由酸性气部分燃烧转化、单级常规克劳斯催化、H2S直接氧化催化和尾气洗涤等单元组成,硫回收装置产品为固体硫磺颗粒。

硫回收装置工艺流程:低温甲醇洗系统来的酸性气,经气液分离并升温后,酸性气去部分燃烧转化段,其中的H2S经氧化燃烧部分转化为SO2,工艺上维持H2S/SO2稍高于化学计量值以满足后续H2S直接氧化反应段的需要;然后工艺气经过单级常规克劳斯反应段(一级反应器),使部分H2SSO2(包括部分COS)转化为硫磺和水,剩余的H2S在直接氧化催化段(二级反应器)中直接氧化生成硫磺和水;降温并脱除硫磺后的尾气送尾气洗涤塔洗涤,最后送至锅炉烟气脱硫系统脱硫后达标排放。

2  硫回收装置运行中出现的问题及优化改进

2.1  两级反应器不能提前升温而影响开车进度

2.1.1  问题描述

原设计硫回收装置燃烧炉采用纯氧助燃,因安全问题改成工厂风助燃,考虑到同类装置燃料气采用液化气时会产生积炭堵塞设备和管道而致装置停车,燃料气采用中新化工膜分离氢回收系统的弛放气(膜分离氢回收系统设在全收率甲醇分离器后)或甲醇合成系统弛放气(经降甲醇含量处理后主要成分为H2 66.00%CO 5.80%N2 26.40%等),而此燃料气是在低温甲醇洗系统及甲醇合成系统正常生产后才能供给,硫回收装置开车时一级反应器(R2101)、二级反应器(R2102)不能提前升温,导致硫回收装置在正常接收酸性气之前会产生不必要的放空,造成环境污染。

2.1.2  优化改进

硫回收装置开车在未点燃燃烧炉的情况下,为使系统各反应器能达到提前接收低温甲醇洗系统酸性气的条件,决定在1#再加热器(E2103)和2#再加热器(E2105)前酸性气管线增设0.44 MPa低压氮气(氮气流量2 000 m3/h)升温管线,利用3.8 MPa蒸汽加热氮气,保证硫回收装置一级反应器(R2101)、二级反应器(R2102)提前升温至180 ℃以上,如此一来,燃烧炉炉温达到650 ℃以上时便可直接引酸性气,不必再等燃烧炉点燃后的烘炉烟气对一级反应器(R2101)、二级反应器(R2102)催化剂床层升温,不仅可大幅缩短开车时间——提前升温5 h,避免不必要的放空,还可保证装置停车后扫硫或反应器飞温时用氮气进行稀释降温。

2.2  二级反应器列管内漏影响正常生产

2.2.1  问题描述

常规克劳斯工艺一般采用绝热式反应器,中新化工使用的是江苏晟宜的专利产品,二级恒温式催化氧化反应器(R2102)在使用过程中内部换热盘管(走锅炉水)出现泄漏(应该是硫对焊缝腐蚀所致)且漏点无法消除(R2102内部装盘管后空间狭小,人员无法入内进行彻底清理垢物并焊接消漏),锅炉水漏入催化剂床层后会造成催化剂严重粉化而无法正常生产。

2.2.2  优化改进

鉴于硫回收装置二级反应器(R2102)因列管内漏且无法有效消漏,考虑到更换换热器费用较高,又为了保证装置正常生产,于是将用于R2102的汽包系统加盲板隔离,汽包(V2105)与二级反应器(R2102)换热管线正常连接,在汽包上配氮气管线,保护汽包及其他反应器列管,排空汽包内锅炉水,汽包不再上水,R2102由设计的恒温反应器(绝热-等温一体式反应器)改为绝热反应器,不再利用锅炉水进行恒温,锅炉水换热变更为氮气风冷。为使装置能够正常运行,需进行如下操作。

更多内容详见《中氮肥》2020年第6

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