张伟华，李宏阳，陈行，石磊
（中海石油华鹤煤化有限公司，黑龙江 鹤岗154100）
［摘 要］中海石油华鹤煤化有限公司300 kt/a合成氨装置酸性气处理采用荷兰荷丰超级克劳斯硫回收工艺，实际生产中硫回收装置硫酸回收塔出口尾气SO2含量偶有短暂超标现象；2021年11月新增的固定污染源尾气排放连续监测系统（CEMS）投用后，尾气SO2含量偏高乃至超标问题凸现。通过对硫回收装置生产工艺进行分析与生产数据的对比，查找症结所在，采取调整降温风机、克劳斯反应器温度、酸性气H2S浓度等一系列优化措施后，硫酸塔出口尾气SO2含量保持在400 mg/m3左右，实现达标排放。
［关键词］克劳斯硫回收装置；工艺流程；尾气SO2含量偏高；可行性论证；原因排查；优化改进；预防措施
［中图分类号］TQ113.26+4.1 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2023）03-0022-03
0 引 言
中海石油华鹤煤化有限公司（简称华鹤煤化）300 kt/a合成氨装置、520 kt/a大颗粒尿素装置于2015年投产，其合成氨装置采用GE水煤浆气化、宽温耐硫变换、大连理工低温甲醇洗、杭氧液氮洗、丹麦Topsoe氨合成工艺；酸性气处理采用荷兰荷丰超级克劳斯硫回收工艺，生产高品质硫磺，并采用SO2转化为SO3法及冷却分离工艺生产浓硫酸，处理后的尾气达到《大气污染物综合排放标准》（GB 16297—1996）后排放至大气（SO2排放浓度≤960 mg/m3）。实际生产中，由于种种原因，近年来硫回收装置硫酸回收塔放空尾气偶有短暂超标现象，在环保压力日益增大的背景下，有必要进行相应的优化改进。以下对有关情况作一简介。
1 硫回收装置工艺流程简述
低温甲醇洗系统送来的酸性气（332 kg/h、38 ℃、0.18 MPa）先进入酸气罐除去其中的馏分（含硫甲醇液滴），然后送入酸性气预热器升温至240 ℃后分成两股，大部分酸性气从烧嘴喷入主燃烧炉，小部分酸性气直接加入炉膛，在主燃烧炉高温燃烧反应段与纯氧进行燃烧反应，同时将H2S进行部分燃烧以保证第三级克劳斯反应器下游气体中的H2S/SO2为2：1；燃烧反应后过程气进入废热锅炉回收热量（加热锅炉水副产低压蒸汽），过程气中的硫蒸气冷凝形成液态硫磺通过液硫封A送入液硫罐内（需凝固成固态硫磺再外售）。废热锅炉出口过程气经一级加热器被中压蒸汽加热至一级克劳斯反应器中催化反应所需的最适宜温度（220 ℃）后，H2S与SO2在一级克劳斯反应器内进行反应生成硫磺；一级克劳斯反应器出口过程气进入一级硫冷凝器，硫蒸气冷凝形成的液硫通过液硫封B直接送入液硫罐内，未冷凝的过程气进入二级加热器经中压蒸汽加热（约210 ℃，低于一级克劳斯反应器的入口温度，这样有利于促进H2S与SO2反应转化为单质硫）后，进入二级克劳斯反应器中进行克劳斯反应，二级克劳斯反应器产生的硫蒸气被二级硫冷凝器冷凝后形成的液硫通过液硫封C直接送入液硫罐内，未冷凝的过程气进入三级加热器经中压蒸汽加热后，进入三级克劳斯反应器中进行克劳斯反应，三级克劳斯反应器产生的硫蒸气被三级硫冷凝器冷凝形成的液硫通过液硫封D直接送入液硫罐内。三级克劳斯反应器后的尾气和液硫罐闪蒸出的气体中均含有H2S和其他硫化物，这两股气体汇集后送入硫捕集器分离出残余硫蒸气（硫捕集器内的液硫也送入液硫罐），然后尾气送入焚烧炉过氧燃烧转化为SO2，尾气焚烧炉烟道气（800 ℃）再进入SO2转化器，在催化剂的作用下将其中的SO2转化为SO3，之后与稀释空气汇合一起进入硫酸回收塔下塔洗涤段，用稀硫酸洗涤尾气中的SO3，尾气再进入硫酸回收塔上塔分离段，经除沫器分离稀硫酸液滴后出口尾气直接排入大气。
2 问题描述
华鹤煤化硫回收装置自2015年开车以来运行稳定，将低温甲醇洗系统来的酸性气中的H2S转化为硫磺和硫酸，尾气达标排放。随着近年来环保要求的提高，华鹤煤化于2021年10月新上固定污染源烟气排放连续监测系统（CEMS），2021年11月CEMS投用，11月1—17日硫回收装置硫酸系统放空烟筒尾气SO2含量大致在880～950 mg/m3，尾气中SO2含量逼近GB 16297—1996的高限，工况稍有波动就会造成放空尾气SO2含量超标，环保压力较大。为此，2021年11月合成氨装置技术组决定对硫回收系统进行优化并就目标（硫酸系统放空烟筒尾气SO2含量≤960 mg/m3）可行性予以论证。
3 可行性论证
3.1 强制性
近年来，SO2排放对环境造成的影响日益受到重视。煤化工装置生产中，由于原料煤煤质的不确定性，粗煤气中H2S含量往往存在很大的波动，H2S会加剧设备的腐蚀，硫化物排入大气会污染环境，且H2S往往是致催化剂中毒的物质，必须对硫化物进行无害化清除，由此硫回收工艺得到广泛应用，酸性气经硫回收装置处理后，尾气排入大气前或需进一步予以深度净化。
3.2 客观性
更多内容详见《中氮肥》2023年第3期