?生產(chǎn)與實踐?

煤制甲醇裝置硫回收尾氣處理技術(shù)升級

馬喜騰 ， 金旭通 ， 趙二浩

(河南能源化工集團(tuán) 中原大化公司 ， 河南 濮陽457000)

摘要：簡述了河南能源化集團(tuán)中原大化有限公司硫回收工藝流程，并指出回收裝置在運(yùn)行中存在的問題，針對問題提出了改造思路和方案，經(jīng)過經(jīng)濟(jì)效益分析，年可節(jié)約37.5萬元。

關(guān)鍵詞：低溫甲醇洗 ； 硫回收 ； 二氧化硫 ； 硫化氫

中圖分類號：TQ028.4

收稿日期：2015-04-08

作者簡介：馬喜騰(1988-)，男，助理工程師，從事化工生產(chǎn)管理工作，電話：18864416817。

0前言

河南能源化工集團(tuán)中原大化有限責(zé)任公司500 kt/a甲醇裝置甲醇合成工段硫回收系統(tǒng)采用部分燃燒法及分流法，回收來自低溫甲醇洗酸性氣中的硫化氫。設(shè)計流量為696.9 Nm3/h，其中含有H2S26.47%，COS 0.81%。硫回收系統(tǒng)的尾氣(流量約為2 413 kg/h，含SO20.071 kmol/h，H2S約0.13 kmol/h，不能直接排放掉)送往鍋爐燒掉。該分流法工藝成熟可靠，操作控制簡單，能耗低，是目前國內(nèi)外廣泛采用的制硫方法。該工藝在滿足環(huán)保排放要求的同時具有一定經(jīng)濟(jì)效益。

1硫回收裝置運(yùn)行中存在的問題

硫回收尾氣送到動力廠鍋爐燃燒，管線長600 m，尾氣中含有水蒸氣、H2S和SO2，在輸送途中水蒸氣冷凝與H2S和SO2形成酸液，造成碳鋼管道和閥門腐蝕，尾氣泄漏造成環(huán)境污染，嚴(yán)重影響硫回收系統(tǒng)的運(yùn)行。尾氣中攜帶少量單質(zhì)硫液滴，輸送途中尾氣溫度低于120 ℃，液硫結(jié)晶，造成尾氣管線堵塞，尾氣管線壓降增加，硫回收難以運(yùn)行。

2改造思路和方案

針對以上問題，我們擬對硫回收尾氣進(jìn)行技術(shù)改造以增加硫回收裝置運(yùn)轉(zhuǎn)率，滿足環(huán)保排放要求。通過多方探討研究，在硫回收裝置增加一套氨法脫硫裝置，將尾氣中含有少量的SO2和H2S用氨水進(jìn)行吸收。處理后克勞斯裝置尾氣中SO2總脫除率在99%以上，排放尾氣中SO2<50 mg/Nm3，NH3<10 mg/Nm3。在滿足環(huán)保排放的同時能夠產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益(副產(chǎn)物亞硫酸銨)。改造后，裝置運(yùn)行效率高、耗能低、運(yùn)行成本低并且能長周期穩(wěn)定達(dá)標(biāo)運(yùn)行。整套脫硫系統(tǒng)無廢渣廢氣排放，避免二次污染，環(huán)境效益好。此外主要設(shè)備如脫硫塔、亞硫酸銨儲罐、氨水罐等設(shè)備材質(zhì)選用玻璃鋼等耐腐蝕材質(zhì)，解決了系統(tǒng)的腐蝕問題，同時也降低了投資費(fèi)用。

將低溫甲醇洗酸性氣經(jīng)克勞斯反應(yīng)后的含SO2尾氣進(jìn)行氨法脫除，處理后的尾氣達(dá)標(biāo)排放并副產(chǎn)亞硫酸銨溶液，方案設(shè)計規(guī)模如下：

克勞斯裝置尾氣正常流量： 1 320 Nm3/h；最低流量：1 200 Nm3/h；最大流量：1 900 Nm3/h；克勞斯裝置尾氣SO2含量：2 000 mg/Nm3。

設(shè)計方案的反應(yīng)方程式：

3改造后流程

改造系統(tǒng)回收采用Claus工藝流程改造后參與克勞斯反應(yīng)的SO2氣體稍微過量，經(jīng)過克勞斯反應(yīng)后的出口氣體中含有SO2氣體，新增克勞斯尾氣硫回收裝置對此SO2氣體超標(biāo)的尾氣進(jìn)行氨法脫硫處

理。

從克勞斯反應(yīng)器出來含SO22 g/Nm3左右的尾氣(尾氣總流量約1 320 Nm3/h)，進(jìn)入脫硫塔第一段(T101A空塔噴淋)，底部的氣體向上與三段噴淋層均勻霧化噴下的氨水、亞硫酸銨溶液逆流接觸，氣體中的SO2和亞硫酸銨溶液反應(yīng)生成亞硫酸氫銨落入塔底，流入亞硫酸銨儲槽內(nèi)(V101)。脫硫塔第一段(T101A空塔噴淋)綜合脫硫效率可以達(dá)到90%以上，此時SO2量降至200 mg/Nm3以下，氣體向上進(jìn)入脫硫塔第二段(T101B)。

進(jìn)入脫硫塔第二段(T101B填料塔)的氣體與亞硫銨循環(huán)泵(P102)加壓噴淋下來的亞硫銨溶液逆流接觸，氣體中的SO2等酸性氣體和亞硫酸銨溶液反應(yīng)生成亞硫酸氫銨，經(jīng)液體分布器后落入脫硫塔(T101A)底。

經(jīng)過脫硫塔第二段(T101B)的脫硫效率可以達(dá)到80%以上，此時SO2量降至50 mg/Nm3左右。氣體繼續(xù)向上進(jìn)入脫硫塔第三段，向上進(jìn)入到噴淋塔(T101D泡罩塔)內(nèi)，與噴淋下來的工藝水接觸，洗滌尾氣中夾帶的少量氨和SO2，經(jīng)過逐級脫硫與洗

滌，綜合脫硫效率可以達(dá)到99%以上，脫硫塔尾氣出口SO2<50 mg/Nm3，NH3<10 mg/Nm3。當(dāng)亞硫酸銨儲槽(V101)內(nèi)的亞硫酸銨溶液濃度達(dá)到20%后，由槽車輸送至現(xiàn)有鍋爐氨法脫硫裝置區(qū)。整個生產(chǎn)裝置通過DCS系統(tǒng)對生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)視、報警及回路控制。安全聯(lián)鎖和緊急停車也由DCS系統(tǒng)完成。同時還應(yīng)考慮設(shè)有火警和可燃?xì)怏w檢測系統(tǒng)?，F(xiàn)場布置圖，如圖1所示。脫硫工序工藝流程示意見圖2。

圖1　現(xiàn)場布置圖

圖2　脫硫工序工藝流程圖

4改造前后工藝、運(yùn)行數(shù)據(jù)對比

通過新建氨法脫硫試運(yùn)行以來，硫回收尾氣通過氨法脫硫后的排放分析數(shù)據(jù)(每天分析一次)均達(dá)到了設(shè)計指標(biāo)，平均SO2含量在40 mg/Nm3左右。

表1　改造前后硫回收尾氣SO 2含量對比　mg/Nm 3

改造前SO2含量平均1 700 mg/Nm3左右，硫回收尾氣送到鍋爐焚燒的管線較長(600 m)且管線腐蝕嚴(yán)重漏點較多經(jīng)常堵塞，不能保證硫回收正常運(yùn)行。

改造后SO2含量下降至40 mg/Nm3，滿足環(huán)保排放要求，使硫回收長周期運(yùn)行有了保證，能夠正常生產(chǎn)硫黃副產(chǎn)品。氨法脫硫裝置在滿足環(huán)保排放的同時也能夠產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益(副產(chǎn)物亞硫酸銨)。

目前通過氨法脫硫的試運(yùn)行，在操作中發(fā)現(xiàn)并解決了一些問題。例如：尾氣中夾帶的一些單質(zhì)硫，容易堵塞氨法脫硫溶液管線。需要增加分離裝置，我們自行設(shè)計了一臺旋風(fēng)分離裝置，很好地解決了問題。

5效益分析

5.1技改投入

硫回收裝置技術(shù)改造設(shè)備費(fèi)用100 000元，材料費(fèi)用383 482元，共計48.348 2萬元。

5.2經(jīng)濟(jì)效益估算

改造后年可避免停車次數(shù)約為5次(每兩月一次)，每次檢修時間約10 d，總共可增加硫回收穩(wěn)定運(yùn)行天數(shù)50 d，硫黃產(chǎn)量5 t/d，硫黃價格按照1 500元/t(目前市場價)。

硫黃經(jīng)濟(jì)效益 =5 t×50 d×1 500元

=37.5萬元

6結(jié)論

硫回收尾氣排放系統(tǒng)改造以后，避免了因為硫回收尾氣管線堵塞和泄漏而引起的硫回收裝置停車的問題，同時也保證了硫回收系統(tǒng)中尾氣的達(dá)標(biāo)排放，為裝置的安全穩(wěn)定和環(huán)保排放達(dá)標(biāo)提供了有力的保證。

新型材料有望帶來超快全光通訊技術(shù)

美國普渡大學(xué)研究人員開發(fā)出一種新的“等離子氧化材料”，有望帶來超快全光通訊技術(shù)，至少比傳統(tǒng)技術(shù)要快10倍。

光通信是用激光脈沖沿光纖來傳輸信息，用于電話服務(wù)、互聯(lián)網(wǎng)和有線電視；而全光技術(shù)無論是數(shù)據(jù)流還是控制信號都是光脈沖，不用任何電信號來控制系統(tǒng)。對數(shù)據(jù)傳輸來說，能調(diào)制反射光的量是必要條件，設(shè)計一種薄膜使反射光增加或減少，利用光反射的增減來編碼數(shù)據(jù)，反射的變化會導(dǎo)致傳輸?shù)淖兓?/p>

研究人員證明了鋁摻雜氧化鋅(AZO)制造出的光學(xué)薄膜材料是可調(diào)制的。他們用鋁摻雜氧化鋅，在氧化鋅中浸滿了鋁原子以改變材料的光學(xué)性質(zhì)，使它在特定波長下變得像一種金屬，而在其他波長下像高電阻介質(zhì)。

AZO薄膜的折射率接近于零，它能利用電子云狀的表面等離激元來控制光。脈沖激光會改變AZO的折射率，從而調(diào)制反射光的量。這種材料能在近紅外光譜范圍工作，可用在光通訊中，并與互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)兼容。

研究人員的設(shè)想是利用這種材料來創(chuàng)造一種“全光等離子調(diào)制器”，或叫光學(xué)晶體管。在電子設(shè)備中，硅基晶體管負(fù)責(zé)開關(guān)電源、放大信號。光學(xué)晶體管是用光而不是電來執(zhí)行類似任務(wù)，會使系統(tǒng)運(yùn)行大大加速。

用脈沖激光照射這種材料，材料中的電子會從一個能級(價帶)移動到更高能級(導(dǎo)帶)，留下空穴，并最終與這些空穴再次結(jié)合。晶體管開關(guān)的速度受限于完成這一周期的時間。在AZO薄膜中，這一周期約為350 fs，比晶體硅周期要快5 000倍左右。把這種速度提升轉(zhuǎn)化到設(shè)備中，至少比傳統(tǒng)硅基電子設(shè)備要快10倍。