孫寧飛 , 吳彥林 , 于 洋 , 李 菲

(中國(guó)石化 洛陽(yáng)分公司 ， 河南 洛陽(yáng) 471012)

4萬(wàn)t/a硫黃回收裝置在低負(fù)荷運(yùn)行下的節(jié)能優(yōu)化措施

孫寧飛 , 吳彥林 , 于 洋 , 李 菲

(中國(guó)石化 洛陽(yáng)分公司 ， 河南 洛陽(yáng) 471012)

介紹了中國(guó)石化洛陽(yáng)分公司兩套4萬(wàn)t/a硫黃回收裝置的基本情況和工藝原理。受2013年11月22日黃島原油管道爆炸事件及2014年國(guó)際油價(jià)的影響，洛陽(yáng)分公司煉油裝置長(zhǎng)期處于低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，兩套硫黃回收裝置受上游影響一直處于低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)。為了更好優(yōu)化裝置運(yùn)行效果，降低裝置在低負(fù)荷情況下的運(yùn)行成本。本文提出兩套硫黃回收裝置“兩頭一尾”和風(fēng)機(jī)“一拖二”的優(yōu)化措施，以及在超低負(fù)荷運(yùn)行情況下的補(bǔ)燃操作，節(jié)約1.0 MPa蒸汽消耗8 t/h，天然氣消耗296 kg/h，電能消耗700 kW·h，經(jīng)濟(jì)效益超2 000萬(wàn)元/a以上。提高了裝置運(yùn)行可靠性，保障裝置在極端苛刻條件下的安全、平穩(wěn)、長(zhǎng)周期運(yùn)行。

硫黃回收 ; “兩頭一尾” ; 補(bǔ)燃 ; “一拖二”

中國(guó)石化洛陽(yáng)分公司油品質(zhì)量升級(jí)改造工程硫黃回收裝置設(shè)計(jì)規(guī)模為雙系列設(shè)計(jì)，單系列規(guī)模為4萬(wàn)t/a，油品質(zhì)量升級(jí)改造一期工程建設(shè)了第一系列裝置。包括4萬(wàn)t/a硫黃回收、300 t/h溶劑再生和110 t/h非加氫型酸性水汽提等裝置，于2008年2月份一次投料開(kāi)車(chē)成功。再建二期4萬(wàn)t/a硫黃回收裝置，包括110 t/h的加氫型酸性水汽提、300 t/h的溶劑再生、4萬(wàn)t/a硫黃回收。于2012年9月份一次投料開(kāi)車(chē)成功。

受2013年11月22日黃島原油管道爆炸事件及2014年國(guó)際油價(jià)的影響，洛陽(yáng)分公司煉油裝置長(zhǎng)期處于低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)。兩套硫黃回收裝置負(fù)責(zé)處理煉油裝置酸性氣，受上游裝置影響一直處于低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)。1#硫黃回收裝置處理酸性氣量1 200～1 800 m3/h(設(shè)計(jì)負(fù)荷4 961 m3/h)，生產(chǎn)負(fù)荷占設(shè)計(jì)負(fù)荷的20%～35%， 2#硫黃回收裝置處理酸性氣量為1 200～1 300 m3/h(設(shè)計(jì)負(fù)荷4 961 m3/h)，生產(chǎn)負(fù)荷占設(shè)計(jì)負(fù)荷的20%～25%。兩套裝置負(fù)荷遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)值，若能停用一套，單套運(yùn)行完全滿足生產(chǎn)需要，但裝置存在腐蝕問(wèn)題，有無(wú)法再開(kāi)工運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)。

1 裝置工藝原理及過(guò)程

1.1 工藝原理

Claus硫黃回收裝置由Claus制硫和SCOT尾氣加氫處理兩部分組成。Claus制硫部分主反應(yīng)分為熱反應(yīng)和催化反應(yīng)兩個(gè)階段。

熱反應(yīng)段發(fā)生的反應(yīng)：

主反應(yīng)

副反應(yīng)

2(n+1)H2O+2nCO2

催化反應(yīng)段發(fā)生的反應(yīng)：

主反應(yīng)

副反應(yīng)

SCOT尾氣加氫處理主要機(jī)理是：Claus尾氣送至SCOT尾氣加氫處理系統(tǒng)， Claus尾氣與尾氣加熱爐燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔猓跔t后部混合至加氫反應(yīng)所需的溫度，與外補(bǔ)氫氣混合后進(jìn)入到加氫反應(yīng)器，在催化劑作用下，發(fā)生如下反應(yīng)：

主反應(yīng)

副反應(yīng)

1.2 工藝過(guò)程

將原料酸性氣引入酸性氣燃燒爐內(nèi)，烴類(lèi)完全燃燒生成CO2，65%的H2S轉(zhuǎn)化為單質(zhì)硫，余下35%的H2S中有1/3燃燒生成SO2，2/3保持不變，從酸性氣燃燒爐出來(lái)過(guò)程氣中的H2S、SO2進(jìn)入到一、二級(jí)Claus反應(yīng)器，在催化劑作用下反應(yīng)生成單質(zhì)S，經(jīng)硫冷凝器冷卻后，單質(zhì)S由氣態(tài)轉(zhuǎn)化為液態(tài)，成型外銷(xiāo)；酸性氣燃燒爐出口設(shè)有廢熱鍋爐，回收過(guò)程氣中熱量，發(fā)生中壓蒸汽外供；廢熱鍋爐出口設(shè)硫冷凝器，將過(guò)程氣中硫蒸氣冷卻成液態(tài)回收，降低氣相中硫分壓，為H2S、SO2在Claus反應(yīng)器中反應(yīng)創(chuàng)造條件。

SCOT尾氣加氫處理系統(tǒng)：從一、二級(jí)Claus反應(yīng)器出來(lái)的過(guò)程氣中，有5%～7%的硫組分未完全轉(zhuǎn)化單質(zhì)S，Claus過(guò)程氣由尾氣加熱爐加熱到反應(yīng)溫度，進(jìn)入SCOT加氫反應(yīng)器，在催化劑作用下，Claus過(guò)程氣中未轉(zhuǎn)化成單質(zhì)S的SO2及其它形態(tài)S物質(zhì)與H2反應(yīng)生成H2S，由30%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))復(fù)合型甲基二乙醇胺(MDEA)吸收后返回到溶劑再生裝置，凈化后尾氣進(jìn)焚燒爐焚燒后排放。流程如圖1所示。

F2501.酸性氣燃燒爐 C2051AB.供風(fēng)機(jī) E2501.廢熱鍋爐 E2502.一級(jí)冷凝器 E2503.二級(jí)冷凝器 E2504.三級(jí)冷凝器 R2501.一級(jí)反應(yīng)器 E2502.二級(jí)反應(yīng)器 V2503.捕集器 F2503.尾氣加熱爐 R2503.加氫反應(yīng)器 E2516.余熱鍋爐T2501.急冷塔 T2502.吸收塔 F2502.尾氣焚燒爐 E2514.尾氣預(yù)熱鍋爐 E2514.尾氣余熱鍋爐

2 節(jié)能優(yōu)化措施

2.1 實(shí)施“兩頭一尾”操作

硫黃回收裝置由前部克勞斯制硫系統(tǒng)和后部斯科特加氫尾氣處理系統(tǒng)組成，“兩頭一尾”操作為在低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下，兩套硫黃回收裝置運(yùn)行前部克勞斯制硫系統(tǒng)，后部斯科特加氫尾氣處理系統(tǒng)共用一套。

2.1.1 “兩頭一尾”操作可行性分析

兩套硫黃回收裝置受原油硫含量影響，1#硫黃回收裝置處理酸性氣量1 200～1 800 m3/h(設(shè)計(jì)負(fù)荷4 961 m3/h)，生產(chǎn)負(fù)荷占設(shè)計(jì)負(fù)荷20%～35%； 2#硫黃回收裝置處理酸性氣量1 200～1 300 m3/h(設(shè)計(jì)負(fù)荷4 961 m3/h)，生產(chǎn)負(fù)荷占設(shè)計(jì)負(fù)荷20%～25%。根據(jù)兩套裝置負(fù)荷一套SCOT尾氣系統(tǒng)完全滿足要求。

2.1.2 “兩頭一尾”操作實(shí)施

利用兩列硫黃急冷尾氣共用一臺(tái)循環(huán)風(fēng)機(jī)的流程設(shè)置，把2#硫黃急冷尾氣改至1#硫黃的尾氣吸收塔進(jìn)行處理，在不增加任何投資情況下，停用了2#硫黃的尾氣吸收塔、塔底富液泵、尾氣焚燒爐、尾爐供風(fēng)機(jī)等設(shè)備。自2#吸收塔處給氮?dú)?，將停用設(shè)備進(jìn)行充氮保護(hù)。具體見(jiàn)圖2。

2.1.3 投用效果

圖2 “兩頭一尾”操作實(shí)施流程圖

“兩頭一尾”操作實(shí)施后，單套尾氣系統(tǒng)運(yùn)行良好，煙囪排放正常，符合《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB16297-1996，硫黃回收裝置排放的SO2≤960 mg/m3)。較以往低負(fù)荷情況下，尾氣部分操作難度有所降低。

停用一個(gè)吸收塔，可減少M(fèi)DEA胺液循環(huán)量75 t/h，節(jié)約1.0 MPa蒸汽消耗8 t/h。停用一個(gè)尾氣焚燒爐，減少天然氣消耗296 kg/h。停用富液泵和尾氣焚燒爐供風(fēng)風(fēng)機(jī)，減少電能消耗200 kW·h，經(jīng)濟(jì)效益超過(guò)2 000萬(wàn)元/a。

2.2 酸性氣燃燒爐燃料氣補(bǔ)燃

2.2.1 硫黃裝置超低負(fù)荷運(yùn)行情況分析

分公司煉油裝置低負(fù)荷運(yùn)行，再加上加工原油量及種類(lèi)不斷變化，兩套硫黃回收裝置原料酸性氣會(huì)出現(xiàn)超低負(fù)荷運(yùn)行階段，1#硫黃回收裝置處理酸性氣量900～1 600 m3/h， 2#硫黃回收裝置處理酸性氣量1 200～1 300 m3/h。S-zorb裝置開(kāi)工運(yùn)行后，其煙氣進(jìn)入1#酸性氣燃燒爐處理，由于該部分煙氣為大量氮?dú)夂投趸颍M(jìn)入酸性氣燃燒爐后會(huì)改變酸性氣濃度，降低爐膛溫度。當(dāng)酸性氣量不足以維持硫黃裝置正常熱負(fù)荷時(shí)，裝置將無(wú)法正常運(yùn)行，出現(xiàn)系統(tǒng)腐蝕、設(shè)備損壞等一系列問(wèn)題。

對(duì)于硫黃回收裝置來(lái)說(shuō)，當(dāng)酸性氣量不足以維持硫黃裝置正常熱負(fù)荷時(shí)，酸性氣燃燒爐需提高系統(tǒng)熱值，達(dá)到維持裝置正常運(yùn)行的目的。

2.2.2 燃料氣補(bǔ)燃的條件和要求

硫黃回收裝置天然氣補(bǔ)燃還需達(dá)到相關(guān)條件：①裝置配備的過(guò)程氣比值儀(H2S/SO2比值儀)處于完好狀態(tài)；②酸性氣燃燒爐熱電偶應(yīng)處于完好狀態(tài)；③燃料氣流量測(cè)量完好可用(燃料氣為天然氣，性質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定)。④酸性氣燃燒爐空氣流量控制閥完好可用。

補(bǔ)燃操作過(guò)程中具體要求：①盡可能控制溶劑再生裝置操作平衡，防止酸性氣流量大幅波動(dòng)。②控制進(jìn)爐酸性氣流量為定值。③燃料氣進(jìn)爐后，務(wù)必同步調(diào)整配風(fēng)量。④調(diào)整配風(fēng)要點(diǎn)：燃料氣進(jìn)爐后，根據(jù)過(guò)程氣比值儀測(cè)量數(shù)據(jù)調(diào)整配風(fēng)，要求比值儀測(cè)量數(shù)據(jù)中，H2S、SO2、COS均為正值，且不大于0.6%，H2S與SO2測(cè)量值接近或SO2測(cè)量值略高。理論要求，補(bǔ)燃燃料氣操作較正常操作總配風(fēng)比略大，過(guò)程氣中SO2濃度較正常操作略高。⑤建議。配風(fēng)操作調(diào)整時(shí)，主調(diào)風(fēng)調(diào)為定值，通過(guò)調(diào)整輔調(diào)流量控制總風(fēng)量。⑥提高加氫反應(yīng)器配入氫氣量，保證有足夠氫氣與過(guò)程氣中的SO2反應(yīng)。⑦補(bǔ)燃操作1 h后，檢查二級(jí)冷凝器后硫封中產(chǎn)出的液硫顏色是否正常，每小時(shí)檢查一次，液硫顏色異常時(shí)要及時(shí)調(diào)整配風(fēng)；8 h后，可每間隔4 h，檢查確認(rèn)一次。⑧補(bǔ)燃操作期間，加強(qiáng)一、二級(jí)Claus轉(zhuǎn)化器床層溫度、加氫反應(yīng)器床層溫度、急冷水顏色、pH值等的監(jiān)控。

2.2.3 補(bǔ)燃后裝置典型操作數(shù)據(jù)

補(bǔ)燃后裝置典型操作數(shù)據(jù)如表1所示。

2.2.4 補(bǔ)燃操作效果

在兩套硫黃回收裝置處于超低負(fù)荷運(yùn)行階段中，先后經(jīng)歷了多次燃料氣補(bǔ)充操作。補(bǔ)燃時(shí)間均在一周時(shí)間以內(nèi)，在此期間未出現(xiàn)硫黃發(fā)黑、煙囪二氧化硫排放超標(biāo)等相關(guān)問(wèn)題，裝置運(yùn)行良好，避免了酸性氣燃燒爐溫度達(dá)不到工藝溫度而滋生的腐蝕損壞等問(wèn)題。但對(duì)于長(zhǎng)時(shí)間裝置補(bǔ)燃未進(jìn)行嘗試。

2.3 實(shí)施風(fēng)機(jī)“一拖二”操作

表1 補(bǔ)燃后裝置典型操作數(shù)據(jù)

注：時(shí)間均為2014年；風(fēng)∶燃料氣為(主風(fēng)+輔風(fēng)-酸性氣×2)和燃料氣量的比值。

2.3.1 風(fēng)機(jī)運(yùn)行情況分析

兩套裝置酸性氣燃燒爐和尾氣加熱爐由配套主風(fēng)機(jī)進(jìn)行供風(fēng)。目前，兩套裝置低負(fù)荷運(yùn)行，實(shí)際單臺(tái)供風(fēng)量為2 900～3 500 m3/h，風(fēng)機(jī)的額定流量為15 000 m3/h。兩臺(tái)分別給兩套裝置供風(fēng)，運(yùn)行不經(jīng)濟(jì)，造成資源浪費(fèi)。

2.3.2 風(fēng)機(jī)“一拖二”操作

兩套硫黃回收裝置共有酸性氣燃燒爐和尾氣焚燒爐配套的主風(fēng)機(jī)三臺(tái)，三臺(tái)風(fēng)機(jī)具有互串的特性。利用此特性，停用風(fēng)機(jī)C2501AB風(fēng)機(jī)，由C2601風(fēng)機(jī)給兩套裝置供風(fēng)。

2.3.3 投用效果

風(fēng)機(jī)“一拖二”操作實(shí)施后，停用一臺(tái)主風(fēng)機(jī)，每小時(shí)可節(jié)約用電500 kW·h，風(fēng)機(jī)運(yùn)行更加穩(wěn)定，大大降低了設(shè)備維護(hù)的成本，為裝置安全平穩(wěn)運(yùn)行提供了保障。

3 結(jié)論

在兩套硫黃回收裝置現(xiàn)有流程上實(shí)施“兩頭一尾”后，單套尾氣系統(tǒng)運(yùn)行良好，煙囪排放正常，停用尾氣系統(tǒng)吸收塔，節(jié)約1.0 MPa蒸汽消耗8 t/h。停用尾氣焚燒爐1臺(tái)，減少天然氣消耗296 kg/h。停用富液泵和尾氣焚燒爐供風(fēng)風(fēng)機(jī)，減少電能消耗200 kW·h，經(jīng)濟(jì)效益超過(guò)2 000萬(wàn)元/a。兩套硫黃回收裝置處于超低負(fù)荷運(yùn)行階段中，先后經(jīng)歷了多次補(bǔ)燃料氣操作。在此期間積累了豐富的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，未出現(xiàn)硫黃發(fā)黑、煙囪二氧化硫排放超標(biāo)等問(wèn)題，裝置運(yùn)行良好，避免了酸性氣燃燒爐溫度達(dá)不到工藝溫度而滋生的腐蝕損壞等問(wèn)題。風(fēng)機(jī)“一拖二”的實(shí)施，停用一臺(tái)主風(fēng)機(jī)，每小時(shí)可節(jié)約用電500 kW·h，風(fēng)機(jī)運(yùn)行更加穩(wěn)定，大大降低了設(shè)備維護(hù)的成本。為裝置安全平穩(wěn)運(yùn)行提供了保障。

2016-10-08

孫寧飛(1987-)，男，助理工程師，從事硫黃聯(lián)合裝置技術(shù)管理工作，電話：0379-66993845。

TQ050.2

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1003-3467(2016)12-0030-04