樊江海，張寧峰，喬 軻

（中國石油寧夏石化公司，寧夏銀川 750026）

1 硫磺回收工藝

上游裝置來的清潔酸性氣在經(jīng)過酸性氣預(yù)熱后，與含氨酸性氣混合進(jìn)入制硫燃燒爐火嘴，空氣經(jīng)過空氣預(yù)熱器預(yù)熱后再進(jìn)入爐內(nèi)，根據(jù)制硫反應(yīng)需氧量，通過比值調(diào)節(jié)和H2S/SO2在線分析儀反饋數(shù)據(jù)嚴(yán)格控制進(jìn)爐空氣量。過程氣在爐膛中部與部分清潔酸性氣混合，經(jīng)一級冷凝冷卻器發(fā)生低壓飽和蒸汽回收余熱，并使反應(yīng)生成的元素硫凝為液態(tài)，液硫經(jīng)捕集分離后進(jìn)入硫封罐。根據(jù)反應(yīng)溫度要求，一級冷凝冷卻器出來的過程氣經(jīng)一級高溫?fù)胶祥y與制硫燃燒爐后的一部分高溫氣流混合升溫，進(jìn)入一級轉(zhuǎn)化器，在催化劑的作用下，過程氣中的H2S 和SO2進(jìn)行Claus 反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為元素硫，自一級轉(zhuǎn)化器出來的高溫過程氣進(jìn)入過程氣換熱器管程，與自制硫尾氣分液罐出來的過程氣換熱后，再進(jìn)入二級冷凝冷卻器，過程氣經(jīng)二級冷凝冷卻器發(fā)生低壓飽和蒸汽并使元素硫凝為液態(tài)，液硫經(jīng)捕集分離后進(jìn)入硫封罐。由二級冷凝冷卻器出來的過程氣再經(jīng)過二級高溫?fù)胶祥y與制硫燃燒爐后的一部分高溫氣流混合升溫后進(jìn)入二級轉(zhuǎn)化器，使過程氣中剩余的H2S 和SO2進(jìn)一步發(fā)生催化轉(zhuǎn)化，二級轉(zhuǎn)化器出口過程氣經(jīng)三級冷凝冷卻器發(fā)生低壓飽和蒸汽并使元素硫凝為液態(tài)，液硫經(jīng)捕集分離進(jìn)入液硫池。三級冷凝冷卻器出來的制硫尾氣經(jīng)制硫尾氣分液罐后進(jìn)入尾氣處理部分。

硫磺尾氣經(jīng)過尾氣急冷塔冷卻至40 ℃，使用貧液進(jìn)行深度脫硫后將尾氣中的H2S 降低至100 mg/m3以下，脫后尾氣進(jìn)入凈化氣分液罐脫液，最后進(jìn)入尾氣焚燒爐焚燒。在尾氣焚燒爐500 ℃爐膛溫度下，凈化氣中殘余的H2S 被燃燒為SO2，剩余H2和烴類燃燒成CO2和H2O，自尾氣焚燒爐出來的高溫?zé)煔饨?jīng)尾氣廢熱鍋爐回收余熱后由煙囪排放。

2 超重力尾氣回收工藝

自硫磺回收裝置尾氣焚燒爐來的高溫（200 ℃）煙氣經(jīng)過煙氣引風(fēng)機(jī)增壓后進(jìn)入超重力脫硫機(jī)與脫硫液循環(huán)泵送來的脫硫循環(huán)液混合，完成脫除SO2的過程，然后氣液混合物在超重力脫硫機(jī)中分離，凈化煙氣經(jīng)超重力脫硫機(jī)出口至高效氣液分離器脫除氣相中攜帶的游離水，氣液分離后的煙氣送至煙囪直排大氣[1]。

2.1 濕法吸收堿-酸法工藝流程

當(dāng)堿性較高時，（1）式為主要反應(yīng)式，堿性降低到中性甚至弱酸性時，則按（2）式發(fā)生反應(yīng)，排放液為Na2SO3，吸收時應(yīng)盡量減少氧化副反應(yīng)的進(jìn)行。

堿法脫SO2反應(yīng)原理為：

副反應(yīng)：

2.2 應(yīng)急尾氣超重力運(yùn)行情況（表1）

表1 超重力機(jī)脫硫運(yùn)行參數(shù)

吸收SO2的堿液由泵送入超重力機(jī)，并由液體分布器均勻噴淋在填料層，含有SO2的尾氣經(jīng)氣體進(jìn)口進(jìn)入轉(zhuǎn)子內(nèi)腔與堿液進(jìn)行逆流接觸，進(jìn)入轉(zhuǎn)子的液體受到轉(zhuǎn)子內(nèi)填料的作用，旋轉(zhuǎn)速度增加，所產(chǎn)生的離心力將被填料分割破碎的液體推向轉(zhuǎn)子外緣，大量的破碎液體與氣體進(jìn)行大面積接觸，吸收液體與氣體在超重力內(nèi)部的環(huán)境下高效接觸發(fā)生反應(yīng)，完成對尾氣中SO2的吸收，生成亞硫酸銨和亞硫酸氫銨（圖1）。氣體從出口直接進(jìn)入煙筒排大氣，反應(yīng)后產(chǎn)生大量的吸收液體從超重力機(jī)底部自流至循環(huán)罐，循環(huán)罐底部出口絕大部分液體作為循環(huán)液經(jīng)脫硫液循環(huán)泵送回超重力脫硫機(jī)，其中一小部分污水外排出裝置。超重力機(jī)具有堿液在超重力機(jī)內(nèi)停留時間短，氣液混合效率高、氣液在超重力機(jī)內(nèi)接觸面積大的特點。通過增大氣液接觸面積，提高過程氣與堿液的溶解量，確保在超重力機(jī)內(nèi)有效停留時間內(nèi)反應(yīng)更充分，最終實現(xiàn)吸收效率的最大化，提高脫除尾氣中SO2的效果[2]。

圖1 超重力堿洗硫磺裝置

2.3 堿液濃度、堿液循環(huán)量及超重力機(jī)轉(zhuǎn)速對尾氣的影響（表2）

由表2 可知，在工藝條件相同，堿液濃度不變的情況下，通過對堿液循環(huán)量、超重力機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)超重力機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到400～600 r/min 時，逐漸降低堿液循環(huán)量，可以明顯看到隨著轉(zhuǎn)速的增加，加大了超重力機(jī)對循環(huán)堿液的切割破碎作用，加快了氣液在旋轉(zhuǎn)床內(nèi)流動速度，強(qiáng)化了氣液間在旋轉(zhuǎn)床內(nèi)的接觸面積，提高了傳質(zhì)的效果，尾氣濃度也逐漸下降。當(dāng)超重力機(jī)轉(zhuǎn)速提升到700 r/min 時，尾氣濃度逐漸趨于緩和，這說明隨著轉(zhuǎn)速的不斷提高會造成氣液在旋轉(zhuǎn)床內(nèi)接觸時間較短，無法充分接觸吸收造成尾氣的脫除效果無明顯變化，試驗證明超重力機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到400～600 r/min 時脫硫效果最好，超重力技術(shù)應(yīng)用于硫磺尾氣脫硫工藝上技術(shù)優(yōu)勢明顯。

表2 變量下的尾氣含量變化表

3 超重力堿洗結(jié)垢的解決措施

在運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)堿液循環(huán)量存在逐漸下降狀態(tài)，通過切換堿液循環(huán)泵仍然無法使堿液循環(huán)量提高，初步判斷是由于液體分布器均勻噴淋堵塞造成循環(huán)量提不起來，由于超重力機(jī)沖洗使用的介質(zhì)是新鮮水，高溫過程氣（200～210 ℃）與新鮮水混合的堿液接觸，高溫下新鮮水中的鈣鎂離子轉(zhuǎn)化為碳酸鈣，造成超重力機(jī)液體分布器均勻噴淋和旋轉(zhuǎn)床結(jié)垢堵塞，使其堿液循環(huán)量降低，并造成超重力機(jī)旋轉(zhuǎn)床受載不均勻，在高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)下產(chǎn)生劇烈抖動。

解決措施：通過將噴淋沖洗用的新鮮水改為除鹽水，去除水中的鈣鎂離子，消除超重力機(jī)液體分布器不均勻噴淋、旋轉(zhuǎn)床結(jié)垢堵塞及超重力機(jī)高負(fù)荷下的抖動問題。

通過改造后：在將對超重力機(jī)進(jìn)行檢修并對分布器、旋轉(zhuǎn)床除垢后，將新鮮水改投用成除鹽水至今，未再出現(xiàn)堿液循環(huán)量降低和高負(fù)荷下的超重力機(jī)抖動問題。

4 結(jié)論

超重力機(jī)堿洗在本公司尾氣排放系統(tǒng)應(yīng)用后，可以將外排尾氣中的SO2由原來的50 mg/m3左右降至10 mg/m3左右，尾氣脫硫效果十分明顯，且脫硫效率穩(wěn)定，為防止生產(chǎn)波動尾氣穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放奠定了良好的工藝基礎(chǔ)，超重力環(huán)境下堿液對尾氣脫硫工藝在技術(shù)上優(yōu)勢明顯。