摘要：硫磺回收装置是炼油厂的重要组成部分，目前存在多种工艺流程，其控制方案也不尽相同。与采用常规空气燃烧技术相比，采用富氧燃烧技术可减少硫磺回收装置过程气量，减小设备规格尺寸；设备及管道主材可选用碳钢，可节省设备投资，节约占地面积。鉴于此，本文对富氧燃烧硫磺回收装置重要控制方案进行了分析探讨，仅供参考。
关键词：硫磺回收；富氧燃烧；控制方案
一、硫磺回收富氧工艺的技术特点及应用现状
硫磺回收富氧Claus工艺是普通Claus硫回收装置的改进，即用氧气部分代替燃烧空气，减少了系统内的大量氮气，与普通Claus工艺相比具有以下优势:①在原有装置总压降基本不变的前提下，装置的处理量可大幅度提高;②新建装置采用富氧工艺，对给定的处理量而言，设备规格可比常规克劳斯工艺缩小约50%，设备投资可减少30%～35%;③由于原料酸性气中H2S分压和燃烧炉温度的升高，加之硫蒸气和硫雾沫夹带损失也相应减少，装置的总转化率可提高约2%，同时也解决了原料酸性气中重质烷烃、芳烃(BTX)和NH3的分解问题;④大幅提高装置的操作弹性;⑤减少尾气排放总量。
硫磺回收富氧工艺分为3类:φ(O2)＜28%的低浓度富氧、28%＜φ(O2)＜45%的中浓度富氧和φ(O2)＞45%的高浓度富氧。从20世纪80年代开始，硫磺回收富氧技术发展很快，世界范围内多家公司都开发出一些硫磺富氧技术。如:Linde/BOC公司的SUＲETM富氧技术:在中低浓度的富氧条件下，无须对主要设备进行大量改动，随着氧气浓度的提高，只要适当增加新设备即可;在高浓度富氧条件下，Lurgi公司采用多级烧嘴的富氧Claus工艺;Goar，Allison＆Assosiates(GAA)空气产品公司的COPEⅡ型工艺，采用冷的循环气急冷火焰的方法等。
近年来国内一些10kt/a以下规模的硫磺回收装置已探索应用了低浓度富氧工艺。如中国石化沧州炼油厂5kt/a富氧工艺硫磺回收装置于2002年2月正式投运成功。该项目投资180万元进行项目改造，采用低浓度富氧工艺，通过在空分装置上增加一台氧压机，在硫磺装置上增加富氧缓冲罐及富氧空气压控、流控2个仪表回路来实现，硫磺装置处理酸性气能力提高了20%左右，每年可多产硫磺1.5kt。
二、酸性气燃烧炉燃烧控制
通常炼油厂酸性气中都含有NH3，酸性气中的NH3会形成铵盐，堵塞冷凝器管程，增加系统压降，甚至迫使装置停产；还有可能形成各种氮氧化物，引起设备腐蚀和催化剂中毒，因而必须使NH3在酸性气燃烧炉中通过氧化反应，分解为N2。为保证酸性气中NH3完全分解，火焰温度需达到1 400℃左右，为此可采用预热空气及酸性气、伴烧燃料气、富氧燃烧等方式。采用预热空气及酸性气的方式会增加投资；采用伴烧燃料气的方式会增加废热锅炉热负荷，增加过程气量从而增大设备容积，并会产生大量副产物；采用富氧燃烧方式，不仅容易提升火焰温度，而且也能提高装置处理能力。通过合理选择清洁酸性气和含氨酸性气配比，使混合后酸性气中H2S达到较高体积分数；同时，向燃烧空气中混合一定比例的纯氧，使燃烧空气中氧气体积分数达到28％。在这种情况下，不需要对空气及酸性气预热或伴烧燃料气就可以使火焰温度满足要求。
酸性气燃烧炉燃烧控制主要包括：主调空气及氧气的前馈控制、微调空气的反馈控制。主调空气及氧气的前馈控制。根据清洁酸性气进料流量、含氨酸性气进料流量计算出总耗氧量。由计算得到的总耗氧量及燃烧空气中富氧设定值计算出主调空气流量控制回路、纯氧流量控制回路的给定值。
三、富氧燃烧硫磺回收装置重要控制方案
1、尾气焚烧炉温度控制
经还原吸收部分处理后，尾气还需经过焚烧炉，将其中的H2S和其他硫化物全部氧化为SO2后才可以排放。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆焚烧温度、停留时间、过剩空气量是影响焚烧效果的主要因素，焚烧温度一般控制在600～800℃；低于600℃，H2和CO不能完全燃烧；当尾气中H2S和COS浓度较高时，应适当提高焚烧温度；高于800℃时对焚烧影响不大，但燃料用量会大幅增加，且炉膛温度一旦过高，炉管会产生大量氧化剥皮及蠕变，炉管寿命将大幅缩减，甚至有破裂的危险。空气适当过剩是焚烧完全的必要条件，研究结果表明，烟气中过剩耗氧量体积分数为2．0％左右时，尾气中有害成分能有效燃烧，且燃料气消耗较低。为此，设计如下控制方案：选取尾气焚烧炉炉膛温度与燃料气流量串级控制，即炉膛温度为主调参数，燃料气流量为副调参数；根据燃料气具体组分，按照燃料气完全燃烧时的化学平衡方程计算空燃比K，经K值计算给焚烧炉空气流量控制器提供设定值；同时，为控制合理的过剩空气量及防止炉膛温度过高，在燃烧空气流量设定值的基础上增加偏置量。焚烧炉炉膛温度与烟囱烟气氧体积分数值进行高选，通过高选的信号与燃烧空气设定值求和，作为燃烧空气流量控制回路的最终设定值。
2、加氢反应器尾气温度控制及联锁
1）为保证加氢反应和COS水解反应的有效进行，降低排放废气中SO2含量，需要对加氢反应器入口尾气温度进行准确的控制。加氢反应器入口尾气温度在运行初期应维持在270℃，当催化剂使用到中、后期，活性下降之后，应当提高入口温度，以弥补因催化剂活性降低带来的不利影响。为此，在加氢反应器入口设置管壳式换热器作为尾气一级加热器，设置电加热器作为尾气二级加热器，保证控制精度。由于加氢还原是一个强放热反应，因而床层会升温，为防止床层温度超过催化剂允许使用温度，导致其活性失效，在加氢反应器出口设置温度联锁。
2）尾气一级加热器壳程出口温度控制器调节一级尾气加热器管程蒸汽流量，使尾气温度达到250℃；尾气二级加热器出口温度控制器通过调节尾气二级加热器通电电流，使进入加氢反应器的尾气达到预定温度，同时，当加氢反应器入口温度过高时联锁关闭尾气二级加热器。尾气二级加热器出口设置流量控制器，当尾气流量过低时，联锁关闭尾气二级加热器，防止其电加热盘管过热。加氢反应器出口设置温度过高时，联锁关闭尾气一级加热器蒸汽管线切断阀。
3）高温硫腐蚀及防护措施
发生高温硫腐蚀的介质主要是高温过程气中所含的硫化氢、二氧化硫和气态硫等。当碳钢设备处于大于310℃的高温环境中，会发生高温硫化氢腐蚀，硫化氢可直接与铁发生反应生成硫化亚铁，单质硫也会与铁发生强烈反应。这种腐蚀多发生在酸性气燃烧炉中。
采取的防护措施是：首先是保护燃烧炉的隔热衬里，使其不受损坏;其次装置开停工升降温过程严格按照操作规程规定的速度进行，否则会使衬里受到破坏，出现裂缝。另外高温掺合阀的阀芯本身就是耐高温耐腐蚀的材质，但是由于炉膛温度偏高，肯定会受到一定程度的破坏。先将阀芯用车床加工，使密封面与阀座配合紧密，同时新订购掺合阀更换，彻底解决掺合阀漏量的问题。
结束语
富氧硫磺回收工艺不仅在装置扩容方面具有投资低、效益好的优点，且在节能、环保等方面均有优势，是近年来克劳斯硫磺回收工艺中一项重大的技术进步。采用不同技术的硫磺回收装置工艺流程略有不同，但主要的控制方案基本为文中所述。通过对酸性气燃烧炉燃烧控制，加氢反应器入口、出口温度控制及联锁，尾气焚烧炉温度控制方案的详细阐述，明确了其用途及控制方法。
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论文作者:刘璐
论文发表刊物:《基层建设》2017年第23期
论文发表时间:2017/11/9
标签：硫磺论文; 尾气论文; 酸性论文; 装置论文; 温度论文; 加热器论文; 反应器论文; 《基层建设》2017年第23期论文;