50万t/a甲醇配套硫回收装置工艺优化与应用

杜　霞

(河南龙宇煤化工有限公司，河南 永城　476600)



50万t/a甲醇配套硫回收装置工艺优化与应用

杜霞

(河南龙宇煤化工有限公司，河南 永城476600)

摘要：针对甲醇配套硫回收装置在运行中经常出现的配风困难、冷凝液消耗大、系统阻力大、输送管道易堵塞等多项问题，从工艺理论和设备上进行研究分析，查找到了影响装置高效、低耗运行的原因，制定了工艺改造的措施，改造结果表明：装置的运行周期由原来的1个月提至1年以上，综合运行率由原来的60%提至95%，装置负荷由原来的80%提至110%，硫磺产量由原来的6 t/h提至11 t/h。

关键词：硫回收装置；问题；原因分析；工艺优化

河南龙宇煤化工有限公司硫回收装置是年产50万t甲醇的配套装置，采用分流法为主流程的三级Claus工艺。将来自低温甲醇洗的酸性气体进行流量控制，约1/2的酸性气体进入制硫燃烧炉的火嘴，与来自鼓风机的一定量空气在制硫燃烧炉内发生燃烧反应。燃烧后的气体，一部分经余热锅炉产生低压饱和蒸汽回收余热；另一部分与另外1/2原料酸性气混合，进入一级转化器，大部分H2S和SO2在此进行Claus反应；未完全反应的气体进入二级转化器进一步发生催化转化，仍未反应的剩余H2S和SO2进入三级转化器，从三级转化器出来的过程气经冷却器回收热量后进入尾气分液罐分离液硫，送去循环流化床锅炉焚烧，然后经炉外脱硫，降低尾气中的S含量，最终排放至烟囱。经废锅以及各过程气换热器分离捕积下来的液硫先分别进入各自对应的液硫封，最终通过溢流进入液硫罐，液硫罐中的液硫经脱气后,用输送泵送至硫磺成型机。

该装置自开车以来，由于工艺及设备问题，装置一直运行不正常，系统阻力大、冷凝液外排浪费大、液硫管线堵塞严重、抽空气效果差、液硫罐压力高无法回收液硫等问题一直制约硫回收装置的高效、稳定、经济运行。

1硫回收装置运行中出现的问题及原因分析

1.1系统阻力大

装置接酸性气浓度及气量都远低于设计指标，设计满负荷气量为1 150 Nm3/h，而实际使用气量仅有800 Nm3/h左右；系统设计压力为50 kPa，实际生产中达到60 kPa，尾气压力9 kPa，燃烧炉随时面临超压运行的风险。经分析，系统阻力大的原因主要在于3个方面：①经停车拆检发现粉化的浇注料和硫粘结，造成余热锅炉、一二级冷凝冷却器、三级冷凝冷却器丝网除沫器严重堵塞，致使系统阻力增大；②催化剂积碳及粉化的浇注料富集；③设备管道腐蚀、运行中积碳等其他原因造成管道堵塞，导致系统阻力增大。一级冷凝冷却器气路出口管线结垢情况见图1。

图1　一级冷凝冷却器气路出口管线结垢情况

1.2补风困难

我公司硫回收装置鼓风机出口压力设计为60kPa，而系统压力正常运行达到60kPa，造成补入风量没有压差，鼓风机出口风量难以补入，导致系统不得不降负荷或停车检修；同时由于风机设计压头低，风机受酸气量波动经常出现喘振现象，造成风机设备出口易憋压，损坏设备。

1.3冷凝液外排量大

硫回收装置伴热采用0.35MPa(g)的低压蒸汽，而公共管网的冷凝液压力在0.3MPa(g)左右；由于压差小且多股伴热冷凝液的压力有较大偏差，导致部分冷凝液无法回收到管网，为保证伴热质量，不得不将冷凝液就地排放，结果造成现场脏、乱、差，冷凝液浪费严重。

1.4管线堵塞严重

由于硫回收装置开车使用燃料气升温，升温程序繁琐，而升温时用氧量要求苛刻：一旦氧过量，则转换器会发生飞温的工艺事故，引起催化剂烧结、失活；若氧不足，则会因燃料气燃烧不完全出现析碳现象，其后果是催化剂比表面积急剧减少，活性下降，设备管线积碳，导致系统阻力增大，最终引起硫回收率降低、负荷提升困难。而由于设计时装置入口未设计分离器及加热器等装置，导致入装置的酸气中含有约0.5%左右的甲醇，运行中容易产生黑硫磺堵塞设备管线的问题。虽然液硫管线自带夹套伴热，但是由于积碳及设备腐蚀等原因，液硫管线的堵塞问题依然存在，废锅和一、二、三级冷凝冷却器的液硫回收管线堵塞尤为严重。

1.5抽空器效果差

由于抽空器设计能力不能满足要求，抽空管线易堵塞，另外伴热经常出现泄漏造成抽空不及时，导致液硫罐压力高。而堵塞或伴热泄漏现象造成设备超压，导致系统液硫排放不畅，阻力增大，使得液硫无法正常回收至液硫罐。

2应对措施及效果对比

2.1减小系统阻力的措施

2.1.1去除部分设备丝网除沫器

根据液硫的黏度与温度对应的关系，发现冷却器出口温度在160 ℃以下时，液硫完全可以冷却下来而不会被带入后系统，在148 ℃时液体的流动性较好，而硫磺的熔点在119 ℃。因此对3台冷却器设备进行了除沫器去除改造，并将出口温度控制在148℃左右，该温度是可以满足去除丝网除沫器且不会形成夹带的要求。改造后，系统阻力对比见表1。

表1　气路系统改造前后阻力对比

2.1.2采用低温开车接气法

硫回收开车时间较长，每次点火需使用液化气升温36 h,达到800 ℃，转化器升温24 h，在此过程中容易形成积碳，导致气路系统流通截面积减小，引起系统阻力增大。为此我们用含碳量低的自产弛放气(甲醇合成过程中的放空气)点火，在温度升至400 ℃时直接接少量酸气(H2S燃点为260 ℃，可以不用担心低温熄火问题)，用于系统升温，不仅缩短了开车时间，还可以降低开车阶段对环境的污染(如果是首次用硫回收装置开车，不建议使用本办法，防止因升温速率过快，导致浇注料和耐火墙的水分析出不均匀而造成损坏)；点火接气法与优化直接接气法对比，主要指标均得以明显改善。硫回收开车工艺改进前后指标对比见表2。

表2　硫回收开车工艺改进前后指标对比

2.2解决风机压头小及配风困难的措施

针对该问题，可采取的方案有2种：一种是提高入燃烧炉风压，理论上有4种方案，即增加鼓风机出口压力、风机转速、风机的叶轮长度、风机的级数，更换风机；另一种是选择其他配风方式替代传统的风机，而根据我公司现有装置的运行情况，有3种介质可替代工厂空气、仪表空气和纯氧。经过对方案进行可行性分析和改造投入费用概算的对比，我公司最终选择使用自产工厂空气替代鼓风机，该方案具有投资费用低、施工简单和压力操作范围广的优势，同时对空分装置的富余工厂空气进行充分利用。工业风代替风机改造流程见图2(虚线部分为新增部分)。

图2　工业风代替风机改造流程

项目改造完成投用后，配风量有较大程度增加，系统负荷得以大幅度提升，改造后运行数据见表3。

表3　工业风代替风机改造前后运行效果对比表

2.3冷凝液难以回收的解决措施

硫回收伴热冷凝因压力低，无法送入管网，不得不就地排放，造成大量冷凝液浪费。经研究确定的改造方案为：将3台冷凝液站的冷凝液母管汇合回收至1台新增冷凝液冷却器的管程入口,降温后进入冷凝液回收槽中,在冷凝液回收泵出口处增加至热电冷凝液的管线，进行回收；同时在冷却器管程入口总管上留2个预留口，以备后期检修临时管线的接入。改造后流程见图3(虚线部分为新增部分)。

图3　冷凝液系统改造流程

2.4液硫管线堵塞严重的解决措施

提前预制带伴热的金属软管，待液硫管线出现堵塞后，直接用此管替换堵塞管线，将液硫封与液硫罐相连接，使液硫顺利回收至液硫罐内，避免管线堵塞进而导致的系统停车，同时消除回收硫磺的安全隐患。

使用液硫管设置DN80-150LB双头法兰，伴热管采用DN20-150LB法兰，管线采用公称直径DN80/50、(材质304 L)管长8 m可弯曲型；安装前关闭现场导淋阀、放硫阀；投用时，先打开伴热蒸汽阀，确认伴热管线温度达到120 ℃以上后，再打开液硫导淋阀进行回收液硫；改造投用后，系统压力由60 kPa下降至38 kPa。

2.5抽空器效果差导致液硫罐压力高

从液硫罐原液位计预留法兰上引一根夹套伴热管线，引至高点进行放空，用于紧急泄压装置，同时在液硫罐上在增加一块现场压力表及远传压力表，改造流程见图4(虚线部分为新增部分)。

图4　抽空器改造流程

3改造后的实际应用效果

经过对运行中问题的研究与改造，我公司的硫回收装置运行在连续稳定性、开车耗时、运行负荷等方面效果显著，取得了良好的经济效益和环保效益。

项目实施前后开车率对比见图5。项目实施前后开车耗时对比见图6。项目实施前后系统压差对比见图7。项目实施前后装置运行负荷对比见图8。

图5项目实施前后开车率对比

注：图中的1、2为改造后的某2次开车图6　项目实施前后开车耗时对比

注：横坐标1—7为7个时间点图7　项目实施前后系统压差对比

图8　项目实施前后装置运行负荷对比

经过对硫回收装置进行一系列的工艺优化和应用后，装置运行周期由原来的1个月提至1年以上，综合运行率由原来的60%提至95%，装置负荷由原来的80%提至110%，硫磺产量由原来的6 t/h提至11 t/h。

4结语

河南龙宇煤化工有限公司对硫回收装置的各项改造不仅取得了一定的经济效益，同时改善了环境。改造前装置约有200~300 m3/h的H2S气体无法处理，尽管该部分气体经过燃烧后转化为SO2，但也只能排放至大气，而改造完成后H2S气体基本能够实现无害化处理，确保了装置的环保安全。

Process Optimization and Application of Sulfur Recovery Unit of 500 000 t/a Methanol Plant

DU Xia

(HenanLongyuCoalChemicalCo.,Ltd.,YongchengHenan476600China)

Abstract：With regard to the issues often occurred during operation of sulfur recovery unit of the methanol plant： hard air supply, large condensate consumption, big system resistance, pipelines prone to plug etc, through studies and analysis on process theory and equipment, the causes to affect efficient and low consumption operation of the sulfur recovery unit were found out, process revamping measures were formulated, the revamping results show that the cycle of unit operation has been increased to over one year from one month, the comprehensive availability to 95% from 60%, the unit load to 110% from 80% and sulfur output to 11 t/h from 6 t/h.

Keywords：sulfur recovery unit; problem;cause analysis; process optimization

收稿日期：2015-07-23

作者简介：杜霞(1986年-)，女，山东淄博人，2011年毕业于中国矿业大学化工专业，硕士，工程师，现主要从事大型化工生产装置的技术管理工作。

中图分类号：TQ 223.121

文献标识码：B

文章编号：1004-8901(2016)01-0051-04

doi：10.3969/j.issn.1004-8901.2016.01.013 10.3969/j.issn.1004-8901.2016.01.014