超级克劳斯硫回收装置优化改造总结

2018-12-07屈政

中氮肥 2018年6期

屈政

（兖矿鲁南化工有限公司，山东滕州 277527）

兖矿鲁南化工有限公司西厂区甲醇车间超级克劳斯硫回收装置于2005年投产，随着服役时间的延长，系统出现了不少问题。为了配合净化系统的升级改造，适应于处理低温甲醇洗系统的全部酸性气，以及日趋严峻的环保形势，2016年以来我们对超级克劳斯硫回收装置进行了一系列的优化改造，以进一步优化超级克劳斯硫回收装置的运行状态，降低排放尾气中的SO2含量。以下对超级克劳斯硫回收装置进行的优化改造作一总结。

1 设计工况及运行情况

兖矿鲁南化工有限公司西厂区甲醇车间硫回收装置的任务是接收处理净化系统来的酸性气，设计酸性气处理量为5800m3／h，酸性气中H2S含量33.2%、CO2含量66.8%，酸性气温度40℃、压力0.07MPa，年产硫磺20kt。

实际生产中，硫回收装置接收处理西厂区甲醇车间全部酸性气约3500m3／h，间接性接收东厂区净化车间部分酸性气约1000m3／h。硫回收装置正常生产时酸性气处理量约3500m3／h，酸性气浓度（即H2S浓度）在15%左右，气化炉不掺烧精煤时酸性气浓度一般在7%～10%。2014年装置产硫磺5981.94t，2015年装置产硫磺6616.62t，2016年（截至11月26日）装置产硫磺4773.10t，从多年的运行情况来看，硫回收装置生产负荷总体较低。

正常生产时，尾气废锅出口烟气温度约为180℃，因烟囱呈负压状态难以取样，故没有排放尾气的硫化物分析数据，硫回收装置尾气分液罐出口（即尾气炉前）尾气中硫化物的分析数据（体积分数，下同）如表1。

表1 尾气分液罐出口尾气中硫化物分析数据 %

2 优化改造内容

2.1 废锅改造

2.1.1 酸性气废锅

酸性气废锅（E6004）设备性能及工艺参数：内径1600mm、总长6900mm，采用φ57 mm×3.5mm的不锈钢换热管，换热面积118m2；管程介质为工艺气，壳程介质为水+饱和蒸汽；设计压力1.45MPa（壳程）／0.08MPa（管程），设计温度200℃ （壳程）／250℃ （管程），工作压力1.30MPa（壳程）／0.07MPa（管程）。

酸性气废锅（E6004）于2006年6月投用（在系统原始开车后，由于酸性气废锅管板等泄漏严重，于2006年6月进行了更换），2007年5月发现酸性气废锅出口过程气管线上有水，判断出现了内漏，试压查漏发现管板上方有2处漏点，换热管焊接处有5处漏点，满焊；2009年10月枣庄特检院对其进行检测，结果为合格；2013年7月E6004出口烟箱焊缝处出现砂眼，进行补焊；2015年6月26日枣庄特检院对其进行检测，结果为合格，2015年6月29日出现爆管，查漏后，堵头堵漏满焊1处，管板渗漏补焊3处；2015年10月12日硫回收装置运行数据显示E6004后部有堵塞现象；2016年6月检修期间对E6004列管进行疏通，对管板进行补焊。2016年12月15日，现场对E6004后部导淋进行疏通，发现有水，判断E6004轻微内漏，当时决定对其监控运行。但E6004一旦内漏严重，硫回收装置将切气停车，因酸性气无法送公司东厂区处理，只能送烟囱放空，将严重污染周边环境，故E6004必须进行更换。

据系统的实际运行情况（配合净化系统升级改造），新更换的酸性气废锅副产的蒸汽压力将由1.3MPa提升到2.5MPa，为了将酸性气废锅副产的蒸汽并入1.3MPa蒸汽管网，增加一自调阀（DN100、PN4.0）将其减压至 1.3MPa；同时，原酸性气废锅所需炉水由净化车间高压锅炉给水泵供应，因副产蒸汽提压后其不能满足生产所需，改为由热电车间直供5.5MPa的高压锅炉水约 6m3／h。

2.1.2 尾气废锅

尾气废锅于2016年6月系统检修后投用（在系统原始开车后，由于尾气废锅多次出现管板和换热管泄漏，于2016年6月进行了更换）。2016年11月15日，发现尾气废锅泄漏，其管板焊缝全部开裂，联系制造厂家人员进行现场分析，认为是腐蚀和应力集中引起的开裂。于是制造厂家人员对管板焊缝进行打磨补焊处理，出具修复方案对尾气废锅进行了修复。修复后的尾气废锅于2016年12月2日投用，但12月12日07：40控制室显示其液位突然回零，出口温度降低，尾气废锅出口出现大量泄漏，拆检发现下方管板开裂。决定对尾气废锅予以更换。

据系统的实际运行情况（配合净化系统升级改造），新更换的尾气废锅副产的蒸汽压力将由0.5MPa提升到2.5MPa，为了将副产的蒸汽并入1.3MPa蒸汽管网，需增加一自调阀（DN80、PN4.0）将其减压至1.3MPa；同时，原尾气废锅所需炉水由净化车间高压锅炉给水泵供应，因副产蒸汽提压后其不能满足生产所需，改为由热电车间直供5.5MPa的高压锅炉水约4m3／h。

2.2 增设液硫捕集器

2016年6月硫回收装置检修时，对尾气分液罐进行改造，将其由丝网结构改为百叶窗式结构，但在其后的生产中发现尾气焚烧炉入口导淋处有液硫排出，表明尾气分液罐的百叶窗式结构对液硫的捕集效果不是很好。由于0.10MPa蒸汽管网没有用户，蒸汽提压至0.42MPa，温度过高，故考虑在尾气分液罐后增加一液硫捕集器（利旧设备），使2台分离器串联操作，以增强液硫捕集效果，避免液硫带入尾气焚烧炉转化成SO2而导致尾气严重超标。

液硫捕集器设备性能及工艺参数：净重4.65t；外形尺寸 1200mm／1400mm，H≈5246mm；内装不锈钢丝网和蒸汽盘管，采用夹套保温，夹套蒸汽压力0.4MPa、温度150℃；介质为工艺气；操作压力0.055MPa、操作温度150℃。

2.3 增设酸性气放空火炬

之前，硫回收装置入工段酸性气（即净化工段再生系统出口酸性气）放空直接通过烟囱进行，事故状态下的酸性气进入烟囱放空，由于酸性气比重（密度）较大，会造成烟囱周边污染严重，具有较大的危险性。净化系统升级改造后，酸性气浓度将达到30%以上，为避免周边环境污染及中毒事件的发生，增设酸性气放空火炬，即低温甲醇洗装置酸性气放空由独立的放空火炬完成，酸性气经燃烧后再排入大气。

2.4 冷凝器丝网改造

硫回收装置3台冷凝器受气体杂质、管道腐蚀等方面的影响，丝网堵塞频繁，且难清理，检修更换丝网频次较高，检修难度大、时间长，严重影响系统的长周期运行，环保压力大。借鉴兄弟单位有关设备的优点，将硫回收装置3台冷凝器丝网改造成抽拉式，以克服上述诸多问题。

2.5 二级克劳斯转化器入口前增设预热器

二级冷凝器出口过程气温度为150℃，经二级高温掺合阀将酸性气炉出口气与过程气掺混，工艺气温度提高至240℃后送入二级克劳斯转化器进行转化。但过程气与高温酸性气掺合后，由于工艺气中的硫含量增大，对二级克劳斯的转化率造成影响。为此，在一级克劳斯转化器出口增设换热器，二级冷凝器出口气体与一级克劳斯转化器出口气体换热后送入二级克劳斯转化器，取消酸性气炉的二级掺合阀，并在一级克劳斯转化器出口到二级克劳斯转化器入口之间增设副线。该改造方案的优点：一是换热介质温差小，温度容易控制；二是改造所用管线少，节省费用。

3 改造效果

3.1 2台废锅更换效果

新换废锅（酸性气废锅和尾气废锅）副产蒸汽的压力提升至了2.5MPa，原有配套锅炉水和蒸汽管道阀门全部更换，所需锅炉水改为热电车间5.5MPa高压锅炉水，副产2.5MPa蒸汽经自调阀减压后并入1.3MPa蒸汽管网。

（1）改造后，锅炉水与蒸汽系统运行正常，酸性气废锅副产蒸汽压力2.47MPa，基本达设计值，废锅出口过程气温度约248℃。

（2）更换前，酸性气废锅和尾气废锅频繁泄漏，管道积存硫磺，造成系统阻力大，多次停车检修；改造后，废锅运行稳定，系统压力正常，2台废锅副产蒸汽2.5t／h，硫回收装置蒸汽放空现象得以消除。

（3）酸性气废锅出口过程气温度在245～257℃，运行状态良好，因酸性气废锅设计时主要考虑低温甲醇洗装置出口酸性气浓度（H2S浓度30%以上）、酸性气炉炉温和烟气量的要求，而现阶段酸性气浓度一般只有16%～20% （低的时候仅8%左右），酸性气炉炉温在860℃左右的情况下，废锅仍具有一定的余量。

3.2 冷凝器丝网改造及增设液硫捕集器的效果

冷凝器丝网改造及增设液硫捕集器前，每个班尾气废锅前至少排4槽硫磺，改造后，尾气废锅前排硫磺处液硫量明显减少，每班硫磺量减至半槽至1槽；尾气系统运行时，吸收塔硫铵浆液取样分析发现，沉淀物较改造前明显减少，2台尾气分液罐串联运行，硫磺分离效果大大增强。

3.3 增设酸性气放空火炬的效果

改造后，硫回收装置使用了新的放空管道，酸性气在火炬燃烧放空，杜绝了酸性气放空现场异味大、污染环境的情况，达到了预期的效果。

3.4 二级克劳斯转化器入口前增设预热器的效果

（1）改造后，二级克劳斯转化器温度低于改造前，表明酸性气在一级克劳斯转化器及前系统完成了大部分的转化反应，减轻了二级克劳斯转化器的负荷。

（2）改造前，两级克劳斯转化器是部分并联的关系；改造后，两级克劳斯转化器为串联关系，避免了酸性气炉中反应不完全而含H2S较高的过程气进入二级克劳斯转化器，从而减轻了二级克劳斯转化器的负荷，进而大幅降低了尾气中硫化物的含量（见表2），但受前系统酸性气量及浓度变化的影响，改造后尾气中硫化物含量波动较大。