探析CTS工艺在硫磺装置尾气排放升级改造

李鹏

摘  要：针对在硫磺回收及尾气处理装置中，排放烟气的      质量浓度高于GB31570-2015排放标准问题，通过对尾气达标工艺诸多方案的对比，采用塔内鼓气氧化技术作为污水氧化单元工艺，喷射文丘里湿气洗涤技术作为烟气脱硫单元工艺，对硫磺回收装置进行改造。

關键词：硫磺回收装置;碱洗技术;脱硫;升级改造

一、CTS硫回收工艺概述

CTS硫回收工艺是一种基于络合铁催化氧化原理的湿法酸性气脱硫化氢工艺，它可以用来处理任何一种含有硫化氢的气体，例如酸性水汽提气、胺再生酸性气、低温甲醇洗酸性气、克劳斯尾气、天然气、伴生气、炼厂气、燃料气、沼气、合成气、焦炉气、生物气等。

美景公司的CTS硫回收工艺采用创新设计，能够大幅度节省建设投资，缩短设计周期和建造周期，运行也更加稳定可靠。CTS硫回收工艺采用液相催化剂在常温下直接将H2S转化成单质硫，然后用空气将催化剂再生，实现催化剂的循环使用，可以实现99.9% 以上的H2S去除率，净化尾气中H2S浓度小于10ppm，还具有操作弹性大、开工周期长，以及操作条件温和等优点，尤其适合于中小型硫磺回收装置。

二、硫磺回收工艺技术

1.工艺技术

含H2S酸性气体的处理，工业生产中多采用固定床催化氧化工艺、液相直接氧化工艺和生物脱硫及硫回收工艺。

（1）固定床催化氧化工艺

代表性的工艺是Claus工艺。常规Claus工艺的特点是流程简单、设备少、占地面积小、投资省、回收硫磺纯度高。在常规的Claus硫磺回收工艺基础上又发展为多种工艺，主要有：SCOT工艺、Super-Claus工艺、CLINSULF工艺、MCRC工艺等。

（2）液相直接氧化工艺

有代表性的液相直接氧化工艺主要有：ADA法和改良ADA法脱硫、栲胶法脱硫、氨水液相催化法脱硫等。液相直接氧化工艺适用于硫磺的“粗脱”，如果要求高的硫回收率和达到排放标准的尾气，宜采用固定床催化氧化工艺或生物法硫回收工艺。

（3）生物脱硫及硫回收工艺

有代表性的工艺是Shell-Paques工艺。该工艺具有流程简单，操作弹性大，占地面积小，安全可靠等特点，对于低浓度低总硫的装置，由于其一次投入、操作成本和能耗都比较低，不失为一种非常好的选择。

2.选择工艺技术的原则

硫磺回收装置作为大型化工生产装置的环保治理装置，在选择工艺技术时必须考虑：

（1）采用该技术处理后的气体完全满足国家和地方相应排放标准;

（2）装置运行必须可靠（包括稳定性、可操作性、安全性）;

（3）装置投资、运行综合费用低。

3.工艺技术的选择

综合考虑，CTS工艺虽然连续投资消耗较高，但其净化尾气含H2S低，总硫回收率可达99.8%以上，对克劳斯装置适应能力强，操作灵活，操作弹性大，是目前世界上装置建设较多、发展速度较快，将规模和环境效益与投资效果结合的较好的一种硫回收工艺。

4.装置运行连锁优化

在装置实际运行中，由于克劳斯风机故障导致克劳炉连锁停车，如按正常点炉流程回复克劳斯炉生产，花费时间较长，对点炉配风有严格要求，不好操作。故增加增加热启动程序，便于及时恢复生产。通过通入氮气保护酸性气入口导叶，取得了良好的效果，在经过多次验证后，发现酸气入口导叶得到了良好的保护，入口导叶在多次使用后，仅仅是表面油漆剥落，证明酸性气导流叶片回火问题解决。

各联合装置硫封在运行过程中能够基本满足硫磺单元的运行要求，但在运行过程中也暴露出了大型硫封的一些问题，即硫封在开工时容易发生堵塞问题。在装置运行过程中三级硫封由于所过液硫流量最少，也发生过硫封堵塞现象。

通过对开工时硫封堵塞现象的观察，发现堵塞部位在硫封底部，对堵塞介质取样，发现大部分是凝固的液硫，且中间夹杂黑色颗粒物，说明液硫中含有杂质，但主要原因是硫封热负荷不足，液硫流动性变差，造成硫封堵塞。

三、装置尾气排放不达标问题的出现及原因分析

1. H2S/SO2比例分析仪故障

H2S/SO2比例分析仪曾于5月份出现故障经更换配件后投用正常，6月开始出现失灵及反应滞后问题，专业维护人员未及时处理好，正在分析处理仲。H2S/SO2比例分析仪在硫磺回收装置的操作中，对气风比调节非常重要。根据工艺反应原理，为了使硫磺回收装置处于最佳工艺条件，必须使过程气中硫化氢和二氧化硫的摩尔比为2∶1，而要达到这个条件，就必须严格控制进入燃烧炉内的气风比，否则不但降低硫收率，还会使尾气中SO2含量增加，甚至超标。H2S/SO2比例分析仪故障使收装置日常操作缺乏准确的指导，生产无法达到最佳状态，严重时会影响硫磺尾气的达标排放。

2.燃烧炉炉膛温度热偶故障

硫磺回收装置燃烧炉2支常规炉膛温度热偶故障中（新热偶正在采购），无法正常显示燃烧炉炉膛温度。仅存的一个红外线炉膛温度热偶由于指示偏差较大（误差在300℃左右），给燃烧炉正常配风操作带来较大难度，难以达到理想的操作状态，也影响到尾气的达标排放。

3.胺液质量不好，吸收效果差

硫磺尾气脱硫效果差，分析发现尾气吸收塔出口总硫在3000 mg/m3左右。装置实际运行中贫胺液H2S含量达到2 g/L以上并且贫胺液温度较高（50℃以上），而设计要求贫胺液中H2S含量不大于1g/L，温度不大于40℃。贫胺液质量不是很理想，影响硫磺尾气的吸收效果，可能导致尾气排放不达标。

2.4 催化剂活性影响

硫磺回收装置本周期已开工20个月，转化器床层温升在50℃左右，较开工初期有所降低，虽然可满足生产要求，但催化剂活性是否影响尾气达标排放，还有待于前3个影响因素解决后进一步判定。

四、硫磺回收装置工艺优化

1.配风比控制

酸性气的流动以及质量若无法精确的得到控制，会直接出现硫磺回收装置的自动空置率很低;且若使用传统的手工控制配风量，也会造成非常严重的调控滞后问题。因此可以降低酸性气进料的一部分，以此来降低装置中的负荷波动，确保硫磺回收装置可以平稳正常的运行;采用高科技技术研制的酸性气组分在线分析仪，实现对酸性气的精确控制，以此来体提升装置自动化控制率。

2.催化剂床层温升控制

硫磺回收装置中重点要设计合理的催化剂床层大的温度。而当硫磺装置的温度发生了很大的波动，就要快速的进行维护确保每个反应器入口都可以维持稳定的温度，防止出现催化剂受到温度的影响导致活性降低，并出现其它的副作用，导致尾气SO2排放超出标准。

3.溶剂循环量及质量控制

尾气处理中，常用的吸收技术是加氢操作，或应用优良质量的贫胺液也可以降低尾气中SO2的排放，例复合型MDEA溶剂就可以通过化学反应将尾气中含有的SO2消耗掉，使得尾气排放达到标准。硫磺回收装置尾气处理环节，胺液会直接受到上游的限制，这就会造成胺液循环量一直都处于比较高的比例，无法达到非常好的回收效果。由此可知在设计时要增加一个独立的胺液再生装置系统，从而不断地提高胺液的质量。

结语

对硫磺回收装置采取提高硫磺回收率，增加尾气单元加氢反应效果，提高溶剂对尾气里的H2S吸收效果，避免酸性水水汽提塔和溶剂再生塔超负荷运行等措施后，硫磺回收尾气排放中二氧化硫及氮氧化物浓度最终达标。

参考文献

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[2]王会强，王会永.硫磺回收装置尾气二氧化硫达标排放工艺优化[J].硫酸工业，2017（05）：21-26.

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