硫磺回收装置尾气脱硫系统操作参数对运行的影响

张 猛，马洪玺，冒兰军

（上海蓝科石化环保科技股份有限公司，上海 201803）

目前国内外硫磺装置主要工艺仍然是克劳斯工艺、直接 (选择性催化)氧化工艺、氧化 (还原)吸收工艺等[1]。国内石油化工行业以克劳斯工艺为主，硫磺尾气硫质量浓度100～30000mg/m3，环保要求尾气需经过脱硫后排放。

已有硫磺尾气脱硫工艺除需增加脱硫系统外，同时配合硫磺回收装置本身的优化改造。

1 脱硫技术介绍

蓝科环保自主开发的LK-EGC双循环脱硫技采用NaOH溶液作为脱硫剂，并针对硫磺装置的不同运行工况，如正常运行、事故、开停工等条件下，对补水、排水、烟气温度、pH值等参数进行了优化，确保达标排放并降低能耗物耗。LK-EGC双循环脱硫技术基本原理见图1。该脱硫技术已在国内多套装置得到应用[2]。本文就几套硫磺尾气脱硫系统补水、排水、水质、烟气温度、pH值等操作值于设计值进行了对比分析，并提出了今后的优化方向。

2 部分硫磺装置尾气脱硫系统运行情况分析

2.1 金陵石化Ⅲ号、Ⅳ号硫磺装置尾气脱硫系统运行分析

金陵石化Ⅲ及IV号硫磺装置脱硫系统设计值/操作值如表1。

图1 LK-EGC双循环脱硫技术基本原理及主要控制参数

从表1看出，Ⅳ号硫磺装置排水量不足，进料硫含量也3.5倍于设计值，并采用新鲜水作为工艺补水[3]；Ⅳ号硫磺装置在运行1年后出现系统压降增大的现象，经检修后发现系统出现结构堵塞，分析污垢的主要成分为SO3、CaO、Al2O3、SiO2。

表1 金陵石化Ⅲ号、Ⅳ号硫磺装置主要运行参数一览表

对于结垢原因，我们进行了影响因素分析：多重因素导致了Ⅳ硫磺脱硫系统盐浓度高，进而推高了系统中SO32-浓度，浓缩比达14.8使Ca2+等离子浓度进一步浓缩，而CaSO3难溶于水最终沉淀结垢；Ⅳ号硫磺车间采取补加除盐水等整改措施后操作趋于稳定[3]；某些其他工艺钠碱法脱硫装置也有出现盐浓度过高导致系统堵塞的情况发生[4]；因此脱硫系统由于对应硫磺装置操作波动大，水质及各项操作参数会引起系统堵塞影响生产。详见表2。

表2 Ⅳ硫磺装置结垢影响因素分析

按表3分析，Ⅲ号硫磺装置与Ⅳ号硫磺装置采用了同样的工艺水、同样较大的烟气硫含量及类似的运行考核系统，但由于具体操作中的排水量、补水量、换热系统及较低的操作温度各种因素综合起来，实际运行中Ⅲ号硫磺尾气脱硫部分操作平稳，装置稳定运行。

表3 Ⅲ硫磺装置对比运行分析

2.2 洛阳石化4+4万吨硫磺尾气达标排放系统运行分析

洛阳石化4+4万吨硫磺装置的提标治理项目于2019年6月底开车成功投入运行。

运行时外排废水一度出现发绿现象，经采样分析发现氨氮质量浓度高达2542mg/L，pH值9.0，分析认为在高pH值条件下，上游硫磺装置操作波动带来的未反应氨与脱硫系统管道、管件（阀门、垫片等）中的镍氧化物发生络合反应导致含盐废水颜色呈现蓝绿色：

经过调整降低pH值到8，同时稳定焚烧炉、转化炉操作后，氨氮降至ρ＜0.05mg/L，外排污水颜色恢复正常。

2.3 兰州石化3万吨硫磺装置尾气达标排放系统

兰州石化3万t/a硫磺装置尾气脱硫系统2019年11月开车成功后投入运行。

由于装置规模较小，部分操作例如补水、排水、pH控制（补碱）等操作均采用了间歇操作；本项目塔操作温度曾异常升高至66℃，分析认为进料烟气水蒸气含量较高超过20%（设计值10%），导致烟气饱和温度高于60℃，蒸发潜热带来的降温效应减弱致使操作温度进一步提高，车间经检修发现焚烧炉炉管出现破裂导致蒸汽泄漏；经过检修后脱硫系统温度恢复正常。

3 总结

硫磺装置操作波动导致脱硫系统设计参数往往与实际运行参数不一至影响运行，综合汇总分析如下：

1）装置实际运行负荷波动范围超出设计负荷范围50%～110%，对脱硫系统稳定操作带来了挑战。

2）烟气温度及烟气水蒸气含量波动范围超出设计值，带来的结果是脱硫系统操作温度也在较大范围内波动，水耗难以稳定控制。

3）多数装置基于预算考虑没有在进料线上设置硫分析仪造成无法实时监控来料烟气组成并及时调整操作参数，造成操作滞后、被动。

4）部分装置用新鲜水作为补水，长期运行造成了脱硫系统堵塞，加大了车间的工作强度。

4 脱硫工艺优化前景

对国内部分其他同类脱硫装置进行考察后，部分采用其他钠碱法脱硫技术的装置也遇到了例如系统堵塞、烟气外排温度低等状况[4]，分析认为今后采用钠碱法脱硫工艺的优化改进应集中在在以下几个方面：

1）在线分析烟气流量及硫含量，根据来料烟气硫含量设定系统pH值处于合理范围，减少碱耗。

2）根据烟气水蒸气含量，优化系统操作温度，确保外排盐浓度的前提下尽量降低水耗。

3）根据硫磺装置对应的酸性气来源点进行精确分析，确保全厂酸性气调度平衡，稳定对应硫磺装置的操作负荷，以确保脱硫系统稳定运行。

4）选用高效低压降换热器，降低烟气入塔温度，减少水耗量，并提高进入烟囱外排烟气温度以消除白烟。