物理式升温扫硫系统在克劳斯硫黄回收装置中的应用

2022-06-13蔡建

氮肥与合成气 2022年5期

蔡建

(河南龙宇煤化工有限公司，河南永城 476600)

河南龙宇煤化工有限公司克劳斯硫黄回收装置采用江苏晟宜环保科技有限公司的“C-C二段法”延伸工艺。该工艺在扫硫和升温过程中因燃料气的不完全燃烧，会产生单质碳及高分子化合物等有害物质，一旦其和单质硫混合，会使单质硫熔点升高，极易造成液硫管线堵塞，最终系统因压力升高被迫停车。同时，这些有害物质会使催化剂活性下降，产生一系列问题，给装置长周期安全稳定运行带来隐患。

1 工艺流程

来自低温甲醇洗工序的酸性气，经过酸性气分离器去除液体(正常工况下无液体)，再经酸气预热器加热至200 ℃后分别进入酸气燃烧炉主烧嘴和酸气燃烧炉主燃烧室。其中，进入酸气燃烧炉主烧嘴的酸性气按一定比例配入氧气混合燃烧，并与炉内另一股酸性气发生克劳斯反应，反应式如下：

(1)

(2)

出炉后的高温气体由废热锅炉产0.5 MPa的蒸汽降温至170 ℃，并在此分离出液硫。从废热锅炉出来的气体经过1#再热器升温至230 ℃后进入一级反应器进行催化反应，反应器内装填钛基催化剂。反应器中主要的化学反应式如下：

(3)

(4)

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反应后的气体进入第一硫冷凝器后，降温至155 ℃回收硫黄，脱硫黄后的气体预热至190 ℃进入还原反应器进行还原反应，主要化学反应式为：

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反应后的气体进入硫冷凝器降温至170 ℃回收硫黄。原料气在燃烧炉燃烧反应产生的氢气，能够满足催化还原反应的需要，无需其它氢源。

通过H2S/SO2在线比值分析仪分析过程气体硫化氢浓度，配入空气混合后进入2#再热器，加热到220 ℃左右时进入二级反应器进行二段反应。反应器内装填钛基催化剂，在反应器中主要的化学反应式为：

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反应产生的热量由反应器内置的水冷系统通过汽包产2.5 MPa 蒸汽将其移出。反应气出反应器后继续进入硫冷凝器冷凝出气体中的硫，再进入硫分离器，出分离器的气体进入尾气焚烧炉进行焚烧，将气体中的硫化物转化成二氧化硫，气体经余热回收(可产低压蒸汽)降温后送入锅炉烟气脱硫系统高空排放。所有冷凝分离下来的液体硫黄，先流入液硫封再流入液硫池，通过液硫泵将液硫送至硫黄造粒机、硫黄包装机进行造粒包装。

2 存在的问题

在生产过程中，煤制甲醇克劳斯硫回收装置在每次引气前需进行催化剂升温。目前，国内均采用燃烧炉燃烧升温烟气的方法，其升温过程发生的主要化学反应如下：

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上述反应均为吸热反应，在催化剂进行升温或扫硫过程中，引起以下问题：

(1) 存在氢气泄漏隐患，可能引发着火甚至爆炸。

(2) 存在一氧化碳泄漏可能，中毒严重时可能引发着火甚至爆炸。

(3) 升温过程会生成水，催化剂低温阶段遇到液体水会损坏其活性；高温阶段遇到气态水，会对硫化氢装置形成亚硫酸腐蚀，缩短设备管线的使用寿命。

(4) 升温中因使用燃料燃烧系统，当氧含量控制不当时，会导致催化剂中硫离子氧化温度波动较大，出现超温现象。此时，整个扫硫过程的操作难度增加，容易引发安全事故。

3 氮气升温及扫硫工艺说明

通过实际研究，提供了一种煤制甲醇克劳斯硫回收装置升温催化剂的方法。

3.1 催化剂升温

首先对硫回收和氮气升温系统进行置换。硫回收催化剂升温，当可燃气体体积分数小于0.05%时，置换结束。

采用氮气加热器，以30～40 K/h的升温速度对催化剂床层进行升温。当催化剂床层入口温度升至80±10 ℃时，恒温2 h脱除物理吸附水；当催化剂床层入口温度升至120±10 ℃时，恒温2 h拉平脱出催化剂化学水；当催化剂床层温度升至210±10 ℃时，恒温2 h拉平催化剂床层温度后，升温结束，立即投入酸性气转入正常生产。

3．2 催化剂氮气扫硫

当装置工况因异常需要停工时，反应器催化剂切气中保温，隔离酸气、空气后，打开氮气管线阀开始扫硫，当氮气的体积流量为800 m3/h时，逐渐使催化剂表面集聚的硫通过气体带出，同时控制冷凝器出口压力为0.4 MPa，保证带出来硫黄形成液态(温度为120～160 ℃)。系统压力升高时，通过去尾气管线阀进行控制。

控制反应器入口加热器温度，通过中压蒸汽加热，保证催化剂床层的入口温度为150 ℃、床层温度为150 ℃时，开始进行扫硫。此时定时(每隔1 h)分析床层出口硫化氢中硫含量，维持床层出口硫化氢中硫体积分数逐渐降低至0.01%以下。当硫黄冷却器导淋回收排放中没有液硫流出时，氮气扫硫结束。

没有硫黄排出后，将150～200 ℃催化剂床层温度逐渐降低至130 ℃，使硫化氢中硫体积分数小于0.01%；当硫冷却器全部导淋、分离器、尾气管线回收排放中没有液硫出来时，氮气扫硫保持4 h恒温，恒温扫硫后结束。克劳斯硫回收装置氮气升温及扫硫工艺流程见图1。