南棋棋
中石油云南石化有限公司 云南 安宁 650300
摘要：硫磺回收装置是现代炼油厂重要装置，该装置的主要应用价值是促进清洁燃料使用。本文对硫磺回收装置进行了简要工艺分析，重点探讨了优化装置设计以提升其环保适应性的方法。
关键词：环保适应性；生产技术；清洁燃料；硫磺回收装置；尾气处理
前言：在硫磺回收装置使用时需要处理尾气，经过处理后排放的尾气中含有一定二氧化硫。根据环保要求，二氧化硫排放应控制在限定浓度范围内。虽然可以通过操作优化进行排放控制，降低二氧化硫浓度，但仍超过限定标准。在硫磺回收环节装设尾气处理装置，改善处理工艺，可有效提升硫回收率。
1工艺分析
在装置优化中需要应用酸水汽提与尾气处理工艺，科学选用催化剂，分析装置应用现状，进而进行装置优化改造。汽提处理中可选择单塔和双塔工艺，后者应用加压汽提手段，前者分为常压和加压两种汽提手段。处理尾气时，还原吸收、选择性催化氧化、低温克劳斯为常见处理手段。在使用催化剂时，可选择尾气加氢和硫磺回收等催化剂类型。
2装置优化方法
2.1硫回收环节改造
硫磺回收与酸水汽提是硫磺回收的两个核心部分，应用克劳斯工艺进行硫磺直流法回收年产量可达5千吨。克劳斯法应用时是使用焚烧炉焚烧尾气后排空，工艺精度有较大提升空间，在实际生产中可回收94.5%硫。因此，尾气含有过量二氧化硫，不符合环保要求。根据环保标准，既有污染源排放浓度应不高于1.2g/m3，新污染源应控制在0.96g/m3之内。基于该指标要求，硫磺回收装应保证硫回收率＞99.5%[1]。
通过Aspen Plus软件应用，模拟硫磺回收过程，分析硫磺回收环节关键设备运行情况。经过能量和物料守恒分析，得出模拟数据。根据实际应用信息评价模拟流程可靠性，对照分析显示模拟流程具有科学性，可依据模拟流程数据调整工艺参数，促进工艺优化。应用该软件观察冷凝器系统中不同级别部件硫磺产量变化，分析硫磺产量与炉温以及空气进气量的相关性，经过分析显示，燃烧炉工作时其炉温范围是（1000~1400）℃，炉中硫含量、硫磺总产量与炉温正相关，而一二级反应器硫生成量与之负相关。研究显示，当H2S与SO2摩尔比比值为2:1时，空气进气量可达到最优状态，总硫磺量达到峰值。在优化设计前，硫磺总回收量约850kg/h。研究分析显示，炉温达到1350℃状态，空气进气量应是86kmol/hr左右，此时对反应器进行出口温度测温，一级反应器约300℃，二级反应器约230℃。在此种条件下，硫磺总回收量约860kg/h[2]。
2.2尾气处理环节改造
进行此改造时，根据最终尾气排放预期，首先模拟SSR尾气处理过程，再进行硫回收总概率分析，即对尾气处理中硫回收情况和硫磺回收情况进行计算。在Aspen Plus软件中模拟尾气处理过程，在REQUIL模块中模拟加氢反应器，在ABSBR1模块中创建模拟吸收塔。在吸收塔中是通过化学反应进行MRDA溶液吸收，其反应过程中分子、离子是重要参与因子，可采用ELECNRTL进行物性尾气净化段设置。
物料守恒方面，需要进行物料衡算的两个部分是吸收塔和加氢反应器。采用克劳斯法对尾气进行处理时，尾气经过冷凝分离液硫处理，在焚烧炉中经过烟气换热处理，通过加氢反应器催化作用，氢气和硫化氢以外的硫化物经过化学反应后产出硫化氢。冷却塔对反应后气体进行降温处理，由吸收塔接受降温后气体。受上述过程影响，克劳斯尾气、氢气二者质量流量共同构成加氢反应器在进口部位的物料质量流量。相关研究显示，在加氢反应器中，进出口物料具有一致的物料质量流量，处于物料守恒状态。在吸收塔中，气体经过加氢反应后抵达冷却塔，经过冷却的气体抵达吸收塔，吸收塔中MEDA溶液对气体所含硫化氢进行吸收，此过程中水、二氧化碳经过反应，碳酸氢根与氢离子由此生成，气体经过反应处理后被抽离塔顶，溶液发生反应后在再生塔内再生。MEDA溶液、加氢反应尾气两者质量流量总流量即吸收塔进口部位物料质量流量，而经过反应的溶液和从吸收塔中排出气体总体质量流量和出口物料一致。因此，吸收塔也具有物料守恒要求。
能量守恒方面，加氢反应器进行加氢还原过程时，以二氧化硫为主的含硫化合物受到加氢催化剂影响，生成硫化氢。在发生加氢反应时，加氢反应器将部分热量吸收以维持反应平衡，此过程对温度有特定要求。吸收塔反应过程是利用MEDA溶液吸收硫化氢和部分二氧化碳。气体被吸收后，经由塔顶排出，然后进入焚烧炉，经过焚烧再进入大气。而溶液被再生塔再生处理。在此过程中，溶液吸收气体的成效影响因素是压力和温度，为促进二氧化碳被溶液有效吸收，应合理提高温度。在此过程中，吸收塔以正值变化状态进行总能量值进出变化。
2.3加氢反应器优化
硫磺回收中，关键设备之一是反应器。反应效率取决于流体通过反应器时停留时间以及浓度和温度状态。在设计加氢反应器时，结构尺寸和工艺流程彼此密切相关。在硫磺回收装置中加设尾气处理装置可增强应用环保适应性。在尾气处理装置中应重点优化设计加氢反应器结构，并科学选用催化剂。
选择加氢反应器时，可选择列管式固定床模式的加氢反应器，催化剂选用固体颗粒型号，在使用时充分填装催化剂，并在管外使用换热介质。选择此种工艺是因为固定床盛装催化剂后，催化剂颗粒无法自由移动，在压降约束，流体流速被限制在较低范围。应用此催化剂时应保证催化剂颗粒尺寸较大。颗粒过小时，会降低床层、反应器壁以及床内传热性能，导致温度控制困难。
选用催化剂时CT6-5B是优质选择，其技术指标较好，应用性能较符合要求。在现有装置中，也可选用CT6-5作为装置催化剂，该催化剂的优点是活性较高，其局限性为机械强度弱，且较易发生磨损，与CT6-5B相比后者综合性能较好。利用该催化剂进行加氢反应，科学设计反应器客体，催化剂填充量可控制为2.76m3，填充0.86m。此外，也可对酸水汽提过程加以优化。在此优化中，重点进行工艺参数优化。监控净化水氨含量，当其含量过高时，对热进料和冷进料的比例进行下调，也可提高侧线抽出量，以此减少氨含量。
结论：综上所述，现有硫磺回收装置低于应用环保要求，为优化其环保适应性，应全面了解硫磺回收相关工艺，并对回收装置进行优化设计。利用Aspen Plus软件等改善硫回收装置，提升尾气回收效果，并对加氢反应器进行优化设计，科学选择与装置适配的高性能催化剂，可提升装置环保适应性。
参考文献：
[1]周迪. 硫磺回收装置的分析、设计与优化[D].上海应用技术大学,2019.
[2]陈武,李春亮,刘汝超,万昌财,杨政海,包顺宗.直接选择氧化硫回收工艺运行优化设计探讨[J].化工管理,2019(13):205-206.