硫回收装置中比值分析仪存在的问题和解决方法

陈怡，庄际，袁文章

(中石化南化集团研究院，南京 210048)

硫回收装置中比值分析仪存在的问题和解决方法

陈怡，庄际，袁文章

(中石化南化集团研究院，南京 210048)

总结了硫回收装置中H2S/SO2比值分析仪使用中存在的问题，结合硫回收装置的工艺特点，采用差温防硫与防水系统消除饱和Sn和水蒸气的冷凝析出，并在测量系统中设置了气关切断调和零气吹扫阀来增强测量系统除Sn和水蒸气的能力。并对H2S/SO2比值分析仪投运后的数据与装置工艺状态之间的关系进行了分析，根据数据分析设备工艺状态，并进行相关的工艺调节。改进后的H2S/SO2比值分析仪已在中石化企业中投运三年以上，取得了满意的结果。

H2S/SO2比值分析仪 煤化工 硫回收装置

随着国家对环保法规的严格落实和煤化工装置规模的不断扩大，硫回收装置在煤化工领域的作用愈来愈重要。硫回收克劳斯(Claus)工艺要求控制H2S和SO2的比值为 2∶1， 从而达到理想的硫磺收率，减少废气排放。目前煤化工中比值分析仪的使用均不理想，文中以UV-II型比值分析仪为例说明存在的问题及解决方法。

1 硫回收装置比值分析仪简介

利用朗伯-比尔定律选定吸收能力较强的紫外波长作为测量波长来分析气体中SO2，H2S和S的体积分数，同时选择吸收能力最弱的紫外波长作为参比波长，并通过模型计算尽量消除S对H2S和SO2比值的测量干扰。

比值分析仪使用中存在的问题： 对样气工艺条件认识不足，导致取样系统不稳定；S组分对 H2S 和SO2测量的干扰。

国内有多家分析仪器供应商试图解决硫回收比值分析问题，但其中大多数将重点放在H2S和SO2的测量上，没有针对测量过程中S和水对测量仪器和测量过程的影响采取有效的措施，在硫回收装置的尾气管路中伴随着H2S和SO2，还有大量的饱和硫蒸气(Sn)和水蒸气，该Sn和水蒸气随取样气流进入分析仪后在分析传感器和管道中冷凝、析出，使管道堵塞造成传感器失灵。因此，在解决硫回收装置的比值分析时，必须将取样防硫和水析出与分析测量结合起来。

1.1简单高效的光学系统

光学系统采用了单光束、单通道结构，如图1所示。单池、单光路的光路流程： 频闪光源发出的光经透镜变成平行光，经过测量池吸收后到达滤光片，将光束变成4路需要检测的光。光电检测器将测量与参比脉冲光束转换成测量与参比电脉冲信号，同步开关将4路电信号输入到下一级电子线路进行处理，最后输出一个与体积分数成线性的标准信号。该形式的光学系统结构简单、体积小，可以适用于防硫和水析出的高温测量系统。

图1 分析仪光学原理

1.2差温防硫与防水系统

样气由取样管从工艺管道中抽取，取样管通过一只蒸汽夹套球阀与工艺管道隔离。样气使用抽气泵作为动力，经取样管、除硫器、测量池，再返回到工艺管道中。恒温箱电加热维持恒温(额定145℃)。 除硫器将样气温度从145℃降低到129℃， 样气中的饱和Sn冷凝为液态硫，流回工艺管道。除硫器的控温由比例阀完成，它将冷却气体注入到包含有很多导热片的除雾器的周围，使除雾器的温度控制在129℃，除硫器中样气的温度以及测量池温度可由铂电阻温度传感器测量。测量池压力数据可通过压力传感器输入到PLC控制器中，测量后的样气通过抽气泵返回到管道中。分析仪可通过关闭样气进口阀和样气返回阀的方式实现与工艺管道完全隔离。

测量样气通过除硫器后，保证测量样气中Sn和水蒸气为不饱和状态，使测量样气在通过测量池和喷射抽气泵时不易产生S和水蒸气析出，从而使紫外光学测量系统能稳定运行。

1.3“测量”和“吹扫”的循环工作方式

通过以上措施基本能解决饱和Sn和水蒸气冷凝、析出，但尚不能确保意外发生，为了解决偶然发生的饱和Sn和水蒸气冷凝、析出，还必须使测量系统具有一定的自动除Sn、除水蒸气的能力。为此在测量系统中设置了气关切断阀和零气吹扫阀，通过2阀的组合构成分析仪的间隙工作方式，即仪器可以工作在“测量”和“吹扫”两个状态；当仪器处于“测量”状态时样气通过光学分析系统；当仪器处于“吹扫”状态时热空气通过光学分析系统，该热空气可以吹除少量的在测量时可能析出的Sn和水蒸气，确保紫外光学测量系统能稳定运行。

由于间隙工作方式带来了信号不连续问题，因而可通过“吹扫”工作状态的时间长短和输出信号保持器组合来解决该问题。

1.4S组分对H2S和SO2测量的干扰

硫回收装置中的含H2S气体主要来源于干气脱硫、液态烃脱硫和含硫污水汽提装置。原料气中除H2S 外，还有大量的烃类物质，在工艺控制正常的情况下，烃类燃烧完全，尾气中主要为水蒸气，H2S，SO2及Sn，其中Sn可能是影响仪器测量的主要干扰因素。

另外少量CS2在280nm测量波长时吸光度约为SO2的0.5%，在228nm测量波长时吸光度约为H2S的1%，因而CS2的干扰可以忽略不计。COS在280nm时没有吸收，但在228nm的吸光度为H2S的50%左右，COS的体积分数很小且稳定，可以通过调零来去掉COS的干扰。

Sn对H2S和SO2两者的影响比较大,所以对Sn进行检测，以补偿对两者的影响。不同组分对吸光度的影响如图2所示。

从图2中可以看出，所有的组分在远紫外区，都有很强的吸收，相互干扰严重，不利于测量。H2S在240nm以下有很强的吸收，260nm以后几乎不吸收，因而测量波长宜选用240nm以下。SO2除了在240nm以下有强吸收外，在280nm还有一个强吸收峰，所以选280nm左右作为测量波，以避免H2S的干扰；S对SO2和H2S都有强烈干扰，必须加以补偿。CS2对SO2和H2S的干扰可以忽略不计；COS的体积分数很少，可以不考虑。

图2 S，H2S，SO2和其他组分的吸光度关系

通过以上分析可知，分析仪由取样管、除硫器、恒温箱、测量池、抽气泵、灯箱(含PLC控制系统)、检测箱等部分组成，这些部件安装在有正压保护的防爆箱体中，整体结构如图3所示。

图3 仪器组成示意

2 现场使用情况

UV-II型H2S/SO2比值分析仪对某化工厂硫回收Claus装置燃烧炉出口气体进行了在线测量。分析仪安装于二段反应器的硫冷凝器后，尾气焚烧炉前的带蒸汽加套工艺管道上。自投运以来，运行1年期间取样管线除仪表正常的自动吹扫外，无人工清理，也无S积聚的迹象，仪器运行正常，证明了该分析仪在除硫设计和“wSn—wH2S—wSO2”模型设计是可以信赖的，也说明分析仪各方面设计是可行的。分析仪投运后的部分运行数据如图4所示。

图4 分析仪投运后的部分运行曲线

从图4可以看到随时间的变化，wH2S和wSO2变化相反，因为在Claus反应中，SO2是由H2S部分燃烧产生的，通过控制加入的空气量可以控制SO2的产生比例，在原料气体积分数一定和生产工艺稳定条件下，SO2生成量的增长必然带来H2S剩余量的减少，反之亦然。故在硫回收Claus中改变配风量的大小时，出现wH2S增长、wSO2减少和wSO2增长、wH2S减少的现象，但原料气体积分数变化或工艺条件变化也可能看到非此类变化。

笔者对尾气中wH2S和wSO2的测量值与分析值进行对比，结果见表1所列。

表1 测定数据对比

从表1可以看出：wH2S最大绝对误差为 -0.09%， 以wH2S测量量程为2%计算，其最大相对误差为-4.5%；wSO2最大绝对误差为0.05%，以wSO2测量量程为1%计算，则其最大相对误差为5%，误差均在5%以内，符合仪器设计要求。在取样时因为不能保证完全除去水分而增加了分析误差，所以为了保证数据的有效性，在取样时必须严格用CaCl2进行脱水处理。

3 结束语

与天然气和炼油领域硫回收装置不同，煤化工领域硫回收装置具有规模偏小、酸性气体积分数偏低、波动大、组分复杂等特点。从某化工厂硫回收现场的应用结果来看，UV-II型H2S/SO2比值分析仪满足了生产工艺流程的要求，实现了生产流程的在线测量。该仪表及时反映了生产过程的变化，起到了指导生产、稳定工艺、减少尾气排放的作用。同时，仪表国产化后，不仅可以大幅降低仪表成本，而且还为用户提供更为可靠、直接的售后服务工作，对在煤化工领域推广H2S/SO2比值分析仪具有积极意义。

[1] 茅骐.成分分析仪在硫磺回收装置上的选用[J].硫磷设计与粉体工程，2004(01)： 44-46．

[2] 佟新宇.硫磺装置硫比值分析仪的在线分析及应用控制[J].自动化仪表,2009,30(01)： 23-27．

[3] 李菁菁.硫回收及尾气处理[J].炼油设计，1999，8(29)： 36-42．

[4] 杨嘉玲.紫外H2S/SO2比例分析调节系统在渣油制氨装置上的应用[J].化工自动化及仪表，1987，14(04)： 45-48,10．

[5] 祝强.硫磺回收工艺中H2S/SO2的工业色谱仪在线分析[J].石油化工环境保护，1996(01)： 60-63．

[6] 陈怡，袁文章，庄际，等．H2S/SO2比值分析仪的应用[J]．石油化工自动化，2010,46(01)： 57-58．

[7] 李为民，符表灵，黄汉荣．880NSL比值分析仪在制硫装置上的应用[J]．世界仪表自动化，2003(06)： 54-55．

[8] 任标，林丽梅，胡超．垫江分厂C1insulf—SDP硫磺回收装置尾气H2S，SO2分析方法探讨[J].石油与天然气化工，2006，35(02)： 149-150,153．

[9] CARDIS T M． Discret Sampling Approach for the H2S/SO2Analysis in Sulfur Recovery Plants[J]． Process Control and Quality， 1994， 6(02-03)： 109-113．

[10] SALTZMAN R S， HUNT E B． Photometric Analyzer System for Monitoring and Control of the H2S/SO2Ratio in Sulfur Recovery Plants[J]． ISA Transactions， 1973， 12(02)： 103-107．

日东工业与河村电器开展海外业务合作

近期，日东工业株式会社与河村电器产业株式会社就海外事业展开合作召开了新闻发布会。双方已于2013年2月25日在日本缔结了6项包括海外子公司(主要包括中国、泰国)的海外事业业务合作协约，并在当天举行了签约仪式。其业务合作的主要范围：

1) 产品的相互供给。对于海外市场，双方互相提供日本以及海外的产品。

2) 产品的相互委托生产。实施面向海外的OEM，ODM的相互委托生产(中国工厂以及日本工厂)。

3) 面向海外市场产品的共同研发。对于面向海外的产品，通过活用双方的研发职能，促进共同的研发工作。

4) 对于客户的共同提案。对于海外市场的客户，利用双方的现有产品，进行共同的提案活动。

5) 共同采购。双方在海外生产活动中必要的原材料、素材和设备等实施共同采购。

6) 设备的相互利用。双方的生产设备、试验设备的相互利用要通过个别协议实施。

日东工业与河村电器的业务合作将在以中国为中心的亚洲地区积极开展业务活动，充分发挥双方的技术优势，创造更多满足海外市场需求的新产品。

日东工业株式会社会长加藤时夫、海外本部副本部长加藤泰，日东工业(中国)有限公司营业本部长知崎喜之、副总经理兼销售总监李思林，河村电器产业株式会社副社长水野一隆，河村电器(中国)有限公司总经理工藤英治、管理部长稲垣真治共同出席了新闻发布会。(日东工业(中国)有限公司)

稿件收到日期： 2013-01-17。

陈怡，男，浙江绍兴人，1984年毕业于浙江大学化工自动化专业，获学士学位，现就职于中石化南化集团研究院，从事在线分析仪器开发工作，任高级工程师。

TH744

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1007-7324(2013)03-0068-03