硫磺回收装置低负荷启动的探讨与实践

杨丽娜 （内蒙古大唐国际克什克腾煤制天然气有限责任公司，内蒙古 赤峰 025350）

李铁军（ 山东三维石化工程股份有限公司 山东 淄博 255000）

煤化工生产中，煤中的硫以硫化氢的形式被分离，送到硫磺回收装置进行处理，最后以固体或液体硫磺的形式储存、运输以及销售。煤化工装置满负荷运行时所产生的硫化氢可以顺利的被处理，但是开、停工期间由于上游装置的负荷变化造成硫磺回收装置的原料——硫化氢的量低于硫磺回收装置的设计操作范围，导致绝大部分硫化氢在开工初期排放火炬，对周围环境造成巨大的污染。随着国家逐步加强对污染物二氧化硫排放的控制，硫磺回收装置的低负荷启动问题不得不提到议事日程上来。如何降低硫磺回收装置的启动负荷，实现硫磺回收装置的全方位运行将大大减少污染物的排放，给予企业保驾护航。

1 硫磺回收工艺描述

在化工企业中一般均采用工艺路线成熟的高温热反应和两级催化反应的Claus硫回收工艺，根据酸性气中H2S含量不同，通常采用部分燃烧法和分流法，酸性气浓度较高时采用的是部分燃烧法，此法是将全部原料气引入制硫燃烧炉，在炉中按制硫所需的O2量严格控制配风比,使H2S燃烧后生成SO2的量满足H2S/SO2接近于2,H2S与SO2在炉发生高温反应生成气态硫磺。未完全反应的H2S和SO2再经过转化器，在催化剂的作用下，进一步完成制硫过程。对于含有少量烃类的原料气用部分燃烧法可将烃类完全燃烧为CO2和H2O，使产品硫磺的质量得到保证。部分燃烧法工艺成熟可靠，操作控制简单，能耗低，是目前国内外广泛采用的制硫方法。

从硫磺回收部分排出的制硫尾气,仍含有少量的H2S、SO2、COS、Sx等有害物质，直接焚烧后排放达不到国家规定的环保要求。硫磺回收尾气处理方法主要有低温克劳斯法、选择氧化法、还原吸收法。根据国家环保局1997年开始实施的排放标准《大气污染物综合排放标准》GB16297-1996的规定，除要求烟囱的排放高度和SO2的排放量的关系外，还限制SO2最高排放浓度为960mg/m3，这就要求硫磺回收率达到99.8%以上，尾气氨法脱硫可以满足要求。

由尾气焚烧炉出来的烟气通过原烟气挡板门进入多功能烟气脱硫塔浓缩段，蒸发浓缩硫酸铵溶液，烟气温度降至大约60℃，再进入吸收段，与吸收液反应，其中的SO2大部分被脱除，其他酸性气体（HCl、HF）在脱硫塔内也同时被脱除掉，烟气温度被进一步降至43-50℃左右，吸收后的净烟气经除雾器除雾，由脱硫塔烟囱直接排放，烟气可达到小于200mg/m3。

2 硫磺回收装置的操作弹性

从硫磺回收及尾气处理工艺路线上我们可以清晰的看到制约硫磺回收装置操作弹性底限的关键因素在于制硫燃烧炉的反应热。制硫炉内部的反应热作为主要能源必须能够支撑整个克劳斯反应的连续进行，否则就会造成卡劳斯反应的终止。也就是说，此时达到了装置操作运行的底线。针对硫磺回收装置来说，装置操作运行的底限不能简单的以硫化氢的量来判断，而应该以原料燃烧产生的热量多少来决定。

整个系统的能量输出包括以下几个方面：

2.1 系统设备的表面热量散失。

为保证克劳斯工艺的正常运作，必须保证制硫燃烧炉的温度在975℃以上以及两台转化器的温度保持在适当的温度。前者的目的在于确保制硫燃烧炉的燃烧效率以及最低的残氧量，后者主要是保证克劳斯反应的顺利进行。由此产生的相应设备热损失就不可避免。设备热损失能够占到整体反应热的5-8%。

2.2 工艺过程中必要的能量流动。

为保证该得硫磺转化率，应保证制硫燃烧炉在高温运行，而两级转化反应则尽量降低反应温度，有利于硫化氢与氧气的反应向反应方程式右侧进行，因此，克劳斯工艺中需要利用硫冷凝器在适当的时机通过换热取走反应热量，同时捕集截流反应中生成的液态硫磺。此过程也消耗整个克劳斯工艺的热量。

这两项能量的输出是不可避免的，而且由于工艺条件决定了相应设备的工艺指标温度，因此装置的热损耗相对来说是固定的。因此，制约硫磺回收装置操作运行的底限在于原料的焓值。

3 寻求低负荷启动的措施

方案的确定

增加硫磺回收装置原料焓值的方法包括如下方案：

3.1 整体提高原料以及空气的温度。

3.2 混掺高焓值组分进入原料内部，从而提高原料的焓值。

整体提高硫磺回收装置的原料需要增加换热设施，同时也需要消耗高品质的能源，而且提高原料温度的方法实际上增加了物料的显热，成效有限。

混掺高焓值组分可以大幅度提高原料的焓值，确保装置在低负荷情况下启动运行，而且调节方便，操作性高，是一个相对高效的方法。

混掺组分的确定

硫磺回收及尾气处理工艺需要的公用工程中包含氢气、燃料气，在不增加额外公用工程条件的前提下，达到混掺高焓值组分的目的将极大的增加硫磺回收工艺的可操作性。

两种介质的拌烧硬挨说各有优缺点。氢气属于洁净能源，燃烧不生成任何杂质，对硫磺回收装置的产品质量无任何影响，属于混掺组分最佳的选择。缺点是价格相对昂贵。

燃料气价格相对低廉，但是混烧存在一定的风险，对燃烧器的要求相对比较高，操控不好极易出现析碳的情况，引起系统的堵塞。

综上分析，如果仅仅作为开、停工期间阶段性的辅助手段，氢气作为拌烧介质最为合适。

4 结语

利用硫磺回收装置原有工艺物料——氢气作为装置低负荷运行的混烧介质，不仅极大的提高了装置低负荷运行的可靠性，极大地降低了开工期间对环境的污染，而且对原有工艺和产品不会产生任何影响，对于化工企业逐步实现清洁生产具有重要的意义。