二硫化碳生产中硫回收装置换热器设计体会

李梦然

（天津渤化工程有限公司，天津300193）

我国是二硫化碳生产量和消费量最大的国家。作为国家重点鼓励的绿色环保产业发展项目，天然气资源综合利用水平高，同时符合国家发展资源节约型产业的政策导向。二硫化碳具有多种用途，主要是制造黏胶纤维、玻璃纸的原材料，还可以作为生产各种精细化工产品的助剂、溶剂、促进剂、传递剂、脱膜剂等用途，也可用作钴钼变换催化剂等的硫化剂，二硫化碳还可以直接用作杀虫剂及谷物熏蒸剂，在造纸行业用作纸张添加剂，使纸张强度提高，也用于生产四氯化碳、农药杀菌。因此，二硫化碳是重要的无机化工原料之一。二硫化碳生产其中的硫回收装置是回收硫磺的重要装置，硫磺回收率高，节约原料成本，提高企业利润。回收硫磺使用的换热器设备是非常关键设备[1]。

1 二硫化碳生产中硫回收装置工艺流程说明

目前主要采用先进成熟天然气法生产二硫化碳工艺技术。该法是将天然气和硫磺经加热炉预热后进入反应器中，于600～700℃进行放热反应，反应可以有催化剂，也可以无催化剂，所得产物经分离、精制得成品二硫化碳，对于过剩的硫化氢气体可以用克劳斯法回收转化为液硫，克劳斯炉灼烧温度500℃，硫裂解为吸热过程，含硫的高温气体需冷凝降温后的过程气通过进入一级、二级、三级、四级换热器，获得高转化率和高纯度的液硫，直接用于生产原料，循环使用。回收硫后的不凝性尾气进入灼烧炉进行灼烧，产生少量二氧化硫尾气经治理达到国家排放标准排放。生产过程所产生的余热蒸汽再用于二硫化碳装置生产使用[2]。

液硫回收反应式如下：

硫回收装置中串联使用四套换热器，将反应产生的气相硫全部冷凝成液相硫，冷凝下的液硫作为原料循环使用。因此，四套冷凝器是该装置的关键设备。

2 硫回收装置使用的换热器规格(见表1)

该工程中特别是一级冷凝器壳程与管程温差约217℃，壳体与管壁的温差较大，壳体和管壁温差t≥50℃时经计算有可能须在壳体上设置膨胀节，尤其是壳体与管壁的高温差使管板与管头之间易产生温差应力而损坏。

表1 硫回收装置中选用的换热器

因此如何有效降低管板与管头之间产生的温差应力，提高设备使用寿命，降低设备造价，对换热器结构应采取防护措施。

3 减少换热器热应力的措施

2013 年第19 号工业和信息化部公告《二硫化碳行业准入条件》，其中对“规模、工艺、装备及质量”提出具体要求，也在能源消耗、环境保护、安全、消防及职业卫生等方面达到标准。二硫化碳生产规模的提高，使换热器运行能力也要相应提高，这就要求我们在工程实际上满足生产规模的情况下就要采取换热器的热防护措施。

3.1 高温侧壳体的热防护

在高温管箱中采用耐热混凝土材料作防护衬里，管箱可以采用碳钢材质，解决碳钢不耐高温的问题，节省了设备造价。

3.2 采用平板折边管板

采用平板折边管板（20mm） 比普通管板（50mm）要薄，在满足压力操作条件一定的情况下，管板越薄越好，因为薄管板沿板厚的温度梯度越小，自身温差应力就越小。平板折边管板同时具有挠性，无特殊加工要求，要求R 值取折边管板厚度2.5～4 倍。

3.3 高温侧管段的热防护

在高温侧管子进口端插入一段保护套管（楔管），有利于高温气体直接进入浸泡在汽水混合物中的管子，从而降低了管板及其与管子连接接头处的温度。保护套管可以是陶瓷，也可以是不锈钢材质。换热管选用普通碳钢管。保护套管与换热管之间要留有一定的环隙，保证环隙尺寸3mm，避免管板过热。在保护套管与换热管之间填充耐高温的压缩石棉纤维，且采取有效的固定措施。

硫回收装置中的换热器采用上述方法达到减少管板与管头之间温差应力的效果，同时，降低设备造价，解决了设备寿命和安全生产的影响问题。更主要的是排除了安全隐患，保证换热器的安全运行，设备寿命也有所延长。

4 总结

二硫化碳生产使用原料为天然气、硫磺，且中间产品为二硫化碳、硫化氢。其中天然气、硫化氢为国家首批重点监管的危险化学品，硫回收装置中克劳斯法硫化氢氧化工艺为危险化工工艺，为国家首批重点监管的危险化工工艺目录第十条氧化工艺，项目中二硫化碳成品罐区为重大危险源。因此，二硫化碳生产装置为“两重点一重大”工程。项目建设中严格执行GB50160《石油化工企业设计防火规范》和GB50984《石油化工工厂布置设计规范》。

同时在满足规范、安全生产规章和工艺要求前提下，尽量减少工程投资，对换热器更充分、更合理设计有非常重要的意义。