硫回收操作.docx

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硫回收操作

三、硫回收（710工号）操作规程

1岗位简述

1.1岗位任务

本工序采用荷兰JACOBS公司超优组合克劳斯硫回收工艺，处理来自低温甲醇洗工序含H2S的酸性气体，使经过硫回收装置处理的尾气中H2S、SO2等排放物指标达到国家强制性排放标准，同时生产纯度为99.9%（wt）的固体硫磺产品。

1.2管辖范围

硫回收工序管辖范围包括：

1.反应器：

R1901，R1902，R1903，R1904共4台；

2.塔：

T1901共1台；

3.换热器：

E1901，E1902，E1903，E1904，E1905，E1906，E1907，E1908，

E1909，E1910，E1911共11台；

4.罐及分离器：

V1901，V1902，V1903，V1904共4台；

5.机泵：

P1901A/B，P1902A/B共4台；

6.鼓风机：

C1901A/B共2台；

7.其它：

Z1901，Z1902，F1901，F1902，A1901，Y1901A/B/C/D/E/F，Y1902，

PIT1901，X1901共14台；

上述设备的附属管线，阀门及就地指示仪表等。

1.3岗位操作原理及流程简述

1.3.1岗位操作原理

工艺过程包括：

传统的克劳斯反应，SO2催化还原为H2S和硫蒸气的超优克劳斯反应，H2S被选择性氧化为硫单质的超级克劳斯反应。

酸性进料气首先通过甲醇洗涤塔预处理，除去酸气中的大部分甲醇。

硫回收装置包括一个高温燃烧反应段，通过纯氧将酸气中H2S部分燃烧，随后是两个克劳斯催化反应段，一个超优克劳斯（EUROCLAUS®）催化反应段和一个超级克劳斯（SUPERCLAUS®）催化反应段。

从超级克劳斯（SUPERCLAUS®）催化反应段出来的尾气送入焚烧炉进行燃烧。

1.3.1.1热反应段

超优克劳斯硫回收工艺，是通过一个比例控制控制燃烧氧气的流量，从而使H2S进行部分燃烧。

通过自动控制氧气流量来保证进料酸气中的所有烃类和氨都能完全燃烧，同时控制超优反应器出口的H2S组成为0.60%（v）。

传统的克劳斯工艺是通过控制“氧气（空气）和酸性气”的比例来保证催化反应段出来的气体中H2S和SO2的比例正好是2/1。

然而，超优克劳斯工艺没有采用这种传统的控制理念，而是通过调节“氧气和酸性气”的配比来控制超级克劳斯反应器入口气体中的H2S浓度。

因此，前面的高温燃烧反应段是在偏离“克劳斯比例”下操作的，即H2S和SO2的比值高于2/1。

也就是说，在前面的高温燃烧反应段的操作是控制H2S浓度，而不是像传统的控制“H2S/SO2”的比例。

采用一台气体分析仪来测量超优克劳斯反应器出口气中的H2S浓度，并通过分析控制器调整进入主燃室的氧气流量以获得期望的H2S浓度。

总的来说，控制理论可做如下概述：

（1）如果进入超级克劳斯段的H2S浓度过高，可增加主燃室中的氧气量。

（2）如果进入超级克劳斯段的H2S浓度过低，可减少主燃室中的氧气量。

主烧嘴和主燃室主要反应如下：

2H2S+3/2O2SO2+2H2O+Q

根据如下的平衡反应，残余气体中大部分的H2S和SO2反应生成单质硫。

2H2S+SO23/2S2+2H2O－Q

通过这个著名的克劳斯反应，在主烧嘴和主燃室中生成气态的单质硫。

1.3.1.2克劳斯催化反应段

接下来的克劳斯催化反应段，可以进一步提高硫的回收率。

在第一和第二反应器中主要发生以下化学反应：

2H2S+SO23/xSx+2H2O+Q

通过使用克劳斯催化剂使这个平衡反应向生成硫的方向进行。

通过冷凝分离第一和第二反应器中生成的硫可以提高后面催化反应中的硫转化率。

1.3.1.3超优克劳斯段（EUROCLAUS®）

由于克劳斯反应是一个平衡反应，不能完全移向生硫侧，因此在第一和第二反应器中出来的气体中仍含有SO2。

由于SO2在最后的超克（SUPERCLAUS®）反应器中不参与反应，这会使硫回收率降低。

为了减少SO2带来的这部分损失，在第二反应器后面引入了一个超优反应器，在超优反应器中装填了一种特殊的催化剂，将工艺气中的SO2还原生成单质硫和H2S。

从第二反应器来的工艺气体中含有一定的H2和CO，它们将与SO2在超优反应器的催化床层中发生如下反应：

SO2+2H21/xSx+2H2O

SO2+3H2H2S+2H2O

SO2+2CO1/xSx+2CO2

1.3.1.4超级克劳斯段（SUPERCLAUS®）

从超优反应器出来的工艺气与空气进行混和，进入超克反应器中，在超克反应器中通过装填一种特殊催化剂将H2S进行选择性地氧化直接生成单质硫，主要反应如下：

H2S+1/2O21/xSx+H2O

此反应为热力学完全反应，因此反应可以达到很高的转化率。

1.3.1.5焚烧炉

从超克反应器来的尾气，以及从液硫池来的排放气中含有一定的硫化物，这些硫化物需要在焚烧炉中进行燃烧反应。

主要反应如下：

H2S+3/2O2SO2+H2O

1/xSx+O2SO2

COS+3/2O2SO2+CO2

1.3.2工艺流程简述

1.3.2.1酸性气体脱甲醇和部分氧化单元

来自低温甲醇洗工段的酸性气体，其温度为38℃、压力0.127MPa（G），流量4145.2Nm3/h，经过脱甲醇塔（T1901）脱除气体中的甲醇，酸气分液罐（V1901）分离出气体中夹带的水分，然后气体（25℃，0.112MPa（G））进入到酸气预热器（E1907）中，用蒸汽加热到230℃后，分两路分别送入主烧嘴（Z1901）（3151.2Nm3/h）和主燃室（F1901）（1050.3Nm3/h）。

除了送入主燃室（F1901）的酸性气体外，为了进行较彻底的部分氧化反应，采用纯氧代替空气做氧化剂，送入主燃室的氧气量要保证使原料气中的所有烃类（如果有）和其它杂质完全燃烧转化，该氧气量通过先进的控制系统（ABC系统）进行控制，此系统由两部分组成，即原料的前馈和后馈。

前馈部分：

燃烧所需的氧气量是这样计算出来的：

首先测量酸气的流量，然后用这个流量乘以其所需要的氧气系数计算出所需的氧气量，并且用这个值作为氧气流量控制系统的设定值。

控制系统通过两个氧气阀门对氧气流量进行控制。

首先立刻调节副管线上的小阀门，随后延迟一定时间调节主管线上的大阀门。

最终副管线上的小控制阀门回复到它的最优控制位置以便及时跟踪流量变化信号。

通过大、小两个氧气控制阀门的氧气总流量为燃烧反应所需的总氧气流量。

稳定后，通过氧气副阀的流量大约为氧气总量的7.5%。

后馈部分：

氧气流量控制系统还受位于超克反应器上游的硫化氢分析仪控制器控制。

为了使装置的总硫磺回收率最高，必须保证工艺气中H2S浓度0.60%（v）。

对于主燃室，只有燃烧温度高于1000℃才能保证火焰稳定，由于进料气中的可燃性气体含量不足以达到这么高温度，因此，需要通过中压蒸汽对进料气进行预热，同时采用分流法工艺，将进料气中大约25%的气体进入主燃室（F1901）进行反应。

为了回收主燃室中产生的热量，将高温气体引入废热锅炉（E1901）的管程，工艺气体被冷却同时产生低压饱和蒸汽（158℃，0.5MPa（G））。

锅炉给水通过液位控制引入到壳程。

工艺气中的硫蒸汽通过冷凝分离出来形成液态硫，从废热锅炉产生的液硫（728.2kg/h，169℃，0.047MPa（G））通过液硫锁斗A（Y1901A）直接输送到液硫池（PIT1901）中。

在废热锅炉出口通道中装有除雾挡板，用以回收过程气中夹带的硫雾。

1.3.2.2两级克劳斯催化反应单元

出废热锅炉（E1901）气体在第一再热器（E1908）中再次加热，使其温度达到第一反应器（R1901）要求的最佳温度235℃。

第一反应器顶部装填氧化铝型催化剂，作用是加速克劳斯反应，底部装填氧化钛型催化剂，目的是在反应器底部使COS和CS2得到很好的水解转化，通过反应器进口的温度控制器调节加到第一再热器的蒸汽流量。

工艺气体中的H2S和SO2（H2S/SO2比约为2.09/1）在第一反应器中反应直至平衡。

反应器进口温度维持235℃，有利于COS和CS2的水解转化，出第一反应器的工艺气（332℃）进入第一硫冷凝器（E1902），经冷却后气体（193℃）中的硫冷凝，并从气体中分离出来，出第一硫冷凝器的液硫（609kg/h，178℃，0.035MPa（G）），经液硫锁斗B（Y1901B）靠自流直接进入液硫池（PIT1901）。

出第一硫冷凝器的气体在第二再热器（E1909）中再次加热以得到第二反应器（R1902）催化转化的最佳温度，第二反应器（R1902）使用的催化剂为氧化钛型催化剂，通过反应器进口的温度控制器调节加到第二再热器的蒸汽流量。

第二反应器进口温度低于第一反应器，其目的是提高H2S和SO2反应生成单质硫的转化率。

工艺气中的H2S和SO2在第二反应器中反应并达到平衡。

出第二反应器的工艺气（231℃）进入到第二硫冷凝器（E1903），经冷却后气体（176℃）中的硫冷凝，并从气体中分离出来，出第二硫冷凝器的液硫（172.2kg/h，169℃），经液硫锁斗C（Y1901C）靠自流直接进入液硫池（PIT1901）。

1.3.2.3超级克劳斯加氢催化反应单元

来自第二硫冷凝器（E1903）的气体（174℃），在第三再热器（E1910）中用中压蒸汽加热到195℃，进入超优反应器（R1903）进行催化转化反应。

该反应器装有三种不同的催化剂，顶层催化剂为氧化铝型，进行常规的克劳斯反应；第二层催化剂为优级克劳斯催化剂，属加氢还原催化剂，其作用是把SO2还原为H2S和硫蒸气；最后一层为COS水解催化剂，为氧化钛型。

进入第三再热器的蒸汽量由超优反应器进口温度调节器调节，进口温度低于第一、第二反应器进口温度，目的是提高转化率。

工艺气中的H2S和SO2在超优反应器（R1903）中进行反应直至达到平衡。

来自超优反应器（R1903）的工艺气（200℃）进入第三硫冷凝器（E1904）冷却冷凝，冷凝的液硫（流量24.5kg/h，166℃）经液硫锁斗D（Y1901D）自流直接进入液硫池（PIT1901）。

工艺气（168℃）送往超克反应器（R1904）。

第一、第二、第三硫冷凝器组装在同一壳体内，锅炉给水引入硫冷凝器的壳侧，并控制液位。

冷凝器产生的低压蒸汽（158℃，0.5MPa（G））用于装置加热，剩余的蒸汽输出界外。

1.3.2.4超级克劳斯催化反应单元

为了得到高的硫回收率，工艺气必须经过第四级催化转化，这就是超级克劳斯催化转化。

过程气在第四再热器（E1911）中加热与从空气鼓风机（C1901A/B）来的氧化空气一同送入静态混合器（A1901）中进行适当混合，进入超克反应器（R1904）。

在超克反应器中，H2S有选择性的氧化成单质硫，催化剂为有选择性的氧化催化剂，空气过量以维持反应器的氧化条件，同时为防止催化剂硫化，要对空气流量进行控制。

来自超克反应器的气体，进入超克硫冷器（E1905）。

为了尽可能多的冷凝出更多的硫磺，超克硫冷器在较低的温度（最低125℃）下操作，通过产生低压蒸汽（0.2MPa（A），120℃）的方法移走热量，此温度稍高于硫的固化温度。

控制系统确保在硫固化温度以上操作。

由于蒸汽压力低、量少，利用价值不大，借助蒸汽冷凝器（E1906）冷凝这些低压蒸汽。

出超克硫冷器（E1905）的液硫（55.2kg/h，122℃）经液硫锁斗E（Y1901E）自流直接进入液硫池（PIT1901）。

出超克硫冷器（E1905）的工艺气体（125℃）进入硫捕集器（V1902）中，硫捕集器带有破沫设备，在此最后的微量液硫（3.3kg/h，125℃）从气体中分离出来，经液硫锁斗F（Y1901F）自流直接进入液硫池（PIT1901）。

1.3.2.5尾气焚烧放空单元

来自超克反应器（R1904）的尾气和来自液硫池（PIT1901）的排放气，含有残留的H2S和其它硫化物，这些含硫化合物不能直接