北海炼化硫磺回收装置升级改造运行总结

化工活动家来源

炼油技术与工程北海炼化作者

吴军唐良好

关键词

硫磺回收升级改造

导读

中国石化北海炼化有限责任公司硫磺回收联合装置于年3月3日开工建设，年1月1日正式投产。该联合装置由溶剂再生、硫磺回收、酸性水汽提3部分组成。其中硫磺回收原设计规模为年产硫磺60kt，制硫部分为2×30kt/a双系列(I列和II列制硫单元，简称I列、II列)，共用1套尾气处理单元。

为满足GB-《石油炼制工业污染物排放标准》及扩能要求，该装置于年11月25日至年1月23日同时进行了装置停工大修及产品质量升级改造。

硫磺装置改造主要内容

硫磺装置主要进行了如下改造：

①在原有脱硫吸收塔前串联1台吸收塔，延长过程气的停留时间，增加吸收效果，降低净化气中H2S的含量；

②更换I列、II列反应炉废热锅炉2台，汽包不更换，增大废热锅炉流通面积和换热面积；

③更换尾气焚烧炉废热锅炉1台，更换中压蒸汽过热器1台，增大流通面积和换热面积；

④一级克劳斯反应器、二级克劳斯反应器和加氢反应器更换高性能催化剂，满足提高处理量后大空速反应的要求；

⑤尾气净化单元增加急冷水冷却器1台，增加尾气贫液后冷器1台，降低过程气和贫液的温度；

⑥反应炉及焚烧炉风机出口处增加压缩空气(非净化风)补充管线；

⑦对2台急冷水泵进行改造，提高急冷水循环量，进一步降低过程气温度；

⑧根据酸性气和过程气气量变化幅度，更换部分酸性气、过程气管线，更换并增加部分仪表和控制阀；

⑨增加贫富液一级换热器1台；

⑩增加硫池废气引入尾气加氢单元的管线和蒸汽抽射器。

硫磺装置运行考核

为摸清装置的实际生产处理能力、能耗水平，考验在较大负荷下新换催化剂的性能，考察烟气SO2排放浓度，对装置性能进行了考核。考核时间为年8月18日6时至8月20日6时。

01

酸性气性质

以溶剂集中再生装置的高浓度清洁酸性气和酸性水汽提装置的含氨酸性气以及尾气再生循环酸性气为标定原料。酸性气性质见表1。

02

催化剂质量指标及级配方案

为了确保烟气SO2排放浓度满足GB-中规定的重点地区烟气SO2排放浓度小于mg/m3的要求，保证净化气中COS浓度低于20mg/m3，制硫单元催化剂使用脱漏氧保护型硫磺回收催化剂LS-、高效有机硫水解催化剂LS-G和新型氧化铝基制硫催化剂LS-02进行级配，级配方案如下：一级转化器上部1/3装填LS-，下部2/3装填LS-G；二级转化器全部装填LS-02。尾气加氢单元装填低温耐氧型尾气加氢催化剂LSH-03A。催化剂性质见表2。

03

装置能耗计算

I列、II列能耗见表3。

其他单元能耗见表4。

因全厂能耗计算时未将净化风、非净化风、氮气纳入到能耗指标内，故上述3项也不纳入到装置能耗范围内。装置能耗的折算系数执行GB/T-《石油化工设计能耗计算标准》。

从表3可以看出，I列比II列能耗低20%以上，主要原因是I列装置处理含氨酸性气，烧氨制硫炉采用双区燃烧，炉膛温度比不烧氨的II列制硫炉高℃左右，蒸汽产量高。

由表4可见，硫磺回收装置能耗主要集中在尾气吸收再生单元，耗能主要为0.4MPa蒸汽，因此降低0.4MPa蒸汽的消耗量是整个硫磺装置降低能耗的重点。在现有的条件下能采取的措施为保证吸收塔吸收H2S效果前提下，降低胺液循环量，从而降低蒸汽耗量。

04

装置处理量考核

I列处理含氨酸性气和清洁酸性气，II列处理尾气循环酸性气和清洁酸性气。为了考核装置的最高处理量，年8月18日和19日分别提高I列和II列酸性气气量，其中I列最大提高至m3/h，II列最大提高至m3/h，保持系统压力降和炉头压力、设备运行参数在设计范围内。考核期间酸性气中硫磺潜含量最大在85~90kt/a，原料组分稳定。考核期间硫磺潜含量和硫磺产量见表5。

从表5可以看出，考核期间单系列每小时硫磺产量可以达到5t以上，两个系列最高硫磺产量每小时可以达到10.7t，相当于年产硫磺90kt。从硫磺产量的指标可以看出，改造后的硫磺装置产能大幅提高40%以上，达到了改造的目的。

05

装置转化率计算

1、一级和二级反应器转化率

一级反应器床层温度较高，主要发生克劳斯反应2H2S+SO2=3/xSx+2H2O，以及有机硫的水解反应COS+H2O=H2S+CO2和CS2+2H2O=2H2S+CO2；二级反应器床层温度较低，主要发生克劳斯反应2H2S+SO2=3/xSx+2H2O。

最大负荷运行期间测得的一级和二级反应器出/入口含硫化合物组成见表6。

从表6可以看出，装置改造后，两级反应器克劳斯转化率达到70%左右，一级反应器有机硫水解率大于90%，LS系列制硫催化剂表现出优良的克劳斯活性和有机硫水解活性，满足装置提标和扩能改造要求。

2、尾气加氢反应器转化率

尾气加氢反应器的作用是将克劳斯反应后剩余的非H2S的含硫化合物加氢转化为H2S。主要反应如下。

S8+8H2=8H2S

SO2+3H2=H2S+2H2O

COS+H2O=H2S+CO2

COS+H2=H2S+CO

考核期间测得尾气加氢反应器出/入口含硫化合物组成见表7。

从表7可以得出，改造后，SO2加氢转化率达到%，COS转化率达到95%，说明LSH-03A尾气加氢催化剂表现出优良的加氢活性和有机硫水解活性，满足装置提标扩能改造要求。

3、单程总硫转化率

最大运行负荷期间测得I列和II列单程克劳斯转化率分别为95.6%和96.1%。满足设计指标(不小于95%)要求。LS系列制硫催化剂在高空速下表现出较高的反应活性，满足装置提标和扩能改造要求。

4、总硫回收率

最大运行负荷期间得到I列和II列克劳斯总硫回收率达到99.99%，满足装置提标和扩能改造要求。

06

烟气SO2排放浓度考核

考核期间烟气SO2排放浓度见图1。

从图1可以看出，考核期间烟气SO2排放浓度为40~70mg/m3，远低于mg/m3的指标，满足了GB-的要求。