硫磺濕法造粒技術(shù)應(yīng)用

于紅濤

（中國(guó)石油化工股份有限公司洛陽分公司，河南洛陽 471012）

全球石油資源由于不斷消耗而趨于枯竭，石油資源日趨緊張。與此同時(shí)，世界石油資源趨于重質(zhì)化、劣質(zhì)化，高硫重質(zhì)原油供應(yīng)量增加，低硫輕質(zhì)原油產(chǎn)能下降，供應(yīng)不足。據(jù)預(yù)測(cè)，原油平均硫含量將由2000年的1.14%增大到2010年的1.19%、2015年1.25%。目前世界上低硫原油（硫含量小于0.5%）產(chǎn)量?jī)H占17%，含硫原油（含硫量0.5%~2.0%）占30.8%，高硫原油（含硫量在2.0%以上）的產(chǎn)量已占59%，而且這種趨勢(shì)還將進(jìn)一步增大[1]。

隨著環(huán)保要求的越來越嚴(yán)格，國(guó)家大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)（GB16297-1996），要求新建硫磺回收裝置的硫回收率必須達(dá)到99.8%以上，SO2排放濃度必須小于960 mg/m3。越來越多的硫磺會(huì)以副產(chǎn)品的形式被提煉出來。由于硫磺特殊的物化特性,必須將絕大部分液體硫磺轉(zhuǎn)換成規(guī)則的固態(tài),以便安全可靠、環(huán)保地運(yùn)輸、倉儲(chǔ)和使用。硫磺顆粒具有性能穩(wěn)定、流動(dòng)性優(yōu)越、無粉塵及無環(huán)境污染等明顯優(yōu)勢(shì),硫磺造粒已成為硫磺成型技術(shù)的行業(yè)首選。

1 硫磺主要造粒技術(shù)簡(jiǎn)介

目前世界上主流的硫磺造粒工藝主要有三種，分別為:回轉(zhuǎn)鋼帶造粒、干法滾筒造粒和濕法造粒。下面就這三種造粒工藝進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。

1.1 回轉(zhuǎn)鋼帶造粒

回轉(zhuǎn)鋼帶造粒是利用硫磺的低熔點(diǎn)特性,根據(jù)物料熔融態(tài)時(shí)的黏度范圍,通過特殊的布料裝置將液硫均勻分布在勻速移動(dòng)的鋼帶上。鋼帶下方設(shè)置了連續(xù)噴淋的冷卻裝置,使物料在移動(dòng)、輸送過程中快速冷卻、固化,從而達(dá)到造粒成形的目的。

目前國(guó)內(nèi)硫磺生產(chǎn)裝置造粒技術(shù)多選擇回轉(zhuǎn)鋼帶造粒，技術(shù)較為成熟，單機(jī)最大能力約為6 t/h，單機(jī)產(chǎn)量小。硫磺生產(chǎn)規(guī)模大時(shí)，多為數(shù)條鋼帶并列排布，占地面積大，鋼帶運(yùn)行損耗大、且需從國(guó)外進(jìn)口，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用比較高。

1.2 干法滾筒造粒

滾筒造粒工藝是在一個(gè)滾筒中完成，將液硫引入造粒機(jī)后，首先要在滾筒中產(chǎn)生固體種子顆粒，隨著液硫在種子顆粒上不斷的逐層冷卻、固化，當(dāng)顆粒粒徑達(dá)到要求的粒徑大小時(shí)再排出到下一工序。

該技術(shù)多見于國(guó)外成套進(jìn)口設(shè)備，運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備復(fù)雜，價(jià)格高昂，維修成本也較高，國(guó)內(nèi)報(bào)道僅見于中石化普光氣田引進(jìn)一套[2]，國(guó)內(nèi)專利發(fā)明中雖也有滾筒造粒的專利設(shè)備[3]，只是沒有見到相關(guān)的工業(yè)應(yīng)用報(bào)道，不清楚其實(shí)際生產(chǎn)狀況。

1.3 濕法造粒

濕法造粒是將熔融態(tài)硫磺通過分布器引入一個(gè)成型分布設(shè)備中，硫磺液束遇水冷卻后，在重力和表面張力的作用下形成一個(gè)個(gè)球狀顆粒，硫磺顆粒在成型設(shè)備中沉降、冷卻，在底部沉積一定量后，排出顆粒通過脫水篩除去水分后，送到后序包裝工序。

該技術(shù)動(dòng)設(shè)備少，維護(hù)比較方便，處理量較大，對(duì)于日益增大的硫磺生產(chǎn)能力需求，能提供很好的技術(shù)解決手段，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)應(yīng)用也有報(bào)道[2]。

2 硫磺造粒三種工藝的技術(shù)特點(diǎn)

回轉(zhuǎn)鋼帶造粒、干法滾筒造粒和濕法造粒的技術(shù)特點(diǎn)（見表1）。

表1 三種工藝的造粒特點(diǎn)

表1 三種工藝的造粒特點(diǎn)（續(xù)表）

3 硫磺濕法造粒工藝技術(shù)

3.1 裝置簡(jiǎn)介

洛陽分公司硫磺回收裝置設(shè)計(jì)規(guī)模8×104t/a，為雙系列設(shè)計(jì)。每一系列裝置包括：4×104t/a硫磺回收，300 t/h溶劑再生，110 t/h酸性水汽提。硫磺回收采用國(guó)際先進(jìn)的二級(jí)轉(zhuǎn)化Claus制硫工藝，硫磺回收率達(dá)到99.8%以上。兩套裝置分期實(shí)施建設(shè)，一期硫磺造粒采用兩臺(tái)回轉(zhuǎn)鋼帶成型造粒。實(shí)際生產(chǎn)過程中，一期造粒生產(chǎn)線由于鋼帶機(jī)動(dòng)設(shè)備組件多，設(shè)備故障頻繁，鋼帶磨損更換費(fèi)用高，處理時(shí)間長(zhǎng)，而且造粒性能不好，成品多為片狀，庫房硫磺粉末較多。二期裝置建設(shè)時(shí)，比較了解多種硫磺成型工藝后，鑒于濕法造粒的處理能力大，維護(hù)簡(jiǎn)單、產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)異，且能滿足在原硫磺倉庫布置的要求，最終選用了生產(chǎn)能力為30 t/h濕法造粒技術(shù)。

3.2 濕法造粒工藝流程

上游泵送來的液硫通過帶蒸汽夾套伴熱的管線進(jìn)入成型罐上方的分配盤和成型盤，通過成型盤底板的小孔滴入到成型罐內(nèi)。液硫經(jīng)成型盤流下時(shí)，會(huì)因表面張力而形成小滴珠，液滴在水中迅速冷卻、凝固，形成球狀硫磺。隨著球狀硫磺在水中沉降，繼續(xù)冷卻后，顆粒表面變硬，最終形成堅(jiān)硬、外表光亮的近似球形的顆粒產(chǎn)品，并沉積到成型罐底部。冷卻水從成型罐底部進(jìn)入，從上部溢流排出，溢流水經(jīng)換熱冷卻后再泵送入成型罐循環(huán)使用。成型罐內(nèi)的硫磺顆粒積攢到一定重量（高度）時(shí)，成型罐底部下料閥打開，硫磺顆粒夾帶著工藝水一同進(jìn)入脫水篩（下料閥自動(dòng)調(diào)整開度以保證成型罐內(nèi)硫磺顆粒具有適當(dāng)?shù)母叨龋?jīng)一級(jí)脫水篩和二級(jí)脫水篩振動(dòng)分離，硫磺顆粒中小于1 mm的大部分小顆粒和水分篩分到篩網(wǎng)下面，符合尺寸要求的硫磺顆粒隨著脫水篩的振動(dòng)向前輸送，進(jìn)入下游包裝系統(tǒng)。二級(jí)脫水篩頂部設(shè)有熱風(fēng)干燥系統(tǒng)，對(duì)硫磺顆粒進(jìn)一步干燥處理，以滿足產(chǎn)品含水率不高于2%的要求。脫水篩篩下的大量工藝水和小顆粒硫磺，進(jìn)入沉淀罐中，在此進(jìn)行固液分離。分離后相對(duì)純凈的工藝水從沉淀罐溢流口流回到熱水槽。沉淀下來的硫磺顆粒通過螺旋輸送到熔硫罐中，進(jìn)行再熔。熔硫罐內(nèi)液硫液位達(dá)到一定高度時(shí)，打開熔硫罐底部的排料閥，液硫自此流到上游裝置的液硫池內(nèi)，流程（見圖1）。

圖1 濕法造粒流程

4 運(yùn)行狀況及分析

4.1 造粒狀況

試運(yùn)過程中，就振動(dòng)篩分的顆粒來看，粒徑分布在2~5 mm之間，顆粒外表平滑、堅(jiān)硬，偶有粘聯(lián)的大顆粒存在，較好的實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)要求。硫磺顆粒的含水量檢測(cè)結(jié)果低于2%,完全滿足產(chǎn)品的質(zhì)量要求。相關(guān)文獻(xiàn)[4]報(bào)道的，濕法造粒水含量高，干燥處理難度大，不能滿足質(zhì)量要求的問題，得到了有效解決。此外，成型罐頂部冷卻水溢流口出現(xiàn)夾帶細(xì)碎硫磺粉末的問題，經(jīng)調(diào)整溢流口設(shè)置也得到了有效解決。

4.2 振動(dòng)篩狀況

由于濕法造粒設(shè)施受場(chǎng)地的限制，布置在原有硫磺倉庫內(nèi)，只能分層布置造粒設(shè)備，振動(dòng)篩分設(shè)備位于11 m層，而國(guó)內(nèi)目前的篩分設(shè)備多用于礦山、煤礦等場(chǎng)所，對(duì)振動(dòng)、噪音的要求相對(duì)較低，在硫磺庫房?jī)?nèi)這種半封閉環(huán)境里，振動(dòng)、噪音狀況就顯得格外突出。經(jīng)過對(duì)結(jié)構(gòu)框架的加固、振動(dòng)篩的調(diào)整，振動(dòng)大的問題得到了有效處理，但振動(dòng)篩噪音大的問題依然存在，下一步整改時(shí)，就振動(dòng)篩的選型還需考慮到物性不同、環(huán)境差異帶來的影響。

4.3 成型罐頂部細(xì)碎顆粒問題

在投料初期，成型罐頂部有一些細(xì)碎的硫磺顆粒生成。據(jù)研究結(jié)果[5]，硫磺濕法造粒中細(xì)碎顆粒的產(chǎn)生與成型盤微孔距離水面的高度、水表面張力的大小、冷卻水的溫度有很大關(guān)系（見圖2、圖3），在成型孔距水面高度小于30 mm或者大于150 mm的情況下，水面不會(huì)有顆粒漂浮，并且較低的冷卻水溫度也對(duì)減少硫磺液滴破碎有很大作用。經(jīng)調(diào)整成型罐的溢流口設(shè)置，并將冷卻水溫度保持在35～45℃[2]，成型罐頂部的細(xì)碎顆粒問題得到解決。

圖2 不同入水高度下的漂浮顆粒粒徑

圖3 不同冷卻水溫度和入水高度下的單個(gè)液滴破碎小顆粒數(shù)（添加表面活性劑）

5 結(jié)語

通過洛陽分公司的實(shí)際生產(chǎn)，30 t/h的硫磺濕法造粒技術(shù)完全能夠滿足產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)的要求。濕法造粒技術(shù)設(shè)備簡(jiǎn)單、技術(shù)簡(jiǎn)潔、維護(hù)費(fèi)用低廉、技術(shù)經(jīng)濟(jì)性高的特點(diǎn)也將使其成為硫磺成型行業(yè)的一種主流技術(shù)應(yīng)用。

[1]貴柏洋.世界石油質(zhì)量趨勢(shì)及非常規(guī)石油資源的開發(fā)前景[J].石油知識(shí)，2007，（1）:4－5.

[2]陳興旺，陳堅(jiān)，姜磊.國(guó)內(nèi)首套硫磺濕法造粒技術(shù)應(yīng)用[J].石油化工應(yīng)用，2011，30（11）:71－73.

[3]鄭偉.中國(guó)專利，CN 201906586 U.2011-7-27.

[4]陳剛.硫磺造粒工藝綜述[J].硫磷設(shè)計(jì)與粉體工程，2009，（1）:1－8.