硫回收裝置工藝設計及儀表控制

硫回收裝置工藝設計及儀表控制

孫小娟

(東華工程科技股份有限公司安徽合肥230024)

陳曉明

(合肥水泥研究設計院安徽合肥230051)

隨著環保要求的日益提高和環保法規的日趨嚴格，近年來一些煤化工項目已配備了硫回收裝置，即從含H2S酸性氣中回收單質硫并制取硫黃，避免了氣體直接排放而造成環境污染，使硫元素得以回收利用。H2S在裝置中分布面極廣，且含量也高，一旦發生泄漏，極易引發中毒、火災及爆炸事故，嚴重影響人身安全及正常生產。因此，工藝裝置的控制系統和儀表應具有與集散控制系統通信的能力，必須采用安全控制系統。

1 工藝流程

1.1 燃燒反應段

來自低溫甲醇洗工段的酸性氣經酸性氣分離器除去液體，然后由酸性氣預熱器預熱至220 ℃，預熱后的酸性氣分流后分別進入酸氣燃燒爐主燒嘴和酸氣燃燒爐主燃燒室。進入酸氣燃燒爐主燒嘴的酸性氣按一定比例配入經空氣預熱器預熱后的空氣混合燃燒，并與爐內另一股酸性氣發生克勞斯反應：

H2S+3/2O2=SO2+H2O

H2S+1/2SO2=H2O+3/4S2

工藝氣體進入廢熱鍋爐后，降溫至350 ℃，再進入一級硫冷凝器繼續冷卻至170 ℃，使氣體中的硫蒸氣冷凝成液硫并從氣體中分離出來。

1.2 克勞斯催化反應段

從一級冷凝器出來的氣體經一級再熱器升溫至230 ℃，然后進入一級反應器(內裝填脫氧保護型鋁基催化劑和鈦基催化劑)進行克勞斯反應：

2H2S+SO2=3/xSx+2H2O

COS+H2O=H2S+CO2

CS2+2H2O=2H2S+CO2

從一級反應器出來的氣體進入二級硫冷凝器，降溫至170 ℃。

1.3 催化氧化反應段

經克勞斯催化反應段的工藝氣和配入的空氣經再熱器加熱至220 ℃左右，然后進入催化氧化反應器進行催化氧化反應，反應后的氣體通過三級硫冷凝器使硫冷凝。工藝氣通過高效硫分離器進行硫分離，最后尾氣進入尾氣處理單元。反應器內裝填鈦基催化劑，在反應器中發生主要的化學反應：

H2S+SO2=3/xSx+2H2O

COS+H2O=H2S+CO2

2H2S+O2=2/xSx+2H2O

所有冷凝分離下來的液體硫黃先流入液硫封，再流入液硫儲罐，最終通過液硫泵將液硫送至硫黃造粒機、硫黃包裝機進行造粒、包裝。

催化氧化反應器為繞管式反應器。反應器上層為絕熱層，目的是提高反應速率，有利于有機硫的水解；下層為等溫層，通過內置的冷卻盤管連接汽包，采用自然循環將熱量帶走，從而得到較高的轉化率。

1.4 尾氣處理單元

克勞斯法硫回收工藝受反應溫度下熱力學平衡限制，即使采用活性良好的催化劑和三級轉化工藝，常規克勞斯裝置的硫回收率最高只能達到 97%左右。催化氧化反應段出來的排放氣含有微量H2S及其他硫化物，尾氣通過堿性溶液噴淋降溫后，達標排出界區至煙囪后放空。

2 熱量回收及用途

硫回收是一個不斷升溫和降溫的過程，很多熱量可回收利用，可自產自用各種壓力的蒸汽。燃燒爐后設置了廢熱鍋爐，不僅可回收爐內反應所釋放的熱量， 而且催化轉化反應器的溫度也可通過控制過程氣的溫度加以調節，基本排除了反應器溫度控制困難的問題，大大提高了裝置的硫回收率和處理容量。廢熱鍋爐產生的3.82 MPa蒸汽用作預熱器和再熱器的熱源，剩余的蒸汽送至3.82 MPa蒸汽管網。反應器反應產生的熱量由反應器內置的水冷系統通過汽包產2.50 MPa蒸汽，并將其移出送至蒸汽管網。一級硫冷凝器和二級硫冷凝器產的0.50 MPa蒸汽用于管道和設備的保溫，三級硫冷凝器產的0.15 MPa蒸汽送至工藝除氧槽。

3 自動化控制及儀表設計

3.1 設計原則

硫回收裝置的自動化控制及儀表的設計遵循“技術先進、經濟合理、運行可靠、操作方便”的原則，實現控制、管理、運營一體化，生產裝置、公用工程和輔助設施的自動控制及生產操作、信息管理等具有國內先進水平。生產裝置、公用工程及輔助設施的監控、控制、操作和管理采用集散控制系統(DCS)及其他系統完成，在中央控制室進行集中操作和管理。

3.2 控制方式

根據工藝裝置的生產規模、流程特點、產品質量及工藝操作要求，并參考國內、外同類型裝置的自動化水平，對硫回收裝置的生產過程進行集中監控。硫回收裝置采用DCS控制系統，裝置內所有控制系統的控制單元操作和監視在中央控制室內完成。

隨設備或裝置成套提供的控制系統就近設置在其裝置內部的崗位控制室內，工藝裝置的主要動設備的運行狀態引入DCS控制系統進行監視。監控要求不頻繁的非關鍵過程變量采用就地顯示和控制，要求在開車過程中監視或僅需現場觀察的過程變量采用就地顯示。必須現場操作的設備采用就近安裝的儀表盤，或者用控制箱對其進行監控。

3.3 主要控制方案

硫回收裝置控制方案以單參數控制為主，輔之以少量串級、比值及分程等復雜控制和邏輯控制。主要復雜控制系統為：主燃燒爐空氣/燃氣/酸氣的配比調節和焚燒爐空氣/燃氣/酸氣的配比調節。

3.4 儀表與自動化設備

根據裝置的生產規模、流程特點、操作要求和自動化水平，選擇技術先進、性能可靠、價格合理的儀表和自動控制設備，保證具有良好的售后服務和技術支持。硫回收裝置區存在強腐蝕性氣體，儀表材質應滿足工藝介質和現場環境條件的要求，儀表選型嚴禁采用銅及銅合金，儀表的選用應滿足工廠所在地的地域及氣候環境要求。現場安裝的電子式儀表應至少滿足IP65的防護要求。要求電子式儀表根據危險區域的等級劃分，選用具有國家防爆合格證的產品。

4 結語

硫回收裝置的工藝介質大多呈一定的腐蝕性和毒性，且屬于爆炸性環境危險區域，因此，具有腐蝕、易燃、易爆等裝置特征。裝置生產過程控制采用 DCS控制系統，并設有越限報警和聯鎖保護系統，確保在誤操作或非正常工況下對危險物料進行安全控制。為確保裝置的安全，對裝置的緊急停車和安全聯鎖采用了獨立于DCS控制系統的SIS系統。

2015- 05- 11)