濕法硫磺成型顆粒效果分析

王　建，黃金剛，吳　昊，包經珊，姜　磊（中國石油寧夏石化公司，寧夏銀川　750026）

?

濕法硫磺成型顆粒效果分析

王建，黃金剛，吳昊，包經珊，姜磊
（中國石油寧夏石化公司，寧夏銀川750026）

摘要：濕法硫磺成型機在國內應用還處于起步階段，但因其維護成本低，檢修方便，粒形飽滿穩固，無粉塵污染、生產安全、操作簡單可靠等優點，使得該設備在硫磺成型行業中逐漸被廣泛采用。本文將從硫磺成品形狀大小、含水量兩個方面對濕法硫磺成型的顆粒效果進行分析。

關鍵詞：濕法硫磺造粒；濕法成型機；硫磺顆粒

在國內，隨著國家環保法的實施以來，對于各類化工廠的尾氣排放管控越來越嚴格，含硫尾氣處理、硫磺產品成型將是一個重要工藝[1-3]。通過硫磺回收裝置反應生成的硫磺是液態，如果將液態硫磺運輸至使用單位，需要維持120℃以上的伴熱溫度并且配備相應的安全措施，成本太高，目前在國內除沿海極少部分地方用液體運輸外，大部分硫回收裝置選擇使用將液體硫磺轉換成規則的固態顆粒，以便安全、可靠、環保地運輸、倉儲和使用。硫磺顆粒由于具有特性穩定、流動性能優越、無粉塵及無環境污染等明顯優勢,顆粒硫磺已成為相關行業首選。

1　目前市場幾種主流硫磺造粒產品介紹

1.1回轉鋼帶造粒

鋼帶造粒適用于10 t/h以下的小規模裝置，由于該工藝優點是：產品粒度分布集中（3 mm～6 mm，其他工藝1 mm～6 mm），顆粒均勻；無需篩分和返料，工藝過程簡單、直接，冷卻水與物料間接接觸換熱，無三廢排除，能耗低等。目前中、小規模硫磺造粒裝置的首選方案，缺點是該工藝的單機處理能力太小，需多機組并聯操作才能滿足生產能力的要求，并且鋼帶使用壽命較短（1～2年），更換鋼帶成本太高（一條鋼帶約40萬元），占地面積較大，加上國產鋼帶機所造片狀硫磺產品強度低，極易粉碎成細粉狀，在無法適應大規模硫磺生產的同時，還為運輸和儲備增添了粉塵爆炸隱患。

1.2滾筒造粒

滾筒造粒工藝技術于1977年首次公布，滾筒造粒工藝是一個顆粒粒徑逐步增加的過程[4]，該工藝硫磺產品堆密度大（1 220 kg/m3～1 320 kg/m3），顆粒堅硬，沒有空洞，沒有構造缺陷，具有很強的抗機械損傷性能，缺點是該工藝操作彈性不大，需要嚴格控制種粒，液硫和水的加入比例，且調節范圍很小，因此不適應產量波動大的硫磺造粒裝置，而且該造粒工藝的設備投資相對較高。

1.3濕法造粒

濕法硫磺造粒技術在國外應用較為廣泛，它的優點比較顯著，對小規模和大規模生產都比較經濟[5，6]，機械操作可靠，且不易損壞，其生產費用和維護費用均低，投資和運行成本都較低，且最大生產能力可達2 000 t/d。缺點是該產品水含量相比其他兩種造粒技術較高。2015年，對寧夏石化公司煉油廠硫磺回收裝置所使用濕法硫磺成型機進行了改造升級，對分布器（已申請國家專利），振動篩進行了改造升級并且增加了干燥系統后，濕法硫磺成型水含量高的問題得到了解決，硫磺顆粒成品含水量完全滿足工業硫磺標準-GB/T2449-2006《工業硫磺》中優等品標準。

2　濕法硫磺成型工藝簡介

液硫進入位于造粒主機上部的液硫造粒分布器。生成均勻分布的液硫線并平穩地進入水中生成液滴，這些液硫滴均勻地分布在主機的冷卻水中。硫磺液滴在水中逐漸冷卻并固化成球形顆粒。固化硫磺顆粒在主機冷卻水中沉降到主機錐形底部并連續不斷地從底部被排出機外。

排出主機外的固體硫磺顆粒連同冷卻水一起進入產品脫水篩，安裝在主機下方的脫水篩將硫磺顆粒脫水成為最終產品。從脫水篩排出的最終產品進入包裝系統的產品料斗中。

隨硫磺顆粒從主機底部排出的冷卻水進入脫水篩后作為脫水篩的底流自流到造粒冷卻水沉淀池中。這部分冷卻水在沉淀池中將含有的少量細粒硫磺沉淀后排入冷卻水循環水池，與從主機溢流排出的冷卻水混合。經換熱器換熱后的造粒冷卻水返回造粒主機的冷卻水入口循環使用。

3　顆粒硫磺形狀形成及影響因素介紹

單質硫磺為黃色或淺黃色，微細無定形或結晶性粉末或塊狀。相對密度（水=1）為2.0。硫磺不溶于水，相對分子質量為32.06，蒸汽壓是0.13 kPa，閃點為207℃，熔點為112℃，沸點為444.6℃。易溶于二硫化碳，不溶于水，略溶于酒精和醚類，導電性和導熱性都很差。硫磺易燃燒，一般燃燒溫度為248℃～261℃。粉狀硫磺燃燒溫度只有190℃。液態硫磺對硫化氫的溶解，其溶解度隨溫度升高而增加，溫度下降硫化氫由于溶解度下降而析出。

濕法硫磺成型顆粒為圓形，直徑在2 mm～6 mm（平均4 mm），含水量小于2 %，堆密度1 100 kg/m3，脆性小于3 %，堆放角為32。

液態硫磺經分布器后成細流狀進入冷卻水，130℃～145℃液硫在進入50℃～55℃的水中以后，與冷卻水之間發生強烈熱交換，液滴溫度迅速下降甚至凝固；在凝固過程中，液硫的表面張力使得液硫形成小滴狀，同時在球形顆粒外部冷卻速度快于內部，在外部圓球狀成形以后，內部還在繼續收縮，并最終形成一個由內至外的孔洞，孔洞直徑約占顆粒直徑的10 %。

顆粒直徑太大，內部將不可避免的積水，且難以被脫水篩脫掉；顆粒直徑太小，本身所攜帶水分較多，且易堵塞脫水篩，造成水含量超標。對顆粒形狀有影響的主要有以下幾個因素。

3.1分布器與冷卻水面距離對顆粒大小的影響

圖1　分布器與水面距離對顆粒大小的影響

分布器與冷卻水的距離對顆粒大小的影響（見圖1）。隨著距離的增加，液態硫磺進入水面的初速度增大，在冷卻水中自由下落達到臨界冷卻溫度的距離增加，受水阻力因素影響，硫磺顆粒直徑會變小。

3.2冷卻水溫度對顆粒大小的影響

圖2　冷卻水溫度對顆粒大小的影響

造粒機循環冷卻水的溫度越高，液體硫磺自進入水后，至達到臨界固成型溫度所行進的距離越長，受水阻力影響越大，顆粒直徑越大（見圖2）。而且，在水溫超過63℃后，進入水內的液硫冷卻效果較差，受成型罐內紊流水的影響，極易發生顆粒之間相互粘連聚攏形成不規則大塊料，堵塞下料閥。

3.3顆粒產品中細粉及小顆粒（小于1 mm）生成量的影響因素

受分布器孔眼不暢等因素影響，液硫不再成線狀往下流，而是成滴落狀，液硫滴在入水時極易發生破碎，質量大的一部分直接沉入水面以下，形成小顆粒；而質量輕的因水的表面張力作用浮在水面上，與更多的破碎硫磺聚攏，體積慢慢增大，當質量增大到大于表面張力時沉入水面以下形成大塊料。

另外，分布器距離冷卻水面過高或者水溫過高，振動篩頻率及振幅過大,冷卻水箱內水旋強度過大都是造成硫磺顆粒成品中細粉含量增加的直接原因。

4　顆粒含水量介紹

根據國家新的工業硫磺標準GBT2449-2006規定：固體硫磺產品中水的質量分數不得大于2 %。濕法硫磺造粒技術相較于其他幾種造粒，水含量相對較高，經寧夏石化公司進行設備升級改造及工藝指標優化后，水含量嚴格控制在了2 %以下。針對濕法硫磺造粒成品顆粒水含量的直接影響因素如下。

4.1硫磺顆粒粘連

硫磺顆粒的粘連而形成大塊料，是造成顆粒成品含水量超標的主要原因之一。大塊料因形狀不規則，且在形成過程中受內力作用，在內部形成密閉空洞，空洞內存水無法通過脫水篩脫除，造成硫磺含水量超標。造成硫磺顆粒連的原因較多，主要有以下幾種。

4.1.1分布器設計不合理濕法硫磺造粒機分布器（也譯做成型盤）是整套設備最關鍵的部件，分布器的設計制造不合理，將直接造成硫磺顆粒粒形不規則，易結塊造成水含量超標；分布器易堵塞并且液硫溢出后堵塞后續系統；分布器難以清理等問題。寧夏石化公司針對該情況對分布器進行了重新設計，并且經過實際投用后效果良好，目前已對該實用新型分布器申請專利保護。

4.1.2冷卻水溫高冷卻水溫高對硫磺粘連料的影響已在3.2中詳細介紹。

4.1.3人為操作因素分布器孔眼清理不及時，造粒機進料量超過設計處理量，都將造成粘連料的形成。

4.2硫磺小顆粒及細粉多

硫磺小顆粒及細粉多的原因已在3.3節中詳細介紹。小細粉除本身帶水較多以外，還容易堵塞脫水篩，造成脫水篩效果降低。

4.3冷卻水水溫

由圖3可看出，隨著冷卻水水溫慢慢升高，脫水篩脫水效果開始變好，硫磺顆粒產品含水量開始降低，水溫超過63℃以后，細粉及粘料增加，水含量急劇上升，若控制不及時，極易發生結大塊料及水含量超標事件。

圖3　冷卻水溫度對顆粒大小的影響

5　結論

綜上所述，濕法硫磺造粒成品的顆粒效果，主要與分布器設計與維護，水溫的控制及振動篩的選型有關，在控制好這幾個要點以后，濕法硫磺顆粒產品在滿足國家工業硫磺標準GBT2449-2006優等品的同時，在大小形狀等外觀上也更加均勻飽滿，有利于產品的出售及安全運輸。

參考文獻：

［1］王建，等.濕法硫磺造粒技術的應用分析及效果［J］.石油化工應用，2013，32（9）：97-99.

［2］夏莉，等.大型濕法硫磺成型工藝在普光氣田的應用［J］.石油與天然氣化工，2012，41（6）：551-553.

［3］于紅濤.硫磺濕法造粒技術應用［J］.石油化工應用，2013，32 （2）：93-96.

［4］白巖.大型硫磺回收裝置中成型機的選用［J］.石油化工設備技術，2011，32（5）：35-38.

［5］謝華昆，吉昌明.硫磺濕法成型工藝參數優化效益分析［J］.廣東化工，2014，41（11）：75-77.

［6］楊孟虎，等.硫磺濕法成型細粉硫生成的控制措施［J］.石油化工安全環保技術，2014，30（4）：62-65.

西部鉆探青海鉆井開年首口鉆井高效完鉆

面對低油價帶來的經營壓力，青海鉆井公司以提速提效為發力點，大打提質增效攻堅戰。3月10日，青海鉆井公司30600鉆井隊承鉆的澀1-28井提前7.37 d完鉆，實現2016年的首鉆開門紅。澀1-28井設計井深850 m，設計完鉆時間12.5 d。這口井位于澀北1號氣田，是青海油田一級井控風險氣區，地層巖性疏松，成巖性差，鉆井施工過程中易噴、易漏，鉆井液性能維護技術要求高，施工難度大。

提速是鉆井施工提效的關鍵，30600鉆井隊在開鉆前與甲方一起有針對性地制定了技術措施和應急預案，并通過優化鉆井參數，合理調配鉆井液密度，在確保安全的前提下，僅用時5.13 d就優質高速地完成了鉆井施工任務，全井機械鉆速高達36.25 m/h。

（摘自中國石油新聞中心2016-03-16）

作者簡介：王建，男（1987-），四川內江人，2009年畢業于西南石油大學機械工程及自動化專業，工程師，現任職于中國石油寧夏石化公司，從事煉油廠硫磺回收裝置設備管理工作，郵箱：unin@qq.com。

*收稿日期：2016－01-04

DOI:10.3969/j.issn.1673-5285.2016.03.037

中圖分類號：TQ125.11

文獻標識碼：A

文章編號：1673-5285（2016）03-0140-03