渭化二期酸性氣管線調(diào)節(jié)方式的改造

袁春新，嚴(yán) 璐

（陜西渭河煤化工集團(tuán)有限責(zé)任公司，陜西 渭南 714000）

0 引 言

為了滿足日益嚴(yán)格的環(huán)保要求，保證排放達(dá)到新環(huán)境保護(hù)法規(guī)《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB16279-1996），渭河煤化工化集團(tuán)，雙甲車間二期（渭化二期） 對年產(chǎn)20 萬t 甲醇裝置再生塔酸性氣線進(jìn)行了改造。

改造后，使放空至火炬燃燒硫化氫實現(xiàn)了零排放。

改造后，增加了硫回收裝置的產(chǎn)品硫產(chǎn)量，實現(xiàn)了企業(yè)利潤的最大化。

1 H2S 的物化性質(zhì)及其危害

H2S 是一種劇毒、無色、比空氣重的氣體。低含量的H2S 具有類似臭雞蛋的氣味，因H2S 能麻痹人的嗅覺神經(jīng)，故高含量的時候反而聞不到似臭雞蛋的氣味。

H2S 的劇毒性和氰化氫（HCN） 同樣，較CO的毒性大5～6 倍。而H2S 在空氣中燃燒生成的二氧化硫（SO2） 對環(huán)境的危害也極其嚴(yán)重，是污染大氣的主要有害物質(zhì)之一。

SO2的間接危害是形成危害更大的酸雨，破壞農(nóng)作物、森林、土壤和水質(zhì)；腐蝕建筑物、橋梁、工業(yè)設(shè)備等。

2 低溫甲醇洗酸性氣流程介紹

20 世紀(jì)50 年代初，林德公司和魯奇公司聯(lián)合開發(fā)了適合于處理含高濃度酸性氣體的新凈化工藝低溫甲醇洗技術(shù)。為了實現(xiàn)國產(chǎn)化，大連理工大學(xué)經(jīng)過不懈努力，在基礎(chǔ)理論的研究方面開發(fā)了SAPROSS 中的低溫甲醇洗系統(tǒng)計算軟件。

渭化二期年產(chǎn)20 萬t 甲醇裝置低溫甲醇洗采用大連理工低溫甲醇洗工藝包，甲醇再生塔塔頂流程如圖1 所示。

圖1 甲醇再生塔塔頂流程Fig.1 Flowchart of methanol regeneration tower top

在5.1 MPa 壓力下的甲醇洗滌塔C2601 中，用-60 ℃左右的貧甲醇吸收變換過來的原料氣中的CO2和H2S 等酸性氣，吸收了酸性氣的富甲醇經(jīng)中壓閃蒸罐V2602 和V2603 降壓至1.75 MPa，閃蒸出大部分H2，富甲醇再經(jīng)節(jié)流降壓送至H2S濃縮塔C2603 上塔中部進(jìn)行解析，解析出大部分CO2后的富甲醇經(jīng)P2601 泵送至系統(tǒng)回收冷量后再回到C2603 塔下塔，進(jìn)一步解析出CO2，然后經(jīng)P2603 泵將富H2S 甲醇送至甲醇再生塔C2604，利用塔底再沸器E2611 給塔底提供熱源，增加甲醇解析H2S 的推動力，使得H2S 在再生塔內(nèi)全部解析，塔底得到合格的貧甲醇，塔頂送出含有較高H2S的酸性氣,酸性氣經(jīng)回流冷凝器E2612 冷凝其中的甲醇后進(jìn)入回流液罐V2606，V2606 頂部氣相進(jìn)入H2S餾分冷交換器E2614 殼程與低溫的酸性氣換熱，再進(jìn)入回流冷凝器E2613 與氨換熱進(jìn)行深冷，冷卻后的酸性氣在酸性氣分離器V2605 中再次分離，出V2605 氣相分為兩股，一股經(jīng)H2S濃縮閥FV2607 進(jìn)入C2603 下塔，用來提高H2S濃度；另一股進(jìn)入H2S餾分冷交換器E2614的管程與常溫酸性氣換熱至常溫后經(jīng)H2S送出閥PV2606-1 送硫回收工段，其中有一部分經(jīng)H2S放空閥PV2606-2 放空送至火炬。酸性氣溫度為39.15 ℃，壓力為 0.26 MPa，主要成分 CO2為62.52%和H2S為31.1%。

3 酸性氣壓力的分程調(diào)節(jié)

3.1 分程調(diào)節(jié)的原理

通常，在控制系統(tǒng)中，1 個調(diào)節(jié)器的輸出信號只控制1 個執(zhí)行器或調(diào)節(jié)閥，如1 個調(diào)節(jié)器的輸出信號同時送給2 個調(diào)節(jié)閥，就是分程控制系統(tǒng)。分程控制示意圖如圖2 所示。

圖2 分程控制示意圖Fig.2 Schematic diagram of split range control

由圖2 可以看出，閥門并聯(lián)使用，都是氣開閥，閥門A：控制信號P 為0.02 MPa 時，全關(guān)。隨著P 增加，開度增加，當(dāng)P 增至0.06 MPa 時，閥門全部打開。P 繼續(xù)增加，閥門保持全開狀態(tài)，直至P 達(dá)最大。

閥門B：控制信號P 從0.02 增加到0.06 MPa之間一直保持全關(guān)狀態(tài)。從0.06 MPa 起，閥門逐步打開，至0.1 MPa 處，閥門全開。可見，2 個閥門在控制信號的不同區(qū)間從全關(guān)到全開，走完整個行程。

由于閥門有氣開和氣關(guān)2 種特性，2 個閥門就有4 組合特性，2 個閥門的分程控制特性如圖3所示。

圖3 2 個閥門的分程控制特性Fig.3 Split range control characteristics of two valves

由圖3 可以看出，（a） 和（b） 2 個閥門相同，同方向運動；（c） 和（d） 2 個閥門相異，作用方向不同。

3.2 酸性氣的分程調(diào)節(jié)

出E2614 的常溫酸性氣，是采用圖3（a） 的形式，當(dāng)P 由0.02 MPa 增加至0.06 MPa 時，硫化氫送出閥PV2606-1 由全關(guān)至全開；當(dāng)P 由0.06 增加至0.1 MPa 時，H2S 放空閥PV2606-2 由全關(guān)至全開。

由于PV2606-1 及PV2606-2 的測量值來自于C2604 塔頂?shù)膲毫ICA2606，而在正常工況下，這個壓力頻繁波動，如果投用分程調(diào)節(jié)，PV2606-1的閥門開度將波動較大，極大影響送至渭化一期硫回收裝置的酸性氣流量，導(dǎo)致硫回收裝置排放氣中的SO2超標(biāo)，引起環(huán)保事故的發(fā)生。

針對這種情況，在日常操作中，只能將PV2606-1 設(shè)置成手動，控制酸性氣流量保持穩(wěn)定；將PV2606-2 設(shè)置成自動，用來控制C2604 塔壓力，這造成了始終有少量酸性氣經(jīng)PV2606-2 進(jìn)入火炬系統(tǒng)燃燒。燃燒后生成的SO2不僅影響了環(huán)境，還造成了硫損失。

4 H2S 管線的改造

為解決此問題，技術(shù)人員多次研究討論，計劃對H2S 管線的調(diào)節(jié)方式進(jìn)行改造。

4.1 改造方式

（1） 去掉 PV2606-1 和 PV2606-2 的分程調(diào)節(jié)控制，將PV2606-1 改為手動閥。

（2） PV2606-2 改成以PICA2606 控制的壓力自動調(diào)節(jié)閥。

（3） 去掉FV2607 的流量控制，改成由C2604塔的壓力PICA2606 控制的壓力調(diào)節(jié)閥。

4.2 操作方式

（1） PV2606-1 調(diào)節(jié)閥根據(jù)工況手動控制閥位，保證至硫回收的酸性氣體流量和濃度的穩(wěn)定。

（2） FV2607 改 成 由 C2604 塔 的 壓 力PICA2606 為測量變送的壓力調(diào)節(jié)閥后，由其來控制C2604 塔的壓力，正常情況下可投自動，減少操作工手動調(diào)節(jié)壓力帶來的工作量。

（3） PV2606-2 調(diào)節(jié)閥手動全關(guān)，正常運行期間不向火炬排放酸性氣，如工況出現(xiàn)較大波動，短期內(nèi)手動打開降低C2604 的壓力。

甲醇再生塔塔頂改造后流程如圖4 所示。

圖4 甲醇再生塔塔頂改造后流程圖（局部）Fig.4 Flowchart of methanol regeneration tower after revamping

4.3 改造后的經(jīng)濟(jì)效益分析

H2S 管線改造后，二期的酸性氣體全部送往渭化一期克勞斯硫回收裝置，而在改造之前，通過H2S放空閥放空的酸性氣量在50 Nm3/h 左右，H2S含量在35%左右，H2S的轉(zhuǎn)化率為99.93%，初步計算，轉(zhuǎn)化后的H2S可增產(chǎn)硫磺25.1 kg/h 左右，目前硫磺價格約為950 元/t，可產(chǎn)生額外收益17.2 萬元/a，效益可觀。

4.4 改造后的效果

（1） 經(jīng)過6 a 的改造后運行觀察，運行穩(wěn)定。未出現(xiàn)低溫甲醇洗系統(tǒng)碳銨結(jié)晶及因酸性氣濃度過高或者過低，導(dǎo)致甲醇洗滌塔頂部H2S 和CO2超標(biāo)的情況。酸性氣管線易出現(xiàn)碳銨結(jié)晶現(xiàn)象，碳銨結(jié)晶發(fā)展到一定程度時，將堵塞H2S 餾分冷交換管程及整條酸性氣回收管線。

（2） 做到了酸性氣零排放。在低溫甲醇洗導(dǎo)氣時，即可全關(guān) PV2606-1 和 PV2606-2，由FV2607 來控制C2604 塔的壓力并全濃縮，至合格后打開PV2606-1 送往渭化一期硫回收裝置前后，放空閥PV2606-2 始終處于全關(guān)狀態(tài)，實現(xiàn)了酸性氣零排放火炬，未造成環(huán)境污染。

（3） 正常情況下FV2607 可投自動，減少操作工手動調(diào)節(jié)壓力帶來的繁重的工作量。

（4） 2015 年，將PV2606-1 進(jìn)行了更換后，可在小開度范圍內(nèi)精確調(diào)節(jié)，可在低負(fù)荷下正常往硫回收裝置送氣，避免了H2S放空，進(jìn)一步的優(yōu)化裝置的運行，徹底實現(xiàn)裝置任何情況下的酸性氣零排放。

5 結(jié) 語

H2S 作為一種劇毒物質(zhì)，應(yīng)在最大程度上減少排放，該改造在渭化二期得到了應(yīng)用，改造之后運行情況良好，環(huán)保效果明顯，是一個值得推廣的改造項目。