硫磺回收装置低负荷运行节能参数调整研究

硫磺回收装置低负荷运行节能参数调整研究

柯颖林 ,杨昌奇

中国石油天然气股份有限公司广东石化分公司  广东 揭阳 515200

摘要：文章以某净化厂为例，结合硫磺回收装置特点，对其性能参数进行了适当的调整，指出要想使其适应低负荷运行工况，关键是要以反应器、燃烧炉还有余热锅炉等核心设备为抓手，分别针对不同设备的运行原理及特征，确定相应的参数调整方案。希望文中所讨论内容可以给相关人员以启发，为该装置稳定且高效的运行助力。

关键词：低负荷运行；硫磺回收装置；性能参数；节能减排

前言：研究表明，随着时间的推移，国内大多数含硫气田的气质和气量均有所降低，这也给净化厂内硫磺回收装置带来了影响，原料气的质量及体积量均难以维持在理想水平，而长期的低负荷运行，导致装置泄漏、堵塞问题频发，危险系数随之提高。要想彻底解决该问题，关键是要对装置参数进行调整，使其适应低负荷工况，并在该工况下发挥出应有作用。

1研究背景

某厂既有硫磺回收装置可通过分流法、克劳斯法，对脱硫装置所提供酸气进行处理，确保硫磺能够得到高效回收。其规模和脱硫装置相同，预计硫磺产量在4t/d左右，最大可达到约5t/d，理想硫磺收率应达到90%左右。该装置每年需要运行330余天，长时间的运行使得装置安全系数有所降低，内置反应器、燃烧炉以及余热锅炉的温度均无法达到运行标准，硫磺收率也因此而受到了影响[1]。为保证装置稳定运行且产品产量满足要求，技术人员提出对其性能参数进行调整的建议，希望能够通过注入燃料气、调整空酸比等措施，使装置温度、硫磺收率得到大幅度提高，使节能降耗的设想成为现实。

2调整方案

考虑到硫磺回收装置主要由燃烧炉和反应器等设备组成，要想对其性能进行优化，关键是要调整不同设备的参数。在本项目中，技术人员结合现场情况与客户诉求，拟定了如下调整方案：

2.1燃烧炉

该设备的工作原理如下：向炉内注入体积常规酸气，酸气与空气相遇后，将剧烈燃烧并氧化，使酸气所含H2S尽数转变成SO2，由此来保证过程气所含SO2、H2S的比值始终维持在1:2左右。低负荷工况下，酸气量有限，燃烧炉温度难以维持，此时，则需要增加注入酸气体积，确保炉温能够维持在理想状态。由此而带来的问题，便是硫磺收率大幅度降低，针对该情况，技术人员提出了以下策略：用燃料气替代酸气，对炉内燃料气、酸气和空气比值加以控制，在保证炉温达标的前提下，使硫磺收率得到显著提高。研究证实，对空酸比、炉内酸气和旁路酸气的比值加以调整，可起到控制炉温的效果，保证炉温始终处于800℃至1000℃这一范围。

该厂的酸气流量相对稳定，通常为125m³/h，要求处于运行状态的燃烧炉的温度不超过950℃。为满足该要求，技术人员利用专业软件模拟了燃烧炉内所发生的反应，并结合模拟情况对燃料气消耗量加以确定。现将分析所得出结论归纳如下：要想使炉温始终处于800℃至1000℃间，关键是要对炉内酸气和旁路酸气的比值进行控制，保证该比值始终处在2至3.5这一范围，同时空酸比处在0.7至1.2这一范围。在此基础上，将掺和阀开度调整到最大，酌情注入适量燃料气，保证空气和燃料气之比为10:1。一般情况下，空气注入量以40m³/h为最佳，对应燃料气注入量以4m³/h为最佳。

2.2反应器

该设备内部气体以H2S、SO2为主，按照2:1的比例对二者进行混合，进而生成大量的硫。由于该反应对热能的需求量较大，因此，对参合阀开度进行调整十分重要，这样做的目的是保证入口温度始终处于190℃至290℃这一范围，一级反应器温度处于240℃至330℃间，二级温度处于160℃至260℃间，出口温度不低于170℃。实验证明，按照上述方法调整装置，可使入口、反应器温度得到不同程度的提高，其中，入口温度能够提高20℃左右，一级温度能够提高30℃左右，另外，二级温度也能够提高5℃左右。

2.3余热锅炉

该设备具有壳程压力大、管程温度高的特点，要想对低温过程气加以控制，将其温度维持在200℃及以上，实证有效的措施如下：第一步，对空酸比、酸气比进行调整，第二步，对蝶阀开度进行调整，通过减少换热面积的方式，使到达出口的过程气的温度得到大幅度提高。参数调整前后，出口温度存在明显变化，初始工况下，出口温度处于185℃至195℃间，调整后，出口温度提高到202℃左右，具体见表1：

标 1 参数调整前后设备出口温度（单位：℃）

2.4冷却器

装置内部装有一级、二级冷却器，前者接入反应炉，负责对入口温度加以控制，同时保证过程气压力与外界压力大致相同。要想使系统温度得到大幅度提高，关键是要对冷却器液位加以控制，保证其液位不超过42%，与此同时，软化水、过程气间所发生换热反应的剧烈程度也会得到控制。

3实际效益

对装置参数进行调整所带来的积极影响，主要体现在以下方面：首先，该方案在没有消耗过多蒸汽的前提下，使装置低负荷运行成为可能，硫磺产量随之增加。其次，随着优化后设置正式投入使用，该厂硫磺收率较优化前明显提高，产品产量也增加了约10%。最后，结合检验报告可知，虽然装置所使用酸气量大幅度减少，但并未影响产品质量，其合格率仍然能够达到理想的99.9%，此外，H

2S也得到了更充分的利用，在维持产品质量的前提下，使尾气量得到有力控制，这与当今社会所追求环保节能、提质增效的目标不谋而合，可以大范围推广。

结论：现将研究所得出结论归纳如下：其一，优化后装置可在稳定运行的基础上，使产品质量得到大幅度提高，与此同时，操作下限也将变得更低。其二，酌情加入焓值较高的组分，能够使原料焓值得到优化，具有操作性良好、便于调节等优点，可保证装置长期处于低负荷运行状态。其三，实验表明，本文所提出措施具有普适性及可行性，既能够改善设备性能，又可以起到节能降耗的作用，可供其他企业参考。

参考文献：

[1]吴潮汉.LS系列催化剂在湛江东兴硫磺回收装置工业应用总结[J].炼油技术与工程,2022,52(02):50-54.

[2]王会强.络合铁脱硫工艺在大型硫磺回收装置尾气达标排放中的应用[J].石油与天然气化工,2022,51(01):27-31+37.