利用空分污氮改造富氧硫回收工藝的應用研究

第40卷第6期廣州化Vol 40 No 62012年3月Guangzhou Chemical IndustryMarch 2012利用空分污氮改造富氧硫回收工藝的應用研究王泉(中國石化海南煉油化工有限公司,海南洋浦578101)摘要:中國石化海南煉化8萬(wàn)噸/年硫磺回收裝置于2006年5月投產(chǎn),為進(jìn)一步提高海南煉化硫回收能力,本文研究了利用空分裝置排放大氣的污氮與空氣混合配比成氧含量28%的富氧空氣進(jìn)制硫爐燃燒,降低爐頭壓力、提高硫回收能力的可行性研究。經(jīng)理論核算,裝置改造后酸性氣處理量比現生產(chǎn)能力可提高22%,硫磺日產(chǎn)量可提高50噸。關(guān)鍵詞:克勞斯法;硫磺回收;富氧技術(shù);擴能中圖分類(lèi)號:TFE9文獻標識碼:A文章編號:1001-9677(2012)06-0128-03The Application of Using Waste Nitrogen from Air Separationto Transform the process of rich Oxygen Sulfur RecoveryWANG QHainan Petrochemical Co, Ltd, Sinopec, Hainan Yangpu 578101, China)Abstract: Hainan Petrochemical, Sinopec, 80,000 tons/ years sulphur recall device was put into use in May, 2006to turn sulfur reacall capability for further exaltation chain Taking the advantage of empty load separately to place dirty nitrogen and air mix of exhausting the atmosphere to go together with to compare into an oxidizing contents 28% of rich theoxidizing air index numbers of quantum, imports or exports system sulfur stove combustion, step- down stove prinipalpress, exaltation sulfur recall the feasibility study of capability. After the remould, acid gas handing quantity can raise22% now than the capacity, and the sulphur daily capacity can raise 50 tonsKey words: claus process; sulfur recovery; oxygen-enriching; dilatancy海南煉化2×40kta硫磺回收裝置2006年5月投產(chǎn)以來(lái),空氣產(chǎn)品公司的COPEⅡ型工藝,釆用冷循環(huán)氣急冷火焰的方法系統壓降逐漸增大,制硫爐爐頭壓力不斷上升,裝置處理能力持等。續下降。裝置原設計單列處理酸性氣50176Nm/h,實(shí)際生產(chǎn)1.1低濃度富氧技術(shù)中最低時(shí)單列最大處理負荷僅為4500Nm/h(H2S含量75%低濃度富氧技術(shù)可以將原硫回收裝置設計能力擴大20%~80%)左右此時(shí)風(fēng)量為8500Nm/h左右每當爐頭壓力高于5525%,其方法是:原有的硫回收裝置不需任何改動(dòng),只需增加kPa時(shí)過(guò)程氣便會(huì )沖破硫封此工況對環(huán)境保護以及高硫原油個(gè)將氧氣注入空氣燃燒器的管線(xiàn)所需投資只是安裝供氧系統的加工具有很大的制約。一般是在反應加熱爐燃燒器上增加1條供氧管線(xiàn)。海南煉化KDN-8000型深冷空分制氮裝置正常設計可生產(chǎn)800Nm/h的氮氣用量同時(shí)可生產(chǎn)720Mm/h(氣態(tài)折合1.2中等濃度富氧技術(shù)量)的液氮?，F裝置負荷為設計值的70%,即外供N2量5500中等濃度的富氧技術(shù)可將原硫回收裝置設計能力擴大Nm3/h左右,此工況下,空氣進(jìn)空分裝置風(fēng)量約為17500Nm3/h,75%。然而對于注入燃燒空氣的普通硫回收裝置則不適合應外排大氣的廢氣(即污氮)氧含量濃度為30%。用此類(lèi)富氧工藝,因為以空氣進(jìn)行操作的燃燒爐承受不了更高的燃燒溫度。改造的主要方法是:安裝一個(gè)用于直接注氧而設1富氧工藝簡(jiǎn)介計的特殊燃燒器,例如BOC公司專(zhuān)利產(chǎn)品SURE燃燒爐就是專(zhuān)富氧Caus工藝是在普通Cus硫回收裝置基礎上進(jìn)行改進(jìn)為富氧硫回收的有效燃燒而設計的,它既可用于縱向燃燒也可的,它用O2部分或全部代替空氣以處理更多的酸性氣體原料,用于橫向燃燒。SURE燃燒器優(yōu)秀的混合特性與更高的燃燒溫減少了大量惰性氮氣在系統內的循環(huán)從而可大大提高裝置的度相結合適合于富氧操作,只需將現有的反應爐加以改動(dòng)就可處理能力。富氧工藝分為三類(lèi),分別為低濃度富氧(O2<28%)、作為新的燃燒爐。所需投資主要是安裝1個(gè)新的氧適配燃燒中等濃度富氧(O2>28%)和高濃度富氧(O2>4%)1。從20爐。世紀80年代開(kāi)始富氧工藝的發(fā)展很快,如Pon/BOC公司的1.3高濃度富氧技術(shù)“可靠(SURE)”富氧技術(shù),采用分段燃燒和燃燒產(chǎn)物中間冷卻高濃度富氧技術(shù)可將原硫回收裝置設計能力擴大150%。的方法;魯奇( Lurgi)公司的 Claus工藝,采用多級燒嘴方法;CAA根據所選擇的富氧技術(shù)的不同,原有硫回收裝置的熱段需要做作者簡(jiǎn)介:王泉(1980-),男,大學(xué)本科,工程師,從事煉油生產(chǎn)及環(huán)保工作,現任中國石化海南煉油化工有限公司運行部六單元(公用工程)主任。第40卷第6期王泉:利用空分污氮改造富氧硫回收工藝的應用研究改動(dòng)或增加新的設備。 Parsons/BOC的SURE雙燃燒工藝就是所以,裝置能力的實(shí)際提高將大于22%高濃度富氧工藝。根據以上測算結果,確定了工藝方案和工藝目的。主要將可利用的富氧空氣全部利用,選用富氧空氣直接混入空氣管70%H,S道的引入方案。設計混合氧化風(fēng)的氧含量為28%左右,使裝置處理能力提高20%~25%。22裝置配風(fēng)控制方案在富氧空氣一路增設壓力控制閥,使流量控制閥前壓力與空氣一路相近。因為,氧含量為30%的富氧空氣與空氣體積比O/mol%3.5:1混合后氧含量恰好為28%,所以將酸性氣流量比例調節圖Cqpe硫回收裝置處理量增加圖值定義為氧含量為28%的混合氣量,然后由這個(gè)量的體積比3.5:1分別作為富氧空氣量和空氣流量的控制給定值。該方案1928↑92%(V)HS用一個(gè)變送信號同時(shí)調節2個(gè)流量控制閥,混合氣的氧含量不隨酸性氣進(jìn)料波動(dòng)而變化,安全有保障。另外通過(guò)調節富氧空氣壓力控制值,該方案還具有改變混合氣氧含量的靈活性製67%(v)H5圖3所示。35%(V)HS含氨酸性氣3040506070809010002%/v。(啞圖2燃燒爐爐溫與氧濃度的關(guān)系2海南煉化硫磺回收富氧工藝方案2.1富氧空氣的引入方式及裝置負荷的確定圖3裝置配風(fēng)控制方案示意圖我廠(chǎng)空分裝置副產(chǎn)100m0(標準狀態(tài),下同)氧含量為2.3富氧空氣集輸方案富氧空氣源是空分裝置的排放廢氣,壓力15kPa。由于空換熱后放空,另一路約6000mn3/h去純化系統作為純化器的載熱分裝置與硫磺回收裝置相距較遠,必須采用相應的集輸設施。體自用及直接排空。此都分放空的富氧空氣國收利用在硫回收先將排廢富氧空氣引入一集氣包,然后由升壓機輸送到硫磺回裝置上作為富氧氣源?？紤]到操作的波動(dòng),實(shí)際可供平穩利用收裝置。但由于集氣包的容積有限富氧空氣的利用率較低,供00氣的穩定性也較差。為了克服這個(gè)方案的不足,并確保不影響5500m3/h富氧空氣全部引入后,按照總氣體流量不變、減少的N2量由酸性氣補充的原則測算裝置能力的變化,引富分裝置的運行,為此設計一套自控方案如圖4所示。氧空氣后裝置處理能力測算的結果見(jiàn)表1。表1引入富氧空氣后裝置處理能力的測算結果富氧空氣引入前富氧空氣引入后升壓機緩沖酸性氣量/(m3/h)H2S含量/%75圖4富氧空氣集輸自控方案示意圖VI-空分裝置出口高壓放空閥;V2-空分裝置出口低壓切斷閥;回收率/%V3-集氣包低壓自保閥;v4-升壓機出口高壓放空閥空氣量/(m3/h)8%富氧空氣量/(m3/h)2000原富氧空氣排放壓力為15kPa,收集富氧空氣將造成該壓混合氣氧含量/%力升高或降低,升高會(huì )影響空分裝置的正常運行,降低可能造成總氣體流量/(m/h)13000純化器電爐的燒毀。圖2中用V1和V2閥自動(dòng)控制空分裝置出裝置處理能力(9月)/(m)口壓力為10~20kPa,消除集輸富氧空氣對空分裝置的影響。裝置處理能力增加/%升壓機為活塞型壓縮機,當富氧空氣量不足時(shí),人口會(huì )形成△以上數據為標準狀態(tài)。負壓。為此,集氣包設計為耐壓真空罐,防止被抽癟;同時(shí)用Ⅴ3閥控制自循環(huán)量來(lái)避免集氣包人口壓力過(guò)低;出口壓力高時(shí)由由表1可見(jiàn),同比條件下,在總氣體流量不變的前提下引入V4閥自動(dòng)控制放空500h富氧空氣可使裝置能力提高22;混合氣的氧含量為3國內外工業(yè)應用效果28%。另外,在保持進(jìn)爐總氣體流量不變時(shí),由于氮氣的減少,余熱鍋爐、反應器、冷凝器、尾氣處理等后部工序的氣體流率會(huì )中國石化滄州煉油廠(chǎng)5000U/a硫磺回收裝置富氧工藝于比采用富氧空氣前減少也就是說(shuō)后部工序的壓降會(huì )降低。因002年2月正式投運成功。該項目投資180萬(wàn)元進(jìn)行項目改此,在保持裝置總壓降不變的前提下,總氣體流量會(huì )有所提高下轉第181頁(yè)40卷第6期王峰濤等:化工企業(yè)環(huán)境風(fēng)險評價(jià)研究進(jìn)展識,提高防范環(huán)境風(fēng)險的能力。5.2化工企業(yè)需定期開(kāi)展環(huán)境風(fēng)險評價(jià),防患于未然參考文獻目前,我國化工企業(yè)的環(huán)境風(fēng)險評價(jià)僅僅是在化工企業(yè)建設[1]胡二邦環(huán)境風(fēng)險評價(jià)實(shí)用技術(shù)和方法[M].北京:中國環(huán)境科學(xué)前進(jìn)行,這顯然是遠遠不夠的。因為隨著(zhù)時(shí)間的推移,設備老化出版社,2000管道腐蝕、技術(shù)落后等問(wèn)題勢必會(huì )帶來(lái)新的環(huán)境風(fēng)險?；て髽I(yè)[2]顧傳輝,陳桂珠淺議環(huán)境風(fēng)險評價(jià)與管理[J]新疆環(huán)境保護,2001,23:38-41必須根據自身的實(shí)際情況,定期開(kāi)展企業(yè)生產(chǎn)所涉及的各環(huán)節的[3]鄭銘環(huán)境影響評價(jià)導論[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,200環(huán)境風(fēng)險評價(jià)工作,及時(shí)排查并消除企業(yè)隱患。這樣才能形成有[4]彭理通石油化工工業(yè)環(huán)境風(fēng)險評價(jià)探討[J].環(huán)境科學(xué),9848-5效的、長(cháng)期的環(huán)境風(fēng)險預警機制以及相應的事故處置措施,預防[5]蔡風(fēng)英談宗山,孟赫蔡仁良化工安全工程[M].北京:科學(xué)出版企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中對環(huán)境造成的危害降低企業(yè)的環(huán)境風(fēng)險。社,53對環(huán)境風(fēng)險實(shí)行分類(lèi)管理完善環(huán)境風(fēng)險管理體系61曹艷,張衛石化企業(yè)環(huán)境風(fēng)險評價(jià)初探J.化工環(huán)保04對化工企業(yè)的環(huán)境風(fēng)險評價(jià),應該堅持不同的環(huán)境風(fēng)險評價(jià)項[7] Koller G, Fischer U, Hungerbulaler K. ssessing safety, health, and en-目采取相應的評價(jià)流程的原則。對于各類(lèi)風(fēng)險項目制定一系列必vironmental impact early during process development[ J]. Industrial and要的強制性管理措施,并將這些措施認真貫徹落實(shí)到位。另外,還Engineering Chemistry Research, 2000, 39: 960-972要允許和鼓勵項目實(shí)施者根據實(shí)際情況適當地增加其他的風(fēng)險管[8] Khan F I, Husain T, Abbasi s A. Safety weighted hazard index理措施?？稍诮ㄔO項目所在地舉行公開(kāi)的聽(tīng)證會(huì ),廣泛征集社會(huì )各(SWeH): A new user-friendly tool for swift yet comprehensive hazard方的意見(jiàn)和建議。此外,對環(huán)境風(fēng)險管理體系,即環(huán)境風(fēng)險的預防、identification and safety evaluation in chemical process industries[J]應對和處置這三個(gè)環(huán)節要不斷地進(jìn)行擴充和完善。必須把預防放Process Safety and Environmental Protection, 2001, 79: 65-80在首位,因為事后的警告和補救遠不及事前的防范有效和可靠;[9] Paralikas A N. Lygeros A I.Amu- criteria and fuzzy logic based旦發(fā)生緊急事件,對事件及時(shí)有效的處置,可使事件造成的環(huán)境破methodology for the relative ranking of the fire hazard of chemical sub-壞、經(jīng)濟損失和人員傷亡程度降到最低?？傊?預防、應對和處置,三stances and installations[ J]. Process Safety and Environmental Protec者有機地結合,共同構成完整的化工企業(yè)環(huán)境風(fēng)險管理體系tion,2005,83:122-134.(上接第129頁(yè))造,采用低濃度富氧工藝,通過(guò)在空分裝置上增加一臺氧壓機,在(1)采用富氧工藝硫磺回收,既可避免富氧空氣的浪費,又硫磺裝置上增加富氧緩沖罐及富氧空氣壓控、流控兩個(gè)儀表回路可提高硫回收能力,滿(mǎn)足全廠(chǎng)加工高、含硫原油的需求,杜絕酸來(lái)實(shí)現?？刂品桨羔娪脤⑸嫌慰辗盅b置放空的含氧量為33.5%性氣放火炬,保護環(huán)境。的富氧空氣,與空氣混合成28%的富氧空氣引入硫磺裝置,硫磺(2)氧氣濃度的提高減少了惰性氣體N2的進(jìn)爐量,既提高裝置處理酸性氣能力提高了20%左右每年可多產(chǎn)硫磺1500,僅了制硫爐反應溫度、又提高了O2與H2S的混合強度,同時(shí)減小此一項就可增效100多萬(wàn)元,且極大改善了企業(yè)周?chē)諝赓|(zhì)量。了下游設備的壓降,大大有利于海南煉化的燒氨工藝3。圖5美國路易斯安娜州查爾斯湖煉油廠(chǎng)的兩套硫回收裝置首次用為爐溫與燒氨工藝存在的曲線(xiàn)關(guān)系。55%的富氧空氣代替空氣操作,使裝置處理量提高了85%,達到日(3)工藝核算結果顯示:采用富氧工藝使裝置能力提高25%產(chǎn)硫磺200噸水平采用的是美國空氣產(chǎn)品和化學(xué)品有限公司提出時(shí)裝置主要設備基本都能滿(mǎn)足要求不需要改動(dòng)。但目前空分現的cp法硫回收工藝,開(kāi)工以來(lái)裝置操作平穩技術(shù)性能可靠,沒(méi)有操作參數需做優(yōu)化調整努力提高N2拔出率,即提高污氮O2有出現什么問(wèn)題,并且開(kāi)停工比較容易,取得了較好的經(jīng)濟效益。含量,同時(shí)減少污氮去水冷塔流量,節省大部分富氧送至硫磺回收工業(yè)實(shí)踐表明,用高氧氧化工藝改造普通克勞斯回收裝置裝置。具有一下優(yōu)點(diǎn)(4)酸性氣中烴含量超高(10%左右)以及處理負荷過(guò)低(1)可以大幅度提高裝置處理能力。燃燒爐溫度隨氧濃度(50%)導致配氧嚴重超標是造成反應爐超溫的危險因素。海南增加而升高的情況并不象預期的那樣敏感,只要少量循環(huán)氣流煉化制硫爐耐火磚以不超過(guò)1400℃為宜。需規定相應的工藝指即能順利控制。標予以避免。(2)酸氣總硫轉化率約可提高0.6%(V)。4結論參考文獻[1]張義玲,達建文富氧硫回收工藝新進(jìn)展[J].大氮肥,2007(12):3813.[2]唐昭崢,毛興民國外硫磺回收和尾氣處理技術(shù)進(jìn)展綜述[J]齊魯石油化工,1996(10):302-31[3]宋安太郝天臻硫回收裝置采用富氧技術(shù)的應用于研究[J]石油煉制與化工,2004(2):23-25[4] Thomas K.Chow,JK.Chen.采用富氧工藝對硫磺回收裝置進(jìn)行擴能97621222324252627282改造具有明顯投資效益[C].新千年硫回收會(huì )議[A],200002%5]王吉云溫崇榮硫磺回收裝置燒氨技術(shù)特點(diǎn)及存在的問(wèn)題[J].石油5富氧工藝提高爐溫后所測氦分解率天然氣化工,2008(03):218-22