石油与天然气化工  2019, Vol. 48 Issue (5): 30-33, 38
硫磺回收装置液硫池废气回收技术及应用
马崇彦 , 李永生 , 庾年伟     
中国石化达州天然气净化有限公司
收稿日期：2019-05-23
作者简介：马崇彦(1969-)，男，高级工程师，2006年毕业于辽宁石油化工大学化学工程专业，硕士研究生学历，现就职于中国石化达州天然气净化有限公司，从事天然气处理与加工方面的研究。E-mail：pmchy4691@163.com.
摘要：为了节能减排，降低天然气净化厂排放烟气中SO2质量浓度，利用中压蒸汽作为动力，通过抽射器将液硫池废气抽入克劳斯炉，并通过低压蒸汽对废气进行预热，防止硫蒸气冷凝。研究了克劳斯系统在不同负荷下，液硫池废气进入克劳斯炉后，对降低排放烟气中SO2质量浓度的影响。通过技术改造的实施应用，达到降低排放烟气中SO2质量浓度的目的，同时对联合装置平稳生产未产生影响，为同类硫磺回收工艺装置降低SO2排放提供了参考。
关键词：液硫池    SO2    克劳斯炉    烟气    
Technology and application of waste gas recovery from liquid sulfur tank of sulfur recovery unit
Ma Chongyan , Li Yongsheng , Yu Nianwei     
Sinopec Dazhou Natural Gas Purification Co., Ltd., Dazhou, Sichuan, China
Abstract: In order to save energy and reduce emission, aiming to reduce SO2 mass concentration in flue gas emission of natural gas purification plant, using medium pressure steam as power, the liquid sulfur pool exhaust gas was pumped into Claus furnace through ejector, and the exhaust gas was preheated by low pressure steam to prevent sulfur vapor condensation. After the liquid sulfur pool exhaust gas enters Claus furnace under different loads of Claus system, the effect on reducing SO2 mass concentration in flue gas was studied. Through the implementation and application of technical transformation, the SO2 mass concentration in flue gas has been reduced, and the stable production of the combined plant has not been affected. It could provide a reference for similar sulfur recovery process units to reduce SO2 emission.
Key words: liquid sulfur pool    sulfur dioxide    Claus furnace    flue gas    

普光天然气净化厂共建设有6套12列装置，每列装置1个液硫池。目前，液硫池采用空气鼓泡工艺进行液硫脱气，含硫废气排入焚烧炉，增加了排放烟气中SO2质量浓度，根据现场运行数据，净化厂排放烟气中SO2质量浓度约为250~450 mg/m3，液硫池中废气对烟气中SO2质量浓度的贡献比例约为30%~50%。根据即将出台的天然气净化厂尾气排放标准，日产硫磺200 t以上的净化厂，其排放尾气中SO2质量浓度(0 ℃，101.325 kPa，下同)不得超过400 mg/m3。显然，如果能够对液硫脱气废气中的硫化物进行回收，普光天然气净化厂排放尾气中SO2质量浓度即可达到排放标准。

1 原液硫废气处理工艺

天然气净化厂硫磺回收装置采用美国Black &Veatch公司的工艺包，单列装置设计规模为20×104 t/a，操作弹性为30%~130%，年操作时间为8000 h。硫磺装置由克劳斯硫磺回收系统、尾气处理系统、尾气焚烧系统、液硫脱气系统组成[1]。

装置液硫脱气工艺包括两种：MAG机械搅拌工艺和空气鼓泡工艺。MAG机械搅拌脱气工艺受硫磺冷却器及液硫循环管线泄漏的影响，于2013年起陆续停运。目前，各系列均通过空气鼓泡进行脱气，采用低压蒸汽抽射器，将液硫池废气引入尾气焚烧炉，对排放烟气中SO2质量浓度的贡献值约100~200 mg/m3。废气组成(φ)包括：N2：76.86%、O2：20.37%、H2S：0.65%、S：0.03%、H2O：2.09%，总量约1666 m3/h。

液硫池分为3个区，有溢流堰隔开并互有连通阀，通过风机(与克劳斯炉共用)向液硫池3个区分别通入空气，各区空气由调节阀分别控制流量，流程如图 1所示。

图 1     液硫脱气流程图 Figure 1     Flow of liquid sulfur desulfurization

2 液硫废气入克劳斯炉研究

为降低硫磺回收装置排放烟气中SO2质量浓度，提高装置总硫回收率，天然气净化厂对液硫池废气实施回收改造。采用中压蒸汽抽射器将液硫池废气引入克劳斯炉入口空气管线上。采用空气换热器加热燃烧空气，防止含硫废气堵塞空气管线、影响克劳斯炉温度(如图 2所示)。

图 2     液硫池废气入克劳斯炉流程图 Figure 2     Flow of waste gas from liquid sulfur tank entering Claus furnace

2.1 改造设计内容

改造设计内容如下：

(1) 新增1台空气加热器，对克劳斯炉燃烧空气进行加热，防止含硫废气堵塞克劳斯炉空气管线，从而降低克劳斯炉温度，影响硫回收率。

(2) 新增2台中压抽射器，利用中压蒸汽将液硫池废气抽射入克劳斯炉空气管线上。

(3) 新增1条液硫池废气进入克劳斯炉空气管线的夹套管线，配套1个带联锁自动切断阀(阀2)，2个现场手动操作阀门。

(4) 新增1条空气加热器低压蒸汽管线，配套流量计、调节阀。

(5) 新增1条中压蒸汽抽射器管线，配套1个带联锁自动切断阀(阀1)及疏水排凝管线。

(6) 新增1台抽射器至尾气焚烧炉流程，配套1个带联锁自动切断阀(阀3)。

2.2 工艺联锁设置

正常运行时，中压蒸汽切断阀(阀1)、液硫池废气至克劳斯炉切断阀(阀2)开启，去尾气焚烧炉切断阀(阀3)关闭。

克劳斯炉联锁停车时，液硫池废气至克劳斯炉切断阀(阀2)关闭，液硫池废气至尾气焚烧炉切断阀(阀3)开启。

尾气焚烧炉异常停车时，手动关闭中压蒸汽切断阀(阀1)，同时关闭中压蒸汽手阀。

2.3 工艺参数控制

装置工艺参数控制见表 1。

表 1    装置工艺参数 Table 1    Process parameters of the unit

3 应用实施效果
3.1 克劳斯系统80%负荷运行

装置克劳斯系统80%负荷运行，液硫池空气鼓泡工艺投运，为保证废气全部进入克劳斯炉，现场液硫池呼吸口不外排废气，液硫池一、二、三区空气阀位分别控制在23%、23%和5%；测试废气切入克劳斯炉和切至尾气焚烧炉后的烟气中SO2含量，结果见图 3。

图 3     克劳斯系统80%负荷运行时排放烟气中SO2质量浓度变化趋势图 Figure 3     Trend of SO2 mass concentration in discharged flue gas while Claus system running at 80%load

由图 3可以看出，5月3日上午10:56，将液硫池废气由克劳斯炉切入尾气焚烧炉，排放烟气中SO2质量浓度由140 mg/m3增至330 mg/m3，随后稳定在240 mg/m3；16:00，再将废气由废气焚烧炉切入克劳斯炉，烟气中SO2质量浓度由200 mg/m3降至85 mg/m3。

采用大数据分析手段，每分钟录入1个烟气中SO2质量浓度排放数据，液硫池废气切入克劳斯炉运行，排放烟气中SO2质量浓度平均值为113 mg/m3(5月3日0:00-10:56和16:00-23:59)，废气切入尾气焚烧炉运行，排放烟气中SO2质量浓度平均值为242 mg/m3(5月3日10:56-16:00)，烟气SO2减排量达到53%。

3.2 克劳斯系统100%负荷运行

装置克劳斯系统100%负荷运行，液硫池空气鼓泡工艺投运，为保证废气全部进入克劳斯炉，现场液硫池呼吸口不外排废气，液硫池一、二、三区空气阀位分别控制在23%、23%、5%；测试废气切入克劳斯炉和切至尾气焚烧炉后的排放烟气中SO2含量，见图 4。

图 4     克劳斯系统100%负荷运行时排放尾气中SO2质量浓度变化趋势 Figure 4     Trend of SO2 mass concentration in discharged flue gas while Claus system running at 100% load

由图 4可以看出，5月8日上午10:30，将液硫池废气由克劳斯炉切入尾气焚烧炉，烟气中SO2平均质量浓度由116 mg/m3增至259 mg/m3；13:30，再将废气由废气焚烧炉切入克劳斯炉，烟气中SO2质量浓度平均值降至135 mg/m3。

采用大数据分析手段，每分钟录取1个烟气中SO2质量浓度数据，液硫池废气切入克劳斯炉运行，烟气中SO2质量浓度平均值为109 mg/m3(5月8日0:00-10:29和15:32-23:59)，废气切入尾气焚烧炉运行，烟气中SO2质量浓度平均值为268 mg/m3(5月8日10:30-15:31)，烟气SO2减排量达到59%。

3.4 废气对克劳斯系统、加氢系统的影响

液硫池废气由尾气焚烧炉切入克劳斯炉，克劳斯系统运行稳定，催化剂床层温度分布均匀；加氢系统运行稳定，催化剂床层温度分布均匀。液硫池废气采用中压蒸汽抽射入克劳斯炉后，克劳斯炉炉温降低约10 ℃，炉温保持在1050 ℃以上。

3.5 蒸汽消耗
3.5.1 中压蒸汽消耗量

采用中压蒸汽抽射器将液硫池废气抽射入克劳斯炉。为保证液硫池废气全部抽射至克劳斯炉，液硫池呼吸口不外冒废气，调整优化每1 h消耗中压蒸汽1.1~1.2 t/h。废气切入尾气焚烧炉，中压蒸汽消耗量降至0.58~0.64 t/h。

表 2    抽射器中压蒸汽消耗统计表 Table 2    Statistical table of medium-pressure steam consumption in pumper

3.5.2 低压蒸汽消耗量

采用低压蒸汽将克劳斯燃烧空气加热至135 ℃以上，避免废气中液硫凝固堵塞克劳斯炉炉头入口管线。低压蒸汽消耗量约0.7~0.9 t/h，低于设计值(1.882 t/h)。

表 3    空气加热器低压蒸汽消耗统计表 Table 3    Statistical table for low-pressure steam consumption in air heaters

4 结论及建议

(1) 通过将液硫池废气通入克劳斯炉的技术改造后，烟气中SO2减排量达到50%以上，减排效果显著，降低了环境污染，可为类似装置提供借鉴。

(2) 液硫池废气通过中压蒸汽进入克劳斯炉，现场实施后，克劳斯炉炉温降低10 ℃左右，对后续加氢装置无影响，可见液硫池废气通入克劳斯炉对装置平稳生产无不良影响。

(3) 排放烟气中SO2主要来自液硫池废气和尾气吸收塔废气两部分[5]，本研究针对液硫池废气降低了烟气中SO2的排放，建议还可以对尾气吸收塔工艺进行优化，达到进一步降低排放烟气中SO2质量浓度的目的。

参考文献
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马崇彦. 大型液硫脱气装置改造[J]. 石油与天然气化工, 2018, 47(6): 24-27.
[2]
蔡兴华. 浅析硫磺回收装置液硫池废气处理技术[J]. 石油化工设计, 2016, 33(3): 9-11. DOI:10.3969/j.issn.1005-8168.2016.03.005
[3]
李月, 刘攀. 液硫池破损原因分析及改进措施研究[J]. 石油与天然气化工, 2015, 45(3): 103-108.
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公明明, 宋世昌. 液硫池尾气回收技术及应用[J]. 硫磺工业, 2016, 4(2): 39-42.
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温崇荣, 段勇, 朱荣海, 等. 我国硫磺回收装置排放烟气中SO2达标方案探讨[J]. 石油与天然气化工, 2017, 36(1): 1-7. DOI:10.3969/j.issn.1007-3426.2017.01.001
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