一种用于硫回收装置的空气配送方法论文

 

　　关键词：硫回收,鼓风机,原料空气,节能,环保

 

 

　　随着人类的环境保护意识逐渐增强，人类越来越关心周围生存环境的质量。工业排放的废气中所含的H2S气体，不仅能够引起管道、设备腐蚀和催化剂的中毒，致使工艺条件恶化，而且会造成相当严重的环境污染，甚至危害人类生存。因此，必须对排放的H2S气体进行治理。硫化氢气体是一种日益引起全球重视的大气污染物，它是典型的恶臭类气体，具有污染范围广、毒性大的特点。而硫磺在能源、化工、医药、农业等方面都是很宝贵的化工行业的原料。因此，合理利用硫化氢，使硫化氢气体变废为宝，在现实生产中具有非常重要的现实意义。近年来，关于处理H2S气体技术研究越来越活跃。根据去除硫化氢的方法的不同特点，可把净化方法分为：吸收法、分解法、吸附法、氧化法等。

 

　　目前化工行业大规模脱除硫化氢生产硫磺主要使用氧化法工艺。氧化法一般是把H2S气体直接氧化为单质硫。在气相中进行氧化的过程通常被称作叫做干法氧化，在液相中进行的过程叫湿法氧化。干法氧化是在通常情况下使硫化氢气体氧化成单质硫或硫的氧化物的一种方法，典型的干法氧化有克劳斯法如图1所示和选择性氧化法，如图2所示。克劳斯法的原理是利用硫化氢为原料，在克劳斯燃烧炉中内使废气中的一部分H2S氧化生成SO2，生成的SO2与进气中的H2S反应生成硫磺加以回收。克劳斯法要求废气中的H2S的初始体积分数应大于等于15%~20%。否则，H2S的燃烧不能提供足够反应需要的热量，不能维持正常发硬所需要的温度。选择性氧化法，是在催化剂的作用下使H2S与空气中的氧气直接反应，氧化生成单质硫。近年来，选择性氧化技术有突破性进展，成功的关键是研制出选择性好、对H2O和过量的O2不敏感的高活性催化剂，目前用铁基氧化物的不同混合物制备。选择性氧化法硫的总回收率可达98%~99%。国内外关于干法脱硫工艺中原料空气的研究鲜有报道，目前普遍使用空气鼓风机提供反应用原料空气。天脊集团硫回收装置目前采用的是选择性氧化法的干法脱除硫化氢工艺，依托自身优势对标挖潜，并不断致力于硫回收装置节能降耗和精致生产方面的工作，通过不断总结干法脱硫工艺关于配送原料空气的经验，稳步开展优化原料空气配送方法。

 

　
 

 

　　煤在鲁奇炉中加压气化后，生成的粗煤气经过一氧化碳变换并降温后，送至低温甲醇洗装置除去粗煤气中的二氧化碳及硫化氢，合成氨装置生产过程中为了实现环保达标排放，由低温甲醇洗装置脱除的含硫化氢气体的酸性气需要送至硫回收装置进一步处理。常用的硫回收工艺分为干法脱硫和湿法脱硫两种。天脊集团硫回收装置使用的是干法脱硫工艺，设计酸性气处理能力为21 000 m3/h（硫化氢质量分数约为0.5%）。其工艺流程为，含硫化氢气体的酸性气经过罗茨风机压缩提压后配入一定比例的空气，两者的混合气体经过换热器被加热后，送入装有具有选择性催化氧化催化剂的反应器中，酸性气中的硫化氢与空气中的氧气在催化剂的作用下反应生成硫磺与水，脱除硫化氢的酸性气送至烟囱排放，从而实现脱除硫化氢达标排放的目的。

 

 

　　由于干法脱硫工艺需要空气参与反应，所以硫回收装置一般情况下需配备两台空气鼓风机，为反应提供适量原料空气，设计配送原料空气900 m3/h。经过一段时间的运行后发现，使用空气鼓风机提供原料空气出现的问题有：

 

　　1）空气鼓风机正常运行时噪音较大。

 

　　2）由于空气鼓风机入口气源为大气，所以出口空气中含灰尘、气态水等杂质，含杂质的空气被送入反应器中，长时间会影响催化剂的活性，造成脱除硫化氢反应变差。

 

　　3）空气鼓风机传动机构为皮带传动，皮带为易损件，造成设备的维修保养费用较高。

 

　　4）鼓风机正常运行时耗电量大。

 

　　基于以上问题，亟需找到一种可以替代鼓风机的原料空气配送方法。

 

 

　　围绕干法脱除硫化氢装置使用鼓风机作为原料空气的配送方法，在实际运行时所出现的空气鼓风机正常运行时噪音较大；空气鼓风机提供的原料空气中含灰尘、气态水等杂质，影响催化剂的活性；空气鼓风机维修保养费用较高；鼓风机正常运行时耗电量大等方面问题，结合合成氨系统空分装置空气富裕的实际情况，找到一种使用装置空气替代鼓风机为硫回收装置提供原料空气的方法。天脊集团合成氨系统共有两套空分装置，两台空压机设计输气量分别为100 000 m3/h和82 000 m3/h，而实际情况是两台空压机打气量分别达到97 000 m3/h和78 000 m3/h，且防喘振阀有约10%开度时即可满足合成氨系统满负荷运行。由此可以看出空分装置在满足后系统满负荷运行的前提下，空气量尚有余量，可满足硫回收装置使用。经空压机压缩后的空气经过吸附器后，空气中的灰尘、水和二氧化碳及部分碳氢化合物被吸附剂吸附脱除，过吸附器后纯净的空气一部分送入冷箱进行深冷精馏，另一部分送至装置空气管网，将装置空气管网的空气通过专用的空气配送管线节流、减压后即可满足硫回收装置原料空气的使用条件。

 

 

　　结构：一种用于硫回收装置的空气配送管线，如图3所示，包括配送管，配送管的入口端与空气分离装置出口侧的空气总管连接，配送管的出口端与硫回收装置的空气入口连接，在配送管上从入口端到出口端依次设置有入口截止阀、单向阀、减压阀和出口截止阀。

 

　　在配送管的入口侧和出口侧分别连接有入口排放管和出口排放管，入口排放管位于入口截止阀的前方，出口排放管位于出口截止阀的后方，在入口排放管和出口排放管上分别设置有入口导淋阀和出口导淋阀，用于在入口截止阀和出口截止阀损坏时，从入口导淋阀和出口导淋阀排出气体。

 

　　在配送管上还设置有远程自动调节阀和远程压力表，远程自动调节阀和远程压力表位于减压阀和出口截止阀之间，且远程压力表位于远程自动调节阀的后方，远程自动调节阀和远程压力表均通过有线连接的方式与DCS控制系统连接。

 

　　在配送管上还连接有放空管，放空管位于远程压力表与出口截止阀之间，在放空管上设置有远程自动放空阀，远程自动放空阀通过有线连接的方式与DCS控制系统连接。

 

　　在放空管的末端设置有消音器，用于减小放空管运行时的噪声。

 

　　在配送管上还设置有远程流量计，远程流量计位于出口截止阀与出口排放管之间，远程流量计通过有线连接的方式与DCS控制系统连接。

 

　　在远程自动调节阀的两端并联有一号旁路，在一号旁路上设置有一号旁路阀，以便于远程自动调节阀的维修和更换。

 

　　在远程自动放空阀的两端并联有二号旁路，在二号旁路上设置有二号旁路阀，以便于远程自动放空阀的维修和更换。

 

　　远程自动调节阀与远程自动放空阀均为气动电磁阀。

 

　　工艺流程：装置空气管线中经过脱除粉尘、二氧化碳及水分后的空气，通过装置空气入口进入配送空气管线。进入配送空气管线的空气首先经过前截止阀和单向阀，然后经过减压阀从0.5 MPa减压至70 kPa左右，通过远程调节阀和后截止阀后，进入硫回收系统与酸性气混合进入反应器参与反应。空气的压力与流量可以通过远程自动放空阀进行调节。

 

 

　　经过一段时间的运行后发现，该方法不但可以为硫回收装置提供清洁、稳定的原料空气，保证了催化剂的活性，而且由于鼓风机的停用节省了大量的设备运行及维护成本，现场噪音下降40 dB左右，产生了巨大的经济效益和环保效益。

 

　　使用该方法为硫回收装置提供原料空气后，2台鼓风机停运。鼓风机单台功率为37 kW，按鼓风机年运行天数330 d，电价0.7元/（kW·h）计算，每年仅电费一项可节省41万元。另外每年节省维修保养费用约3万元。同时鼓风机的停运降低了现场的噪音，改善了现场的环境。节省噪音处理费用约7万元。合计每年节省费用：41万元+3万元+7万元＝51万元。目前该方法已成功申请到国家专利。

 

 

　　国内外化工行业煤制合成氨工艺中产生的硫化氢气体必须脱除后才能实现环保达标排放，目前硫化氢脱除工艺主要有干法脱硫和湿法脱硫两种。每种脱硫工艺均需使用空气作为原料气参与反应。常用方法是使用鼓风机提供空气。天脊集团独立自主研发的一种用于硫回收装置的空气配送方法，通过远程控制利用装置空气代替鼓风机为硫回收装置提供原料空气，不仅节省设备维护费用，延长了催化剂的寿命，而且降低了噪音污染。该方法处于行业领先水平，在石油化工及煤化工行业尾气硫化氢脱除方面有广泛的应用前景。