硫回收装置工艺设计及仪表控制

孙小娟

(东华工程科技股份有限公司安徽合肥230024)

陈晓明

(合肥水泥研究设计院安徽合肥230051)

随着环保要求的日益提高和环保法规的日趋严格，近年来一些煤化工项目已配备了硫回收装置，即从含H2S酸性气中回收单质硫并制取硫黄，避免了气体直接排放而造成环境污染，使硫元素得以回收利用。H2S在装置中分布面极广，且含量也高，一旦发生泄漏，极易引发中毒、火灾及爆炸事故，严重影响人身安全及正常生产。因此，工艺装置的控制系统和仪表应具有与集散控制系统通信的能力，必须采用安全控制系统。

1 工艺流程

1.1 燃烧反应段

来自低温甲醇洗工段的酸性气经酸性气分离器除去液体，然后由酸性气预热器预热至220 ℃，预热后的酸性气分流后分别进入酸气燃烧炉主烧嘴和酸气燃烧炉主燃烧室。进入酸气燃烧炉主烧嘴的酸性气按一定比例配入经空气预热器预热后的空气混合燃烧，并与炉内另一股酸性气发生克劳斯反应：

H2S+3/2O2=SO2+H2O

H2S+1/2SO2=H2O+3/4S2

工艺气体进入废热锅炉后，降温至350 ℃，再进入一级硫冷凝器继续冷却至170 ℃，使气体中的硫蒸气冷凝成液硫并从气体中分离出来。

1.2 克劳斯催化反应段

从一级冷凝器出来的气体经一级再热器升温至230 ℃，然后进入一级反应器(内装填脱氧保护型铝基催化剂和钛基催化剂)进行克劳斯反应：

2H2S+SO2=3/xSx+2H2O

COS+H2O=H2S+CO2

CS2+2H2O=2H2S+CO2

从一级反应器出来的气体进入二级硫冷凝器，降温至170 ℃。

1.3 催化氧化反应段

经克劳斯催化反应段的工艺气和配入的空气经再热器加热至220 ℃左右，然后进入催化氧化反应器进行催化氧化反应，反应后的气体通过三级硫冷凝器使硫冷凝。工艺气通过高效硫分离器进行硫分离，最后尾气进入尾气处理单元。反应器内装填钛基催化剂，在反应器中发生主要的化学反应：

H2S+SO2=3/xSx+2H2O

COS+H2O=H2S+CO2

2H2S+O2=2/xSx+2H2O

所有冷凝分离下来的液体硫黄先流入液硫封，再流入液硫储罐，最终通过液硫泵将液硫送至硫黄造粒机、硫黄包装机进行造粒、包装。

催化氧化反应器为绕管式反应器。反应器上层为绝热层，目的是提高反应速率，有利于有机硫的水解；下层为等温层，通过内置的冷却盘管连接汽包，采用自然循环将热量带走，从而得到较高的转化率。

1.4 尾气处理单元

克劳斯法硫回收工艺受反应温度下热力学平衡限制，即使采用活性良好的催化剂和三级转化工艺，常规克劳斯装置的硫回收率最高只能达到 97%左右。催化氧化反应段出来的排放气含有微量H2S及其他硫化物，尾气通过碱性溶液喷淋降温后，达标排出界区至烟囱后放空。

2 热量回收及用途

硫回收是一个不断升温和降温的过程，很多热量可回收利用，可自产自用各种压力的蒸汽。燃烧炉后设置了废热锅炉，不仅可回收炉内反应所释放的热量， 而且催化转化反应器的温度也可通过控制过程气的温度加以调节，基本排除了反应器温度控制困难的问题，大大提高了装置的硫回收率和处理容量。废热锅炉产生的3.82 MPa蒸汽用作预热器和再热器的热源，剩余的蒸汽送至3.82 MPa蒸汽管网。反应器反应产生的热量由反应器内置的水冷系统通过汽包产2.50 MPa蒸汽，并将其移出送至蒸汽管网。一级硫冷凝器和二级硫冷凝器产的0.50 MPa蒸汽用于管道和设备的保温，三级硫冷凝器产的0.15 MPa蒸汽送至工艺除氧槽。

3 自动化控制及仪表设计

3.1 设计原则

硫回收装置的自动化控制及仪表的设计遵循“技术先进、经济合理、运行可靠、操作方便”的原则，实现控制、管理、运营一体化，生产装置、公用工程和辅助设施的自动控制及生产操作、信息管理等具有国内先进水平。生产装置、公用工程及辅助设施的监控、控制、操作和管理采用集散控制系统(DCS)及其他系统完成，在中央控制室进行集中操作和管理。

3.2 控制方式

根据工艺装置的生产规模、流程特点、产品质量及工艺操作要求，并参考国内、外同类型装置的自动化水平，对硫回收装置的生产过程进行集中监控。硫回收装置采用DCS控制系统，装置内所有控制系统的控制单元操作和监视在中央控制室内完成。

随设备或装置成套提供的控制系统就近设置在其装置内部的岗位控制室内，工艺装置的主要动设备的运行状态引入DCS控制系统进行监视。监控要求不频繁的非关键过程变量采用就地显示和控制，要求在开车过程中监视或仅需现场观察的过程变量采用就地显示。必须现场操作的设备采用就近安装的仪表盘，或者用控制箱对其进行监控。

3.3 主要控制方案

硫回收装置控制方案以单参数控制为主，辅之以少量串级、比值及分程等复杂控制和逻辑控制。主要复杂控制系统为：主燃烧炉空气/燃气/酸气的配比调节和焚烧炉空气/燃气/酸气的配比调节。

3.4 仪表与自动化设备

根据装置的生产规模、流程特点、操作要求和自动化水平，选择技术先进、性能可靠、价格合理的仪表和自动控制设备，保证具有良好的售后服务和技术支持。硫回收装置区存在强腐蚀性气体，仪表材质应满足工艺介质和现场环境条件的要求，仪表选型严禁采用铜及铜合金，仪表的选用应满足工厂所在地的地域及气候环境要求。现场安装的电子式仪表应至少满足IP65的防护要求。要求电子式仪表根据危险区域的等级划分，选用具有国家防爆合格证的产品。

4 结语

硫回收装置的工艺介质大多呈一定的腐蚀性和毒性，且属于爆炸性环境危险区域，因此，具有腐蚀、易燃、易爆等装置特征。装置生产过程控制采用 DCS控制系统，并设有越限报警和联锁保护系统，确保在误操作或非正常工况下对危险物料进行安全控制。为确保装置的安全，对装置的紧急停车和安全联锁采用了独立于DCS控制系统的SIS系统。

2015- 05- 11)