利用空分污氮改造富氧硫回收工艺的应用研究

第40卷第6期广州化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艺的应用研究王泉(中国石化海南炼油化工有限公司,海南洋浦578101)摘要:中国石化海南炼化8万吨/年硫磺回收装置于2006年5月投产,为进一步提高海南炼化硫回收能力,本文研究了利用空分装置排放大气的污氮与空气混合配比成氧含量28%的富氧空气进制硫炉燃烧,降低炉头压力、提高硫回收能力的可行性研究。经理论核算,装置改造后酸性气处理量比现生产能力可提高22%,硫磺日产量可提高50吨。关键词:克劳斯法;硫磺回收;富氧技术;扩能中图分类号:TFE9文献标识码:A文章编号: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海南炼化2×40kta硫磺回收装置2006年5月投产以来,空气产品公司的COPEⅡ型工艺,釆用冷循环气急冷火焰的方法系统压降逐渐增大,制硫炉炉头压力不断上升,装置处理能力持等。续下降。装置原设计单列处理酸性气50176Nm/h,实际生产1.1低浓度富氧技术中最低时单列最大处理负荷仅为4500Nm/h(H2S含量75%低浓度富氧技术可以将原硫回收装置设计能力扩大20%~80%)左右此时风量为8500Nm/h左右每当炉头压力高于5525%,其方法是:原有的硫回收装置不需任何改动,只需增加kPa时过程气便会冲破硫封此工况对环境保护以及高硫原油个将氧气注入空气燃烧器的管线所需投资只是安装供氧系统的加工具有很大的制约。一般是在反应加热炉燃烧器上增加1条供氧管线。海南炼化KDN-8000型深冷空分制氮装置正常设计可生产800Nm/h的氮气用量同时可生产720Mm/h(气态折合1.2中等浓度富氧技术量)的液氮。现装置负荷为设计值的70%,即外供N2量5500中等浓度的富氧技术可将原硫回收装置设计能力扩大Nm3/h左右,此工况下,空气进空分装置风量约为17500Nm3/h,75%。然而对于注入燃烧空气的普通硫回收装置则不适合应外排大气的废气(即污氮)氧含量浓度为30%。用此类富氧工艺,因为以空气进行操作的燃烧炉承受不了更高的燃烧温度。改造的主要方法是:安装一个用于直接注氧而设1富氧工艺简介计的特殊燃烧器,例如BOC公司专利产品SURE燃烧炉就是专富氧Caus工艺是在普通Cus硫回收装置基础上进行改进为富氧硫回收的有效燃烧而设计的,它既可用于纵向燃烧也可的,它用O2部分或全部代替空气以处理更多的酸性气体原料,用于横向燃烧。SURE燃烧器优秀的混合特性与更高的燃烧温减少了大量惰性氮气在系统内的循环从而可大大提高装置的度相结合适合于富氧操作,只需将现有的反应炉加以改动就可处理能力。富氧工艺分为三类,分别为低浓度富氧(O2<28%)、作为新的燃烧炉。所需投资主要是安装1个新的氧适配燃烧中等浓度富氧(O2>28%)和高浓度富氧(O2>4%)1。从20炉。世纪80年代开始富氧工艺的发展很快,如Pon/BOC公司的1.3高浓度富氧技术“可靠(SURE)”富氧技术,采用分段燃烧和燃烧产物中间冷却高浓度富氧技术可将原硫回收装置设计能力扩大150%。的方法;鲁奇( Lurgi)公司的 Claus工艺,采用多级烧嘴方法;CAA根据所选择的富氧技术的不同,原有硫回收装置的热段需要做作者简介:王泉(1980-),男,大学本科,工程师,从事炼油生产及环保工作,现任中国石化海南炼油化工有限公司运行部六单元(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艺的应用研究改动或增加新的设备。 Parsons/BOC的SURE双燃烧工艺就是所以,装置能力的实际提高将大于22%高浓度富氧工艺。根据以上测算结果,确定了工艺方案和工艺目的。主要将可利用的富氧空气全部利用,选用富氧空气直接混入空气管70%H,S道的引入方案。设计混合氧化风的氧含量为28%左右,使装置处理能力提高20%~25%。22装置配风控制方案在富氧空气一路增设压力控制阀,使流量控制阀前压力与空气一路相近。因为,氧含量为30%的富氧空气与空气体积比O/mol%3.5:1混合后氧含量恰好为28%,所以将酸性气流量比例调节图Cqpe硫回收装置处理量增加图值定义为氧含量为28%的混合气量,然后由这个量的体积比3.5:1分别作为富氧空气量和空气流量的控制给定值。该方案1928↑92%(V)HS用一个变送信号同时调节2个流量控制阀,混合气的氧含量不随酸性气进料波动而变化,安全有保障。另外通过调节富氧空气压力控制值,该方案还具有改变混合气氧含量的灵活性製67%(v)H5图3所示。35%(V)HS含氨酸性气3040506070809010002%/v。(哑图2燃烧炉炉温与氧浓度的关系2海南炼化硫磺回收富氧工艺方案2.1富氧空气的引入方式及装置负荷的确定图3装置配风控制方案示意图我厂空分装置副产100m0(标准状态,下同)氧含量为2.3富氧空气集输方案富氧空气源是空分装置的排放废气,压力15kPa。由于空换热后放空,另一路约6000mn3/h去纯化系统作为纯化器的载热分装置与硫磺回收装置相距较远,必须采用相应的集输设施。体自用及直接排空。此都分放空的富氧空气国收利用在硫回收先将排废富氧空气引入一集气包,然后由升压机输送到硫磺回装置上作为富氧气源。考虑到操作的波动,实际可供平稳利用收装置。但由于集气包的容积有限富氧空气的利用率较低,供00气的稳定性也较差。为了克服这个方案的不足,并确保不影响5500m3/h富氧空气全部引入后,按照总气体流量不变、减少的N2量由酸性气补充的原则测算装置能力的变化,引富分装置的运行,为此设计一套自控方案如图4所示。氧空气后装置处理能力测算的结果见表1。表1引入富氧空气后装置处理能力的测算结果富氧空气引入前富氧空气引入后升压机缓冲酸性气量/(m3/h)H2S含量/%75图4富氧空气集输自控方案示意图VI-空分装置出口高压放空阀;V2-空分装置出口低压切断阀;回收率/%V3-集气包低压自保阀;v4-升压机出口高压放空阀空气量/(m3/h)8%富氧空气量/(m3/h)2000原富氧空气排放压力为15kPa,收集富氧空气将造成该压混合气氧含量/%力升高或降低,升高会影响空分装置的正常运行,降低可能造成总气体流量/(m/h)13000纯化器电炉的烧毁。图2中用V1和V2阀自动控制空分装置出装置处理能力(9月)/(m)口压力为10~20kPa,消除集输富氧空气对空分装置的影响。装置处理能力增加/%升压机为活塞型压缩机,当富氧空气量不足时,人口会形成△以上数据为标准状态。负压。为此,集气包设计为耐压真空罐,防止被抽瘪;同时用Ⅴ3阀控制自循环量来避免集气包人口压力过低;出口压力高时由由表1可见,同比条件下,在总气体流量不变的前提下引入V4阀自动控制放空500h富氧空气可使装置能力提高22;混合气的氧含量为3国内外工业应用效果28%。另外,在保持进炉总气体流量不变时,由于氮气的减少,余热锅炉、反应器、冷凝器、尾气处理等后部工序的气体流率会中国石化沧州炼油厂5000U/a硫磺回收装置富氧工艺于比采用富氧空气前减少也就是说后部工序的压降会降低。因002年2月正式投运成功。该项目投资180万元进行项目改此,在保持装置总压降不变的前提下,总气体流量会有所提高下转第181页40卷第6期王峰涛等:化工企业环境风险评价研究进展识,提高防范环境风险的能力。5.2化工企业需定期开展环境风险评价,防患于未然参考文献目前,我国化工企业的环境风险评价仅仅是在化工企业建设[1]胡二邦环境风险评价实用技术和方法[M].北京:中国环境科学前进行,这显然是远远不够的。因为随着时间的推移,设备老化出版社,2000管道腐蚀、技术落后等问题势必会带来新的环境风险。化工企业[2]顾传辉,陈桂珠浅议环境风险评价与管理[J]新疆环境保护,2001,23:38-41必须根据自身的实际情况,定期开展企业生产所涉及的各环节的[3]郑铭环境影响评价导论[M].北京:化学工业出版社,200环境风险评价工作,及时排查并消除企业隐患。这样才能形成有[4]彭理通石油化工工业环境风险评价探讨[J].环境科学,9848-5效的、长期的环境风险预警机制以及相应的事故处置措施,预防[5]蔡风英谈宗山,孟赫蔡仁良化工安全工程[M].北京:科学出版企业在生产过程中对环境造成的危害降低企业的环境风险。社,53对环境风险实行分类管理完善环境风险管理体系61曹艳,张卫石化企业环境风险评价初探J.化工环保04对化工企业的环境风险评价,应该坚持不同的环境风险评价项[7] Koller G, Fischer U, Hungerbulaler K. ssessing safety, health, and en-目采取相应的评价流程的原则。对于各类风险项目制定一系列必vironmental impact early during process development[ J]. Industrial and要的强制性管理措施,并将这些措施认真贯彻落实到位。另外,还Engineering Chemistry Research, 2000, 39: 960-972要允许和鼓励项目实施者根据实际情况适当地增加其他的风险管[8] Khan F I, Husain T, Abbasi s A. Safety weighted hazard index理措施。可在建设项目所在地举行公开的听证会,广泛征集社会各(SWeH): A new user-friendly tool for swift yet comprehensive hazard方的意见和建议。此外,对环境风险管理体系,即环境风险的预防、identification and safety evaluation in chemical process industries[J]应对和处置这三个环节要不断地进行扩充和完善。必须把预防放Process Safety and Environmental Protection, 2001, 79: 65-80在首位,因为事后的警告和补救远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旦发生紧急事件,对事件及时有效的处置,可使事件造成的环境破methodology for the relative ranking of the fire hazard of chemical sub-坏、经济损失和人员伤亡程度降到最低。总之,预防、应对和处置,三stances and installations[ J]. Process Safety and Environmental Protec者有机地结合,共同构成完整的化工企业环境风险管理体系tion,2005,83:122-134.(上接第129页)造,采用低浓度富氧工艺,通过在空分装置上增加一台氧压机,在(1)采用富氧工艺硫磺回收,既可避免富氧空气的浪费,又硫磺装置上增加富氧缓冲罐及富氧空气压控、流控两个仪表回路可提高硫回收能力,满足全厂加工高、含硫原油的需求,杜绝酸来实现。控制方案釆用将上游空分装置放空的含氧量为33.5%性气放火炬,保护环境。的富氧空气,与空气混合成28%的富氧空气引入硫磺装置,硫磺(2)氧气浓度的提高减少了惰性气体N2的进炉量,既提高装置处理酸性气能力提高了20%左右每年可多产硫磺1500,仅了制硫炉反应温度、又提高了O2与H2S的混合强度,同时减小此一项就可增效100多万元,且极大改善了企业周围空气质量。了下游设备的压降,大大有利于海南炼化的烧氨工艺3。图5美国路易斯安娜州查尔斯湖炼油厂的两套硫回收装置首次用为炉温与烧氨工艺存在的曲线关系。55%的富氧空气代替空气操作,使装置处理量提高了85%,达到日(3)工艺核算结果显示:采用富氧工艺使装置能力提高25%产硫磺200吨水平采用的是美国空气产品和化学品有限公司提出时装置主要设备基本都能满足要求不需要改动。但目前空分现的cp法硫回收工艺,开工以来装置操作平稳技术性能可靠,没有操作参数需做优化调整努力提高N2拔出率,即提高污氮O2有出现什么问题,并且开停工比较容易,取得了较好的经济效益。含量,同时减少污氮去水冷塔流量,节省大部分富氧送至硫磺回收工业实践表明,用高氧氧化工艺改造普通克劳斯回收装置装置。具有一下优点(4)酸性气中烃含量超高(10%左右)以及处理负荷过低(1)可以大幅度提高装置处理能力。燃烧炉温度随氧浓度(50%)导致配氧严重超标是造成反应炉超温的危险因素。海南增加而升高的情况并不象预期的那样敏感,只要少量循环气流炼化制硫炉耐火砖以不超过1400℃为宜。需规定相应的工艺指即能顺利控制。标予以避免。(2)酸气总硫转化率约可提高0.6%(V)。4结论参考文献[1]张义玲,达建文富氧硫回收工艺新进展[J].大氮肥,2007(12):3813.[2]唐昭峥,毛兴民国外硫磺回收和尾气处理技术进展综述[J]齐鲁石油化工,1996(10):302-31[3]宋安太郝天臻硫回收装置采用富氧技术的应用于研究[J]石油炼制与化工,2004(2):23-25[4] Thomas K.Chow,JK.Chen.采用富氧工艺对硫磺回收装置进行扩能97621222324252627282改造具有明显投资效益[C].新千年硫回收会议[A],200002%5]王吉云温崇荣硫磺回收装置烧氨技术特点及存在的问题[J].石油5富氧工艺提高炉温后所测氦分解率天然气化工,2008(03):218-22