第十四章硫磺回收装置.docx
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第十四章硫磺回收装置
第十四章硫磺回收装置
第一节装置概况及特点
一、装置概况
硫磺回收装置是环保装置,它是洛阳分公司500万吨/年炼油工程主体生产装置之一。
该装置主要处理液态烃、干气脱硫酸性气及含硫污水汽提酸性气等,其产品是国标优等品工业硫磺。
二、装置组成及规模
硫磺回收(Ⅰ)设计生产能力为3000t/a,1987年8月开工,2001年4月扩能改造至1.0×104t/a;硫磺回收(Ⅱ)设计生产能力为5650t/a,1997年9月开工,2000年3月扩能至1.0×104t/a。
三、工艺流程特点
两套硫磺回收装置均采用常规克劳斯工艺,采用部分燃烧法,即将全部酸性气引入酸性气燃烧炉,按烃类完全燃烧和1/3硫化氢完全燃烧生成二氧化硫进行配风。
过程气采用高温外掺合、二级转化、三级冷凝、三级捕集,最终硫回收率达到93%以上。
尾气中硫化物及硫经尾气焚烧炉焚烧,70m烟囱排放。
第二节工艺原理及流程说明
一、工艺原理
常用制硫方法中根据酸性气浓度不同,分别采用直接氧化法、分流法和部分燃烧法。
本装置采用的是部分燃烧法,即将全部酸性气引入燃烧炉,按烃类完全燃烧和1/3硫化氢完全燃烧生成二氧化硫进行配风。
对于硫化氢来说,反应结果炉内约有65%的硫化氢转化为硫,余下35%的硫化氢中有1/3燃烧生成二氧化硫,2/3保持不变。
炉内反应剩余的硫化氢、二氧化硫在转化器内催化剂作用下发生反应,进一步生成硫,其主要反应如下:
主要反应:
燃烧炉内:
H2S+3/2O2=H2O+SO2+Q2H2S+SO2=2H2O+3/2S2+Q
H2S+CO2=COS+H2O+Q2H2S+CO2=CS2+2H2O+Q
反应器内:
2H2S+SO2=H2O+3/nSOn+QCOS+H2O=H2S+CO2-Q
CS2+2H2O=2H2S+CO2-Q
为获得最大转化率,必须严格控制转化后过程气中硫化氢与二氧化硫的摩尔比为2:
1。
二、工艺流程说明
来自液态烃、干气脱硫装置酸性气及含硫污水汽提酸性气,压力0.05Mpa(表),温度40℃左右,硫化氢浓度30~90%(V),烃含量小于4%(V),在酸性气分液罐V101分液后进行入酸性气焚烧炉F101,所需空气由风机C101供给。
燃烧后的过程气进入废热锅炉E101冷却,使其中的硫蒸汽冷凝。
过程气经E101出口丝网捕集硫雾后,再用高温过程气掺合至220~260℃,进入一级转化器R101,在催化剂作用下硫化氢和二氧化硫反应生成单质S(硫磺);反应后过程气经一级冷凝器E102冷却,使转化器内反应生成的硫蒸汽冷凝。
同样过程气经E102出口丝网捕集硫雾后,再用高温过程气掺合至210~260℃,进入二级转化器R102,在催化剂作用下,使余下的硫化氢和二氧化硫继续反应生成单质S(硫磺);反应后过程气经二级冷凝器E103冷却,使转化器内反应生成的硫蒸汽冷凝,经丝网集器V103捕集液硫后,进入尾气燃烧炉中,用燃料气维持炉膛温度,使过程气中残余单质态硫及其它含硫化合物燃烧生成二氧化硫,最后从烟囱排放。
废热锅炉E101和一级冷凝器E102产生0.3Mpa(表)饱和蒸汽及E203所产生蒸汽,并入0.3Mpa(表)蒸汽管网,二级冷凝器产生的少量蒸汽直接排入大气。
E103和V103内液硫汇合,与E101、E102内的液硫三路共同进入Dg80/150管线,自流入液硫贮槽。
液硫经液硫泵送至成型机成型生产后,由销售公司统一外销。
第三节原料及产品主要技术指标
一、原料气性质
酸性原料气的主要成份为硫化氢。
硫化氢的理化性质:
硫化氢为无色可燃气体,有典型臭鸡蛋味,分子式H2S,分子量34.08,密度1.521g/l。
熔点-85.5℃,沸点-60.4℃,蒸汽压20mmHg(25.5℃),燃点260℃,爆炸极限4.3~4.6%,可溶于水(1g/242ml、20℃),乙醇(1g/94.3ml、20℃),二硫化碳及四氯化碳等。
二、硫磺产品质量指标
硫磺产品质量指标见表1
表1:
GB2449-92
产品名称
指标名称等级
工业硫磺
优等品
一等品
合格品
硫(S)%≥
99.90
99.50
99.00
水份%≤
0.10
0.50
1.00
灰分%≤
0.03
0.10
0.20
酸度%(以硫酸计)≤
0.003
0.005
0.02
有机物%≤
0.03
0.30
0.80
砷%≤
0.0001
0.01
0.05
铁%≤
0.03
0.005
/
第四节装置物料平衡及主要操作条件
一、物料平衡
表2:
硫磺回收(Ⅰ)物料平衡
入方
出方
名称
组成
W%
V%
Kg/h
t/a
名称
Kg/h
t/a
酸
性
气
H2S
76.94
80.2
1846.15
14769.2
硫磺
1263.45
10107
CO2
20.86
16.8
含硫尾气及其它
5799
46390
未回收单质硫、含硫化合物及N2、CO2、H2O经尾气炉焚烧后由烟囱排入大气
烃
1.19
1.0
H2O
1.02
2.0
NH3
/
/
空气
5216.3
41727.8
合计
100
100
7062.45
56497
7062.45
56497
表3:
硫磺回收(Ⅱ)物料平衡
入方
出方
名称
组成
W%
V%
Kg/h
t/a
名称
Kg/h
t/a
酸
性
气
H2S
69.1
66.1
2158.9
17271.2
硫磺
1267.54
10140.32
CO2
23.4
28.9
含硫尾气及其它
6925
55400
未回收单质硫及含硫化合物及N2、CO2、H2O经尾气炉焚烧后由烟囱排入大气
烃
1.8
2.1
H2O
4.3
2.2
NH3
1.4
0.7
空气
6033.64
48269.12
合计
100
100
8192.54
65540.32
8192.54
65540.32
二、主要工艺操作条件
表4:
主要工艺操作条件
项目
单位
操作条件
酸性气
H2S
V%
≥30
烃
V%
<4
NH3
V%
<0.7
压力
Mpa
<0.05
温度
℃
≤40
流量
Nm3/h
≥300
动力
除氧水压力
Mpa
≥1.0
1.0Mpa蒸汽压力
Mpa
≥0.8
循环水压力
Mpa
≥0.35
循环水温度
℃
≤32
炉F101
炉膛温度
℃
≤1450
炉前压力
Mpa
≤0.045
炉F102
炉膛温度
℃
400~800
炉尾温度
℃
≤350
E101
出口温度
℃
135~210
发生蒸汽压力
Mpa
0.30±0.05
E102
出口温度
℃
≮130
发生蒸汽压力
Mpa
0.30±0.05
液面
%
≮10
E103
出口温度
℃
125-135(夏)
℃
130-140(冬)
发生蒸汽压力
Mpa
≯0.08
R101
床层温度
℃
280~320
R102
床层温度
℃
240~280
总转化率
%
>90
尾气SO2排放量
Kg/h
≤47
第五节主要工艺参数操作分析
1、酸性气燃烧炉配风控制
酸性气燃烧炉配风调节控制是硫磺回收装置生产的关键,直接影响着装置的平稳运行、总硫转化率及硫磺产品质量。
目前装置采用酸性气流量单参数与进炉空气流量比值调节供风,忽略了酸性气浓度变化,控制过程为粗调,配风效果不好。
因此,配风效果需要根据过程气组份化验分析数据、部分工艺参数变化及酸性气焚烧炉火焰颜色综合分析.
1根据二级转化器出口过程气组份化验分析数据判断:
a、(H2S+COS)/SO2=2时,说明配风合适。
b、(H2S+COS)/SO2>2时,说明配风偏小。
C、(H2S+COS)/SO2<2时,说明配风偏大。
2根据工艺参数变化判断:
a、配风不合适转化器床层温度下降,配风过大床层会着火,温度“飞升”
b、两炉温度变化。
当配风过大时炉-1温度升高;当配风过小时,炉-1温度下降,炉-2温度上升。
3根据炉-1火焰颜色变化判断:
a、火焰颜色发白,则配风大。
b、火焰颜色发暗,则配风小。
C、火焰颜色发呈橙红色,则配风合适。
2、炉-1温度控制
现象
原因
调节方法
炉温升高
酸性气H2S含量高
适当减小风比(当炉温超标)
酸性气量大
适当减小风比(当炉温超标)
配风大
减小配风
烃含量高
联系上游装置,必要时装置紧急停工
仪表失灵
联系仪表处理
炉温低
酸性气H2S含量低
适当提高风比
酸性气量小
适当提高风比
酸性气带水
加强酸性气分液罐脱水
风比小
适当加大配风
仪表失灵
联系仪表处理
3、炉-1压力控制
现象
原因
调节方法
压力升高
1、系统堵塞
2、酸性气量突然增大
3、酸性气带水
4、冷换设备漏水
5、伴热管线内漏
1、检查尽快排除
2、开大系统蝶阀必要时限制酸性气量
3、加强原料气排液
4、停工处理
5、补漏
4、炉-2温度控制
现象
原因
调节方法
1、炉温升高
1、进炉尾气中H2S或S含量高
2、瓦斯压力升高
3、瓦斯带油
4、酸性气流量波动
1、调节F101配风或E103出口温度
2、适当关小入炉瓦斯阀门
3、加强瓦斯罐排凝分液
4、及时调节F101配风
2、炉温降低
1、瓦斯压力低
2、瓦斯带水多
3、炉子熄火
1、适当开大入炉瓦斯阀门或联系调度
2、加强V218脱水排凝
3、立即关瓦斯进F102阀,查明原因,停3分钟后重新点火
3、炉尾温度高于炉膛温度
1、炉前蝶阀开度大,炉尾及烟囱开度小,抽力过大
2、进炉尾气中携带液硫
1、关小炉前蝶阀,同时开大炉尾或烟囱下蝶阀
2、适当降低E103出口温度,检查捕-3情况
5、废热锅炉(E101)出口温度控制
现象
原因
调节方法
1、出口温度小范围波动
1、酸性气流量变化
2、掺合阀开度变化
3、风比变化
4、酸性气组成,流量变化,热负荷高或低
5、蒸汽压力变化
6、液面不稳定
1、联系常压脱硫岗位及污水汽提稳定操作
2、稳定掺合阀阀位
3、调节风比
4、及时配风
5、及时调整蒸汽输入或输出
6、及时调节脱氧水量
2、出口温度急剧上升
1、干锅
2、风比过大
3、仪表故障
1、紧急停工
2、减小风比
3、联系仪表修理
3、出口温度急剧下降
1、管束漏水
2、炉子熄灭
3、仪表指示失灵
1、紧急停工
2、重新点火
3、联系仪表修理
6、E102温度控制
现象
原因
调节方法
1、出口温度高或急剧上升
1、壳程无水或E101干锅
2、R101床层高
3、蒸汽压力高
4、液面低
5、仪表失灵
1、紧急停工
2、适当提高E102液面
3、排管网或适当开放空
4、提高液面
5、联系仪表处理
2、出口温度低或急剧下降
1、管束腐蚀向内漏水
2、热电偶内进水
3、液面过高
4、脱氧水温度低
5、酸性气量小,浓度低热负荷小
6、配风不合适,R101床层温度低
7、仪表失灵
1、停工处理
2、联系仪表处理
3、适当降低液面
4、联系水汽
5、联系催化,污水汽提提量,或串蒸汽保护
6、及时调整配风
7、联系仪表
7、E102压力控制
现象
原因
调节方法
压力升高或降低
1、管网压力高或低
2、1.0Mpa蒸汽串量过大或过小
3、酸性气流量、组成变化、自产蒸汽过剩或不足
4、调节仪表失灵
1、适当调节进装置总阀开度
2、及时调整1.0Mpa蒸汽串入量
3、自产蒸汽过剩外输发变电V101,不足串1.0Mpa
4、联系仪表处理
8、E103压力控制
现象
原因
调节方法
压力升高
1、管网压力高,串汽量大
2、仪表失灵
3、R102床层温高,产汽量大
1、限制串入量
2、联系仪表处理
3、调放空
压力降低
1、R102床层温低,产汽量小
2、排污口开度大
3、仪表失灵
1、加强配风,提R102床层温度
2、检查后关排污口
3、联系仪表处理
9、E103温度控制
现象
原因
调节方法
1、出口温度高
1、R102床层高,产热多
2、E103壳程无水或液面低
3、蒸汽压力高
4、仪表失灵
1、提高脱氧水量
2、缓慢提脱氧水量
3、适当开放空或关死串入蒸汽
4、联系仪表处理
2、出口温度低
1、管程腐蚀向内漏水
2、热电偶内进水
3、液面过高
4、脱氧水温度低
5、R102床层温低
6、上水阀内漏
1、停工处理
2、联系仪表处理
3、排水降液面
4、联系水汽
5、调整配风或调节掺合阀,提高R102床层
6、换阀
10、床层温度控制(R101、R102)
现象
原因
调节方法
1、床层温度升高
1、掺合阀开度大,入口温度高
2、冷凝器出口温度高
3、催化剂活性高
4、床层着火
1、关小掺合阀,降低入口温度
2、适当降低凝器出口温度
3、关小或关死掺合阀
4、减小风比,严重通N2灭火
2、床层温度低
1、掺合阀开度小,入口温度低
2、风比不合适,入口H2S/SO2不当
3、空速太高
4、催化剂活性差
1、适当开大掺合阀,提高入口温度
2、调节配风量
3、降低酸性气体积流率或减小烟囱抽力
4、进行催化剂复活再生或更换催化剂
第六节装置消耗指标及能耗
一、装置设计消耗指标
1、电消耗量
装置
使用地点
电压
(伏)
设备数(台)
容量(KW)
轴功率KW
年工作时数
年用电(度)
备注
操作
备用
操作
备用
硫磺回收(Ⅰ)
液流泵
380
1
1
5.5
5.5
3.5
5000
17500
F101风机
380
1
1
110
110
88
8000
704000
成型机
380
1
3.1
2.6
5000
13000
包装及其它
380
3
6.97
5.8
5000
29000
照明
220
8.82
2400
21168
合计
6
2
134.4
99.9
784668
硫磺回收(Ⅱ)
液硫泵
380
1
1
5.5
5.5
3.5
5000
17500
F101风机
380
1
1
110
110
93
8000
744000
F201风机
380
1
1
7.5
7.5
5.3
8000
42400
成型机
380
1
3.1
2.6
5000
13000
包装及其它
380
3
6.97
5.8
5000
29000
照明
220
8.82
2400
21168
合计
7
3
141.89
110.2
867068
2、水消耗量
序号
使用地点
给水t/h
排水t/h
新鲜水
循环冷水
软化水
脱氧水
循环热水
含油污水
含碱污水
含盐污水
备注
压力
自流
硫磺
回收(Ⅰ)
E101
E102
3.5
E103
0.27
成型机
15
15
冲洗地面
1
1
间断
E102
E103
1.5
间断
合计
1
15
3.77
15
1
1.5
硫磺回收(Ⅱ)
E101
E102
3.9
E203
1.36
E103
0.3
成型机
15
15
冲洗地面
1
1
1.5
间断
E102
E103
E203
间断
合计
1
15
5.56
15
1
1.5
3、蒸汽消耗量
装置
使用地点
蒸汽用量kg/h
回收凝结水
自产蒸汽kg/h
备注
蒸汽压力Mpa(A)
自产高压蒸汽
来自低压蒸汽
蒸汽压力Mpa(A)
0.15
0.4
夏
冬
夏
冬
夏
冬
夏
冬
0.15
0.4
硫磺回收(Ⅰ)
E101
E102
3313
3313
3313
E103
0.258
0.258
0.258
大气
伴热
1600
1600
1410
1410
合计
0.258
0.258
4913
4913
1410
1410
0.258
3313
硫磺回收(Ⅱ)
0.4
1.0
夏
冬
夏
冬
0.4
1.0
E101
E102
E203
3677
3677
1295
1295
3677
1295
开工用
伴热
1600
1600
1440
1440
EJ101
20
20
合计
5277
5277
1315
1315
1440
1440
3677
1295
4、燃料气用量
装置
序号
使用地点
单烧燃料气
备注
Kg/h
t/a
硫磺回收
(Ⅰ)
1
F101
100
14.4
开工用
2
F102
110.89
887.12
合计
210.89
901.5
硫磺回收
(Ⅱ)
1
F101
100
32.7
开工用
2
F201
108.5
868
合计
208.5
900.7
二、装置设计能耗指标
装置
序号
项目
年消耗量
系数
装置能耗
单位
数量
×103MJ/t
kgNo/t
硫磺回收(Ⅰ)
1
电力
KWh/a
784668
0.26
0.98
23.44
2
循环水
t/a
75000
0.10
0.031
0.74
3
脱氧水
t/a
30160
9.20
1.149
27.49
4
凝结水
t/a
11280
7.37
-0.346
-8.28
5
净化风
Nm3/a
145200
0.04
0.024
0.57
6
燃料气
t/a
902
950
2.616
62.58
单位能耗
4.45×103
106.54
硫磺产量
10107t/a
硫磺回收(Ⅱ)
1
电力
KWh/a
794868
0.26
1.01
24.16
2
循环水
t/a
75000
0.10
0.03
0.72
3
脱氧水
t/a
44480
9.20
1.69
40.43
4
凝结水
t/a
11520
7.37
-0.35
-8.37
5
净化风
Nm3/a
560000
0.04
0.09
2.15
6
燃料气
t/a
900
950
2.60
62.20
7
1.0Mpa蒸汽
t/a
160
76.00
0.05
1.20
单位能耗
5.12×103
122.49
硫磺产量
10140t/a
第七节装置开、停工及主要步骤
一、装置开工
(一)开工前准备工作
1、对装置进行全面质量大检查。
2、检查流程是否正确,盲板是否拆除,人孔法兰是否把紧,管线是否畅通。
3、所有的仪表自动控制阀是否灵活好用,现场阀位开度与操作室内仪表盘指示是否一致。
4、检查所有消防器材是否齐全,是否在指定地点。
5、安全阀是否按规定标准定压,铅封是否完好,压力表安装是否到位。
6、安全设施准备齐全好用。
7、水、电、气、风、瓦斯系统保证供应,满足工艺要求。
8、风机完好达到备用状态。
9、准备好点火用具。
10、联系化验,提前做好酸性气及过程气分析工作。
(二)开工及贯通吹扫注意事项
1、在开工过程中,各岗位始终要把安全放在第一位,严格执行各项安全规定。
2、开工前,严格检查开工流程。
3、开工过程中要做到H2S不泄漏,含H2S污水不乱排,不堵管线,不损坏设备。
4、炉子引瓦斯前要做爆炸分析,合格后才能进炉。
5、炉子第一次点火若没点着,立即关闭瓦斯,加大风量吹扫15分钟,方可进行第二次点火。
6、炉子、床层升温要严格按升温曲线进行。
7、引酸性气时要加强酸性气脱液。
8、开工过程中严防废热锅炉超温、超压、干锅。
8、吹扫时,认真检查各段吹扫流程是否畅通,逐段吹扫。
(三)开工主要步骤
A、系统吹扫、试压
按照要求对系统进行吹扫,试压。
要求如下:
1、酸性气线吹扫试压
F101前引1.0MPa蒸汽,反吹至阀组、V101、T201(酸性气分液罐)、压送罐,从压送罐底排放。
吹扫1个小时后,进行试压。
保持V101、T201、压送罐及阀组阻火器的压力为0.1MPa,检查阀组阻火器、V101、T201、压送罐的法兰及人孔密封情况。
2、高压瓦斯系统
系统引氮气,对阻火器阀组及瓦斯分液罐进行吹扫2小时,然后对法兰及人孔进行气密试压,试压压力0.6MPa。
3、过程气线
启用风机,对系统进行吹扫,保证各排硫阀畅通,吹扫结束,关闭排硫阀,控制系统压力0.03MPa,对系统进行试压。
系统吹扫流程:
C101→F101→E101→R101→E102→R102→E103→V103→F102→S101→排空
4、蒸汽伴热系统吹扫、试压
引1.0MPa蒸汽,对伴热系统进行吹扫,吹扫时按正常流程引气,各排凝口排放。
吹扫完毕
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