硫回收装置培训讲义

1、硫回收装置培训讲义第1页，共37页，2022年，5月20日，9点55分，星期五目录第一部分：装置简介第二部分：装置技术来源第三部分：装置工艺路线特点第四部分：装置基本原理第五部分：装置工艺流程第六部分：硫回收装置流程图第七部分：硫回收装置设备设备介绍第八部分：装置平面布置相关知识第2页，共37页，2022年，5月20日，9点55分，星期五第一部分：装置简介装置概况 硫磺回收装置主要处理上游低温甲醇洗单元来酸性气、变换单元来尾气及气化装置闪蒸气，属于环保型装置。装置由硫磺回收、尾气处理、胺液再生、液硫脱气和液硫成型五部分组成。采用由山东三维石化工程有限公司自主开发的SSR工艺技术。年生产硫磺21

2、820吨。第3页，共37页，2022年，5月20日，9点55分，星期五装置主要构成硫磺回收硫磺回收部分仍采用直流式的部分燃烧法，两级催化转化的克劳斯工艺。在1250以上温度下，将变换汽提酸性气中的NH3全部转化为N2和H2O。尾气处理尾气处理部分采用的是还原吸收法，克劳斯尾气混合掺入氢以后，被加热到280，在钴、钼催化剂的作用下，尾气中携带的单质硫、SO2进行加氢反应，COS、CS2进行水解反应。第4页，共37页，2022年，5月20日，9点55分，星期五胺液再生吸收塔底吸收了尾气中硫化氢和二氧化碳等气体的富溶剂进入再生塔进行溶剂再生解析，解析出的酸性气返回硫磺回收系统进一步回收硫磺。液硫脱气

3、克劳斯工艺生产的液体硫磺，在过程的不同阶段都可以存有H2S。H2S在液硫中是以聚合硫化物（H2Sx）的形式存在。在液硫脱气工艺中，利用循环脱气泵，将液硫中的H2S逸入气相中，经过抽气器送入尾气炉焚烧。液硫成型液硫成型是将液态的硫磺用成型机加工成固体颗粒，包装外卖。第5页，共37页，2022年，5月20日，9点55分，星期五第二部分：装置技术来源采用由山东三维石化工程有限公司自主开发的SSR工艺技术。由中石化第十化建承建。“SSR”工艺英文全称为SINOPEC SULFUR RECOVERY，它在原有的克劳斯硫回收技术上，改良了在线炉提温的方法，采用高低温过称气掺和从而达到升温目的，实现了从制硫

4、至尾气处理全过程，只有制硫燃烧炉和尾气焚烧炉，中间过程没有任何外供能源的在线加热设备，使装置的设备台数、控制回路数均少于类似工艺，形成了投资省、能耗低、占地较少的特点。尾气处理部分也别出心裁的采用在加氢还原吸收尾气处理技术，但对外供氢纯度要求不高，从而使该工艺对石油化工企业硫回收装置具有广泛的适应性，同时使S的回收率达99%以上。第6页，共37页，2022年，5月20日，9点55分，星期五第三部分：装置工艺路线特点制硫工艺在原料气来量和组分发生变化时，部分燃烧兼顾中段分流工艺与合成气助燃都可以作为调节炉膛温度手段之一。在190V101尾气分液罐后部设置H2S/SO2在线比值分析，严格控制制硫炉

5、的配风，尽可能提高制硫转化率，同时可以保证制硫炉内发生欠氧燃烧，使氧气不会带到下游反应器中而影响催化剂活性。过程气再热采用一级高温掺合，二级气/气换热的再热方式。采用制硫催化剂复合装填技术，提高制硫催化剂的抗“漏氧能力”。第7页，共37页，2022年，5月20日，9点55分，星期五尾气处理系统针对尾气中的有机硫成分还原吸收率较高，可使硫磺回收率达99.8%以上，进而保证SO2的排放浓度在国家规定最高排放浓度960mg/Nm3以下。采用装置自身热源作为加氢反应器热源替代了传统的在线炉工艺使该工艺在占地、投资、运行费用等方面均低于同类国外技术。由外供氢作为氢源，但对其纯度要求并不高，从而使该工艺对

6、石油化工和煤化工企业硫回收装置具有广泛的适应性。第8页，共37页，2022年，5月20日，9点55分，星期五溶剂再生工艺本装置采用常规汽提再生工艺，这也是世界上普遍采用的工艺技术方法。该工艺采用低压蒸汽作为再生塔底重沸器热源，使用复合型MDEA脱硫溶剂，其技术成熟、投资少、能耗低、操作简单。第9页，共37页，2022年，5月20日，9点55分，星期五液流脱气工艺硫回收部分的冷凝冷却器产出的液态硫磺进入液硫脱气池，为了避免液硫中溶解的少量硫化氢在成型包装过程中对环境造成的污染，并损害操作人员的健康，需要对液硫进行脱气处理。液硫脱气的主要方法有鼓泡脱气法和循环脱气法。本装置采用的是循环脱气法。循环

7、脱气法是往液硫脱气池中注入少量的催化剂，促使以多硫化物形式存在于液硫中的H2S分解;再通过液硫脱气泵的循环一一喷洒过程使H2S逸入气相，用吹扫N2将H2S赶出，废气用蒸汽喷射器抽出至尾气焚烧炉中焚烧。循环脱气法克服了鼓泡脱气法的弊端，但催化剂使用不当，有可能形成固体沉积物。第10页，共37页，2022年，5月20日，9点55分，星期五尾气焚烧工艺由H2S的毒性远比SO2大且有恶臭，因此硫磺回收装置尾气均应通过焚烧将净化尾气中微量的H2S和其它硫化物氧化为SO2后排放，尾气焚烧有热焚烧和催化焚烧。本设计尾气为经过还原吸收处理、净化后的尾气，因此采用热焚烧，焚烧后的烟气经回收热量后，经烟囱排放。第

8、11页，共37页，2022年，5月20日，9点55分，星期五液流成型工艺来自脱气部分的液硫，用液硫提升泵升压，经过过滤器送入滴落式成型造粒机定子的物料槽里，当外转子绕定子作回转运动时，外转筒上的喷嘴经过定子底部时，一定量的液体硫磺就通过外转筒的小孔喷出来，落到下方喷水冷却的不锈钢带的上表面上，冷却成35毫米的扁半球形固体颗粒。固化后的颗粒由与冷却钢带相接的刮料板刮下，直接送到下料仓，再送入半自动定量包装码垛生产线，进行称重、上袋、装袋、缝袋、输袋、码垛等步骤，将成袋的粒状硫磺码放在托盘上，然后用叉车送至库棚，最终产品外运出厂。第12页，共37页，2022年，5月20日，9点55分，星期五第四部

9、分：装置基本原理硫磺回收部分该装置的硫磺回收部分仍采用直流式的部分燃烧法，两级催化转化的克劳斯工艺。在1250以上温度下，将变换汽提酸性气中的NH3全部转化为N2和H2O。制硫炉内的主要反应式如下：H2S + 0.5O2 = S + H2O H2S + 1.5O2 = H2O + SO2 2H2S + SO2 = 3S + 2H2O 第13页，共37页，2022年，5月20日，9点55分，星期五制硫炉内还存在着如下的副反应：2NH3 + 1.5O2 = 3H2O + N2 H2S + CO2 = H2O + COS 2H2S + CO2 = 2H2O + CS2 2NH3 + SO2 N2 +

10、 2H2O + H2S 2NH3 N2 + 3H2 由反应式可知，制硫炉内反应需氧量是酸性气中的NH3和烃类组分被完全燃烧所需氧量和1/3H2S燃烧所需氧量之和，即保持炉气中H2S/ SO2为2，则H2S与SO2正好完全反应生成硫，硫回收装置才能获得最大的硫回收率，且炉温越高，硫化氢的平衡转化率越高。 第14页，共37页，2022年，5月20日，9点55分，星期五氨反应包括燃烧分解、热分解、二氧化硫对氨的氧化作用。这3个反应都需要在反应温度1250下才能进行，且温度越高，氨的分解率越高。催化转化器内的主要反应如下：2H2S + SO2 =3/xSx + 2H2O 一级催化转化器内有机硫的水解反

11、应如下：COS + H2O = H2S + CO2 CS2 + 2H2O = 2H2S + CO2 H2S与SO2在催化剂作用下继续发生低温Claus反应，它是放热反应，反应温度越低越有利于反应向右进行，即硫化氢的平衡转化率越高。有机硫的水解反应，反应温度在280以上才能发生有机硫的水解反应，且有机硫的水解反应是吸热反应，提高反应温度有利于水解反应的进行。 第15页，共37页，2022年，5月20日，9点55分，星期五制硫余热锅炉工作原理制硫余热锅炉190E101是一种固定管板的列管式换热器，它的主要部件是换热器的汽包，换热器通过上升管和降液管与汽包相连，高温过程气经管程，壳程充满水，通过上升

12、管和降液管与汽包构成自然循环。高温过程气通过换热管程将热量传递给水，水受热达到蒸发温度产生4.1MPa(G)蒸汽由上升管进入汽包，锅炉水通过降液管进入换热器壳程，保证换热效果。第16页，共37页，2022年，5月20日，9点55分，星期五尾气处理部分尾气处理部分采用的是还原吸收法，克劳斯尾气混合掺入氢以后，被加热到280，在钴、钼催化剂的作用下，尾气中携带的单质硫、SO2进行加氢反应，COS、CS2进行水解反应。以上反应均需要在280以上温度才能进行反应，且反应式左边氢气分压越高越有利于反应式式向右边进行。反应式如下：SO2+3H2=H2S+2H2O S8+8H2=8H2S COS+H2O=H

13、2S+CO2 CS2 +2H2O = 2H2S+ CO2 第17页，共37页，2022年，5月20日，9点55分，星期五经加氢反应后所有的硫都被转化成H2S，然后经急冷塔降温后再经过MDEA吸收后送到胺液再生部分，已脱除了H2S的尾气经尾气焚烧炉焚烧掉残余的H2S后经烟囱高空排放。再生后的胺液再次回到尾气吸收塔重复使用，自胺液中解吸出来的再生酸性气回到制硫燃烧炉内。尾气急冷塔工作原理尾气急冷塔是通过急冷水冷却器（190E203）来取走尾气中的热量，达到冷却尾气的目的，同时也达到清洗尾气的目的。第18页，共37页，2022年，5月20日，9点55分，星期五吸收再生部分工作原理急冷后尾气离开急冷塔

14、顶进入尾气吸收塔，采用醇胺法脱硫工艺，用选择性脱硫溶剂进行化学吸收尾气中的硫化氢，同时吸收部分二氧化碳。吸收塔底吸收了尾气中硫化氢和二氧化碳等气体的富溶剂进入再生塔进行溶剂再生解析，解析出的酸性气返回硫磺回收系统进一步回收硫磺。甲基二乙醇胺脱硫法是一种典型的吸收-再生反应过程，其反应机理为：溶于水的H2S和CO2具有微酸性，与胺（弱碱性）发生反应，生成在高温中会分解的盐类。吸收反应如下：第19页，共37页，2022年，5月20日，9点55分，星期五2R3NH + H2S （R3NH）2S （R3NH）2S + H2S 2R3NH2HS R3NH + H2O + CO2 (R3NH)2CO3(R

15、3NH)2CO3 + H2O + CO2 2R3NH2HHCO3 解析反应：(R3NH)2CO3R3NH + H2O + CO2 2R3NH2HHCO3(R3NH)2CO3 + H2O + CO2 醇胺和H2S和CO2的主要反应为可逆反应，在吸收塔中上述反应的平衡向右移动，原料气中的酸性气组分被脱除；在再生塔中则平衡向左移动，溶剂释放出酸性气组分。同所有其它吸收-再生反应过程一样，加压和低温利于吸收；减压和高温利于再生，但为了防止溶剂分解，再生温度通常低于127。第20页，共37页，2022年，5月20日，9点55分，星期五加氢催化剂硫化原理钴/钼催化剂的活性组分是硫化钴/硫化钼,催化剂厂提供

16、的是氧化钴/氧化钼, 催化剂预硫化原理是将催化剂厂提供的是氧化钴/氧化钼在硫化物的作用下硫化成硫化钴/硫化钼。第21页，共37页，2022年，5月20日，9点55分，星期五液硫脱气部分克劳斯工艺生产的液体硫磺，在过程的不同阶段都可以存有H2S。H2S在液硫中是以聚合硫化物（H2Sx）的形式存在。在液硫脱气工艺中，气氨起着催化剂的作用，将气氨直接注入液硫中，可显著地促进多硫化物的分解成H2S，从而提高工艺效率。该工艺过程可用下式表示： 注氨 气液接触与雾化H2Sx 溶解态的H2S气态的H2S脱气操作温度应保持在140155之间。第22页，共37页，2022年，5月20日，9点55分，星期五第五部

17、分：装置工艺流程制硫部分来自低温甲醇洗单元的酸性气经酸性气预热器（190E106）预热后与尾气处理单元的再生酸性气混合后分两路进入制硫燃烧炉；一路与变换汽提尾气混合后从制硫燃烧炉(190F101)火嘴进入，另一路从制硫燃烧炉(190F101)侧面进入炉内。制硫炉内反应需氧量是根据使酸性气中的NH3和烃类组分被完全氧化分解，而其中只占1/3体积的H2S燃烧成SO2，然后SO2和H2S发生高温克劳斯反应,约6065%转化成单质硫。通过进炉酸性气与进炉空气的比值调节和H2S/SO2在线分析仪反馈数据严格控制进炉空气量。燃烧时所需氧气量由制硫风机与外供氧提供，通过比值控制氧浓度不大于28%（%voL）

18、。自190F101 排出的高温过程气（10001100），第23页，共37页，2022年，5月20日，9点55分，星期五 小部分通过高温掺合阀(190TV107)调节一级转化器（190R101）的入口温度,其余部分进入制硫余热锅炉(190E101)，用余热发生的饱和蒸汽经蒸汽过热器(190E204)过热至420后外输至4.1MPa(G)管网；过程气温度降至300400进入一级冷凝冷却器(190E102)冷至150160，在190E102管程出口，冷凝下来的液体硫磺与过程气分离，自底部流出进入硫封罐(190V102A)。一级冷凝冷却器(190E102)管程出口150160的过程气，通过高温掺合阀

19、(190TV107)与10001100的高温过程气混合后，温度达到210230进入一级转化器(190R101)，在催化剂的作用下，过程气中的H2S和SO2转化为元素硫。反应后的气体温度300320，进入过程气换热器(190E105)管程，再经二级冷凝冷却器（190E103）换热至150160。 第24页，共37页，2022年，5月20日，9点55分，星期五190E103冷凝下来的液体硫磺，在管程出口与过程气分离，自底部流出进入硫封罐(190V102B)。分离后的过程气再返回过程气换热器(190E105)壳程，至220240进入二级转化器(190R102)。在催化剂的作用下，过程气中剩余的H2S

20、和SO2进一步转化为元素硫。反应后的过程气进入三级冷凝冷却器(190E104)冷却至150160。190E104 冷凝下来的液体硫磺，在管程出口与过程气分离，自底部流出进入硫封罐(190V102C)。顶部出来的制硫尾气经尾气分液罐(190V101)分液后进入尾气处理部分,尾气分液罐(190V101)冷凝下来的液体硫磺自底部流出进入硫封罐(190V102D)。第25页，共37页，2022年，5月20日，9点55分，星期五尾气处理和尾气焚烧由尾气分液罐(190V101)出来的制硫尾气，经尾气加热器(190E201)，与尾气焚烧炉(190F201)后的高温烟气换热、混氢后进入加氢反应器(190R20

21、1)，在加氢催化剂的作用下SO2及COS等被加氢水解，还原为H2S。进入加氢反应器(190R201)的氢气来自低温甲醇洗单元的合成气,氢气量是根据加氢反应器后的在线氢分析仪给出的H2浓度信号进行调节的。从加氢反应器(190R201)出来的气流经蒸汽发生器(190E202)生产低压饱和蒸汽回收热量后，与减压后的气化闪蒸气一起进入尾气急冷塔(190T201)，与急冷水直接接触降温。塔底急冷水经急冷水泵(190P201)升压、过滤器过滤、急冷水冷却器(190E203)冷却后重新打入塔内循环使用。第26页，共37页，2022年，5月20日，9点55分，星期五因尾气温度降低而凝析下来的、多余的急冷水进入

22、酸性水罐（190V104）后由190P101送至变换单元冷凝液汽提塔处理。急冷降温后的尾气自塔顶出来进入尾气吸收塔(190T202)，用胺液再生部分贫液泵(190P301)送来的30%MDEA 溶液吸收其中的H2S，尾气吸收塔(190T202)顶出来的净化气进入尾气焚烧炉(190F201)燃烧。在尾气焚烧炉(190F201)内，净化气中残余的H2S 被燃烧为SO2，烃类分解成CO2和H2O，高温烟气经蒸汽过热器（190E204）和尾气加热器(190E201)回收余热后由烟囱(190S201)排放。尾气吸收塔(190T202)使用后的富液用富液泵(190P202)送返胺液再生部分进行溶剂再生部分

23、。第27页，共37页，2022年，5月20日，9点55分，星期五溶剂再生富液经过贫富液换热器(190E301)升温后进入溶剂再生塔(190T301)再生，溶剂再生塔(190T301)的热源由硫回收部分产生的低压饱和蒸汽(0.35MPa（G）和管网低压过热蒸汽（0.46MPa（G）减温减压(190M503)后通过塔底重沸器(190E303)提供，冷凝水经冷凝水回收器(190M502)至全厂冷凝水管网加以回收。溶剂再生塔(190T301)顶的气体经过再生塔顶空冷器(190AE301)冷凝冷却，凝液作为塔顶回流，不凝气返回硫回收部分制硫；塔底贫液经过贫富液换热器(190E301)降温后进入贫液水冷器

24、(190E302)冷却后进入溶剂储罐(190V302)，再经贫液泵(190P301)升压，经胺液过滤器过滤后至尾气吸收塔(190T202)循环使用。第28页，共37页，2022年，5月20日，9点55分，星期五液硫脱气和液硫成型制硫部分生产的液体硫磺进入液硫池(190X401)，通过往液硫中注入催化剂(气氨)并用液硫脱气泵(190P401)将液硫循环喷洒，溶于液硫中的硫化氢逸出，用吹扫氮气及蒸汽喷射器将废气抽送至尾气焚烧炉(190F201)焚烧。脱气后的液体硫磺用液硫提升泵(190P402)送至液硫成型机(190M401)冷却固化为半圆形固体硫磺颗粒，经过传送带进入硫磺包装码垛机(190M40

25、2)，自动称重，包装、码垛后运入硫磺库棚存放，产品外运出厂。第29页，共37页，2022年，5月20日，9点55分，星期五第六部分：硫回收装置流程图第30页，共37页，2022年，5月20日，9点55分，星期五第七部分：硫回收装置设备培训硫回收装置主要设备说明制硫燃烧炉、尾气焚烧炉采用圆筒形卧式结构，壳体材质采用碳钢，内衬里采用内砌外浇结构专利技术。尾气急冷塔与尾气吸收塔采用重叠安装结构，考虑到硫化氢、二氧化碳等介质的应力腐蚀，塔体材质选用20R+0Gr18Ni10Ti复合钢板，内构件材质选用0Gr18Ni9.溶剂再生塔操作介质为胺液、硫化氢、二氧化碳、水等介质，为防止设备腐蚀，塔体材质选用20R+0Gr18Ni10Ti复合钢板，内构件材质选用0Gr18Ni9。第31页，共37页，2022年，5月20日，9点55分，星期五一、二级转化器和加氢反应器，壳体材质选用20R。为防止露点腐蚀，均采用内衬带龟甲网的轻质隔热耐磨衬里，且外保温。制硫余热锅炉采用一个锅壳加一个外置汽包的组合结构，锅壳前段直接与制硫燃烧炉焊接连接，锅壳前段管板处衬里与制硫余热锅炉的衬里一起施工，锅壳前后端管板均采用挠性管板，并进行应力分析及温度场计算，为防止高温硫化腐蚀，管板前端设置耐火衬里层，管板