煤化工工艺仿真操作实训硫回收工段讲义

60万吨煤制甲醇冷态半实物仿真培训系统操作手册60万吨煤制甲醇仿真培训系统PAGE360万吨煤制甲醇仿真培训系统硫回收工段目录项目八硫回收工段 28.1硫回收岗位操作规程 28.1.1硫回收的岗位任务 28.1.2硫回收的工艺原理 28.1.3硫回收工艺流程说明 58.2硫回收工段点位表 10学习目标总体技能目标能够根据生产要求正确分析工艺条件;能进行本工段所属动静设备的开停、置换、正常运转、常见生产事故处理、日常维护保养和有关设备的试车及配合检修，具备岗位操作的基本技能;能初步优化生产工艺过程具体目标能力目标(1)能根据生产任务查阅相关书籍与文献资料;(2)能进行工艺参数的选择、分析，具备操作过程中工艺参数的调节能力;(3)能进行本工段所属动静设备的开车、置换、正常运转、停车操作;(4)能对生产中的异常现象进行分析诊断，具有事故判断与处理的技能;(5)能进行设备的日常维护保养和有关设备的试车及配合检修;(6)能正确操作与维护相关机电、仪表。知识目标(1)掌握克劳斯脱硫的基本原理、工艺过程及主要设备的结构组成;(2)掌握生产工艺流程图的组织原则、分析评价方法;(3)了解岗位相关机电、仪表的操作与维护知识。素质目标(1)培养学生的自我学习能力和信息获取能力;(2)培养学生化工生产规范操作意识及观察力、判断力和紧急应变能力;(3)培养学生综合分析问题和解决问题的能力;(4)培养学生职业素养、安全生产意识、环境保护意识及经济意识;(5)培养学生沟通表达能力和团队精神。60万吨煤制甲醇仿真培训系统60万吨煤制甲醇仿真培训系统硫回收工段项目八硫回收工段8.1硫回收岗位操作规程8.1.1硫回收的岗位任务硫回收是将低温甲醇洗岗位分离出来的酸性气中的H2S转化为单质硫，回收硫磺，同时使排放尾气中的SO2低于到550mg/Nm，减少环境污染，符合环保要求。本岗位的主要任务：负责本工段所属动静设备的开停、置换、正常运转、日常维护保养和有关设备的试车及配合检修等，保证设备处于完好状态，确保本工序正常稳定生产。硫回收工段DCS画面1硫回收工段DCS画面2硫回收工段DCS画面3硫回收工段DCS画面4硫回收工段DCS画面5硫回收工段DCS画面6硫回收工段DCS画面78.1.2硫回收的工艺原理超优克劳斯工艺，是从含H2S的酸气中回收元素硫。此工艺是传统克劳斯工艺与荷兰荷丰工艺的结合，通过催化还原SO2成为H2S和硫磺蒸汽（即通常所说的超优克劳斯工艺），及选择性地氧化硫化氢来得到硫（即通常所说的超级克劳斯工艺）。硫回收装置由一个分流的主燃烧炉和两个克劳斯催化反应器以及一个超优克劳斯催化反应器和一个超级克劳斯催化反应器组成。最后的尾气被输送到焚烧炉燃烧。热反应段本装置采用的硫磺回收工艺，即通常所说的超优克劳斯工艺，是基于硫化氢与控制比例的氧气进行的部分燃烧。氧气流量自动控制，以实现酸性原料气中所有碳氢化合物的完全氧化。传统克劳斯工艺中，氧气（空气）与酸气的比率应保证催化反应段工艺气中的H2S与SO2的比率刚好为2:1。这个H2S与SO2的比率是克劳斯反应的最佳比率。而超优克劳斯工艺的操作则是基于不同的原理。在此工艺中，氧气与酸气的比率将调整，以便在超级克劳斯催化反应段的入口处获得适当的H2S浓度。为适应此要求，前端的主燃烧炉燃烧要在非克劳斯比率（H2S与SO2的比率高于2/1）下进行。换言之，前端燃烧的操作是基于对H2S的控制，而非传统的对H2S/SO2比率的控制。工艺气分析仪将测量超优克劳斯反应段来的工艺气中的H2S浓度。分析控制器将调整通往燃烧器的氧气流量来获得理想的H2S浓度。此控制原理可以归纳如下：(1)如果进入超级克劳斯反应段的H2S的浓度太高，需要向主燃烧器供给更多的氧气。(2)如果进入超级克劳斯反应段的H2S的浓度太低，需要向主燃烧器供给相对较少的氧气。主燃烧器和反应炉中发生的主要反应如下：H2S+3/2O2→SO2+H2O+热量根据平衡反应，剩余H2S中的大部分将与SO2燃烧并生成硫。2H2S+SO2→3/2S2+2H2O+热量通过这个反应，即通常所说的克劳斯反应，在主燃烧器和反应炉中生成气态的硫。克劳斯催化反应段克劳斯催化反应段将进一步提高总硫转化率。在第一和第二反应器中，将发生下列反应：2H2S+SO2→3/xSx+2H2O+热量在克劳斯催化剂的作用下，反应平衡往生成硫的一方移动。第一和第二反应器之后，将气态的硫磺冷凝和回收，使H2S在下一个反应段中进一步转化。超优克劳斯反应段由于反应平衡不能完全将H2S转化为硫，来自第一和第二反应器的工艺气含有SO2。由于SO2在超级克劳斯反应段不发生反应，SO2的存在造成总硫回收的损失，同时有对环境造成污染。因此，SO2在超级克劳斯反应段必须还原为H2S，然后才能再转化成硫，这就需要在超优克劳斯反应器中通过超优克劳斯催化剂将SO2与H2和CO反应，使其转化成硫蒸汽和H2S，从而减少SO2。SO2+2H2→1/xSx+2H2OSO2+3H2→H2S+2H2OSO2+2CO→1/xSx+2CO2超级克劳斯反应段来自于超优克劳斯反应段的工艺气与空气混合。在超级克劳斯反应器中使用一种特殊催化剂，进行H2S的选择氧化，以得到元素硫。将发生下列反应：H2S+0.5O2→1/xSx+H2O此反应在热力学上是完全反应的，因而可得到较高收率的单质硫。焚烧炉来自超级克劳斯反应段的尾气以及来自硫璜脱气工艺的排出气体仍然含有微量的硫化合物。这些硫化合物在焚烧炉内高温下被氧化。主要反应为：H2S+3/2O2→SO2+H2O1/xSx+O2→SO2COS+3/2O2→SO2+CO2硫回收工段现场画面1硫回收工段现场画面2硫回收工段现场画面3硫回收工段现场画面4硫回收工段现场画面5硫回收工段现场画面6硫回收工段现场画面78.1.3硫回收工艺流程说明进气系统酸性气原料气通过甲醇洗涤塔T1701用新鲜水洗涤，除去原料气中大部分的甲醇。塔顶出口的气体进入酸气气液分离器D1701，将夹带的水分离。分离器中收集的酸水回流至甲醇洗涤塔T1701。通过泵P1701A/B持续将甲醇洗涤塔中的酸水输送出界区。酸性原料气在进入主燃烧器前，在酸气预热器中通过中压蒸汽预热到230℃，以提高主燃烧器的温度。热反应段100%纯氧作为助燃气进入主燃烧器Z1701，以提高燃烧温度。对于开车和停车，用风机B1701提供空气，进入燃烧器的氧气完全能满足原料气中所有碳氢化合物的完全氧化及所需H2S的燃烧。进入燃烧器的氧气流量由燃烧器控制系统控制。为了保持适当的燃烧温度，燃烧温度必须足够高（高于1000℃）。原料气不含有足够的可燃物质，为了达到所需的温度。必须通过中压蒸汽预热进料酸性气，而且分流原料气也是必须的。部分原料气（正常约为25%，设计为10%~42%）旁路经过主燃烧器，直接进入主燃烧室F1701。为了移走在主燃烧器和燃烧室内产生的热量，工艺气通过废热锅炉E1701的管束。经锅炉给水冷却，产生低压饱和蒸汽。锅炉给水在液位控制下送入废热锅炉的壳程。工艺气中的硫蒸汽被冷凝，液态硫从工艺气中分离出来。废热锅炉中的液态硫通过硫锁斗D1703A，直接进入液硫池V1701。废热锅炉出口管道安装有除雾器，回收工艺气中夹带的雾状的液态硫。克劳斯催化反应段来自废热锅炉的工艺气通过第一反应器R1701上游的第一工艺气再热器E1708，以获得催化转化的最佳温度。第一反应器上层装填的是氧化铝型催化剂，底层是氧化钛型催化剂。通过调整对再热器E1708中压蒸汽的供给，使反应器进口的温度保持在230℃。以便在催化床底部获得良好的COS和CS2转化。在反应器中，工艺气中的H2S和SO2通过催化剂发生反应，直到达到平衡。来自第一反应器的工艺气体在第一硫冷凝器E1702中被冷却。工艺气通过第二工艺气再热器E1709，然后在第二反应器R1702中转化（通过氧化钛催化剂进一步转化COS/CS2）。第二反应器的入口温度约为220℃，低于第一反应器内的温度，以提高H2S和SO2的硫转化。处于装置低负荷时（低于40%），入口温度应提高到约220-225℃，以避免硫磺在催化剂床层冷凝。接着工艺气在第二硫冷凝器E1703中被冷却。硫蒸汽在两个克劳斯冷凝器中被冷凝。液态硫通过硫锁斗D1703B/C，排入液硫池V1701。超优克劳斯段来自于第二硫冷凝器的工艺气体在第三再热器E1710中再次加热，以获得最佳温度（205℃），以便在超优克劳斯反应器R1703中催化转化。超优克劳斯反应器装有三个不同类型的催化剂。上层由氧化铝型催化剂组成，促进H2S和SO2转化成硫。由于超级克劳斯的最后反应段不转化除H2S以外的成分，这些成分进入超级克劳斯段造成回收率降低。因此第二层是超优克劳斯催化剂，这是一种加氢催化剂。这种催化剂还原SO2成为H2S和硫蒸汽。最后，底层由氧化钛型催化剂组成，水解COS。来自于超优克劳斯反应器的工艺气经过第三硫冷凝器被冷却，工艺气中的硫被冷凝并分离出来。液态硫通过硫锁斗D1703D直接被送到液硫池。第一、二、三硫冷凝器组合在一个外壳里。锅炉给水在液位控制下送入冷凝器的壳程。废热锅炉和冷凝器产生低压蒸汽，用于装置加热，其余输出至界区外蒸汽管网。每一个出口管道都安装有除雾网，回收工艺气中夹带的雾状液态硫。超级克劳斯段为获得较高的硫磺回收率，工艺气将通往第四个也是最后一个催化反应段，即超级克劳斯段。工艺气将在第四级工艺气再热器E1711中被加热，之后经过预热的氧化空气（蒸汽夹套管线）将被注入工艺气。氧化空气由风机B1701提供。工艺气和空气将在静态混合器A1701中达到适当混合。H2S在超克反应器R1704中被选择氧化成硫。它含有一种特殊的选择性氧化催化剂。空气采用过量供给，以维持反应器内的氧化条件，防止催化剂硫化。因此对空气流量进行控制。流量控制器的设定值取决于装置的相对负荷（根据计算出的主燃烧器的空气需求量）以及超级克劳斯段上游尾气中H2S的浓度。超级克劳斯反应器入口温度的范围为210-230℃。离开超级克劳斯反应器的气体进入超克硫磺冷凝器E1705。为了尽可能多地冷凝硫蒸汽，超克硫磺冷凝器在工作时保持较低的温度。通过在低压下产生蒸汽可以做到这一点。超克硫冷凝器产生的蒸汽通过空气冷却器被冷凝。蒸汽压力由调整蒸汽冷凝器风扇速度的控制器来控制。0.18MPa的压力与117℃的蒸汽温度相对应，比硫的凝固温度稍高。控制系统将确保高于硫凝固温度的安全限度。来自于超克硫冷凝器的液态硫通过硫锁斗D1703E，被输送到液硫池。像克劳斯部分中的冷凝器一样，超克硫冷凝器出口管道也配有一个除雾网，来回收夹带在工艺气中的雾状的液态硫。工艺气从超克硫冷凝器进如下游的液硫捕集器D1702，其带有一个除雾网。在此捕集器中，最后的微量液态硫将同气体分离。捕集器中的液态硫通过硫斗装置D1703F，被输送到液硫池。如超级克劳斯装置发生故障，可绕过超级克劳斯反应段，而不必停运克劳斯。超优克劳斯反应段的工艺气可通过超级克劳斯旁路被输送到焚烧炉。液硫存储硫回收装置产生的液态硫将被存储在液硫池V1701中。吹扫空气持续鼓入液硫池气相空间，防止由于溶解于液硫的H2S的释放而形成爆炸或中毒。吹扫空气通过位于液硫池上的空气入口进入液硫池。空气和液硫释放出的微量的H2S被液硫喷射器J1701吸走排至焚烧炉。在低负荷时，液硫池内的温度通过位于液硫池底部的蒸汽盘管维持在高于硫凝固点的温度之上。液硫池中的硫将通过液硫泵P1702，被送出界区外进行进一步处理。焚烧炉超级克劳斯尾气（或者旁路操作的情况下的克劳斯尾气）和液硫池排出气体中含有残余的H2S和其它硫的化合物，它们都不能直接被排放到大气中去。因此两个系统的气体采用与燃料气混合的方式加热将其在焚烧炉中被焚烧，将残余的H2S和硫化物在热焚烧炉F1702中通过过量空气氧化转化成SO2。进入燃烧器的燃料气通过焚烧炉的温度控制进行调整。燃料气的燃烧空气来自焚烧炉的风机B1701。风机亦被用来为超级克劳斯反应段提供氧化硫化合物需要的空气，为燃料气管道提供急冷空气（只适用于开车、停车和热备条件），为热反应段提供燃烧空气。在焚烧炉的烟道气中有一个氧气分析仪，可以调节空气进量，使氧气在焚烧炉的烟道气中过量8.0vol%。氧气过量能确保烟道气中含有的SO2小于550mg/Nm。离开焚烧炉的烟道气在进入通往烟囱X1701的烟道前，通过与急冷空气混合被冷却。急冷空气部分来自于风机，部分来自于自然进风的大气。混合后的温度通过调节急冷空气的供给而得到自动控制。公用工程高压蒸汽：过热的高压蒸汽（9.8MPa）来自于界区外蒸汽管网，通过高压锅炉给水减温减压至4.4MPa，作为酸气再热器和工艺气预热器的加热介质。低压蒸汽：低压饱和蒸汽（0.7MPa）产生于废热锅炉E1701以及硫磺冷凝器E1702/03/04和闪蒸罐D1705，用于设备加热（比如：管道和设备的吹扫和夹套伴热以及液硫池的加热）及液硫池灭火蒸汽。低压蒸汽同样也用作液硫储存系统蒸汽喷射器的动力蒸汽及R1704加热氧化空气。剩余的低压蒸汽将被排放至管网中。在热备过程中，当环境不允许空气冷却时，低压蒸汽被送至主燃烧器用于冷却燃料气火焰。当装置中的设备处于冷态（低于100℃）时，无论是为了冷却还是吹扫，都不要将蒸汽引至装置，以防受热聚变。低压锅炉给水：低压锅炉给水被送至废热锅炉和硫磺冷凝器。在开车过程中，低压锅炉给水还被送至超克硫磺冷凝器。高压锅炉给水：高压锅炉给水用于减温高压蒸汽至饱和温度。新鲜水：新鲜水被持续送至甲醇洗涤塔T1701。新鲜水也用于冷却从废水罐D1704排出的液体。氮气：主燃烧器的点火器、火焰扫描器和视镜，以及主燃烧室的温度计需要少量的氮气进行连续的吹扫。焚烧炉的火焰扫描仪也需要少量的氮气进行连续的吹扫。在点火之前，主燃烧器和燃烧室需要间断性的氮气吹扫。在超克硫磺冷凝器入口灭火时，需要间断性的氮气吹扫。8.2硫回收工段点位表表8.1硫回收工段工艺指标一览表工段位号稳态值单位报警低限报警高限硫回收工段AI-170038.63%711AI-17004117.73ppm3501000FI-170422974.24Kg/h//FI-17043109.31Kg/h//FI-17065372.59Kg/h//FI-17068465.11Kg/h//FIC-170011809.19Kg/h16002500FIC-1700238.93Kg/h3741FIC-170032814.01Kg/h26003000FIC-17005312.60Kg/h7501400FIC-17015480.16Kg/h470490FIC-170200.00Kg/h//FIC-170210.00Kg/h2070FIC-170330.00Kg/h//FIC-170340.00Kg/h//FIC-17037134.82Kg/h//FIC-17061964.62Kg/h//FIC-170621543.28Kg/h//FIC-170643973.23Kg/h//FIG-17049489.39Kg/h//LI-1701535.79%2070LIC-1700133.35%2070LIC-1700435.17%2070LIC-1701234.904%2070LIC-1701651.503%2070LIC-1701734.19%2070LIC-1702130.86%2070PDI-170020.001MPa00.1PDI-170160.00MPa00.1PI-170010.18MPa//PI-170080.16MPa//PI-170090.35MPa//PI-170100.24MPa//PI-170130.15MPa//PI-170250.19MPa//PI-170300.35MPa//PI-170320.35MPa//PI-170334.51MPa//PI-170510.10MPa//PI-171110.12MPa//PIC-170340.59MPa//PIC-170350.79MPa//PIC-170454.51MPa//TI-1700142.00℃//TI-1700236.05℃1550TI-17003229.78℃//TI-1700439.56℃//TI-17005154.07℃290330TI-1700630.00℃//TI-170071246.82℃7501400TI-170081246.82℃7501400TI-170091246.82℃7501400TI-17012190.54℃//TI-17015A263.018℃/370TI-17015B295.079℃/370TI-17015C327.14℃/370TI-17021359.201℃/400TI-17024196.646℃/250TI-17026A206.375℃/280TI-17026B211.093℃/280TI-17026C215.811℃/280TI-17027272.90℃//TI-17032177.185℃/260TI-17033217.193℃/260TI-17035A203.90℃/260TI-17035B207.92℃/260TI-17035C211.88℃/260TI-17036A208.90℃/260TI-17036B212.92℃/260TI-17036C216.91m3/h/260TI-17041217.57℃/260TI-17042176.99℃/240TI-17044A227.34℃/250TI-17044B242.47℃/280TI-17044C273.74℃/300TI-17047A229.34℃/250TI-17047B244.47℃/280TI-17047C275.74℃/300TI-17050164.72℃//TI-17051170.91℃/200TI-17052118.50℃/135TI-17053133.00℃//TI-17055152.10℃160/TI-17056134.24℃160/TI-17057150.08℃160/TI-17058150.59℃170/TI-17061907.67℃900/TI-1706629.80℃//TI-17067540.00℃//TI-17070118.71℃//TI-17073151.52℃//TI-1711130.53℃//TIC-17014228.412℃210250TIC-17025218.925℃200230TIC-17034202.00℃190215TIC-17043211.36℃190230TIC-17063811.54℃//TIC-17064609.60℃//TIC-17068262.18℃/275TV-170340.00℃//表8.2硫回收工段阀门一览表工段位号描述属性硫回收工段XV17001新鲜水进脱甲醇塔切断阀电磁阀XV17002酸水出脱甲醇塔切断阀电磁阀XV17003预热酸气进料切断阀电磁阀XV17006空气进主燃烧塔切断阀电磁阀XV17007混合燃料气进料第一道切断阀电磁阀XV17008混合燃料气进料第二道切断阀电磁阀XV17009低压蒸汽进主燃烧室切断阀电磁阀XV17010低压氮气进主燃烧室切断阀电磁阀XV17011工艺气进静态混合器切断阀电磁阀XV17012工艺气排空阀电磁阀XV17013低压蒸汽进液硫喷射器阀电磁阀XV17014液硫喷射器出口阀电磁阀XV17015燃料气进焚烧炉第一道切断阀电磁阀XV17016燃料气进焚烧炉第二道切断阀电磁阀XV17019鼓风机出口切断阀电磁阀XV17020排污罐排污切断阀电磁阀XV17021氧气进主燃烧室切断阀电磁阀FV17001新鲜水进脱甲醇塔调节阀可控调节阀FV17002氧气进主燃烧室支路调节阀可控调节阀FV17003酸气进主燃烧室调节阀可控调节阀FV17005酸气进主燃烧室支路调节阀可控调节阀FV17015氧气进主燃烧室调节阀可控调节阀FV17020空气进主燃烧塔调节阀可控调节阀FV17021混合燃料气进料调节阀可控调节阀FV17033低压蒸汽进主燃烧室调节阀可控调节阀FV17034低压氮气进主燃烧室调节阀可控调节阀FV17037空气进静态混合器调节阀可控调节阀FV17049燃料气进焚烧炉调节阀可控调节阀FV17061空气进焚烧炉1#调节阀可控调节阀FV17062空气进焚烧炉2#调节阀可控调节阀FV17064空气进焚烧炉3#调节阀可控调节阀LV17001脱甲醇塔液位调节阀可控调节阀LV17004废热锅炉液位调节阀可控调节阀LV17012第一硫冷凝器液位调节阀可控调节阀LV17016液硫池排硫阀可控调节阀LV17017闪蒸罐液位调节阀可控调节阀LV17021排污罐液位调节阀可控调节阀PV17034低压蒸汽压力调节阀可控调节阀PV17035低压蒸汽支路压力调节阀可控调节阀PV17045高压蒸汽压力调节阀可控调节阀TV17005自然通风口1#阀可控调节阀TV17007自然通风口2#阀可控调节阀TV17008高压锅炉给水温度调节阀可控调节阀TV17014第一再热器中压蒸汽进料阀可控调节阀TV17025第二再热器中压蒸汽进料阀可控调节阀TV17034第三再热器中压蒸汽进料阀可控调节阀TV17043第四再热器中压蒸汽进料阀可控调节阀TV17063焚烧炉温度调节阀可控调节阀MV17001酸气进料调节阀手动调节阀MV17002中压蒸汽进酸气预热器调节阀手动调节阀MV17003