石化企業(yè)硫磺回收裝置二氧化硫排放控制問題分析

雷蕾 韓旭 何保正 耿繼常

摘 要：由于原油來源的多樣化，當前國內(nèi)石化企業(yè)加工的原油中有相當比例的是含硫量較高的原油。近年來，隨著全民環(huán)保意識的提升、相關環(huán)保技術的進步，國家環(huán)保標準和行業(yè)標準也逐步提高，國內(nèi)各石化企業(yè)特別是煉油企業(yè)面臨著越來越高的污染物排放控制壓力。二氧化硫作為石化企業(yè)的典型污染物，也是石化企業(yè)硫磺回收裝置的控制重點之一。該文針對硫磺回收裝置的二氧化硫排放問題進行深入分析，在介紹車間硫磺回收裝置的整體工藝流程、分析造成二氧化硫排放超標問題的重要環(huán)節(jié)和因素分析的基礎上，提出針對這些環(huán)節(jié)和因素的各項對策，著重從處理工藝、循環(huán)利用、節(jié)能減排等方面加以改進。在文章最后，該研究者結(jié)合這些對策在硫磺回收裝置中實際應用情況的前后對比，得出了如下結(jié)論：硫磺回收裝置在經(jīng)過持續(xù)的工藝改進、參數(shù)優(yōu)化后，實現(xiàn)了排放物的高效、循環(huán)利用，能夠顯著地降低二氧化硫的排放量，符合國家相關標準的要求，顯著提升了企業(yè)的生態(tài)效益和經(jīng)濟效益。

關鍵詞：硫磺回收 二氧化硫控制 減少污染

中圖分類號：TE624.1 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791-（2015）02（c）-0104-02

隨著國內(nèi)石化企業(yè)加工高含硫量原油的增加以及油品質(zhì)量控制標準的提升，國家對于石化企業(yè)的環(huán)保要求不斷提高，煉油企業(yè)面臨的污染物排放壓力越來越大。2014年實施的《石油煉制工業(yè)污染物排放標準》對于硫磺回收裝置的尾氣排放提出了更高要求，由原先的960mg/m3降低至300mg/m3。這對企業(yè)的污染物排放控制能力提出了更高要求，需要企業(yè)盡可能地充分利用現(xiàn)有流程、花費較少的資金，降低污染物排放。

硫磺回收裝置在運行過程中，由于處于強酸環(huán)境，或是受到富溶劑夾帶烴、氧化尾氣夾帶液體等因素影響，容易出現(xiàn)二氧化硫排放超標的問題。鑒于此，該研究者結(jié)合工作體會和從業(yè)經(jīng)驗，針對典型硫磺回收裝置的二氧化硫排放問題進行研究，深入分析硫磺回收的工藝流程，找出影響SO2排放超標的主要環(huán)節(jié)，并針對這些關鍵環(huán)節(jié)采取相應措施，優(yōu)化操作參數(shù)、改進工藝流程，降低最終排放物中的SO2含量，在優(yōu)化操作和增強安全性的同時，提升環(huán)境效益和經(jīng)濟效益。

1 工藝流程

下面將對四聯(lián)合硫磺回收裝置的整體情況進行介紹和分析，對于裝置污染物產(chǎn)生環(huán)節(jié)的了解，有助于掌握控制二氧化硫排放的關鍵環(huán)節(jié)。

硫磺回收裝置硫回收采用的是部分燃燒法、兩級轉(zhuǎn)化Claus工藝、尾氣處理系統(tǒng)采用“還原-吸收”工藝，尾氣在線加熱爐加熱方式，外補氫氣保持尾氣加氫反應所需的氫氣濃度。酸性氣與空氣進入酸性氣燃燒爐燃燒，高溫過程氣被冷卻至350℃后進入一級冷凝器，經(jīng)冷卻至170℃后液硫進入硫池。除霧后的過程氣，進入一級反應器，在Claus催化劑作用下，發(fā)生硫化氫與二氧化硫的化學反應，生成單質(zhì)硫。過程氣通過一/二級冷凝器時產(chǎn)生0.45MPa蒸汽。從二級反應器出來的過程氣經(jīng)三級冷凝器冷卻至130℃后液硫進入硫池。尾氣再經(jīng)捕集器進一步捕集硫霧后液硫進入硫池。在進入加氫反應器后，加氫后的尾氣經(jīng)蒸汽發(fā)生器冷卻后產(chǎn)生0.45MPa蒸汽。吸收塔塔頂?shù)奈瘴矚膺M入尾氣焚燒爐進行焚燒，焚燒后的煙氣經(jīng)煙囪排入大氣。

2 SO2排放的影響因素及對策

2.1 氧化尾氣中硫化物含量較高

（1）問題分析。

在質(zhì)轉(zhuǎn)化流程中，外裝置氧化尾氣直接進入尾氣焚燒爐，經(jīng)過焚燒后通過煙囪排入大氣。其中，氧化尾氣的流量約為270 m3/h，含硫總量為38g/m3。一般情況下，氧化尾氣在爐中進行燃燒時，由于其中含有較高的硫化物，經(jīng)過高溫焚燒條件下的化學反應后，可以使每立方米煙氣中的SO2濃度增加200～300mg，在裝置運行不穩(wěn)定的情形下，有極大概率出現(xiàn)二氧化硫排放超標情況。

（2）對策。

通過研究車間硫磺回收裝置的整體運作流程，該研究者發(fā)現(xiàn)，氧化尾氣中硫化物含量較高能夠通過對優(yōu)化氧化尾氣處理流程、對尾氣中所含的烴類進行針對性的處理而大幅度降低，保證硫磺質(zhì)量、降低處理和控制難度。具體做法是：氧化尾氣不進入尾氣焚燒爐而是進入酸性氣燃燒爐，對尾氣中所含的硫進行回收。為了改善處理效果，實現(xiàn)充分燃燒，對火嘴形成可靠的保護，需要在酸性氣燃燒爐火嘴處增加冷卻燃燒風，以降低局部溫度，保證運行穩(wěn)定性。此前，這一技術在硫磺回收中應用較少，需要在實際工作中反復調(diào)試，在確保安全的情況下，不斷優(yōu)化作業(yè)細節(jié)。

2.2 系統(tǒng)燃料氣硫含量較高

（1）問題分析。

硫磺尾氣中的硫化氫等含硫物質(zhì)在尾氣焚燒爐中經(jīng)過700℃的高溫焚燒，硫化物經(jīng)過此過程，轉(zhuǎn)變成SO2經(jīng)煙囪進行排放。在硫磺尾氣的焚燒過程中，尾氣焚燒爐中需要使用煉廠燃料氣管網(wǎng)提供的燃料氣進行伴燒。系統(tǒng)燃料氣中的硫含量每立方米約為3.3mg，在氣體含量存在異常波動的情況下，每立方米可以高達7.9mg。燃料氣中的含硫化合物經(jīng)過燃燒之后，會生成SO2，導致煙囪排出口的二氧化硫濃度每立方米增加100～250mg。

（2）對策。

考慮到燃料氣管網(wǎng)氣體組成的復雜性以及氣體中含硫量組分高的特點，在改進生產(chǎn)流程過程中，需要對尾氣排放焚燒的流程進行改造，增加對燃料氣中“雜質(zhì)”成分的處理環(huán)節(jié)，通過對氣體的凈化，從凈化后的干氣中引出專用的燃料管線，供應焚燒爐的作業(yè)。凈化后的干氣，含硫量很少，基本可以忽略不計，這些干氣能夠顯著降低裝置最終排出的SO2濃度，每立方米減少值約為100～250mg。

2.3 集中溶劑再生貧液質(zhì)量較差

（1）問題分析。

在尾氣吸收處理部分，尾氣處理吸收溶劑由220t/h溶劑再生裝置進行集中再生。該溶劑再生裝置需要處理延遲焦化、汽油加氫、柴油加氫和常減壓輕烴回收以及硫磺回收等多種裝置的富余液體。在硫磺回收的上游各環(huán)節(jié)產(chǎn)生的富液中，攜帶大量的烴類物質(zhì)。經(jīng)過再生塔處理后，導致烴類氣體占比較高（多數(shù)情況占比超過6%），出現(xiàn)操作不穩(wěn)定，煙氣中的SO2含量出現(xiàn)超標現(xiàn)象。如果富液中含有油時，酸性氣燃燒爐配風難以及時跟蹤，使燃燒物進入后續(xù)的環(huán)節(jié)，尾氣焚燒爐爐膛和煙囪溫度短時間內(nèi)快速升高，出現(xiàn)硫化物超標，帶來操作隱患。同時，富液中含有的油和烴類物質(zhì)對再生貧液質(zhì)量造成重大影響。含硫物質(zhì)含量波動很大，導致吸收效果變差，進而出現(xiàn)煙囪排放SO2含量的超標問題。

（2）對策。

如問題分析部分所述，在裝置的集中溶液處理環(huán)節(jié)，考慮到裝置產(chǎn)生的再生貧液質(zhì)量較差，不當?shù)牟僮骺赡艽嬖诎踩[患，最終造成二氧化硫排放的超標以及生產(chǎn)波動。在裝置的流程優(yōu)化過程中，可以用當前工藝中的80t/h溶劑再生裝置對硫磺尾氣處理吸收溶劑進行再生作業(yè)。經(jīng)過再生處理后，硫磺尾氣處理的貧液每升含硫量降低了0.5～0.8g/L，操作波動小，安全性高，使煙氣SO2排放濃度每立方米下降了100～200mg。

3 排放控制效果分析

該研究者所在的車間對硫磺回收裝置的污染物排放情況和產(chǎn)生問題的各環(huán)節(jié)進行了深入分析，實施了流程改造，重點進行了氧化尾氣加工流程、系統(tǒng)燃料氣來源、系統(tǒng)貧液再生流程、裝置改造及工藝優(yōu)化四個方面的改造，這四個部分是影響二氧化硫最終排放濃度的關鍵環(huán)節(jié)，是改造的重點。作為對比，改造前，這四個環(huán)節(jié)的的煙氣SO2排放濃度為每立方米650mg、380mg、230mg、650mg，改造后相應的排放濃度降低為380mg、230mg、80mg、80mg。

通過數(shù)據(jù)前后對比，可以看出，裝置內(nèi)部持續(xù)開展的工藝流程優(yōu)化和生產(chǎn)技術創(chuàng)新取得了明顯成效。硫磺回收裝置的關鍵操作參數(shù)控制平穩(wěn)、硫磺質(zhì)量穩(wěn)定可靠、煙囪排放的SO2濃度大幅降低，取得了良好的效果。

4 結(jié)語

該文針對石化企業(yè)具有代表性的硫磺回收裝置的二氧化硫排放超標問題進行分析，通過將氧化尾氣為其由原先的硫磺尾氣焚燒爐焚燒，改為在酸性氣燃燒爐中焚燒，進行脫硫處理后，凈化干氣取代系統(tǒng)燃料氣作為尾氣焚燒爐的燃料，尾氣處理容溶劑由集中再生改為獨立再生等措施，顯著降低了二氧化硫的排放量。這當中，也需要裝置領導、技術管理人員和現(xiàn)場操作人員持續(xù)的技術攻關。經(jīng)過裝置現(xiàn)場的多次實際測量，排放值均低于180mg/m3，這一數(shù)值低于最新的國家標準要求值。實現(xiàn)低水平的二氧化硫排放，有助于保障裝置平穩(wěn)、經(jīng)濟地運行，也能夠助力流程優(yōu)化、提升環(huán)保效益。

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