二硫化碳生產(chǎn)中硫回收裝置換熱器設(shè)計(jì)體會(huì)

李夢(mèng)然

（天津渤化工程有限公司，天津300193）

我國(guó)是二硫化碳生產(chǎn)量和消費(fèi)量最大的國(guó)家。作為國(guó)家重點(diǎn)鼓勵(lì)的綠色環(huán)保產(chǎn)業(yè)發(fā)展項(xiàng)目，天然氣資源綜合利用水平高，同時(shí)符合國(guó)家發(fā)展資源節(jié)約型產(chǎn)業(yè)的政策導(dǎo)向。二硫化碳具有多種用途，主要是制造黏膠纖維、玻璃紙的原材料，還可以作為生產(chǎn)各種精細(xì)化工產(chǎn)品的助劑、溶劑、促進(jìn)劑、傳遞劑、脫膜劑等用途，也可用作鈷鉬變換催化劑等的硫化劑，二硫化碳還可以直接用作殺蟲(chóng)劑及谷物熏蒸劑，在造紙行業(yè)用作紙張?zhí)砑觿?，使紙張?qiáng)度提高，也用于生產(chǎn)四氯化碳、農(nóng)藥殺菌。因此，二硫化碳是重要的無(wú)機(jī)化工原料之一。二硫化碳生產(chǎn)其中的硫回收裝置是回收硫磺的重要裝置，硫磺回收率高，節(jié)約原料成本，提高企業(yè)利潤(rùn)?；厥樟蚧鞘褂玫膿Q熱器設(shè)備是非常關(guān)鍵設(shè)備[1]。

1 二硫化碳生產(chǎn)中硫回收裝置工藝流程說(shuō)明

目前主要采用先進(jìn)成熟天然氣法生產(chǎn)二硫化碳工藝技術(shù)。該法是將天然氣和硫磺經(jīng)加熱爐預(yù)熱后進(jìn)入反應(yīng)器中，于600～700℃進(jìn)行放熱反應(yīng)，反應(yīng)可以有催化劑，也可以無(wú)催化劑，所得產(chǎn)物經(jīng)分離、精制得成品二硫化碳，對(duì)于過(guò)剩的硫化氫氣體可以用克勞斯法回收轉(zhuǎn)化為液硫，克勞斯?fàn)t灼燒溫度500℃，硫裂解為吸熱過(guò)程，含硫的高溫氣體需冷凝降溫后的過(guò)程氣通過(guò)進(jìn)入一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)、四級(jí)換熱器，獲得高轉(zhuǎn)化率和高純度的液硫，直接用于生產(chǎn)原料，循環(huán)使用?；厥樟蚝蟮牟荒晕矚膺M(jìn)入灼燒爐進(jìn)行灼燒，產(chǎn)生少量二氧化硫尾氣經(jīng)治理達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)排放。生產(chǎn)過(guò)程所產(chǎn)生的余熱蒸汽再用于二硫化碳裝置生產(chǎn)使用[2]。

液硫回收反應(yīng)式如下：

硫回收裝置中串聯(lián)使用四套換熱器，將反應(yīng)產(chǎn)生的氣相硫全部冷凝成液相硫，冷凝下的液硫作為原料循環(huán)使用。因此，四套冷凝器是該裝置的關(guān)鍵設(shè)備。

2 硫回收裝置使用的換熱器規(guī)格(見(jiàn)表1)

該工程中特別是一級(jí)冷凝器殼程與管程溫差約217℃，殼體與管壁的溫差較大，殼體和管壁溫差t≥50℃時(shí)經(jīng)計(jì)算有可能須在殼體上設(shè)置膨脹節(jié)，尤其是殼體與管壁的高溫差使管板與管頭之間易產(chǎn)生溫差應(yīng)力而損壞。

表1 硫回收裝置中選用的換熱器

因此如何有效降低管板與管頭之間產(chǎn)生的溫差應(yīng)力，提高設(shè)備使用壽命，降低設(shè)備造價(jià)，對(duì)換熱器結(jié)構(gòu)應(yīng)采取防護(hù)措施。

3 減少換熱器熱應(yīng)力的措施

2013 年第19 號(hào)工業(yè)和信息化部公告《二硫化碳行業(yè)準(zhǔn)入條件》，其中對(duì)“規(guī)模、工藝、裝備及質(zhì)量”提出具體要求，也在能源消耗、環(huán)境保護(hù)、安全、消防及職業(yè)衛(wèi)生等方面達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。二硫化碳生產(chǎn)規(guī)模的提高，使換熱器運(yùn)行能力也要相應(yīng)提高，這就要求我們?cè)诠こ虒?shí)際上滿足生產(chǎn)規(guī)模的情況下就要采取換熱器的熱防護(hù)措施。

3.1 高溫側(cè)殼體的熱防護(hù)

在高溫管箱中采用耐熱混凝土材料作防護(hù)襯里，管箱可以采用碳鋼材質(zhì)，解決碳鋼不耐高溫的問(wèn)題，節(jié)省了設(shè)備造價(jià)。

3.2 采用平板折邊管板

采用平板折邊管板（20mm） 比普通管板（50mm）要薄，在滿足壓力操作條件一定的情況下，管板越薄越好，因?yàn)楸」馨逖匕搴竦臏囟忍荻仍叫?，自身溫差?yīng)力就越小。平板折邊管板同時(shí)具有撓性，無(wú)特殊加工要求，要求R 值取折邊管板厚度2.5～4 倍。

3.3 高溫側(cè)管段的熱防護(hù)

在高溫側(cè)管子進(jìn)口端插入一段保護(hù)套管（楔管），有利于高溫氣體直接進(jìn)入浸泡在汽水混合物中的管子，從而降低了管板及其與管子連接接頭處的溫度。保護(hù)套管可以是陶瓷，也可以是不銹鋼材質(zhì)。換熱管選用普通碳鋼管。保護(hù)套管與換熱管之間要留有一定的環(huán)隙，保證環(huán)隙尺寸3mm，避免管板過(guò)熱。在保護(hù)套管與換熱管之間填充耐高溫的壓縮石棉纖維，且采取有效的固定措施。

硫回收裝置中的換熱器采用上述方法達(dá)到減少管板與管頭之間溫差應(yīng)力的效果，同時(shí)，降低設(shè)備造價(jià)，解決了設(shè)備壽命和安全生產(chǎn)的影響問(wèn)題。更主要的是排除了安全隱患，保證換熱器的安全運(yùn)行，設(shè)備壽命也有所延長(zhǎng)。

4 總結(jié)

二硫化碳生產(chǎn)使用原料為天然氣、硫磺，且中間產(chǎn)品為二硫化碳、硫化氫。其中天然氣、硫化氫為國(guó)家首批重點(diǎn)監(jiān)管的危險(xiǎn)化學(xué)品，硫回收裝置中克勞斯法硫化氫氧化工藝為危險(xiǎn)化工工藝，為國(guó)家首批重點(diǎn)監(jiān)管的危險(xiǎn)化工工藝目錄第十條氧化工藝，項(xiàng)目中二硫化碳成品罐區(qū)為重大危險(xiǎn)源。因此，二硫化碳生產(chǎn)裝置為“兩重點(diǎn)一重大”工程。項(xiàng)目建設(shè)中嚴(yán)格執(zhí)行GB50160《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》和GB50984《石油化工工廠布置設(shè)計(jì)規(guī)范》。

同時(shí)在滿足規(guī)范、安全生產(chǎn)規(guī)章和工藝要求前提下，盡量減少工程投資，對(duì)換熱器更充分、更合理設(shè)計(jì)有非常重要的意義。