硫回收技术附件518.docx
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硫回收技术附件518
兖矿贵州能化有限公司
70吨/日超级克劳斯硫磺回收装置
工艺包合同
技术附件书
2006-6-12
目录
1.0序言
2.0工艺描述
3.0工艺发展
4.0设计基础
5.0工艺流程图、热量平衡和物料平衡
6.0公用工程消耗/生产
7.0硬件和材料
8.0设备和硬件信息
9.0平面布置
10.0保证值
11.0工艺包内容
12.0技术服务的范围
13.0附件1
14.0附件2物料平衡表
15.0附件3主烧嘴的供货范围
16.0在中国业绩表
1.0序言
本合同附件是针对兖矿贵州能化有限公司的50万吨/年产合成氨装置中的硫磺回收单元工艺包合同。
该硫磺回收单元主要处理低温甲醇洗工段和CO变换工段中产生的酸性废气。
该工艺包合同中涵盖:
1)Jacobs荷兰公司的超级克劳斯硫磺回收专利技术和技术诀窍
2)70吨/日硫磺回收装置的工艺设计包,包括以下内容:
●热反应段燃烧段
●三级克劳斯反应段
●一级超级克劳斯反应段
●热焚烧炉和烟囱
本附件包括工艺描述、工艺流程图、主要物料平衡表、设备清单、厂区布置图及其他相关信息。
2.0工艺描述
2.1工艺原理
2.1.1JNL's超级克劳斯工艺
超级克劳斯工艺包括一个热反应段、后接3个克劳斯催化反应器段和一个超级克劳斯反应器段。
热反应段
所采用的超级克劳斯工艺,是基于通过控制空气流量使硫化氢部分燃烧而实现的。
通过自动控制空气流量来保证酸性气中所有的碳氢化合物和氨进行完全燃烧,并在3级克劳斯反应器的出口处(即在进入超级克劳斯反应器之前)获得正确的硫化氢百分比。
传统的克劳斯工艺是通过控制“空气和酸性气”的比例,从而使催化段排出的硫化氢和二氧化硫的比例正好是为2/1。
对于克劳斯反应,这是硫化氢对二氧化硫的最佳比例。
而超级克劳斯工艺则根据工艺原理。
对此工艺中,通过调节“空气对酸性气”配比来控制进入第4级反应器(超级克劳斯反应器)的过程气中的硫化氢浓度。
为了满足这一要求,前端的热燃烧阶段是在偏离“克劳斯比例”下操作的(高于H2S:
SO2=2/1)。
也就是说,前端的热燃烧阶段的操作是控制硫化氢含量,而不是传统的"H2S:
SO2"比值的控制。
采用一台过程气体分析仪,来测量从第3级克劳斯反应器的排除气流中硫化氢的浓度。
分析仪控制器可以校正进入主燃烧器(烧嘴)的空气流量,以获得过程气中所要求的硫化氢浓度。
根据上述理论,控制原理可概述为:
(1)如果进入超级克劳斯反应器的硫化氢浓度太高,需增加向主燃烧器提供的空气,或
(2)如果进入超级克劳斯反应器的硫化氢浓度太低,需减少向主燃烧器提供的空气
主烧嘴和反应炉的主要反应如下
根据平衡反应,尾气中相当数量的硫化氢与二氧化硫反应生成形成硫:
通过这个被称为克劳斯的反应,在主烧嘴和反应炉的气相形成了硫。
热反应段的供氧
由于进入硫回收装置的原料气中硫化氢的浓度较低,需要增加燃烧段的燃烧温度,以确保原料气中的碳氢杂质和硫化氢本身的充分燃烧。
因此,所用的燃烧空气不是正常的空气,而应使用纯氧气。
注:
本附件中,提到的热反应段或主烧嘴的空气应该使用纯氧。
在超级克劳斯段和脱气段中,将使用正常的气体。
催化克劳斯过程
接下来的催化克劳斯反应段将进一步增加到硫回收率。
在第一,第二和第三反应器中,将发生下列反应:
2H2S+SO23/xSx+2H2O+heat
通过使用克劳斯催化剂,克劳斯平衡反应将向生成硫磺的方向进行。
从第一,第二和第三反应器出来的硫磺,经过冷凝后被不断的取出,可以保证反应在下一个催化段进一步向生成硫磺方向进行。
超级克劳斯段
从第三级克劳斯反应器出来的过程气体与空气混合。
在选择性氧化反应器(即超级克劳斯反应器)中,通过采用一种特殊催化剂,使硫化氢选择性地直接氧化为元素硫。
H2S+0.5O21/xSx+H2O
此反应为热力学完全反应,因此可获得高的元素硫转换率
热焚烧炉
超级克劳斯段产生的尾气和脱气过程中的排空气仍含有微量的硫化合物。
这些硫化合物在热焚烧炉中通过不断增高的温度下进行氧化燃烧。
主反应为:
H2S+3/2O2SO2+H2O
1/xSx+O2SO2
COS+3/2O2SO2+CO2
2.2工艺流程描述
请参阅附件中PFD图。
2.2.1进气系统
该硫磺回收装置包括两股进料,一股由低温甲醇洗装置来,称为胺气(AmineGas);另一股由一氧化碳变化装置来,称为酸性气(SWSGas)。
胺气(AmineGas)首先进入一个水洗罐将其中的甲醇脱除。
当原料气中的甲醇不能在硫磺回收装置中的燃烧段被完全破坏时,甲醇会在催化剂上形成积碳从而造成催化剂失活。
在水洗罐后面为一个分离器,将原料气中所携带的水分离出来。
另外,酸性气(SWSGas)有其自己的分离罐,将所挟带的水从中分离出来。
如果罐中出现较高液位,可用手动方式将酸水排放至运行罐中。
通过用氮气给运行罐增压,酸水被排入酸水排放系统。
胺气(AmineGas)在与酸性气(SWSGas)混合之前,通过一蒸汽预热器,将其预热至120°C;然后与酸性气(SWSGas)混合后送至主烧嘴。
25%的胺气直接送入主烧嘴后的燃烧室。
2.2.2热反应段
纯氧被送至主烧嘴。
需要一台鼓风机将空气送至超级克劳斯。
至主烧嘴的氧气足够完成原料气中所有烃类和其他杂质,比如氨的完全燃烧,硫化氢根据要求燃烧,以便控制第三级克劳斯反应器出口的H2S浓度达到0.79%(体积比)
碳氢化合物主要燃烧生成二氧化碳和水,氨燃烧会生成氮气和水。
至主烧嘴的燃烧空气通过烧嘴先进控制系统(ABC系统)进行控制。
此系统包括2部分:
一个前反馈部分和一个后反馈部分。
所需空气/氧气的量是通过分别测量进气量(AmmineGas和SWSGas)并乘以各自氧气需要量来确定(前反馈控制)。
这样可算出总的空气需求量,且此信号设定为供流量控制系统中氧气的供应量。
流量控制系统通过调节2个控制阀来执行调节过程。
系统首先快速调节辅助空气管线上的一个小控制阀,然后延迟调节一个较大的主阀。
接下来再通过旁路中控制阀在其流量范围反复优化,以迅速适应流量的变化。
然后,通过主空气和旁路的总氧气流量与酸气(AmmineGas和SWSGas)的总量相匹配。
流量控制系统还可以通过位于超级克劳斯反应器段工艺线路上游的硫化氢分析仪控制器(向后反馈控制)来进行调节。
确保工艺气体中所需的硫化氢含量,从而使装置获得优化的硫回收率。
燃烧温度需要足够的高,以保证适当的破坏氨。
进料气并不含有足够可燃物质以获得所需的燃烧温度。
因此,需要通过中压蒸气预热胺酸气;另外,部分进料气(约25%)绕过烧嘴,直接进入混合燃烧室。
为了移走主烧嘴产生的热量,使过程气通过位于废气加热锅炉的管束。
气体被冷却,产生饱和中压蒸汽。
过程气可以在第一个硫磺冷却器中进一步冷却。
过程气中的硫蒸气被冷凝,并从气体中分离。
从第一个硫磺冷却器中产生的液态硫通过其液硫封直接送入硫槽。
在第一个硫磺冷却器出口通道中安装有一个除雾器,用以回收随过程气带出的雾滴状的液态硫。
2.2.3催化过程
废热锅炉中出来的过程气在一级预热器中被加热,以获得一级反应器中催化转换的最佳温度。
一级克劳斯反应器顶层填充了氧化铝型催化剂,底层填充的是氧化钛型催化剂,以便在床底部获得一个高的COS和CS2转换率。
通过控制反应器入口的温度来调节进入一级预热器的蒸汽量。
在反应器中,过程气中的H2S和SO2,在催化剂的作用下发生平衡反应。
反应器的入口温度保持在240°C,以满足COS和CS2的转化反应。
从反应器出来的过程气进入二级硫冷凝器中冷却,过程气中的硫磺被冷凝,并从气体中分离。
二级硫冷凝器中的液态硫通过其液硫封直接被送至硫槽。
二级硫冷凝器出口通道中安装有一个除雾器,用以回收随工艺气体带出的、雾状的液态硫。
在二级硫冷凝器中,产生低压蒸汽。
从第二级硫冷凝器中出来的过程气在二级预热器中被加热,以获得二级反应器中催化转换的最佳温度(215°C),二级反应器中装填有氧化铝型催化剂。
进入二级预热器的蒸汽量通过反应器入口处的温度控制器来进行调节;二级反应器入口温度低于一级反应器,以便促进H2S和SO2更好的转换为元素硫。
在反应器中,过程气中的H2S和SO2在催化剂的作用下反应,直至达到平衡。
从反应器出来的过程气进入第三级冷凝器被冷却,过程气中的硫分被分离出去,通过其液硫封直接排入硫槽。
在第三级硫冷凝器出口通道中安装有一个除雾器,用以回收随过程气带出的雾状液态硫。
在第三级硫冷凝器也同样会产生低压蒸汽。
从第三级硫冷凝器中出来的工艺过程气在第三级预热器中被加热,以取得三级反应器中催化转换的最佳温度(200°C),第三级反应器中装填有氧化铝型催化剂。
进入第三级预热器的蒸汽量通过反应器入口处的温度控制器进行调节;第三级反应器入口温度低于前两级反应器,以便促进H2S和SO2转换为元素硫。
在这一级反应器中,工艺气体中的H2S和SO2在催化剂的作用下反应,直至达到平衡。
从反应器出来的过程气进入第四级冷凝器被冷却,过程气中的硫分被分离出去,通过其液硫封直接排入硫槽。
在第四级硫冷凝器出口通道中安装有一个除雾器,用以回收随过程气带出的雾状液态硫。
在第四级硫冷凝器也同样会产生低压蒸汽。
一级、二级、三级和四级硫冷凝器可以设计在一个壳体中。
通过液位控制来调节进入壳体的锅炉给水量。
冷凝器产生低压蒸汽,可以用于装置的加热需求;多余的蒸汽输出至蒸汽网络。
2.2.4超级克劳斯段
为获得高的硫回收率,过程气进入到超级克劳斯段。
通过鼓风机向系统提供所需的空气,空气首先被预热,然后进入工艺气加热器的下游与预热后的工艺气混合。
工艺气在再加热器中被加热,以获得用于超级克劳斯反应器中催化转换的最佳温度(200°C–210°C)。
通过控制反应器入口处的温度来调节工艺气预热器的蒸汽量。
在超级克劳斯反应器中,硫化氢经过选择性氧化反应转化为元素硫。
反应器装填有一种特殊的选择性氧化催化剂。
采用过量空气操作,以保持反应器中的氧化条件,防止催化剂被硫化。
因此,空气是通过流量控制的。
流量控制器的设定值由装置的相对负荷(根据主烧嘴空气需求量计算)、反应化学计量、氧气的余量及超级克劳斯段上游尾气中的硫化氢浓度来确定。
从超级克劳斯反应器出来的过程气进入到第五级硫冷凝器。
为了尽量多的冷凝硫,第五级硫冷凝器在低温条件下操作。
这可通过产生约2巴(绝)低压蒸汽来实现。
通过一台空气冷却器,蒸汽在蒸汽冷却器被冷却。
通过压力控制器,调节至蒸汽冷凝器的风机的速度和风扇的角度,使蒸汽的压力得到保持。
2巴(绝)的压力与120°C的蒸汽温度相匹配,此温度略高于硫的固化温度。
控制系统确保系统处于硫固化温度之上的一个安全临界值。
来自第五级硫冷凝器的液态硫通过其液硫封被送至硫槽。
在第五级硫冷凝器出口通道中安装有一个除雾器,用以回收随工艺气带出的雾状的液态硫。
从第五级硫冷凝器来的过程气进入下游的捕集器,该设备配有一个除雾器挡板。
这样,其中残余的一些液态硫从气体中被分离,液态硫通过其液硫封被排入硫槽。
若装置发生故障,超级克劳斯段可以走旁路,这样可以保证克劳斯段继续操作。
此时,来自第三级反应器的克劳斯气体绕过超级克劳斯段旁路至焚烧炉。
2.2.5焚烧炉
超级克劳斯尾气(或是在旁路操作状态下的克劳斯尾气)和来自液硫槽的含有微量硫化氢的排放气及其他硫化物,因为这些物质不能直接排放到大气中,因此这些气体在焚烧炉中予以焚烧,将其中的硫化氢和硫化物转换为二氧化硫。
进入焚烧炉烧嘴的燃料气通过控制烟道气的温度来进行调节。
燃料气的燃烧空气由热燃烧炉鼓风机供给。
供给焚烧炉的空气可分
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