石油与天然气化工  2012, Vol. 41 Issue (6): 551-553
大型湿法硫磺成型工艺在普光气田的应用
夏莉1 , 邱艳华1 , 褚松源1 , 李亮2 , 黄刚1     
1. 中国石化中原油田普光分公司;
2. 川庆钻探工程有限公司川西钻探公司
摘要:介绍了普光气田大型湿法硫磺成型装置的工艺流程以及主要设备。硫磺成型的技术关键是硫磺产品含水量和细粉硫生成量控制。通过分析发现, 影响硫磺含水量的主要因素是成型罐水温、振动脱水筛振动幅度、颗粒硫磺的停留时间以及成型罐中硫颗粒高度等。进入成型盘的液硫温度、成型盘上液硫的液位、振动筛孔眼堵塞情况等是影响细粉硫生成量的因素。通过对上述影响因素的分析表明,可以通过优化硫磺成型工艺流程的方法进行解决。
关键词大型湿法硫磺成型装置    硫磺含水量    细粉硫生成量    
Application of large scale wet-processing sulfur forming process in Puguang natural gas field
Xia Li , Qiu Yanhua , Chu Songyuan , et al     
Sinopec Zhongyuan Oilfield Puguang Branch, Dazhou 637156, Sichuan, China
Abstract: The process flow and main equipments of large-scale wet processing sulfur forming unit in Puguang natural gas processing plant were introduced. The key technology of sulfur forming is the control of the water content of sulfur products and formation amount of fine sulfur powder. Analysis result indicates that the main factors affecting the water content of sulfur are the water temperature of forming tank, vibration amplitude of vibrating dewatering screen, residence time of sulfur particles and the height of sulfur particles in the forming tank. And the primary factors affecting the formation amount of fine powder sulfur are temperature of liquid sulfur entering the forming plate, liquid level of liquid sulfur on the forming plate, blockage of sieve pores and so on. Depending on the analysis of above influence factors, corresponding actions should be taken to optimize the process flow of sulfur forming.
Key words: large-scale wet processing sulfur forming process,    water content of sulfur    formation amount of fine sulfur powder    

普光天然气净化厂以高含硫天然气(H2S平均体积分数14%)为原料[1]。目前,已建设并投用了12个系列的天然气处理装置及配套工程,每个系列的天然气装置处理能力为300×104 m3/d。

净化厂采用了国内首套湿法硫磺成型工艺,建成4套DEVCO湿法成型机,产能360 t/h[2]。硫磺质量达到GB 2449-1992《工业硫磺及其试验方法》一等品质量指标,其主要质量指标见表 1[3-4]

表 1    硫磺主要质量指标

1 湿法硫磺成型工艺流程简述

液硫大约以0.25 MPa的压力到达硫磺成型机顶部,由流量控制阀控制流向成型盘。液硫分布器保证了由蒸气加热的成型盘里液硫均匀分散,成型盘位于支撑盘和装满水的成型罐上部。液硫通过成型盘底部预设的一定直径的孔眼滴入到下方的水中。成型罐的进水方向与液硫滴珠沉降的方向相反,保证了液硫滴珠在温度较低的水中慢慢冷却固化成球状颗粒,沉积到成型罐底部。硫颗粒与水一起排离成型罐后,在重力作用下,进入振动脱水筛脱水,使硫颗粒达到所要求的含水量。硫颗粒从脱水筛经产品滑道到传送带,经传送带传送至袋装单元或圆形料仓。工艺流程图见图 1

图 1     硫磺成型单元工艺流程图

振动脱水筛脱出的水、来自成型罐的溢流回水及从螺旋输送器脱出的水进入热水槽。由水力旋流进料泵打入水力旋流分离器脱除水中的细粉硫。脱除细粉硫后的净水,自水力旋流分离器上部流到净水槽。净水槽中被净化后的热水,由冷却塔进料泵泵入冷却塔,冷却后的水靠重力作用流入冷水槽。成型罐进水泵将冷水槽内冷却水泵入成型罐,冷水槽补水通过液位控制阀保持冷水槽正常液位。

硫磺成型机成型后的硫颗粒经过两级振动筛振动后,将细粉硫和水一起流入热水槽。由水力旋流进料泵打入水力旋流分离器,排放至细粉硫料斗/螺旋输送器,经滑道至细粉硫再熔器。细粉硫和来自液硫池的液硫,由0.6 MPa蒸汽加热共熔后,由再熔硫磺输送泵泵入液硫池。成型盘和再熔器产生的硫蒸汽、少量的硫化氢及二氧化硫,由除尘风机排至大气。

2 硫磺成型装置主要设备
2.1 成型罐

成型罐提供液硫成型的场所, 该设备材质为不锈钢。从上到下呈锥形设计,中下部以旋流状分布有4个冷却水进口, 使得进入成型罐内的冷却水自下而上保持旋流状态通过成型罐。成型罐顶部设置溢流口,冷却水自成型罐上部的溢流口进入溢流管线回到热水槽。成型罐内水温自下而上由低到高呈梯度分布。液硫在成型罐内自上而下靠重力下降,与成型罐内的呈旋流态的冷却水逆向接触并充分与硫颗粒混合,提高了冷却水对液硫的冷却效果。

2.2 液硫分布盘和成型盘

液硫分布盘的侧壁靠下分布着直径大约为1 cm的圆形孔眼,分布盘上的液硫溢流通过该孔眼进入成型盘。成型盘的侧壁高为200 mm,底部分布有约为1024个孔眼,液硫通过成型盘进入下部的成型罐。

2.3 振动脱水筛

振动脱水筛由四块相互连接的筛板组成,分布有直径为2 mm~3 mm的条形孔眼。经过脱水的部分硫颗粒由一级振动脱水筛进入到二级椭圆振动脱水筛。二级振动筛孔眼比一级振动筛略大。通过调节振动筛底部震动器的震动幅度,可以提高硫颗粒在振动筛上的停留时间和振动筛处理量。

2.4 水力旋流分离器

水力旋流分离器用压力梯度作为驱动力从水中把细粉颗粒分离出来。待分离物沿切线进入水力旋流分离器,并以螺旋状态通过水力旋流分离器,通过离心作用,密度较大的硫颗粒自水力旋流分离流出,密度较小的含少量细粉自水力旋流分离器上部溢出。通过离心分离作用,99.4%的粒径超过53 μm的细粉颗粒被去除。

3 硫磺含水量的控制

湿法造粒工艺的主要问题是产品含水量高,达不到有关标准[3]。硫磺产品含水量过高,不仅增加熔硫蒸汽的消耗和降低熔硫设备的能力,而且造成料仓底部硫磺颗粒粉化,形成大量硫磺粉尘。影响硫磺含水量的工艺参数及控制措施如下。

3.1 成型罐水温

成型罐水温是重要的控制指标,控制范围为46 ℃~68 ℃。在成型罐水温过低的情况下,硫磺颗粒的表面水分升高,形成了较多的细粉硫。细粉硫附着在振动筛表面,堵塞振动筛孔眼,直接影响脱水效果。通常采用两种方法减少成型罐水温低对硫磺颗粒含水量的影响:①开机初期保持较小的液硫进料量,使硫磺颗粒产品在振动筛上充分脱水,脱除细粉硫。当水温达到要求值后,恢复到正常处理量;②在开机初期使成型机在大处理量下运行,使成型罐水温迅速达到要求值。

3.2 硫磺产品细粉硫含量

细粉硫不仅携带有较多水分,而且在振动筛上水分不易脱除,使硫磺产品含水量增高。减少硫磺产品细粉硫含量是降低硫磺含水量的重要途径。

3.3 振动脱水筛振动幅度及颗粒硫磺的停留时间

振动筛振动幅度越大,硫磺颗粒在振动筛上停留时间越长,脱水效果越好,硫磺产品含水量越低。

3.4 成型罐中硫颗粒高度

由于颗粒硫磺的密度比水大,堆积在成型罐中的颗粒硫磺自下而上水含量呈减少趋势。硫颗粒高度太低,排出成型罐的硫磺粒携带的水分过多,振动筛脱水负荷增大;硫颗粒高度保持太高,高于成型罐水进口,由于受水旋流的影响,硫颗粒高度检测器检测到的硫颗粒重量不稳定。因此,成型罐运行过程中需保持合适的硫颗粒高度,范围为1500 kg~1800 kg。

4 细粉硫生成量控制
4.1 湿法硫磺成型过程细粉硫生成因素分析
4.1.1 进入成型盘的液硫温度

液硫温度过高,凝固所需要的时间增多,液滴易于破碎[6]。温度骤降,也会造成液珠表面迅速固化,随后破裂,形成较小的细粉小颗粒。液硫温度过低,液硫的流动性较差,通过成型盘孔眼的速度变慢,会增加细粉硫的生成。在液硫流动性较好的情况下,控制进入成型盘的液硫温度为135 ℃~145 ℃,可以减少细粉硫的生成。

4.1.2 成型盘上液硫的液位

硫液位越高,通过成型盘孔眼的液硫在较大重力的影响下,形成的液硫柱粗壮而有力,受下部冷却水的旋流影响较小。成型盘的液位与液硫的进料流量和流动性有关。通常液硫进料量越大、流动性越好,成型盘的液位就越高,越有利于细粉硫的减少。

4.1.3 振动筛孔眼堵塞情况

振动筛使用一段时间后,细粉硫会堵塞振动筛的孔眼。堵塞后的振动筛无法脱除较多的细粉硫,造成硫磺产品中细粉硫和水的含量增多。

4.1.4 成型罐水温

成型罐水温与成型装置冷却塔的冷却效果、液硫进料速度有关,过低的成型罐水温,将使硫磺颗粒产品的含水量增大。固化后的硫磺颗粒随温度骤降破裂,细粉硫增加。水温过高,液硫在水中发生粘连,形成大的硫磺颗粒,增加了硫颗粒高度控制阀堵塞的危险。

4.1.5 进入成型罐的水流流量

当进入成型罐内的水流流量较大时,对液硫柱形成的剪切作用越大,加大形成细粉硫的危险。

4.1.6 成型盘孔眼堵塞状况

液硫中夹带的液硫池内的粘贴物或联合装置的催化剂,常常使得成型盘孔眼堵塞。当成型盘孔眼堵塞后,液硫流经成型盘孔眼的阻力增大,不仅使细粉硫生成量增大,而且会形成大的硫磺块,造成硫颗粒的高度控制阀堵塞。

4.2 减少硫磺成型细粉硫生成的措施

(1) 在液硫进入成型盘前增加过滤器,并通过定期更换过滤网,使成型盘孔眼的堵塞现象消失。

(2) 将成型罐水温控制在58 ℃~65 ℃。

(3) 适当降低进入成型机的液硫温度,主要措施有:关闭液硫池伴热蒸汽,使液硫温度保持在137 ℃左右;当成型机平稳运行后关闭成型盘伴热蒸汽。投用液硫罐区伴热蒸汽减温系统,适当减小液硫储罐伴热蒸汽阀门开度,储罐内液硫温度保持在135 ℃左右;降低图幅液硫管线伴热蒸汽温度,避免液硫在输送过程中温度升高。与联合装置联系,保持联合装置输送液硫温度在130 ℃~140 ℃左右。

(4) 增大成型机的液硫进料量,控制范围为3×104 kg/h~1×105 kg/h,使液硫在成型盘上保持一定的液位。

(5) 用水冲洗或机械方法定期对运行中的振动筛孔眼进行清理。

(6) 控制成型罐进水泵出口压力为0.1 MPa~0.4 MPa,使成型罐内的水旋保持一定的强度。

5 结论

(1) 大型湿法硫磺成型装置处理量大,占地面积小,生产能耗低,自动化程度高,对环境污染小。

(2) 所产硫磺为圆球状,表面硬度大,含水适宜,大大降低了生产及装车过程的粉尘,安全性高。

(3) 硫磺成型的技术关键是硫磺产品含水量控制和细粉硫生成量控制,可以通过相应的措施和控制使硫磺的质量达标。

参考文献
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