普光天然气净化厂硫磺回收装置设计规模240×104 t/a, 属于大型硫磺回收装置。联合装置设有12个液硫池, 液硫池内为微正压, 温度138 ℃。采用Black & Veatch的专利技术MAG®工艺进行液硫脱气, 脱气尾气量为1 287 kg/h, 通过蒸汽抽空器(EJ-301A/B)引出后, 进入尾气焚烧炉进行燃烧处理, 抽空器采用表压为0.35 MPa的低压蒸汽作为动力, 蒸汽消耗量为790~1 000 kg/h。液硫池尾气中含有少量硫蒸气, 为避免硫蒸气因低温发生凝固, 尾气管线采用蒸汽夹套伴热。
净化厂自开工以来, 当硫磺回收装置运行负荷在80%~100%时, 多次出现液硫产品质量不合格的现象, 硫化氢质量分数远高于液硫运输所允许的安全上限15×10-6。为确保高含硫天然气净化装置的液硫品质, 降低因硫化氢挥发造成安全事故的可能性, 需采用新工艺技术对液硫池脱气进行改造, 减少液硫中的硫化氢含量, 确保硫磺运输过程中的安全环保[1]。
来自各级硫冷凝器的液硫随重力自流至液硫池(S-301), 在液硫池中通过Black & Veatch的专利技术MAG®脱气工艺可将液硫中的硫化氢质量分数脱除至15×10-6以下[2]。MAG®液硫脱气工艺无需采用任何化学添加剂, 其工艺原理为:液硫在液硫池的不同分区中循环流动, 并通过一、二级喷射器(EJ-302/303)进行机械搅动, 溶解在液硫中的硫化氢释放到气相中并由蒸汽抽空器(EJ-301A/B)送入尾气焚烧炉焚烧[3]。
脱气后的液硫自液硫池脱气区溢流至存储区, 一部分脱气液硫经液硫循环泵(P-301A/B)升压后进入硫磺冷却器, 冷却至138 ℃后再循环回脱气区。脱气后的产品液硫用液硫外输泵(P-303A/B)送至液硫成型单元生产粒状固体硫磺, 或送至液硫罐区[4], 如图 1所示。
在原有液硫脱气工艺的基础上增设液硫鼓泡装置, 从克劳斯风机(K-301)出口引出DN150 mm的空气管线, 经蒸汽夹套升温至138 ℃后分为两路DN100 mm的管道, 其中一路经流量控制调节阀FV-31201进入液硫池一区底部, 另一路经流量调节阀FV-31301进入液硫池二区底部, 分别通过3条底部、两侧共14组6 mm孔洞的DN80 mm鼓泡管线引入池中。如图 2所示。
操作参数的具体测定步骤如下[5]:
(1) 全开鼓泡线第1道闸阀与入池前的两个夹套球阀。
(2) 分别缓慢打开流量调节阀FV-31201、FV-31301, 逐步将鼓泡气体流量控制为190 m3/h(20 ℃、101.325 kPa下, 下同), 引空气进入液硫池鼓泡。
(3) 调节蒸汽阀门开度, 保证鼓泡空气入池温度不低于130 ℃。
(4) 稳定运行8 h后, 对液硫外输泵(P-303)出口的液硫和气相分别取样, 分析液硫中硫化氢含量、酸度以及气相中硫化氢含量; 若液硫中硫化氢质量分数仍大于15×10-6, 则逐渐加大流量调节阀FV-31201、FV-31301开度, 将流量增至680 m3/h。
(5) 稳定运行8 h后, 对液硫外输泵(P-303)出口的液硫和气相分别取样, 分析液硫中硫化氢含量、酸度以及气相中硫化氢含量; 若液硫中硫化氢质量分数仍大于15×10-6, 提高流量调节阀FV-31201、FV-31301开度, 将流量增至850 m3/h。
(6) 稳定运行8 h后, 对液硫外输泵(P-303)出口的液硫和气相分别取样, 分析液硫中硫化氢含量、酸度以及气相中硫化氢含量。
值得注意的是, 在操作期间, 应随时观察液硫池空气入口的流通情况, 若液硫池空气入口处有气体冒出, 应首先降低鼓泡空气量, 确保现场处于安全状态, 然后调整抽空器蒸汽量, 或加开备用抽空器, 再逐步增加鼓泡空气量。
根据测定结果, 得出装置操作参数如下:
(1) 鼓泡空气压力(表压):60~95 kPa。
(2) 鼓泡空气温度:不低于130 ℃。
(3) 空气流量:最小为316 kg/h或190 m3/h; 正常为1 011 kg/h或680 m3/h; 最大为1 264 kg/h或851 m3/h。
目前, MAG®+液硫鼓泡脱气技术已经成功应用于普光天然气净化厂的实际生产, 即使在出现了各种不利条件的工况下, 液硫产品质量仍然合格, 具有巨大的经济效益和社会效益[6]。
由于普光天然气净化厂属于甲级要害单位, 其生产介质为高压、高含硫天然气, 对设备及人员造成的危害较大; MAG®+液硫鼓泡脱气技术的应用, 成功解决了大型硫磺回收装置液硫脱气的难题, 为硫磺成型单元提供了优质、合格的液硫产品, 减少了环境污染, 确保生产的硫磺产品质量符合GB/T 2449.2-2015《工业硫磺第2部分:液体产品》中一级品的标准。
普光天然气净化厂第1套空气鼓泡液硫脱气装置建成投运, 进行脱气效果数据录取和分析。在单独运行液硫冷却和MAG®机械搅动脱气的工况下, 液硫中硫化氢质量分数最高为60.90×10-6, 最低为31.66×10-6, 平均值达到49.78×10-6。在空气鼓泡工艺运行的工况下, 液硫中硫化氢质量分数最高为9.10×10-6, 最低为1.59×10-6, 平均为5.66×10-6。液硫中硫化氢质量分数的变化情况如表 1所示。从表 1可以看出, 空气鼓泡工艺的脱气效果远远优于Black&Veach公司的MAG®+工艺。
按照设计液硫产量为240×104 t进行计算, 则液硫中硫化氢质量分数由49.80×10-6降至5.68×10-6后, 带入下游并排放至大气中硫化氢减少共计:240×104 t×(49.80-5.68)×10-6=105.89 t。
MAG®+液硫鼓泡脱气技术应用前, 硫磺成型单元液硫储罐中硫化氢质量分数平均达到4 221.8×10-6, 技术应用后, 硫化氢质量分数平均降至285.61×10-6, 减少了近3 936.2×10-6。硫磺储罐顶部硫化氢含量降低, 排放入大气中硫化氢大大减少, 大气环境质量得到明显改善。
由于液硫中硫化氢含量降低, 成型后固体硫磺在储存过程中释放的硫化氢量明显减少, 散装料仓内大气环境质量得到明显改善, 安全隐患大大削减, 运行人员的安全得到保障[7]。
液硫脱气效果达标后, 联合装置硫磺回收单元涉及液硫脱气的设备如硫磺冷却器(E-309)、液硫输送管线等腐蚀现象大大减缓, 腐蚀泄漏事件的发生率明显降低, 联合装置连续运行周期增长, 为装置的平稳运行提供了有效保障[8]。
由于自联合装置输至硫磺成型装置的液硫中硫化氢含量降低, 释放至大气中的硫化氢量减少, 大气腐蚀现象得到明显减缓, 暴露在大气中的电子设备、管线、仪表元件等腐蚀问题减少, 因腐蚀导致的停机故障率大大降低, 见表 2。
普光天然气净化厂大型硫磺回收装置应用MAG®+液硫鼓泡脱气工艺可将液硫中的硫化氢质量分数脱除至15×10-6以下。MAG®+液硫鼓泡脱气工艺完全包含在液硫池内, 不需采用任何化学添加剂, 大大降低了生产运行成本, 同时节约了后续的人工运行成本, 降低了操作难度和液硫脱气工艺的危险系数, 可为国内同类装置的液硫脱气工艺提供参考[9]。
2018, Vol. 47 Issue (6): 18-21
2018, Vol. 47 Issue (6): 18-21