CBA硫磺回收装置在低负荷下的运行

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1、CBA硫磺回收装置在低负荷下的运行王韵虞 王向林 袁铖 李想中国石油西南油气田公司重庆天然气净化总厂大竹分厂,四川大竹（6350）摘要：本文对CBA硫磺回收工艺流程、切换程序进行了详细的阐述,并结合大竹分厂的运行经验对CBA工艺在低负荷条件下操作要点进行了探讨。关键词：CA工艺 工艺流程切换程序 低负荷操作要点 0 引言大竹分厂硫磺回收单元采用美国V公司许可的四级转化冷床吸附（Co Bed Adsrtion,简称CA）工艺，设计硫回收率9.,硫磺产量为454/。从202年月投产起,硫磺回收单元一直处于低负荷状态下运行。1 B工艺介绍工艺流程简介从脱硫单元来的酸气经酸气分离器(D-401)分离出

2、酸水,再经酸气预热器(E1401)加热后，进入主燃烧炉与主风机(K1401)送来的经空气预热器（1402）加热后的空气按一定配比在炉内进行克劳斯反应。自主燃烧炉(40)出来的气流经余热锅炉(E-1403)后温度降至20，再经一级冷凝冷却器(E-14）冷却至16,其中大部分硫蒸汽被冷凝下来。自一级冷凝器出来的过程气进入再热器（E-1405)，升温至1后与余热锅炉出来的小部分0过程气混合至21，进入常规克劳斯反应器(-141)，气流中的H2S和S2在催化剂床层上反应生成元素硫, 克劳斯反应器的过程气温度升至4左右。（下面为便于叙述,假设R-1402处于再生态，而1403、R10处于吸附态）。再生初

3、期,自-1401出来的过程气通过三通切换阀直接进入BA一级反应器(-102)，催化剂床层上吸附的液硫逐步汽化。出CB一级反应器的过程气进入一级BA硫磺冷凝冷却器(E140)冷却,分出其中冷凝的液硫后不经再热直接进入BA二级反应器（R-103),过程气在其中进行低温克劳斯反应。 出BA二级反应器的过程气进入二级BA硫磺冷凝冷却器(E-408）冷却，分出其中冷凝的液硫后进入CB三级反应器(144)，在其中进行低温克劳斯反应。出CBA三级反应器的过程气进入三级CBA硫磺冷凝冷却器(E-1409）冷却,分出其中冷凝的液硫后进入液硫捕集器(D-1404）将其中携带的硫磺液滴及硫雾捕集下来后进入尾气焚烧炉

4、（-144)。焚烧后的废气通过100高的烟囱（X-1413）排放。三台CA反应器和三台CB硫冷器通过三个两通阀和四个三通阀控制，重复进行再生、吸附状态的转换。图1 CBA工艺流程图CBA循环对硫磺回收装置的正常运行起着至关重要的作用。C反应器的切换操作主要由四个三通程序切换阀(在四个反应器出口)和三个两通程序切换阀(在CB反应器入口）进行控制。合理控制工艺应建立在充分理解循环步骤和阀门位置，以及在切换过程中,各阀门的开关状态。以下为切换步骤：1、步骤0：初始状态该步骤反映的是初始化切换顺序时通过装置的流径。本步骤中，流体将通过克劳斯反应器(R-1401）、克劳斯冷凝器(E-106)、一级CBA

5、反应器（402）、一级CA冷凝器（E-147)、二级CBA反应器（R-140）、二级BA冷凝器(-148)、三级CB反应(-14）和三级CBA冷凝器（E-409）,然后进入尾气灼烧炉。CBA反应器均处于吸附模式且硫磺回收率处于循环中的最高值。该模式将一直持续到一级A反应器中的硫磺进料接近每1kg催化剂有0.5kg硫磺。（见图2）图2 CBA程序切换控制图、 步骤：切换KV-115 KV-1415在切换后-41出口过程气不再流过克劳斯冷凝器E-1406。此时，克劳斯反应器的过程气将从旁通管路通过克劳斯冷凝器。本步骤大约持续一分钟。 、步骤2：一级A反应器加热344的过程气从旁通管路通过克劳斯冷凝

6、器进入一级B反应器预热。在本步骤末,催化剂床顶部的温度将达44左右,催化剂床底部的温度则在291左右。本步骤大约持续3.8小时。4、 步骤：一级CBA反应器再生 一级CA反应器的出口温度一旦达到29,则硫磺将从催化剂中脱附出来。本步骤大约持续3小时。接近本步骤末时,一级B反应器出口气体将迅速升温至34左右。在本步骤末,整个催化剂床的温度将达到44且催化剂中几乎没有硫磺。5、 步骤：一级CBA反应器均热 热过程气应继续在催化剂床上流通30分钟以完成一级B反应器的再生。这样就能确保所有硫磺完全脱附催化剂床。6、步骤5：切换 KV145 在本步骤中K-141应切换成角形流,即克劳斯反应器出口的过程气

7、流过克劳斯冷凝器从而将过程气冷却至17左右。、 步骤6：一级CBA反应器预冷却当克劳斯冷凝器的冷却过程气流过一级B反应器时，催化剂床的顶部温度将由344冷却至127左右,底部被冷却至24左右。本步骤在一级CBA反应器出口气的温度达到244时终止，大约持续3小时。8、步骤7:切换V-17、开启V-148在该步骤中应开启KV-118。KV-147应同时转至角位。经短时后流体将进入一级CBA反应器和二级CBA反应器。一级CBA冷凝器的尾气将转入灼烧炉。 9、步骤：切换KV-14，关闭KV-41KV-11一旦经中间位置开关确认处于半开,那么-1416将开始关闭。三通阀V-1417一旦经中间位置开关确认

8、达到它的中间位置，KV-421将开始切换至直通流。此时流体将流经克劳斯冷凝器、二级CBA反应器、二级CBA冷凝器、三级CBA反应器、三级CBA冷凝器、一级BA反应器和一级CA冷凝器，然后进入尾气灼烧炉。至此,R-402处于主位的CBA切换完成。当R-10处于主位进行切换时，动作的阀门有:V-1415、KV-1417、KV-118、KV-1419、K-14。当R-140处于主位进行切换时，动作的阀门为:KV-1415、K-1416、KV11、V-1420、KV121。另外,在生产过程中，根据硫磺回收单元的负荷情况,可对再生和吸附时间作相应调整。保证整个CA切换处于优化状态。. CA工艺实际运行情

9、况大竹分厂原料气H2含量设计为1124/m3，实际运行过程中，H2S含量约为12 g/3。硫磺回收装置设计进料条件如下表。表1 硫磺回收装置设计进料条件操作条件组份o条件1条件2SCO2H2O1共计酸气处理量为3/h由此可见，硫磺回收装置设计处理量为14162121m3/h,H2S浓度在45.6.3。硫磺回收装置在低负荷运行过程中，各个反应器温度均低于设计值，如下表所示。表2 硫磺回收运行过程中部分参数时间酸气量m3/hH2S浓度R10床层最高温度R12床层最高温度R-1403床层最高温度R-140床层最高温度6.100：01417604931492822624 1：041758.99%311

10、3523140 0:041857.530149332437.1016：014760.9%309216149132.30 0:001424.9311251321由上可知，在设计操作范围内，常规克劳斯反应器温度达不到设计值343，相应地各个B反应器的最高再生温度远低于设计值。致使吸附CBA反应器催化剂上的硫不能被充分解吸出来。2 CBA工艺在低负荷下的操作.1主燃烧炉温度控制主燃烧炉是双区炉,酸气可由区进炉,或者由区、区同时进炉。正常情况下，酸气全部从区入炉,以便使酸气中所含烃类完全燃烧。为维持主燃烧炉火焰稳定以及保证热反应器效率,主燃烧炉最低温度不低于950。由于硫磺回收装置长期处于低负荷下运行

11、，当原料气量或者原料气中H2S含量降低时,容易造成主燃烧炉温度低于最低控制温度。处理措施为:1、为确保主燃烧炉温度,可将部分酸气从区入炉,以减少主燃烧炉热损失。2、若部分酸气从3燃料气的比率加入蒸汽。由于在低负荷状态下运行,硫磺回收装置各反应器出口温度均达不到设计值。如克劳斯反应器R11出口温度,设计值为43，实际值在20300。当CB反应器再生预热时，由于克劳斯反应器R-140出口温度过低,最高温度只能达到约276,达不到再生的最低控制温度21。在操作过程中,尽可能提高高温掺合阀开度，以提高常规克劳斯反应器温度。但同时，必须严密监视将E-1404出口过程气温度,保证该点温度不低于150，以防

12、止E-104出口过程气管线发生堵塞现象。大竹分厂硫磺回收装置各点温度均达不到设计值,克劳斯冷凝器在CA反应器处于再生阶段和CBA冷凝器在吸附阶段，冷凝器出口端过程气温度均较低。为防止过程气在通过冷凝器时在管壁上出现堵塞现象,必须保证各过程气系统各点温度在10以上。在硫磺回收装置运行初期,冷凝器出口端过程气温度经常低于20，于是分厂将低低压蒸汽系统的压力提高到03 Pa(设计值为10.13),同时将各冷凝器液位降低到约6%,各级冷凝器出口过程气温度均高于120。若某级冷凝器出口端过程气温度仍低于120,则打开该冷凝器暖锅蒸汽，则能提高该点过程气温度。各CB反应器再生床层温度长期为约275，低于再

13、生最低温度291，不能使催化剂上吸附的硫完全解析。通过长时间积累,造成严重催化剂积硫。此时再生时，CB反应器最低床层温度约,反应器出口温度约43。在CBA程序切换过程中,反应器二次升温后,温度低于291，需要强制切换程序，才能使切换进入均热步骤。于是,规定反应器出口温度高于25（此时CA反应器床层温度约270）后,才强制切换程序进入均热状态。通过延长升温时间,避免催化剂表面严重积硫。2 BA工艺停产除硫操作.5 停产除硫操作除硫的目的：1)清除硫磺回收装置中的硫磺;2)使反应器床层催化剂中的H2S脱离。分厂主燃烧炉最大燃料气流量为20m3,当燃料气在最大负荷下燃烧时,CBA床层最高温度仅为约2

14、40,不利于除硫。为彻底解析长期累积在C反应器催化剂上的硫，在停产前,磺回收装置以燃料气和酸气共燃模式除硫。在该过程中,应根据主燃烧炉温度(主燃烧炉温度不能超过135）,缓慢加入燃料气,空气流量按化学计量的992%控制,并通入适量蒸汽,按照1m3燃料气加.5Kg蒸汽的比例通入蒸汽。燃料气和酸气共燃模式运行模式稳定后,逐渐增加高温掺合阀开度,以提高常规克劳斯反应器入口过程气温度（反应器内温度不能超过343)。注意在调整高温掺合阀开度时，密切监视一级冷凝器E-1404出口过程气温度,必须高于15,防止发生硫磺堵塞现象。在酸气流量、组分几乎无变化情况下,硫磺回收装置在酸气、燃料气共燃模式下同酸气燃烧

15、运行模式下各点温度对比如下表。表 酸气、燃料气共燃同酸气燃烧时各点温度对比测量点酸气燃烧酸气、燃料气共燃E1403出口温度4429常规克劳斯反应器入口温度2028常规克劳斯反应器中部床层温度31943常规克劳斯反应器出口过程气温度30236BA反应器再生最高温度2510.5.2 除硫操作步骤1、主燃烧炉进燃料气在装置停产前25小时,硫磺回收装置开始以燃料气和酸气共燃模式除硫。在该过程中，应根据主燃烧炉温度(主燃烧炉温度不能超过1315），缓慢加入燃料气，空气流量按化学计量的2控制,并通入适量蒸汽,按照m3燃料气加3.5Kg蒸汽的比例通入蒸汽。2、调整-01入口温度燃料气和酸气共燃模式运行模式稳

16、定后，逐渐增加高温掺合阀TV-1420开度,直至将常规克劳斯反应器入口TIC-120温度提高到00(反应器内温度不能超过343）。注意在调整高温掺合阀开度时，密切监视一级冷凝器-1404出口过程气温度,必须高于150，防止发生硫磺堵塞现象。3、R-1402除硫将KV-1V-1421打到手动控制,使过程气流程为：-101-1402E-407R103E1408R-1404149尾气灼烧炉,通过调整燃料气量，R-1402开始升温除硫。在小时内,使反应器床层各点温度达到300以上,继续加热4小时,然后切换至R-14除硫。4、R140除硫将K-45保持直通状态，-1416切断,KV-1417处于角位，V

17、-141打开,其它阀位不变。此时过程气流程为:R1401R-143E408R-1404149尾气灼烧炉,通过调整燃料气量,-1403开始升温除硫。在4小时内，使反应器床层各点温度达到3以上,继续加热4小时后,然后切换至R-404除硫。、-140除硫V1415保持直通状态，KV-14关闭,V119处于角位，KV-1420开启,其它阀位不变。此时过程气流程为：R-1401R-104-4R-402-107尾气灼烧炉,通过调整燃料气量,R-0开始升温除硫。在4小时内,使反应器床层各点温度达到30以上,继续加热4小时。2.1. 燃料气气除硫、当H1402停止酸气供给后，采用燃烧燃料气继续对反应器除硫,待

18、一级冷凝器没有液硫流出后,将高温掺和阀全开,大部分热过程气不再通过一级冷凝器，使反应器内的温度尽量高,以提高除硫效果。2、当H-1402改烧燃料气燃烧稳定后，按照酸气、燃料气共燃除硫步骤依次对1404、R-140、1403继续除硫,直至X141CE无液硫流出为止。3CB工艺硫回收率低温有利于硫磺的形成，但如果催化剂床的温度过低，液硫则会堵塞催化剂,导致催化剂失活和回收损耗。对传统克劳斯装置而言，这将使硫磺回收率受限。而CBA工艺正是用于突破该限制。工艺是一个循环工艺，采用的催化剂相同于克劳斯工艺,但其温度范围更低以便更高效地的生成硫磺并吸附于催化剂表面,催化剂在严重失活前会再生以恢复其活性。再

19、生是通过克劳斯反应器的出口的热气流流经CA主反应器以加热催化剂、脱附催化剂上的硫磺来实现的。随后CBA冷凝器对反应器废气中的硫蒸汽进行冷凝。由于分厂CBA反应器再生温度较低,可能对硫收率造成一定影响,但分厂通过优化配风操作等措施,确保了硫收率维持在较高水平。以下为硫磺回收率计算过程及结果。 计算公式: （78.09*R/C2S*CN2)*(CH2S+CSO2+2CCS2+COS0.075*CS）*100%*00 其中：R总空气量总酸气量； CH2酸气中硫化氢浓度; CN尾气中氮气含量； CH2S尾气中硫化氢含量； SO2尾气中二氧化硫含量; C2尾气中二硫化碳含量; CCS尾气中CS含量; C

20、S尾气中单质硫含量；表3 硫磺收率计算参数序号类别 4567酸气流量（m/)14601821401571581451467酸气H2S含量56.56.795.2256.0555.26%.36%55.47空气流量（m3/)61993199198119971971955尾气S2含量.03%0120.080.020.3尾气H2S含量.0%0.02%0.020.1%0.11%0.13%.3尾气CS含量00010002%.01%0.1%02尾气元素硫1.6%.7%.465%12%1.2%1.6%1.6尾气CS20.0%.01.01%0.01%0.01%0.0.0尾气2含量9.9970.1%892728%70.59%70.170.5%硫收率993799229.5299.32%9.69%9.218%99443% 结束语CBA工艺的引进，丰富了国内硫磺回收工艺的技术,促进了国内硫磺回收工艺技术的发展。通过维持CB工艺在低负荷状态下的正常运行,使大量技术人员及操作人员积累了宝贵操作经验。参考文献2诸林编 天然气加工工程 北京:石油工业出版社196作者简介：王向林，男,助理工程师，袁 铖,男，助理工程师，主要从事天然气净化工作。李 想,男,助理工程师，主要从事天然气净化工作。