煤化工装置中硫回收单元的模拟设计.pdf

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1、第6期(总第169期)煤化工No．6(TotalNo．169)2013年12月Coa1ChemicalIndustryDec．2013煤化工装置中硫回收单元的模拟设计汪林燕(惠生工程(中国)有限公司，上海201210)摘要采用Sulsim软件，对煤化工装置中硫回收单元进行流程模拟设计。采用不同浓度的氧气与同一原料酸性气发生燃烧反应，讨论了氧气浓度对燃烧反应的影响，分析了采用Sulsim软件中不同的燃烧反应经验模式设计对模拟结果的影响。模拟结果表明，使用纯氧可大幅度提高装置处理能力，且在Sulsim软件模拟中，炉膛燃烧反应模式选用富氧燃烧模式更为可靠。模拟结果与国内外研究资料及实际工

2、厂运行情况吻合，并分析了该模拟结果产生的原因及其对于工业设计的意义。关键词煤化工，硫回收，Sulsim软件，酸性气，富氧燃烧文章编号：1005—9598(2013)一06—0060—04中图分类号：T054文献标识码：B在煤化工反应过程中，煤中硫等杂质存在于煤气流程模拟计算软件为硫回收专用软件Tsweet和Sul—及煤化工生产过程排放的尾气中(主要为H，S)，如排放sim。近年来也有用AspenPlus进行模拟的。国内大到大气中，会造成极大危害。近年来，随着国内煤化工多数公司采用Sulsim软件进行模拟设计，该软件由装置规模日趋大型化，尾气排放量不断增大，同时，环加拿大Sulfur

3、Expert公司开发阳]。Sulsim软件的动保指标更加苛刻，因此尾气处理显得尤为重要。目前力学模型是基于超过l000家硫回收工厂的测定数国内外常采用克劳斯法[1-2达到尾气中硫回收的目的。据而开发，已有多套设计模拟结果应用于实际装置国内煤化工装置中，硫回收单元的原料气主要来中，且运行良好。Sulsim软件是一个基于实际工况的自低温甲醇洗单元，其主要特点是Hs浓度较低，通模拟软件而非纯理论模拟软件，其模拟计算结果优于常体积分数为20％～50％E~]。由于煤种的多样性，煤化其他理论计算的结果。工装置中酸性气浓度变化范围也大于其他石化领域Sulsim适用于绝大多数的不同浓度酸性气体的中

4、酸性气变化范围，且装置规模偏小。采用常规的克硫回收模拟，特别适用于装置原料气中Hs体积分数劳斯空气氧化燃烧方法，存在酸性气浓度波动较大和在20％～100％的酸性气体，并有多套在煤化工装置中酸性气燃烧炉炉膛温度较低的问题，需补充燃料气，的硫回收设计并运行的经验。本文以某煤化工项目年以维持稳定火焰需要的炉膛温度[4-5]。因此，煤化工装产硫磺17万t硫回收装置为例，采用三级克劳斯反置中硫回收的模拟设计研究非常重要，选择合理的流应，使用Sulsim软件进行模拟，并对模拟结果进行分程、优化设计、提高收率和达到环保要求，则更为关析对比。键。惠生工程公司针对相关煤化工项目，采用Sulsim软件

5、，对硫回收单元进行了优化模拟设计。2氧气浓度对模拟结果的影响1Sulsim软件及其在硫回收流程模型建立2．1克劳斯硫回收的反应原理和模拟流程中的应用Sulsim软件中，三级克劳斯硫回收燃烧反应部分流程模拟如图1所示。目前，国内外大多数工程公司使用的硫回收工艺原料气进装置预热后，进人燃烧反应炉反应，经收稿日期：2013—08—09作者简介：汪林燕(1986一)，女，四川眉山，助理工程师，硕士，2007年本科毕业于浙江大学化学工艺专业，现主要从事煤化工工艺设计工作，E-mai1：wanglinyan@wison．com。2013年12月汪林燕：煤化工装置中硫回收单元的模拟设计一61—4

6、6810l一原料预热器2一燃烧反应炉3一废热锅炉4、6、8、l0一冷凝器5一一级克劳斯反应器7一二级克劳斯反应器9一三级克劳斯反应器1l—HS含量分析仪图1Sulsim软件中三级克劳斯硫回收燃烧反应部分模拟流程示意图废热锅炉回收余热，冷却产生硫磺。通过一、二、三量，含量愈高，则反应温度愈高，通常炉温都应保持在级克劳斯反应器，使得反应更为充分，提高回收率，920℃以上，否则火焰不稳定。燃烧炉内进行的反应速最后送人装置尾气后处理单元。克劳斯主要反应方程度很快，通常在ls～1．5S内即可完成全部化学反应。如下：Hs转化为单质硫的理论转化率往往在60％～75％，主要H2S+3／202--'

7、SO2+H20(1)取决于反应温度、酸性气中HS含量和0含量。2H2S+SO2--'3／2S2+2H20(2)2．2模拟结果的讨论第一步是1／3的HzS与0。反应生成sO和H20，第该项目中硫回收单元原料气中Hs体积分数在二步是剩余2／3的Hs与第一步反应生成的s0反应，30％～46％，工况1为高硫工况(设计工况)，工况2为转化成单质硫。反应温度主要取决于酸性气中H。s含操作工况。两种工况的原料气组成列于表1。表1两种工况的原料气组成％CHHCO2H2N2H2SH20