年产3万吨硫磺生产车间工艺设计
1.概述
1.1设计任务
一、设计项目：年产3wt硫磺回收装置及尾气处理 二、生产方法：克劳斯工艺制硫方法
三、数据来源：齐鲁石化胜利炼油厂第二硫磺车间部分现场数据 四、设计阶段：初步设计 五、设计内容：
1、方案设计：确定生产工艺路线和进行流程设计，绘制流程草图。 2、物料横算 设计依据：
（1）生产规模：3.75吨/小时 （2）生产时间：8000小时/年
（3）原料组成： H2S79.97%,烃类4.0%, CO2:16.03% 3、热量衡算
4、吸收塔工艺设计与风机的设备选型以及转化炉的设备构造图 5、非工艺部分
6、绘制控制点的工艺流程图和平面图
1.2 企业介绍
1.2.1 齐鲁石化简介
中国石化集团齐鲁石化公司胜利炼油厂是全国颇具规模的炼油企业之一，于1966年4月动工建设，1967年10月投入生产，现已成为加工能力10500kt/a，占地面积587公顷的现代化石油加工企业。该厂拥有生产装置和辅助生产装置60余套，拥有相应配套的科学研究、开发设计、计算机应用、环境保护等设施，是全国最具影响力的含硫原油加工以及沥青、硫磺生产和加氢工艺技术应用基地之一，生产的39种石油产品畅销全国27个省市，部分产品已进入国际市场。
胜利炼油厂坚持依靠科技求发展。该厂VRDS-FCC组合工艺曾获联合国科技创新发明奖；石油苯、-10号军用柴油等产品曾获国家金奖；100号甲级道路沥青、1号喷气燃料、石油甲苯等产品曾获国家银奖；硫磺、90号车用汽油等18种产品曾获省(部)优名牌产品称号；汽油全部实现了高标号无铅系列化生产，其中97号无铅汽油填补了国内空白；1999年开发投产的高等级道路沥青，技术指
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标达到或超过了国外同类产品水平，从而标志着胜利炼油厂的沥青产品实现了系列化。
按照“质量第一，用户至上”的原则，胜利炼油厂建立了从原材料进厂、生产过程控制、新产品开发、标准化管理、产品出厂控制到售后服务的全过程质量控制保证体系。该厂于1998年通过了ISO9002国际质量体系贯标认证和ISO10012计量检测体系贯标认证；2001年3月被中国实验室国家认可委员会等机构评定为“沥青产品检验实验室”。齐鲁石化坚持科技创新，1996年以来，累计完成科研课题950项，成果鉴定169项，获得专利授权93项，16项科技成果获国家级奖励。先后与美国、德国、英国、日本、意大利、荷兰、韩国等多家国外公司进行了成功合作。公司凭籍自身丰富的工程建设经验，依托雄厚的技术实力和可靠的服务质量，在国内树立了良好的企业形象，形成了可研、设计、采购、施工和开车服务管理等系统的服务网络。自主开发的硫磺回收技术及催化剂、炼厂气等温绝热加氢技术、轻烃醚化技术等填补了国内空白。为全国“科技进步百强企业”。在中国石油和化学工业协会、中国化工企业管理协会、中国化工情报信息协会联合发布的2003年中国化工企业500强排行榜中，齐鲁分公司、齐鲁股份有限公司分别名列第7位和第27位。
1.2.2 车间简介
胜利炼油厂南生产区加工的为含硫量较高的胜利原油。在油品和石油气脱硫工艺中，放出大量的含硫化氢的酸性气体（约1000立方米/小时），其中硫化氢（H2S）气体占60～75%（体积），此种气体若排放或烧掉，不仅造成能源浪费而且还会污染环境。
为了变废为宝，改善环境，造福人类，1971年5月由北京石油设计院设计的我国第一套自行设计的炼厂气制硫装置在胜利炼油厂建成投产，即现在的第一硫磺回收装置。原设计规模为5500吨/年，采用分硫法，1972年改为部分燃烧法，高温掺合式的二级转化克劳斯工艺流程。改造后的产品质量一直比较稳定，1979年被化工部和山东省评为优质产品。
随着生产发展的需要，通过挖潜改造，1975年将燃烧炉、废热锅炉更新，装置的生产规模增加到7500吨/年。1981年对生产工艺进一步完善，将一级冷却器由立式改为卧式并增加一个大捕集器。1982年催化剂由福建漳浦产的天然
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铝钒土改为由齐鲁石化公司研究院、胜利炼油厂和山东铝厂共同研制的LS-801催化剂，该催化剂为人工合成的的活性氧化铝型硫磺回收催化剂，具有强度大、磨损小、活性高、稳定性好、对有机硫水解能力强等优点。装置总硫转化率可达96%左右，从而减少了排放废气中的硫含量。
该装置采用部分燃烧法工艺，二级转化，用高温掺合法控制转化器入口温度，因此较易控制。另外1984年选用LS-811催化剂，转化率进一步提高，生产更加稳定。
表 1－1 装置情况一览表 原计划规模 设计单位 装置建设日期 投资 5000t/a 北京石油设计院 1969-1970 现实际能力 投产日期 占地面积 定员/现有人员 7500-10000t/a 1971年5月 70×80m2 60/ 1.2.3 酸气来源
本装置酸性气来源分三路：北区改扩建、新建装置的混合酸性气；新建装置的含硫污水汽提单元的含氨酸性气和二化甲醇装置的甲醇酸性气。三种酸性气组成如表1-2。
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表1-2 原料组成
名称 混 合 酸 性 气 组成 H2S CO2 C1 C2 C3 C4 C5 H2 H2O 合计 体积 % 91.95 0.56 0.64 0.13 0.11 0.13 0.29 4.41 2.22 100 公斤分子/时 204.06 1.69 2.14 0.43 0.36 0.43 0.96 14.66 7.36 332.09 公斤/时 10338.04 74.36 34.24 12.90 15.84 24.94 69.12 29.32 132.40 10731.16 1.3 生产原理与工艺流程简述
1.3.1生产原理
1.3.1.1制硫工艺原理
酸性气体中的H2S的含量不同，故燃烧时放出的热量不同，根据酸性气中H2S的含量，对于不同浓度的气体，分别采用部分燃烧法、分流法、直接氧化法三中方法来回收硫磺。本装置采用部分燃烧法回收硫磺。 一．部分燃烧法
酸性气中的H2S含量大于50%时，一般采用部分燃烧法。将全部酸性气体引进燃烧炉，所配风量是按烃类完全燃烧和H2S的1/3完全燃烧生成SO2来计算的。对H2S来说，反应结果炉内约有65%的H2S反应生成气体硫，而余下的35%H2S中1/3反应生成SO2、2/3保持不变。余下没有反应的H2S、SO2在转化器内，在催化剂作用下发生反应，进一步生成气体硫。 二．分流法
酸性气中H2S含量在15-50%之间时，一般采用分流法。即将1/3酸性气体引入燃烧炉，所配空气量为烃类完全燃烧生成SO2来计算的。对于H2S来说，反
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应结果在炉内没有气体硫生成，只有SO2生成。2/3酸性气体在一级转化器前与燃烧炉内生成的SO2汇合，同时进入转化器，在催化剂作用下，H2S与SO2反应生成气体硫。 三．直接氧化法
酸性气体中的H2S浓度低于15%时，一般采用直接氧化法。将酸气与空气事先预热到一定温度，再引进燃烧炉、转化器发应，所需要配风量为酸性气体中的烃类完全燃烧和1/3H2S完全燃烧生成SO2来计算的，反应结果在燃烧炉或转化器内都生成气体硫。
本装置制硫的基本工艺是采用部分燃烧法，使酸性气在燃烧炉燃烧，其中的NH3和烃类组分被完全氧化分解，而H2S不完全燃烧，约有65%直接转化成元素硫，其余的H2S又有1/3转化为SO2，H2S和SO2在催化剂条件下发生低温克劳斯（Claus）反应，制硫转化率达97%以上，残余H2S及SO2和未捕集下的S经加氢还原并吸收再生利用，使装置收率达到99.9%以上。
克劳斯工艺的实质是部分氧化还原反应，其化学反应式为： 2H2S +3O2 = 2H2O + 2SO2+Q （1） 2H2S + SO2 = 3/x SX + 2H2O+Q （2） （1）与（2）又可写为：
2H2S + O2 = 2/xSX+ 2H2O+Q （3）
基于以上反应，在酸性燃烧炉内约有60~65%的H2S转化为元素硫。在酸气燃烧炉内，还同时发生氨及烃类燃烧反应：
4 NH3 + 3 O2→N2 +6 H2O+Q （4） CH4 + 2 O2→ CO2 + 2H2O+Q （5） H2S + CO2→COS + H2O+Q （6） 2H2S +CO2 →CS2 + 2H3O+Q （7）
在转化器中H2S与SO2在催化剂作用下继续发生低温Claus反应，如式（2），同时还发生NH3有机硫的水解反应。
COS + H2O→H2S + CO2－Q （8） CS2 +2H2O→2H2S +CO2 －Q （9）
通过一段高温反应和两级催化反应，H2S转化率可达97%以上。 1.3.1.2 尾气处理工艺原理
含有一定量H2S、SO2、Sx 的制硫尾气在催化剂的作用下，进行加氢反应： SO2 + 3H2→H2S + 2H2O （10） Sx + x H2→x H2S （11）
加氢尾气中的H2S由MDEA吸收，净化尾气经焚烧炉焚烧后排大气，吸收了H2S的MDEA经解析得到再生酸气返回制硫部分处理。
1.3.2工艺流程简述
1.3.2.1制硫部分
来自重油加氢脱硫装置，重整装置、二催化脱硫装置、一加氢脱硫装置、
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