130.用新公式计算克劳斯装置的硫回收率

lh a e l 已 经研究出了一种能直接、 克劳斯法硫回收装置回收率的力祛 。该计算 方法把原料气数据和尾气组成结合起来， 计 算燃烧空气和尾气的流量。 因为这种计算回收率的方法能确定尾气 流量与组成， 所以它能直接、 精确地计算转化 率、 回收率和装置的硫排放量。 该回收率算法或计算公式适用于各类装 置构氆， 而勿需改动公式。 此方法利用进料物 流中的蒸汽、 烃和氨含量算出精确的燃烧空 气流量和尾气流量。 许多建有克劳斯法硫回收装置的工厂都 需要在线计算操作回收率。一些炼厂和气体 处理厂在线计算回收率， 是为了全面地从 内 部监测克劳斯装置的性能。这对优化装置操 作、 改进催化剂管理和及早发现操作问题或 机械故障很有用处。 还有一些情况是， 当地环 保机构要求生产厂对其克劳斯法硫回收装置 的在线操作效率予以报告。 啻 !I如加利福利亚州的炼油厂， 每当其屠 气处理装置临时停车和克劳斯尾气直接焚烧 时， 都必须报告克劳斯装置回收率。另外， 炼 油厂必须提交连续捧放物监测系统资料， 该 系统能确定并报告在线回收率。有时需要尾 气处理厂说明它是否达到了克劳斯系列的最 低回收率橱 准。 在这种情况下， 尾气装置必须 有合适的仪表系统报告整个硫回收和尾气处 理装置的回收率， 但不存在自已确定克劳斯 装置实时效率的方法。 一 些规模小的工厂( 往往是些老的工 厂) 只有个克劳斯系列， 它使用热焚烧炉而 不用尾气处理装置， 目前尚没有焚烧炉烟 囱连续排放物监测系统。 在此类情况下， 不是 墅译 安装全套的烟囱连缕监测 系统来报告操作效 率， 而是存在着另一种可供选择的方案， 它能 用精确的尾气 s s 0 ： 分析仪替代连续 排放物监测系统 ， 能够计算并报告装置的排 放物， 同时改进工艺控制。 安装一台这样的分 析仪辩 B ? 藏屉报告回收率的要求。通过正确 控制尾气中H S S O ： 的比率， 就能够减少排 放物。 新墨西哥I州和怀俄明州的环保当局采用 了这种方法， 并在这些州的生产厂里运用了 这种方法， 对其中一家工厂， 另外要求在线分 析原料气组成。 ，根据进 料组成、 尾气组成及进料量， 能直接算出得到 理想尾气组成所需的燃烧空气量。这种计算 在开始假设所有的 都完全转化成元素 硫。 根据这种假设， 产生的尾气只含氮、 =氧 化碳和水， 根据尾气的其它组分( 倒如 氢、 一 氧化碳、 氧硫化碳和二氧化碳) 含量， 可以对 “ 理想” 的空气值进行调整。 注意， 因为已经计 算了燃烧空气流量和尾气流量， 所以无硫尾 气中 和 o 0的浓度对计算 黾必不可少的。 一 旦计算出燃烧空气和尾气的流量， 则 根据尾气流量和尾气组分的浓度便可得出尾 气组成。把尾气中硫的数量和原料气中硫的 数量相比， 便能算出装置的回收率， 另外， 还 可计算出所有重的尾气组分( 包括 c o ： 和水) 的含量。 对酸性气直接再加热的装置来说， 再加 对待 在用燃料气燃烧加热的情况下， 总的再 著 算 堪 维普资讯 1 9 9 7 年 第 1 期 6 1 加热燃料气应该被看作是辅助进料物流。 如前所述， 计量过的燃烧空气量在计算 中不作为输入量， 而是作为中间结果予以计 算。这个计算结果能用于对计量的空气流量 进行外黼查。 要意识鲥许多装置的燃烧空气量的数值 不准确， 并且经常与计算值不符合。 运用 T s w t 9 6 0 版软件( 一种工业仿真 软件， 用于胺精制、 克劳斯装置和尾气处理装 勤 ， 准备了大量案例， 用这些案例对 回收率 计算结果进行验证。这些仿真案例包括进料 中硫含量高的和碗含量低的装置， 以及进料 中含烃和氨多或少的装置。 在所有的测试案例里， 燃烧空气和尾气 流量的计算精确度大于9 9 ： 5 ， 所计算的百 分比回收率与测试案饲的 百 分比回收率之间 的平均绝对误差小于 0 0 1 。 尾气中二氧化 碳和水的计算结果精确到 2 以内。 除用仿真软件检测外， 还用这种算法对 几个装置设计案例进行验证， 发现与所有案 例都非常吻合。计算的精确度只受输入数据 质量的限制。 这种算法的唯保证就是： 如果 使用质量差的数据， 则输出数据的质量也差。 这种计算很容易在 P c机使用的扩展格 式里进行 些用户可能想把计算软件装递 工艺控制系统， 这种算法已被编成了统二格 式， 可以广泛应用。 在线排放和 偶然捧放的检验要求， 那么用这种计算方法 算出的回收率】就要向上或向下调整 ， 以便与 外部检测结果相吻合。 若有必要， 可以通过使 用偏离系数来进行。当计算的回收率与外部 测试推导出的值( 如烟囱测试结果) 之问存在 差异时， 这种调整就很有用处了。 输人数据 和任何其它计算一样， 这种计算依赖于 输入精确的数据而获得可靠的输出结果。 所 要求的进料数据有 原料物流的流量、 组分和 物 蹦 件。 几乎在所有的装置上， 都能很容易地得 到进料的流量、 温度和压力。然而， 要获得可 靠的进料组分， 在某种程度上来说要更困难 些。 些厂采用在线分析方法， 或者采甩实 验室分析方法分析克劳斯装置进料中的H 2 S 含量。 这些试验方法包括： 检测管法、 T u t w e i l- e r 硫化氢定量分析法或气相色谱法 作为一种替代方法， 精确测量的进料气 流量与产硫量数据就能算出较准确的进料中 H = S浓度。 烃和氨的精确浓度通常不易获得， 但是， 装置进料中设计数据、 现场测试数据以 及估算值可能就足够了。 回收率计算所需要的尾气组分数据包括 含硫组分( I 王 2 s s o 2 、 c o s 、 z ) 、 硫蒸气， 尾气 夹带的硫， 以及 和 C O； 已准确掌握的尾气 成分有： 可依据物流条件计算的硫蒸气， 以及 在线尾气分析仪分析的 H = S和 s o 2 的输出 值。 因为尾 气里总硫的大部 分是 和 s o 2 ， 并且具有随时间而变化的趋 因此它 们的值应尽可能准确， 这一点很重要。 鉴于回 收计算里 H s 与 之间的 杠杆” 效应， 回 收率的鼎终结果更多地取决于尾气组分， 而 不是取决于进料气组分。 为 ， 最大限窒她提高计算所得的回收率 的准确性和可靠性， 建救用 s 和s 的外 标样对尾气分析仪定期校准， 同时， 还应尽量 消除干扰。 对其它的古硫和无硫尾气成分来说 ， 通 常有三种可资使用的来源， 目 现场测试的原 始数据， 以装置设计和操作为基础的估算浓 度， 或者般的缺省值。 从工艺物料实际分析推导曲的浓度值会 产生最精确的回收率计算结果。因为非 和 s o 2 组分不会随时间迅速变化， 所以， 最新 的阶段测试数据将是最精确的数据来源。 下个最佳选择方案是使用以：副奉 装置 的设计和操作为基础的 债用” 估计值。若这 些选择方案都不能使甫， 那么这里 已知的通 用缺省 维普资讯 6 2 石化译文 工艺回收率能够用下面的公式和数据来 计算， 这种算法涉及到五个计算； 入 I ： 1 进料流量、 水含量和硫含量的计 算； 、 尾气中硫蒸气浓度的计算| 燃烧空气流量和尾气流量的计算 ； 回收率和硫排放量的计算。 第 1 个计算 第l 步： 对每种进料物流来说， 算出在进 料温度下的水蒸汽压力。输入； 物流温度( 温 度T 的单位 R ) ， 用下列公式计算水蒸汽压 力 ： ( ) =a +b T+c T +d 式中： a = 1 4 1 3 1 3 b o 0 0 0 1 4 5 6 2 8 c 一 一 6 6 2 9 2 d 一 - 7 6 7 8 7 1 1 $的单位为， 8 i ， T用兰葫度( 一下+ 4 5 9 7 ) 。 一 一 第 2 步： 计算每股进料里的水浓度。输 入： 大气压( 英寸汞柱) 和进料压力( P ， p 逝) 。 按下式计算进料里水的浓度( ) ， 0 # 一1 0 0 XV -( 物流压力+太 气压) =1 0 0 XV p , +B P 2 3 0 3 ) 式中： 汞柱( 英寸) 2 3 0 3 =1z 第 3 麦 ： 计算进料物流里的硫( 磅 时) ( S ) ， S 一进料物流 2 6 3 7 x干基 进料 中 s 1 0 0x ( 1 0 0一 H O W , ) 1 0 0 x 3 2 0 6 4 = 1 0 0 0 标立方英尺 时进料干基进料 中 s X( 1 0 0 - ) X0 0 0 8 4 5 5 或=1 0 0 0 标立方英尺 时进料x湿基进 料中 s x 0 0 0 8 4 5 5 ( 来 自进料气分析仪 的 浓度可能是湿基) 第 4 步： 就每股进料物流而言， 要把进料 。输入： 进料钫流 里凰s 、 烃和 N H s 的干基 浓度， 及水的 含 量。干湿基 换算用 下面的公 式： 组分 ( 湿) = 组分( 干) x( 1 0 O 一 o t ) l O O 第 5 步： 把所有的进料量( 胺脱硫酸性 气、 嚣水汽提塔排出气， 尾气装置再循环气， 酸性气和 或再加热器的燃料) 相加就得到总 进料量( F J 。 确定总进辩物 流里的每种组分( ， N H s ， 水和烃) 的谩基百分比。下面是对各种 大气压： 2 9 9 2 英寸汞柱 环境空气温度 ： 7 5 “F 相列潋； 5 0 胺脱硫酸性气温度： 9 5 “F 酸性气压力： l 2 碑( 表) 酸性气中I-I 2 S 干) 含量： 8 5 ( 由这些数据应可得出， 胺脱硫酸性气中 水蒸汽含量为 3 0 4 。 ) 胺脱硫酸性气温度， 1 9 0 “ 胺脱硫酸性气压力： 1 2 p s ig 胺脱硫酸性气 干) 含量j 5 3 胺脱硫酸性气N H s 含量， 4 4 ( 由这些数据应可得出； 胺脱疽酸性气中 水蒸汽含量为 3 4 7 5 。 ) 第2 个计算 算出进料物流里不同脂肪族烃混合物的 。( 假设 进料里不舍烯烃化合物和芳香族化合物) 。 计算加权烃链长度( K ) 的方法是 ； 每种 组分的含量乘以那个化合物里的碳原子数的 积相加再除以( 末加权) 的总烃浓度。 例如， 下列进料气中烃混合物的 K值这 样计算： 一 吼含量 2 4 0 2 4 0 X1 =2 4 0 岛 含量 1 1 0 1 1 0 X2 =2 2 0 Q 含量 0 6 5 0 6 5 X3 =1 9 5 C ( H 0 含量 0 2 2 o 2 2 X4 =0 8 8 总烃 =4 3 7 总链长一7 4 3 加权链长度( K ) =7 4 3 -4 3 7 =1 7 2 0 维普资讯 1 9 9 7 年 第 1 期 6 3 这两个值， 即总烃和 K值， 是指总的 组合进料， 在以后的计算中将会用到。 下面是 烃数据的建议 缺省值： 进料里的烃( ) 一 1 1 0 ( 干基) ， 加权链长度ti c ) =2 0 。 第 3 个计算 第 1 步： 按照尾气物流温度计算硫蒸气 压。 输入： 尾气物流温度( T 用F表示) 。 硫蒸 气压用下面的公式计算； I 趣( ) =a +b T +c T - - d 式中： 一1 0 6 8 6 5 2 b = 0 0 0 3 0 1 3 8 c = - 2 5 9 4 1 9 2 d = -7 1 5 7 4 3 5 ， V ， r 硫蒸气压( 西) T -兰氏温度( 。 R =F+4 5 9 7 ) 第 2 步： 计算尾气物流里的硫蒸气浓度 ( 用 s 表示) 。输入 尾气物流压力( p 逝) ， 大 气压( 英寸汞柱) 。用下面的公式计算尾气物 流里的硫蒸气浓度( ) ： =1 0 0 v ( 尾气物流压力+大 气压) 7 9 6 第4个计算 用下面的公式计算燃烧空气流量和尾气 流量。 s 和 s 的湿浓度值取自尾气物流 分析， 测试值操作数据或缺省值用于 H ： ， C O， O 0 s ， 2 ， 和s L 的计算。 下面的数量定义为： M=I-I+烃 ( 3 链长 K +1 ) +N I-h 3 2 ( 总进料里的硫 ) P I- I= +c o +c o s +2 c s 2 一 H 2 s +S O 2 2 ( 尾气里的硫 ) B s +s v +s L ( 尾气要曲硫；6 ) N=i 0 0 +H C 2 链长K ( N I-h ) Q；f +l 0 空气 1 0 0 空气与氧气的比率( 大概为 5 - 1 ) 一D ；1 ( 2 O 9 4 6 ( 1 0 0 一 。 空 气 ) 1 0 0 0 0 这里 2 0 9 4 6 - 是干气里的氧 。 湿基空气中非氧组分=f =( N 2 +C O z + A r +微量惰性组分) 空气i 或 f =O 7 9 0 5 ( 1 0 0 -H ： O ) ， 其中 0 7 9 0 5 是干气里的z l陶 组分。 下面是计算尾气和燃烧空气沆量的最终 公式： T 一( FxH 1 o o +QXF XDXM - - 2 0 0 ) ( 1 一B1 0 0 +QXDXP + 2 0 0 ) A=FX D+2 0 0 M TD+ 2 0 0 P 这些结果的单位是磅摩尔 时。 要转亿成 i 0 0 0 标立方英尺 时， 则除以 2 6 3 “7 。 尾气里夹带的液硫值作为湿基百分 输 入， 范围为 O 一0 2 。下面是尾气里各种组 分的建议缺省值。 氢( ) 一1 5 0 一 氧化碳( c 0 ) =0 5 0 氧硫化碳( 0 D s ) =0 | 1 0 二硫化碳( c S 2 ) 一0 0 8 夹带的液态硫( s L ) 一0 0 7 最终的硫冷凝器条件； 温度=2 8 0 T， 压 力一1 0 p 8 ig ( 无尾气装置) 或 2 g ( 有尾气 装置) 。 这些 数 据， 由于 P：1 0 p 逝 ， 应 产生 0 0 9 5 5 的&蒸气浓度。 根据 ； 和 分别为 0 6 和 0 3 ， 酸性气与污水汽提流量分别为 l o p 和 4 0 磅 摩尔 时的缺省值， 以及尾气值， 最终算出的 尾气量应是 3 7 8 6 磅摩尔 时， 燃烧空气流量 应等于 2 7 7 1 磅摩尔 时， 总的进料流量将是 9 6 2 磅摩尔 时。 第 5 个计算 将尾气含硫组分温基浓度乘以总的尾气 流量并转化成重量基准， 尾气里的总硫就很 容易计算了。 下面的公式用于这种计算 、 w( 磅 时) +s +c o s +c s 2 2+S v +s L ) T ! o 0 J3 2 0 6 4 。 操作回收率( R ) 用这个公式计算： R 一( 入 口面 卜 尾气硫) 入口硫1 0 0 +L ， 或( ) s 1 0 0 +k 若必要的话， 可以用回收率偏移系数 维普资讯 石化译文 ( D ， 使计算结果与实际测试结果相吻合。总 的入口硫乘以最终回收率便可计算出装置排 放物中含硫量。 硫排放( 磅 时) 一回收率 入口硫 1 0 0 f 或： R S +1 0 0 借助于所有的系统缺省值， 所计算的转 化率应等于 9 5 4 4 ， 回收率等于 9 4 7 9 ， 排出的硫为 4 6 2 t a ( 以纯硫计) 。 B r im s t o n e n e e r j n g S e r v i c 做了一个 灵敏度研究， 以估算与非理想输入数据相关 的计算结果偏差。这些结果如表 1 所示。 输入值偏差， 计算出 回收率、 尾气流量和 s 排放的相对偏差量。 一 灵敏度研究所选取的基准案椤 i 是个三 级装置： 利用胺脱除酸性气装置、 樗水汽提塔 和尾气再循环气进料装置。 该装置过去在低 H 2 S S O 比率之下运 行， 进料里有各种典型含量的烃， 尾气里夹带 了适量的液态硫。 它在 9 5 的回收率下操作时， 尾气流量 为6 0 0 磅摩尔 时。 这个灵敏度研究的结果使 人了解每个操作变量不精确所弓 起的误差的 数量。 如预期的那样， 计算回收率对尾气里的 硫浓度最敏感。 就每个输入变量来说， 运用基准案例的 衰 1 输人数据是敏度分析 参数参敦蓦值参数相对很差 平均偏差， 尾气瘟量平均偏差， 回 收宰平均偏差， s 啦排放 相对湿度 6 9 +2 0 4 - 0 5 2 4 - 0 0 2 6 4 - 0 0 5 2 初跃进料疆度 9 2 t +1 0 “F 4 - 0 3 6 - 4 - 6 - l g 4 - 0 3 6 初戎进料里 H C 5 2 士1 5 士 0 3 4 - 0 0 l 3 士 2 5 二次进瓣里 疆 b 3 8 0 士2 5 士1 7 2 士 2 4 6 士1 7 2 烃系数 K l _