1 硫磺回收的工艺原理
酸性水装置主要由再生、硫磺回收、尾气处理和酸性水汽提等四部分组成。来自上游装置的含H2S的干气、液态烃和瓦斯经醇胺溶液吸收和富液再生实现脱硫,分离出的富H2S酸性气与各装置酸性水经污水汽提分离出的酸性气,在脱水除杂后进入燃烧炉燃烧,产生大量硫蒸汽和气态硫化物。高温过程气经余热炉和冷凝器脱硫后进入转化器,过程气中的H2S和SO2继续在催化剂床中反应生成硫,通过冷凝器分离出液态硫,并制成硫磺,即完成即硫磺回收过程,将剩余过程气加氢还原和冷却吸收后即可实现尾气处理过程,吸收液循环利用,净化后的尾气则经焚烧炉焚烧后排入大气。
在上述流程中,硫磺回收部分是整个装置的核心和关键,它既决定了硫的转化率和回收率,也是排放量达到环保指标的主要因素。硫磺回收工艺采用改良的克劳斯(claus)部分燃烧法制硫。该法是使含H2S的酸性气体在燃烧炉内与空气发生不完全燃烧,严格控制配风量,使H2S反应后生成的SO2量满足H2S与SO2的体积(分子)比等于或接近于2∶1,未反应的H2S与产生的SO2在没有催化剂的高温条件下发生反应,生成气态硫单质和水,随后冷凝分离出液体硫磺,脱硫后的过程气加热或与高温气掺和升温后进入催化反应器(即转化器),其中未反应的H2S和SO2在催化剂存在的条件下继续反应,生成气态硫单质和水,转化器生成的硫也经过冷凝后回收。其化学反应过程如下:燃烧炉的主反应: 2H2S+O2→2H2O+S2实际反应步骤是: H2S+32O2→SO2+H2O2H2S+SO2→32S2+2H2O转化炉的主反应: 2H2S+SO2→2H2O+3nSn由此可见,控制好H2S和SO2的比值是提高硫转化率的关键,当H2S和SO2的配比(简称硫比值)为2∶1时,硫的转化率最高。由于在反应过程中还存在其它副反应。因此,通过调节酸性气与空气的配比可实现硫转化率和回收率的最大化。
2 硫比值分析仪的检测原理
2. 1 检测原理
目前,硫比值(H2S/SO2)分析仪通常都是检测H2S与SO2的体积百分比浓度的基础上,将两者相除,以获得该比值。检测方法主要有气相色谱法和紫外光度法2种方法。气相色谱法主要是用工业气相色谱仪来检测H2S与SO2体积百分比浓度以获得该比值。相对于色谱法而言,紫外光度法具有简单、高效、响应时间短(几秒钟)等优点。其中尤以Galvanic Applied Sciences公司生产的943-TGX型尾气分析仪为其主要代表。下面将对其检测原理、系统组成和控制器算法作详细介绍。紫外光度法是基于光谱分析中最基本的吸收光谱定律———比尔(Beer)定律,其表达式为:
A=-lgII0=lgI0I=lg1T=εbC=EC(1)
式中:A为吸(收)光度(率);I0为波长为λ的平行均匀入射光强度;I为经待测组分吸收后的光强度;T为透光度,T=(II0)×100%;ε为待测组分的摩尔吸光系数;b为光程;C为待测组分的浓度;E为吸(消)光系数,与样品特性及波长有关。
由比尔定律可知,吸光度与待测组分的浓度成正比。近紫外光谱区的波长大约为200~400 nm,常见的紫外光度分析仪按其工作原理主要可分为分光式和切光式两种,都是利用测量光路和参比光路的光强之差计算其浓度值。Galvanic Applied Sciences公司的943-TGX硫比值分析仪则是利用一组多波长、无散射的紫外光谱在同一光路同时测量4个通道的互不干涉的紫外光波吸光率,根据待测介质的光吸收特性, 4个紫外光波的波长为232 nm、280 nm、254 nm和400 nm,分别用于测量H2S、SO2、S蒸汽的浓度和参比基准,其中参比基准主要用于补偿和修正由于石英窗不干净、光强变化和其它干扰对测量精度的影响。该比值分析仪的光学检测原理如图1所示。
