NACE 炼厂腐蚀教材第十一章-中文解析

第十一章硫磺回收装置

学习目的

完成本章学习后，你将能够做到：

•叙述硫磺回收工艺并识别什么时候使用

•识别主要硫磺回收装置类型并区分它们

•识别和讨论威胁硫磺回收装置的三种主要的腐蚀类型

•概括叙述克劳斯反应炉装置的流程以及特别容易发生腐蚀的部位

•推荐的防止或减缓克劳斯装置腐蚀的可能步骤以及确保防腐措施有效性的检查步骤

•叙述冷床吸附装置的设计并识别容易发生腐蚀的部位•讨论冷床吸附装置防腐技术或材料以及检查方法

•讨论尾气处理使用时的结构材料以及容易发生腐蚀的部位

•识别尾气处理中独特的腐蚀减缓步骤和最适合这类装置的检查技术

•概括讨论焚烧装置的流程，工作原理和应用中的腐蚀问题

•叙述焚烧装置中任何特殊的材料选择问题和推荐的现场检查技术

引言

硫磺回收装置（SRU）脱除酸气工艺流体里的硫化合物，然后，脱硫后的酸气才可以排放到大气中。

最常用的硫磺回收装置类型有：

•克劳斯装置

•冷床吸附（CBA）装置

•尾气处理装置

•焚烧装置

特殊的硫磺回收装置或者多种装置的组合都取决于酸气进料的组成以及气体排放到大气之前要求脱硫的程度。

本章以下部分将叙述基本硫磺回收装置内的工艺过程，以及在这些装置中最常见的三类腐蚀问题。我们将特别关注腐蚀是如何影响克劳斯硫磺回收装置、冷床吸附装置、尾气处理装置和焚烧炉系统的，并且要探讨各种腐蚀控制技术。

硫磺回收装置

炼厂气和油田含硫气体脱硫处理后的气体，再用硫磺回收装置除去硫化合物（主要是硫化氢）。这些硫化合物转化成元素硫，并且硫被冷凝成液态除去。任何残留在流体里的硫化合物将在焚烧炉里被氧化成二氧化硫（SO2），然后再排放到大气中。

进料主要含有硫化氢（H2S），还有数量有限的二氧化碳（CO2）和氰化物（HCN）。气体进料大多数来自位于各种炼厂装置的胺再生塔和含硫污水汽提塔，并且认为这些气体进料属于酸气，因为存在液体水时，这些组分就会生成酸。

硫的化学反应

硫磺回收装置里硫的化学反应是非常复杂的，结果在任何工艺条件下或者任何工艺步骤都会存在许多硫组分。在反应炉里总的燃烧反应是克劳斯反应，其中三分之一的硫化氢转化成二氧化硫。催化剂床层将大多数剩余的硫化氢和二氧化碳转化成元素硫。基本的化学反应如下：

H2S + 3/2O2 → SO2 + H2O 和 2 H2S + SO2 → 3S+ 2H2O

图11.1描绘的是个典型的克劳斯反应炉装置和硫磺回收工艺流程。

图11.1克劳斯反应炉装置流程图

硫磺回收工艺

硫磺回收工艺开始时，酸气进料在低压下（小于15磅/平方英寸表压）进入克劳斯装置，并用气液分离器除去冷凝的和夹杂的液体（主要是水，还有一些烃，假如进料来自胺汽提塔，还有一些

胺）。在反应炉里，温度高达982︒C至1538︒C（1800︒F至2800ºF），在还原气氛中，酸气用空气燃烧。

燃烧气体流经蒸汽发生列管式换热器而被冷却到204︒C至232︒C（400ºF至450ºF）。在燃烧过程中形成的大多数元素硫在此点被冷凝、分离，并排出送进硫磺储存池。

工艺流体被再加热并流经第一个催化剂床层，在此形成更多的硫磺。工艺气体被再次冷却，硫磺被冷凝、分离并送入硫磺储存池。

克劳斯反应炉装置一般有两至三个催化剂床层，在每个床层后面都会发生冷凝。为尽量脱除工艺气体中的硫磺，末级冷凝器出口温度一般要低于149︒C（300ºF）。

尾气处理装置

离开克劳斯装置的工艺气体中残余的硫化合物，一般要在尾气处理装置中进一步脱除，然后气体才可以排放到大气中。

有几种不同的尾气处理装置设计。图11.1是个采用燃烧器在还原气氛中操作的典型装置。其用混合室再热工艺气体，使它达到适合催化剂床层反应的条件。其他设计采用换热器和氢气流代替燃烧器和混合室。

尾气催化剂床层把残余的硫化合物转化成硫化氢，然后，工艺气体在换热器里冷却，并在直接接触塔里用水急冷。见图11.2。

图11.2尾气处理装置、胺吸收系统和焚烧炉

用胺吸收系统除去工艺气体中的硫化氢，然后循环到克劳斯装置的前面。剩余工艺气体向前送进焚烧炉。

焚烧炉

焚烧炉用燃烧器在氧化气氛中燃烧燃料，加热工艺气体，使之温度升高到648︒C至816︒C（1200ºF至1500ºF）。任何残余的硫化氢都被转化成二氧化硫，再放空到大气中。

在有些焚烧炉装置中，采用废热回收锅炉。在这些用途中，工艺气体通常冷却到260︒C（500ºF）来回收热量。不允许工艺气体冷却到混有硫的氧化物的水的冷凝温度，防止生成硫酸。

冷床吸附装置

冷床吸附装置的脱硫效果比克劳斯装置好得多。可以把冷床吸附装置与焚烧炉装置结合起来使用，在某些特定场合可以充分脱除硫磺。

冷床吸附工艺采用与克劳斯装置相同的反应炉和一号催化剂床层。冷床吸附工艺催化剂床层是在硫磺的露点操作的，使硫磺吸附在催化剂床层上。在冷床吸附装置催化剂床层里的反应与在克劳斯装置催化剂床层里的反应基本相同，不同之处在于冷床吸附装置催化剂床层用更低的操作温度来增强硫磺的回收效果。

通常采用两台冷床吸附工艺催化剂床层，一台正常脱硫工作时，另一台进行再生。当工作中的催化剂床层吸附聚集了足够多的硫磺时，要切换下来进行再生。需要再生的床层，要从通常的吸附温度127︒C（260ºF）（硫磺聚集期间）加热升高到超过315︒C （600ºF），来除去床层上的硫磺。

从床层上除去的硫磺为液态或汽态。硫磺蒸汽在换热器里冷凝，得到的液体硫磺再送进硫磺储存池。通常，冷床吸附工艺反应炉总的循环时间从24小时到48小时不等。

腐蚀机理

硫磺回收装置中最常见的三大腐蚀问题是：

•由于暴露在高温硫化氢中，碳钢发生硫化

•含硫环境腐蚀造成湿硫化氢开裂

•由于水冷凝液与硫化合物生成酸而发生弱酸腐蚀