1 硫磺回收的工藝原理
酸性水裝置主要由再生、硫磺回收、尾氣處理和酸性水汽提等四部分組成。來自上游裝置的含H2S的干氣、液態(tài)烴和瓦斯經醇胺溶液吸收和富液再生實現(xiàn)脫硫,分離出的富H2S酸性氣與各裝置酸性水經污水汽提分離出的酸性氣,在脫水除雜后進入燃燒爐燃燒,產生大量硫蒸汽和氣態(tài)硫化物。高溫過程氣經余熱爐和冷凝器脫硫后進入轉化器,過程氣中的H2S和SO2繼續(xù)在催化劑床中反應生成硫,通過冷凝器分離出液態(tài)硫,并制成硫磺,即完成即硫磺回收過程,將剩余過程氣加氫還原和冷卻吸收后即可實現(xiàn)尾氣處理過程,吸收液循環(huán)利用,凈化后的尾氣則經焚燒爐焚燒后排入大氣。
在上述流程中,硫磺回收部分是整個裝置的核心和關鍵,它既決定了硫的轉化率和回收率,也是排放量達到環(huán)保指標的主要因素。硫磺回收工藝采用改良的克勞斯(claus)部分燃燒法制硫。該法是使含H2S的酸性氣體在燃燒爐內與空氣發(fā)生不完全燃燒,嚴格控制配風量,使H2S反應后生成的SO2量滿足H2S與SO2的體積(分子)比等于或接近于2∶1,未反應的H2S與產生的SO2在沒有催化劑的高溫條件下發(fā)生反應,生成氣態(tài)硫單質和水,隨后冷凝分離出液體硫磺,脫硫后的過程氣加熱或與高溫氣摻和升溫后進入催化反應器(即轉化器),其中未反應的H2S和SO2在催化劑存在的條件下繼續(xù)反應,生成氣態(tài)硫單質和水,轉化器生成的硫也經過冷凝后回收。其化學反應過程如下:燃燒爐的主反應: 2H2S+O2→2H2O+S2實際反應步驟是: H2S+32O2→SO2+H2O2H2S+SO2→32S2+2H2O轉化爐的主反應: 2H2S+SO2→2H2O+3nSn由此可見,控制好H2S和SO2的比值是提高硫轉化率的關鍵,當H2S和SO2的配比(簡稱硫比值)為2∶1時,硫的轉化率最高。由于在反應過程中還存在其它副反應。因此,通過調節(jié)酸性氣與空氣的配比可實現(xiàn)硫轉化率和回收率的最大化。
2 硫比值分析儀的檢測原理
2. 1 檢測原理
目前,硫比值(H2S/SO2)分析儀通常都是檢測H2S與SO2的體積百分比濃度的基礎上,將兩者相除,以獲得該比值。檢測方法主要有氣相色譜法和紫外光度法2種方法。氣相色譜法主要是用工業(yè)氣相色譜儀來檢測H2S與SO2體積百分比濃度以獲得該比值。相對于色譜法而言,紫外光度法具有簡單、高效、響應時間短(幾秒鐘)等優(yōu)點。其中尤以Galvanic Applied Sciences公司生產的943-TGX型尾氣分析儀為其主要代表。下面將對其檢測原理、系統(tǒng)組成和控制器算法作詳細介紹。紫外光度法是基于光譜分析中最基本的吸收光譜定律———比爾(Beer)定律,其表達式為:
A=-lgII0=lgI0I=lg1T=εbC=EC(1)
式中:A為吸(收)光度(率);I0為波長為λ的平行均勻入射光強度;I為經待測組分吸收后的光強度;T為透光度,T=(II0)×100%;ε為待測組分的摩爾吸光系數;b為光程;C為待測組分的濃度;E為吸(消)光系數,與樣品特性及波長有關。
由比爾定律可知,吸光度與待測組分的濃度成正比。近紫外光譜區(qū)的波長大約為200~400 nm,常見的紫外光度分析儀按其工作原理主要可分為分光式和切光式兩種,都是利用測量光路和參比光路的光強之差計算其濃度值。Galvanic Applied Sciences公司的943-TGX硫比值分析儀則是利用一組多波長、無散射的紫外光譜在同一光路同時測量4個通道的互不干涉的紫外光波吸光率,根據待測介質的光吸收特性, 4個紫外光波的波長為232 nm、280 nm、254 nm和400 nm,分別用于測量H2S、SO2、S蒸汽的濃度和參比基準,其中參比基準主要用于補償和修正由于石英窗不干凈、光強變化和其它干擾對測量精度的影響。該比值分析儀的光學檢測原理如圖1所示。
