CN109824017A - 基于克劳斯配风自动调节的硫磺回收装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于硫磺回收技术领域，涉及基于克劳斯配风自动调节的硫磺回收装置及方法。该装置包括燃烧单元、克劳斯反应单元和配气单元，以及根据工艺要求连通以上单元的管道和设置在管道上的阀门。本发明的硫磺回收装置及方法，改变了传统主风与副风独立双回路控制工艺，克服了当副风超调时需要人工调节的缺陷。当副风超调时，调整主风流量的变化，实现配风系统控制，保证克劳斯工艺反应器出口H2S与SO2的比例趋近于理想反应比例的同时，促使副风流量范围回归至合理区间。
Description
技术领域
本发明属于硫磺回收技术领域，涉及基于克劳斯配风自动调节的硫磺回收装置及方法。
背景技术
现有酸性气硫磺回收工艺，其主要设备包括沿气流方向的制硫燃烧炉、两级克劳斯反应器等。在制硫燃烧炉中发生高温热反应，进料气中三分之一的H2S被燃烧成SO2，三分之二的H2S与生成的SO2发生克劳斯反应，离开燃烧室的混合气体被冷却，然后液体硫磺被分离，气体再先后进入两级克劳斯反应器发生克劳斯催化反应，进一步提高硫磺回收率将酸性气体中的H2S转化为硫磺回收。整个工艺中利用仪控系统，确保装置保持平稳、高效运行。例如，在酸性气管线设置酸性气组成在线分析仪，在二级克劳斯反应器后设置H2S/SO2比例分析仪，实现对配风的有效控制。
传统的克劳斯配风控制系统采用“比例+前馈”双回路模式，即克劳斯配风流量的80％与酸性气流量成比例控制(称之为主风)，20％的配风流量根据克劳斯反应器出口H2S与SO2的浓度变化精确调整(称之为副风)，主风与副风协同调整总配风量最终控制克劳斯工艺反应器出口H2S与SO2的比例趋近于当量反应比例。
比例控制模式主要应对酸性气流量的波动，主风按照一定的比例跟踪酸性气流量的变化，而且调节幅度比较大，属于粗放型调整模式。
前馈控制模式主要应对酸性气浓度的变化，安装于克劳斯末级反应器出口的在线检测仪表监控反应器生成物中H2S与SO2的比值变化，通过PID控制器精确调节副风的流量使克劳斯工艺反应器出口H2S与SO2的比例趋近于理想反应比例。
但是，现有的配风系统中，由于副风流量仅占总风量的20％左右，当酸性气浓度大幅度波动时，副风调节阀持续开启或关闭从而处于全开或全关的状态，引起超量状态时副风失去调节作用，导致整个硫回收装置的运行受到很大影响。
发明内容
本发明的目的在于克服现有生产装置和工艺存在的上述缺陷，提出了基于克劳斯配风自动调节的硫磺回收装置及方法。本发明建立副风流量与主风流量的协作关系，以应对酸性气大幅度波动的特殊情况，实现克劳斯配风系统的全自动化控制，保证装置平稳运行，确保较高的硫磺回收率。
本发明是采用以下的技术方案实现的：
一种基于克劳斯配风自动调节的硫磺回收装置，包括燃烧单元、克劳斯反应单元和配气单元，以及根据工艺要求连通以上单元的管道和设置在管道上的阀门，所述燃烧单元包括制硫燃烧炉和连通制硫燃烧炉出气管的制硫余热锅炉；制硫燃烧炉设置有进风管和酸性气进气管，所述克劳斯单元包括一级冷凝冷却器、加热器、一级转化器、二级冷凝冷却器、二级转化器、三级冷凝冷却器、尾气分液罐和H2S/SO2在线检测仪表，
其特征在于，所述配气单元包括制硫鼓风机、分别位于制硫鼓风机主风管道和副风管道上的主风风量调节阀和副风风量调节阀，主风管道和副风管道汇合与制硫燃烧炉的进风管连通；
所述酸性气进气管、主风管道和副风管道上设置有流量的流量检测仪表，主风风量调节阀和副风风量调节阀上均设置有根据设定值加以控制的控制器，主风风量调节阀的控制器和副风风量调节阀上设置的控制器的信号输入端分别与控制模块的信号输出端连接；控制模块的信号输入端分别与流量检测仪表和H2S/SO2在线检测仪表的信号输出端连接。
进一步地，所述酸性气进气管包括清洁酸性气进气管和含氨酸性气进气管，清洁酸性气进管、含氨酸性气进气管连通的管道上分别设置有测量酸性气流量的检测仪表。
作为本发明的一种优选技术方案，所述H2S/SO2在线检测仪表设置于一级转化器与二级转化器之间的管道上。
作为本发明的一种优选技术方案，所述H2S/SO2在线检测仪表设置于尾气分液罐的尾气出气管上。
本发明还提供了一种基于上述装置的硫磺回收方法，包括如下流程：
(1)基于酸性气组成按照化学反应方程式计算得出酸性气理论配风系数，根据酸性气流量，设定初始主风流量和副风流量，通风后酸性气在制硫燃烧炉中发生燃烧反应；
(2)自制硫燃烧炉排出的过程气依次进入一级转化器和二级转化器，进行克劳斯反应，完成H2S和SO2催化转化的过程气，最终进入尾气处理装置，催化反应生成的硫磺单质流入硫磺回收装置；
(3)当过程气通过H2S/SO2在线检测仪表时，检测其中H2S和SO2的含量，控制模块收集流量检测仪表和H2S/SO2在线检测仪表的数据；
控制模块的具体工作流程如下：
(3.1)当流量检测仪表检测到酸性气流量发生变化时，控制模块根据步骤(1)中的配风系数设定新的主风流量，控制主风调节阀根据主风新设定值的进行主风流量的调节；
(3.2)当酸性气流量不变但组成变化时，控制模块收集H2S/SO2在线检测仪表的数据，计算并利用副风流量变化值，控制模块将副风流量变化值和副风新设定值与副风量程进行比较，当副风流量变化值增加或减少在副风量程的预定比例以下，并且副风新设定值在副风量程的预定范围内，控制副风调节阀根据副风新设定值的进行副风流量的调节；反之，副风调节阀出现超调，则进入步骤(3.3)；
(3.3)控制模块放弃控制副风调节阀，改为调整主风流量，等待系统变化后，进入步骤(3.2)。
其中，所述步骤(3)中根据H2S、SO2摩尔百分比通过控制模块计算副风新设定值，调节副风风量调节阀，控制副风的流量，依据公式如下：
主风流量计算公式：
Q主风设定值＝Q酸性气×K0 式Ⅰ
Q酸性气：酸性气流量，Nm3/h；
K0：酸性气理论配风系数，按照酸性气各组分的化学反应方程式计算得出；
依据式Ⅰ，副风流量计算公式：
Q副风变化值＝(Q酸性气+Q空气)×K×(CH2S-2CSO2)×2.5 式Ⅱ
Q副风新设定值＝Q副风原设定值+Q副风变化值 式Ⅲ
式Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中
Q副风变化值：工况变化后，副风需要调整的流量，Nm3/h；
Q酸性气：酸性气流量，Nm3/h；
Q空气：依据式Ⅰ，总风流量为Q主风设定值和Q副风原设定值之和，Nm3/h；
K：体积修正系数，按照酸性气各组分的化学反应方程式计算得出体积修正系数；
CH2S：H2S/SO2在线分析仪检测H2S浓度，mol％；
CSO2：H2S/SO2在线分析仪检测SO2浓度，mol％。
其中，所述步骤(3)中控制模块根据副风流量变化值和副风新设定值，控制主风的流量，依据公式如下：
(1)当Q副风变化值增加或减少超过副风量程的20％，副风流量保持不变，而主风比例系数K0对应增加或减少K1；
K1＝Q副风变化值/Q酸性气；
(2)当Q副风新设定值小于副风量程的10％，无论Q副风变化值增加或减少是否超过副风量程的20％，副风的调整改为主风调节；副风流量保持不变，而主风比例系数K0增加K2并等待系统变化后，再次根据检测结果重新整定主风比例系数，直至副风流量大于量程的10％；
K2＝Q副风变化值/Q酸性气-0.2；
(3)当Q副风新设定值大于副风量程的90％时，无论Q副风变化值增加或减少是否超过副风量程的20％，副风的调整改为主风调节；副风流量保持不变，而主风比例系数K0增加K3并等待系统变化后，再次根据检测结果重新整定主风比例系数，直至副风流量小于量程的90％；
K3＝Q副风变化值/Q酸性气+0.2；
K1、K2、K3依据式Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ计算获得。
其中，所述调整主风或副风流量后，等待系统变化时间为2分钟。
本发明中，操作风量的控制可通过本发明设备及其相关连接管配置的流量检测仪、主风、副风PID控制器和控制模块实现，根据预设程序实现工艺流程切换控制。控制模块从在线检测仪表获得H2S、SO2浓度数据，通过计算副风流量变化值和副风流量新设定值，与副风量程对比后根据预定控制方案分别对主风、副风PID控制器下达调节指令，控制调节阀调整主风或副风的流量。
本发明的系统中加热器可采用蒸汽加热器、电加热器、在线加热炉、高温掺合阀等加热装置。
本发明的有益效果是：
1)本发明的含硫尾气净化装置及方法，改变了传统主风与副风独立双回路控制工艺，克服了当副风超调时需要人工调节的缺陷。当副风超调时，调整主风流量的变化，实现配风系统控制，保证克劳斯工艺反应器出口H2S与SO2的比例趋近于理想反应比例的同时，促使副风流量范围回归至合理区间。
2)本发明的净化方法建立的一套根据副风流量改变主风流量的计算公式，依据不同的副风情况实现主风和酸性气之间的最佳匹配，可以快速调整H2S/SO2的比例。
3)本发明的配风系统具有自我优化功能，避免人工调整过程中气流、温度波动大，导致系统回收率降低的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明提供的基于克劳斯配风自动调节的硫磺回收装置的示意图；
图中标号：1制硫燃烧炉、2制硫余热锅炉、3一级冷凝冷却器、4加热器、5一级转化器、6过程气换热器、7二级冷凝冷却器、8二级转化器、9三级冷凝冷却器、10尾气分液罐、11制硫鼓风机、12主风风量调节阀、13副风风量调节阀、14控制模块、A酸性气进气管、B尾气出气管。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
本发明中，控制模块控制H2S/SO2在线检测仪表、风量调节阀均为现有技术中常用的手段，PID属于闭环逻辑控制器，属于常规仪表设置。控制模块是DCS系统的计算和控制模块，该模块通过计算副风新设定值和副风变化值并与副风的量程做对比，按照不同的控制方案分别调整主风、副风，将在DCS组态过程中通过编程软件完成组建。
如图1所示本发明基于克劳斯配风自动调节的硫磺回收装置，包括燃烧单元、克劳斯反应单元和配气单元，以及根据工艺要求连通以上单元的管道和设置在管道上的阀门，其特征在于，
所述燃烧单元包括制硫燃烧炉1和连通制硫燃烧炉出气管的制硫余热锅炉2；制硫燃烧炉设置有进风管和酸性气进气管A；
所述克劳斯单元包括依次连通设置的一级冷凝冷却器3、加热器4、一级转化器5、二级冷凝冷却器7、二级转化器8、三级冷凝冷却器9、尾气分液罐10；一级冷凝冷却器与制硫余热锅炉的尾气出气管相连通，一级冷凝冷却器设置有液硫出液管；二级冷凝冷却器设置有与一级转化器出气管连通的进气管、与二级转化器进气管连通的出气管，二级冷凝冷却器进气管、出气管均部分设置于过程气换热器6内部，过程气换热器、二级冷凝冷却器分别设置有液硫出液管；三级冷凝冷却器设置有液硫出液管、与尾气分液罐连通的尾气出气管；尾气分液罐设置有液硫出液管、与外界连通的尾气出气管B；所述各设备的液流出液管与硫封罐连通；
所述配气单元包括制硫鼓风机11、分别位于制硫鼓风机主风管道和副风管道上的主风风量调节阀12和副风风量调节阀13，主风管道和副风管道汇合与制硫燃烧炉的进风管连通；
所述酸性气进气管、主风管道和副风管道上设置有流量的流量检测仪表，主风风量调节阀和副风风量调节阀均设置有根据设定值加以控制的控制器，主风风量调节阀控制器和副风风量调节阀上设置的控制器的信号输入端分别与控制模块14的信号输出端连接；控制模块的信号输入端分别与流量检测仪表和H2S/SO2在线检测仪表的信号输出端连接。
酸性气进气管包括清洁酸性气进气管和含氨酸性气进气管，清洁酸性气进管、含氨酸性气进气管连通的管道上分别设置有测量酸性气流量的检测仪表。
H2S/SO2在线检测仪表设置于尾气分液罐的尾气出气管上。
以10万吨/年硫磺回收装置设计负荷工况，本发明提供的采用上述硫磺回收装置的方法包含以下具体步骤，为避免重复，现将本具体实施方式所涉及的原料和制备条件参数统一描述如下，具体实施例中不再赘述：
(1)基于酸性气组成按照化学反应方程式计算得出酸性气理论配风系数，根据酸性气流量，设定初始主风流量和副风流量，通风后酸性气在制硫燃烧炉中发生燃烧反应；
(2)自制硫燃烧炉排出的高温过程气进入制硫余热锅炉冷却，冷却过程气进入一级冷凝冷却器；过程气中的硫在一级冷凝冷却器中凝为液硫，液硫捕集分离后进入硫封罐，随后过程气经蒸汽加热器升温，进入一级转化器；在一级转化器中的催化剂的作用下，过程气中的H2S和SO2进行克劳斯反应，转化为元素硫，排出一级转化器的高温过程气经过过程气换热器进入二级冷凝冷却器；在过程气换热器中，来自一级转化器的高温过程气与来自二级冷凝冷却器的低温过程气进行换热，降温的高温过程气进入二级冷凝冷却器；在二级冷凝冷却器中，过程气进一步冷却，其中的硫凝为液硫，液硫捕集分离后进入硫封罐，随后过程气经过过程气换热器升温后，进入二级转化器；在二级转化器中，过程气中剩余的H2S和SO2进一步发生催化转化，转化后的高温过程气经三级冷凝冷却器进一步冷却进入尾气分液罐，三级冷凝冷却器和尾气分液罐中冷凝的液硫被捕集分离后进入硫封罐。
整个克劳斯工艺耗时时间表如表1所示：
表1.整个克劳斯工艺耗时时间表
单位体积的酸性气自进入克劳斯工艺开始被处理直至反应结束得到反应结果所耗费的时间～57.02s。H2S/SO2在线检测仪表检测系统变化仅需要57s左右。
(3)H2S/SO2在线检测仪表检测过程气中H2S和SO2的含量，控制模块收集H2S/SO2在线检测仪表的数据，计算并利用副风流量变化值，修正步骤(1)中的副风原设定值，依据副风新设定值调节副风风量调节阀，控制副风流量，依据公式如下：
主风流量计算公式：
Q主风设定值＝Q酸性气×K0 式Ⅰ
Q酸性气：酸性气流量，Nm3/h；
K0：酸性气理论配风系数，按照酸性气各组分的化学反应方程式计算得出；
副风流量计算公式：
Q副风变化值＝(Q酸性气+Q空气)×K×(CH2S-2CSO2)×2.5 式Ⅱ
Q副风新设定值＝Q副风原设定值+Q副风变化值 式Ⅲ
式Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中
Q副风变化值：工况变化后，副风需要调整的流量，Nm3/h；；
Q酸性气：酸性气流量，Nm3/h；
Q空气：依据式Ⅰ，总风流量为Q主风设定值和Q副风原设定值之和，Nm3/h；
K：体积修正系数，按照酸性气各组分的化学反应方程式计算得出体积修正系数；
CH2S：H2S/SO2在线分析仪检测H2S浓度，mol％；
CSO2：H2S/SO2在线分析仪检测SO2浓度，mol％。
随后，控制模块将副风流量变化值、副风新设定值与副风量程进行比较，调节主风风量调节阀，控制主风的流量，依据公式如下：
当Q副风变化值增加或减少超过副风量程的20％，副风流量保持不变，而主风比例系数K0对应增加或减少K1；
K1＝Q副风变化值/Q酸性气；
当Q副风新设定值小于副风量程的10％，副风的调整改为主风调节；副风流量保持不变，而主风比例系数K0增加K2并保持2分钟，2分钟后再次根据检测结果重新整定主风比例系数，直至副风流量大于量程的10％；
K2＝Q副风变化值/Q酸性气-0.2；
当Q副风新设定值大于副风量程的90％时，副风的调整改为主风调节；副风流量保持不变，而主风比例系数K0增加K3并保持2分钟，2分钟后再次根据检测结果重新整定主风比例系数，直至副风流量小于量程的90％；
K3＝Q副风变化值/Q酸性气+0.2；
K1、K2、K3依据式Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ计算获得；
实施例1
本实施例中制硫余热锅炉中高温过程气冷却至320℃，一级冷凝冷却器中过程气冷却至160℃，蒸汽加热器中过程气升温至240℃，过程气换热器中过程气冷却至275℃，二级冷凝冷却器中过程气冷却至160℃，过程气换热器中过程气升温至220℃，三级冷凝冷却器中过程气冷却至160℃。
初始酸性气H2S浓度85％，初始酸性气流量1060Nm3/h，基于H2S化学反应方程式计算主风比例系数K0为2，依据式Ⅰ计算得到初始设定值：主风流量为2120Nm3/h，量程为3000Nm3/h；副风流量为100Nm3/h，量程为500Nm3/h。
克劳斯反应结束后，H2S/SO2在线检测仪表检测SO2浓度0.3％(mol％)、H2S浓度0.6％(mol％)，基于酸性气中的各个组成按照化学反应方程式计算体积修正系数K为0.87。
随着酸性气进入整个装置，酸性气流量不变但是浓度出现变化时，H2S/SO2在线检测仪表检测结果出现大幅度变化变化，SO2浓度0.1％(mol％)、H2S浓度2.0％(mol％)；控制模块依据式Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ计算副风的变化量，主风流量保持2120Nm3/h，Q酸性气为1060Nm3/h，Q空气为2200Nm3/h，CH2S为0.020，CSO2为0.001，K0为2；对于特定的能源企业，酸性气浓度的变化范围比较小，由此引起的体积修正系数的变化极其微小，体积修正系数可以看做固定值，体积修正系数K仍为0.87；
Q副风变化值＝(Q酸性气+Q空气)×K×(CH2S-2CSO2)×2.5＝128.4Nm3/h；
此时副风的变化量超出了副风量程的20％(即100Nm3/h)，此时副风保持100Nm3/h不变，依据式Ⅰ、Ⅱ计算主风系数K0变化如下：
K0新＝K0+K1＝K0+Q副风变化值/Q酸性气＝2.12；
装置需要的空气供应变化不再由副风供给，而改为主风直接供给。
实施例2
与实施例1的不同在于，酸性气流量不变但是浓度出现变化时，H2S/SO2在线检测仪表检测结果出现大幅度变化变化，SO2浓度0.6％(mol％)、H2S浓度0.2％(mol％)；控制模块依据式Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ计算副风的变化量，主风流量保持2120Nm3/h，Q副风原设定值为100Nm3/h，Q酸性气为1060Nm3/h，Q空气为2200Nm3/h，CH2S为0.002，CSO2为0.006；K0为2，体积修正系数K为0.87；
Q副风变化值＝(Q酸性气+Q空气)×K×(CH2S-2CSO2)×2.5＝-71.34Nm3/h；
Q副风新设定值＝Q副风原设定值+Q副风变化值＝28.34Nm3/h；
副风的新设定值已经小于副风量程的10％，此时副风已经没有调控能力，没有能力继续减少空气供应量，因此保持副风不变，依据式Ⅰ、Ⅱ计算主风系数K0变化如下主风系数K0变化如下：
K0新＝K0原+K2＝K0原+Q副风变化值/Q酸性气-0.2＝1.73；
此时副风保持100Nm3/h，而主风由原来的2120Nm3/h变为1833.8Nm3/h，共减少供风量286.2Nm3/h，并保持上述风量2分钟等待系统反应变化(系统反应仅需要57秒左右)。
2分钟后检测结果为SO2浓度0.2％(mol％)、H2S浓度0.8％(mol％)；控制模块再次依据式Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ计算副风的变化量，主风流量保持1833.8Nm3/h，Q副风原设定值为100Nm3/h，Q酸性气为1060Nm3/h，Q空气为1933.8Nm3/h，CH2S为0.008，CSO2为0.002；K0为1.73，体积修正系数K为0.87；
Q副风变化值＝(Q酸性气+Q空气)×K×(CH2S-2CSO2)×2.5＝26.0Nm3/h；
Q副风新设定值＝Q副风原设定值+Q副风变化值＝126.0Nm3/h；
副风的新设定值已经大于副风量程的10％，而且副风的变化值小于副风量程的20％，因此系统恢复正常，副风按照新设定值控制。
实施例3
与实施例1的不同在于，酸性气流量不变但是浓度出现变化时，H2S/SO2在线检测仪表检测结果出现大幅度变化变化，SO2浓度0.6％(mol％)、H2S浓度0.2％(mol％)；控制模块依据式Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ计算副风的变化量，主风流量保持2120Nm3/h，Q副风原设定值为100Nm3/h，Q酸性气为1060Nm3/h，Q空气为2200Nm3/h，CH2S为0.002，CSO2为0.006；K0为2，体积修正系数K为0.87；
Q副风变化值＝(Q酸性气+Q空气)×K×(CH2S-2CSO2)×2.5＝-71.34Nm3/h；
Q副风新设定值＝Q副风原设定值+Q副风变化值＝28.34Nm3/h；
副风的新设定值已经小于副风量程的10％，此时副风已经没有调控能力，没有能力继续减少空气供应量，因此保持副风不变，依据式Ⅰ、Ⅱ计算主风系数K0变化如下主风系数K0变化如下：
K0新＝K0原+K2＝K0原+Q副风变化值/Q酸性气-0.2＝1.73；
此时副风保持100Nm3/h，而主风有原来的2120Nm3/h变为1833.8Nm3/h，共减少供风量286.2Nm3/h，并保持上述风量2分钟等待系统反应变化(系统反应仅需要57秒左右)。
2分钟后检测结果为SO2浓度1.0％(mol％)、H2S浓度0.1％％(mol％)；控制模块再次依据式Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ计算副风的变化量，主风流量保持1833.8Nm3/h，Q副风原设定值为100Nm3/h，Q酸性气为1060Nm3/h，Q空气为1933.8Nm3/h，CH2S为0.001，CSO2为0.010；K0为1.73，体积修正系数K为0.87；
Q副风变化值＝(Q酸性气+Q空气)×K×(CH2S-2CSO2)×2.5＝-123.7Nm3/h；
Q副风新设定值＝Q副风原设定值+Q副风变化值＝-23.7Nm3/h；
副风的新设定值仍然小于副风量程的10％，此时副风继续保持不变，主风比例系数进一步修正：
K0新＝K 0原+K2＝K0原+Q副风变化值/Q酸性气-0.2＝1.41；
此时副风保持100Nm3/h，而主风有原来的1833.8Nm3/h变为1494.6Nm3/h，再次减少供风量339.2Nm3/h，并保持上述风量2分钟等待系统反应变化。
实施例4
与实施例1的不同在于，初始酸性气H2S浓度85％，初始酸性气流量1060Nm3/h，基于H2S化学反应方程式计算主风比例系数K0为2，依据式Ⅰ计算得到初始设定值：主风流量为2120Nm3/h，量程为3000Nm3/h；副风流量为420Nm3/h，量程为500Nm3/h。
克劳斯反应结束后，H2S/SO2在线检测仪表检测SO2浓度0.1％(mol％)、H2S浓度0.8％(mol％)，基于酸性气各组分发生的化学反应方程式计算修正系数K为0.87。
控制模块依据式Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ计算副风的变化量，主风流量保持2120Nm3/h，Q酸性气为1060Nm3/h，Q空气为2540Nm3/h，CH2S为0.008，CSO2为0.001；K0为2，体积修正系数K为0.87；
Q副风变化值＝(Q酸性气+Q空气)×K×(CH2S-2CSO2)×2.5＝47.0Nm3/h；
Q副风新设定值＝Q副风原设定值+Q副风变化值＝467Nm3/h；
副风的新设定值已经大于副风量程的90％(即450Nm3/h)，此时副风保持420Nm3/h不变，依据式Ⅰ、Ⅱ计算主风系数K0变化如下：
K0新＝K0+K3＝K0+Q副风变化值/Q酸性气+0.2＝2.24；
装置需要的空气供应变化不再由副风供给，此时副风保持420Nm3/h，而改为主风直接供给，主风有原来的2120Nm3/h变为2374Nm3/h，增加供风量254Nm3/h并保持上述风量2分钟等待系统反应变化。
2分钟后在线仪表检测SO2浓度为0.6％(mol％)、H2S浓度0.3％(mol％)；控制模块再次依据式Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ计算副风的变化量，主风流量保持2374Nm3/h，Q副风原设定值为420Nm3/h，Q酸性气为1060Nm3/h，Q空气为2794Nm3/h，CH2S为0.003，CSO2为0.006；K0为2.24，体积修正系数K为0.87；
Q副风变化值＝(Q酸性气+Q空气)×K×(CH2S-2CSO2)×2.5＝-75.4Nm3/h
Q副风新设定值＝Q副风原设定值+Q副风变化值＝344.6Nm3/h
副风的新设定值已经小于副风量程的90％，而且副风变化值小于量程的20％，副风恢复正常操作，副风设定值由420Nm3/h改为344.6Nm3/h并由副风控制阀迅速调整到位。
实施例5
与实施例4的不同在于，克劳斯反应结束后，H2S/SO2在线检测仪表检测SO2浓度0.02％(mol％)、H2S浓度2.1％(mol％)，体积修正系数K为0.87。
控制模块依据式Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ计算副风的变化量，主风流量保持2120Nm3/h，Q酸性气为1060Nm3/h，Q空气为2540Nm3/h，CH2S为0.021，CSO2为0.0002；K0为2，体积修正系数K为0.87；
Q副风变化值＝(Q酸性气+Q空气)×K×(CH2S-2CSO2)×2.5＝161.3Nm3/h；
Q副风新设定值＝Q副风原设定值+Q副风变化值＝581.3Nm3/h；
副风的新设定值已经大于副风量程的90％，副风流量不变，主风系数作如下调整：
K0新＝K0原+K3＝K0原+Q副风变化值/Q酸性气+0.2＝2.35；
此时副风保持420Nm3/h，而主风有原来的2120Nm3/h变为2491Nm3/h，并保持上述风量2分钟等待系统反应变化。
当然，上述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定对本发明的实施例范围。本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的均等变化与改进等，均应归属于本发明的专利涵盖范围内。
Claims (8)
1.一种基于克劳斯配风自动调节的硫磺回收装置，包括燃烧单元、克劳斯反应单元和配气单元，以及根据工艺要求连通以上单元的管道和设置在管道上的阀门，所述燃烧单元包括制硫燃烧炉(1)和连通制硫燃烧炉(1)出气管的制硫余热锅炉(2)；制硫燃烧炉(1)设置有进风管和酸性气进气管(A)，所述克劳斯单元包括一级冷凝冷却器(3)、加热器(4)、一级转化器(5)、二级冷凝冷却器(7)、二级转化器(8)、三级冷凝冷却器(9)、尾气分液罐(10)和H2S/SO2在线检测仪表，
其特征在于，所述配气单元包括制硫鼓风机(11)、分别位于制硫鼓风机(11)主风管道和副风管道上的主风风量调节阀(12)和副风风量调节阀(13)，主风管道和副风管道汇合与制硫燃烧炉(1)的进风管连通；
所述酸性气进气管(A)、主风管道和副风管道上设置有流量的流量检测仪表，主风风量调节阀(12)和副风风量调节阀(13)上均设置有根据设定值加以控制的控制器，主风风量调节阀(12)的控制器和副风风量调节阀(13)上设置的控制器的信号输入端分别与控制模块(14)的信号输出端连接；控制模块(14)的信号输入端分别与流量检测仪表和H2S/SO2在线检测仪表的信号输出端连接。
2.根据权利要求1所述的基于克劳斯配风自动调节的硫磺回收装置，其特征在于，所述酸性气进气管(A)包括清洁酸性气进气管和含氨酸性气进气管，清洁酸性气进管、含氨酸性气进气管连通的管道上分别设置有测量酸性气流量的检测仪表。
3.根据权利要求1所述的基于克劳斯配风自动调节的硫磺回收装置，其特征在于，所述H2S/SO2在线检测仪表设置于一级转化器(5)与二级转化器(8)之间的管道上。
4.根据权利要求1所述的基于克劳斯配风自动调节的硫磺回收装置，其特征在于，所述H2S/SO2在线检测仪表设置于尾气分液罐(10)的尾气出气管(B)上。
5.一种基于权利要求1-4任意一项所述装置的硫磺回收方法，其特征在于，包括如下流程：
(1)基于酸性气组成按照化学反应方程式计算得出酸性气理论配风系数，根据酸性气流量，设定初始主风流量和副风流量，通风后酸性气在制硫燃烧炉中发生燃烧反应；
(2)自制硫燃烧炉排出的过程气依次进入一级转化器和二级转化器，进行克劳斯反应，完成H2S和SO2催化转化的过程气，最终进入尾气处理装置，催化反应生成的硫磺单质流入硫磺回收装置；
(3)当过程气通过H2S/SO2在线检测仪表时，检测其中H2S和SO2的含量，控制模块收集流量检测仪表和H2S/SO2在线检测仪表的数据；
控制模块的具体工作流程如下：
(3.1)当流量检测仪表检测到酸性气流量发生变化时，控制模块根据步骤(1)中的配风系数设定新的主风流量，控制主风调节阀根据主风新设定值进行主风流量的调节；
(3.2)当酸性气流量不变但组成变化时，控制模块收集H2S/SO2在线检测仪表的数据，计算并利用副风流量变化值，控制模块将副风流量变化值和副风新设定值与副风量程进行比较，当副风流量变化值增加或减少在副风量程的预定比例以下，并且副风新设定值在副风量程的预定范围内，控制副风调节阀根据副风新设定值的进行副风流量的调节；反之，副风调节阀出现超调，则进入步骤(3.3)；
(3.3)控制模块放弃控制副风调节阀，改为调整主风流量，等待系统变化后，进入步骤(3.2)。
6.根据权利要求5所述的硫磺回收方法，其特征在于，所述步骤(3)中根据H2S、SO2摩尔百分比通过控制模块计算副风新设定值，调节副风风量调节阀，控制副风的流量，依据公式如下：
主风流量计算公式：
Q主风设定值＝Q酸性气×K0 式Ⅰ
Q酸性气：酸性气流量，Nm3/h；
K0：酸性气理论配风系数，按照酸性气各组分的化学反应方程式计算得出；
副风流量计算公式：
Q副风变化值＝(Q酸性气+Q空气)×K×(CH2S-2CSO2)×2.5 式Ⅱ
Q副风新设定值＝Q副风原设定值+Q副风变化值 式Ⅲ
式Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中
Q副风变化值：工况变化后，副风需要调整的流量，Nm3/h；
Q酸性气：酸性气流量，Nm3/h；
Q空气：依据式Ⅰ，总风流量为Q主风设定值和Q副风原设定值之和，Nm3/h；
K：体积修正系数，按照酸性气各组分的化学反应方程式计算得出体积修正系数；
CH2S：H2S/SO2在线分析仪检测H2S浓度，mol％；
CSO2：H2S/SO2在线分析仪检测SO2浓度，mol％。
7.根据权利要求6所述的硫磺回收方法，其特征在于，所述步骤(3)中控制模块根据副风流量变化值和副风新设定值，调节主风风量调节阀，控制主风的流量，依据公式如下：
(1)当Q副风变化值增加或减少超过副风量程的20％，副风流量保持不变，而主风比例系数K0对应增加或减少K1；
K1＝Q副风变化值/Q酸性气；
(2)当Q副风新设定值小于副风量程的10％，无论Q副风变化值增加或减少是否超过副风量程的20％，副风的调整改为主风调节；副风流量保持不变，而主风比例系数K0增加K2并等待系统变化后，再次根据检测结果重新整定主风比例系数，直至副风流量大于量程的10％；
K2＝Q副风变化值/Q酸性气-0.2；
(3)当Q副风新设定值大于副风量程的90％时，无论Q副风变化值增加或减少是否超过副风量程的20％，副风的调整改为主风调节；副风流量保持不变，而主风比例系数K0增加K3并等待系统变化后，再次根据检测结果重新整定主风比例系数，直至副风流量小于量程的90％；
K3＝Q副风变化值/Q酸性气+0.2；
K1、K2、K3依据式Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ计算获得。
8.根据权利要求7所述的硫磺回收方法，其特征在于，所述调整主风或副风流量后，等待系统变化时间为2分钟。
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|---|---|---|---|---|
| CN114132900A (zh) * | 2021-12-07 | 2022-03-04 | 北京航化节能环保技术有限公司 | 一种在焦化行业中富氧/空气法切换的硫回收装置 |
| WO2024091599A1 (en) * | 2022-10-26 | 2024-05-02 | Saudi Arabian Oil Company | Adaptive control of btx removal in sulfur recovery units |
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