硫回收装置中比值分析仪存在的问题和解决方法

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随着国家对环保法规的严格落实和煤化工装置规模的不断扩大，硫回收装置在煤化工领域的作用愈来愈重要。硫回收克劳斯(Claus)工艺要求控制HzS和 S 的比值为2：1，从而达到理想的硫磺收率，减少废气排放。目前煤化工中比值分析仪的使用均不理想，文中以UV-I型比值分析仪为例说明存在的问题及解决方法。

1 硫回收装置比值分析仪简介利用朗伯-比尔定律选定吸收能力较强的紫外波长作为测量波长来分析气体中so ，H S和 S的体积分数，同时选择吸收能力最弱的紫外波长作为参比波长，并通过模型计算尽量消除 S对 H s和S0z比值的测量干扰。

比值分析仪使用中存在的问题：对样气工艺条件认识不足，导致取样系统不稳定；S组分对HzS和 SOz测量的干扰。

国内有多家分析仪器供应商试图解决硫回收比值分析问题，但其中大多数将重点放在 H。s和SOz的测量上，没有针对测量过程中S和水对测量仪器和测量过程的影响采取有效的措施，在硫回收装置的尾气管路中伴随着 H。s和 s2，还有大量的饱和硫蒸气(s )和水蒸气，该 Sn和水蒸气随取样气流进入分析仪后在分析传感器和管道中冷凝、析出，使管道堵塞造成传感器失灵。因此，在解决硫回收装置的比值分析时，必须将取样防硫和水析出与分析测量结合起来。

1.1 简单高效的光学系统光学系统采用了单光束、单通道结构，如图1所示。单池、单光路的光路流程：频闪光源发出的光经透镜变成平行光，经过测量池吸收后到达滤光片，将光束变成 4路需要检测的光。光电检测器将测量与参比脉冲光束转换成测量与参比电脉冲信号，同步开关将 4路电信号输入到下-级电子线路进行处理，最后输出-个与体积分数成线性的标准信号。

该形式的光学系统结构简单、体积小，可以适用于防硫和水析出的高温测量系统。

紫外光源 透镜 测量他 滤光 片 俭l硎 放 大图 1 分析仪光学原理1.2 差温防硫与防水系统样气由取样管从工艺管道中抽取，取样管通过- 只蒸汽夹套球阀与工艺管道隔离。样气使用抽气泵作为动力，经取样管、除硫器、测量池，再返回到工艺管道中。恒温箱电加热维持恒温 (额定145℃)。除硫器将 样气 温度从 145 oC降低 到129 oC，样气中的饱和 S 冷凝为液态硫，流回工艺管道。除硫器的控温由比例阀完成，它将冷却气体注入到包含有很多导热片的除雾器的周围，使除雾器的温度控制在 129 oC，除硫器中样气的温度以及测量池温度可由铂电阻温度传感器测量。测量池稿件收到日期：2013-Ol-17。

作者简介：陈怡，男，浙江绍兴人，1984年毕业于浙江大学化工 自动化专业，获学士学位，现就职于中石化南化集团研究院，从事在线分析仪器开发工作，任高级工程师。

第 3期 陈 怡等.硫回收装置中比值分析仪存在的问题和解决方法 69压力数据可通过压力传感器输入到 PLC控制器中，测量后的样气通过抽气泵返回到管道中。分析仪可通过关闭样气进口阀和样气返回阀的方式实现与工艺管道完全隔离。

测量样气通过除硫器后，保证测量样气中 S和水蒸气为不饱和状态，使测量样气在通过测量池和喷射抽气泵时不易产生S和水蒸气析出，从而使紫外光学测量系统能稳定运行。

1.3 测量”和吹扫”的循环工作方式通过以上措施基本能解决饱和 Sn和水蒸气冷凝、析出，但尚不能确保意外发生，为了解决偶然发生的饱和 S 和水蒸气冷凝、析出，还必须使测量系统具有-定的 自动除 S 、除水蒸气的能力。为此在测量系统中设置了气关切断阀和零气吹扫阀，通过 2阀的组合构成分析仪的间隙工作方式，即仪器可以工作在测量”和吹扫”两个状态；当仪器处于测量”状态时样气通过光学分析系统；当仪器处于吹扫”状态时热空气通过光学分析系统，该热空气可以吹除少量的在测量时可能析出的 S 和水蒸气，确保紫外光学测量系统能稳定运行。

由于间隙工作方式带来了信号不连续问题，因而可通过吹扫”工作状态的时间长短和输出信号保持器组合来解决该问题。

1.4 S组分对 H2S和 S02测量的干扰硫回收装置中的含 HzS气体主要来源于干气脱硫、液态烃脱硫和含硫污水汽提装置。原料气中除 H。S外，还有大量的烃类物质，在工艺控制正常的情况下，烃类燃烧完全，尾气中主要为水蒸气，H。S，SO。及 S ，其中 S 可能是影响仪器测量的主要干扰因素。

另外少量 CS2在 280 nm测量波长时吸光度约为 SO。的 0.5 ，在 228 nm测量波长时吸光度约为 H S的 1 ，因而 CS2的干扰可以忽略不计。

COs在 280 nm时没有吸收，但在 228 nm的吸光度为 H S的 50 左右，COS的体积分数很小且稳定，可以通过调零来去掉 COS的干扰。

Sn对 HzS和 SOz两者的影响比较大，所以对S 进行检测，以补偿对两者的影响。不同组分对吸光度的影响如图2所示。

从图2中可以看出，所有的组分在远紫外区，都有很强 的吸收，相互干扰严重，不利 于测量。

H S在 240 nm以下有很强的吸收，260 nm 以后几乎不吸收，因而测量波长宜选用 240 nm 以下。

SO 除了在 240 nm以下有强吸收外，在 280 nm还有-个强吸收峰，所以选 280 nm左右作为测量波，以避免 H S的干扰；S对 SOz和 HzS都有强烈干扰，必须加以补偿。CS 对 SO。和 H S的干扰可以忽略不计；COS的体积分数很少，可以不考虑。

2 J 5 235 255 275 295 3l5 335nm图 2 S，HzS，SOz和其他组分的吸光度关 系通过以上分析可知，分析仪由取样管、除硫器、恒温箱、测量池、抽气泵、灯箱(含 PLC控制系统)、检测箱等部分组成，这些部件安装在有正压保护的防爆箱体中，整体结构如图 3所示。

图 3 仪 器组成 示意2 现场使用情况uV-II型 H2 s/so，比值分析仪对某化工厂硫回收 Claus装置燃烧炉出口气体进行了在线测量。

分析仪安装于二段反应器的硫冷凝器后，尾气焚烧炉前的带蒸汽加套工艺管道上。自投运以来，运行1年期间取样管线除仪表正常的自动吹扫外，无人工清理，也无 S积聚的迹象，仪器运行正常，证明了该分析仪在除硫设计和Ws-议抽 s-议权 ”模型设计是可以信赖的，也说明分析仪各方面设计是可行的。分析仪投运后的部分运行数据如图4所示。

从图4可以看到随时间的变化，WH s和 7-1S02变化相反，因为在 Claus反应中，SOz是由 Hz S部分燃烧产生的，通过控制加入的空气量可以控制O 9 8 7 6 5 4 3 2 l O l O 0 O O O O O O O 70 石油化工自动化 第 49卷SO 的产生比例，在原料气体积分数-定和生产工艺稳定条件下，SO。生成量的增长必然带来 Hz S剩余量的减少，反之亦然。故在硫回收Claus中改变配风量的大dqt'-t，出现 ZUH增长、 减少和 叫 S WS(增长、7-UH减少的现象，但原料气体积分数变化或9S工艺条件变化也可能看到非此类变化。

笔者对尾气中3H 和叫 的测量值与分析值9S进行对比，结果见表 1所列。

表 1 测定数据对比曼 仪表 色谱 ， . 芸1.79 1.88 - 0.09 O.56 O.6O -0.041.59 1.58 0.01 0.35 0.30 0.051.8O 1.77 0.O3 0.46 0.51 - 0.O51.20 1.12 0.08 O.88 0.90 -O.O20.57 0.65 0.08 0.53 0.49 0.040.98 1.O3 - 0.O5 O.47 0.50 - O.O31.06 1.O9 -0.O3 0.34 0.29 O.O5从 表 1可以看 出：叫 最大绝对误 差为- O.。9 ，以叫Hns测量量程为 2 计算，其最大相对误差为-4.5 0A；训 最大绝对误差为 0.05 ，以叫 测量量程为 1 计算，则其最大相对误差为5 ，误差均在 5 以内，符合仪器设计要求。在取样时因为不能保证完全除去水分而增加了分析误差，所以为了保证数据的有效性，在取样时必须严格用 CaC1 进行脱水处理。

3 结束语与天然气和炼油领域硫回收装置不同，煤化工领域硫回收装置具有规模偏孝酸性气体积分数偏低、波动大、组分复杂等特点。从某化工厂硫回收现场的应用结果来看，uV-II型 H。S/SO2比值分析仪满足了生产工艺流程的要求，实现了生产流程的在线测量。该仪表及时反映了生产过程的变化，起到了指导生产、稳定工艺、减少尾气排放的作用。同时，仪表国产化后，不仅可以大幅降低仪表成本，而