孙显雷
华北石化公司 河北任丘 062552
摘 要 随着环保要求的日益提高，为实现环境保护、节能减排等目标，在炼化企业的硫磺回收装置中使用硫比值分析仪，可以大幅提高硫的回收率，有效降低二氧化硫（SO2）排放量，既能实现经济效益的增加，又能更好地实现节能环保的目的。本文结合硫磺回收装置的工艺原理，介绍分析硫比值分析仪的工作原理和应用，探讨比值分析仪在工艺流程中的控制技术，阐述其在硫磺回收装置中应用的重要意义和广阔前景。
关 键 词 克劳斯法 硫磺回收 H2S/SO2比值分析 紫外光谱
一、引言
石油化工已成为推动世界经济快速增长的重要力量，但是石化行业的快速发展也对自然环境造成了不极大地破坏。在石化工艺生产过程中会产生大量SO2、H2S等有毒有害气体排放到大气中，随着环保要求越来越高，限制排放到大气中的SO2、H2S等有毒有害气体的量越来越严苛。硫磺回收装置主要任务是将气态SO2、H2S经过反应生成单质硫，在经过工艺处理最终制成硫磺，实现对SO2、H2S的转化吸收，有效降低排放到大气中硫化物的含量，对节能减排和环境保护有着十分重要的意义。
二、硫磺回收的工艺原理
硫磺回收装置主要由脱硫、制硫、尾气处理和污水汽提四大部分组成。目前国内发展较快、应用较广的工艺技术为克劳斯（claus）硫回收技术。华北石化公司千万吨扩建项目，新增3套硫磺回收装置均应用劳斯硫回收技术。来自上游的富含H2S的干气、液态烃、瓦斯等经过醇胺溶液吸收和富液再生实现初步脱硫。经过分离和汽提的酸性废气在经过脱水、脱杂后进入焚烧炉，燃烧后会产生气态硫化物和单质硫蒸汽。过程中的SO2、H2S被反应生成单质硫，最后经过工艺处理制成硫磺。其主要化学反应如下：
焚烧炉的主要反应：2H2S+O2→2H2O+S2；
实际反应步骤：2H2S+3O2→2SO2+2H2O，
4H2S+2SO2→3S2+4H2O；
转化炉的主要反应：
2nH2S+nSO2→2nH2O+3Sn。
从上述主要反应流程可以看出，装置的核心部分即为硫磺回收，它决定硫的转化率和回收率，同时也是决定环保指标重要因素。从反应式可推算，当H2S和SO2的配比（简称硫比值）为2:1时，硫的转化率为最高，所以通过调节酸性气和风（空气）的配比，即可实现硫转化率和回收率的最大化。
三、比值分析仪的测量原理
华北石化3套硫磺装置均是使用紫外光谱法原理进行硫比值的测量。将H2S和SO2采用紫外光谱发进行体积检测，其检测结果百分比浓度按照相应公式计算得出硫比值数值。
紫外光谱法是目前世界公认的测量硫比值较可靠有效的技术方法。硫化物在紫外波段具有显著的吸收光谱的特性，并且紫外光谱仪的响应时间较短（≦30s），能够满足硫磺回收装置比值控制对分析仪响应时间的严格要求。我公司使用的是美国AAI公司生产的TLG-837型比值分析仪，其独特的技术优势和稳定的测量表现，被越来越多的硫磺回收装置所认可。分析仪的公称响应时间不大于10s，可以快速通过信号控制系统调节上游焚烧炉配比风量。分析仪采用UV-Vis紫外可见光谱仪，光谱范围为200-800nm，SO2、H2S等硫化物在此波段光谱下具有明显的吸收特性。通过光信号透射光程气后，来分析吸光度谱图，并通过校准基准参考，由线性关系计算算法得到实际测量的气体浓度，显示出硫比值数据。
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图-1 TLG-837比值分析仪测量原理
四、比值分析仪系统组成
1、采样系统
分析仪采样系统主要由探头构成。探头有3根“管子”构成：外侧1.5″探头管；内侧“冷指”管；引射管。
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图-2 TLG-837探头测量原理
2、检测传输系统
检测传输系统包括分光光度计、光纤、工控机、输入/输出模块、电源模块。
3、辅助系统
辅助系统主要包括冷指蒸汽系统、吹扫蒸汽系统、引射风系统和吹扫风系统。
分析仪正常工作时，辅助系统要求为：冷指蒸汽压力不超过0.15MPa，吹扫蒸汽压力不低于0.7MPa，引射风压力不大于0.07MPa，引射风流量在50-150ml/min之间。
分析仪预处理器引入1.0MPa蒸汽，经过减压后，一路去探头的冷指蒸汽入口，用于冷却硫蒸气；另一路去探头的吹扫蒸汽入口，用于吹扫测量池和透射镜片。装置0.4MPa左右仪表风一路进光谱仪，用于冷却光谱仪机箱和电磁阀模块；另一路进入辅助系统后又分为两路，第一路经过减压后去引射风入口，第二路用于吹扫和标零。
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图-3 硫比值分析仪系统组成
五、硫比值控制方案
克劳斯（claus）是当今业界公认和使用较广泛的硫磺回收工艺技术，它在装置节能减排和环境保护方面发挥着重要作用。运用这种工艺技术，酸性气和空气配比极其重要，其配比直接关系到硫的转化率和回收率以及SO2、H2S等硫化物的排放环保指标。
从工艺流程主要反应来看，当H2S和SO2的配比为2:1时，硫的转化率为最高，两种气体任意一种过量，都会造成过量气体不参加反应，从而导致尾气中H2S或SO2含量增加，环保排放不合格。所以整个控制过程的的关键就是通过酸性气和空气的配比控制以及不断地修正调节，来实现硫比值的最佳控制。
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图-4 比值分析仪控制方案
如果装置不使用硫比值分析仪，装置只能根据酸性气流量和操作经验进行酸性气和空气的配比控制。但是酸性气浓度和组分不稳定，气流量还容易受到环境温度、压力等因素的影响，所以配比空气量无法精确控制，这样就会大大影响装置硫转化率和回收率，甚至会造成尾气超标排放。
安装使用硫比值分析仪后，配比风量能够根据酸性气的流量进行控制，硫比值分析仪的测量结果又能反过来指导调节配比风量，这样就能够定量精确控制，稳定装置操作，通过硫比值调节实时调整和快速响应， 达到硫回收和转化的最佳控制。
六、日常维修维护
由于分析仪是新投用设备，使用过程中未出现故障问题，所以，为了时分析仪能够平稳长周期稳定工作，需要运维人员定期对分析进行维护作业，主要包括以下方面：
1、日常维护巡检时要检查光谱界面中光谱和H2S/SO2 的浓度。
2、检查冷指蒸汽的蒸汽减阀后压力是否在0.05-0.1MPa。
3、检查仪表空气气源压力是否正常，抽吸气压力不小于0.4MPa。
4、检查吹扫蒸汽是否正常。