克劳斯硫回收工艺技术改造

张 路

（兖矿国宏化工有限责任公司，山东 邹城 273500）

经验交流

克劳斯硫回收工艺技术改造

张 路

（兖矿国宏化工有限责任公司，山东 邹城 273500）

根据兖矿国宏化工有限责任公司年产50万吨甲醇装置克劳斯硫回收系统运行实际,介绍了影响克劳斯硫回收系统安全稳定、效益运行的诸多不利因素,提出了克劳斯硫回收工艺及低温甲醇洗工艺酸性气提浓技术改造，制定了技术改造方案，具有一定的借鉴意义。

克劳斯硫回收；酸性气；工艺流程；技术改造

克劳斯工艺发明伊始就成为硫磺回收工业的标准工艺流程[1]。但是，酸性气中H2S的含量变化，限制了克劳斯工艺的效能。某公司年产500 kt甲醇系统配套建设了3级克劳斯硫回收装置，但在装置实际运行过程中，存在诸多影响安全、稳定长周期运行的不利因素，因此有必要进行优化改造，以满足实际需要。

1 工艺及过程

1.1 原理

克劳斯法是将H2S在高温下通过催化过程转变成硫磺的工艺[2]。主要反应如下：

硫回收装置采用标准的3级克劳斯工艺，其任务是将来自低温甲醇洗工序的酸性气体（设计H2S的体积分数≥30%），通过酸性气燃烧炉燃烧，H2S部分生成单质硫，部分转化成SO2，然后H2S与SO2再经克劳斯反应器反应，转化成单质硫，最后通过硫磺造粒机将其加工成硫磺颗粒，包装出售。尾气送至锅炉焚烧脱硫，达到国家排放标准后经150 m高空烟囱排放。

克劳斯反应器包括1个高温的燃烧炉和紧接着的3个低温的催化反应器。高温部分发生反应(1)、(2)以及少量反应(3)，低温的催化部分主要发生反应(3)。严格控制O2和H2S比例是克劳斯法的关键。过少的O2将引起SO2不足致使反应(3)不完全，H2S去除率降低。过多的O2将形成过量的SO2在克劳斯装置的加热段氧化成SO3，进入下游的热交换器冷却时会形成强酸、强腐蚀性的冷凝物[3]。

1.2 原生产方法及特点

该公司的硫回收装置采用DCS进行操作和控制。通过调节进燃烧炉的空气流量来控制尾气中H2S与SO2的摩尔比为2:1，以满足反应最佳比例；通过分别调节进第1～第3过程气加热器的蒸汽流量来控制进第1～第3级克劳斯反应器的过程气的入口温度，使其满足各级克劳斯反应器所需的反应温度[4]。

原设计处理酸性气体体积流量为3 900 m3/h（标准状态），硫磺回收率为96%，回收尾气中控制指标H2S和SO2的体积分数分别为<0.2%和<0.1%。而通过实际运行看，尾气中H2S和SO2的体积分数一般分别为3%和1%左右。

2 问题分析及改造方案

2.1 存在问题分析

1)使用6.0 MPa蒸汽作为3台过程气加热器的热源，用量约5 t/h，能量浪费大；

2)3台碳钢材质的过程气加热器使用寿命短，列管与管板易遭酸性气体腐蚀泄漏；

3)换热器腐蚀内漏导致换热效果大大下降，克劳斯反应器温度较低，反应不充分，硫磺转化率降低（实际转化率仅有75%），造成尾气排放的SO2超标，污染环境。

由于停车堵漏频繁，因此造成系统无法稳定长周期运行。

2.2 改造方案

改造的原则是在原流程的基础上进行优化，实现安全稳定长周期运行、节能、尾气达标排放[5]。

1)在原来气体流程的基础上，在燃烧炉后增加一个长3.6 m、直径1.8 m的短节，顶部配置3个掺合阀，开口引出3股高温气体进入克劳斯反应器，取代3台过程使用6.0 MPa蒸汽的加热器；

2)在克劳斯反应器后增加尾气焚烧炉，不达标的克劳斯尾气进入尾气焚烧炉深度处理，再经过废热锅炉降温后进入热电烟囱排放；

3)为提高硫回收副产蒸汽的品质，将酸性气燃烧炉后的低压废锅（设计副产0.35 MPa蒸汽）改为中压废锅，副产2.5 MPa蒸汽。

改造后的流程：由废热锅炉出来的过程气经一级掺和阀升温至220℃后，进一级克劳斯反应器发生克劳斯反应；反应后的过程气进入一级硫冷凝器，冷凝并分离出液硫；冷却后的过程气经二级掺和阀升温至220℃后，进二级克劳斯反应器发生克劳斯反应，反应后的过程气进入二级硫冷凝器，冷凝并分离出液硫；冷却后的过程气经三级掺和阀升温至200℃后，进三级克劳斯反应器发生克劳斯反应，反应后的过程气进入三级硫冷凝器，冷凝并分离出液硫。出三级硫冷凝器的冷却尾气经尾气捕集器捕集硫磺后送尾气焚烧炉加热到230℃后送锅炉焚烧脱硫。

3 改造效益

1)改造后节约中压蒸汽5 t/h（包括过程气加热器使用及沿途管网损失），按蒸汽80元/t计，年节约蒸汽消耗319万元。改造前副产0.35 MPa低压蒸汽，但利用率低，造成大量放空损失。改造后副产的2.5 MPa中压蒸汽并入中压蒸汽管网，用于驱动汽轮机，从而降低了锅炉的负荷，节省电煤0.2 t/h，按每吨电煤价格500元计，年节约煤炭消耗80万元。

2)硫回收尾气总硫的体积分数由4%降至0.3%（H2S和SO2体积分数分别为0.2%和0.1%），送入锅炉燃烧脱硫，节省石灰石用量2.9 t/h，石灰石价格按60元/t计，年节约石灰石消耗139万元。

3)改造后增强了系统的运行稳定性，能够有效减少停车检修次数，保证硫磺产量的同时能够大大降低维护费用。

[1]李发永,曹作刚,刘相,等.含H2S酸性气体处理新工艺过程研究[J].化学工程,2001(4):55-57.

[2]张剑锋,张华鄂.超级克劳斯工艺[J].天然气工业,1993,13(6):70-74.

[3]郑子文.硫回收尾气处理技术及超级克劳斯工艺[J].硫酸工业,1993(2):41-44.

[4]陈兵,尹荣辅.提高克劳斯工艺硫磺回收率的新途径[J].天然气工业,1991,11(1):80-82.

[5]陈赓良.克劳斯装置尾气处理技术的几点认识[J].天然气工业,1993,13(2):74-81.

Technical Improvement of Claus Sulfur Recovery Process

Zhang Lu

(Yancon Guohong Chemicals Co.Ltd,Zoucheng,Shandong 273500)

Some disadvantages of claus sulfur recovery system in safety and operation were reviewed and the technology improvement in recycle of claus sulfur recovery system and concentration of rectisol process were also indicated in the paper.

claus sulfur;acid gas;technological process;technical transformation

X783

BDOI10.3969/j.issn.1006-6829.2011.05.018

2011-07-11