克劳斯硫回收工业应用影响因素的分析

2015-03-23汪月秋内蒙古大唐国际克什克腾煤制天然气有限责任公司内蒙古赤峰025350

化工管理 2015年27期

汪月秋（内蒙古大唐国际克什克腾煤制天然气有限责任公司，内蒙古赤峰 025350）

克劳斯硫回收工艺被广泛地应用于化石燃料加工过程，一方面可以利用脱硫过程中产生的硫化氢气体，回收单质硫磺产品，另一方面减少了SO2的排放，降低对大气污染的程度，可谓一举两得。克劳斯硫回收工艺的转化程度很高，硫磺产品纯度最高可达到99.9%，是获取硫资源化工原料的有效途径。经过长期的发展，目前克劳斯硫回收工艺产生了许多特殊的类型，如超级克劳斯工艺、低温克劳斯工艺、富氧克劳斯工艺等，为现代化工产业发展做出了贡献。

1 克劳斯硫回收工艺概述

克劳斯硫回收工艺的广泛应用存在两个重要因素：第一，通过这一工艺可以获取制造硫酸的硫资源，相比自然界开采更加经济、有效、便捷。第二，通过这一工艺在现代化工体系中的应用，可以有效降低酸性气体对环境的污染（主要是SO2、H2S），符合生态环境的可持续性发展要求。

研究可知，克劳斯硫回收工艺具有以下的优势：

第一，硫磺回收率高。克劳斯法的基本化学原理是利用SO2和H2S进行化学反应，获取单质硫元素，在整个运行的过程中不需要进行周期切换。其操作下限是15%，单质硫的转换率可以提升到99%以上。同时，该工艺对过量的空气和水并不敏感，不会产生复杂的副作用和副产物。

第二，装置适应性强。克劳斯硫回收工艺针对酸性气体的回收选择性很广，例如H2S的浓度可以从23%覆盖到93%，二氧化碳从1%覆盖到95%；由于这种特性，无论是新建的克劳斯装置还是固有的克劳斯装置，中间过程都不需要冷凝脱水和废弃处理。

我国从上世纪60年代开始对克劳斯硫回收工艺展开研究应用，与世界其他国家相比，存在起步晚、基础差、发展慢等种种不利因素。然而随着煤炭、石油、天然气等能源的应用大幅度提升，脱硫已经成为化工生产中备受关注的问题。因此，积极研究提高硫回收效率的方法，对资源回收利用和环境保护都具有积极的意义。

2 克劳斯硫回收工业应用主要影响因素分析

2.1 原料纯度因素

进入克劳斯硫回收系统中的原料中如果含有杂质，或因为原料的组成形态、流量变化等原因，都会影响最终的硫回收效率，实践证明，原料纯度因素虽然可以尽量避免，但不可能完全消除。

从理论角度分析，如果原料的组分频繁变动，会造成空气消耗的过剩或不足。当空气过剩的情况下，硫元素就会转化为SO3，从而失去活性；相对应地，如果空气不足原料的燃烧就不充分，内部含有的烃类无法完全消耗，转而降低了氨分解效率，形成碳铵盐晶体凝结、堵塞；而原材料的纯度稳定情况下，空气的补充具有一定的周期性，不会引起硫元素的损失。

2.2 氨气因素

反应过程中存在大量的氨会降低硫的回收率，促使与一氧化氮反应转化为SO3，会大幅度降低催化剂的活性。另外，若氨不能在炉内完全燃烧，便会在温度较低的地方形成铵盐结晶，堵塞设备管线。因此，需要足够的空气量及较高的炉膛温度才能保证氨能够完全燃烧。

2.3 酸性气中烃的含量

若酸性气中烃含量增加，会使燃烧炉中因烃类燃烧不完全而产生炭黑，造成产出的液硫颜色不纯，使催化剂床层积碳，影响硫磺质量，同时降低硫磺的转化率，严重时还可能造成氨法脱硫尾气中二氧化硫超标，造成环境污染。若酸性气中烃含量过低，燃烧产生的热量不足，使炉膛温度偏低，造成氨燃烧不完全，同样影响装置的稳定运行及硫磺的转化率。

2.4 配风量

对于部分燃烧法的克劳斯工艺，硫磺的转化率主要取决于H2S/SO2的比值，由硫磺转化的化学方程式2 H2S+SO2==3/n Sn+2 H2O可知，H2S/SO2恰好完全反应的比值为2:1，即H2S/SO2控制比例为2:1时，硫磺的转化率最高。该比例的控制主要通过配风量来调节，因此，当进硫回收的酸性气成分发生变化时，配风量也要随之进行调节才能保证硫磺的转化率。

2.5 操作温度因素

温度控制操作是影响克劳斯硫回收工艺的关键问题，一旦酸性气体进入克劳斯装置后，除了硫化氢、二氧化硫和二氧化碳等成分之外，还有氧气、水蒸气及其他杂质成分，酸气焚烧炉的余热锅炉会促使复杂的化学反应，产生一系列的副产物；当温度小于600℃的情况下，克劳斯反应的转化率与温度成反比。但温度过低会造成铵盐结晶，堵塞设备管道，因此，对于温度的控制要求既要满足硫磺有较高的转化率，还要使铵盐不形成结晶，能够保证硫回收装置能够安、稳、长、满、优的运行。