选择性氧化工艺在克劳斯硫磺回收装置的应用与改造

张 华 李 坤 蒋玉辉

(兖矿鲁南化工有限公司 山东滕州277527)

选择性氧化工艺在克劳斯硫磺回收装置的应用与改造

张 华 李 坤 蒋玉辉

(兖矿鲁南化工有限公司 山东滕州277527)

0 前言

某公司克劳斯硫磺回收装置生产能力为16kt/a，采用传统二级克劳斯转化工艺，尾气中H2S和SO2含量超过国家排放标准。为了使排放尾气达标，采用选择性氧化工艺对尾气处理进行了技术改造。

1 改造前克劳斯工艺流程

来自脱硫工段的酸性气经酸性气缓冲罐分离冷凝水后，由酸性气鼓风机加压至80kPa，进入酸性气燃烧炉与按一定比例配入的空气和燃料气混合燃烧，使炉膛温度保持在950℃左右。炉内H2S燃烧转化成单质硫，燃烧后从炉内出来的混合气分成3股:第1股去一级高温掺和阀;第2股去二级高温掺合阀;第3股经废热锅炉气体温度被降至330℃后再进入一级冷凝器，被冷却到150℃后分离出液硫。从一级冷凝器出来的过程气与一级高温掺和阀内的高温气体掺和，温度被升至270℃后进入一级克劳斯反应器发生催化转化反应;反应后的过程气进入二级冷凝器被冷却到150℃后分离出液硫，反应后的过程气与二级高温掺和阀内的高温气体掺和，温度被升至220℃后进入二级克劳斯反应器发生催化转化反应;反应后的过程气进入三级冷凝器被冷却到150℃后分离出液硫，三级冷凝器出口气体进入尾气分液罐，进一步分离出气体中夹带的液硫，三级冷凝器出口气体进入尾气分液罐，进一步分离出气体中夹带的液硫，然后进入尾气焚烧炉，在尾气焚烧炉内与配入的稍过量的空气和燃料气进行高温焚烧，使H2S全部转化成SO2。焚烧后的气体，经尾气废热锅炉被冷却至300℃，烟气通过烟囱高空排放。

2 选择性氧化工艺改造

2.1 选择性氧化工艺流程

从三级冷凝器出来的尾气经尾气分液罐分离出液硫后，克劳斯尾气从顶部出来，与一定量的氢气混合，经过加氢预热器被预热到300℃，然后进入加氢反应器发生催化转化反应，将除H2S以外的硫化物几乎全部转化为H2S，加氢反应器出口气体进入蒸汽发生器Ⅱ被冷却到200℃，配入微量空气后进入氧化反应器，通过选择性氧化制硫催化剂的作用，其中体积分数90% ～95%的H2S燃烧生成单质硫，然后过程气进入蒸汽发生器。蒸汽发生器后气体进入液硫捕集器，最终进入烟囱直接排放。

2.2 选择性氧化工艺主要反应及催化剂性能

经二级克劳斯反应器后尾气中含有的SO2在加氢催化剂作用下加氢转化为H2S，H2S在选择性氧化制硫催化剂作用下加氧氧化为单质硫。其反应原理如下:

选择性氧化制硫催化剂的物理性能见表1。

表1 选择性氧化制硫催化剂的物理性能

2.3 正常操作条件的控制

(1)通过调节进炉空气量、酸性气含量和配入的燃料气气量可将酸性气燃烧炉温度控制在950～1100℃。

(2)将反应器进口气体温度控制在工艺指标范围内，并且保证进反应器H2S与SO2物质的量之比为2∶1，一级、二级克劳斯反应器进口气体温度分别控制在(270±5)℃和(220±5)℃。

(3)将加氢反应器进口气体温度控制在约300℃，并调节配入的氢气量。

(4)氧化反应器进口气体温度控制在约200℃，通过配入过量空气，以保证H2S燃烧转化成单质硫，以保证排放尾气指标合格。

3 富氧空气改造

3.1 改造原因

为了配合此次改造，需要将酸性气燃烧炉温度控制在1100℃，因此，需要加入大量的空气来保证炉温，使用空气进行酸性气燃烧时，由于只消耗氧气，空气中剩余的氮气等其他惰性气体不参与反应，采用富氧空气燃烧可减少氮气等其他惰性气体带入后续系统。

3.2 改造内容

在空气鼓风机出口管线新增1台富氧空气混合器。从空分装置来的1.0MPa氧气管道上引入的氧气，经过流量计计量后进入富氧空气混合器，在富氧空气混合器内与空气鼓风机送出的压力为0.05MPa、温度为40℃的空气混合进入酸性气燃烧炉。因为酸性气燃烧炉没有更换烧嘴，为了保护烧嘴不被烧坏，混合后空气中氧气体积分数最高只能控制在28%，所以此次改造为低浓度富氧改造。

3.3 氧气量的确定

根据空气量来确定加入的氧气量，保证混合后富氧空气中氧气含量，提高氧气含量后，由分析室配合分析氧含量，与现场流量计对照，确认流量计是否准确。氧含量理论计算公式为:

a=(V1×21%+V2)/(V1+V2)

式中:V1—富氧空气中的空气量;

V2—加入的纯氧气量;

a—富氧空气中的氧气体积分数。

3.4 改造效果

富氧空气改造后实际运行数据见表2。

表2 富氧空气改造后实际运行数据

由表2可以看出:配入氧气后，空气量明显减少(减少的空气量=投用纯氧量/0.21)，系统阻力也得到降低;由此可以减轻空气鼓风机的负荷，鼓风机出口压力由0.040MPa降至0.028MPa，避免了鼓风机因压缩比增大做功，机体温度升高烤化润滑油而烧毁轴承以及电机电流大烧损电机等恶性事故的发生，保证了设备的长周期运转。

4 结语

硫回收尾气处理为环保项目，改造后的硫回收转化率在99.5%以上，烟囱排放中SO2含量完全达到国家标准要求，改善了企业及周边的环境状况。

SO2加氢后，生成的H2S燃烧生成单质硫，增加了硫磺的产量，酸性气气量为5000m3/h，φ(H2S)为1.5%，生成的硫磺量为107.14kg/h，年增产硫磺848.55t;按硫磺1000元/t计，年可增加效益85万元左右。

2013-09-04)