克劳斯硫磺回收工艺的选择

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1、克劳斯硫磺回收工艺的选择发布日期：2012-08-27引言克劳斯（Claus）法是一种比较成熟的多单元处理技术，是目前应用最为广泛的硫回收工艺。但其受到反应温度下化学反应的平衡和传统克劳斯工艺本身的限制，影响整个硫磺回收装置的回收率。所以为了改善克劳斯装置效能、提高硫磺回收率和尾气排放达标，不断有开发的新技术对传统的克劳斯工艺进行改进，来满足不同进料条件。在优化硫磺回收装置的流程中，首要考虑的问题是进料酸气的组成，常规克劳斯工艺要求酸气中H2S含量要大于50%，但往往酸气中H2S的含量非常低（5-50%左右），且有时还含有大量的CO2。贫酸气不

2、能满足常规克劳斯燃烧炉的操作温度要求，且火焰稳定性差，所以需要对常规工艺实施改进。另外，酸气中可能含有NH3和烃类物质，也会引发后续的一系列问题。所以同样也需对常规克劳斯工艺进行改进，以求处理这些污染物。这篇文章的目的就是讨论三种不同组成的进料气，基于不同类型的克劳斯及改进克劳斯工艺过程，来提高整体装置的总硫收率。两种不同组成的原料气分别如下，H2S>50%和H2S<50%。本文以ProMax工艺流程模拟软件作为模拟计算工具，考察以上两种酸气在多种克劳斯硫磺回收工艺中的反应情况。工艺流程图-1克劳斯硫磺回收装置流程图富酸气(H2S>50%)的工

3、艺流程8根据富酸气中H2S>50mole%及装置硫磺回收率的要求，我们对流程进行了几项优化和改进措施的考虑，如两级或三级克劳斯，包括或不包括直接氧化反应器，亚露点反应器等。图-1是克劳斯硫磺回收装置的流程示意图，其中虚线标出的部分是基础流程的改进方案。我们以一套两级克劳斯回收装置作为基础案例研究讨论，其酸气组成H2S的摩尔含量大约在93%左右。使用ProMax对克劳斯硫磺回收工艺进行了初始建模及计算，并准确地吻合了工厂的操作数据。表-1列出了ProMax模拟结果与操作数据的对比，及改进后流程参数对的详细情况富酸气组成及基础案例数据对比实际装置的

4、硫磺回收率为91.8%，低于目前新建装置所需达到的要求。通过检验，我们发现可以调整某些参数来优化装置的总硫收率。下面我们根据目前的工业标准，通过对模型参数的改变来优化模拟实际装置的情况。废热锅炉的出口温度由449℃降低至371℃，并在废热锅炉后增加了硫磺冷凝器，以便回收在燃烧炉中生成的硫磺。硫磺冷凝器的加入改善了硫磺回收率，这是因为在硫磺产物吸附在克劳斯反应器的催化剂床层上，降低了反应效率。同样通过对一级再热器出口温度的控制，使一级克劳斯反应器的出口温度降为343℃，而不是386℃。降低反应器的温度会提高克劳斯反应的转化率，但是又要保证足够高的

5、温度使COS和CS2的水解。相似的控制二级再热器的出口温度，使二级克劳斯反应床层的温度比硫磺露点温度高30℃，当催化剂床层温度越接近硫磺露点温度时，装置的总硫收率就会越高。最后关心的问题是控制尾气中H2S/SO2摩尔比，在克劳斯反应中主要反应如下：现场数据显示尾气中H2S/SO2摩尔比为1.2：1，在改进的模拟流程中，调整控制进入燃烧炉空气的量，使摩尔比为2：1。将这些看似微小的调整应用在模拟流程中，总硫收率由91.8%提高至96.1%，相比于原始设计提高了4.3%，结果见表-1。接下来以改进的两级克劳斯流程作为基础模型，同其他的改进流程进行对

6、比分析。8标准的三级克劳斯流程当进料为富气时，典型的三级克劳斯硫磺回收装置中硫磺回收率可以达到96-97.5%。（若要求尾气达标，需增加尾气处理装置，可使总硫收率达到99.9％以上）。鉴于此结论，将二级克劳斯改为三级克劳斯硫磺回收装置，流程图见图-2。同样控制尾气中H2S/SO2的摩尔比为2：1，并在ProMax模拟流程中认为克劳斯反应趋近95%的平衡转化率。第一级克劳斯反应器的温度为343℃，以保证COS和CS2的水解反应温度。二、三级反应器的温度控制在比硫磺露点温度高30℃，以便获得较高的总硫收率。可见通过ProMax的模拟结果来看硫磺回收

7、率增加到了98%，比二级克劳斯反应流程要高出1.9%的转化率。各硫磺回收工艺流程对比结果见表-2。（表中所有流程中都是假定按照优化后的条件下获得的硫磺回收率，实际操作装置的回收率可能会比报告中数值低0.5-1%。） 富酸气工艺流程总硫收率对比8三级克劳斯硫磺回收-ProMax流程图二级克劳斯+选择性氧化（超级克劳斯）将常规的第三级克劳斯反应器替换为选择性氧化的反应器，在此反应阶段采用的是将H2S直接氧化为元素硫的催化剂，这个工艺过程叫做超级克劳斯法。此法包括Superclaus99和Superclaus99.5两种类型，前者总硫收率为99%左右

8、，后者总硫收率可达到99.5%。Superclaus99的特点是将两级常规克劳斯法催化反应器的尾气，直接通入到选择性氧化的反应器中。而Supercla