富氧克劳斯硫磺回收工艺在装置扩容中的应用

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1、富氧克劳斯硫磺回收工艺在装置扩容中的应用江苏中圣高科技产业有限公司江苏南京213000摘要：基于小型硫磺回收装置在较短时间实现扩容改造的要求，引入宮氧克劳斯技术方案。结合原料及装置状况，根据模拟计算确定富氧浓度及合适来源，以较小投入实现硫磺装置生产能力的提高，解决了制约上游生产装置负荷的瓶颈，取得良好的经济效益和社会效益。关键词：硫磺回收；克劳斯；富氧；一、扩容改造背景和方案选择原有硫磺回收装置设计能力2600吨/年。近年来，上游装置的原料油含硫量变化较大，经常在2000〜4000ppm(wt)之间波动，硫礴

2、装置的处理能力直接制约着上游加氢装置的处理量。装置在超负荷状态下处理能力达到4000吨/年，此时的系统压降己经达到极限，但依然无法保证上游装置在高硫原料状态下的满负荷运行，制约着整个工厂的效益。工厂计划在全厂停工检修期对硫磺装置进行扩容改造，为了在检修期之前的几个只内能够在不停产、不进行大的改动的条件下解决生产瓶颈，短期提高硫磺装置处理能力，需要寻求一种切实可行的对装置改变最小的增产方案。在这种要求下，富氧克劳斯技术被提上了议事日程。二、传统克劳斯硫磺回收工艺及富氧技术典型克劳斯硫磺回收工艺流程如下：经进装置

3、的酸性气进燃烧炉与来自鼓风机的空气发生反应，供风量按照NH3和烃类完全燃烧，1/3H2S牛.成SO2严格控制。燃烧后的高温过程气经过废热锅炉、一级硫冷凝器回收热量、产生蒸汽同时硫蒸汽冷凝为液硫，分离液硫并经再热后进入一级反应器，在催化剂作用下，过程气中的H2S与SO2发生反应牛.成硫磺，反应后的过程气再次进过液硫冷凝分离在加热反应的过程，最终经过三级硫冷凝器冷却，此时原料气中硫回收率已经可以达到95%以上，三级硫冷凝器后的克劳斯尾气可至硫磺尾气处理部分还原吸收后送至尾气焚烧炉焚烧排放。相比典型克劳斯硫磺冋收工

4、艺，富氧克劳斯技术有如下优点：1)在原有装置总压降基本不变的前提下，可大幅度提高装置处理能力2)H2S的总硫转化率稍有提高，根据资料介绍约为0.6%3)硫蒸汽和硫雾沬夹带损失相应减少4)由于燃烧炉温的提升，炼厂酸气中的NH3、HCN等杂质更容易分解和燃烧5)装置可以方便的从空气改为富氧操作，且氧含量调节方便富氧克劳斯技术可以采用含氧量不同的富氧空气：低浓度富氧(02<28%)、中等浓度富氧(28%≤O2<45%)和高浓度富氧(02≥45%)。低浓度富氧条件下装置无需改动设备，中等浓度富氧需要更换为

5、专用Sure燃烧器，而高浓度富氧会使炉膛温度超过耐火材料的极限，需要采用双燃烧室工艺或侧线燃烧炉工艺。可见，在当前条件下，对现有装置进行低浓度富氧改造是最简单有效的手段。改造设计中需要根据原料状况、扩容要求及安全需求确定富氧空气氧含量和根据耗氧量选择合适的氧气来源。6)氧含量的选择氧含量的选择要综合考虑原料条件、克劳斯体系的操作负荷、燃烧炉耐火材料的极限温度等。对理想克劳斯而言，以纯氧代替空气可以使装置的处理能力及产生的热量提高3倍，但实际上升高温度往往受制于燃烧炉耐火材料的要求，而且燃烧器的适应性和废热锅炉

6、的负荷也有一定的限制。燃烧炉的温度不仅仅与空气中的氧气浓度冇关，还与原料酸性气中的硫化氢浓度有关，硫化氢浓度越高，炉温提升的幅度也越大。本装置酸性气来源为酸性水汽提单元和溶剂再生单元的高浓度酸性气，H2S浓度为87.4%(mol),在当前工况下为保证NH3能够在燃烧炉分解，酸气进料和空气进料皆预热至240°C。以酸性气进料量390m3/h核算，通过流程模拟和燃烧炉燃烧计算，在控制克劳斯尾气H2S与S02的比例为2:1的条件下，燃烧室的绝热温度、配风量、催化及加氢反应器温升与进料空气中氧含量的关系如下：表中燃烧

7、炉温度是基于封闭系统绝热状态下的模拟值，现场实测值受炉体散热、检测误差等影响会有偏差，根据该装置2012年标定报告显示，炉温测量值为118CTC,为保证NH3燃烧分解通过入炉酸气和空气预热的方式使之达到1250°C以上；燃烧炉温度、一、二级催化反应器的温升会受实际生产中过程气空速的影响导致液硫产量分布而与模拟计算有所偏差，在改造设计中我们需要关注的是温升提高的相对值。由模拟计算可见，随着氧含量的提高燃烧室的绝热温度会升高，燃烧炉配风量会大幅度降低，也就降低了兑劳斯系统过程气总量。比对0前操作工况,现场炉温与模

8、拟的燃烧室绝热温度有一定偏差，为保证燃烧炉外壁温度不超过工艺卡片上限值的280°C,同吋满足装置改造最小的原则，最终确定富氧浓度控制在28%(mol),同时可停用酸气和空气预热器以防止燃烧炉超温。通过理论计算确认此方案可行。1)氧气来源富氧克劳斯技术有诸多优点，之所以没冇广泛运用的原因之一是氧气的来源。大规模的硫磺冋收装置需要配套相应的空分装置，造成投资总额的上升和生产成本的增加。本装置从规模上来说