克劳斯法硫磺回收工艺技术研究

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摘要：近些年，我国出台了很多政策来对环境污染问题进行控制。石油化工行业是污染较为严重的行业之一，石化企业在实际生产过程中，难以避免的会产生一些污染环境的物质，比如硫化氢。如果不对这些污染物质进行处理就直接进行排放，那么就会对环境造成非常严重的污染。基于此，文章对克劳斯法硫磺回收工艺技术的原理、优点进行了简要阐释，并就其应用现状及发展趋势展开了分析与探讨，旨在进一步提升石化企业生产中硫磺回收技术水平，降低对环境的污染。

关键词：克劳斯法；硫磺回收；工艺技术；优化措施

二氧化硫的危害是非常多的，不仅可以对人体呼吸道黏膜进行严重的刺激，而且还有可能使人患上慢性咽炎、慢性支气管炎等，除此之外，二氧化硫还会对大气造成非常严重的污染，形成酸雨。在大气当中的二氧化硫，在进行一系列氧化作用之后会形成硫酸雾，逐渐随着飘尘进入到人体的肺泡当中。随着我国污染问题不断严重，我国在对二氧化硫等污染物排放量进行控制前提下不断增加具体改善空气质量的方法，其目的就是要将二氧化硫等污染物对环境的污染降低到最小。目前，在石油化工企业硫磺回收过程中，主要可以分为湿法脱硫以及干法脱硫。本文重点研究的克劳斯工艺归属于干法脱硫工艺。与其它脱硫方法相比，克劳斯法工艺流程相对简单，且对硫元素的回收率较高，费用也相对较低，因此，该方法在实际生产中有着较为广泛的运用。

1克劳斯硫回收工艺特点

目前，在我国很多炼油厂、炼气厂都会运用克劳斯法来进行酸性气体的处理以及硫的回收。与其它硫回收方法相比，该方法具有成本低廉、流程简便、占地面积小等优点。所以，克劳斯法在我国化工生产中应用非常广泛。但是近些年随着我国对环保重视程度的不断提升，传统的克劳斯法即便经过三级转化，其硫回收率也只能达到95%-98%，这已经无法满足我国环保新标准的要求，所以，如何提升硫回收率已经成为整个行业所重点关注和必须要解决的一个关键问题。

2克劳斯法硫回收工艺原理

在实际生产中克劳斯法硫磺回收工艺使用低温甲醇来对酸性气体进行处理，将其中的硫化氢转变为单质硫。三分之一的硫化氢在燃烧炉中会与氧气进行反应，生成二氧化硫，之后剩下的三分之二硫化氢会和二氧化硫在催化剂的催化作用以及合适的温度环境下发生催化反应，生产硫磺。但是需要注意是，在化工生产的酸性气体中除了硫化氢之外，还有大量的二氧化碳、烃类物质以及水蒸气，二氧化硫在发生反应的过程中也会伴随着很多副反应的进行。目前，在石油化工行业中克劳斯法硫磺回收工艺已经成为运用最广泛的工艺技术之一，并且随着其应用，克劳斯法硫磺回收工艺技术也愈来愈成熟。因此，当前该方法的实际应用中，按照硫化氢气体体积的占比情况，可以将克劳斯法又分为直流法、分流法以及直接氧化法。主要工艺过程为，酸性气体在克劳斯炉内进行燃烧，使硫化氢与氧气发生氧化反应生成二氧化硫，之后，二氧化硫在催化剂的作用下和没有发生燃烧反应的硫化氢气体发生催化反应，最终生成硫磺。在传统克劳斯法的基础上，工作人员经过对其反应流程的优化，形成了超优克劳斯法。超优克劳斯法充分利用了现代的技术和工艺，基于热力学平衡角度对传统克劳斯法进行优化，主要涉及到发展新型的催化剂、选择使用富氧燃烧技术等。这些新的工艺和技术的使用，使超优克劳斯法硫磺回收工艺对于硫元素的回收率大大提升。通过相关实践结果，可以表明，采用超优克劳斯法硫磺回收工艺对硫的回收率能够达到99.4%以上。这大大降低了石油化工生产对环境造成的污染。超优克劳斯法通常由一个高温段以及三个反应段所共同组成。高温段的设备主要有硫化氢燃烧炉以及废热锅炉，硫化氢在燃烧炉内发生氧化反应生成二氧化硫，在所有二氧化硫中大约有三分之一的硫化氢会发生反应。剩下的硫化氢会和生成的二氧化硫在催化剂的作用下生成硫磺。其化学反应方程式为：2H2S+SO2→3S+2H2O。之后，会继续进行加氢催化反应。二氧化硫会在该反应段被尾气中的氢气与一氧化碳还原为单质硫和硫化氢。最后，在最后一个反应段向反应器中通入过量的空气，以便于使剩余的硫化氢全部发生氧化反应，最终生成水和单质硫。超优克劳斯法硫磺回收工艺的核心对尾气中的二氧化硫进行加氢还原反应，使其生成硫化氢，之后又运用过量的氧气使硫化氢发生反应生成单质硫。和常规克劳斯法尾气处理工艺的主要区别是，超优克劳斯法硫磺回收工艺的加氢过程不需要单独的制氢过程，而是利用反应本身所产生的氢气就能够实现，且不需要对过程气进行升温或者降温过程；另外，尾气中的硫化氢也不需要再使用溶剂进行吸收，优化和改造成本相对较低，具有较高的经济价值。

3克劳斯法硫磺回收工艺的优势

(1)在石油化工生产硫回收过程中，克劳斯法硫磺回收工艺具有工艺简便、操作简单、成本较低等优势，且该反应的化学稳定性相对较高。该方法所使用的装置复杂度也相对较低，维修较为方便，其催化剂的使用寿命能够高达10年，寿命比较长；(2)克劳斯法硫磺回收工艺对于硫磺的回收以及转化效率非常高，能够满足当前越来越严格的环保标准；同时通过对克劳斯法进行优化和改良之后，其硫磺回收率能够达到99.4%以上，极大的降低了向大气中排放的硫化物；(3)克劳斯法硫磺回收工艺对化工生产中酸性气浓度的适应范围较广，能够针对不同浓度的酸性气选择不同的工艺和技术。(4)克劳斯法硫磺回收装置升级改造较为方便，能够有效节省企业在硫磺回收装置方面的投入，降低企业的经济压力。

4克劳斯法硫磺回收工艺技术应用现状与趋势

克劳斯法硫磺回收工艺技术的实际使用中，为了更好的保障硫磺的回收效率，要尽可能确保硫化氢\二氧化硫之间的比值在2左右。在具体生产过程中，应该经常对比值分析仪器进行维护保养，确保其始终处于正常工作状态，并且应该对元硫化氢\二氧化硫之间的比值引起足够的重视，通过与比值分析仪器的反馈数据将回收单元的主燃烧炉配风工作做好。[1]4.1传统克劳斯工艺。现代化工生产硫回收中克劳斯法的应用是非常广泛的。简单来说，克劳斯法硫回收工艺技术的原理就是硫化物氧化、催化生成单质硫的过程。传统克劳斯工艺经过优化和改良，主要可以划分成三种类型，即直流法、分流法以及硫循环发。直流法也就是燃烧法，该方法应用中会将全部的酸性气体通入燃烧炉中进行燃烧，硫化氢的反应比例为三分之一，之后剩余的三分之二硫化氢会与生成的二氧化硫在催化剂作用下发生反应，生成硫磺。分流法在硫回收过程中，仅仅会将酸性气体的三分之一进入反应炉，剩下的酸性气体会和出口气共同通入冷凝器中进行冷凝，所以分流法并不能够直接生成成型的硫磺制品。4.2超级克劳斯工艺。随着新技术的发展以及人们对硫回收工艺要求的不断提升，传统克劳斯法也在不断进行优化和改进。超级克劳斯工艺就是其中一个重要的代表。超级克劳斯工艺以传统的克劳斯工艺为基础，增设了一个超级克劳斯转化器。该转化器的增加和使用，有效解决了酸性气体与空气配比难的问题，有效提升了硫磺回收效率。通过相关实践表明，超级克劳斯工艺比传统克劳斯工艺，其硫磺回收比例可以提升百分之二以上。4.3克劳斯低温、。富氧和直接氧化工艺克劳斯低温工艺指的是在低于硫露点的温度下开展相关作业，其优化的关键点是结合硫的露点温度来对转化器的温度进行调整，该方法对于硫回收的效率也非常理想，但是需要注意的是，由于该工艺需要增加冷凝设备，所以前期的投入成本有所增加。富氧克劳斯硫磺回收工艺以氧气作为催化剂，这不但有效提升了硫回收效率，同时也能够适应更大范围的硫化氢浓度。但是，目前工业生产中，氧气的成本比较高，所以基于成本和经济效益方面考虑，该工艺的大规模应用还需要对其进行持续改进。直接氧化工艺又可以分为气相氧化法以及液相氧化法。在常规的克劳斯硫磺回收工艺中，如果硫化氢占比较低，那么设备的温度就会下降，对后续的反应造成一定的不利影响。所以，选择使用直接氧化工艺能够更好的提升硫回收效率。4.4超优克劳斯工艺。超优克劳斯工艺从本质上来讲，就是对超级克劳斯工艺进行的更加深入的优化和改良。其最为关键的核心就是在最后的一级反应器床层中引入了加氢还原催化剂，通过加氢还原催化，进一步提升了硫磺回收效率，实践表明，该工艺对于硫磺的回收率可以达到99.5%以上。

5克劳斯法硫磺回收工艺技术发展前景

(1)克劳斯法硫磺回收工艺技术经过优化和改进之后，其硫磺回收率有明显的提升，比如，超优克劳斯工艺通过对相关工艺技术的改进，使硫回收率达到了99.5%以上，在提升硫回收率的同时也更好的满足了当前越来越严格环保标准。[3](2)为了保证硫磺回收工艺的安全运行，获得较高的硫磺回收率，采取必要的技术措施，降低硫的损失量。提高反应炉炉膛的温度，有益于气态单质硫的形成。同时控制好反应炉的配风比例，促使硫磺回收工艺的反应炉处于完全燃烧的状态。防止硫磺的回收不完全，导致更多的硫化氢的散失，给尾气合格排放带来压力。(3)降低硫冷凝器出口的温度，因此降低硫的气化量，减少硫的损失量。温度越高，硫蒸气的损耗量越大。对硫磺回收工艺的各个部分进行结构改造，将液硫池的主流气体引入到主燃烧池进行制硫，也可以将脱硫池的氧化尾气进行制硫处理，降低硫的损失量。实施更高的硫磺回收管理，获得较高的回收效率，因此降低烟气中的二氧化硫的排放量。(4)提高转化器中硫催化剂的活性，促使酸性气体得到充分地反应，提高硫的收率。如果硫催化剂的活性不能达到要求，势必导致尾气中的二氧化硫和硫化氢的含量超标，影响到尾气处理的质量。降低制硫管道腐蚀的速度，对尾气处理的吸收塔及冷却塔设备进行优选，提高设备的耐腐蚀性能。[2](5)以煤为原料制取合成氨和甲醇酸性气处理装置采用超优克劳斯硫回收工艺，是效果非常显著的一种方法。和传统的含有SCOT工艺的克劳斯回收方式相比较，改工艺中没有设置尾气处理装置，但是仍旧能够实现99.0%以上的硫磺回收效率，并且其在设备改造上的投入相对较少。和传统的克劳斯法硫回收方式比较，不但有效提升了硫回收率，且经济效益较为明显，所以，该工艺具有一定的推广价值。

6结语

综上所述，现如今的石油化工生产过程中，硫磺回收工艺技术的改进和优化是非常重要的，优化之后的工艺能够进一步提升硫磺回收效率，降低对环境的污染。克劳斯法硫磺回收工艺作为一种非常优质的工艺，通过对其进行进一步的优化和改进，能够实现硫磺回收与节能减排之间的相互协调，对于保障石油化工产业的健康、可持续发展具有重要意义。

参考文献：

[1]伍治源.克劳斯法硫磺回收工艺技术现状及发展趋势[J].中国化工贸易，2019,11(015):75.

[2]董建民，孙海霞.超克劳斯法硫黄回收尾气处理装置改进方法研究[J].通用机械，2018(009):20-22.

[3]杜江波，周瑶光.克劳斯法硫回收工艺技术进展研究[J].中国化工贸易，2018,010(021):88.

作者:许清鑫 单位:中国石油天然气股份有限公司广东石化分公司