【摘要】硫回收工藝種類比較多，主要有Claus法、Clinsulf法、LOCAT法、Sulfreen法、WSA法以及MCRC法等。Claus（克勞斯）技術(shù)是很多硫回收工藝的技術(shù)基礎(chǔ)，Claus法是目前煉廠氣、天然氣加工副產(chǎn)酸性氣體及其它含H2S氣體回收硫的主要方法。本文討論了基于Claus技術(shù)的燃燒爐硫回收工藝。
　　【關(guān)鍵詞】Claus 克勞斯 硫回收 燃燒爐
　　石油和天然氣作為全球主要能源被各國(guó)大量開采和加工，石油天然氣加工企業(yè)在生產(chǎn)加工過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生污染大氣，甚至危及安全的含硫氣體，因此必須要進(jìn)行硫回收。從含硫氣體中回收硫的工藝已經(jīng)成為石油化工、煤化工、天然氣凈化等工業(yè)的重要組成部分。Claus（克勞斯）技術(shù)被廣泛用在硫回收工藝上，這種方法操作流程簡(jiǎn)單，設(shè)備投資小，占地面積少，同時(shí)回收硫磺純度高。企業(yè)回收硫磺不僅可以減少甚至消除污染，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、綠色生產(chǎn)，而且還有一定的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，可謂一舉多得。
　　1 Claus硫回收工藝原理
　　Claus法是氧化催化制硫的一種工藝方法，改良后的Claus法被應(yīng)用廣泛。由H2S回收硫磺的Claus裝置在實(shí)際應(yīng)用中產(chǎn)生了一系列不同的過(guò)程形式，這些形式的區(qū)別在于一級(jí)轉(zhuǎn)化器前面產(chǎn)生SO2的方法不同。無(wú)論哪種型式都是由燃燒爐、廢熱鍋爐、轉(zhuǎn)化器、冷凝器等設(shè)備組成。
　　Claus尾氣吸收過(guò)程經(jīng)過(guò)燃燒爐，通過(guò)吸收塔，在吸收塔內(nèi)用石灰乳溶液或稀氨水吸收，生成亞硫酸氫鈣或亞硫酸氫銨，通過(guò)向溶液中通空氣，轉(zhuǎn)化為石膏或硫酸銨，達(dá)到無(wú)害處理。Claus硫回收裝置用來(lái)處理低溫甲醇洗的酸性氣體，使酸性氣中的H2S轉(zhuǎn)變?yōu)閱钨|(zhì)硫。首先在燃燒爐內(nèi)三分之一的H2S與氧燃燒，生產(chǎn)SO2，然后剩余的H2S與生成的SO2在催化劑的作用下，進(jìn)行Claus反應(yīng)生成硫磺。Claus法回收硫的基本反應(yīng)式如下：
　　H2S +？1/2O2 = S + H2O （式1）H2S + 3/2O2 = SO2 + H2O （式2）2H2S + SO2 = 3S + 2H2O （式3）
　　以上反應(yīng)式中，（1）和（2）在燃燒爐中進(jìn)行，（3）在Claus反應(yīng)器中進(jìn)行。在燃燒爐中，將溫度控制在1100℃-1600℃之間，同時(shí)控制進(jìn)入的空氣，控制H2S部分燃燒，得到SO2和S，同時(shí)為克勞斯催化反應(yīng)提供H2S/SO2為2：1的混合氣體，控制燃燒爐的熱平衡。在Claus反應(yīng)器中，通過(guò)鋁基和抗漏氧保護(hù)催化劑床層反應(yīng)生成硫。其中燃燒爐硫轉(zhuǎn)化率可以達(dá)到60%—70%。
　　2 Claus硫回收工藝過(guò)程
　　一般情況下，硫回收通常由酸氣燃燒、Claus制硫和尾氣處理等幾個(gè)過(guò)程。Claus硫回收裝置包含Claus單元和SCOT單元，這兩個(gè)單元的硫回收率解決百分之百。硫磺回收裝置具體有硫磺回收、尾氣處理、尾氣焚燒、液硫脫氣和液硫成型五個(gè)部分。Claus技術(shù)的工藝方法包含部分燃燒法、燃硫法和分流法等三大類，根據(jù)原料氣中H2S的含量從多到少還可以細(xì)分為部分燃燒法、帶預(yù)熱部分燃燒法、分流法、帶預(yù)熱分流法及直接氧化法等。
　　部分燃燒法中，酸性氣體通過(guò)燃燒爐，按照H2S的1/3的空氣量，生成H2S與SO2為2∶1的混合氣體，通過(guò)裝有催化劑的反應(yīng)器將H2S轉(zhuǎn)化為單質(zhì)硫。分流法中，將1/3的酸性氣體通過(guò)燃燒爐，加入空氣將H2S燃燒生成SO2，而后混合2/3的酸性氣體混合進(jìn)入反應(yīng)器。燃硫法中，酸性氣體經(jīng)過(guò)燃燒爐生成SO2進(jìn)入反應(yīng)器。
　　高溫?fù)胶戏ê驮诰€爐再熱法是常用的工藝流程，前者分外摻合法和內(nèi)摻合法，外摻合法是從酸性氣燃燒爐尾部引出一股或兩股高溫過(guò)程氣摻合到一級(jí)或一、二級(jí)轉(zhuǎn)化器的入口氣流中，使過(guò)程氣達(dá)到再熱的目的。內(nèi)摻合法是在廢熱鍋爐內(nèi)設(shè)置一根帶耐熱襯里的內(nèi)摻合管，內(nèi)摻合管內(nèi)是高溫過(guò)程氣，利用設(shè)置在廢熱鍋爐末端的高、低溫過(guò)程氣蝶閥開度來(lái)調(diào)節(jié)一級(jí)反應(yīng)器入口的過(guò)程氣溫度。后者設(shè)置一系列再熱爐作為過(guò)程氣的再熱手段，再熱爐以酸性氣或燃料氣作為燃料。下圖1顯示的是Claus硫回收工藝流程圖。
　　3 影響因素
　　在整個(gè)工藝流程中，存在著眾多的影響因素，這些因素直接或者間接地影響了Claus燃燒爐硫回收的效果，這些因素主要有：進(jìn)料酸性氣的H2S含量，烴類和NH3等雜質(zhì)組分，H2O含量，風(fēng)氣比，H2S和O2比例，反應(yīng)器操作溫度，氫含量，催化劑的選擇使用等等。
　　酸性氣中H2S的含量的高低可直接影響到Claus硫回收率和投資成本，使用高效選擇性脫硫溶劑即可有效地降低酸性氣中的CO2含量，同時(shí)有提高了H2S含量；酸性氣體中烴類的主要影響是提高反應(yīng)爐溫度和廢熱鍋爐熱負(fù)荷，加大空氣的需要量，致使設(shè)備和管道相應(yīng)增大，增加了投資費(fèi)用，并且過(guò)多的烴類還會(huì)影響硫轉(zhuǎn)化率；NH3在高溫下還可能形成各種氮的氧化物，促使SO2氧化成SO3，導(dǎo)致設(shè)備腐蝕和催化劑硫酸鹽中毒，因此要在反應(yīng)爐內(nèi)對(duì)其進(jìn)行分解反應(yīng)；酸性氣體中水含量要適中；空氣和酸性氣的比例要保持，在Claus反應(yīng)過(guò)程中，空氣的不足或者過(guò)剩都會(huì)降低硫轉(zhuǎn)化率；反應(yīng)器的操作溫度不僅取決于熱力學(xué)因素，還要考慮硫的露點(diǎn)溫度和氣體組成，操作溫度越低，平衡轉(zhuǎn)化率越高，但溫度過(guò)低，會(huì)引起硫蒸汽因催化劑細(xì)孔產(chǎn)生的毛細(xì)管作用而凝聚在催化劑的表面上，使其失活；此外，催化劑的選擇直接影響轉(zhuǎn)化率和回收率，目前常用的催化劑大體分為兩類，一類是鋁基催化劑，如高純度活性氧化鋁（AL2O3含量約為95%）及加有添加劑的活性氧化鋁。后者主要成分是活性氧化鋁，同時(shí)加入1%～8%的鈦、鐵和硅的氧化物作為活性劑；另一類是非鋁基催化劑，例如，二氧化鈦（TiO2）含量高達(dá)85%的鈦基催化劑（用以提高COS、CS2水解活性）等。
　　參考文獻(xiàn)
　　[1] 陳賡良.克勞斯硫磺回收工藝技術(shù)進(jìn)展[J].石油煉制與化工，2007，38（9）：32-37
　　[2] 吳鐵輝，林栩.加氫精制裝置工藝設(shè)備在濕硫化氫環(huán)境中的腐蝕與防護(hù)[J].石油化工設(shè)備技術(shù)，2003，7：49-51

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