克劳斯硫回收工艺中的富氧技术

吴学丽（内蒙古大唐国际克什克腾煤制天然气有限责任公司，内蒙古 赤峰 025350）

硫化氢气体是一种典型的毒害气体，在各类化工产业中广泛地存在。以化石能源工业为例，硫化氢不仅具有高毒性，同时也具有腐蚀性，对输油管道、输气管道以及其他工业设备存在潜在威胁，同时一旦泄露就会污染大气，甚至引发中毒事件；在当前的石油、天然气和煤炭等主流化石能源工业中，“脱硫”是一项重要的工艺过程。

但同时，硫化氢也是一种宝贵的资源，通过一定方式转化，可以得到硫磺物质，满足工业产品生产的需求，这对我国目前工业原料紧缺的现状而言，是一个综合利用和有效转化的合理趋势。

1 克劳斯法工艺限制

克劳斯法（Claus）早在十八世纪就已经出现了，但由于工艺设备的限制，传统的克劳斯法在进行硫磺的回收过程中，混合气体中的酸性物质会直接燃烧掉，其中硫化氢与空气混合燃烧之后，即可实现一部分硫磺生成物（化合物）。

但是空气中的成分比例最高的是氮气，约占2/3，有利于合成氨的生成；克劳斯法的主要目的是提高尾气处理并获取硫磺产品，因此有效减少空气中氮气的比例，提高氧气比例，效果是十分明显的。同时，由于采用纯氧或富氧空气的方式，可以有效减少生产成本和占地空间。

传统的克劳斯法在利用富氧技术的过程中也有弊端，主要是由于反应炉温度引起的。由于加入富氧空气之后反应炉的温度会升高，这对硫回收的工艺就产生了限制。同时，温度过高也容易造成控制难题，这些都是在使用富氧技术过程中需要改进的问题。

2 富氧技术在克劳斯法中的应用

富氧技术在具体应用中方法很多，比如利用压缩器或气缸，使用液氧装置或管线供氧装置，也可以采用薄膜技术等等。但富氧技术在克劳斯法中的应用需要遵循的原则是一致的，那就是在供应量、动力费用、需求分布、供氧压力以及环境等方面保持适应，维持生产平衡。

从目前我国的克劳斯硫回收法的应用中不难看出，液态氧比较适合大量的中小企业使用，同时生产也不必要保持连续性。但是，无论大型企业还是小型企业，富氧技术的应用都意味着要添加新的装置，增加投资费用。

3 克劳斯硫回收工艺中富氧技术的分析

克劳斯硫回收工艺中，富氧技术的起步较晚，一直到上世纪70年代才开始实质性的探索，但一经出现就表现出很强的生命力。目前，国内外主要存在的克劳斯富氧硫回收技术主要包括以下几种：

3.1 Cope工艺

Cope硫回收工艺是首次进行富氧技术生产的技术，在设备构成方面采用两套硫回收装置，分别使用55%的富氧空气轮流交替操作，这种工艺在原有硫回收的基础上提升了85%的产量。

Cope硫回收工艺的主要特点有两个：其一，设计了一种用于反应炉内部的燃烧器，促使火焰保持平稳，其二，两台设备交替使用，循环使用鼓风机冷却备用装置，冷凝器排除的气体再度进入反应炉，两者之间是一种封闭的状态。这种方案可以有效减轻单个反应炉的温度符合，同时提高了硫回收的效率。

3.2 Sure工艺

Sure工艺是一系列的技术手段，其原理是利用酸性气体和富氧空气的多级燃烧过程，大大提升克劳斯装置的处理能力。同时，这一工艺所获取的硫产品纯度很高，可以达到99.9%，其原因就在于多级燃烧的过程中加速了产品的纯化。采用Sure工艺的优势在于，传统的克劳斯装置不需要更换任何的设备部件，只需要增加一部分必要的设备，也无需做出任何的改动。

3.3 Oxyclaus工艺

Oxyclaus工艺采用改了一种新型锅炉，可以精确地控制酸性气体和氧气在火焰中心进行燃烧，促使硫化氢气体始终位于一种高火焰、高温度的中心，在这种状态下将二氧化碳转成一氧化碳，利用化学中的吸热反应来降低反应炉温度。

不难看出，Oxyclaus工艺的氧气利用率是最高的，尤其是热平衡打破过程中氢气浓度迅速下降，可促使氧气反应提升到80%-90%。

利用Oxyclaus工艺可以减少大量的耐高温装备投资，同时，Oxyclaus工艺与Cope工艺有很多类似的地方，尤其是在尾气的处理上更加简单和方便。

4 结语

使用富氧技术可以大幅度提高反映局的温度，增加了流回收装置中的氧气进量之后，必然导致硫回收过程中的障碍和限制。因此，结合克劳斯法使用富氧技术，还要从具体的情况入手，比如反应炉的耐火材料要求必须严格执行，反应设备的特殊要求必须满足等。

总体而言，富氧技术作为一种可以与克劳斯法紧密结合的硫回收工艺，可以大幅度地提升回收效率，减少对环境的影响，同时在新技术不断完善的情况下，其生产能力也更加吸引人，更具有经济效力。

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