如何提高硫回收装置回收率

陈祥胜

【摘要】本文从催化剂活性、操作温度、计量控制、冷却器温度等多个方面阐述了影响硫回收回收率因素进行了归纳总结

【关键词】克劳斯气 回收率 转化率

1.前言

为了保护我们赖以生存的环境，我国对废气达标排放制定了严格的法规。但近段时间由于大量的煤化工项目的上马，含有硫化氢的酸性气的不合格排放对环境造成了严重污染。如何使酸性气达标排放，也就是如何优化硫回收装置的操作，使装置能够安、稳、长、满、优运转，提高硫回收率并降低环境污染，对克劳斯装置的操作者来说是最重要的。

2.影响硫回收率的主要因素

2.1反应的化学计量控制不准

基本工艺看起来是简单的，但工艺的控制却是复杂的。主要原因是由于原料中杂质的存在、原料组成及流量的变化、反应炉及催化剂床层中副反应的发生、控制仪表的精确度等。所有上述影响都可以减小，但不可能完全消除。试验工作显示，在原料组成和流量相对稳定的情况下，过量空气量控制在±0.6%的范围内是可以接受的。由此造成的总硫损失，对二级克劳斯装置来说为0.2%，对三级克劳斯装置来说为0.3%.原料组成不稳定或控制不当将引起很大的硫损失，由于化学计量控制不合适造成的硫损失最高可达到20-30%.

2.2催化剂失活

在克劳斯转化器中使用的典型催化剂是氧化铝基或二氧化钛基催化剂，目的是在合理的接触时间内促进克劳斯反应及COS/CS2的水解反应达到平衡。导致催化剂失活的原因主要有炭重烃中毒、硫酸盐化、液流沉积、机械损伤等。为保证装置的长周期运行，转化器的体积通常设计的较大，保证在催化剂部分失活的条件下，克劳斯反应在整个催化剂床层仍能达到平衡。如果催化剂失活水平已经不能使克劳斯反应及COS/CS2的水解反应达到平衡，将直接影响装置的总硫转化率。

由催化剂的失活引起的硫回收率损失变化较大，这主要取决于是哪级催化剂床层失活及失活的水平。第一反应器催化剂失活对装置的效率影响较大，失活主要由旁通燃烧炉的气流中毒所引起，也可能由于设计本身存在缺陷或者燃烧情况不好所引起。由于第一反应器除了进行克劳斯反应外，主要进行COS及CS2的水解反应，催化剂失活将导致水解反应不完全，由此造成的总硫损失可超过5%.

2.3第一反应器的操作温度太低

硫化氢和氧只是克劳斯工艺气中的两个组分，但在进入克劳斯装置的酸性气、污水汽提塔气及空气中还含有其他组分。由此导致了在燃烧炉及废热锅炉中还发生了一系列的副反应，许多副反应都产生COS及CS2。通常大多数装置不能控制这类物质的生成，这些组分的生成是不可避免。COS及CS2不参加克劳斯反应，但由于其中含有硫原子，需要转化为硫化氢或者元素硫以便在下游进行进一步的转化或回收。COS及CS2的平衡转化率大约分别为99%及100%，但由于动力学限制，转化率一般达不到上述数值。为了克服这种限制，一般通过提高第一反应器床层温度或通过使用特殊的催化剂，如助剂型氧化铝催化剂，或者二氧化钛催化剂来提高有机硫化物的水解率。山东迅达化工有限公司开发的A988TiO2的催化剂综合性能超过了国外催化剂，COS和CS2的水解率可以达到100%，可以完全满足硫回收装置的使用要求。

2.4第二第三反应器的操作温度太高

低于600℃时，克劳斯反应转化率随温度降低而升高。第一反应器的最佳操作温度也就是使COS及CS2获得最高水解率的温度，而第二和第三反应器的操作温度应尽可能的低以获得克劳斯平衡转化率。对于所有的标准克劳斯装置（包括亚露点工艺），既然转化器中液流的存在可引起催化剂失活，低温极限也就是硫的冷凝点或露点。但对一实际装置来说，每一转化器的实际露点将随着很多参数而变化如酸气质量、上游转化器的转化率及回收率、再热器的类型等，可通过模拟程序或试验工作来精确地加以确定。

理论上，每一转化器都应在硫的露点温度操作从而保证在整个床层都能获得最高转化率。但实际上，这个操作温度的界限（指的是实际操作温度与露点温度的差别）的确定还要考虑到热损失、露点计算误差及硫在催化剂上的毛细凝聚等。有经验的装置操作者经常在高于露点以上5-15℃来运行第二和第三反应器，其引起的硫回收率损失在0.2-0.6%。工艺上经常使用的高于硫露点温度20-70℃的操作温度，导致的硫损失超过4%.

2.5气流旁通转化器

采用酸性气燃烧或热气掺和的再热方式将导致部分含硫气流旁通反应炉或催化床，从硫回收率的观点来看，这两种再热方式用于第一反应器时，对硫回收率没有不利影响。但当这两种再热方式用于后续催化剂反应器时，可导致很大的损失。在最严重的情况下，在三级克劳斯装置中的所有转化器全部采用酸性气燃烧的再热方式，所引起的直接硫损失将达到0.4-0.6%，如果所有三个反应器全部采用热掺和再热方式，引起的硫损失将达到2-3%.

2.6最后一级冷凝器的温度过高

在每一级转化器的后面都有一级冷凝器将气流冷却并使生成的元素硫冷凝并脱除。为了保证下一级转化器在较低的温度下操作并生成更多的硫，在冷凝器中进行硫的脱除是必要的。冷凝器的操作温度是根据脱除元素硫的需要、气流再热的经济型及合适冷却介质存在的可能性来确定的。

但对于没有尾气处理装置的最后一级冷凝器，只有冷却的作用，在此情况下，既然任何残余的硫蒸汽都将造成直接的硫损失，尽可能的脱除元素硫是其最终目的。最后一级冷凝器中的硫蒸汽损失是由操作温度决定的，如果该冷凝器的操作温度为123-130℃，相对于富酸性气来说，引起的硫损失约为0.3%.为消除铵盐的沉积，许多装置的最后一级冷凝器的操作温度通常为150℃，由此引起的硫损失至少为1.2%.

3.结论

三级克劳斯装置的理论硫回收率大约为98%，二级克勞斯装置的理论硫回收率大约为97%.但由于上述因素的影响不可避免的会引起硫回收率的损失，实际的硫回收率要比预期的低的多，上述的任何一个都能引起硫回收率的损失，本文将其归结说明的目的是给硫回收装置的操作者提供一检查表用于对照检查其装置的硫损失情况并设法加以消除。