分析富氧克劳斯硫磺回收工艺应用

摘要：当前我国工业产业的发展不断加快，富氧克劳斯工艺技术得到了快速的发展，该项工艺技术实际的操作弹性比较大成本投资较低，可以大幅度提升装备的工作效率以及生产能力。本文重点介绍了克劳斯硫磺回收工艺技术的发展现状，然后重点探讨了该项技术的使用优势以及在使用过程中存在的技术性问题，对该项技术经济性进行了有效的分析，对硫磺回收工艺技术的运用和发展起到了重要的保障。

关键词：硫磺回收；富氧克劳斯；工艺运用

在炼油企业尾气净化当中，通常情况下使用克劳斯进行硫磺回收，在高硫原油炼制当中产生的酸性气中硫化氢浓度较高，并且硫元素含量相对较大的时候，通常采用的是二级克劳斯加SCOT尾气处理技术，这种处理技术属于一条比较科学和有效的处理方法，并且在经济方面的投资也比较合理，但是在实施的过程当中仍然存在以下几个方面的问题，首先在常规的克劳斯组燃料炉的供风系统当中，普遍采用的是空气，大量的氮气进入到系统内部，加大了在反应过程当中的气体流失率，对反应过程当中的气体浓度进行一定的稀释，造成了设备当中的反应转化率不断降低，同时为了最大程度上可以满足工厂的生产和相关操作，必须要设定充足大的设备类型，对管线的尺寸和设备的投资量都进行了提升，其次在常规的反应容器当中，通过高温催化剂条件下实现了一种平衡可逆反应，该反应过程当中需要对产物当中的硫元素进行彻底去除。

1.富氧克劳斯工艺技术的发展

富氧克劳斯属于克劳斯工艺的一种变体形态和常规的克劳斯主要存在的差异性是，主燃料当中的供风所采用的富氧空气或者是纯氧气其中主要的反应原理，以及常规的富氧克劳斯工艺相同，富氧克劳斯反应过程当中会产生一定量的硫磺，由于原材料当中的气体和组成成分当中会产生比较大的波动，常规的富氧克劳斯操作会反应困难，克劳斯可以为其提供出比较灵活的操作以及充足的生产能力。同时还可以有效的降低装置当中整体的投资和能源的消耗量，所以说克劳斯最初需要对硫磺回收的装置的改造，尤其是针对炼厂在早期投入到的克劳斯装置，基本上都是对于硫磺进行回收的设备以及扩大生产的改造设备。随着技术的不断发展，在最近几年的发展过程当中还存在一些全新的设备直接采用了克劳斯。

2. 富氧克劳斯的主要技术优势

2.1降低过程气量、提高效率和装置生产能力

富氧克劳斯工艺采用的是富氧空气来代替常规的空气来进行反应，在催化转化过程当中，内部的气体含量不断降低，这种反应方式不单有效节约了能源消耗，同时在处理能力上也得到了较大幅度的提升，降低下游尾气的处理装置当中的负荷。在反应过程当中，因为输入到系统当中的氮气含量不断降低，相对应在尾气的排出量上，氮化物也会相对应的减少，对环境的保护非常有效。通过实际的反应过程进行分析，在不同的富氧程度以及对反应装置的处理能力上属于一种正比增加的关系，比如采用富氧技术来对酸性气体进行处理，在反应过程当中气体的含量会大幅度的降低，对应所需要的设备尺寸也会慢慢减少，在不同的富氧条件下，设备尺寸的关系尤为明显，如果设计相同处理能力的反应设备，并且采用高浓度的富氧设备。通常情况下所需要的设备常规尺寸只需要一半左右，除去了制氧单元系统的资源投资，可以节约将近35%的设备经济投资量，同时全新的反应设备运输更加的方便。

2.2增加H2S在燃烧炉内直接转化成硫的转化率

使用富氧空气来替代常规的空气，反应燃烧炉内部的温度会不断升高。随着富氧程度的不断提升，反应速度也在不断的加快，燃烧炉内部的温度随着富氧程度的上升而上升，内部反应温度的不斷提高，硫化氢的裂解反应程度明显加强，硫化氢裂解吸热反应可以吸收反应过程当中一部分的热量，这样可以有利于降低反应设备当中的环境温度，同时硫化氢裂解反应所产生的氢气在尾气处理系统当中进行加氢还原是非常有效的。除此之外，硫化氢的裂解反应不消耗氧气，所以说随着硫化氢裂解反应直接转化成硫化物的几率会大大提升，进而降低了硫磺回收装置所需要的氧气含量。

2.3有利于降低过程气中有机硫的含量

在常规的克劳斯反应过程当中，会产生一系列的负反应生成的克劳斯SOC和克劳斯CS2。其内部进一步进行转化或者是进行吸收，但是因为实际的操作温度通常情况下都低于最低优化温度，或者是催化剂产生失活等方面因素的影响，仍然会造成一部分的硫化氢损失，在极端的情况下，因为克劳斯SOC和克劳斯CS2所造成的硫回收率不能超过5%。采用富氧克劳斯技术之后，由于在燃烧炉内部的温度不断提升，则更加有利于硫元素的转化反应，通过这种方式可以有效的降低在反应过程当中的硫含量。

2.4提高NH3的分解

由于酸性水汽提当中含有一定量的氨气，在进入燃烧炉的氨气，会通过一系列的反应生成一氧化氮，而一氧化氮会不断的提升催化剂当中的吸附反应，生成的二氧化硫或者是三氧化硫。通过这种反应使得催化剂在硫酸盐的作用下慢慢失去原有的活性，没有燃烧过的氨气也会生成相应的化学盐沉积，在催化剂上对催化剂的活性产生了明显的影响。在富氧克劳斯工艺当中因为燃烧炉内部的温度不断提升，有利于吸收氨气过程中的分解反应，尤其是针对在一些高温的反应过程当中会将其直接分解成为氮气和氢气，但是在此过程当中反应过程当中不会增加氧气的消耗量。

3.富氧克劳斯工艺的操作成本

和常规的克劳斯相比，运用富氧克劳斯可以明显的降低经济投资，如果选择处理能力相同的设备，使用高浓度的富氧设备，在设备的尺寸上可以降低一半，同时可以解决35%左右的经济投资。有的人认为相比于常规的克劳斯因为多了制氧过程，富氧克劳斯操作的费用会有着明显的提升，其实在制氧过程中所形成的成本增加相对来说是非常少的。在现场的制氧技术比如低温的分离，变压过程的吸附以及真空的解析、变压等，都可以为其提供出比较低廉的氧气含量，一吨的氧气成本大约为175到245元，如果上游脱硫、脱水以及下游的尾气处理单元反应进行综合的考虑，还可以有效的节约一部分的经济成本。硫磺反应常规性的克劳斯和富氧克劳斯在硫磺回收工艺和回收尾气单元当中的运用状况，给出了对应的操作成本的实际对比，通过实际的反应分析可以看出其中在大部分的酸性气净化反应过程当中，如果采用常规的克劳斯工艺，也同样配有工厂风系统为整个反应过程提供生产，或者是检修所需要的压缩空气或者是氮气，其中存在很多生产厂家采用的是PSA工艺来获得空气当中的氮气。富氧克劳斯不同的是将分离之后的富氧空气直接进行排放，造成了一定量的资源浪费，如果使用富氧克劳斯工艺，尽管需要增加现场的制氧流程和设备，但是在分离氧气之后的氧气可以用于工厂的生产以及检修的工作当中，对实现工厂的经济节约效果有着非常明显的提升。

4.结束语：

虽然硫磺回收最终采用二级催化转化常规克劳斯加串级SCOT工艺，但是我认为今后再建的硫磺回收装置可以在常规克劳斯的基础上对工艺进行优化，采用富氧克劳斯加串级SCOT工艺。这样不仅能够大大提高装置的操作弹性和效率，同时可以减少装置数量和占地面积能够明显减少设备投资和节能降耗。

参考文献

[1]李冰. 基于Aspen Plus的超级Claus硫磺回收+SSR尾气处理工艺模拟[D].西安科技大学，2015.

[2]侯春健.适应新标准的硫磺回收技术路线探讨[J].中国石油和化工标准与质量，2018（23）：3-5.

[3]梁英国，罗刚，李迪田.生物质制油项目酸性气回收工艺分析与选择[J].广州化工，2018，46（19）：116-119.

作者简介：刘文礼，男，1989.05.13.出生，中国石油大学（北京）化学工程与工艺专业毕业，云南石化生产四部。

（作者单位：中石油云南石化有限公司）