克勞斯硫磺回收主要設(shè)備及操作條件

1、克勞斯硫磺回收主要設(shè)備及操作條件 現(xiàn)以直流法為例，這類硫磺回收裝置的主要設(shè)備有反應(yīng)爐、余熱鍋爐、轉(zhuǎn)化器、硫冷凝器和再熱器等，其作用和特點如下。 1. 反應(yīng)爐 反應(yīng)爐又稱燃燒爐，是克勞斯裝置中最重要的設(shè)備。反應(yīng)爐的主要作用是：使原料氣中1/3體積的H2S氧化為SO2；使原料氣中烴類、硫醇氧化為CO2等惰性組分。 燃燒在還原狀態(tài)下進行，壓力為20100kPa，其值主要取決于催化轉(zhuǎn)化器級數(shù)和是否在下游需要尾氣處理裝置。 反應(yīng)爐既可是外置式(與余熱鍋爐分開設(shè)置)，也可是內(nèi)置式(與余熱鍋爐組合為一體)。在正常爐溫(9801370)時，外置式需用耐火材料襯里來保護金屬表面，而內(nèi)置式則因鋼質(zhì)火管外圍有低溫介

2、質(zhì)不需耐火材料。對于規(guī)模超過30t/d硫磺回收裝置，外置式反應(yīng)爐更為經(jīng)濟。 無論從熱力學(xué)和動力學(xué)角度來講，較高的溫度有利于提高轉(zhuǎn)化率，但受反應(yīng)爐內(nèi)耐火材料的限制。當原料氣組成一定及確定了合適的風氣比后，爐膛溫度應(yīng)是一個定值，并無多少調(diào)節(jié)余地。 反應(yīng)爐內(nèi)溫度和原料氣中H2S含量密切有關(guān)，當H2S含量小于30%時就需采用分流法、硫循環(huán)法和直接氧化法等才能保持火焰穩(wěn)定。但是，由于這些方法的酸氣有部分或全部烴類不經(jīng)燃燒而直接進入一級轉(zhuǎn)化器，將導(dǎo)致重烴裂解生成炭沉積物，使催化劑失活和堵塞設(shè)備。因此，在保持燃燒穩(wěn)定的同時，可以采用預(yù)熱酸氣和空氣的方法來避免。蒸汽、熱油、熱氣加熱的換熱器以及直接燃燒加熱器等

3、預(yù)熱方式均可使用。酸氣和空氣通常加熱到230260。其他提高火焰穩(wěn)定性的方法包括使用高強度燃燒器，在酸氣中摻入燃料氣或使用氧氣、富氧空氣等。 燃燒時將有大量副反應(yīng)發(fā)生，從而導(dǎo)致H2、CO、COS和CS2等產(chǎn)物的生成。由于燃燒產(chǎn)物中的H2含量大致與原料氣中的H2S含量成一定比例，故H2很可能是H2S裂解生成的。CO、COS和CS2等的生成量則與原料氣中CO2和烴類含量有關(guān)。 反應(yīng)物流在爐內(nèi)的停留時間(從進口流到出口所需時間)是決定反應(yīng)爐體積的重要設(shè)計參數(shù)，一般至少為0.5s。高H2S含量的原料氣通常所需停留時間少于低H2S含量的原料氣。 耐火材料的選擇和設(shè)計十分重要。因為如果金屬表面過熱(超過3

4、43)，導(dǎo)致與H2S直接反應(yīng)；如果冷卻至S02、S03露點以下，又將導(dǎo)致硫酸冷凝，加速腐蝕。為保護人身安全，經(jīng)常安裝外置式絕熱層和覆蓋層，以使金屬表面溫度高于硫酸露點204之上。 2. 余熱鍋爐 余熱鍋爐舊稱廢熱鍋爐，其作用是從反應(yīng)爐出口的高溫氣流中回收熱量以產(chǎn)生高壓蒸汽，并使過程氣的溫度降至下游設(shè)備所要求的溫度。對于大多數(shù)內(nèi)置式反應(yīng)爐而言，原料氣燃燒器置于前段體積較大的單程火管(輻射段)中，過程氣隨后進入一級或多級管程管束(對流段)中。前段火管因有外部介質(zhì)冷卻，不需耐火材料保護，但其后的導(dǎo)氣板和其他未經(jīng)冷卻、暴露于溫度高于343過程氣中的金屬表面則需耐火材料保護。 余熱鍋爐又有釜式和自然循環(huán)

5、式之分，二者都是臥式設(shè)備，以保證所有管予都浸入水中。 余熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽壓力通常是1.03.5MPa，故余熱鍋爐出口溫度一般高于過程氣中硫的露點溫度。然而，仍會有一部分硫蒸氣冷凝下來，特別是在負荷不足的情況下，應(yīng)采取措施將這些液硫從過程氣中排出。，當不能提供高質(zhì)量鍋爐給水或不需要產(chǎn)生蒸汽的地方，可使用乙二醇與水的混合溶液、胺溶液、循環(huán)冷卻水(不能沸騰)和油浴作冷卻液。 3. 轉(zhuǎn)化器(反應(yīng)器) 轉(zhuǎn)化器的作用是使過程氣中的H2S與SO2在其催化劑床層上繼續(xù)反應(yīng)生成元素硫，同時也使過程氣中的COS和CS2等有機化合物水解為H2S與CO2。 目前，硫磺產(chǎn)量低于1OOt/d的克勞斯裝置系將所有催化劑床層

6、用隔板分開并安裝在一個臥式轉(zhuǎn)化器中，而大型克勞斯法裝置的轉(zhuǎn)化器通常是單獨設(shè)置的。規(guī)模大于800t/d的裝置也有采用立式的。由于催化反應(yīng)段反應(yīng)放出的熱量有限，故通常均使用絕熱式轉(zhuǎn)化器，內(nèi)部無冷卻水管。 由于轉(zhuǎn)化器內(nèi)的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，低溫有利于平衡轉(zhuǎn)化率，但COS和CS2只有在較高溫度下才能水解完全。因此，一級轉(zhuǎn)化器溫度較高，以使COS、CS2充分水解；二級、三級轉(zhuǎn)化器溫度只需高到可蒸得滿意的反應(yīng)速度并避免硫蒸氣冷凝即可。通常，一級轉(zhuǎn)化器入口溫度為232249；二級轉(zhuǎn)化器入口溫度為199221；三級轉(zhuǎn)化器入口溫度為188210。 由于克勞斯法反應(yīng)和COS、CS2水解反應(yīng)均系放熱反應(yīng)，故轉(zhuǎn)化器催化劑

7、床層會出現(xiàn)溫升。其中，一級轉(zhuǎn)化器為44100；二級轉(zhuǎn)化器為1433；三級轉(zhuǎn)化器為3.8。因為有熱損失，三級轉(zhuǎn)化器測出的溫度經(jīng)常顯示出有一個很小的溫降。 4. 硫冷凝器 硫冷凝器的作用是將反應(yīng)生成的硫蒸氣冷凝為液硫而除去，同時回收過程氣的熱量。硫冷凝器可以是單程或多程換熱器，推薦采用臥式管殼式冷凝器。安裝時應(yīng)放在系統(tǒng)最低處，且太多數(shù)有1%2%的傾角坡向液硫出口處。回收的熱量用來發(fā)生低壓蒸汽或預(yù)熱鍋爐給水。 硫蒸氣在進入一級轉(zhuǎn)化器前冷凝(分流法除外)，然后在每級轉(zhuǎn)化器后冷凝，從而提高轉(zhuǎn)化率。除最后一級轉(zhuǎn)化器外，其他硫冷凝器的設(shè)計溫度在166182，因為在該溫度范圍內(nèi)冷凝下來的液硫黏度很低，而且過程氣一側(cè)的金屬壁溫又高于亞硫酸和硫酸的露點。最后一級硫冷凝器的出口溫度可低至127，這主要取決于冷卻介質(zhì)。但是，由于有可能