克勞斯法-工藝介紹..

1、克勞斯法回收硫磺CPEE 天津分公司克勞斯法硫回收工藝一、工藝方法及原理1、常用硫回收工藝(1) 液相直接氧化工藝有代表性的液相直接氧化工藝有： ADA 法和改良 ADA 法脫硫、拷膠法脫硫、 氨水液相催化法脫等。 液相直接氧化工藝適用于硫的 “粗脫 ”，如果要求高的硫 回收率和達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)的尾氣，宜采用固定床催化氧化工藝或生物法硫回收工 藝。(2) 固定床催化氧化工藝硫回收率較高的Claus工藝是固定床催化氧化硫回收工藝的代表。Claus硫回收裝置一般都配有相應(yīng)的尾氣處理單元， 這些先進(jìn)的尾氣處理單元或與硫回收裝 置組合為一個整體裝置，或單獨(dú)成為一個后續(xù)裝置。 Claus 硫回收工藝及尾氣處

2、 理方式種類繁多，但基本是在Claus硫回收技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，主要有：SCOT 工藝、SuperClaus工藝、Clinsulf 工藝、Sulfreen工藝、MCRC 工藝等。2. 克勞斯硫回收工藝特點(diǎn)常規(guī)Claus工藝是目前煉廠氣、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。其特點(diǎn)是：流程簡單、設(shè)備少、占地少、投資省、回收 硫磺純度高。但是由于受化學(xué)平衡的限制，兩級催化轉(zhuǎn)化的常規(guī)Claus工藝硫回收率為 90-95%，三級轉(zhuǎn)化也只能達(dá)到 95-98%，隨著人們環(huán)保意識的日益增強(qiáng)和 環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的提高，常規(guī)Claus工藝的尾氣中硫化物的排放量已不能滿足現(xiàn)行環(huán)保 標(biāo)準(zhǔn)的要求，降低硫

3、化物排放量和提高硫回收率已迫在眉睫。一般克勞斯尾氣吸收要經(jīng)過尾氣焚燒爐， 通過吸收塔， 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，通過向溶液中通空氣， 轉(zhuǎn)化 為石膏或硫酸銨， 達(dá)到無害處理，我公司硫回收尾氣送至鍋爐燃燒并脫硫后排放。3、克勞斯法制硫基本原理 克勞斯硫回收裝置用來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)行克勞斯反應(yīng)生成硫磺。其主要反應(yīng)式為：H2S+ 3/202= SO2+H2O+519.2kJ2H2S+ SO2=3S+2 H20 +9

4、3kJ由于酸氣中除H2S夕卜，通常含有C02、H20、烴類等化學(xué)反應(yīng)十分復(fù)雜, 伴有多種副反應(yīng)發(fā)生。克勞斯法的工藝流程有三種：（1）部分燃燒法（2）分流法（3）燃硫法原料氣中H2S含量，%工藝方法原料氣中H2S含量50%以上，部分燃燒法原料氣中H2S含量4050%帶預(yù)熱部分燃燒法原料氣中H2S含量2540%分流法原料氣中H2S含量1525%帶預(yù)熱分流法原料氣中H2S含量15%以下，直接氧化法及其他處理貧酸氣方法（2）分流法本裝置采用分流法：將三分之一的酸性氣體通入燃燒爐， 加入空氣使其燃燒 生成S02,而其余三分之二酸性氣走旁路，繞過燃燒室，與燃燒后的氣體匯合進(jìn) 入催化劑床層反應(yīng)，這種可處理

5、H2S含量為35%左右的酸性氣體，并采用三段 轉(zhuǎn)化，三級冷凝工藝流程，該法回收硫的純度較高（99.8%）o三、原材料及產(chǎn)品主要技術(shù)規(guī)格：1、原材料技術(shù)規(guī)格序號名稱規(guī)格1酸性氣H2S 35.0% CO2 61.54%COS 3.25%，甲醇 0.21%0.05MP(G)2830°C2煤層氣C194.517% C02 0.301%C2 0.01% N2 3.812% 02 1.356%0.028MP(a)28 C克勞斯催化劑主要成分為氧化鈦，此催化劑不需要還原，升溫后即可使用。型號為LYTS-O1Ti02 LYTS-811，是白色氧化鋁催化劑，堆密度 0.7g/cm3,次 裝填量30m3

6、。物理性質(zhì)：外形尺寸直徑46mm,比表面300m2/g,孔容0.40ml/g, 堆密度0.65kg/l,抗壓碎強(qiáng)度140N/粒，磨耗率V 0.3%，催化劑壽命在3年左 右。2、原材料消耗量序號名稱規(guī)格單位消耗定額消耗量備注小時(shí)年1酸性氣總硫35.0%0.05MP (g)Nm3/hr191638713.1x1072燃料氣C1, H2等Nm3/hr200( max)間斷3、產(chǎn)品技術(shù)規(guī)格序號名稱及規(guī)格單位消耗定額點(diǎn)卓 產(chǎn)量備注小時(shí)年1低壓蒸汽158C 0.6MPa (a)噸1.312.6421120連續(xù)2硫磺 S 99.8%噸2.0216160連續(xù)4、動力消耗及消耗量序號名稱及規(guī)格單位消耗定額消耗量

7、備注小時(shí)年1循環(huán)冷卻水(t=8-10°C)0.5MPam39.9201600002低壓鍋爐給水1.3MPa105Ct9.826.3210400進(jìn)裝置低壓鍋爐給水1.2MPa140Ct8.4623.6188800出裝置3脫鹽水 0.5MPa 40Ct6.17.8562800進(jìn)裝置脫鹽水 0.5MPa 90Ct6.17.8562800出裝置4電 380Vkwh89.8181.51.45X1065低壓氮?dú)?.5 MPa (g)m3200最大6儀表空氣0.45 MPa (g)m3100最大消耗定額以每噸硫磺計(jì)四、裝置布置及主要設(shè)備由于液態(tài)硫的特殊性， 對產(chǎn)生液硫的設(shè)備均設(shè)置在 EL5.000

8、 平面上， 以便于 液硫的流動，其余設(shè)備根據(jù)高差要求，布置在不同平面上。整個裝置占地約 600m2。1、酸氣燃燒爐2600 X 8526 S =14V=170m3設(shè)計(jì)溫度 1400 C設(shè)計(jì)壓力0.06MP 臥式是克勞斯法制硫工藝中最重要的設(shè)備。在此1/3體積的H2S與空氣燃燒生成 SO2,保證過程氣中H2S: SO2摩爾比為2： 1，同時(shí)烴類燃燒轉(zhuǎn)化為 CO2等惰 性組分，并或多或少生成元素硫。1 ）火焰溫度燃燒爐溫度必須保持在920C以上，否則火焰不能穩(wěn)定燃燒，最好反應(yīng)溫度 在 12501300左右。過高設(shè)備、耐火材料選擇困難，并生成多種氮、硫氧化副產(chǎn) 物，導(dǎo)致下游催化劑硫酸鹽化而失活。爐溫

9、同H2S濃度密切相關(guān)，一般低于40%必須采用分流法。2）花墻 使過程氣有一個穩(wěn)定且充分接觸的反應(yīng)空間，同時(shí)使氣流均勻進(jìn)入廢熱鍋 爐。3）爐內(nèi)停留時(shí)間高溫克勞斯反應(yīng)一般在1s內(nèi)即可完成，受原料氣含量、爐內(nèi)混合均勻程度、 燃燒室結(jié)構(gòu)等影響，停留時(shí)間一般在12.5s。4）火嘴 使酸氣和空氣等氣體有效混合均勻提供一個提供一個使雜質(zhì)和 H2S 能夠完全燃燒的穩(wěn)定火焰。2、廢熱鍋爐45X 3.5X 60000 n=97 F=119m2 設(shè)計(jì)溫度 管程 3001000C 殼程 190C 設(shè)計(jì)壓力管程0.06MP殼程0.77MP汽包 DN800 X 6000 臥式 帶汽包從反應(yīng)器出口氣流中回收熱量并發(fā)生蒸汽，

10、 同時(shí)使過程氣溫度降至下游設(shè)備 所要求的溫度并冷凝回收硫。3、三段轉(zhuǎn)化器F1200X 7000 巾 3800X 9882 V=170m3 設(shè)計(jì)溫度 390C設(shè)計(jì)壓力0.06MP 臥式內(nèi)部用隔板隔成三段，觸媒裝填量 30m3, 每段裝填量約 810m3轉(zhuǎn)化器的功能是使過程氣中的 H2S和SO2在床層上繼續(xù)克勞斯反應(yīng)生成元 素硫，同時(shí)使過程氣中 COS、CS2等有機(jī)硫化物在催化劑床層上水解為 H2S和 CO2,主要反應(yīng)在一級反應(yīng)器中進(jìn)行，一級反應(yīng)器實(shí)際空速遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于二、三級， 考慮有機(jī)物水解要求，一級轉(zhuǎn)化器出口應(yīng)控制在310340C，由于各級冷凝分離了大量產(chǎn)物硫，也不存在有機(jī)物水解問題，二、三級轉(zhuǎn)化

11、器在較低溫度下操作， 可獲得較高轉(zhuǎn)化率。4、一二段換熱器、一二三段冷凝器臥式列管換熱器、冷凝器一段換熱器：F1300X 6619F=159m2 45X 3X 4000 n=289 設(shè)計(jì)溫度管程280C 殼程230E設(shè)計(jì)壓力 0.06MP二段換熱器：F1400X 8689F=269m2 45X 3X 6000n=323 設(shè)計(jì)溫度管程380C 殼程145C設(shè)計(jì)壓力0.05MP一段冷凝器：F1100X 8539F=284m238 X 3X 6000 n=403 設(shè)計(jì)溫度 管程 315C殼程145C設(shè)計(jì)壓力管程0.05MP 殼程1、43MP二段冷凝器：F1000X 8279F=222m2 38 X 3

12、 X 6000n=315 設(shè)計(jì)溫度 管程 220 °C殼程165C設(shè)計(jì)壓力 管程0.05MP 殼程1、43MP三段冷凝器：F1000X 8279F=222m2 38 X 3 X 6000n=315 設(shè)計(jì)溫度 管程 260 C殼程 165C 設(shè)計(jì)壓力 管程 0.05MP 殼程 1、 43MP換熱器冷凝器的作用是把轉(zhuǎn)化器生成的元素硫冷凝成液體，同時(shí)回收熱量。5、一二三段液硫捕集器立式包括容器、盤管、絲網(wǎng)、波紋管一二三段液硫捕集器： F1200X4163 V=3.84m3 設(shè)計(jì)溫度 170C 設(shè)計(jì)壓力容器 0.06MP 盤管 0.7MP功能是從冷凝器出口盡可能回收液硫和硫霧沫， 捕集效果好

13、壞對硫產(chǎn)量影響 至關(guān)重要。6、液硫封立式 包括夾套、容器兩部分 F1100X 6X 3600 V=0.57/2.81m3 設(shè)計(jì)溫度 夾套147C容器160C 設(shè)計(jì)壓力 夾套0.3MP 容器常壓通過建立液硫液位，利用液硫壓力封住系統(tǒng)中工藝氣體，防止串出系統(tǒng)，造 成危害。7、液硫儲槽包括盤管和容器兩部分F2500X 8X2500 立式 V=12.28m3 設(shè)計(jì)溫度 夾套160C 容器160C 設(shè)計(jì)壓力 夾套0.3MP 容器常壓8、定型設(shè)備J61501A、 B 空氣鼓風(fēng)機(jī) 71m3/h 80kpa 132kwJ61503A、 B 尾氣風(fēng)機(jī) 211m3/h 升壓 15kpa 90kwJ61502A、

14、B 液硫泵 1.24m3/h H=40m7.5kw硫磺造粒機(jī)（成套） 含液硫過濾單元，氣動球閥，針形調(diào)節(jié)閥 處理量 2t/h 9.99kw12930X 1210X 18600五、工藝流程1 、主要工藝流程來自低溫甲醇洗的富 H2S氣體（35%、3871Nm3/h, 30 C, 0.05MPa）進(jìn)入 本裝置后分為兩部分，一股為總量的1/3去酸氣燃燒爐（B61501）與空氣鼓風(fēng)機(jī)（J61501）送來的空氣一起進(jìn)行完全燃燒，燃燒后的氣體先先于脫鹽水換熱降溫再進(jìn)入廢鍋進(jìn)行余熱回收,用來產(chǎn)生 0.65MPa 低壓飽和蒸汽,然后與另一部分 氣體（總量2/3）混合后溫度約為230C，進(jìn)入一段換熱氣（C615

15、02）與來自液 硫捕集器（F61501）的低溫氣體進(jìn)行換熱，這時(shí)會有一部分硫冷凝下來，再進(jìn)入 一段的冷凝器（C61503）用低壓鍋爐給水進(jìn)一步冷卻至160C左右，使硫繼續(xù)冷 凝通過液硫捕集器（F61501 ）將硫霧滴捕集后，進(jìn)入換熱器（C61502）將溫度 升至反應(yīng)適宜的溫度225C后，進(jìn)入反應(yīng)器（B61501）二段進(jìn)行克勞斯反應(yīng)，反 應(yīng)后氣體經(jīng)過二段換熱器（C61504）與從液硫捕集器（F61502）來的低溫氣體 換熱，再經(jīng)二段冷凝器（C61505）用鍋爐水冷卻至150C左右，經(jīng)液硫捕集器（F61502）分離液硫，由二段換熱器（C61504）升溫至215C后進(jìn)入反應(yīng)器（B61501）三段再次

16、進(jìn)行克勞斯反應(yīng)。從反應(yīng)器（B61501）三段出來的氣體245E 依次進(jìn)三段冷凝器（C61506）冷卻至150C和液硫捕集器（F61503）冷凝分離其 中的液硫，分離液硫后的尾氣由尾氣風(fēng)機(jī)（J61503）加壓后排往鍋爐裝置進(jìn)一步 處理。各級液硫捕集器與換熱器冷凝下來的液態(tài)硫磺匯入液硫封（F61504）中，正常情況下由液硫封溢流管線 CLS-61507溢流至液硫儲槽（F61505），再由液硫泵（J61502）送往造粒機(jī)（L61501），將液態(tài)硫磺用冷卻水冷卻成固態(tài)粒狀硫磺作為 硫磺產(chǎn)品送出。液硫流程氣相流程2/3H2S氣相去鍋爐液相去液硫封氣相去鍋爐液相去液硫封2、輔助物料工藝流程六、影響操作的因

17、素1、原料氣中H2S含量原料氣中H2S含量高可增加硫回收率和降低裝置投資原料氣中H2S含量與硫回收率和投資關(guān)系H2S含量%16245893裝置投資比2.061.671.151硫回收率93.694.29596上游脫硫裝置有效降低酸氣中 CO2，對改善克勞斯裝置原料氣質(zhì)量非常有利2、原料氣和過程氣中雜質(zhì)組分含量1）CO2原料氣中一般含有C02,它不僅起稀釋作用，也會和 H2S在爐內(nèi)反應(yīng)生成 COS、CS2,這兩種作用都將導(dǎo)致硫回收率降低。當(dāng)原料氣中 C02從3.6%上升 至43.5%,隨尾氣排放的硫量將增加 52.2%。2）烴類及其他有機(jī)物主要影響是提高了反應(yīng)爐溫度和廢熱鍋爐熱負(fù)荷，同時(shí)增加了空氣

18、消耗量， 在空氣不足時(shí)，相對摩爾質(zhì)量較高烴類和醇胺類溶劑將在高溫下與硫反應(yīng)生成焦 油，嚴(yán)重影響催化劑活性，此外過多烴類存在也會增加反應(yīng)爐內(nèi)COS、CS2生成量，影響轉(zhuǎn)化率，一般要求烴類以 CH4計(jì)不超過24%。3）水蒸氣水蒸氣是惰性氣體，同時(shí)是克勞斯反應(yīng)產(chǎn)物，它的存在能抑制反應(yīng)，降低反應(yīng)物的分壓，從而降低總轉(zhuǎn)化率溫度、含水率和轉(zhuǎn)化率關(guān)系氣流溫度C轉(zhuǎn)化率%含水24%含水28%含水32%1758483812007373702256460562505045414) NH3產(chǎn)生多硫化銨及N的氧化物，造成堵塞、腐蝕和催化劑中毒。我公司氣化產(chǎn)物沒有NH3。3、風(fēng)氣比空氣與酸氣體積比。在原料氣中H2S、烴類

19、及其它可燃組分已確定，可按化 學(xué)反應(yīng)理論需氧量計(jì)算風(fēng)氣比。在克勞斯反應(yīng)過程中，空氣量的不足和剩余均會使轉(zhuǎn)化率降低，但空氣不足 對硫回收率影響更大。風(fēng)氣比與平衡轉(zhuǎn)化率的關(guān)系空氣不足空氣過量完全反應(yīng)為100%計(jì)979899100101102103轉(zhuǎn)化率兩級轉(zhuǎn)化3.63.122.72.532.562.793.2損失%三級轉(zhuǎn)化3.12.141.321.051.21.542.1三級轉(zhuǎn)化一般控制在土 1%,同時(shí)僅按空氣流量調(diào)節(jié)風(fēng)氣比是不夠的，必須分析原料氣中H2S含量，并據(jù)此對空氣流量作相應(yīng)調(diào)節(jié)。4、H2S/SO2 比例理想克勞斯反應(yīng)要求H2S/SO2摩爾比=2/1，才能獲得較高轉(zhuǎn)化率。反應(yīng)前H2S/SO2與2有極小偏差，反應(yīng)后