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1、 克劳斯法硫回收 一、工艺设计 三高无烟煤：元素分析含硫3.3% 造气：121332Nm3含硫化氢1.11% 含COS0.12% 约17克/Nm3 低温甲醇洗：净化气含硫0.1ppm 送出H2S含量为35%左右的酸性气体3871Nm3。 本岗位主要任务是回收低温甲醇洗含硫CO2尾气中的H2S组份，通过该装置回收，制成颗粒状硫磺。同时将尾气送到锅炉燃烧，使排放废气达到国家排放标准，本装置的正常硫磺产量约为16160吨/年。 二、工艺方法 1、常用硫回收工艺 (1) 液相直接氧化工艺 有代表性的液相直接氧化工艺有：ADA法和改良ADA法脱硫、拷胶法脱硫、氨水液相催
2、化法脱等。 液相直接氧化工艺适用于硫的“粗脱”，如果要求高的硫回收率和达到排放标准的尾气，宜采用固定床催化氧化工艺或生物法硫回收工艺。 (2) 固定床催化氧化工艺 硫回收率较高的Claus工艺是固定床催化氧化硫回收工艺的代表。Claus硫回收装置一般都配有相应的尾气处理单元，这些先进的尾气处理单元或与硫回收装置组合为一个整体装置，或单独成为一个后续装置。Claus硫回收工艺及尾气处理方式种类繁多，但基本是在Claus硫回收技术基础上发展起来的，主要有：SCOT工艺、SuperClaus工艺、Clinsulf工艺、Sulfreen工艺、MCRC工艺等。 2. 克劳斯硫回收工
3、艺特点 常规Claus工艺是目前炼厂气、天然气加工副产酸性气体及其它含H2S气体回收硫的主要方法。其特点是：流程简单、设备少、占地少、投资省、回收硫磺纯度高。但是由于受化学平衡的限制，两级催化转化的常规Claus工艺硫回收率为90-95%，三级转化也只能达到95-98%，随着人们环保意识的日益增强和环保标准的提高，常规Claus工艺的尾气中硫化物的排放量已不能满足现行环保标准的要求，降低硫化物排放量和提高硫回收率已迫在眉睫。 一般克劳斯尾气吸收要经过尾气焚烧炉，通过吸收塔，在吸收塔内用石灰乳溶液或稀氨水吸收，生成亚硫酸氢钙或亚硫酸氢铵，通过向溶液中通空气，转化为石膏或硫酸铵，达到无
4、害处理，我公司硫回收尾气送至锅炉燃烧并脱硫后排放。 3、克劳斯法制硫基本原理 克劳斯硫回收装置用来处理低温甲醇洗的酸性气体，使酸性气中的H2S转变为单质硫。首先在燃烧炉内三分之一的H2S与氧燃烧，生产SO2,然后剩余的H2S与生成的SO2在催化剂的作用下，进行克劳斯反应生成硫磺。 其主要反应式为： H2S+ 3/2O2= SO2+H2O+519.2kJ 2H2S+ SO2=3S+2 H2O +93kJ 由于酸气中除H2S外，通常含有CO2、H2O、烃类等化学反应十分复杂，伴有多种副反应发生。 克劳斯法的工艺流程有三种： （1） 部分燃烧法（2）分流法（3）燃硫法 原料气中
5、H2S含量，% 工艺方法 原料气中H2S含量50%以上， 部分燃烧法 原料气中H2S含量40~50% 带预热部分燃烧法 原料气中H2S含量25~40% 分流法 原料气中H2S含量15~25% 带预热分流法 原料气中H2S含量15%以下， 直接氧化法及其他处理贫酸气方法 （2）分流法 本装置采用分流法：将三分之一的酸性气体通入燃烧炉，加入空气使其燃烧生成SO2，而其余三分之二酸性气走旁路，绕过燃烧室，与燃烧后的气体汇合进入催化剂床层反应，这种可处理H2S含量为35%左右的酸性气体，并采用三段转化，三级冷凝工艺流程，该法回收硫的纯度较高（99.8%）。 三、原材料及
6、产品主要技术规格： 1、 原材料技术规格 序号 名称 规格 1 酸性气 H2S 35.0% CO2 61.54% COS 3.25%，甲醇0.21% 0.05MP(G) 28~30℃ 2 煤层气 C194.517% CO2 0.301% C2 0.01% N2 3.812% O2 1.356% 0.028MP(a) 28℃ 克劳斯催化剂主要成分为氧化钛，此催化剂不需要还原，升温后即可使用。型号为LYTS-01TiO2 LYTS-811，是白色氧化铝催化剂，堆密度~0.7g/cm3,一次装填量30m3。物理性质：外形尺寸直径4~6mm,比表面≥3
7、00m2/g,孔容≥0.40ml/g,堆密度≥0.65kg/l,抗压碎强度＞140N/粒，磨耗率＜0.3%，催化剂寿命在3年左右。 2、原材料消耗量 序号 名称规格 单位 消耗 定额 消耗量 备注 小时 年 1 酸性气总硫35.0% 0.05MP（g） Nm3/hr 1916 3871 3.1x107 2 燃料气C1，H2等 Nm3/hr 200（max） 间断 3、 产品技术规格 序号 名称及规格 单位 消耗 定额 产 量 备 注 小时 年 1 低压蒸汽 158℃ 0.6MPa（a） 吨 1.31 2.64
8、 21120 连续 2 硫磺 S 99.8% 吨 2.02 16160 连续 4、动力消耗及消耗量 序号 名称及规格 单位 消耗 定额 消 耗 量 备 注 小时 年 1 循环冷却水 (△t=8-10℃) 0.5MPa m3 9.9 20 160000 2 低压锅炉给水 1.3MPa105℃ t 9.8 26.3 210400 进装置 低压锅炉给水 1.2MPa140℃ t 8.46 23.6 188800 出装置 3 脱盐水 0.5MPa 40℃ t 6.1 7.85
9、62800 进装置 脱盐水 0.5MPa 90℃ t 6.1 7.85 62800 出装置 4 电380V kwh 89.8 181.5 1.45X106 5 低压氮气 0.5 MPa（g） m3 200 最大 6 仪表空气 0.45 MPa（g） m3 100 最大 *消耗定额以每吨硫磺计 四、装置布置及主要设备 由于液态硫的特殊性，对产生液硫的设备均设置在EL5.000平面上，以便于液硫的流动，其余设备根据高差要求，布置在不同平面上。整个装置占地约600m2。 1、酸气燃烧炉 Φ2600×852
10、6 δ=14 V=170m3 设计温度1400 ℃ 设计压力 0.06MP 卧式 是克劳斯法制硫工艺中最重要的设备。在此1/3体积的H2S与空气燃烧生成SO2，保证过程气中H2S：SO2摩尔比为2：1，同时烃类燃烧转化为CO2等惰性组分，并或多或少生成元素硫。 1）火焰温度 燃烧炉温度必须保持在920℃以上，否则火焰不能稳定燃烧，最好反应温度在1250~1300左右。过高设备、耐火材料选择困难，并生成多种氮、硫氧化副产物，导致下游催化剂硫酸盐化而失活。 炉温同H2S浓度密切相关，一般低于40%必须采用分流法。 2）花墙 使过程气有一个稳定且充分接触的反应空间，同时
11、使气流均匀进入废热锅炉。 3）炉内停留时间 高温克劳斯反应一般在1s内即可完成，受原料气含量、炉内混合均匀程度、燃烧室结构等影响，停留时间一般在1~2.5s。 4）火嘴 使酸气和空气等气体有效混合均匀提供一个提供一个使杂质和H2S能够完全燃烧的稳定火焰。 2、废热锅炉 Φ45×3.5×60000 n=97 F=119m2 设计温度 管程300~1000℃ 壳程 190℃ 设计压力 管程0.06MP 壳程0.77MP 汽包 DN800×6000 卧式带汽包 从反应器出口气流中回收热量并发生蒸汽，同时使过程气温度降至下游设备所要求的温度并冷凝回收硫。 3
12、一二三段转化器 F1200×7000 ф3800×9882 V=170m3 设计温度390℃ 设计压力0.06MP 卧式内部用隔板隔成三段， 触媒装填量30m3, 每段装填量约8~10m3 转化器的功能是使过程气中的H2S和SO2在床层上继续克劳斯反应生成元素硫，同时使过程气中COS、CS2等有机硫化物在催化剂床层上水解为H2S和CO2，主要反应在一级反应器中进行，一级反应器实际空速远远大于二、三级，考虑有机物水解要求，一级转化器出口应控制在310~340℃，由于各级冷凝分离了大量产物硫，也不存在有机物水解问题，二、三级转化器在较低温度下操作，可获得较高转化率。 4、一二
13、段换热器、一二三段冷凝器 卧式列管换热器、冷凝器 一段换热器：F1300×6619 F=159m2 Φ45×3×4000 n=289 设计温度 管程 280℃ 壳程 230℃ 设计压力 0.06MP 二段换热器：F1400×8689 F=269m2 Φ45×3×6000 n=323 设计温度 管程 380℃ 壳程 145℃ 设计压力 0.05MP 一段冷凝器： F1100×8539 F=284m2 Φ38×3×6000 n=403 设计温度 管程 315℃ 壳程145℃ 设计压力 管程 0.05MP 壳程 1、43MP 二段冷凝器： F10
14、00×8279 F=222m2 Φ38×3×6000 n=315 设计温度 管程 220℃ 壳程165℃ 设计压力 管程0.05MP 壳程1、43MP 三段冷凝器： F1000×8279 F=222m2 Φ38×3×6000 n=315 设计温度 管程 260℃ 壳程165℃ 设计压力 管程0.05MP 壳程1、43MP 换热器冷凝器的作用是把转化器生成的元素硫冷凝成液体，同时回收热量。 5、一二三段液硫捕集器 立式包括容器、盘管、丝网、波纹管 一二三段液硫捕集器：F1200×4163 V=3.84m3 设计温度 170℃ 设计压力 容器0.06
15、MP 盘管0.7MP 功能是从冷凝器出口尽可能回收液硫和硫雾沫，捕集效果好坏对硫产量影响至关重要。 6、液硫封 立式 包括夹套、容器两部分 F1100×6×3600 V=0.57/2.81m3 设计温度 夹套147℃ 容器160℃ 设计压力 夹套0.3MP 容器常压 通过建立液硫液位，利用液硫压力封住系统中工艺气体，防止串出系统，造成危害。 7、液硫储槽 包括盘管和容器两部分 F2500×8×2500 立式 V=12.28m3 设计温度 夹套160℃ 容器160℃ 设计压力 夹套0.3MP 容器常压 8、定型设备 J61501A、B 空气鼓风机71m3/h
16、 80kpa 132kw J61503A、B 尾气风机211m3/h 升压15kpa 90kw J61502A、B 液硫泵 1.24m3/h H=40m 7.5kw 硫磺造粒机（成套） 含液硫过滤单元，气动球阀，针形调节阀 处理量2t/h 9.99kw 12930×1210×18600 五、工艺流程 1、主要工艺流程 来自低温甲醇洗的富H2S气体（35%、3871Nm3/h，30 ℃，0.05MPa）进入本装置后分为两部分，一股为总量的1/3去酸气燃烧炉（B61501）与空气鼓风机（J61501）送来的空气一起进行完全燃烧，燃烧后的气体先先于脱盐水
17、换热降温再进入废锅进行余热回收，用来产生0.65MPa低压饱和蒸汽，然后与另一部分气体（总量2/3）混合后温度约为230℃，进入一段换热气（C61502）与来自液硫捕集器（F61501）的低温气体进行换热，这时会有一部分硫冷凝下来，再进入一段的冷凝器（C61503）用低压锅炉给水进一步冷却至160℃左右，使硫继续冷凝通过液硫捕集器（F61501）将硫雾滴捕集后，进入换热器（C61502）将温度升至反应适宜的温度225℃后，进入反应器（B61501）二段进行克劳斯反应，反应后气体经过二段换热器（C61504）与从液硫捕集器（F61502）来的低温气体换热，再经二段冷凝器（C61505）用锅炉水冷
18、却至150℃左右，经液硫捕集器（F61502）分离液硫，由二段换热器（C61504）升温至215℃后进入反应器（B61501）三段再次进行克劳斯反应。从反应器（B61501）三段出来的气体245℃依次进三段冷凝器（C61506）冷却至150℃和液硫捕集器（F61503）冷凝分离其中的液硫，分离液硫后的尾气由尾气风机（J61503）加压后排往锅炉装置进一步处理。 各级液硫捕集器与换热器冷凝下来的液态硫磺汇入液硫封（F61504）中，正常情况下由液硫封溢流管线CLS-61507溢流至液硫储槽（F61505），再由液硫泵（J61502）送往造粒机(L61501)，将液态硫磺用冷却水冷却成固态粒状硫
19、磺作为硫磺产品送出。 液硫流程 硫磺造粒机 过滤单元 液硫储槽 液硫封 半自动包装机 气相流程 2/3H2S 一段转化器 废热锅炉 酸气燃烧炉 一段换热器器 二段换热器器 一段冷凝器 二段冷凝器 1/3H2S 二段转化器 三段段转化器 液硫捕集器 三段段冷凝器 气相去锅炉 液相去液硫封 液硫捕集器 液硫捕集器 气相去锅炉 液相去液硫封 气相去锅炉 液相去液硫封 2、辅助物料工艺流程 六、影响操作的因素 1、原料气中H2S含
20、量 原料气中H2S含量高可增加硫回收率和降低装置投资。 原料气中H2S含量与硫回收率和投资关系 H2S含量% 16 24 58 93 装置投资比 2.06 1.67 1.15 1 硫回收率 93.6 94.2 95 96 上游脱硫装置有效降低酸气中CO2，对改善克劳斯装置原料气质量非常有利。 2、原料气和过程气中杂质组分含量 1）CO2 原料气中一般含有CO2，它不仅起稀释作用，也会和H2S在炉内反应生成COS、CS2，这两种作用都将导致硫回收率降低。当原料气中CO2 从3.6%上升至43.5%，随尾气排放的硫量将增加52.2%。 2）烃类及其他
21、有机物 主要影响是提高了反应炉温度和废热锅炉热负荷，同时增加了空气消耗量，在空气不足时，相对摩尔质量较高烃类和醇胺类溶剂将在高温下与硫反应生成焦油，严重影响催化剂活性，此外过多烃类存在也会增加反应炉内COS、CS2生成量，影响转化率，一般要求烃类以CH4计不超过2~4%。 3）水蒸气 水蒸气是惰性气体，同时是克劳斯反应产物，它的存在能抑制反应，降低反应物的分压，从而降低总转化率。 温度、含水率和转化率关系 气流温度℃ 转化率% 含水24% 含水28% 含水32% 175 84 83 81 200 73 73 70 225 64 60 56 250
22、50 45 41 4）NH3 产生多硫化铵及N的氧化物，造成堵塞、腐蚀和催化剂中毒。 我公司气化产物没有NH3。 3、风气比 空气与酸气体积比。在原料气中H2S、烃类及其它可燃组分已确定，可按化学反应理论需氧量计算风气比。 在克劳斯反应过程中，空气量的不足和剩余均会使转化率降低，但空气不足对硫回收率影响更大。 风气比与平衡转化率的关系 空气不足 空气过量 完全反应为100%计 97 98 99 100 101 102 103 转化率损失% 两级转化 3.6 3.12 2.7 2.53 2.56 2.79 3.2 三级转化 3.
23、1 2.14 1.32 1.05 1.2 1.54 2.1 三级转化一般控制在±1%，同时仅按空气流量调节风气比是不够的，必须分析原料气中H2S含量，并据此对空气流量作相应调节。 4、H2S/SO2比例 理想克劳斯反应要求H2S/SO2摩尔比=2/1 ，才能获得较高转化率。 反应前H2S/SO2与2有极小偏差，反应后H2S/SO2与2偏差放大，转化率越高，偏差越大，转化级数越多，偏差越大。一般用紫外分光光度计或气相色谱仪在线分析仪连续测定尾气中H2S/SO2，并根据此信号来调节风气比。 5、空速 空速是控制过程气与催化剂接触时间的重要操作参数。空速过高导致过程气在催化剂
24、上停留时间不够，一部分物料来不及充分接触反应，从而使平衡转化率降低。同时空速过高，床层温升过大，反应温度高也不利于提高转化率，空速过低，设备效率降低，体积过大。 一般空速控制在500h-1，催化剂活性较高，可提高至800~1000h-1。 六、加减量操作 （一）、酸性气体组分和流量的变化 1、在其他条件不变时，H2S气量和H2S的浓度的减少会引起B61501炉膛温度降低。 2、调整旁通比例设定器，缓慢减少入B61501的酸性气量，增加旁通酸性气量，维护炉内温度不低于1200℃。 3、如果采取调节旁通酸性气量燃烧炉温度仍下降时，则通过加入燃料气助燃，一般情况下应避免助燃，助燃会发生析碳反应，产生析碳会造成反应器D61501床层上部积碳，影响催化剂活性，阻力增大，停车中特别注意析碳燃烧造成触媒烧结，硫磺纯度降低。 （二）、尾气组成的变化 1、必须确认出反应器D61501三段尾气中，H2S/SO2为2。 2、H2S含量的改变或旁通比例设定器设定值的改变，引起H2S/SO2的改变，比值不是2时，应采取一定的措施调整。 3、硫回收反应器进口温度的确定应综合考虑以上因素。 10
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