克勞斯法-工藝介紹..

1、克勞斯法回收硫磺CPEE 天津分公司2012.1.20克勞斯法硫回收工藝、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 回收率和達到排放標準的尾氣，宜采用固定床催化氧化工藝或生物法硫回收工-HP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，或單獨成為一個后續(xù)裝置。 Claus

2、 硫回收工藝及尾氣處 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)化也只能達到 95-98%，隨著人們環(huán)保意識的日益增強和 環(huán)保標準的提高，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

3、 標準的要求，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+ SO

4、2=3S+2 H20 +93kJ由于酸氣中除H2S夕卜，通常含有C02、H20、烴類等化學反應(yīng)十分復雜, 伴有多種副反應(yīng)發(fā)生?？藙谒狗ǖ墓に嚵鞒逃腥N:（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40-50%帶預熱部分燃燒法原料氣中H2S含量25-40%分流法原料氣中H2S含量15-25%帶預熱分流法原料氣中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SO2,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

5、 入催化劑床層反應(yīng)，這種可處理 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%）。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%0.05 MP (G)28-30r2煤層氣C194.517% CO2 0.301%C2 0.01% N2 3.812% O2 1.356%0.028M P(a)28 r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-01TiO2 LYTS-811，是白色氧化鋁催化劑，堆密度0.7g/

6、cm3,次裝填量30m3。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)格單位消耗定額小時產(chǎn)量年備注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

7、單位消耗定額消耗量備注小時年1循環(huán)冷卻水(t=8-10C)0.5 MPam39.9201600002低壓鍋爐給水1.3 MP a105Ct9.826.3210400進裝置低壓鍋爐給水1.2 MP a140Ct8.4623.6188800出裝置3脫鹽水 0.5 MPa 40Ct6.17.8562800進裝置脫鹽水 0.5 MPa 90Ct6.17.8562800出裝置4電 380Vkwh89.8181.51.45X1065低壓氮氣0.5 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

8、設(shè)置在 EL5.000 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)計溫度 1400 E設(shè)計壓力 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S02,保證過程氣中H2S: S02摩爾比為2: 1，同時烴類燃燒轉(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，導致

9、下游催化劑硫酸鹽化而失活。爐溫同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，同時使氣流均勻進入廢熱鍋 爐。3）爐內(nèi)停留時間高溫克勞斯反應(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=97F=119m2設(shè)計溫度 管程 3001000C 殼程 190C 設(shè)計壓力管程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

10、中回收熱量并發(fā)生蒸汽， 同時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 3800 X 9882V=170m3 設(shè) 計溫度 390C 設(shè)計 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，同時使過程氣中COS、CS2等有機硫化物在催化劑床層上水解為 H2S和C02,主要反應(yīng)在一級反應(yīng)器中進行，一級反應(yīng)器實際空速遠遠大于二、三級,考慮有機物水解要求，一級轉(zhuǎn)化器出口應(yīng)控制在310340r，由于各級冷凝分離 了大量產(chǎn)物硫，也不

11、存在有機物水解問題，二、三級轉(zhuǎn)化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、三段冷凝器7臥式列管換熱器、冷凝器一段換熱器： F1300X 6619 F=159m2 45X 3X 4000 n=289 設(shè)計溫度管程 280r殼程 230r 設(shè)計壓力 0.06MP二段換熱器：F1400X 8689 F=269m2 45X 3X 6000 n=323 設(shè)計溫度管程 380r殼程 145r 設(shè)計壓力 0.05MP一段冷凝器：F1100X 8539F=284m2 38X 3X 6000 n=403設(shè)計溫度管程315C殼程145C設(shè)計壓力管程0.05MP 殼程1、43MP二段冷凝器：F1000

12、X 8279F=222m2 38X 3X 6000n=315設(shè)計溫度管程220 r殼程 165r 設(shè)計壓力 管程 0.05MP 殼程 1、 43MP三段冷凝器：F1000X 8279F=222m2 38X 3X 6000n=315設(shè)計溫度管程260r殼程 165r 設(shè)計壓力 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，同時回收熱量。5、三段液硫捕集器立式包括容器、盤管、絲網(wǎng)、波紋管三段液硫捕集器： F1200X 4163 V=3.84m3 設(shè)計溫度 170r 設(shè)計壓力容器 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，

13、捕集效果好壞對硫產(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)計溫度 夾套147C容器160C 設(shè)計壓力 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、液硫儲槽立式 V=12.28m3 設(shè)計溫度 夾容器常壓包括盤管和容器兩部分F2500X 8X 2500 套160C 容器160C 設(shè)計壓力 夾套0.3MP8、定型設(shè)備J61501A、 B空氣鼓風機 71m3/h80kpa132kwJ61503A、 B尾氣風機 211m3/h升壓 15kpa 90kwJ61502A、 B液

14、硫泵 1.24m3/hH=40m7.5kw硫磺造粒機（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 9.99kw12930 X 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）與空氣鼓風機（J61501）送來的空氣一起進行完全燃燒， 燃燒后的氣體先先于脫鹽水換熱降溫 再進入廢鍋進行余熱回收，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，進入一段換熱氣（C61502

15、）與來自液 硫捕集器（F61501）的低溫氣體進行換熱，這時會有一部分硫冷凝下來，再進入 一段的冷凝器（C61503）用低壓鍋爐給水進一步冷卻至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，進入換熱器（C61502）將溫度 升至反應(yīng)適宜的溫度225C后，進入反應(yīng)器（B61501）二段進行克勞斯反應(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后進入反應(yīng)器（B61501）三段再次進行

16、克勞斯反應(yīng)。從反應(yīng)器（B61501）三段出來的氣體245C 依次進三段冷凝器（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機（J61503）加壓后排往鍋爐裝置進一步 處理。各級液硫捕集器與換熱器冷凝下來的液態(tài)硫磺匯入液硫圭寸（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（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

17、作的因素 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,這兩種作用都將導致硫回收率降低。當原料氣中C02從3.6%上升 至43.5%,隨尾氣排放的硫量將增加 52.2%。2）烴類及其他有機物主要影響是提高了反應(yīng)爐溫度和廢熱鍋爐熱負荷，同時

18、增加了空氣消耗量, 在空氣不足時，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COS、CS2 生油，嚴重影響催化劑活性，此外過多烴類存在也會增加反應(yīng)爐內(nèi) 成量，影響轉(zhuǎn)化率，一般要求烴類以 CH4計不超過2-4%。3）水蒸氣水蒸氣是惰性氣體，同時是克勞斯反應(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、風氣比空氣與酸氣體積比。在原料

19、氣中H2S、烴類及其它可燃組分已確定，可按化 學反應(yīng)理論需氧量計算風氣比。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1%,同時僅按空氣流量調(diào)節(jié)風氣比是不夠的，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