超级克劳斯硫磺回收系统动态模拟仿真
超级克劳斯硫璜回收装置在设计、运行中存在的问题及优化方案
超级克劳斯硫璜回收装置在设计、运行中存在的问题及优化方案超级克劳斯硫璜回收装置在设计、运行中存在的问题及优化方案摘要：超优克劳斯工艺基础是富氧燃烧，通过控制富氧空气与酸性气的比例来控制进入超级克劳斯反应器中硫化氢的浓度。
过量的氧进入下游反应器，也会造成反应器床层温度剧烈波动，严重时会发生燃烧反应，损坏设备。
关键词：废锅液流捕集器过程气工艺管线催化剂床层化学当量燃烧过氧国电赤峰化工有限公司硫回收装置采用的是荷兰荷丰超优/超级克劳斯专利技术，由赛鼎工程有限公司详细设计，日产硫磺25.4吨。
2012年12月17日开车投产，2013年3月20日-3月27日超级克劳斯硫酸盐化结束，超级克斯反应器投用，并成功引入氧气，采用富氧操作模式，至今运行比较稳定，排放达标。
针对超优克劳斯反应特点，就开车中存在的重大安全隐患问题做简单介绍并给出解决方案，以供同行借鉴和参考。
一、硫回收装置在设计中存在的问题我公司硫磺回收装置采用的超优/超级克劳斯工艺，其基础是以比值控制富氧空气流量实现硫化氢部分燃烧。
紧急停车后再开车的燃烧过程中，会造成废锅出口过程气过氧，引起克劳斯反应器催化剂床层温度剧烈波动，从而使催化剂活性降低、烧结、粉碎，减少催化剂使用寿命。
另外过程气工艺管线管道壁会残存硫化亚铁，当过程气中氧含量高时，会引发硫化亚铁与氧气燃烧反应，从而损坏管道、设备。
基于上述安全隐患，必须对原有工艺管线进行改造。
原工艺流程简图如下：改造后的工艺简图：燃料气二、改造方案综合考虑，本着投资少、见效快、大大降低安全隐患的原则，在主体设备不动的情况下，对设备管线进行了如下改造。
1.从废锅出口过程气工艺管线PG61501-400上引一条副线PG61519-300到液流捕集器出口阀后与尾气管线相连接；2.废锅出口过程气工艺管线PG61501-400上增加总阀DN400，并且为夹套蝶阀，使用0.5MPa低压蒸汽伴热；3.废锅出口过程气副线PG61519上两端各增加DN300夹套蝶阀做为隔离使用，并使用使用0.5MPa低压蒸汽伴热；4.废锅出口过程气副线PG61519一定要有倾斜度，保证液体自流；管线使用三根0.5MPa低压蒸汽伴热，防止由于阀门内漏造成硫磺堵塞。
硫回收尾气处理技术及超级克劳斯工艺
硫回收尾气处理技术及超级克劳斯工艺发布时间：2022-10-08T02:24:10.311Z 来源：《新型城镇化》2022年19期作者：姚志烨[导读] 硫回收系统日用电量高达17500～20000 k W·h，硫回收系统尾气SO2排放指标始终徘徊在国标的门槛边缘。
山西潞安煤基清洁能源有限公司山西长治市 046000摘要：回收石油、天然气及煤化工过程气体中的H2S制硫，多采用传统的Claus法。
我国目前Claus硫磺回收装置约30套（近期将再建成10套），生产能力1000kt/a，实际产量766kt/a（2021年）。
Claus法采用新工艺、新型催化剂、自动监控技术等，硫的回收率已接近热力学平衡值，例如二级Claus法，硫回收率已达92％～95％。
若附加尾气处理装置，总硫回收率可达98％，甚至99.5％以上。
因此Claus尾气处理技术是目前研究中的一个热点。
关键词：硫回收尾气；处理技术；克劳斯工艺硫回收装置采用的是3级克劳斯串1 级超级克劳斯的荷兰Jacobs（JNL）公司的工艺技术，硫回收系统2016年5月投运即面临环保排放和高能耗问题，SO2排放浓度虽达到小于60mg/m3的指标要求，但这是在焚烧炉配风燃烧及稀释排放物的情况下实现的，总的SO2排放量并没有减少；焚烧炉助燃空气鼓风机电机功率1250 k W，硫回收系统日用电量高达17500～20000 k W·h，硫回收系统尾气SO2排放指标始终徘徊在国标的门槛边缘。
1.硫回收装置介绍硫回收主要工艺流程为来自低温甲醇洗的酸性气体经过水洗塔洗涤后进入燃烧炉，经过Fv6012和Fv6014配比后使酸性气体中略<1/3的H2S在燃烧炉内与低压氧气进行不完全燃烧生成部分SO2，生成的SO2和未反应的H2S在高温条件下生成气态硫和水，剩余未反应的气体依次进入1～3级克劳斯反应器，在催化剂的作用下进一步生成硫，反应生成的硫进入硫冷器经液硫封最后进入液硫池，H2S含量约0.77%（vol%）的尾气进入超级克劳斯反应器，在超级克劳斯催化剂的作用下将H2S选择性地氧化为单质硫，生成的硫经冷凝和捕集得到回收。
基于超级克劳斯硫磺回收工艺的天然气处理厂蒸汽系统设计
基于超级克劳斯硫磺回收工艺的天然气处理厂蒸汽系统设计苏海鹏1，张懿君2（1.华油惠博普科技股份有限公司， 北京 100088）（2.陕西省燃气设计院有限公司， 陕西 西安 710043）[摘 要] 在某天然气处理工艺及其硫磺回收工艺的基础上，通过HYSYS软件建立并模拟计算了工艺装置用蒸汽负荷，得到了各工艺装置蒸汽负荷的具体数据，为蒸汽系统的设计规划提供数据支撑，在此基础上进行了蒸汽系统的设计。
分析了几种不同条件下蒸汽系统的设计运行方式，为工程应用提供必要的参考。
[关键词] 克劳斯；硫磺回收；天然气；蒸汽系统作者简介：苏海鹏（1978—），男，陕西商洛人，2002年哈尔滨理工大学热能工程专业毕业，学士，高级工程师。
主要从事热能工程相关装置与工艺的设计研究工作。
卡让萨油田天然气处理项目位于哈萨克斯坦阿克纠宾州巴伊卡尼斯地区，用以处理原料气量为300×106Nm 3/a ，并回收H 2S 体积含量为2%-3%的石油伴生气，将处理后的气体输送至气体收集站，进行天然气和凝液分离，并生产商品天然气、液化石油气、稳定凝析油及硫磺产品。
伴生气依次经过分离净化、采用MDEA 脱除H 2S 、分子筛脱水、轻烃回收、超级克劳斯硫磺回收、增压外输等处理工艺[1-2]。
本天然气处理厂硫磺回收采用超级克劳斯工艺，过程气在余热锅炉和冷凝器中与软化水进行换热降温，软化水换热产生大量的低压蒸汽。
在天然气处理过程中，需要消耗大量的热负荷以加热工艺介质，以及设备和管线伴热、采暖等[3-4]。
通过规划与设计，将各装置工艺设备用蒸汽和超级克劳斯装置自产蒸汽有效结合，设计完成了满足生产过程用蒸汽的蒸汽供热系统。
本文结合该天然气处理厂工艺装置的设计过程，建立工艺装置和辅助功能的蒸汽负荷计算模型，通过对计算结果的分析，为蒸汽供热系统的整合提供有效数据支撑，为类似工程应用提供借鉴。
1 天然气处理工艺概况1.1 总工艺流程来自站外的高压和低压原料气先进行气液分离，然后将低压原料气经螺杆压缩机压缩至0.4MPa 后与高压原料气混合，再进入燃气驱动往复式压缩机将天然气从0.3MPaG 压缩到0.4MPaG ，高压气经醇胺法脱硫装置脱除气体中的H 2S 和硫醇（RSH ）。
ProMax在硫磺回收及尾气处理装置模拟中的应用
北京德鹏软件有限公司 上地东路1号盈创动力大厦A座201室（100085）电话：(010) 58858105，传真：(010) 58859408，网站：ProMax硫磺回收及尾气处理装置模拟2011.12北京德鹏软件有限公司ProMax （原TSWEET 和PROSIM ）是一款强大而灵活的流程模拟软件，由美国布莱恩研究与工程公司（BR&E ）开发。
目前，在世界范围内广泛的应用于天然气加工处理，石油炼制等石油化工行业中。
近40年来，ProMax 其在天然气脱硫脱碳、天然气脱水、硫磺回收等工艺的突出表现，得到了业界的一直好评。
ProMax3.2 能够对硫磺回收单元提供最先进的全流程模拟，并同时保持了一贯准确的模拟结果及直观简易的操作界面，给工程设计人员、硫磺装置操作人员提供了优化设计、发现并解决问题的强有力的技术支撑和专业工具。
来自醇胺法等脱硫脱碳装置的酸气中含有相当数量的H 2S ，可用来生产优质硫磺。
这样做，既可以使宝贵的硫资源得到综合利用，又可防止环境污染。
可见，尾气处理装置具有非常显著的环境效益和社会效益。
ProMax 可模拟Claus 、SUPERCLAUS 、COPETM 、CBA 、Ultra 、Sulfreen 、Selectox/Recycle Selectox 、SCOT 等工艺流程，如下为ProMax 模拟的三级克劳斯硫磺回收工艺流程图： Recovered!S197.52.53%ProMax在硫磺回收及尾气处理方面的亮点：1，ProMax针对硫磺回收工艺开发了专门的热力学方法Sulfur‐PR或Sulfur‐SRK，使ProMax能够准确预测硫磺各相态的物理性质，其已得到了广泛的验证和认可。
2，多样工艺流程安排完整的硫磺回收装置主要设备：反应炉、余热锅炉、转化器、硫冷凝器、再热器；ProMax在硫磺回收的各反应器都采用Gibbs Minimization的基本原理来计算，不同的设备采用不同的Gibbs set：a.反应炉（Reaction furnace），Gibbs set为Acid Gas Burner，在这里默认所有进料组分都参加反应，通过Gibbs自由能最小化的方式来计算原料在燃烧炉中的化学平衡。
硫磺回收冷床吸附与超级克劳斯工艺运行的比较
（ 分厂 Ｉ Ⅱ 备注 大 忠 厂 （竹 ） ； ｓ 大竹分 ａ 县
厂）
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两种 工 艺的转 化 率 、 生热 源 、 再 催化 剂 等相应 不
同。
硫要率 ． 。 磺收 ｚ 。 。 詈篓 。 ｓ ． ． 时 ｓ ｚ 性
摘 要 随 着天 然 气净化 工 业 的 发展 ， 来 越 多的硫 磺 回 收 工 艺 引入 国 内进 行 消 化 和 吸 收 。 越
重庆 天然 气净 化 总厂 ２ ０ ０ ２年 和 ２ ０ ０ ５年 引 进 了超 级 克 劳 斯 硫 磺 回 收 技 术 ， 竹 分 厂 和 引 进 分 厂 大 ２０ ０ ８年 引 进 了冷 床 吸 附 法 （ Ｂ 硫 磺 回 收 技 术 ， 文 通 过 对 两 种 硫 磺 回 收 工 艺 操 作 的 比 较 ， 析 Ｃ Ａ） 本 分 了操 作 中 的 优 点 和 缺 点 。 关 键 词 硫 磺 回收 工 艺 冷 床 吸 附 超 级 克 劳 斯
单独的再生系统和补充再
纛 混 热 反 最 生热量， 单， 地少， 主气 加 到 器 流程简 占 台达应佳
操作和维修十分方便
氧化 反应 器 ， 将尾 气 中的 Ｈ。 Ｓ直 接氧 化成 单 质 Ｓ 。
Ｃ Ａ 硫 磺 回收 工 艺 在 主燃 烧 炉 燃 烧 阶段 与其 Ｂ 它克 劳斯 反应 阶段 一 样 ， 应严格 控 制风 气 比， 克 劳 在 斯反 应器 后 ， 采用 低 温 克 劳 斯 催 化 剂使 过 程 气在 低
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… 蓄
２两 种 硫 磺 回 收 工 艺 酌 ｝较 ［
超级 克劳 斯 和冷床 吸 附两种 硫 磺 回收工 艺 的 比
较 见 表 ｌ 。
超 级克 劳斯 与 Ｃ Ａ 工 艺 的 配风 控 制 特 点 主要 Ｂ
基于Aspen Plus的超级克劳斯硫磺回收+SSR尾气处理工艺模拟
Ｐｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｓ ｕｐ ｅ ｒ Ｃｌ ａ ｕｓ ｓ ｕｌ ｆ ｕｒ ｒ ｅ ｃ ｏ ｖ ｅ ｒ ｙ ａ ｎ ｄ ＳＳ Ｒ ｔ ａ ｉ ｌ ｇ ａ ｓ
ｔ ｒ ｅ ａ ｔ ｍｅ ｎ ｔ ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ａｓ ｐｅ ｎ Ｐｌ ｕｓ
理工艺过程模拟 ， 对设计计算 和生产操作均具有优化作用。 关键词 ： 硫 回收 ； 尾气处理 ； Ａｓ ｐ ｅ ｎ Ｐ ｌ ｕ ｓ 中图 分 类 号 ： Ｔ Ｑ １ ２ ５ ． １ 文献 标 志码 ： Ａ
文章 编号 ： ０ ２ ５ ３— ４ ３ ２ ０ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ６—０ １ ６ ８— ０ ４
Ｌ Ｉ Ｊ ｉ ａ ｎ ． ｗｅ ｔ ， Ｌ Ｉ Ｂ ｉ ｎ ｇ，Ｃ ＨＥ Ｎ Ｃ ｈ ｏ ｎ ｇ，ＷＡ ＮＧ Ｄａ ｎ，Ｚ ＨＡ ＮＧ Ｘｔ ｎ — ｘ ｉ ｎ
（ Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ｏ ｆ ｃ ｈ ｅ ｍｉ ｓ ｔ ｒ ｙ ａ ｎ ｄ ｃ ｈ ｅ ｍ ｉ ｃ ａ ｌ ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ， Ｘ ｉ ’ ａ ｎ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， Ｘ ｉ ’ ａ ｎ ７ １ ０ ０ ５ ４ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
克劳斯法硫磺回收控制系统的设计与实现
克劳斯法硫磺回收控制系统的设计与实现发表时间：2019-11-18T15:54:25.473Z 来源：《工程管理前沿》2019年5卷12期作者：王磊[导读] 随着经济的发展，人们生活水平的提高，人们逐渐意识到可持续发展的重要。
摘要：随着经济的发展，人们生活水平的提高，人们逐渐意识到可持续发展的重要。
近年来，环境污染问题日益严重，而石化企业在对资源加工处理过程中，不可避免地会产出硫化氢等污染物质。
采用克劳斯法硫磺回收工艺，不仅可以最大限度地降低废气对环境的污染问题，而且能够高效地回收硫磺产品，从而提高了能源的利用效率与价值。
目前我国克劳斯法工艺流程的应用现状还存在诸多不足，因此只有不断对工艺进行改进、创新和升级，才能实现硫磺回收和尾气处理的高效协同发展。
本文就克劳斯法硫磺回收控制系统的设计与实现展开探讨。
关键词:克劳斯法；硫磺回收；工艺引言克劳斯法硫磺回收虽然并非属于气体净化工艺，但由醇胺法脱硫、克劳斯法硫磺回收、配套尾气处理技术组成工艺技术路线，经70余年的技术开发，现已成为从含硫天然气和炼厂气中回收硫磺最重要的技术路线。
1克劳斯法硫磺回收工艺的优势首先，克劳斯法硫磺回收工艺具有操作灵活方便和弹性范围大的优点，而且热稳定性、化学稳定性和机械强度也很高，同时维修方便，装置运行平稳可靠，并能减少有害物质的排放，催化剂的使用寿命能多达10年左右；其次，克劳斯法对于硫磺的转化效率和回收效率十分可观，可以实现加工处理过程的连续周期运转，同时副反应的现象能够有效控制，最为关键的是可以满足环保排放的标准要求；再次，克劳斯法对于酸性气浓度不同范围的适应能力较强，不仅可以满足新建装置设备，而且对于传统装置改造升级的情况也较为适合。
同时三废问题可以得到最大限度的降低和抑制。
基于克劳斯法装置适应性强的特点，因此广泛应用于石化企业硫磺回收与尾气处理环节；最后，相对来讲克劳斯法的系统操作并不复杂，因此投资费用低，而且工艺流程也容易操控和管理。
硫磺回收装置中克劳斯反应燃烧的控制方案
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（ＣＰＥＣＣＢｅｉｊｉｎｇＤｅｓｉｇｎＢｒａｎｃｈ，Ｂｅｉｊｉｎｇ，１０００８５，Ｃｈｉｎａ） 犃犫狊狋狉犪犮狋狊：Ｆｏｒｓｕｌｆｕｒｒｅｃｏｖｅｒｙｕｎｉｔｏｆｆｏｒｅｉｇｎｎａｔｕｒａｌｇａｓｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｐｌａｎｔｓ，ｔｈｅｆｅｅｄｓａｒｅ ｖａｒｉａｂｌｅ，ｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓａｒｅｈｉｇｈａｎｄｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｓｃｈｅｍｅｓａｒｅｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄｔｏＣＬＡＵＳ ｂｕｒｎｅｒ．Ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｄｅｔａｉｌｅｄｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎｏｆａｉｒｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓｃｈｅｍｅｏｆｆｕｅｌｇａｓａｎｄａｃｉｄｇａｓ，ｔｈｅ ｅｖｌｏａｌｂｕｏｍｒａｅｔｅｒｄａｔ．ｉｏＴｈｃｅｏｃｎｔｏｒｍｏｌｂｕｏｓｆｔｉｏＨｎ２ｅＳｆｆｉｃａｉｎｅｄｎｃｙＳＯｏｆ２ｔｉｈｎｅＣｂｕＬｒＡｎｅＵｒＳ，ｂｔｕｈｒｅｎｅｉｒｎｓｉｓｔｒｅｕｆｆｍｅｅｃｎｔｉｔｖｅｃｌｏｙｎｉｔｍｒｏｐｌｒｏｐｖａｅｒｄａ，ｍａｅｓｔｅｗｒｓｅｌｌａａｒｅｓ ｔｈｅｅｍｉｓｓｉｏｎｏｆｆｌｕｅｇａｓｐｏｌｌｕｔａｎｔｓｒｅａｃｈｅｓｔｈｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｓｔａｎｄａｒｄ．Ｔｈｅｏｖｅｒａｌｌ ａｕｔｏｍａｔｉｃｏｐｅｒａｔｉｏｎｌｅｖｅｌｏｆｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｌｏｏｐａｎｄｔｈｅｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｄｅｖｉｃｅａｒｅ ｉｍｐｒｏｖｅｄ． 犓犲狔狑狅狉犱狊：ｎａｔｕｒａｌｇａｓｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ；ＣＬＡＵＳｒｅａｃｔｉｏｎ；ｓｕｌｆｕｒｒｅｃｏｖｅｒｙ；ｒａｔｉｏｃｏｎｔｒｏｌ
HYSYS软件模拟克劳斯法硫磺回收工艺
一
程硫磺 回收模拟软件是 Ｓ ｕ ｌ ｐ ｈ ｕ ｒ Ｅ ｘ ｐ ｅ ａ ｓ 公 司开发 的 Ｓ Ｕ Ｌ Ｓ Ｉ Ｍ， 由于其昂贵的价格 ， 购买这一软件 的国内
关键词 ： 克劳斯法 ； 硫磺 回收； Ｈ Ｙ Ｓ Ｙ ｓ 软件 ； 过程模拟
中图分类号 ： Ｔ Ｑ０ １ ９
文献标识码 ： Ａ
文章编号： １ ６ ７ １ － ９ ９ ０ ５ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ６ ４ Ｘ ） ７ １ － ０ ４
随着全球含硫原油和天然气资源的大量开发 ，
以及 节 能 减排 １ ３ 益 引 起 全社 会 的重 视 ， 以克 劳斯 法
段 以及 基 础 设计 阶段 的盲 目性 ， 为项 目进 展 赢 得 时
间。
左右。最后 ， 过程气再被冷却至 １ ５ ８ ｏ Ｃ酸性气 ， 经加 氢 和水洗 之后 即可 达标 排放 。
空气 酸性气
本文通过对相关物性数据进行补充 和完善 ， 利 用 Ｈ Ｙ Ｓ Ｙ Ｓ软件 对 中 国石 化上 海 高 桥 分 公 司 原油 适
一
款工程模 拟软件 口 】 ， 其功能强大 ， 操作界 面简单 ，
般控制在 ６ ５ ％左右。反应后 的过程气进入二级
是工 艺 过程模 拟 的常规 软件 之一 ［ ４ － 。然 而 ， ＨＹ Ｓ Ｙ Ｓ 软件 因为 物 性数 据 库 不 完 整 ， 对 克 劳斯 法 硫 磺 回收
硫冷凝器 ， 温度被 降至 １ ６ ０ ℃， 排 出液硫 。随后 ， 过 程气 被加 热 至 ２ ２ ０ ｏ Ｃ 进 行克 劳斯 催化 反应 。在二 级
一种克劳斯硫磺回收过程中反应炉动态建模方法[发明专利]
![一种克劳斯硫磺回收过程中反应炉动态建模方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/55ac167d6bec0975f565e2d2.png)
专利名称：一种克劳斯硫磺回收过程中反应炉动态建模方法专利类型：发明专利
发明人：葛铭,魏江,葛文锋,郑小青,郑松,李小爽
申请号：CN201410521027.5
申请日：20140930
公开号：CN104298866A
公开日：
20150121
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明涉及一种克劳斯硫磺回收过程中反应炉动态建模方法。
本发明在原子物料守恒、Gibbs自由能最小原则及能量守恒计算的基础上，首次提出通过将热量损失计入能量守恒方程进行迭代计算判断反应炉内的温度是否合理，进而计算反应炉内的组分，为克劳斯硫磺回收过程中反应炉动态建模提出了一种新的方法。
在计算过程中，首先假定克劳斯硫磺回收过程中反应炉内的温度及各组分的量，通过物料平衡方程、Gibbs自由能最小原则计算反应炉内组分含量，然后通过能量平衡方程判断假定的温度是否合理。
本发明初次提出一种克劳斯硫磺回收过程中反应炉动态建模方法，为克劳斯硫磺回收过程的动态建模计算提供了一条新的途径。
申请人：杭州电子科技大学
地址：310018 浙江省杭州市下沙高教园区2号大街
国籍：CN
代理机构：杭州求是专利事务所有限公司
代理人：杜军
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超级克劳斯硫回收装置运行中存在的问题及改造
超级克劳斯硫回收装置运行中存在的问题及改造唐乐【摘要】结合陕西咸阳化学工业有限公司硫回收装置的实际运行情况,对反应器超温、夹套伴热温度不达标、工艺气夹带硫磺、超级克劳斯主副线阀卡涩等问题进行了分析,介绍了调整夹套伴热的蒸汽管线走向、改变冷凝器的副产蒸汽压力、在超级克劳斯装置主副线阀前后管段增加夹套伴热等处理措施.通过改造,解决了实际生产中存在的问题,确保了装置的安全稳定运行.【期刊名称】《煤化工》【年(卷),期】2015(043)004【总页数】4页(P65-68)【关键词】超级克劳斯工艺;硫回收;夹套伴热;腐蚀;超温;蒸汽【作者】唐乐【作者单位】陕西咸阳化学工业有限公司,陕西咸阳712000【正文语种】中文【中图分类】TQ125.1超级克劳斯工艺是由荷兰Comprimo公司与VEG气体研究院和Utrech大学合作开发，通过改变以往单纯提高H2S与SO2反应进程的方法（如增加反应器级数、改进克劳斯催化剂、控制H2S和SO2体积比尽可能接近2∶1等），在传统克劳斯转化之后，在最后一级转化段，使用新型选择性氧化催化剂，由此来改进克劳斯硫回收技术，使经克劳斯硫回收处理后的尾气符合排放要求，同时尽可能地提高硫磺回收率[1]。
陕西咸阳化学工业有限公司（以下简称咸阳化工公司）的硫回收装置采用荷兰荷丰公司的超级克劳斯硫回收专利技术，于2011年10月1日投料生产。
硫回收装置投入生产后，针对实际运行中存在的问题和不足之处，进行了多项技术改造，改造效果较好，确保了装置的安全稳定运行。
超级克劳斯硫回收工艺流程示意图见图1。
来自低温甲醇洗的酸性气（H2S体积分数25%～46%）先经过脱甲醇塔，进入气液分离器进行气液分离后，洗去其中绝大部分的甲醇，再经过中压蒸汽预热后，进入主燃烧炉，与氧气进行燃烧反应，控制出主燃烧炉的H2S与SO2的体积比大于2∶1。
而传统的克劳斯反应工艺是要控制出燃烧炉的H2S与SO2的体积比为2∶1，因为在传统Claus工艺中，这个H2S与SO2的体积比是Claus反应的最佳比率。
克劳斯硫回收流程模拟及其工艺计算
Q = 0. 010 3 t + 116. 18 , Q = 0. 011 7 t + 173. 73 S6 (蒸汽) - S6 (液体) 、S8 (蒸汽) - S8 (液体) 的摩尔冷 凝热[3] 公式 ( Q :1. 005 ×106JΠmol ; t : ℃) :
Q = - 0. 058 5 t + 50. 575 , Q = - 0. 075 1 t + 49. 511 将克劳斯过程主要物质的焓 (单位 :kJΠmol ,表中
- 28. 248 Ln( kp ) + 539. 83(400 ≤kp ≤10 000) T平衡 = 671. 57 kp - 0.0 939 (10 000 < kp ≤20 000)
硫蒸气品种分布的 S2 、S6 、S8 曲线[3] 分别拟合成
数学公式 ( t : ℃) :
1. 62 E - 0. 5 t2 - 0. 013 8 t + 2. 949 1 (420 ≤t ≤650)
气温度略有升高 ,经三级冷凝器回收热量并分离出 液硫 ,尾气进一步处理或灼烧后用烟囱排放 ,各级冷 凝器分离出的液硫流入硫储槽 ,成型后即为硫磺产 品[1] 。
1 工艺流程
装置的工艺流程如图 1。在该工艺中 ,全部原 料气进入燃烧炉 ,要求严格配给空气量 ,以使酸气中 全部烃完全燃烧 ,而 H2 S 仅有 1Π3 氧化成 SO2 ,使剩 余的 2Π3 H2 S 与氧化成的 SO2 在理想的配风比下进 行催化转化 ,以获取更高的转化率 。燃烧炉温度高 达 1 100～1 600 ℃,此时原料气中 H2 S 约有 60 %～ 70 %转化成元素硫 。含硫蒸汽的高温气体经废热锅 炉回收热量后进入一级冷凝器再次回收热量并分离 出液硫 ,出一级冷凝器的过程气与废热锅炉引出的 一小股热气流掺合以达到进一级转化器所需温度 。 进入一级转化器 ,在已活化的催化剂上反应 ,由于反 应放热 ,出口气温度明显升高 ,经二级冷凝器回收热 量并分离出液硫之后的过程气 ,经再热器加热达到 需要的温度 。进入二级转化器 ,催化转化后的过程
基于AspenPlus的克劳斯硫回收过程模拟
温度 / ℃ 设计值 模拟值 1355 1322
202
198
0． 110
0． 114
342
339
0． 018
0． 020
332
317 一级硫 冷器
220
220
0． 019
0． 020
。
241
241
0． 004
0． 006
45
46
二级硫 冷器
3
工艺流程模拟
以某 3 200 t / a 硫磺项目为模拟对象， 采用分流
务必配置灵敏的分析仪器， 以保证随时根据 H2 S 时， 和 SO2 的摩尔浓度比值的情况， 微调空气量。 4.4 部分燃烧法与分流法的对比 以前 通 常 的 认 识 是 原 料 气 中 H2 S 含 量 大 于 55% 时推荐采用部分燃烧法， 原料气中 H2 S 含量在 15% ～ 30% 的范围内推荐使用分流法。 而在选择 最关键的影响因素并非单 部分燃烧法与分流法时， 纯是原料气中 H2 S 含量， 而是燃烧炉的操作温度。 工业实践已经证明， 燃烧炉平稳运行的操作温度通 常不能低于 930 ℃ ， 否则火焰稳定性差， 且炉内因反 应速率过低而导致废锅出口经常出现大量游离氧 。 本次模拟还研究了改用部分燃烧法后的一些 关键数据和实际采用的分流法数据。 部分燃烧法 与分流法模拟数据对比见表 3 。
图1
Aspen Plus 模拟克劳斯硫回收工艺流程
图2
主风机空气用量与燃烧炉温度的关系
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化肥设计
2011 年第 49 卷
由图 2 可以看出， 主风机空气用量对燃烧炉温 度的影响非常明显。 随着空气用量的增大， 燃烧炉 此时酸性气中的 H2 S 以及其他 内的温度逐渐升高， 可燃成分和空气中的 O2 燃烧会放出大量的热量。 温度越高越有利于燃烧火焰的稳定， 对主燃烧炉操 作越有利； 但是当空气超过一定量之后， 可燃气包 括 H2 S 燃烧殆尽， 如果空气继续过量会明显稀释高 温， 对操作不利。 4.2 空气用量与尾气中 H 2 S 与 SO 2 浓度比关系 主风机空气用量与出口尾气中 H2 S 和 SO2 摩 尔比值的关系见图 3 。
基于Aspen Plus的克劳斯硫回收过程模拟
基于Aspen Plus的克劳斯硫回收过程模拟林发现;丁玲;陈延林;李繁荣;师慧灵;邹隐文【期刊名称】《化肥设计》【年(卷),期】2011(049)004【摘要】Adopting Aspen Plus process analog calculation software,process flow for Claus sulfur recovery was simulated,simulated data was good coincident with the data demarcated by analog software used specially for sulfur recovery;on that basis,author has studied the influence of Claus key data on process flow by use of Aspen Plus modular analysis function,its conclusion was coincident with practical production process;result indicates that it has optimizing role for both design calculation and production operation based on the Claus sulfur recovery process analog.%采用Aspen P lus工艺模拟计算软件模拟了克劳斯硫回收工艺过程,模拟数据与硫回收专用模拟软件的标定数据吻合较好;在此基础上,利用Aspen P lus模块化分析功能,研究了克劳斯工艺的关键数据对工艺过程的影响,其结论与实际生产过程相符合;结果表明,基于Aspen P lus的克劳斯硫回收过程模拟,对设计计算和生产操作均具有优化作用。
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Modeling and Simulation 建模与仿真, 2015, 4(3), 80-86Published Online August 2015 in Hans. /journal/mos/10.12677/mos.2015.43010Dynamic Simulation of the Super ClausSulfur Recovery SystemWenfeng Ge, Jiang Wei, Xiaoqing Zheng, Song Zheng, Ming GeAutomatization College, Hangzhou Dianzi University, Hangzhou ZhejiangEmail: wenfengge@Received: Jul. 29th, 2015; accepted: Aug. 14th, 2015; published: Aug. 20th, 2015Copyright © 2015 by authors and Hans Publishers Inc.This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY)./licenses/by/4.0/AbstractCoal chemical, oil refining industry and natural gas industry provided the main sulfur production in China. China is a country with coal as the main energy source, high sulfur coal is used for many factory productions and needs to recover sulfur from sulfur containing medium such as high sul-fur gas which is produced from desulfurization unit, generally in the form of simple substance sulfur as the final product. This paper from the sulfur recovery unit process principle and equip-ment principle starting, the general chemical process dynamic modeling software, OmniSim, is adopted to establish a set of dynamic mathematics of the super Claus sulfur recovery unit, which is treated with sulfuric acid gas in coal chemical industry. According to the actual operating condi-tion data, the reaction kinetic parameters of the sulfur recovery reaction device were corrected.The results show that the model of the main burner is successfully modeled by the Gibbs free energy minimization, and the average relative error of the simulation results and the actual oper-ating conditions is about 5%, which can meet the industrial application. According to this, this pa-per provides a scheme of dynamic model of sulfur recovery system using chemical process dy-namic modeling software. Based on the dynamic model, the dynamic response of the production operation and the test of the automatic control scheme can be simulated.KeywordsDynamic, Simulation, Modeling, Super Claus, Sulfur Recovery超级克劳斯硫磺回收系统动态模拟仿真葛文锋，魏江，郑小青，郑松，葛铭杭州电子科技大学自动化学院，浙江杭州超级克劳斯硫磺回收系统动态模拟仿真Email: wenfengge@收稿日期：2015年7月29日；录用日期：2015年8月14日；发布日期：2015年8月20日摘要煤化工、炼油工业和天然气工业提供了我国的主要硫磺产量。
特别我国是以煤炭为主要能源的国家，高含硫煤炭在处理过程中，需要对工艺脱硫装置产生的高含硫气体等含硫介质进行硫磺回收，一般以单质硫磺为最终产品。
本文从硫磺回收装置的工艺原理和设备原理出发，采用通用化工流程动态建模软件：奥秘仿真(OmniSim)建立了一套煤化工生产中含硫酸性气体处理的超级克劳斯硫磺回收装置的动态数学模型。
根据实际工况数据，对硫回收反应装置的反应动力学参数进行了校正。
研究结果表明，采用吉布斯自由能最小化的方式对主燃烧器建模，模拟计算结果与实际工况数据的浓度平均相对误差在5%左右，可以满足工业级应用。
本文提供了一种利用化工流程动态建模软件建立硫磺回收系统动态模型的方案。
基于动态模型，可以进行装置的生产操作动态响应、自控方案检验等方面的模型仿真。
关键词动态，模拟，建模，超级克劳斯，硫磺回收1. 引言随着化工生产技术的不断发展，新型化工装置日益向大型化及高度自动化发展。
与此同时，伴随着计算机软件、硬件技术的迅速发展，化工流程模拟软件也不断进步，越来越多的新型化工装置利用流程模拟来辅助完成装置的设计、优化及生产操作模拟。
其中，稳态流程模拟软件往往被用于装置的设计及工艺优化方面，而动态流程模拟软件则可完成工厂装置的开车、停车和工艺操作响应等过程的动态仿真。
目前针对煤气化工艺[1]、PTA加氢反应工艺[2]等工艺过程已有研究人员做了工艺装置的动态建模仿真工作。
但针对石油化工、煤化工和天然气工业中有广泛应用的硫磺回收装置的动态建模仿真工作尚未见报道。
本工作以大型通用化工流程建模软件：奥秘仿真(OmniSim)为工具，建立了一套超级克劳斯硫回收工艺[3] [4]装置的动态仿真模型。
特别是针对硫回收工艺中的主燃烧器进行了适当的建模，使主燃烧器这一最复杂的设备能够以一种非常简化的方式建模，同时可保证模型精度。
动态仿真模型采用与真实装置完全一致的工艺生产流程，在装置的工艺操作过程中，仿真模型能够提供与真实装置相近的动态响应曲线，参数变化趋势一致，模拟保真性能良好，数值动态变化的误差小，能够很好的提供装置的动态模拟仿真，为后续的装置动态响应测试、自控系统功能检验及开工停工过程模拟练习提供了基础仿真模型。
本文切实的提供了一种利用通用化工流程模拟软件建立硫磺回收装置仿真模型[5] [6]的建模仿真方案。
2. 超级克劳斯工艺原理超级克劳斯工艺[7]，是从含H2S的酸气中回收元素硫。
此工艺是传统克劳斯工艺与荷兰荷丰工艺的结合，采用先进行传统克劳斯反应，在克劳斯反应器中将硫化氢与二氧化硫之间的反应达到平衡。
而后，针对克劳斯反应后的气体，再通过催化还原[8] SO2成为H2S和硫磺蒸汽(即通常所说的超优克劳斯工艺)，及选择性地氧化硫化氢来得到硫单质(即通常所说的超级克劳斯工艺)。
本工作中使用奥秘仿真(OmniSim)动态建模软件，建立了超级克劳斯硫磺回收装置动态仿真模型。
仿超级克劳斯硫磺回收系统动态模拟仿真真装置由一个分流的主燃烧炉和两个克劳斯催化反应器以及一个超优克劳斯催化反应器和一个超级克劳斯催化反应器组成。
最后的尾气被输送往焚烧炉燃烧，流程图见图1。
3. 装置建模根据超级克劳斯装置的工艺原理及工艺流程，使用化工流程建模软件：奥秘仿真(OmniSim)，利用软件中的反应器、换热器、分离器、罐等单元操作模块，建立与生产工艺相一致的动态仿真流程，仿真流程图见图2。
3.1. 主燃烧器建模主燃烧器内进行的主要反应有两个： (1) 含硫的酸性气体的燃烧反应2222H S 32O SO H O +→++量热Figure 1. Super Claus sulfur recovery process chart 图1. 超级克劳斯硫磺回收流程图Figure 2. Flow sheet of simulation process 图2. 装置仿真建模流程图超级克劳斯硫磺回收系统动态模拟仿真(2) 根据平衡反应，剩余H 2S 中的大部分将与SO 2燃烧并生成22222H S SO 32S 2 H O +↔++量热在实际的生产过程中，主燃烧器内这两个反应都有发生，但以第一步反应(1)为主。
在流程仿真建模过程中，可简化认为主燃烧器内只进行第一步酸性气体的燃烧反应，忽略第二步克劳斯反应，认为它主要在位于后方的主燃烧室中进行。
并且可以近似的认为氧气的燃烧反应是完全的，采用转化反应器模块，配置氧气转化率为100%，转化反应器模块将根据质量守恒方程和能量守恒方程，以及模块设置的转化率及热损失效率，计算出主燃烧器出口的温度、浓度和流量等信息。
3.2. 主燃烧室建模主燃烧室内进行的主要反应即是克劳斯反应：22222H S SO 32S 2H O +↔++量热在实际生产过程中，克劳斯反应分别在主燃烧器和主燃烧室中进行，而在仿真建模中，将所有的克劳斯反应均放置在主燃烧室中进行，这一近似，大大简化了主燃烧器和主燃烧室的建模难度，并且只会引入非常小的误差。
原因主要是：主燃烧室进行的H 2S 与SO 2的反应是一种平衡反应，并且在燃烧室内的高温高压条件下，可以认为整体反应达到吉布斯自由能量小值，因而不论克劳斯反应是发生主燃烧室内，还是同时发生于主燃烧器和主燃烧室内，最终流出体系的平衡组成是都由吉布斯自由能最小来决定和计算的[9] [10]，两者的计算结果应该是一致的。