克劳斯硫回收工艺生产中存在问题和改进措施研究

克劳斯硫回收工艺生产中存在问题和改
进措施研究
摘要：本文主要对国能榆林化工有限公司180万t/a甲醇厂现阶段使用的三
三级克劳斯转化工艺技术进行论述，根据当下现状，围绕着生产期间引发硫磺回
收率提不上来、管线堵塞、反应器床层存在积碳等现象的因素展开深入分析，同
时从生产操作参数和原料气控制的角度提出解决办法。

在实行了上述措施后，硫
磺的回收率从原先的97.05%飙升到98.10%的水平，并且尾气中的二氧化硫含量
也减少了许多。

关键词：克劳斯硫回收工艺；生产环节；存在问题；改进措施；探究与论述引言
随着我国煤化工项目数量的连年增长，同时装置也朝着大型化与规模化的方
向转变，进一步加剧了国内大气污染的程度。

基于此，近两年我国环保法规已经
提高了生产企业的大气污染物排放标准，对各生产企业而言，综合治理废气显然
是目前最为紧要的任务之一。

在煤化工的生产期间，废气是燃烧了大量的原料煤、燃料煤才产生的。

我国绝大部分的煤化工生产企业在净化合成气方面，基本都是
以低温甲醇洗技术为主，用于分离其中的二氧化硫和二氧化碳等成分，随后再将
其转移到硫回收装置当中，完成最后的深度处理环节。

本文就主要针对国能榆林
化工有限公司当中的甲醇厂的实际情况，分析了对于克劳斯硫回收的实际工艺情
况和生产阶段当中的问题，提出了全新的解决措施和优化方案。

1硫回收的工艺分析
现阶段，国内外已经研发出了许多种不同的硫回收工艺技术，其中比较常见
的有生物法硫回收、液相直接氧化工艺等等。

液相直接氧化工艺在硫的粗脱环节
出现率较高，比如栲胶法脱硫、ADA法脱硫等都是比较典型的工艺技术。

固定床
催化氧化工艺、生物法硫回收工艺均可实现高效回收硫磺，尤其是在尾气处理的
标准比较严格时就能派上很大用场。

其中，克劳斯回收装置是目前固定床催化氧化硫回收中最具代表性的一项技术。

它主要用在炼厂气和含硫化氢气体回收硫等处理过程中，近年来凭借着回收硫磺纯度高、简单易操作、投资少和占地面积小等优势，在相关领域中极受追捧[1]。

该公司采用的工艺为高温热反应和三级催化的克劳斯硫回收工艺，依据低甲酸性气中的H
2
S浓度由于负荷变化而不同，通常采用部分燃烧法和分流法，低甲酸性气浓度较高时使用部分燃烧法，即全部原料气引入制硫燃烧炉炉头，在炉中
按制硫所需的O
2量严格控制配风比，使H
2
S燃烧后生成SO
2
的量满足H
2
S/SO
2
的比
值为2，H
2S与SO
2
在炉内发生高温反应生成气态硫。

未完全反应的H
2
S和SO
2
冷却
降温后经转化器，在催化剂的作用下再次反应。

当低甲酸性气浓度较低时常采用分流法，即约2/3的原料气引入制硫燃烧炉炉头，在炉中按制硫所需的O
2
量严格
控制配风比,使H
2S在炉中全部生成SO
2。

另外1/3的原料气在炉膛后与其混合，
进行反应，之后经冷却依次进入三级催化转化器，在催化剂的作用下，发生克劳斯反应生成硫磺。

部分燃烧法和分流法都具有工艺成熟可靠，操作控制简单，能耗低等特点，是目前国内外广泛采用的制硫方法[2]。

2化工甲醇厂硫回收工艺存在的问题分析
2.1硫回收工艺
煤气化产生的合成气在低温甲醇洗处理之后，含30%的酸性气体的三分之一转移到燃烧炉中，混合空气后共同燃烧，实现硫化氢向二氧化硫的转化，期间会有源源不断的热量散出。

燃烧炉的气体温度高达1200摄氏度左右，随后转移到废热锅炉中，经过余热回收利用这一环节，气体的温度就会有所下降，同时与剩下的酸性气体混成一团，进到反应器当中，此时受催化剂的影响，便有克劳斯反应的发生。

2.2硫回收存在的问题
虽然有克劳斯硫回收工艺的投入使用，但自从引入了硫回收设备之后，装置
就很难保持长周期稳定运行的状态了，不仅如此，还引发了一系列的问题，比如
尾气排放的二氧化硫含量过高、硫磺颜色偏黑以及硫回收管线漏点较多等等。

3问题分析和探讨
3.1伴热存在死点，管道线堵塞，漏点较多
硫磺是一种黄色的固体，沸点为444.6摄氏度，具有易燃性，通常在248到261摄氏度以内会发生自燃现象，而在120摄氏度下则是直接凝固。

所以，要是
疏水效果不行、或者冷凝液的流通受阻的话，管线伴热温度根本无法降到120摄
氏度的水平，此时硫磺凝固起来，使管线发生堵塞的现象，同时增加系统的整体
压力，导致酸气接入系统时出现残余[3]。

3.2系统温度波动，催化剂车层积灰
从装置现运行结果来看，在低温甲醇洗系统当中，水冷器的换热效果不够理想，所以会使酸气中带甲醇含量较高，气化变换酸性气中的组分较为复杂，硫回
收酸性气分液罐未能起到应有的分液效果，从而在硫回收系统中便出现带甲醇，
带氨等其他组分，加剧燃烧程度。

酸气中一旦混入甲醇，遇氧便会发生反应，为
了保证后续的催化转化中能够保持二氧化硫、硫化氢气体的正常分子比，只能往
燃烧炉中送入更多的风量，此时因甲醇的燃烧热值是远远高于酸性气热值的，最
终的炉温肯定会超出标准值，会使硫磺带碳，成色偏黑，更无法保证炉膛内保温
衬里、耐火砖等部分的完好性了。

3.3酸气，风气配比不当
在克劳斯反应过程中，要求二氧化硫、硫化氢气体必须保持一比二的分子比，如若不然，随着反应的不断进行，该比值也会发生相应的改变，或降或升，如果
偏离程度仍在提高的话，就更难以保证硫产品的转化率了。

为了全面提高和完善
装置当中对于硫的实际转化率，我们在操作的过程当中需要严格的控制反应炉当
中存在的空气含量，最终保证尾气当中的硫化氢和二氧化硫的分子比达到2:1，
并且因为在生产线当中的氧气管的压力波动较大，最终导致了风气配比当中波动
较为严重，会直接影响温度，导致出现意外停车事故。

4技术改进措施
4.1改造管线，加强伴热效果
加强工艺操作，在含有硫蒸气气流的条件下，反应器床层每一个位置的温度
都必须保持在硫的露点温度以上，才能避免管道堵塞、催化剂积硫等情况的发生，同时设法降低事故性超温、降温操作的出现几率，定期把各管线存在的积硫清理
干净，以此为系统的稳定运行创造有利条件。

4.2加强低温甲醇洗工段的出塔温度控制
低温甲醇洗工段除了要保证净化系统甲醇的再生效果以外，酸气出热再生塔
的温度还不能超过83摄氏度，同时做好酸气冷却塔的清理工作，使其冷却效果
更接近预期，将低温甲醇洗工段酸气中的甲醇比例控制在合理范围内。

同时需要
定期反冲洗冷换设备，除去冷换设备中的积垢，增加换热效果。

4.3 关闭酸性气分液罐的蒸汽伴热
由于酸性气可能会带液，在分液罐有伴热的情况下，甲醇，水分等一会发性
组分会带入炉内，造成制硫炉温度变化速率较高，甚至可能会触发高连锁停车事故，在采取关闭分液罐伴热后，分液效果明显，能够将绝大部分的液体分离，硫
磺成品的颜色改观较为明显，而且增加了前装置的异常工况时硫回收的应急反应
时间。

5改造效果分析
我们通过对于工艺控制方法以及技术进行改造升级，可以实现让克劳斯硫的
回收装置体系稳定运作，全面提高了硫磺的成品质量，产量也有明显的提升，硫
磺的回收率也从最初的97.05%飙升到98.10%，降低了尾气当中的二氧化硫的占比，在进行调整之后，进入脱硫塔中的二氧化硫的也从最开始的8000mg/Nm3将低至5000mg/Nm3。

参考文献
[1]低成本硫回收工艺[J]. 左明.石油炼制与化工.1996(05)
[2]煤化工项目硫回收工艺技术分析[J]. 张明成,蒋保林.广东化工.2011(09)
[3]克劳斯硫回收工艺计算基础[J]. 关昌伦,胡平.石油规划设计.1992(03)
[4]基于Claus技术的燃烧炉硫回收工艺研究[J]. 王和杰.中国石油和化工
标准与质量.2013(19)。