超级克劳斯工艺在天然气硫回收装置中的应用

Ｆｅｂ．２００４・２４－化肥设计ｃｈｅｍｉｃａｌＦ矾ｉｌｉｚｅｒＤ商ｇｆｌ第４２卷第１期２００４年２月超级克劳斯工艺在天然气硫回收装置中的应用赵琦（中国五环化学工程公司，武汉４３００７９）摘要：介绍了克劳斯和超级克劳斯工艺的特点，从工艺流程、关键设备的选择和自动控制等方面介绍７超级克劳斯技术在硫回收装置中的应用。

关键词：克劳斯；超级克劳斯；硫田收装置；硫回收率中圈分类号：１１强４４文献标识码：Ｂ文章编号：１００４—８９０１（２００４）ｏｌ一００２４—０３Ａｐｐｌｉｃａｔｉ佃ｏｆＳｌＩｐｅｒＣＩａ峭Ｐｍｃｅ鹳ｉｎＮａｔｕｒａｌＣａｓＳｕＩｆｌｌｒＲ．瑚№ｒｙＵｎｉｔｚＨＡｏＱｉ（。

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硫回收装置在天然气净化厂中既是生产装置又是环保装置，处在一个十分特殊的地位。

面对高含硫天然气份额的增加，现有的克劳斯（ａａｕｓ）硫回收装置排出的尾气已达不到环保对大气排放中二氧化硫及硫化氢的含量要求。

为了提高克劳斯装置的总硫回收率，同时减少有害物质的排放量，从２０世纪５０年代以来，荷兰‰ｌｐｒｉｒｎｏ公司和Ⅵ好气体研究院（Ｇ丑ｓｉｎ．ｓｔｉｔｕｕｔ）与ｕｔｒｅｃｈｔ大学合作开发了一种超级克劳斯（ｓｕｐ。

ｃＩａｕｓ）新工艺，可使总硫回收率达到９９％以上。

超级克劳斯工艺首次已于１９８８年在德国ｗｉｎｔｅｒｓｈａｌｌ天然气净化厂克劳斯硫回收装置上投人工业化运行。

超级克劳斯工艺有超级克劳斯—９９型和超级克劳斯一９９．５型２种形式。

超级克劳斯硫回收工艺既可用于新建装置，也可用于现有克劳斯硫回收装置的改造。

１克劳斯硫回收工艺典型的克劳斯硫回收装置通常由１个加热段和随后的２个或３个催化转化段组成。

加热段由带有主燃烧器的燃烧室和废热锅炉组成。

在加热段，原料气中的硫化氢在空气中燃烧生成二氧化硫。

根据克劳斯平衡反应，二氧化硫与剩余的硫化氢反应生成硫。

克劳斯过程的基本反应如下：（１）燃烧炉内进行的高温氧化反应Ｈ２ｓ斗３ｆ２０２一ｓ０２＋Ｈ２０＋Ｑ２Ｈ２Ｓ十Ｓ０２；＝＝ｉ３／２Ｓ２＋２Ｈ２０＋Ｑ（２）催化反应段内发生的反应２Ｈ２Ｓ＋Ｓ０２旱＝兰３／ｘ＆＋２Ｈ２０＋Ｑ对于硫化氢含量高的富酸性气，理论上克劳斯装置硫回收率为９６％～９８％。

但实际上硫的回收率只能达到９４％～９７％。

造成硫回收率低的原因通常为：①硫化氢转化为硫受到热力学的限作者简介：赵琦（１９６３年一），女，武汉人．１９８６年毕业于浙江大学化工系，高级工程师，长期从事化工设备设计和技术管理工作。

第１期赵琦超级克劳斯工艺在天然气硫回收装置中的应用制；②反应过程中有水生成，水汽含量增加，相应降低了工艺气中硫化氢和二氧化硫的浓度；③形成了难以转化的硫化台物；④对空气和酸性气配比调节敏感。

２超级克劳斯硫回收工艺超级克劳斯硫回收工艺是近十年来国外发展的克劳斯延伸的先进工艺之一。

超级克劳斯工艺的克劳斯部分与普通的克劳斯工艺不同之处在于主燃烧炉的空气与酸气的配比控制。

常规克劳斯工艺的主燃烧炉配风比系根据过程气中硫化氢与二氧化硫体积比约为２：１进行控制，以获得最佳的硫磺回收率；而超级克劳斯工艺则采用高硫化氢与二氧化硫比率操作，其主燃烧炉的空气／酸气配比是基于进入超级克劳斯反应段的过程气中硫化氢浓度指标来控制的。

当硫化氢的浓度过高时，自动增加主燃烧炉空气量；反之则减少空气量。

在超级克劳斯反应段．过程气中残余的硫化氢在选择性氧化催化剂的作用下直接氧化成元素硫，从而使硫的回收率达到９９％～９９．５％。

来自最后１个克劳斯反应器的工艺气体经重新加热，混入过量空气后进人选择性氧化反应器，发生如下反应：Ｈ２ｓ＋１／２０２一ｓ＋Ｈ２０＋Ｑ该热力学反应完全，因此可以获得高转化率的单质硫。

超级克劳斯工艺的主要特点：（１）超级克劳斯技术成功的关键是开发了一种选择性极好，对水、过量氧均不敏感的选择性氧化催化剂。

在反应段由于采用了先进的选择性氧化催化剂，反应过程打破了常规克劳斯（ａａｕｓ）过程的化学平衡因素限制，可将克劳斯（ｃｌａｕｓ）尾气中大部分硫化氢直接氧化成元素硫，其效率可达到８５％～９５％，且不发生其他副反应。

由于其上游克劳斯（ａａｕｓ）反应段采用硫化氢过量操作，抑制了尾气中二氧化硫的含量，因此装置总的硫磺回收率高，具有硫磺回收和尾气处理之双重功能。

（２）屏弃了常规克劳斯过程的硫化氢与二氧化硫体积比为２：１的严格配比控制。

而采用硫化氢与二氧化硫高比率操作，其操作控制比较灵活和方便。

（３）由于超级克劳斯催化剂对过程气中水汽作用不敏感，不会促进硫蒸气与水汽发生克劳斯逆反应，因此，从第三级克劳斯反应器出口的过程气可直接进人超级克劳斯反应段，从而省去了硫冷凝器系统，简化了工艺流程。

（４）超级克劳斯反应器由于采用过量空气操作而产生的二氧化硫量少，对空气量的控制要求不是很严格，因此，可采用简单的流量控制回路来调节空气供给量。

（５）催化剂具有良好的热稳定性、化学稳定性和机械强度，使用寿命长。

（６）超级克劳斯装置的工艺流程基本与常规克劳斯装置相同，工艺方法、操作、维修简单。

费用较低。

此外，为获得高的硫回收率，设置了硫化氢／二氧化硫在线分析仪和先进的燃烧炉配风系统，可保证装置的操作实现最佳化。

超级克劳斯技术的突出优点还在于其应用规模不限，无论是未配尾气处理的已建硫回收装置，还是新建的硫回收装置均可采用，经济效益及环保效益俱佳。

３渠县天然气净化厂硫回收装置西南油气田分公司重庆天然气净化总厂渠县分厂硫磺回收装置技术改造和尾气治理工程由荷兰ＪＥＮ公司提供基础设计和部分专有设备，中国五环化学工程公司提供详细设计。

该装置包括１个加热段、３个克劳斯催化段和１个超级克劳斯催化段。

在加热段，硫化氢与空气部分燃烧；在催化段。

硫从气体物流中脱除，从最后段排除的尾气中送入焚烧炉。

该厂于２００２年７月建成，２００２年９月开车试运，投产１次成功，２００２年１２月１３日９时至１６日９时，业主组织有关专家组对该装置进行了７２小时的全面性能考核，主要考核指标均达到合同规定值。

３．１工艺流程本工程为硫磺回收装置技改工程，采用四级转化的超级克劳斯硫磺回收工艺。

该工艺是由１个克劳斯装置加１个后续的超级克劳斯反应段组成。

简要工艺流程见图１。

原料酸气通过酸气分离器进入装置。

由主风机给燃烧炉和其他燃烧室提供空气，同时也给超级克劳斯反应器提供选择性氧化用空气。

进入燃２６・化肥设计２００４年第４２卷图１硫磺回收装置技改工艺流程简圈１一第一克劳斯反应器；２一第二克劳斯反应器｝３—第三克劳斯反应器；４一超级克劳斯反应器烧炉的空气不仅要使所有原料气中的碳氢化合物完全氧化，而且还要尽量多地燃烧硫化氢，使第三级克劳斯反应器段出口的硫化氢含量达到一定的体积百分比。

进入燃烧炉的燃烧空气通过专有的控制系统，即先进的燃烧炉控制系统进行控制。

该流量控制系统还受位于超级克劳斯反应器上游工艺管线上的硫化氢分析仪控制器控制。

他能确保工艺气体中规定的硫化氢含量，以使装置获得最佳的硫回收效率。

工艺气通过废热锅炉的管束，带走燃烧炉和燃烧室中产生的热量，气体被冷却下来，并副产饱和低压蒸汽。

硫蒸气被冷凝，液态硫从气体中分离出来。

第一级克劳斯反应器上游，来自废热锅炉的工艺气在一级燃烧室中加热，达到催化转化的最佳温度。

进人一级燃烧炉的燃料气流量由位于反应器进口的温度控制调节，使反应器进口工艺气达到一定温度。

硫化氢和二氧化硫在触媒作用下发生反应直到达到平衡。

高温有助于获得良好的∞Ｓ和二硫化碳转化。

从第一级克劳斯反应器排出的气体进入第一级硫冷凝器。

工艺气体经过二级燃烧室，然后在第二级克劳斯反应器中再次转化，随后在第二级硫冷凝器中冷却。

然后，工艺气体经过三级燃烧室和第三克劳斯反应器。

为了获得较高的硫回收率，工艺气体经过第四也即最后催化段——超级克劳斯段。

该反应器中装有特殊的选择性氧化触媒，必须通人过量空气来保持反应器中的氧化条件并防止触媒的硫化。

最后气体进入超级克劳斯硫冷凝器。

硫蒸气在冷凝器中冷凝排人硫池。

尾气送入焚烧炉。

如果发生故障，可以绕过超级克劳斯段而不使克劳斯段停车。

在这种情况下，来自第三级克劳斯反应器的工艺气体直接导人超级克劳斯冷凝器，绕过超级克劳斯段。

３．２关键工艺设备超级克劳斯装置关键设备包括主燃烧炉燃烧器、废热锅炉、一、二级硫冷凝器、超级克劳斯硫冷凝器、各级过程气在线炉燃烧器、主风机和液硫泵等。

为了使本装置平面布置更加紧凑，废热锅炉和一、二级硫冷凝器，一、二、三级克劳斯反应器和超级克劳斯反应器，分别采用了组合式设备。

３．３自控水平为实现生产装置的安全平稳操作，确保产品质量，本装置自控仪表采用集散型控制系统（ＤｃＳ）对硫回收装置工艺参数进行集中显示控制及安全联锁保护。

在系统的操作站计算机上显示工艺动态流程图、工艺参数的实时趋势和历史趋势、工艺参数控制和报警等各种画面。

生成和自动打印各类生产报表；设置１套上位管理机以满足工厂管理层对生产和调度的监控要求。

与采用常规仪表进行控制相比，ＤＣＳ系统具有可靠性高、控制方式组态灵活、易于操作管理和维护等优点。

此外，为获得高的硫磺回收率。

设置了硫化氛／二氧化硫在线分析仪和先进的燃烧炉配风系统（简称ＡＢｃ系统），以保证装置的操作实现最佳化。

４结语选择硫磺回收工艺或尾气处理的原则主要是满足环境保护的要求，在实现环境保护的同时必须考虑装置的操作性、安全性以及经济效益。

无论是新建或老生产装置的改造，首先要保证装置有较高的硫磺回收率，使其达到国家环保部门规定的排放标准。

超级克劳斯工艺的主要优点：（１）总硫回收率高，有害物质排放量少。

（２）装置工艺安全可靠，操作、维修简单。

（３）催化剂使用寿命长。

（４）适用范围广。

超级克劳斯工艺在技术和经济上具有的特点，对硫磺回收工艺已产生了巨大的影响。

由于其工艺技术为专有技术，并附带有一些专有设备，使用该工艺的企业应与有关专利商及工程公司进行协商、交流与合作，以使该工艺为我国天然气净化厂硫回收装置做出更大的贡献。

收稿日期：２００｝０９ｔ２。