低温SCOT硫回收工艺技术及应用_华博

第44卷第3期 辽 宁 化 工 Vol.44，No. 3 2015年3月 Liaoning Chemical Industry May，2015

收稿日期： 2015-01-05

低温SCOT 硫回收工艺技术及应用

华 博

（中电投伊犁能源化工有限责任公司霍城煤制气分公司， 新疆 伊宁 835000）

摘 要：随着以煤为原料的大型现代煤化工的快速发展，新的环保法对煤制甲醇和天然气装置提出了更为严格的要求。综合分析了低温SCOT 硫回收工艺的基本原理、工艺流程、技术特点、液硫脱气技术及应用前景等方面，对硫回收装置的工艺技术优化有着现实意义。 关 键 词：低温SCOT；硫回收；尾气处理；液硫脱气

中图分类号：TQ 530 文献标识码： A 文章编号： 1004-0935（2015）03-0333-04

作为人类主要能源的石油、煤和天然气中含有大量的硫化物，在其加工和产品使用过程中，释放的硫化物是造成环境污染的主要因素。随着国家对环境保护的要求日趋严格，气体脱气、溶剂再生、污水汽提、硫磺回收装置已成为煤气净化厂、炼油厂、大型天然气净化厂、煤炭气化或液化厂必不可少的配套装置。而随着现代煤化工项目的快速发展，煤炭的加工量持续增长，人们将更加关注硫磺回收技术。

SCOT 工艺是Shell 公司开发的尾气处理工艺。主要是将常规Claus 工艺尾气中的SO 2、有机硫、单质硫等所有硫化物经加氢还原转化为H 2S 后，再采用溶剂吸收方法将H 2S 提浓，循环到Claus 装置进行处理。由于其尾气H 2S 含量低，总硫回收率可达99.9%，是目前世界上装置建设较多、发展速度较快、将规模和环境效益与投资效果结合的较好的一种硫回收工艺。

1 基本原理

1.1 克劳斯工艺技术原理

由于克劳斯法工艺技术简单,适用大型化、自动化生产装置,装置效能高,因此已成为从含硫化氢气体中回收元素硫的主要方法。该工艺包括一个高温热反应段和两个催化反应段。

在高温热反应阶段，进料气中三分之一的硫化氢根据以下反应式被燃烧成二氧化硫：

2H 2S + 3O 2 → 2SO 2 + 2H 2O + heat

根据克劳斯平衡反应，二氧化硫和剩余的硫化氢反应生成单质硫：

SO 2 + 2H 2S → 1.5 S 2 + 2H 2O - heat

在1 250 ℃的温度条件下，硫磺的转化率为55%~70%。离开燃烧室的混合气体被冷却到180 ℃左右，液体硫磺被冷凝然后分离。

接下来的克劳斯催化反应段将进一步提高硫磺回收率。在反应器中发生如下克劳斯平衡反应：

2H 2S + SO 2 → 3/X S x + 2H 2O + heat

通过使用克劳斯催化剂，克劳斯平衡反应将向生产硫磺的方向进行。从第一和第二反应器出来的单质硫，分别经过冷凝后排出，这样可以保证在下一个催化床层中反应进一步生成硫磺的方向进行。

在高温热反应段中由于副反应会生成的羟基硫和二硫化碳，通过在第一克劳斯反应器中装填钛系克劳斯催化剂可以将这部分有机硫进行水解；

COS + H 2O → H 2S + CO 2 CS 2 + 2H 2O → 2H 2S + CO 2

与常规铝系克劳斯催化剂相比，钛系克劳斯催化剂除了具有良好的克劳斯活性外、对有机硫的水解反应具有更好地促进作用，并具有更好地抗结炭性能、耐硫酸盐能力。以上两类催化剂对保证硫回收装置的长周期运行和总硫回收率达标都有极大的帮助。

1.2 低温SCOT 工艺技术原理

(1) 催化加氢段

在加氢反应器中，通过装填钴钼催化剂，在210~260 ℃反应温度及常压下将克劳斯尾气中的硫化物进行加氢还原。

二氧化硫和单质硫的还原反应分别如下：

SO 2 + 3H 2 → H 2S + 2H 2O + heat S 8 + 8H 2 → 8 H 2S + heat

通常情况下，克劳斯尾气中已具备有加氢还原

DOI ：10.14029/ki.issn1004-0935.2015.03.003 网络出版时间：2015-04-03 17:33网络出版地址：/kcms/detail/21.1200.TQ.20150403.1733.003.html

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反应所需的氢气量。同时，在低温克劳斯加氢还原反应器中，由于以下还原反应液生产部分氢气：

CO + H 2O → H 2 + CO 2 + heat

因此克劳斯尾气中所含的一氧化碳可以等同于氢气来考虑。

在克劳斯高温热反应段中生成的羟基硫和二氧化硫在加氢还原反应器中被进一步水解到很低的水平：

COS + H 2O → H 2S + CO 2 + heat CS 2 + 2H 2O → 2H 2S + CO 2 + heat (2) 激冷段

加氢还原反应器中出口气体温度很高，通过将其与水在急冷塔中直接接触进行降温，将气体温度降低到适合硫化氢吸收的温度。同时，大部分的水蒸汽在急冷塔中被冷凝。

(3) 吸收段

由于急冷塔降温的气体进入低温斯科特吸收塔，采用MDEA 溶剂将气体中的H 2S 进行选择性吸收，而气体中的绝大部分的二氧化碳（90%以上）不被溶剂吸收，随处理后的气体离开吸收塔。

吸收塔中主要反应如下： H 2S + R 3N ↔ (R 3NH)2S (R 3NH)2S + H 2S ↔ 2R 3HNHS R 3N + CO 2 + H 2O ↔ (R 3NH)2CO 3

(R 3NH)2CO 3 + CO 2 + H 2O ↔ 2R 3HNHCO 3 (4) 再生段

MDEA 富液进入到再生段，通过提高温度将溶液中的 H 2S 和CO 2气提出来。气提出来的酸气作为克劳斯进料气再回到克劳斯段。

2 工艺流程

图1 低温SCOT 硫回收工艺流程图

原料气送到主燃烧器与纯氧混合燃烧，使原料气中的烃类化合物和其它污染物充分燃烧。为保证

原料气中氨在主燃烧器中完全分解为氮气，避免产生氮氧化物，主燃烧器的烧嘴采用特殊结构，使得可燃气体与氧气充分混合，并保持燃烧温度在1 250℃左右的高温，同时产生中压饱和蒸汽。工艺气体中的硫蒸气在硫冷凝器中冷凝后，送往液硫池。

工艺气体在预热器中用中压蒸汽加热进入一级Claus 反应器，其上部装填的是氧化铝催化剂和底层为氧化钛催化剂，在底部床层COS 和CS 2可以得到较高的转化率。在一级Claus 反应器中，工艺气体中的H 2S 和SO 2在催化剂上反应直到达到反应平衡。从反应器出来的工艺气体进入硫冷器中被冷却，硫从工艺气体中冷凝分离出来，送到液硫池。随后气体经过预热器再次用中压蒸汽加热进入二级Claus 反应器，工艺气体中H 2S 和SO 2在催化剂上反应直到达到反应平衡。反应器出来的工艺气体进入硫冷器中被冷却，送到液硫池。第二级反应器后，克劳斯尾气被引入低温SCOT 段，所有的二氧化硫和单质硫在特殊的钴钼催化剂的作用下被还原气体转化为硫化氢，且尾气中的羰基硫和二硫化碳被水解。从低温SCOT 反应器出来的气体，进入到激冷塔中与水逆向接触从而得到冷却。水则从塔底部经过激冷水冷凝器循环到塔顶。在激冷塔中，克劳斯尾气中的水绝大部分被冷凝下来，激冷塔中多余的水分被送出界区外处理。从激冷塔出来的气体进入到低温SCOT 吸收塔中。贫胺溶剂从低温SCOT 吸收塔上部进入吸收塔，对硫化氢进行选择性吸收。处理后的气体从吸收塔顶部出来被送到焚烧炉焚烧。吸收后的富液溶剂被泵送回到解吸段。通过解吸塔塔底再沸器进行汽提，汽提后的贫溶剂与吸收塔来的富溶剂换热后，进一步在下游的冷却器中冷却后进入低温SCOT 吸收塔。从解吸塔塔顶出来的酸性气循环进入克劳斯段的进料系统。

汇集到液硫槽中液体硫磺，通过硫磺泵打到包装楼，经过过滤器进入硫磺造粒机，冷却固化成型后，到包装机包装。

3 技术特点

3.1 液硫脱气技术

液硫脱气技术的目的是将液硫中的H 2S 和H 2S x

进行脱除，从而减少液硫在后续处理、运输和存储过程中释放有毒气体并发生爆炸的危险性。由克劳斯工艺生成的单质硫中含有溶解的物理性H 2S 和以多硫化物H 2S x 态存在的化学性H 2S。通常在液态硫