天然气脱硫工艺

利用鲁奇专有的特殊设计燃烧器，氧气和酸气一起在极高温度的火焰芯 部燃烧，同时在火焰周围引入空气使其余酸气燃烧。当接近热力学平衡 时，高温火焰芯部的H2S裂解为氢和硫， (CO2/H2S)被还原为CO。
燃烧温度在1 100℃~1 500℃，通过控制反应温度和气体在炉内的停留 时间(燃烧炉尺寸)使反应接近热平衡。炉壁温度应高于SO3的露点温度， 以免生成硫酸腐蚀耐火砖。鲁奇提供的炉壁设计温度为350 ℃，操作中 应不低于150℃。
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二、克劳斯硫回收
(一)概述 克劳斯硫回收是一种重要的酸气净化和回收工艺，广泛应用于油/气田
气处理、炼油、石化、化肥和城市煤气等诸多石油化工领域，目前全世 界共有400多套装置。国内的第一套克劳斯硫回收装置始建于1965年， 在四川东磨溪天然气田建成投产。到如今国内已建成的克劳斯硫回收装 置有70余套，其中最大达到了年产10万吨(大连西太平洋石化有限公司) 的设计规模。 (二)基本原理 克劳斯硫回收工艺是1883年由Claus提出的，并在20世纪初实现工业化， 此法回收硫的基本反应如下:
④高压、高酸气浓度的天然气。主要脱除大量CO2的工况，可考虑选用 膜分离法、物理溶剂法或活化MDEA法;需要同时大量脱除H2S和CO2的 工况，可分两步处理，第一步以选择性胺法处理原料气以获得富H2S酸 气送克劳斯装置，第二步以混合胺法(Miscellaneous Processes)或常 规胺法处理达净化指标。
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③原料气H2S含量低的情况。在原料气H2S含量低、潜硫量不大、碳硫 比高且不需要脱除CO2时可以考虑如下工艺:潜硫量在0. 5 ~5 t/d内，可 考虑选用直接转化法，如络合铁法、ADA法或PDS法(酞着钻磺酸盐液 相催化法)等;潜硫量小于0. 1 t/d时可选用非再生类方法，如固体氧化铁 法、氧化铁浆液法。
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出废热锅炉的过程气进入一级克劳斯反应器在氧化铝催化剂作用下发生 反应式(3一6一3)。将硫组分转化为单质硫，反应器出u温度约320℃。 而后在一级硫冷凝器用锅炉给水降温到175 ℃ ，热量用来产生低压饱和 蒸汽，分离出部分冷凝的单质硫，再经过热器用中压蒸汽再加热到满足 二级克劳斯反应器入口的温度205℃，在二级克劳斯反应器中进一步转 化剩余的硫组分。反应之后的过程气约0. 14 MPa , 223℃，在二级硫冷 凝器中再次用锅炉给水降温到130℃，余热产生0. 4 MPa的低压饱和蒸 汽，低压饱和蒸汽用空冷器冷凝后返回二级硫冷凝器循环使用。在此温 度下硫的饱和蒸汽压小于0. 1 kPa，基本可以将单质硫全部冷凝。
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燃烧炉通过控制反应温度和气体在炉中的停留时间(燃烧炉尺寸)使反应 接近热平衡。
硫回收流程框图如图3-6-1所示。 (三)氧克劳斯工艺流程 两级氧克劳斯(OXYCLAUS(r))硫回收为富氧部分燃烧工艺，处理能力可
达传统工艺的200，硫回收率在99. 6%以上。工艺流程如图3-6-2所示。 来自低温甲醇洗酸性气体经酸气分离器分离出冷凝的酸性冷凝液。硫回
收工艺要求酸性气中含水量低于1% (W)。因为水进入硫黄回收装置会 造成危害。
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酸气送入氧克劳斯燃烧器烧嘴，酸气、空气和氧气按低于化学计量比的源自文库配比进行混合，空气由鼓风机提供，氧气来自空分装置，与酸气混合， 并在燃烧炉进行式(3-6-1)和式(3-6-2)的燃烧反应。
过程气由硫黄分离器分离出液态单质硫后送焚烧炉处理后排放。
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图3 -6-1硫回收流程框图
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图3 -6 -2氧克劳斯硫回收工艺流程
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一、天然气脱硫工艺选择原则
通常情况下，规模较大的天然气脱硫装置应首先考虑采用胺法的可能性。 ①在原料气碳硫比较高时(CO2/H2S大于6)，为获得适于克劳斯装置加工
的酸气而需要选择性脱除H2S时，以及其他可以选择脱除H2S的工况， 应采用MDEA选吸工艺;在脱除H2S同时亦需脱除相当数量CO2时，可采 用MDEA和其他醇胺(如DEA)组合的混合胺法;天然气压力较低，净化气 H2S指标要求严格且需要同时脱除CO2时，可采用MEA法、DEA法或混 合胺法;在高寒或沙漠缺水地区，可选用DEA法。 ②原料天然气需脱除有机硫时通常应采用矾胺法。
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燃烧空气量通过克劳斯反应器出u的酸性组分中H2S /SO2进行调整，经 下游在线比例分析仪检测H2S: SO2=2 : 1相应改变，以优化反应的转化 率和硫收率。
废热锅炉直接与燃烧炉相连，将燃烧后的过程气冷却到约240℃，此时 大约35%的H2S已转化为SO2并有近50%已转化为气相态的单质硫，通 过废热锅炉降温可冷凝出部分硫蒸气，回收的热量用来产生0. 8 MPa的 饱和低压蒸汽。为控制进入克劳斯反应器的温度，部分过程气可以从废 热锅炉直接引出，通过中心管到三通控制阀，保证废热锅炉的出口温度 符合要求。
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以上反应均是放热反应，反应式(3 -6-1)、式(3-6-2)在燃烧炉中进行， 不同的工艺对温度控制的要求有所不同，在1 100℃~1 600℃内，通过 严格控制空气量的条件下将硫化氢燃烧成二氧化硫，并生成部分产品硫， 同时为克劳斯催化反应提供H2S:SO2为2:1的混合气体。