克劳斯法-工艺介绍

克劳斯法回收硫磺

CPEE天津分公司

2012.1.20

克劳斯法硫回收工艺

一、工艺方法及原理

1、常用硫回收工艺

(1) 液相直接氧化工艺

有代表性的液相直接氧化工艺有：ADA法和改良ADA法脱硫、拷胶法脱硫、氨水液相催化法脱等。液相直接氧化工艺适用于硫的“粗脱”，如果要求高的硫回收率和达到排放标准的尾气，宜采用固定床催化氧化工艺或生物法硫回收工艺。

(2) 固定床催化氧化工艺

硫回收率较高的Claus工艺是固定床催化氧化硫回收工艺的代表。Claus硫回收装置一般都配有相应的尾气处理单元，这些先进的尾气处理单元或与硫回收装置组合为一个整体装置，或单独成为一个后续装置。Claus硫回收工艺及尾气处理方式种类繁多，但基本是在Claus硫回收技术基础上发展起来的，主要有：SCOT 工艺、SuperClaus工艺、Clinsulf工艺、Sulfreen工艺、MCRC工艺等。

2. 克劳斯硫回收工艺特点

常规Claus工艺是目前炼厂气、天然气加工副产酸性气体及其它含H2S 气体回收硫的主要方法。其特点是：流程简单、设备少、占地少、投资省、回收硫磺纯度高。但是由于受化学平衡的限制，两级催化转化的常规Claus工艺硫回收率为90-95%，三级转化也只能达到95-98%，随着人们环保意识的日益增强和环保标准的提高，常规Claus工艺的尾气中硫化物的排放量已不能满足现行环保标准的要求，降低硫化物排放量和提高硫回收率已迫在眉睫。

一般克劳斯尾气吸收要经过尾气焚烧炉，通过吸收塔，在吸收塔内用石灰乳溶液或稀氨水吸收，生成亚硫酸氢钙或亚硫酸氢铵，通过向溶液中通空气，转化为石膏或硫酸铵，达到无害处理，我公司硫回收尾气送至锅炉燃烧并脱硫后排放。

3、克劳斯法制硫基本原理

克劳斯硫回收装置用来处理低温甲醇洗的酸性气体，使酸性气中的H2S转变为单质硫。首先在燃烧炉内三分之一的H2S与氧燃烧，生产SO2,然后剩余的H2S与生成的SO2在催化剂的作用下，进行克劳斯反应生成硫磺。

其主要反应式为：

H2S+ 3/2O2= SO2+H2O+519.2kJ

2H2S+ SO2=3S+2 H2O +93kJ

由于酸气中除H2S外，通常含有CO2、H2O、烃类等化学反应十分复杂，伴有多种副反应发生。

克劳斯法的工艺流程有三种：

（1）部分燃烧法（2）分流法（3）燃硫法

本装置采用分流法：将三分之一的酸性气体通入燃烧炉，加入空气使其燃烧生成SO2，而其余三分之二酸性气走旁路，绕过燃烧室，与燃烧后的气体汇合进入催化剂床层反应，这种可处理H2S含量为35%左右的酸性气体，并采用三段转化，三级冷凝工艺流程，该法回收硫的纯度较高（99.8%）。

三、原材料及产品主要技术规格：

1、原材料技术规格

克劳斯催化剂主要成分为氧化钛，此催化剂不需要还原，升温后即可使用。型号为L YTS-01TiO2 LYTS-811，是白色氧化铝催化剂，堆密度~0.7g/cm3,一次装填量30m3。物理性质：外形尺寸直径4~6mm,比表面≥300m2/g,孔容≥0.40ml/g,堆密度≥0.65kg/l,抗压碎强度＞140N/粒，磨耗率＜0.3%，催化剂寿命在3年左右。

2、原材料消耗量

3、产品技术规格

4、动力消耗及消耗量

*消耗定额以每吨硫磺计四、装置布置及主要设备

由于液态硫的特殊性，对产生液硫的设备均设置在EL5.000平面上，以便于液硫的流动，其余设备根据高差要求，布置在不同平面上。整个装置占地约600m2。

1、酸气燃烧炉

Φ2600×8526 δ=14 V=170m3 设计温度1400 ℃设计压力0.06MP 卧式

是克劳斯法制硫工艺中最重要的设备。在此1/3体积的H2S与空气燃烧生成SO2，保证过程气中H2S：SO2摩尔比为2：1，同时烃类燃烧转化为CO2等惰性组分，并或多或少生成元素硫。

1）火焰温度

燃烧炉温度必须保持在920℃以上，否则火焰不能稳定燃烧，最好反应温度在1250~1300左右。过高设备、耐火材料选择困难，并生成多种氮、硫氧化副产物，导致下游催化剂硫酸盐化而失活。

炉温同H2S浓度密切相关，一般低于40%必须采用分流法。

2）花墙

使过程气有一个稳定且充分接触的反应空间，同时使气流均匀进入废热锅炉。

3）炉内停留时间

高温克劳斯反应一般在1s内即可完成，受原料气含量、炉内混合均匀程度、燃烧室结构等影响，停留时间一般在1~2.5s。

4）火嘴

使酸气和空气等气体有效混合均匀提供一个提供一个使杂质和H2S能够完全燃烧的稳定火焰。

2、废热锅炉

Φ45×3.5×60000 n=97 F=119m2 设计温度管程300~1000℃壳程190℃设计压力管程0.06MP 壳程0.77MP 汽包DN800×6000 卧式带汽包

从反应器出口气流中回收热量并发生蒸汽，同时使过程气温度降至下游设备所要求的温度并冷凝回收硫。

3、一二三段转化器

F1200×7000 ф3800×9882 V=170m3 设计温度390℃设计压力0.06MP 卧式内部用隔板隔成三段，

触媒装填量30m3, 每段装填量约8~10m3

转化器的功能是使过程气中的H2S和SO2在床层上继续克劳斯反应生成元素硫，同时使过程气中COS、CS2等有机硫化物在催化剂床层上水解为H2S和CO2，主要反应在一级反应器中进行，一级反应器实际空速远远大于二、三级，考虑有机物水解要求，一级转化器出口应控制在310~340℃，由于各级冷凝分离了大量产物硫，也不存在有机物水解问题，二、三级转化器在较低温度下操作，可获得较高转化率。

4、一二段换热器、一二三段冷凝器

卧式列管换热器、冷凝器

一段换热器：F1300×6619 F=159m2 Φ45×3×4000 n=289 设计温度管程280℃壳程230℃设计压力0.06MP

二段换热器：F1400×8689 F=269m2 Φ45×3×6000 n=323 设计温度管程380℃壳程145℃设计压力0.05MP

一段冷凝器：

F1100×8539 F=284m2 Φ38×3×6000 n=403 设计温度管程315℃壳程145℃设计压力管程0.05MP 壳程1、43MP

二段冷凝器：

F1000×8279 F=222m2 Φ38×3×6000 n=315 设计温度管程220℃壳程165℃设计压力管程0.05MP 壳程1、43MP

三段冷凝器：

F1000×8279 F=222m2 Φ38×3×6000 n=315 设计温度管程260℃壳程165℃设计压力管程0.05MP 壳程1、43MP

换热器冷凝器的作用是把转化器生成的元素硫冷凝成液体，同时回收热量。

5、一二三段液硫捕集器

立式包括容器、盘管、丝网、波纹管

一二三段液硫捕集器：F1200×4163 V=3.84m3 设计温度170℃设计压力