克劳斯法硫磺回收工艺技术探讨

克劳斯法硫磺回收工艺技术探讨

作者：许帅

来源：《西部论丛》2019年第30期

摘要：当前，随着社会经济的快速发展，石油化工行业有了很大的进步，对于能源的使用需求和处理工艺要求也在提升，这就需要对硫化物等污染物加强重视，采用科学合理的处理方式进行处理。同时，相对于一些硫化物在生产加工中将其降低消除的基础上，还可以采用相应的技术手段来进行回收，以此实现资源的二次利用。目前，在硫磺回收中，克劳斯法已经非常的成熟，对于该问题提供了良好的技术支撑，除了能够将污染排放降低，保护环境，还可以确保资源的循环再利用。

关键词：克劳斯法;硫磺回收;工艺技术

1、克劳斯法硫回收工艺基本原理

企业在针对煤炭和石油的处理当中，通常在不同的规格反应装置当中形成酸性气体，酸性气体经过低温催化和高温燃烧等工序后，产生的硫化氢物质将转化为二氧化硫，硫化氢和二氧化硫在化学反应后生成硫。相关的反应过程可用化学方程式来解释：

2H2S+3O2=2SO2+2H2O，4H2S+2SO2=3S2+4H2O。

从上式中可以看出，在针对石化产品炼化处理反应装置当中，硫化氢物质共参与了两次化学反应，约33%的硫化氢在第一次化学反应中被转化，约有67%的硫化氢在第二次化学反应中被转化，最终得到物质S。在高温环境下，装置内的S元素主要的存在形态是S2，而且水、氮气、二氧化碳、氨、氰化氢等也會不同程度存在。

基于以上化学反应基本原理，克劳斯法回收工艺会依据硫化氢在反应装置酸性气体中硫化氢含量差异形成三种常见的回收策略，分别是直接氧化的策略、分流策略以及部分燃烧策略，三种策略的应用要时刻关注到酸性气体中的硫化氢占比，若占比大于50%，则需要实施部分燃烧策略;若占比低于15%，则需要实施直接氧化策略;若占比在15%～50%范围内，则需要实施分流策略。从实际工业处理来看，酸性气体中的硫化氢占比通常都保持在50%，尤其是在胺处理装置中，更是达到了70%以上的占比，这正是在该装置中大量应用选择性溶剂的结果，如此占比情况下，部分燃烧策略的应用更为普遍。

2、克劳斯法硫磺回收工艺技术分析

2.1克劳斯传统工艺技术

传统的克劳斯硫磺回收工艺技术，实质性原理就是基于硫物质的催化氧化化学反应。由于传统工艺的使用时间较长，可视为是硫磺回收实现工艺化的标准。在行业的实际适用过程中，传统工艺得到了不同程度的改良，如部分燃烧法又可称之为是直流法，这种方法中，反应装置内的酸性气体烃类物质将在充足氧气的输入中完成完全燃烧，其约三分之一硫化氢会向二氧化硫完成氧化反应，并再将两种硫元素物质在催化环境下完成必要的转化，最终产出硫磺。除直接法外，传统工艺技术还会使用分流法和硫循环法。需要注意的是，分流法的工艺设计中，主要是将三分之一的酸性气体转输入到反应装置中，并将三分之二的酸性气体与反应装置出口气一并送去一级冷凝器，显然这样的方式并不会有助于硫磺产品成型。

2.2克劳斯超级工艺技术

经过大量的工业实践，传统的克劳斯硫磺回收工艺迎来了更新与改进，后期的工艺技术可谓是超级工艺技术，代表了工业化需求下的技术突破。主要思路是基于传统工艺技术，在原组炉基础上增加一套超级克劳斯转化装置。在传统工艺技术中，转化、冷凝、分硫、过程气再热是常规性的工艺流程或处理步骤，经过这些操作性简易的工序后，可回收约97%以上的硫磺。然而，这样的回收率并不稳定，某些时候可能出现反应组炉中的热力学平衡受影响的问题而降低产硫率，而且在产硫的过程中，还会大概率衍生硫醇等化学反应副产品。以超级克劳斯转化装置为重要技术变革的超级克劳斯工艺技术，在工业运用中将大大改善反应炉中的酸性气体与混合空气的比例状况，让更多的硫化氢可以成功进入转硫生产的化学反应中，最终确保硫磺回收率达到97%以上。

2.3克劳斯低温工艺技术

克劳斯回收硫磺工艺中，低温技术的应用也值得关注，主要指的是在硫露点以下的高温环境中实施操作。所谓硫露点，指的是经过不同的硫分压处理时混合硫气体会呈液态滴状的温度范围。关注硫露点，应结合看待含硫气体的具体组成与硫元素的表现形态，一般上将克劳斯工艺中的硫露点确定在170-200℃左右，那么低温技术也应该在此温度范围之下，在不断调节转化器的过程中，做到对温度的精准控制，从而最终得到较为高效的回收硫产品。低温工艺技术的应用中，这个投入相对较大，在先期投资和后期操作等方面均会存在较为庞大的成本费用，这对于低温工艺的应用而言造成一定的困扰，而且此工艺技术也对应用场景有要求，更适用于大型酸性气体的回收操作中。

2.4克劳斯富氧催化和氧化工艺技术

传统克劳斯工艺技术中的酸性气体处理中多以混合空气为催化剂，在混合空气中氧气的含量较低，含量较高的是氮气，因此在混合空气的催化下硫磺的回收率提升改进幅度较小。为了改善这一情况，可将催化剂调整为专用氧气，这样可提高燃烧反应的效率，使得整个反应装置的利用和处理能力大大提升，也能够拓宽可适用的场景范围。富氧催化工艺技术要想实现更大范围的普及，还需考虑专用氧气的成本高等问题，要合理研究最佳的富氧条件，以实现回收率

与经济成本保持在相关可接受的范围。在考虑克劳斯工艺技术方面，还可使用包含气相、液相两种分类的直接氧化工艺，这是考虑到传统克劳斯工艺中硫化氢占比低的情况下反应装置会降温明显而影响最终的产出效率，直接氧化工艺在优化硫磺回收效率的同时还可贡献高达85%的除有机硫效率。

2.5超优克劳斯工艺

超优克劳斯工艺，是技术升级的再一次表现，通过在超级克劳斯工艺基础上所完成的工艺创新。主要的创新思路是，将扩大反应效果的工艺改进重心放在最后一级反应器床层中，添入大量的加氢还原催化剂，这是通过科学实验后对硫化氢和二氧化硫两种物质的化学反应效应改进的重要成果。通过这一技术上的工艺改进与优化，使得硫磺回收过程中可以更加客观地通过掌握原料进料量与现有反应装置的数量来实施硫磺回收处理，通过这样的工艺改进，石化行业的大型炼厂可保障对硫磺的回收效率超过99%，达到更高精度的99.5%以上。

结语

现阶段我国石油化工产业产量和产能保持着高效发展，为了能够确保高质量发展，就需要加强环境污染控制，同时对硫原油炼制效能提升，使用克劳斯法实施硫磺回收成为技术创新的重要表现。在未来的工业实践当中，对于克劳斯法还需要不断加强技术改进，保证硫磺回收的提升和节能技术实现共赢。

参考文献

[1] 殷树青.硫磺回收催化剂及工艺技术综述[J].硫酸工业，2016（03）：33-38.

[2] 达建文，殷树青.硫磺回收催化剂及工艺技术[J].石油炼制与化工，2015，46（10）：107-112.

[3] 陈赓良.克劳斯法硫磺回收工艺技术发展评述[J].天然气与石油，2013，31（04）：23-28+7.