克勞斯硫回收工業應用影響因素的分析

汪月秋（內蒙古大唐國際克什克騰煤制天然氣有限責任公司，內蒙古 赤峰 025350）

克勞斯硫回收工藝被廣泛地應用于化石燃料加工過程，一方面可以利用脫硫過程中產生的硫化氫氣體，回收單質硫磺產品，另一方面減少了SO2的排放，降低對大氣污染的程度，可謂一舉兩得。克勞斯硫回收工藝的轉化程度很高，硫磺產品純度最高可達到99.9%，是獲取硫資源化工原料的有效途徑。經過長期的發展，目前克勞斯硫回收工藝產生了許多特殊的類型，如超級克勞斯工藝、低溫克勞斯工藝、富氧克勞斯工藝等，為現代化工產業發展做出了貢獻。

1 克勞斯硫回收工藝概述

克勞斯硫回收工藝的廣泛應用存在兩個重要因素：第一，通過這一工藝可以獲取制造硫酸的硫資源，相比自然界開采更加經濟、有效、便捷。第二，通過這一工藝在現代化工體系中的應用，可以有效降低酸性氣體對環境的污染（主要是SO2、H2S），符合生態環境的可持續性發展要求。

研究可知，克勞斯硫回收工藝具有以下的優勢：

第一，硫磺回收率高。克勞斯法的基本化學原理是利用SO2和H2S進行化學反應，獲取單質硫元素，在整個運行的過程中不需要進行周期切換。其操作下限是15%，單質硫的轉換率可以提升到99%以上。同時，該工藝對過量的空氣和水并不敏感，不會產生復雜的副作用和副產物。

第二，裝置適應性強。克勞斯硫回收工藝針對酸性氣體的回收選擇性很廣，例如H2S的濃度可以從23%覆蓋到93%，二氧化碳從1%覆蓋到95%；由于這種特性，無論是新建的克勞斯裝置還是固有的克勞斯裝置，中間過程都不需要冷凝脫水和廢棄處理。

我國從上世紀60年代開始對克勞斯硫回收工藝展開研究應用，與世界其他國家相比，存在起步晚、基礎差、發展慢等種種不利因素。然而隨著煤炭、石油、天然氣等能源的應用大幅度提升，脫硫已經成為化工生產中備受關注的問題。因此，積極研究提高硫回收效率的方法，對資源回收利用和環境保護都具有積極的意義。

2 克勞斯硫回收工業應用主要影響因素分析

2.1 原料純度因素

進入克勞斯硫回收系統中的原料中如果含有雜質，或因為原料的組成形態、流量變化等原因，都會影響最終的硫回收效率，實踐證明，原料純度因素雖然可以盡量避免，但不可能完全消除。

從理論角度分析，如果原料的組分頻繁變動，會造成空氣消耗的過剩或不足。當空氣過剩的情況下，硫元素就會轉化為SO3，從而失去活性；相對應地，如果空氣不足原料的燃燒就不充分，內部含有的烴類無法完全消耗，轉而降低了氨分解效率，形成碳銨鹽晶體凝結、堵塞；而原材料的純度穩定情況下，空氣的補充具有一定的周期性，不會引起硫元素的損失。

2.2 氨氣因素

反應過程中存在大量的氨會降低硫的回收率，促使與一氧化氮反應轉化為SO3，會大幅度降低催化劑的活性。另外，若氨不能在爐內完全燃燒，便會在溫度較低的地方形成銨鹽結晶，堵塞設備管線。因此，需要足夠的空氣量及較高的爐膛溫度才能保證氨能夠完全燃燒。

2.3 酸性氣中烴的含量

若酸性氣中烴含量增加，會使燃燒爐中因烴類燃燒不完全而產生炭黑，造成產出的液硫顏色不純，使催化劑床層積碳，影響硫磺質量，同時降低硫磺的轉化率，嚴重時還可能造成氨法脫硫尾氣中二氧化硫超標，造成環境污染。若酸性氣中烴含量過低，燃燒產生的熱量不足，使爐膛溫度偏低，造成氨燃燒不完全，同樣影響裝置的穩定運行及硫磺的轉化率。

2.4 配風量

對于部分燃燒法的克勞斯工藝，硫磺的轉化率主要取決于H2S/SO2的比值，由硫磺轉化的化學方程式2 H2S+SO2==3/n Sn+2 H2O可知，H2S/SO2恰好完全反應的比值為2:1，即H2S/SO2控制比例為2:1時，硫磺的轉化率最高。該比例的控制主要通過配風量來調節，因此，當進硫回收的酸性氣成分發生變化時，配風量也要隨之進行調節才能保證硫磺的轉化率。

2.5 操作溫度因素

溫度控制操作是影響克勞斯硫回收工藝的關鍵問題，一旦酸性氣體進入克勞斯裝置后，除了硫化氫、二氧化硫和二氧化碳等成分之外，還有氧氣、水蒸氣及其他雜質成分，酸氣焚燒爐的余熱鍋爐會促使復雜的化學反應，產生一系列的副產物；當溫度小于600℃的情況下，克勞斯反應的轉化率與溫度成反比。但溫度過低會造成銨鹽結晶，堵塞設備管道，因此，對于溫度的控制要求既要滿足硫磺有較高的轉化率，還要使銨鹽不形成結晶，能夠保證硫回收裝置能夠安、穩、長、滿、優的運行。

3 結語

“十二五”期間，我國確立了化工產業發展與生態環境保護相結合的戰略，堅持經濟發展的可持續性，實現資源充分回收利用；同時，我國經濟發展中大量消耗化石能源的現狀，要求加速針對克勞斯硫回收工藝的研究和改良，在充分了解其工業應用影響因素的前提下，可以更好地進行改進策略制訂。