選擇性氧化工藝在克勞斯硫磺回收裝置的應用與改造

張 華 李 坤 蔣玉輝

(兗礦魯南化工有限公司 山東滕州277527)

選擇性氧化工藝在克勞斯硫磺回收裝置的應用與改造

張 華 李 坤 蔣玉輝

(兗礦魯南化工有限公司 山東滕州277527)

0 前言

某公司克勞斯硫磺回收裝置生產能力為16kt/a，采用傳統二級克勞斯轉化工藝，尾氣中H2S和SO2含量超過國家排放標準。為了使排放尾氣達標，采用選擇性氧化工藝對尾氣處理進行了技術改造。

1 改造前克勞斯工藝流程

來自脫硫工段的酸性氣經酸性氣緩沖罐分離冷凝水后，由酸性氣鼓風機加壓至80kPa，進入酸性氣燃燒爐與按一定比例配入的空氣和燃料氣混合燃燒，使爐膛溫度保持在950℃左右。爐內H2S燃燒轉化成單質硫，燃燒后從爐內出來的混合氣分成3股:第1股去一級高溫摻和閥;第2股去二級高溫摻合閥;第3股經廢熱鍋爐氣體溫度被降至330℃后再進入一級冷凝器，被冷卻到150℃后分離出液硫。從一級冷凝器出來的過程氣與一級高溫摻和閥內的高溫氣體摻和，溫度被升至270℃后進入一級克勞斯反應器發生催化轉化反應;反應后的過程氣進入二級冷凝器被冷卻到150℃后分離出液硫，反應后的過程氣與二級高溫摻和閥內的高溫氣體摻和，溫度被升至220℃后進入二級克勞斯反應器發生催化轉化反應;反應后的過程氣進入三級冷凝器被冷卻到150℃后分離出液硫，三級冷凝器出口氣體進入尾氣分液罐，進一步分離出氣體中夾帶的液硫，三級冷凝器出口氣體進入尾氣分液罐，進一步分離出氣體中夾帶的液硫，然后進入尾氣焚燒爐，在尾氣焚燒爐內與配入的稍過量的空氣和燃料氣進行高溫焚燒，使H2S全部轉化成SO2。焚燒后的氣體，經尾氣廢熱鍋爐被冷卻至300℃，煙氣通過煙囪高空排放。

2 選擇性氧化工藝改造

2.1 選擇性氧化工藝流程

從三級冷凝器出來的尾氣經尾氣分液罐分離出液硫后，克勞斯尾氣從頂部出來，與一定量的氫氣混合，經過加氫預熱器被預熱到300℃，然后進入加氫反應器發生催化轉化反應，將除H2S以外的硫化物幾乎全部轉化為H2S，加氫反應器出口氣體進入蒸汽發生器Ⅱ被冷卻到200℃，配入微量空氣后進入氧化反應器，通過選擇性氧化制硫催化劑的作用，其中體積分數90% ～95%的H2S燃燒生成單質硫，然后過程氣進入蒸汽發生器。蒸汽發生器后氣體進入液硫捕集器，最終進入煙囪直接排放。

2.2 選擇性氧化工藝主要反應及催化劑性能

經二級克勞斯反應器后尾氣中含有的SO2在加氫催化劑作用下加氫轉化為H2S，H2S在選擇性氧化制硫催化劑作用下加氧氧化為單質硫。其反應原理如下:

選擇性氧化制硫催化劑的物理性能見表1。

表1 選擇性氧化制硫催化劑的物理性能

2.3 正常操作條件的控制

(1)通過調節進爐空氣量、酸性氣含量和配入的燃料氣氣量可將酸性氣燃燒爐溫度控制在950～1100℃。

(2)將反應器進口氣體溫度控制在工藝指標范圍內，并且保證進反應器H2S與SO2物質的量之比為2∶1，一級、二級克勞斯反應器進口氣體溫度分別控制在(270±5)℃和(220±5)℃。

(3)將加氫反應器進口氣體溫度控制在約300℃，并調節配入的氫氣量。

(4)氧化反應器進口氣體溫度控制在約200℃，通過配入過量空氣，以保證H2S燃燒轉化成單質硫，以保證排放尾氣指標合格。

3 富氧空氣改造

3.1 改造原因

為了配合此次改造，需要將酸性氣燃燒爐溫度控制在1100℃，因此，需要加入大量的空氣來保證爐溫，使用空氣進行酸性氣燃燒時，由于只消耗氧氣，空氣中剩余的氮氣等其他惰性氣體不參與反應，采用富氧空氣燃燒可減少氮氣等其他惰性氣體帶入后續系統。

3.2 改造內容

在空氣鼓風機出口管線新增1臺富氧空氣混合器。從空分裝置來的1.0MPa氧氣管道上引入的氧氣，經過流量計計量后進入富氧空氣混合器，在富氧空氣混合器內與空氣鼓風機送出的壓力為0.05MPa、溫度為40℃的空氣混合進入酸性氣燃燒爐。因為酸性氣燃燒爐沒有更換燒嘴，為了保護燒嘴不被燒壞，混合后空氣中氧氣體積分數最高只能控制在28%，所以此次改造為低濃度富氧改造。

3.3 氧氣量的確定

根據空氣量來確定加入的氧氣量，保證混合后富氧空氣中氧氣含量，提高氧氣含量后，由分析室配合分析氧含量，與現場流量計對照，確認流量計是否準確。氧含量理論計算公式為:

a=(V1×21%+V2)/(V1+V2)

式中:V1—富氧空氣中的空氣量;

V2—加入的純氧氣量;

a—富氧空氣中的氧氣體積分數。

3.4 改造效果

富氧空氣改造后實際運行數據見表2。

表2 富氧空氣改造后實際運行數據

由表2可以看出:配入氧氣后，空氣量明顯減少(減少的空氣量=投用純氧量/0.21)，系統阻力也得到降低;由此可以減輕空氣鼓風機的負荷，鼓風機出口壓力由0.040MPa降至0.028MPa，避免了鼓風機因壓縮比增大做功，機體溫度升高烤化潤滑油而燒毀軸承以及電機電流大燒損電機等惡性事故的發生，保證了設備的長周期運轉。

4 結語

硫回收尾氣處理為環保項目，改造后的硫回收轉化率在99.5%以上，煙囪排放中SO2含量完全達到國家標準要求，改善了企業及周邊的環境狀況。

SO2加氫后，生成的H2S燃燒生成單質硫，增加了硫磺的產量，酸性氣氣量為5000m3/h，φ(H2S)為1.5%，生成的硫磺量為107.14kg/h，年增產硫磺848.55t;按硫磺1000元/t計，年可增加效益85萬元左右。

2013-09-04)