浅议克劳斯硫回收工艺存在的问题及优化策略

张朋岗 魏文斌

摘 要：石化工业和煤化工产业一直是我国国民经济建设的重要组成部分，但同时也存在废气污染、排出物不达标等诸多问题。作为石化工业和煤化工产业低碳生产、工艺优化、降低污染的核心工艺，克劳斯硫回收技术在化工生产过程中占有十分重要的地位。当前我国克劳斯硫回收工艺虽然发展已经较为成熟，但在应用过程中依然存在诸多问题，本文以克劳斯硫回收工艺的概念为切入点，探寻当前我国克劳斯硫回收工艺应用过程中存在的具体问题，并深入研究针对性的优化策略，为优化我国石化工业和煤化工企业的尾气处理，确保SO2排放符合国家全新标准找寻可行性的优化途径，进而实现化工企业经济效益和环境效益的全面提升。

关键词：克劳斯硫回收工艺;具体问题;优化策略

我国煤化工产业一直是我国能源领域发展的重要组成内容，随着我国新环保法以及全新排放标准的颁布，化工生产将向着节能、环保、低污染、高品质的方向迈进，克劳斯硫回收工艺是现阶段最为成熟的污染回收处理技术，对降低工业生产的大气污染，实现化工企业生产效益和环境效益协调发展有着十分积极的作用，因此，深入研究克劳斯硫回收工艺存在的问题，并寻找针对性的优化策略具有十分重要的现实意义。

1 克劳斯硫回收工艺概述

由于煤化工生产过程中煤炭中的硫元素会大量转化成为粗煤气中的硫化物，因此，需要采用克劳斯硫回收工艺对尾气进行硫回收处理。克劳斯硫回收工艺的基本原理为：①三分之一的H2S在燃烧炉内与氧气进行部分氧化反应，生成SO2;②剩余的H2S与部分氧化反应生成的SO2在催化剂的条件下进行克劳斯反应，进而生成单质硫而被回收。

由于克劳斯硫回收反应会受到化学平衡的限制，常规的克劳斯硫回收工艺采用二级催化转化的单质硫收率为90%-95%，而三级转化也只能达到95%-98%，因此，常规的克劳斯硫回收工艺已经不能够满足当前我国最新的环保排放标准要求，因此，克劳斯硫回收工艺多数会在装置中搭配尾气处理单元，或单独设置后续装置进行尾气处理。本文研究的克劳斯硫回收工艺存在的问题及优化策略是针对采用三级克劳斯硫回收串一级超级克劳斯硫回收的工艺，这种工艺是现阶段较为先进的工艺，新能凤凰（滕州）能源有限公司在2013年12月开始进行投产运行，但在生产实践过程中，尾气净化指标与工艺设计值之间存在较大差距，因此，需要对其出现的具体问题进行深入研究并找到优化策略。

2 克劳斯硫回收工艺存在的具体问题及优化策略

2.1 酸性气体燃烧炉点火方面

具体问题：本文研究的克劳斯硫回收工艺燃烧炉所采用的点火设计为液化气点火，点火后，带燃烧稳定再逐渐转用工厂燃料气，随着点火枪的插入，空气切断阀会自动打开，为点火提供助燃空气，若5秒内没有点火成功，则燃烧器脱扣跳闸，进而进行重新点火，该点火设计在实践应用过程中，液化气的点火效果不够稳定，切换工厂燃料气时经常会出现熄灭的现象，往往需要进行多次点火才能够成功，此外，液化气的价格、维护成本、管理费用也偏高，不利于成本控制。

优化策略：采用甲醇装置燃料气管网燃料气，该燃料气主要由甲醇膨胀槽闪蒸气以及氢回收系统尾气组成，具有稳定性强且气量大的特性，燃料气成分有：H2、CO、N2、CH4等，该燃料气组成符合克劳斯硫回收燃烧炉对用气的一切要求，且原料成本上存在较大优势，同时也是循环经济发展理念的有效应用，在实践过程中，该燃料气的一次性点火成功率较高，燃烧稳定后并不需要切换燃料气，降低了燃烧炉熄灭的几率。

2.2 酸性气体燃烧炉炉温方面

具体问题：本文研究的克劳斯硫回收工艺燃烧炉对酸性气体燃烧的温度设计控制在1250-1300℃之间，主要是针对变换系统汽提气中的NH3，一旦NH3在该过程分解不完全就会转移至燃烧炉的下游设备及管道中，进而形成阻塞和腐蚀管道的亚硫酸氢铵、硫酸铵以及亚硫酸铵等固体物质，对系统运行造成严重破坏。然而，在实践过程中，克劳斯反应可以对NH3进行循环利用，借助其与NOx的反应而进行脱硝处理，因此，维持较高炉温没有任何有效意义。

优化策略：经过多次试验测试后，该项克劳斯硫回收工艺可将酸性气燃烧炉的有效温度降低至900-1100℃之间，这样既可以确保酸性气体的有效、稳定燃烧，又可以降低燃烧炉耐火材料的消耗，有效延长企业酸性气燃烧炉的使用年限。

2.3 副产蒸汽方面

具体问题：该项克劳斯硫回收工艺在设计过程中将酸性气燃烧炉和尾气燃烧炉的废锅副产中压蒸汽一并排放至22.5MPa标准的饱和蒸汽管网。在实践过程中，低负荷下的硫回收系统所产生的副产中压蒸汽量相对较少，各级蒸汽再热器装置也会在处置过程中消耗掉一定量的中压蒸汽，导致排放至蒸汽管网中的剩余中压蒸汽所剩无几，再加上蒸汽管网设置在克劳斯硫回收工艺整体的最末端，使得副产蒸汽出现勉强外送的问题。

优化策略：该项克劳斯硫回收工艺存在副产蒸汽外送难度较大的问题，但同时甲醇精馏系统却需要消耗大量的1.27MPa蒸汽，因此，在优化过程中，我们设立新的阀门和管道在外送中压蒸汽阀门之后，将副产蒸汽进行降压，待达到1.27MPa标准后，将其输送至饱和蒸汽管网中，实现循环利用，显著提升经济效益。

2.4 伴热蒸汽方面

具体问题：为了满足液硫池、液硫管线以及流量计液位计的各项需求，该项克劳斯硫回收工艺会设置大量的蒸汽伴热管线，疏水阀会将所有伴热后的蒸汽汇集到一起集中到收集管中，进而通过放空筒进行排放，在实践过程中，这种操作会造成极大的热能浪费，放空筒周围也会长期伴有蒸汽夹带喷热水的现象，对企业员工的人身安全和环境造成严重的威胁。

优化策略：企业可在液硫池周边适当位置建立一座蒸汽回收罐，以不锈钢作为建设材质，确保恒定温度和恒定压强，自液硫池排除的1.27MPa蒸汽经伴热后会被集中收入至回收罐中，回收罐顶部存在的0.30MPa蒸汽可以通过蒸汽管网为甲醇精馏系统提供使用，而罐底的冷凝液可通过冷凝液管网输送至燃烧炉进行循环利用，这样即消除了安全隐患，有实现的节能环保。

2.5 克劳斯反应器进口方面

具体问题：该项克劳斯硫回收工艺没有在反应器催化剂床层下方设置氮气置换管线，造成的生产实践问题就是，一旦克劳斯硫回收工艺因异常状况需进行停工停车时，系统的热量就无法实现快速移除，克劳斯反应器的催化剂床层就会剧烈升温，进而对催化剂的活性造成严重的损害。

优化策略：将DN40 氮气管新增至第一再热器的工艺出口管上，该项克劳斯硫回收工艺的氮气总阀为其提供气体来源，若因异常情况需要进行停工停车或者出现床层“飞温”现象时，则立即打开氮气阀门，第一、二、三级克劳斯反应器均通过输入进来的氮气进行置换降温，有效保护催化剂活性，杜绝超温事故发生。

3 克劳斯硫回收工艺未来需要解决的问题

当前，该项克劳斯硫回收工艺的一级克劳斯反应器进出口温差较大，而二级克劳斯反应器、三级克劳斯反应器以及超级克劳斯反应器则不会出现这种状况，将各级反应器拆开对产生的这种现象进行深入分析可以看出，一级克劳斯反应器在反应后会产生大量的液硫，而其余部分则存在很少，这说明该项克劳斯硫回收工艺的克劳斯反应主要在一级克劳斯反应器中，二级、三级以及超级克劳斯反应器进行了相对较少的克劳斯反应，这也是未来该项克劳斯硫回收工艺所急需进行调整的问题。

综上所述，克劳斯硫回收工艺是现代石化工业和煤化工产业发展所必需的一项核心工艺，而克劳斯硫回收工艺在实践开车的过程中会出现诸多的问题。本文针对采用三级克劳斯硫回收串一级超级克劳斯硫回收工艺的克劳斯硫回收工艺进行系统分析，通过实践运行，找寻设计上存在的缺陷，进而研究针对性的优化策略，切实解决了该项克劳斯硫回收工艺的运行問题，为提升该项克劳斯硫回收工艺的稳定和高质量运行提供可行性策略。

参考文献：

[1]石立军.克劳斯硫回收工艺生产中存在的问题和改进措施[J].煤化工，2014（1）：43-45.