硫回收装置影响转化率的因素

张翠翠 朱宜乐 杨森林

摘要：硫回收装置的操作，提高硫的回收率，是保证系统稳定运行环保指标达标排放的重点，尽可能采取必要的手段对各种影响因素加以改善。

关键词：转化率；硫磺；回收率

前言

本公司硫磺回收工艺采用的是三级克劳斯串一级超级克劳斯的荷兰Jacobs(JNL)公司的工艺技术和三期技改新上DSR溶剂循环吸收烟气脱硫工艺。来自低温甲醇洗甲醇再生塔含H2S≥40%的酸性气体及变换汽提气进行高温燃烧克劳斯反应，将气相中的硫化物转变为单质硫进行回收，H2S含量约0.78%（vol%）的尾气进入超级克劳斯反应器，在催化剂的作用下将H2S选择性地氧化为单质硫，从焚烧炉出来的尾气通过在动力波洗涤器内水洗冷却降温后，送入吸收塔与DSR溶液逆向接触，尾气中的SO2被溶剂吸收；脱硫后的尾气达到环保指标从塔顶放空。吸收SO2后的富液由塔底经泵增压后送入贫富液换热器，加热后入再生塔的上部。解析出来的SO2和水蒸气经再生塔塔顶冷却器冷却后，在再生塔塔顶回流罐中脱去水分，得到高纯度（97wt%以上）的SO2气体，之后返回克劳斯装置，实现装置增产。

本装置处理能力为： 60吨/天，装置年操作时间为连续操作7920小时，随着环保要求越来越严格，外排指标上传至环保局实施在线监测，如何优化硫磺回收装置的操作，提高硫磺转化率进入下一工序DSR溶剂吸收解析回收SO2气体再利用并达到环保外排指标SO2含量小于等于50mg/m3，对于硫回收装置整个工艺控制操作来说尤为重要。

1.硫转化率影响因素

1.1酸性气进料组成部分酸性气进料操作条件：温度：33～55℃压力：70一85 kPa(表压)；气量：3000～4900Nm3／h。酸性气进料主要组成部分见表1。

项目	组成（mol%）
	CO2	CH3OH	N2	CO	COS	H2S
指标	60.86	0.05	2.44		0.77	35.89

表1

1. 酸性气中烃含量影响在富胺液再生塔再生时会再生出少量烃类，故酸性气中含有少量烃组分。由于酸性气中硫化氢含量大于35％，故硫磺回收装置采用部分燃烧法的方式进行配风反应，即进入反应炉燃烧器的燃烧空气刚好可以将酸性气中的烃类完全氧化，三分之一的硫化氢与氧气反应生成二氧化硫，生成的二氧化硫再与剩下三分之二的硫化氢再次反应，同时满足装置尾气中H：S／SO，比率为4：1。如果酸性气中烃类含量过多，一旦配风不足，烃未被完全燃烧，烃类物质在反应炉内发生分解生成碳，最终会导致液硫中含有碳物质，俗称“黑硫磺”。因此在操作过程中应加强富胺液闪蒸罐的操作，让大量的烃类物质在闪蒸罐内被闪蒸出来，而在再生塔内不再生出烃类物质，因此在酸性气组分内烃类物质含量应控制在2％以内。故酸性气中烃类含量越少，硫转化率就越高，烃类含量越多，硫转化率就越低。此外要确保酸性气炉内温度控制在1300～1350℃由于酸性气中存在烃类和氨，反应炉内还发生烃类和氨的分解反应。烃类完全燃烧需要炉温达到 900℃以上，氨的分解需要炉温达到 1250℃以上并合理配风否则生成NOX。(2)酸性气中二氧化碳含量影响原料气中的硫化氢和二氧化碳气体是被醇胺溶液吸收，而后再生出硫化氢和二氧化碳气体。酸性气中的二氧化碳在反应炉内不参与任何反应，由于二氧化碳气体是惰性气体，相反会降低反应炉内的温度，影响其他气体在反应炉内进行反应。故酸性气中二氧化碳含量越少，硫转化率就越高，二氧化碳含量越多，硫转化率也就越低。(3)酸性气中硫化氢含量：原料气中硫化氢的含量在12％一15％，通过再生塔再生后酸性气中硫化氢的含量在35％左右，酸性气中三分之一的硫化氢与氧气反应生成二氧化硫，生成的二氧化硫再与剩下三分之二的硫化氢再次反应生产硫蒸汽，最终硫蒸汽被硫冷却器降温后形成液硫进入液硫池内。故酸性气中硫化氢含量越多，硫转化率也就越高，硫化氢含量越少，硫转化率就越低。(4)酸性气中有机硫含量影响在酸性气中含有少量的有机硫(COS、CH。S)，在反应炉内有机硫是不参与任何反应，同时在反应炉内硫化氢和二氧化碳会发生副反应，导致生产少量的有机硫(COS、CH。S)。酸性气中有机硫含量越少，硫转化率也就越高，有机硫含量越多，硫转化率也就越低。

1.2反应炉内酸性气配风的影响做好配比的酸性气与适当的空气混合后进人反应炉，以H：s与燃烧空气中的氧不完全燃烧(H：S／SO：比率为4)的工艺条件，目的是为了使克劳斯尾气中H：s最大限度的转化为硫单质。以此进行酸性气配风，硫转化率为最大。

1.3克劳斯反应器床层温度的影响反应器的操作温度要考虑硫的露点温度和气体组成。从热力学角度分析，操作温度越低，平衡转化率越高，但是这是有一个范围的。温度过低，会引起硫蒸汽因催化剂细孑L产生的毛细管作用凝聚在催化剂的表面上，使催化剂失活，因此酸性气进入反应器前的温度至少应比硫蒸汽露点温度高20～30℃。在反应炉内没有反应完的硫化氢和二氧化硫气体会进入一、二、三级反应器内再进行反应，生成硫蒸汽。克劳斯反应器内发生的催化反应是个平衡反应，低温利于该反应的正向发生，在催化剂作用下，首先在最佳的反应器入口温度下进行H：s和S0：的转化生成硫磺，硫再进行冷凝和分离。气态硫的平衡反应同燃烧相、催化转化相和工艺气冷却相等条件有关。主要反应如下：

克劳斯反应器中反应原理：

COS＋H₂O = H₂S＋CO₂＋Q

CS₂＋2H₂O = 2H₂S＋CO₂＋Q

2H₂S＋SO₂ = 2H₂O＋3S＋Q

超级克劳斯反应器中反应原理：

2H₂S＋O₂ = 2H₂O＋2S＋Q

通过以上分析，在克劳斯反应器内温度的控制决定整个反应的正向移动。因此我们必须加强一、二、三级反应器及超级克劳斯前温度的控制，通过过程气加热器的升温使得一级反应器前温度控制在220～235℃，床层温度330～340℃。二级反应器前温度控制在210～220℃之间，床层温度240～250℃。三级反应器前温度控制在210～220℃之间床层温度控制在210～230℃。超级克劳斯反应器前温度控制在205～210℃，床层温度控制在220～242℃。4反应器内催化剂的影响硫化氢和二氧化硫气体进入一至三级反应器内进行反应，首先控制反应器床层温度，防止因温度过高使催化剂热老化，因此一、二、三级反应器床层温度不能大于380℃，超级克劳斯温度不能大于315℃。其次在硫磺单元停工前应对反应器内催化剂进行吹硫和钝化，防止在低温状态下硫蒸汽被冷凝为液态硫附着在催化剂表面，导致催化剂失活。最后在停工期间对反应器内催化剂进行取样分析，查看催化剂粉化情况，有必要进行催化剂的擗头，更换少量催化剂，最终保证催化剂的活性。

3 结论

通过以上对硫转化率影响因素的分析，首先酸性气中硫化氢的含量多少直接影响硫转化率的影响因素，因此在操作过程中必须保证再生塔的再生效果良好，保证酸性气成分和酸性气流量的稳定性。其次密切关注四个反应器床层的温度变化，根据床层的升温情况判断出反应器内催化剂的活性是否良好，在装置检维修期间对床层内的催化剂进行取样分析，查看催化剂粉化情况，有必要进行催化剂的擗头工作，并时更换少量催化剂，最终保证催化剂的活性良好。

张翠翠，女，1984，大专，技师，山东滕州，化工工艺，从事水煤浆制甲醇生产工作