煤化工項目硫回收工藝技術(shù)分析

徐祖斌

（中國海洋石油總公司大同煤制氣項目組 山西大同 037100）

引言：我國的煤炭資源豐富，但是石油資源短缺，隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展，我們對于煤炭、石油等能源的需求量大大增加，所以，我國必須要大力發(fā)展煤炭、石油等產(chǎn)業(yè)。事物都是有利有弊的，發(fā)展煤化產(chǎn)業(yè)的同時伴隨著環(huán)境問題，工業(yè)生產(chǎn)將含硫尾氣源源不斷的排放到了大氣當中。

那么，研究怎樣在節(jié)能環(huán)保的基礎(chǔ)上回收尾氣中所含的硫資源就顯得至關(guān)重要。就如何設計尾氣中的硫資源回收的過程，本文作了準確分析。

一、煤化工中硫回收的特點

1.回收后產(chǎn)生的是酸性氣體，濃度比較低。到目前為止，我國的煤化工工程中所采用的空氣凈化裝置一般都是用的低溫甲醇法和NHD 法凈化技術(shù)。硫回收后會產(chǎn)生酸性的氣體，這種氣體的量比較的小，而且濃度在20-30%,比較低。

2.充分燃燒。現(xiàn)在的煤化工裝置能供應充分的純氧，而且酸性氣體的量小、濃度低，能夠燃燒完全，經(jīng)過反應生成氮氣。

3.裝置耗煤量少，產(chǎn)硫量低。煤化工裝置耗油量少，硫磺的產(chǎn)量也比較低，不超過5 萬噸/年。

4.酸性氣體濃度變化較大。煤的品種很多，不同種的煤經(jīng)過煤化工裝置所產(chǎn)生的酸性氣體是不同的，這就導致產(chǎn)生的酸性氣體濃度變化較大，需要很高的技術(shù)水平進行操作。

二、煤化工中硫回收工藝的現(xiàn)狀

1.克勞斯及克勞斯延伸工藝

克勞斯憑借其成熟的多單元處理方式，成為了廣為應用的的硫回收工藝。隨著不斷地發(fā)展，克勞斯工藝愈來愈成熟。

（1）原始克勞斯工藝

克勞斯工藝簡單易于操作，通過控制煤化工裝置在燃燒時的空氣與H2S 所占的比例，讓燃燒之后的SO2與H2S的比例為1:2。到現(xiàn)在為止，經(jīng)過二級克勞斯理論，硫磺的回收率能在92%-94%左右，通過三級克勞斯理論，回收率可以達到98%。然而這也只是理論上的，從實際角度來說，實際回收率要遠遠低于理論回收率。

圖1 原始克勞斯工藝

（2）超級克勞斯工藝

超級克勞斯工藝有一個高溫反應段和三個催化反應段，每個階段都有硫磺析出。每個段都有克勞斯反應器，前兩個反應器使用比較常規(guī)的催化劑，最后一個使用超級克勞斯催化劑。在超級克勞斯反應器中，使用催化劑有選擇的氧化H2S。在這個氧化劑的基礎(chǔ)上，總的回收率高達99%。其流程圖見圖2.

圖2 . 超級克勞斯工藝簡圖

超級克勞斯繼承了傳統(tǒng)克勞斯工藝的優(yōu)勢，不需要太多的額外投入，和常規(guī)的克勞斯工藝所需要的費用差不多；H2S 濃度低，提高了硫的回收率；完成國家環(huán)保的指標。

（3）超優(yōu)克勞斯工藝

在該工藝中，前兩個反應器中填充的是比較常規(guī)的克勞斯催化劑，第二個反應器中還填充了選擇性加氫還原催化劑，降低了SO2的含量。流程圖見圖3.

超優(yōu)克勞斯工藝從超級克勞斯工藝上發(fā)展而來，所需的投資比超級克勞斯工藝多一點，硫回收率得到顯著提高。

圖3 .超優(yōu)克勞斯工藝

2. 斯科特法工藝

斯科特法是將尾氣中的硫加氫催化，使之生成硫化氫，再經(jīng)過脫硫處理，最后再把產(chǎn)生的物質(zhì)重新放入裝置當中。經(jīng)過整套裝置的處理，硫的回收率比較高，尾氣中所含的硫量大大降低，能夠排到空氣中。

斯科特法能夠很好的適應克勞斯裝置，能夠更高的回收硫。不過，操作過程比較繁雜，所需要的投入比較多，只適合于比較大的裝置或者對于環(huán)保的標準比較高的地區(qū)。

3. 生物脫硫工藝

經(jīng)過處理后產(chǎn)生的酸性氣體先分離出液體，然后反方向接觸吸收塔中的弱堿性溶液，經(jīng)過這樣的處理，硫化氫幾乎全部被吸收，殘余物質(zhì)進入到脫碳系統(tǒng)中去，經(jīng)過生物脫硫處理后產(chǎn)生的硫磺將以泥漿的形式被抽出，可以用來制作簡單的硫磺工藝品。

生物脫硫工藝不要求硫化氫的濃度，所需要花費的投入費用比較高，適合于硫磺產(chǎn)量≤10 噸/天的裝置應用。

三、工藝方案的比較研究

1. 克勞斯延伸工藝

克勞斯延伸工藝是由克勞斯工藝發(fā)展而來的，延伸工藝比克勞斯工藝多了選擇性氧化反應段，具有克勞斯工藝的優(yōu)點：額外投入比較低，操作簡單。且比克勞斯工藝的回收率更高。到現(xiàn)在為止，克勞斯延伸工藝為煤化工行業(yè)大面積使用。

2. 斯科特法工藝

斯科特法工藝將尾氣中的硫加氫催化，使之生成硫化氫，再經(jīng)過脫硫處理，最后再把產(chǎn)生的物質(zhì)重新放入裝置當中，使用斯科特法工藝，硫回收率能達到99.7-99.9%。

該回收工藝回收率高，但是需要溶劑進行加工處理操作復雜，過程比較長，所需要的花費比較高。這項工藝比較適合大型石化項目。

3.生物脫硫技術(shù)

這項技術(shù)是用堿液來吸收硫化氫，再用生物法重生堿液。這項工藝易于操作，硫回收率高，但是所需要的費用比較高，目前推廣的范圍比較小。

結(jié)論：1.不同的工藝有不同的特點，適應于不同的項目。克勞斯延伸工藝應用于煤化工項目；斯科特法工藝主要應用于比較大型的石化項目；由于生物脫硫技術(shù)成本比其他的工藝高，因此還沒有得到廣泛應用。從投資、成本、產(chǎn)出的角度來說，應用克勞斯延伸工藝是煤化工產(chǎn)業(yè)的絕佳選擇。

2.使用克勞斯延伸工藝進行硫回收是最佳選擇，在這個基礎(chǔ)上，應該按照實際需要來確定選擇哪一種延伸工藝（超級克勞斯工藝還是超優(yōu)克勞斯工藝）。

3.到現(xiàn)在為止，我國的煤化工項目中回收硫主要采用超優(yōu)勞斯工藝技術(shù)，不過，所需要的花費特別高。所以，我建議，我國應該積極學習外國的先進技術(shù)，提高本國的科技創(chuàng)新能力，自主開發(fā)硫回收工藝，努力達成環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的要求。

[1]張明成,蔣保林. 煤化工項目硫回收工藝技術(shù)分析[J]. 廣東化工,2011,09:173-174+166.

[2]張勇,代杰,華國友. 煤氣化項目硫回收工藝淺析[J]. 瀘天化科技,2010,01:28-31.

[3]武鵬飛. 硫回收工藝在煤化工裝置中的應用[J]. 化工管理,2013,18:251.

[4]楊斌,周永林. 煤化工硫回收技術(shù)比較[J]. 小氮肥,2014,05:7-9.