超級(jí)克勞斯硫磺工藝發(fā)展研究

李馬飛 蔡國德（陜西煤業(yè)集團(tuán)神木天元化工有限公司，陜西 榆林 719319）

超級(jí)克勞斯硫磺工藝是現(xiàn)在含硫元素產(chǎn)品加工的一種交優(yōu)化的操作過程，該過程主要是提高相關(guān)的含硫分子等使用率，但是還會(huì)對(duì)環(huán)境造成較大污染，現(xiàn)在，學(xué)者研究在超級(jí)克勞斯硫磺工藝中加入回收過程，將化工過程中有毒含硫氣體的硫化物轉(zhuǎn)變?yōu)閱钨|(zhì)硫，從而變廢為寶，保護(hù)環(huán)境的技術(shù)，該技術(shù)在多個(gè)化工行業(yè)中受到廣泛應(yīng)用。克勞斯工藝自20世紀(jì)30年代實(shí)現(xiàn)工業(yè)化以后，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于合成氨和甲醇原料氣生產(chǎn)、煉廠氣加工、天然氣凈化等煤、石油、天然氣的加工過程中。從脫硫過程中產(chǎn)生的含硫化氫氣體中回收硫，既可獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益，又可解決工業(yè)廢氣對(duì)大氣的污染問題。而在傳統(tǒng)克勞斯工藝基礎(chǔ)上開發(fā)的超級(jí)克勞斯工藝在硫磺回收率、尾氣環(huán)保達(dá)標(biāo)、裝置投資費(fèi)用等方面具有更多的優(yōu)勢(shì)。

1 傳統(tǒng)克勞斯硫磺工藝

現(xiàn)代克勞斯硫磺工藝與傳統(tǒng)硫磺之間的差別在于超級(jí)克勞斯硫磺工藝在其基礎(chǔ)上改善其回收裝置，提高其回收率，并且使其達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，對(duì)環(huán)境污染較小，對(duì)傳統(tǒng)克勞斯硫磺工藝進(jìn)行深入研究，發(fā)現(xiàn)其裝置主要是由一個(gè)高溫段，兩個(gè)或三個(gè)轉(zhuǎn)化段構(gòu)成，高溫段主要包括硫化氫燃燒爐和廢氣燃燒爐，通過高溫段的兩個(gè)裝置使化工氣體中的硫化氫轉(zhuǎn)變?yōu)槎趸?，減少氣體的毒性，但是該過程不能保證硫化氫全部轉(zhuǎn)化成二氧化硫，而其中一部分硫化氫經(jīng)過催化劑的作用與二氧化硫繼續(xù)反應(yīng)，生成硫磺。現(xiàn)在克勞斯硫磺工藝主要是改進(jìn)二氧化硫和硫化氫的配量，使硫化氫與二氧化硫的比例約束在2：1左右，具體改善表現(xiàn)在，在整個(gè)工藝中添加了一級(jí)轉(zhuǎn)化器和二級(jí)轉(zhuǎn)化器，更有甚者還添加了三集轉(zhuǎn)化器和四級(jí)轉(zhuǎn)化器，使硫化氫氣體的回收率達(dá)到96%左右，無限接近氣體排放標(biāo)準(zhǔn)，也在很大程度上改善環(huán)境污染情況。

2 超級(jí)克勞斯硫磺工藝

超級(jí)克勞斯工藝除了提高硫化氫和二氧化硫反應(yīng)進(jìn)程外，還在轉(zhuǎn)化的最后階段使用新型催化劑，該新型催化劑可以使最后一階段中不能夠完全氧化的硫化氫氣體在接觸空氣以后能夠被氧化成單質(zhì)硫，提高硫的回收率，并且使用新型催化劑后的氣體在進(jìn)入深冷器以后，能夠最大限度的將硫磺回收，從調(diào)查的數(shù)據(jù)來看，超級(jí)克勞斯工藝中硫磺的回收率在99%以上，超級(jí)克勞斯工藝流程圖見圖1。

圖1 超級(jí)克勞斯工藝流程圖

現(xiàn)在超級(jí)克勞斯工藝又分為99型和99.5型，99和99.5，分別表示該工藝中硫磺的回收率。

3 超級(jí)克勞斯工藝的應(yīng)用

目前我國超級(jí)克勞斯工藝在工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用較多，相關(guān)裝置有以下幾種。

第一種是1999年生產(chǎn)并投入使用的安慶硫磺回收裝置，該裝置主要包括三大組成部分，一是富液再生裝置，該裝置主要是由我國國內(nèi)生產(chǎn)，二是，硫磺回收裝置，三是成型造粒機(jī)，這兩個(gè)裝置主要是由國外生產(chǎn)。安慶硫磺回收裝置中，第一級(jí)反應(yīng)器使用CRS-31催化劑，第二、三層反應(yīng)器使用AM催化劑，第四級(jí)反應(yīng)器D-1640催化劑，這些組成使該裝置具有提高硫化鋅轉(zhuǎn)化率，降低生產(chǎn)成本等特點(diǎn)。

第二種是四川忠縣天然氣凈化廠使用的兩套硫磺回收裝置，該裝置主要產(chǎn)于荷蘭JE公司，硫磺回收率能夠達(dá)到99.2%，每天硫磺的產(chǎn)量為25噸，這兩套裝置共用一套尾氣焚燒爐-煙囪排放系統(tǒng)，能夠使尾氣排放達(dá)到國家要求。該裝置由三床的常規(guī)克勞斯反應(yīng)段加一個(gè)后續(xù)的超級(jí)克勞斯反應(yīng)段組成，并且改進(jìn)催化劑添加量和種類，能將尾氣中85%的硫化氫轉(zhuǎn)變成單質(zhì)硫，沒有可逆反應(yīng)出現(xiàn)。

第三種是西南油氣田分公司重慶天然氣凈化總廠渠縣分廠硫磺回收裝置技術(shù)改造和尾氣治理工程由荷蘭JEN公司提供基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和部分專有設(shè)備，中國五環(huán)化學(xué)工程公司提供詳細(xì)設(shè)計(jì)而成的克勞斯工藝裝置。該裝置總結(jié)構(gòu)中包含一個(gè)加熱段，三個(gè)克勞斯催化段和一個(gè)超級(jí)克勞斯催化段，并且這四個(gè)催化段分布在一個(gè)腔體內(nèi)，前三個(gè)催化段內(nèi)填充的催化劑與安慶硫磺回收裝置中填充的催化劑一樣，但是超級(jí)克斯催化段的田中的催化劑為D-1631E1的選擇性氧化催化劑，該催化劑能夠保證出氣口中含硫氣體在0.1%到1%之間，這些氣體在燃燒爐中可以徹底清除其中的含硫成分，大大降低對(duì)環(huán)境污染力度。

4 超級(jí)克勞斯硫簧工藝發(fā)展前景

根據(jù)上述超級(jí)克萊絲工藝裝置使用范圍，可以將克勞斯工藝的優(yōu)點(diǎn)總結(jié)為，一是對(duì)硫化氫和二氧化硫體積比例沒有嚴(yán)格要求，二是沒有硫冷凝器系統(tǒng)，三級(jí)克勞斯反應(yīng)段的氣體可以直接進(jìn)入超級(jí)克勞斯反應(yīng)段，三是對(duì)空氣供給量要求不嚴(yán)格，四是超級(jí)克勞斯工藝采用的催化劑具有良好的熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度，使用壽命長，五是單質(zhì)硫回收率高，無周期切換等，這些特點(diǎn)為超級(jí)克勞斯工藝，提供更寬廣的發(fā)展空間。該工藝的核心思想，也可以用到其他工業(yè)中其他廢氣回收利用，并且還可以在此工藝上進(jìn)行優(yōu)化，將這些廢氣轉(zhuǎn)化為新型產(chǎn)物。

5 結(jié)語

超級(jí)克勞斯工藝的使用，使我國很多化工產(chǎn)業(yè)中含硫氣體得到回收利用，一方面節(jié)約了我國的資源，另一方面也對(duì)環(huán)境污染治理提供幫助，該工藝現(xiàn)在在化工產(chǎn)業(yè)中使用范圍廣，但是這不是最優(yōu)工藝，還需要對(duì)其進(jìn)行深一步的研究，使其發(fā)揮出更大的優(yōu)勢(shì)。

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