淺議克勞斯硫回收工藝存在的問題及優(yōu)化策略

張朋崗 魏文斌

摘 要：石化工業(yè)和煤化工產(chǎn)業(yè)一直是我國國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的重要組成部分，但同時(shí)也存在廢氣污染、排出物不達(dá)標(biāo)等諸多問題。作為石化工業(yè)和煤化工產(chǎn)業(yè)低碳生產(chǎn)、工藝優(yōu)化、降低污染的核心工藝，克勞斯硫回收技術(shù)在化工生產(chǎn)過程中占有十分重要的地位。當(dāng)前我國克勞斯硫回收工藝雖然發(fā)展已經(jīng)較為成熟，但在應(yīng)用過程中依然存在諸多問題，本文以克勞斯硫回收工藝的概念為切入點(diǎn)，探尋當(dāng)前我國克勞斯硫回收工藝應(yīng)用過程中存在的具體問題，并深入研究針對性的優(yōu)化策略，為優(yōu)化我國石化工業(yè)和煤化工企業(yè)的尾氣處理，確保SO2排放符合國家全新標(biāo)準(zhǔn)找尋可行性的優(yōu)化途徑，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)化工企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益的全面提升。

關(guān)鍵詞：克勞斯硫回收工藝;具體問題;優(yōu)化策略

我國煤化工產(chǎn)業(yè)一直是我國能源領(lǐng)域發(fā)展的重要組成內(nèi)容，隨著我國新環(huán)保法以及全新排放標(biāo)準(zhǔn)的頒布，化工生產(chǎn)將向著節(jié)能、環(huán)保、低污染、高品質(zhì)的方向邁進(jìn)，克勞斯硫回收工藝是現(xiàn)階段最為成熟的污染回收處理技術(shù)，對降低工業(yè)生產(chǎn)的大氣污染，實(shí)現(xiàn)化工企業(yè)生產(chǎn)效益和環(huán)境效益協(xié)調(diào)發(fā)展有著十分積極的作用，因此，深入研究克勞斯硫回收工藝存在的問題，并尋找針對性的優(yōu)化策略具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 克勞斯硫回收工藝概述

由于煤化工生產(chǎn)過程中煤炭中的硫元素會大量轉(zhuǎn)化成為粗煤氣中的硫化物，因此，需要采用克勞斯硫回收工藝對尾氣進(jìn)行硫回收處理?？藙谒沽蚧厥展に嚨幕驹頌椋孩偃种坏腍2S在燃燒爐內(nèi)與氧氣進(jìn)行部分氧化反應(yīng)，生成SO2;②剩余的H2S與部分氧化反應(yīng)生成的SO2在催化劑的條件下進(jìn)行克勞斯反應(yīng)，進(jìn)而生成單質(zhì)硫而被回收。

由于克勞斯硫回收反應(yīng)會受到化學(xué)平衡的限制，常規(guī)的克勞斯硫回收工藝采用二級催化轉(zhuǎn)化的單質(zhì)硫收率為90%-95%，而三級轉(zhuǎn)化也只能達(dá)到95%-98%，因此，常規(guī)的克勞斯硫回收工藝已經(jīng)不能夠滿足當(dāng)前我國最新的環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)要求，因此，克勞斯硫回收工藝多數(shù)會在裝置中搭配尾氣處理單元，或單獨(dú)設(shè)置后續(xù)裝置進(jìn)行尾氣處理。本文研究的克勞斯硫回收工藝存在的問題及優(yōu)化策略是針對采用三級克勞斯硫回收串一級超級克勞斯硫回收的工藝，這種工藝是現(xiàn)階段較為先進(jìn)的工藝，新能鳳凰（滕州）能源有限公司在2013年12月開始進(jìn)行投產(chǎn)運(yùn)行，但在生產(chǎn)實(shí)踐過程中，尾氣凈化指標(biāo)與工藝設(shè)計(jì)值之間存在較大差距，因此，需要對其出現(xiàn)的具體問題進(jìn)行深入研究并找到優(yōu)化策略。

2 克勞斯硫回收工藝存在的具體問題及優(yōu)化策略

2.1 酸性氣體燃燒爐點(diǎn)火方面

具體問題：本文研究的克勞斯硫回收工藝燃燒爐所采用的點(diǎn)火設(shè)計(jì)為液化氣點(diǎn)火，點(diǎn)火后，帶燃燒穩(wěn)定再逐漸轉(zhuǎn)用工廠燃料氣，隨著點(diǎn)火槍的插入，空氣切斷閥會自動打開，為點(diǎn)火提供助燃空氣，若5秒內(nèi)沒有點(diǎn)火成功，則燃燒器脫扣跳閘，進(jìn)而進(jìn)行重新點(diǎn)火，該點(diǎn)火設(shè)計(jì)在實(shí)踐應(yīng)用過程中，液化氣的點(diǎn)火效果不夠穩(wěn)定，切換工廠燃料氣時(shí)經(jīng)常會出現(xiàn)熄滅的現(xiàn)象，往往需要進(jìn)行多次點(diǎn)火才能夠成功，此外，液化氣的價(jià)格、維護(hù)成本、管理費(fèi)用也偏高，不利于成本控制。

優(yōu)化策略：采用甲醇裝置燃料氣管網(wǎng)燃料氣，該燃料氣主要由甲醇膨脹槽閃蒸氣以及氫回收系統(tǒng)尾氣組成，具有穩(wěn)定性強(qiáng)且氣量大的特性，燃料氣成分有：H2、CO、N2、CH4等，該燃料氣組成符合克勞斯硫回收燃燒爐對用氣的一切要求，且原料成本上存在較大優(yōu)勢，同時(shí)也是循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展理念的有效應(yīng)用，在實(shí)踐過程中，該燃料氣的一次性點(diǎn)火成功率較高，燃燒穩(wěn)定后并不需要切換燃料氣，降低了燃燒爐熄滅的幾率。

2.2 酸性氣體燃燒爐爐溫方面

具體問題：本文研究的克勞斯硫回收工藝燃燒爐對酸性氣體燃燒的溫度設(shè)計(jì)控制在1250-1300℃之間，主要是針對變換系統(tǒng)汽提氣中的NH3，一旦NH3在該過程分解不完全就會轉(zhuǎn)移至燃燒爐的下游設(shè)備及管道中，進(jìn)而形成阻塞和腐蝕管道的亞硫酸氫銨、硫酸銨以及亞硫酸銨等固體物質(zhì)，對系統(tǒng)運(yùn)行造成嚴(yán)重破壞。然而，在實(shí)踐過程中，克勞斯反應(yīng)可以對NH3進(jìn)行循環(huán)利用，借助其與NOx的反應(yīng)而進(jìn)行脫硝處理，因此，維持較高爐溫沒有任何有效意義。

優(yōu)化策略：經(jīng)過多次試驗(yàn)測試后，該項(xiàng)克勞斯硫回收工藝可將酸性氣燃燒爐的有效溫度降低至900-1100℃之間，這樣既可以確保酸性氣體的有效、穩(wěn)定燃燒，又可以降低燃燒爐耐火材料的消耗，有效延長企業(yè)酸性氣燃燒爐的使用年限。

2.3 副產(chǎn)蒸汽方面

具體問題：該項(xiàng)克勞斯硫回收工藝在設(shè)計(jì)過程中將酸性氣燃燒爐和尾氣燃燒爐的廢鍋副產(chǎn)中壓蒸汽一并排放至22.5MPa標(biāo)準(zhǔn)的飽和蒸汽管網(wǎng)。在實(shí)踐過程中，低負(fù)荷下的硫回收系統(tǒng)所產(chǎn)生的副產(chǎn)中壓蒸汽量相對較少，各級蒸汽再熱器裝置也會在處置過程中消耗掉一定量的中壓蒸汽，導(dǎo)致排放至蒸汽管網(wǎng)中的剩余中壓蒸汽所剩無幾，再加上蒸汽管網(wǎng)設(shè)置在克勞斯硫回收工藝整體的最末端，使得副產(chǎn)蒸汽出現(xiàn)勉強(qiáng)外送的問題。

優(yōu)化策略：該項(xiàng)克勞斯硫回收工藝存在副產(chǎn)蒸汽外送難度較大的問題，但同時(shí)甲醇精餾系統(tǒng)卻需要消耗大量的1.27MPa蒸汽，因此，在優(yōu)化過程中，我們設(shè)立新的閥門和管道在外送中壓蒸汽閥門之后，將副產(chǎn)蒸汽進(jìn)行降壓，待達(dá)到1.27MPa標(biāo)準(zhǔn)后，將其輸送至飽和蒸汽管網(wǎng)中，實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用，顯著提升經(jīng)濟(jì)效益。

2.4 伴熱蒸汽方面

具體問題：為了滿足液硫池、液硫管線以及流量計(jì)液位計(jì)的各項(xiàng)需求，該項(xiàng)克勞斯硫回收工藝會設(shè)置大量的蒸汽伴熱管線，疏水閥會將所有伴熱后的蒸汽匯集到一起集中到收集管中，進(jìn)而通過放空筒進(jìn)行排放，在實(shí)踐過程中，這種操作會造成極大的熱能浪費(fèi)，放空筒周圍也會長期伴有蒸汽夾帶噴熱水的現(xiàn)象，對企業(yè)員工的人身安全和環(huán)境造成嚴(yán)重的威脅。

優(yōu)化策略：企業(yè)可在液硫池周邊適當(dāng)位置建立一座蒸汽回收罐，以不銹鋼作為建設(shè)材質(zhì)，確保恒定溫度和恒定壓強(qiáng)，自液硫池排除的1.27MPa蒸汽經(jīng)伴熱后會被集中收入至回收罐中，回收罐頂部存在的0.30MPa蒸汽可以通過蒸汽管網(wǎng)為甲醇精餾系統(tǒng)提供使用，而罐底的冷凝液可通過冷凝液管網(wǎng)輸送至燃燒爐進(jìn)行循環(huán)利用，這樣即消除了安全隱患，有實(shí)現(xiàn)的節(jié)能環(huán)保。

2.5 克勞斯反應(yīng)器進(jìn)口方面

具體問題：該項(xiàng)克勞斯硫回收工藝沒有在反應(yīng)器催化劑床層下方設(shè)置氮?dú)庵脫Q管線，造成的生產(chǎn)實(shí)踐問題就是，一旦克勞斯硫回收工藝因異常狀況需進(jìn)行停工停車時(shí)，系統(tǒng)的熱量就無法實(shí)現(xiàn)快速移除，克勞斯反應(yīng)器的催化劑床層就會劇烈升溫，進(jìn)而對催化劑的活性造成嚴(yán)重的損害。

優(yōu)化策略：將DN40 氮?dú)夤苄略鲋恋谝辉贌崞鞯墓に嚦隹诠苌?，該?xiàng)克勞斯硫回收工藝的氮?dú)饪傞y為其提供氣體來源，若因異常情況需要進(jìn)行停工停車或者出現(xiàn)床層“飛溫”現(xiàn)象時(shí)，則立即打開氮?dú)忾y門，第一、二、三級克勞斯反應(yīng)器均通過輸入進(jìn)來的氮?dú)膺M(jìn)行置換降溫，有效保護(hù)催化劑活性，杜絕超溫事故發(fā)生。

3 克勞斯硫回收工藝未來需要解決的問題

當(dāng)前，該項(xiàng)克勞斯硫回收工藝的一級克勞斯反應(yīng)器進(jìn)出口溫差較大，而二級克勞斯反應(yīng)器、三級克勞斯反應(yīng)器以及超級克勞斯反應(yīng)器則不會出現(xiàn)這種狀況，將各級反應(yīng)器拆開對產(chǎn)生的這種現(xiàn)象進(jìn)行深入分析可以看出，一級克勞斯反應(yīng)器在反應(yīng)后會產(chǎn)生大量的液硫，而其余部分則存在很少，這說明該項(xiàng)克勞斯硫回收工藝的克勞斯反應(yīng)主要在一級克勞斯反應(yīng)器中，二級、三級以及超級克勞斯反應(yīng)器進(jìn)行了相對較少的克勞斯反應(yīng)，這也是未來該項(xiàng)克勞斯硫回收工藝所急需進(jìn)行調(diào)整的問題。

綜上所述，克勞斯硫回收工藝是現(xiàn)代石化工業(yè)和煤化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展所必需的一項(xiàng)核心工藝，而克勞斯硫回收工藝在實(shí)踐開車的過程中會出現(xiàn)諸多的問題。本文針對采用三級克勞斯硫回收串一級超級克勞斯硫回收工藝的克勞斯硫回收工藝進(jìn)行系統(tǒng)分析，通過實(shí)踐運(yùn)行，找尋設(shè)計(jì)上存在的缺陷，進(jìn)而研究針對性的優(yōu)化策略，切實(shí)解決了該項(xiàng)克勞斯硫回收工藝的運(yùn)行問題，為提升該項(xiàng)克勞斯硫回收工藝的穩(wěn)定和高質(zhì)量運(yùn)行提供可行性策略。

參考文獻(xiàn)：

[1]石立軍.克勞斯硫回收工藝生產(chǎn)中存在的問題和改進(jìn)措施[J].煤化工，2014（1）：43-45.