復合式克勞斯爐系統(tǒng)的優(yōu)化

摘要：復合式克勞斯爐是德國凱薩斯圖爾焦化廠的7.63m焦爐及其配套的煤氣凈化裝置，通過長時間的運行，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)存在的一線問題，進行了局部改造，解決了設備腐蝕嚴重、酸氣投入量少、轉化率低的問題，使克勞斯爐系統(tǒng)長周期穩(wěn)定運行。

關鍵詞:克勞斯爐 煤氣風機 酸性氣 過程氣

山東兗礦國際焦化有限公司是由兗礦集團有限公司、日本伊藤忠和巴西CVRD三家合資建設的年產200萬噸焦炭和20萬噸甲醇的煤化工企業(yè)，該企業(yè)拆遷了德國凱薩斯圖爾焦化廠的7.63m焦爐及其配套的煤氣凈化系統(tǒng)，新建了年產20萬噸用焦爐煤氣制甲醇的生產裝置。焦爐于2006年6月投產，甲醇裝置也于同年12月16日投產，通過長時間的運行，對焦爐的運行認識逐步加深，相應的配套裝置也在逐步完善。硫回收采用克勞斯法硫回收，硫回收工藝由脫酸蒸氨工序來的酸氣，經(jīng)壓力調節(jié)，在工序的系列裝置中將硫從硫化氫中提取出來，同時將氨和氰化氫催化分解。硫化氫首先在克勞斯爐中轉化，大約是1/3硫化氫和空氣進行燃燒形成二氧化硫。同時克勞斯反應器也在變化，大約2/3硫化氫反應后成硫元素。

硫化氫-燃燒：H2S+3/2O2→SO2+H2O，克勞斯反應：2H2S+SO2→3/xSx+2H2O

克勞斯反應在兩個接通的催化反應器中進行。

此外x根據(jù)溫度從1-8變化的。溫度超過950℃時僅僅是S2，如果溫度低于200℃時，獲得的分子就是S8。整個反應就是：3H2S+3/2O2→3/xSx+3H2O，并且在過程中放熱。因為過程氣中含有NH3和HCN，克勞斯爐用含有6%鎳的裂解催化劑。這樣可以避免在克勞斯催化劑上形成硫酸鹽以及腐蝕NH3/H2S-處理機組。

NH3和HCN通過催化劑，當溫度為1100℃時進行裂解。同時NH3和HCN在少量的空氣反應后得出氮，水和一氧化碳。

反應如下進行：

2NH3→N2+3H2；HCN+H2O→0.5N2+1.5H2+CO，過程氣中含有原始產品的氣態(tài)產品和平衡濃度。過程氣在催化劑的作用下通過輸入的二次空氣繼續(xù)氧化。二次空氣通過安裝在最后一個硫分離器后面過程氣路中的比例調節(jié)儀（可以測量調節(jié)H2S/SO2的比例）將過程氣出口上的H2S：SO2比列調整為7：1。有意高于硫磺生產所需要的2：1的比例。通過這種方式可以實現(xiàn)過程氣中SO2的濃度盡可能的低并且以此來限制游離的氨化合物的形成。過程氣中升高的H2S濃度可以接受，因為焦爐煤氣再一次混入并且洗滌出H2S。

1 克勞斯爐系統(tǒng)存在的問題

公司的焦爐煤氣凈化工藝采用AS循環(huán)洗滌工藝流程，酸性氣體通過克勞斯裝置產出硫磺。該工藝自2006年9月投產以來，運行不穩(wěn)定，面對運行狀況做了有力的分析，借鑒同類型裝置運行經(jīng)驗，和專業(yè)硫回收單位合作，共同商討方案，制定了可行的解決方案，為克勞斯爐運行創(chuàng)造有利條件，現(xiàn)有脫酸蒸氨產生的酸性氣質量不能滿足克勞斯爐的運行要求，由于酸性氣酸氣濃度設計濃度20%，系統(tǒng)運行酸氣濃度7%～10%之間，酸氣中氨氣含量過高，進入克勞斯爐后，克勞斯爐溫度難以維持1100℃上下，煤氣風機煤氣滿足不了克勞斯爐運行、設備內漏問題，液硫管線受阻問題等大量條件影響克勞斯爐停車，酸性氣就地排放，硫磺產量回收率較低，嚴重影響了大氣環(huán)境質量。

2 改造部分

優(yōu)化脫酸蒸氨系統(tǒng)運行，對脫酸蒸氨分縮器進行了內部檢查、清理，設備內的填料進行了過濾重新裝填，減小分縮器阻力，提高進入分縮器的富液量，控制好分縮器出口的酸汽溫度在70～75℃之間，檢查分縮器下液、酸汽管道下液，嚴禁酸性汽帶水，影響克勞斯爐，為克勞斯爐提供穩(wěn)定的酸汽來源。

煤氣風機改造后流量為Q=560立方米/每小時，出口壓力為P=36KPa，進口管道由原來的DN100改為DN150的管道，出口管道由原來的DN80改為DN100的管道，煤氣風機定期盤車，進出口進行排污，確保備車，從而為克勞斯爐正常運行提供了保證。

為了設備不再內漏，部分設備內部采用了不銹鋼材料，有效的延長了設備使用周期，由于頻繁開停車，所以提高系統(tǒng)操作，保證系統(tǒng)溫度，使系統(tǒng)在升溫、降溫過程少產生凝結水，縮短系統(tǒng)升溫的時間，加快系統(tǒng)升溫速度，同時做好工藝處理，必要時低壓鍋爐、硫冷器加入蒸汽使系統(tǒng)升溫，使整個系統(tǒng)在升溫過程中都保持在110℃以上，防止系統(tǒng)產生凝結水。

液硫管線由于伴熱不全，管道長.容易受阻，管線改造直接進入液硫中間槽，液硫中間槽密封處理，液硫管線伴熱采用整體內伴熱，兩端接口采用法蘭連接，使液硫管道最短，伴熱面積廣，拆除檢修方面，解決了液硫管線容易受阻問題。

3 改造效果

改造完成的設備至2012年未出現(xiàn)內漏情況，克勞斯爐穩(wěn)定運行，酸性氣回收率達到100%，杜絕酸性氣放散。克勞斯爐體溫度嚴格按照工藝指標操作處理。液硫管線正常運行，實現(xiàn)了液硫的全部回收處理。

4 結語

克勞斯爐系統(tǒng)改造完成，酸性氣100%回收處理，過程氣溫度保持在110℃以上，使系統(tǒng)不產生凝結水，減少了設備的腐蝕，部分設備更換了材質，改為不銹鋼材質，加大了設備的耐腐蝕性，硫冷器在下一步的工作中，更換硫冷器材質為不銹鋼材質，提高酸性氣的濃度到設計指標，對待系統(tǒng)的穩(wěn)定操作還需要進一步的研究。

參考文獻：

[1]何建平等.煉焦化學產品回收技術，北京，冶金工業(yè)出版社，2006年，P15-150.