煤化工裝置硫回收工藝技術(shù)分析

韓軍波

摘 要：本文分析了煤化工裝置中硫回收單元的工藝技術(shù)特點，闡述了煤化工裝置中硫回收單元利用上游低溫甲醇洗濃縮硫化氫酸性氣生產(chǎn)硫磺或其他化工產(chǎn)品的工藝技術(shù)。

關(guān)鍵詞：硫回收；煤化工；克勞斯反應(yīng)；濃縮硫化氫酸性氣；節(jié)能減排

1 前言

我國煤炭儲量豐富，國家對煤碳資源的開發(fā)力度利用不斷加大，以煤為原料生產(chǎn)化肥、甲醇等化工產(chǎn)品的煤化工產(chǎn)業(yè)進(jìn)入了一個快速發(fā)展的階段迅速，隨著對煤化工下游產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈的延伸開拓，煤化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展將會進(jìn)入新的發(fā)展階段仍將繼續(xù)保持快速發(fā)展的勢頭。硫回收是煤化工裝置不可缺少的工段，主要是處理工藝過程中分離出的含H2S酸性氣，利用不同的工藝原理和技術(shù)將原料中的組分硫轉(zhuǎn)化成硫磺或硫酸等化工產(chǎn)品。

隨著人類科技文明和工業(yè)化程度的不斷提高，環(huán)境污染及氣候變化問題也越來越突出，已成為世界性的難題，人類利用地球資源的同時，必須加強(qiáng)對地球環(huán)境、自然氣候的保護(hù)；煤化工領(lǐng)域硫回收技術(shù)對減少裝置有害氣體的排放，保護(hù)環(huán)境有著重要意義，符合國家節(jié)能減排政策，因此加強(qiáng)利用和優(yōu)化硫回收工藝技術(shù)對保護(hù)人類生存環(huán)境意義重大。

2 硫回收工藝原理

目前煤化工裝置硫回收技術(shù)非常廣泛，主要以克勞斯制硫工藝為主導(dǎo)，另外還有堿吸收法制硫、WSA制硫酸工藝等。技術(shù)專有商包括荷蘭JOCABS、德國魯奇、美國洛凱特、美國KPS、美國殼牌康世富、丹麥托普索等，國內(nèi)專業(yè)硫回收技術(shù)公司主要有山東三維等。

2.1 克勞斯硫回收工藝

煤化工裝置低溫甲醇洗工段分離的含H2S酸性氣制硫磺工藝基本是在克勞斯技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。克勞斯硫回收工藝主要分為酸性氣燃燒反應(yīng)、酸性氣催化反應(yīng)、反應(yīng)尾氣處理三個部分。

2.2 堿吸收（生物脫硫或絡(luò)合鐵法）工藝LoCAT及生物制硫

該工藝用溶液（堿液）吸收的方式脫除硫化氫，然后通過鐵變價法或生物法將堿液再生。美國洛凱特（LO-CAT）和殼牌生物脫硫均屬于該類工藝。

該工藝特點是工藝簡單，回收率高。可直接處理H2S 濃度很低的合成氣。缺點是再生反應(yīng)器尺寸較大，操作費(fèi)用較高。

這兩種工藝手上資料有限，僅作介紹。

2.3 WSA制酸工藝

該法是將來自低溫甲醇洗的含H2S酸性氣全部燃燒生成二氧化硫，二氧化硫通過催化氧化生成三氧化硫，與水結(jié)合生成硫酸。

3 硫回收工藝技術(shù)特點

硫回收因產(chǎn)品不同，工藝流程有所差異，硫磺因其易儲存運(yùn)輸，用量大，所以多數(shù)煤化工裝置硫回收均采用制硫工藝；如果工廠本身需要使用硫酸，硫回收工段采用制酸工藝更為適宜。

這里著重分析克勞斯制硫工藝。

（1）酸性氣預(yù)處理：目前克勞斯制硫工藝酸性氣進(jìn)入燃燒段前均設(shè)有甲醇分離工序，用于脫除酸性氣中含有的甲醇組分，一般都設(shè)有甲醇分液罐，有的技術(shù)還設(shè)有甲醇洗滌塔，荷蘭JOCABS公司對于甲醇對后續(xù)反應(yīng)的影響提出過甲醇在燃燒過程中會生成噻吩使后續(xù)催化反應(yīng)的催化劑積碳而影響催化劑性能，但沒有明確的驗證和文章解釋。

（2）酸性氣燃燒：根據(jù)酸性氣中H2S含量不同，通常采用部分燃燒法和分流法。酸性氣濃度較高時采用部分燃燒法，酸性氣濃度較低時常采用分流法。目前酸性氣燃燒多采用分流工藝，即一定比例的酸性氣在燒嘴進(jìn)行燃燒反應(yīng)，另一部分氣分流至燃燒爐后段，比例約3：1，這樣可保證燒嘴燃燒溫度在1000℃以上以及火焰的穩(wěn)定性。

（3）自燃燒爐出來的工藝氣經(jīng)過廢鍋冷凝將硫分離出來，進(jìn)入克勞斯催化反應(yīng)工序前需要將溫度升至230℃以上，有些工藝采用預(yù)熱器如荷蘭JOCABS，也有采用高溫?fù)胶烷y（魯奇、山東三維）引一股燃燒爐的高溫工藝氣與冷凝后工藝氣混合達(dá)到反應(yīng)要求溫度；因摻和溫度高，所以對高溫?fù)胶烷y的制造加工要求高，在魯奇工藝包中，該閥屬于專供設(shè)備；山東三維也將該閥作為專利設(shè)備隨工藝包附帶。高溫?fù)胶烷y因熱應(yīng)力及沖刷腐蝕制造難度大，推薦換熱器預(yù)熱型式。

（4）在催化反應(yīng)階段降低溫度對化學(xué)平衡有利，但為了保證有機(jī)硫水解，一級催化反應(yīng)器宜適當(dāng)提高反應(yīng)溫度，縮短反應(yīng)達(dá)到平衡轉(zhuǎn)化率的時間，從而提高轉(zhuǎn)化率。

克勞斯反應(yīng)催化劑主要有：

（5）通過不同催化劑的相互組合，達(dá)到理想的反應(yīng)轉(zhuǎn)化率，但通過二級或三級克勞斯催化反應(yīng)，尾氣中硫含量是不能達(dá)到規(guī)范要求的指標(biāo)，需要進(jìn)一步處理。

（6）硫回收制硫工藝進(jìn)行歸納可分為三大類：克勞斯延伸型工藝：包括超級克勞斯工藝、超優(yōu)工藝等；克勞斯尾氣處理型工藝，即尾氣加氫還原+溶劑吸收：胺吸收法及低溫斯科特等均屬于該類工藝；另外還有堿吸收工藝：包括上文所述生物脫硫和絡(luò)合鐵工藝。

3 結(jié)論

通過對對于煤化工項目硫回收裝置工藝技術(shù)分析，我們看到，在滿足國家環(huán)保要求，技術(shù)先進(jìn)可靠，同時要求投資和操作費(fèi)用又較低的前提下，克勞斯延伸型工藝是我國目前煤化工領(lǐng)域硫回收裝置的最佳工藝選擇。隨著國家對環(huán)保要求的進(jìn)一步提高，克勞斯反應(yīng)尾氣的處理將會由延伸型工藝向尾氣處理型工藝和節(jié)能環(huán)保型工藝轉(zhuǎn)變。

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作者簡介

自2003年太原理工大學(xué)畢業(yè)后從事煤化工項目設(shè)計工作已有10年，積累了豐富的經(jīng)驗，任職經(jīng)歷

2003～2012 華陸工程科技有限責(zé)任公司 工藝室

2012～至今 北京石油化工工程有限公司西安分公司 工藝室