克勞斯硫回收工藝中的富氧技術

吳學麗（內蒙古大唐國際克什克騰煤制天然氣有限責任公司，內蒙古 赤峰 025350）

硫化氫氣體是一種典型的毒害氣體，在各類化工產業中廣泛地存在。以化石能源工業為例，硫化氫不僅具有高毒性，同時也具有腐蝕性，對輸油管道、輸氣管道以及其他工業設備存在潛在威脅，同時一旦泄露就會污染大氣，甚至引發中毒事件；在當前的石油、天然氣和煤炭等主流化石能源工業中，“脫硫”是一項重要的工藝過程。

但同時，硫化氫也是一種寶貴的資源，通過一定方式轉化，可以得到硫磺物質，滿足工業產品生產的需求，這對我國目前工業原料緊缺的現狀而言，是一個綜合利用和有效轉化的合理趨勢。

1 克勞斯法工藝限制

克勞斯法（Claus）早在十八世紀就已經出現了，但由于工藝設備的限制，傳統的克勞斯法在進行硫磺的回收過程中，混合氣體中的酸性物質會直接燃燒掉，其中硫化氫與空氣混合燃燒之后，即可實現一部分硫磺生成物（化合物）。

但是空氣中的成分比例最高的是氮氣，約占2/3，有利于合成氨的生成；克勞斯法的主要目的是提高尾氣處理并獲取硫磺產品，因此有效減少空氣中氮氣的比例，提高氧氣比例，效果是十分明顯的。同時，由于采用純氧或富氧空氣的方式，可以有效減少生產成本和占地空間。

傳統的克勞斯法在利用富氧技術的過程中也有弊端，主要是由于反應爐溫度引起的。由于加入富氧空氣之后反應爐的溫度會升高，這對硫回收的工藝就產生了限制。同時，溫度過高也容易造成控制難題，這些都是在使用富氧技術過程中需要改進的問題。

2 富氧技術在克勞斯法中的應用

富氧技術在具體應用中方法很多，比如利用壓縮器或氣缸，使用液氧裝置或管線供氧裝置，也可以采用薄膜技術等等。但富氧技術在克勞斯法中的應用需要遵循的原則是一致的，那就是在供應量、動力費用、需求分布、供氧壓力以及環境等方面保持適應，維持生產平衡。

從目前我國的克勞斯硫回收法的應用中不難看出，液態氧比較適合大量的中小企業使用，同時生產也不必要保持連續性。但是，無論大型企業還是小型企業，富氧技術的應用都意味著要添加新的裝置，增加投資費用。

3 克勞斯硫回收工藝中富氧技術的分析

克勞斯硫回收工藝中，富氧技術的起步較晚，一直到上世紀70年代才開始實質性的探索，但一經出現就表現出很強的生命力。目前，國內外主要存在的克勞斯富氧硫回收技術主要包括以下幾種：

3.1 Cope工藝

Cope硫回收工藝是首次進行富氧技術生產的技術，在設備構成方面采用兩套硫回收裝置，分別使用55%的富氧空氣輪流交替操作，這種工藝在原有硫回收的基礎上提升了85%的產量。

Cope硫回收工藝的主要特點有兩個：其一，設計了一種用于反應爐內部的燃燒器，促使火焰保持平穩，其二，兩臺設備交替使用，循環使用鼓風機冷卻備用裝置，冷凝器排除的氣體再度進入反應爐，兩者之間是一種封閉的狀態。這種方案可以有效減輕單個反應爐的溫度符合，同時提高了硫回收的效率。

3.2 Sure工藝

Sure工藝是一系列的技術手段，其原理是利用酸性氣體和富氧空氣的多級燃燒過程，大大提升克勞斯裝置的處理能力。同時，這一工藝所獲取的硫產品純度很高，可以達到99.9%，其原因就在于多級燃燒的過程中加速了產品的純化。采用Sure工藝的優勢在于，傳統的克勞斯裝置不需要更換任何的設備部件，只需要增加一部分必要的設備，也無需做出任何的改動。

3.3 Oxyclaus工藝

Oxyclaus工藝采用改了一種新型鍋爐，可以精確地控制酸性氣體和氧氣在火焰中心進行燃燒，促使硫化氫氣體始終位于一種高火焰、高溫度的中心，在這種狀態下將二氧化碳轉成一氧化碳，利用化學中的吸熱反應來降低反應爐溫度。

不難看出，Oxyclaus工藝的氧氣利用率是最高的，尤其是熱平衡打破過程中氫氣濃度迅速下降，可促使氧氣反應提升到80%-90%。

利用Oxyclaus工藝可以減少大量的耐高溫裝備投資，同時，Oxyclaus工藝與Cope工藝有很多類似的地方，尤其是在尾氣的處理上更加簡單和方便。

4 結語

使用富氧技術可以大幅度提高反映局的溫度，增加了流回收裝置中的氧氣進量之后，必然導致硫回收過程中的障礙和限制。因此，結合克勞斯法使用富氧技術，還要從具體的情況入手，比如反應爐的耐火材料要求必須嚴格執行，反應設備的特殊要求必須滿足等。

總體而言，富氧技術作為一種可以與克勞斯法緊密結合的硫回收工藝，可以大幅度地提升回收效率，減少對環境的影響，同時在新技術不斷完善的情況下，其生產能力也更加吸引人，更具有經濟效力。

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