如何提高硫回收裝置回收率

陳祥勝

【摘要】本文從催化劑活性、操作溫度、計(jì)量控制、冷卻器溫度等多個(gè)方面闡述了影響硫回收回收率因素進(jìn)行了歸納總結(jié)

【關(guān)鍵詞】克勞斯氣 回收率 轉(zhuǎn)化率

1.前言

為了保護(hù)我們賴以生存的環(huán)境，我國對(duì)廢氣達(dá)標(biāo)排放制定了嚴(yán)格的法規(guī)。但近段時(shí)間由于大量的煤化工項(xiàng)目的上馬，含有硫化氫的酸性氣的不合格排放對(duì)環(huán)境造成了嚴(yán)重污染。如何使酸性氣達(dá)標(biāo)排放，也就是如何優(yōu)化硫回收裝置的操作，使裝置能夠安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)運(yùn)轉(zhuǎn)，提高硫回收率并降低環(huán)境污染，對(duì)克勞斯裝置的操作者來說是最重要的。

2.影響硫回收率的主要因素

2.1反應(yīng)的化學(xué)計(jì)量控制不準(zhǔn)

基本工藝看起來是簡(jiǎn)單的，但工藝的控制卻是復(fù)雜的。主要原因是由于原料中雜質(zhì)的存在、原料組成及流量的變化、反應(yīng)爐及催化劑床層中副反應(yīng)的發(fā)生、控制儀表的精確度等。所有上述影響都可以減小，但不可能完全消除。試驗(yàn)工作顯示，在原料組成和流量相對(duì)穩(wěn)定的情況下，過量空氣量控制在±0.6%的范圍內(nèi)是可以接受的。由此造成的總硫損失，對(duì)二級(jí)克勞斯裝置來說為0.2%，對(duì)三級(jí)克勞斯裝置來說為0.3%.原料組成不穩(wěn)定或控制不當(dāng)將引起很大的硫損失，由于化學(xué)計(jì)量控制不合適造成的硫損失最高可達(dá)到20-30%.

2.2催化劑失活

在克勞斯轉(zhuǎn)化器中使用的典型催化劑是氧化鋁基或二氧化鈦基催化劑，目的是在合理的接觸時(shí)間內(nèi)促進(jìn)克勞斯反應(yīng)及COS/CS2的水解反應(yīng)達(dá)到平衡。導(dǎo)致催化劑失活的原因主要有炭重?zé)N中毒、硫酸鹽化、液流沉積、機(jī)械損傷等。為保證裝置的長周期運(yùn)行，轉(zhuǎn)化器的體積通常設(shè)計(jì)的較大，保證在催化劑部分失活的條件下，克勞斯反應(yīng)在整個(gè)催化劑床層仍能達(dá)到平衡。如果催化劑失活水平已經(jīng)不能使克勞斯反應(yīng)及COS/CS2的水解反應(yīng)達(dá)到平衡，將直接影響裝置的總硫轉(zhuǎn)化率。

由催化劑的失活引起的硫回收率損失變化較大，這主要取決于是哪級(jí)催化劑床層失活及失活的水平。第一反應(yīng)器催化劑失活對(duì)裝置的效率影響較大，失活主要由旁通燃燒爐的氣流中毒所引起，也可能由于設(shè)計(jì)本身存在缺陷或者燃燒情況不好所引起。由于第一反應(yīng)器除了進(jìn)行克勞斯反應(yīng)外，主要進(jìn)行COS及CS2的水解反應(yīng)，催化劑失活將導(dǎo)致水解反應(yīng)不完全，由此造成的總硫損失可超過5%.

2.3第一反應(yīng)器的操作溫度太低

硫化氫和氧只是克勞斯工藝氣中的兩個(gè)組分，但在進(jìn)入克勞斯裝置的酸性氣、污水汽提塔氣及空氣中還含有其他組分。由此導(dǎo)致了在燃燒爐及廢熱鍋爐中還發(fā)生了一系列的副反應(yīng)，許多副反應(yīng)都產(chǎn)生COS及CS2。通常大多數(shù)裝置不能控制這類物質(zhì)的生成，這些組分的生成是不可避免。COS及CS2不參加克勞斯反應(yīng)，但由于其中含有硫原子，需要轉(zhuǎn)化為硫化氫或者元素硫以便在下游進(jìn)行進(jìn)一步的轉(zhuǎn)化或回收。COS及CS2的平衡轉(zhuǎn)化率大約分別為99%及100%，但由于動(dòng)力學(xué)限制，轉(zhuǎn)化率一般達(dá)不到上述數(shù)值。為了克服這種限制，一般通過提高第一反應(yīng)器床層溫度或通過使用特殊的催化劑，如助劑型氧化鋁催化劑，或者二氧化鈦催化劑來提高有機(jī)硫化物的水解率。山東迅達(dá)化工有限公司開發(fā)的A988TiO2的催化劑綜合性能超過了國外催化劑，COS和CS2的水解率可以達(dá)到100%，可以完全滿足硫回收裝置的使用要求。

2.4第二第三反應(yīng)器的操作溫度太高

低于600℃時(shí)，克勞斯反應(yīng)轉(zhuǎn)化率隨溫度降低而升高。第一反應(yīng)器的最佳操作溫度也就是使COS及CS2獲得最高水解率的溫度，而第二和第三反應(yīng)器的操作溫度應(yīng)盡可能的低以獲得克勞斯平衡轉(zhuǎn)化率。對(duì)于所有的標(biāo)準(zhǔn)克勞斯裝置（包括亞露點(diǎn)工藝），既然轉(zhuǎn)化器中液流的存在可引起催化劑失活，低溫極限也就是硫的冷凝點(diǎn)或露點(diǎn)。但對(duì)一實(shí)際裝置來說，每一轉(zhuǎn)化器的實(shí)際露點(diǎn)將隨著很多參數(shù)而變化如酸氣質(zhì)量、上游轉(zhuǎn)化器的轉(zhuǎn)化率及回收率、再熱器的類型等，可通過模擬程序或試驗(yàn)工作來精確地加以確定。

理論上，每一轉(zhuǎn)化器都應(yīng)在硫的露點(diǎn)溫度操作從而保證在整個(gè)床層都能獲得最高轉(zhuǎn)化率。但實(shí)際上，這個(gè)操作溫度的界限（指的是實(shí)際操作溫度與露點(diǎn)溫度的差別）的確定還要考慮到熱損失、露點(diǎn)計(jì)算誤差及硫在催化劑上的毛細(xì)凝聚等。有經(jīng)驗(yàn)的裝置操作者經(jīng)常在高于露點(diǎn)以上5-15℃來運(yùn)行第二和第三反應(yīng)器，其引起的硫回收率損失在0.2-0.6%。工藝上經(jīng)常使用的高于硫露點(diǎn)溫度20-70℃的操作溫度，導(dǎo)致的硫損失超過4%.

2.5氣流旁通轉(zhuǎn)化器

采用酸性氣燃燒或熱氣摻和的再熱方式將導(dǎo)致部分含硫氣流旁通反應(yīng)爐或催化床，從硫回收率的觀點(diǎn)來看，這兩種再熱方式用于第一反應(yīng)器時(shí)，對(duì)硫回收率沒有不利影響。但當(dāng)這兩種再熱方式用于后續(xù)催化劑反應(yīng)器時(shí)，可導(dǎo)致很大的損失。在最嚴(yán)重的情況下，在三級(jí)克勞斯裝置中的所有轉(zhuǎn)化器全部采用酸性氣燃燒的再熱方式，所引起的直接硫損失將達(dá)到0.4-0.6%，如果所有三個(gè)反應(yīng)器全部采用熱摻和再熱方式，引起的硫損失將達(dá)到2-3%.

2.6最后一級(jí)冷凝器的溫度過高

在每一級(jí)轉(zhuǎn)化器的后面都有一級(jí)冷凝器將氣流冷卻并使生成的元素硫冷凝并脫除。為了保證下一級(jí)轉(zhuǎn)化器在較低的溫度下操作并生成更多的硫，在冷凝器中進(jìn)行硫的脫除是必要的。冷凝器的操作溫度是根據(jù)脫除元素硫的需要、氣流再熱的經(jīng)濟(jì)型及合適冷卻介質(zhì)存在的可能性來確定的。

但對(duì)于沒有尾氣處理裝置的最后一級(jí)冷凝器，只有冷卻的作用，在此情況下，既然任何殘余的硫蒸汽都將造成直接的硫損失，盡可能的脫除元素硫是其最終目的。最后一級(jí)冷凝器中的硫蒸汽損失是由操作溫度決定的，如果該冷凝器的操作溫度為123-130℃，相對(duì)于富酸性氣來說，引起的硫損失約為0.3%.為消除銨鹽的沉積，許多裝置的最后一級(jí)冷凝器的操作溫度通常為150℃，由此引起的硫損失至少為1.2%.

3.結(jié)論

三級(jí)克勞斯裝置的理論硫回收率大約為98%，二級(jí)克勞斯裝置的理論硫回收率大約為97%.但由于上述因素的影響不可避免的會(huì)引起硫回收率的損失，實(shí)際的硫回收率要比預(yù)期的低的多，上述的任何一個(gè)都能引起硫回收率的損失，本文將其歸結(jié)說明的目的是給硫回收裝置的操作者提供一檢查表用于對(duì)照檢查其裝置的硫損失情況并設(shè)法加以消除。