煤化工項目中硫回收工藝技術相關問題研究

劉建軍

（內蒙古匯能煤化工有限公司，內蒙古鄂爾多斯 017200）

我國的煤炭資源較為豐富，但石油的儲備量有限，為了滿足人們生活生產的需要，加快了我國對煤炭和石油的開發。近年來，環境問題愈加嚴重，引起了全世界人們的關注。與此同時，我國提出了可持續發展的理念，為了更好地保護生態環境，當前許多化工企業采取了相關的凈化方式，通過先進的技術來處理煤化工當中的尾氣，使其能夠最大程度滿足國家的相關排放標準，來降低對于生態環境的影響，保證煤化工項目的綠色可持續發展，為我國的節能減排事業做出貢獻。

1 煤化工項目當中硫回收的特性

1.1 裝置規模較小

在當前，天然氣裝置以及煉油裝置在技術方面得到了很大程度的提高，與此同時，對于硫回收所需的規模也在不斷加大，當中硫磺所能產出的數量可以達到50～250kt/a，但在煤化工工程當中，硫回收的規模依然較小，雖然其規模有著較小的耗煤量，但與此同時，所產生的硫量也很低，一般情況下來說，硫磺的產量在10～30kt/a。

1.2 酸性氣體的濃度偏低且復雜

在煤炭資源當中，其所含的成分較為復雜，通過低溫甲醇，會產出一部分酸性氣體，酸性氣體在其組成成分當中的含量較為繁雜，其中有機硫、烴類是較為常見的成分但除此之外，還有甲醇等成分的存在。當前我國對于煤化工項目中空氣凈化的技術一般常用的有NHD法凈化技術和低溫甲醇法凈化技術。其酸性氣體排出的濃度較低，一般來說只有20%～30%。

1.3 酸性氣體濃度不穩定

我國煤炭資源的種類多種多樣，因此煤炭資源在經過煤化工工程之后所能夠產生的氣體以及含硫的成分原料也是具有差異的，也因此造成煤炭在經過煤化工項目之后的濃度以及酸性氣體不穩定，容易受到波動。相比于其他的石化領域，煤化工項目之后的變化范圍幅度較大，在操作方面，具有高的嚴格性。

1.4 氧氣充分但是氫源不足

煤化工項目當中，氫源儲存不足主要是因為裝置不夠先進，沒有大型的制氫裝備，但是在氧氣方面的設備較為充足，所以氧氣能夠得到充足的供應。使其完全燃燒，并且通過反應之后生成水和硫。因為煤化工具有這一特征，因此可以選擇使用富氧燃燒的工藝[2]。

2 硫回收工藝技術的相關分析

克勞斯是一種較為成熟的多單元處理。克勞斯工藝自發明開始，則成為硫回收工業中的標準工藝流程，也是目前應用最為廣泛的硫回收工藝技術之一。從開始至今，克勞斯工藝已經經歷了一百多年的發展，其工藝技術已經相當成熟。

2.1 原始克勞斯工藝

對于低溫甲醇的酸性氣體，主要使用克勞斯工藝進行處理，通過克勞斯工藝的使用，能夠將硫化氫改變為單質硫，使硫化氫當中的部分和氧氣進行充分的燃燒，出現二氧化硫。對于余下的硫化氫，可以將其與二氧化硫進行催化反應，產生硫黃。與此同時，二氧化硫在進行反應時，還會出現其他的副反應情況，克勞斯工藝操作方式較為簡單，加上對其進行了不斷創新和優化，能夠將其分為直流法、分流法和直接氧化的方式，通過煤化工項目裝置，將氧氣和硫化氫進行科學合理配比控制，充分發生氧化反應，使其產生的二氧化硫在催化劑的作用下，和硫化氫等氣體發生充分的催化反應，產生硫黃之后，經過二級克勞斯工藝，能夠使硫磺回收效率達到92%，之后還有三級克勞斯工藝使其回收率能夠提升至98%，由此，克勞斯硫磺回收工藝在目前受到全世界的廣泛運用。[3]。

2.2 超級克勞斯

超級克萊斯工藝是優化了傳統的原始克勞斯工藝，產生超級克勞斯工藝。超級克勞斯工藝增加了一個轉化器，通過增加轉換器的使用可以科學合理地解決空氣配比問題，在超級克勞斯工藝當中，其包括一個高溫反應，及三個氧化反應在催化劑方面，分為兩種一是常規的催化劑，其次是超級克羅斯催化劑在資金方面，沒有過多的投入。可以提升硫的回收率，相較于傳統的克勞斯工藝，在回收效率方面提升了2%。

2.3 克勞斯富氧、低溫、氧化工藝

所謂克勞斯低溫工藝，主要是指硫露點在處于低溫的情況下，適當地對轉換器調整合理的溫度，操作相關設備檢查反應。但在對其操作之前，需要添加冷凝設備，因此需要大量的資金投入。其次，克勞斯富氧工藝主要是指以氧氣作為催化劑來回收硫，通過此方式，能夠極大程度提升硫回收效率，但此項工藝在應用時，氧氣所需的經濟投入較高，因此，限制了該反應的推廣和使用。直接氧化工藝可以分為兩類，即氣相法和液相氧化法，這種工藝不會因硫化氫所占的比率較低而致使不良反應的發生，因此，可以提高硫回收的回收率[4]。

2.4 超優克勞斯工藝

在超優克勞斯工藝當中其包括了一個高溫煅以及三個反應階段在這些反應當中，高溫階段是使用廢熱鍋爐以及硫化氫燃燒爐。使1/3的硫化氫在經過了氧化過程之后，產生二氧化硫，其余的硫化氫與二氧化硫經過催化劑反應生成硫磺，之后將氫還原催化劑加入反應器床層當中。最后一個反應段是經過注入大量的空氣，吸收處理后的凈化氣經尾氣爐焚燒后送至煙氣脫硫部分處理。在超優克勞斯工藝中，沒有單獨進行制氫的階段，它本身的反應就可以出現氫氣，沒有必要再進行升高溫度或降低溫度，同時也沒有硫化氫溶劑吸收，相比于傳統的克勞斯工藝超優，克勞斯工藝具有更高的經濟效益，硫回收方面的效率能夠達到99.5%以上，符合國家環保標準[5]。

3 硫回收工藝技術的比較

3.1 克勞斯延伸工藝

克勞斯延伸工藝是指在克勞斯基礎上增加了選擇性氧化反應。在對原始克勞斯工藝簡單可靠且投資低等特點不改變的情況下，將硫回收的效率進行了提高。克勞斯工藝對于煤化工企業是必不可少的技術，因此得到了廣泛的應用，在進行硫化氫回收的階段，其操作要求較為簡單，同時，投資的成本較低，酸性氣體所適用的范圍較廣，這是其所具備的優勢。同時，該反應所用到的催化劑壽命較長，可以達到10a左右，在裝置方面，克勞斯工藝繁雜性較低，在優化保養維護方面都很簡便，同時，對于煤化工企業方面，在經濟資本的投入上，也能夠極大降低成本，與此同時，化學穩定程度較高，因此，可以極大程度提升硫回收的效率以及轉換率。并且只要對二氧化硫和硫化氫之間的比值進行有效控制，提高轉換器中的催化劑的活性方面，能夠再進一步的提升硫回收效率，在當前克勞斯工藝當中，能夠達到硫回收99.4%以上，同時，能夠有效控制大氣當中有害物質的排放加強對生態環境的保護，降低環境污染，滿足當前對于環境標準。同時可以提升經濟效益。預計克勞斯延伸工藝在今后對國內現有的硫回收裝置技術改造方面有極大的參考意義。同時在新建硫回收裝置方面具有一定的推廣和應用的價值[6]。

3.2 斯科特工藝

斯科特工藝的原理是還原-吸收-再生，通過對尾氣進行催化，使其產生硫化氫，在硫化氫的基礎上進行脫硫。斯科特工藝相較于克勞斯硫回收裝置，其適應性強且凈化度高，斯科特工藝對于硫回收的效率能夠達到99.7%以上，但在對其進行加工處理時，需要具有大量的溶劑。斯科特工藝操作彈性較高，能夠將投資效益、環境效益以及規模進行良好的結合。在硫回收的工藝當中，屬于發展速度較快的一種。但是斯科特工藝反應時間較長，同時在經濟方面投入較高，操作繁雜等缺陷。因此，斯科特工藝較為適用于大型的石化項目，但是在天然氣方面受到了限制。

3.3 生物脫硫工藝

在進行生物脫硫工藝應用時，進行回收的產品當中，有一大部分的固態硫磺在純度上都可以達到96%，在之后進行離心脫水階段時，能夠將其純度變為99%的固態硫黃餅。使用生物脫硫工藝及流程較為簡單，同時操作較為方便，占地面積少，相對于其他的工藝來說，生物脫硫工藝所用到的化學溶劑是最少的，工藝較為穩定可靠且操作安全，操作方面，彈性空間大，同時，能夠滿足硫回收效率方面的要求，能夠直接處理硫化氫所產生的尾氣，達到商業銷售所需要的標準。但是生物脫硫工藝的操作成本高，再生反應器的尺寸較大，操作所需費用高，也因此其推廣的范圍較小，適用于小規模的硫磺裝置。

4 煤化工項目在應用硫回收工藝時的注意要點

4.1 確保技術可靠

從生產方面來說，每個煤化工企業都具有其自身的生產特點，通常情況下，煤化工企業當中的硫化氫是酸性氣體的主要成分，一般濃度在20%～30%，如果只是使用空氣的話，是無法滿足燃燒所需要的平穩性的，因此，需要針對每個煤化工企業發展需要的實際情況來選擇最具科學性的工藝技術，保證其能夠適應低酸性氣濃度，減少操作中出現風險的可能性，例如富氧燃燒系統、甲醇預處理系統等。

4.2 滿足環保要求

為了有效地對大氣中硫物質的排放量進行控制，需要對硫回收工藝進行不斷的優化和創新，從而能夠滿足人們在日常生活生產當中的需要。除此之外，還可以有效保護自然環境，使其能夠適應我國綠色可發展的目標，進而促進煤化工企業的可持續發展。

4.3 經濟投入較低

為了保障硫回收工藝能夠符合國家標準，需要重視經濟方面的成本。在技術裝置的投資以及操作和維修方面，要盡量降低費用，最大程度提升煤化工企業的經濟收益。與此同時，如果在主裝置中沒有醇胺吸收單元，則要盡可能引進新的溶劑吸收系統，可以降低煤化工企業在操作上的復雜性，從而不斷提升硫回收效率。

5 結語

我國的科學技術在不斷地發展當中，硫回收工藝所涉及的種類多種多樣。通過分析可以發現，硫回收工藝當中，每種工藝都具備其自身的特點，其中克勞斯延伸工藝應用較為廣泛，使用克勞斯工藝能夠降低經濟投入，同時可以極大程度提升硫回收率。煤化工企業在對硫回收工藝技術進行選擇時，要優先采用先進的污染控制技術以及硫回收工藝技術，降低尾氣中污染物的排放，保護自然生態環境進而促進我國煤化工企業綠色可持續發展。