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克劳斯法硫磺回收工艺技术探讨

发表时间：2020/7/3 来源：《基层建设》2020年第6期作者：杨国岩

[导读] 摘要：在工业产业的优化发展下，能源浪费、污染问题日益严重，克劳斯法工艺的研发可有效解决石油能源处理效率，为企业降低经济成本的投入。

        辽宁大唐国际阜新煤制天然气有限责任公司辽宁省阜新市 123000
        摘要：在工业产业的优化发展下，能源浪费、污染问题日益严重，克劳斯法工艺的研发可有效解决石油能源处理效率，为企业降低经济成本的投入。基于此，文章对克劳斯法硫磺回收原理及应用优势进行分析，并从氧基工艺、Selectox工艺、亚露点回收工艺三方面，对克劳斯法硫磺回收工艺技术进行探讨。
        关键词：克劳斯法；硫磺回收工艺；脱硫技术
        引言：克劳斯法的应用相当于一种可逆化学反应，在平衡原理的作用下，通过内部反应温度、压强等，令硫化氢与二氧化硫成为硫单质转换效率的正比条件。当然，在实际反应过程中，必须对装置内空气的输入量进行控制，确保气体反应环境属于一类相对密闭的状态。近年来，随着高新技术的支持，传统克劳斯法回收工艺也逐渐融合新技术，极大提高克劳斯反应的制备效率，令硫磺回收工艺真正实现纵向发展。
        一、克劳斯法硫磺回收原理及应用优势
        （一）回收原理
        硫磺回收工艺中克劳斯法是最为传统一种技术手段，其主要是将含有硫化氢的酸性气体进行燃烧，并通过一定的温度控制，令硫化氢气体部分转变为二氧化硫。经由上述热反应过程，将二氧化硫气体与单位体积内剩余的硫化氢气体进行催化反应，得到硫单质，此过程则可以当成是基于硫单质而实现的催化反应过程。
        化学反应式：
        2H2S+3O2=2SO2+2H2O（热反应过程）
        4H2S+2SO2=3S2+4H2O（催化反应过程）
        上述化学反应中，可通过改变装置内硫化氢的含有量来分为三类加工工艺，部分燃烧加工、全过程氧化加工、分流加工。三类加工工艺的实施，需针对装置内硫化氢气体的含量来进行正确界定，如装置内酸性气体中硫化氢的含量比超出50%，则应对其采用部分燃烧加工，如装置内酸性气体中硫化氢的含量比低于20%，则应对其采用全过程氧化加工，如装置内酸性气体中硫化氢的含量在20%~50%之间，则应对其采用分流加工。一般来讲，工业制备时酸性气体硫化氢含量在55%~75%之间，所以大多采用的部分燃烧加工，对硫单质进行制备。
        （二）应用优势
        克劳斯法作为一种传统的硫磺回收加工工艺，其具有操作简洁性、操作拓展性的优势，在不同反应条件下，可为装置内酸性气体建构一种稳定反应空间，最大限度的保证装置内的热平衡。同时，此类工艺具有高转换率，在对硫磺物质进行制备时，可有效控制制备周期，并有效避免化学反应中存在的负效应，在实际转换过程中，可有效针对反应条件来设定调试需求，将酸性气体与硫化氢气体形成一个平衡状态，为部分燃烧加工等工艺提供反应环境。另外，此类技术的应用对人员专业度需求不高，且具有一定的经济成本性，热反应及催化反应过程中的产物均可应用到工业制造中，有效实现物质资源的循环利用。
        二、克劳斯法硫磺回收工艺技术研究
        （一）氧基工艺
        氧基工艺主要是将装置中添加氧气，以氧气作为反应环境背景，剔除空气中含有的其它杂质，从而提供装置的反应质量。将氧基工艺与克劳斯法工艺相结合，可令装置在压强不变的前提下，大幅度提升反应效率，如果制备物质属于定量的话，则所占用的反应空间也将减小，达到经济成本节约的目标。当装置内氧气含量高达75%时，技术人员可无需经过任何操作，便可令设备维系自动运行且内部反应环境将处于一个稳定状态。最初的氧基工艺在实际应用中也具有一定的局限性，其多以扩大克劳斯装置的生产容量为主。随着工艺技术的不断更新，氧基工艺与反应环境中压强、温度的联动影响逐渐被发掘出来，通过作用于酸性气体的压强、温度增加，可有效提高设备内硫单质的回收量，为克劳斯法的实现提供优化路径。
        从数据理论进行分析，装置内不同含氧环境可应用不同工艺中，但其实现的前提是保证反应环境应低于1500℃。但此类工艺在具体施行中，应注意装置内的联动影响因素。例如硫化氢、氧气的相对含量较大，则装置的反应能力也将得到提升，硫单质的提取量也随之提升；当装置内液硫物质温度升高，承接反应载体的硫化氢气体溶解量也将加大，要想保证各个物质量呈现出一个平衡状态，则必须对装置内脱气模块进行调整，确保反应物质的输入与输出达到一个均衡点。
        （二）Selectox工艺
        Selectox工艺的实现形式分为循环法、还原法两种。循环法的应用无需考虑到酸性气体中的烃类物质，反应过程具有较强的针对性，且反应装置也脱离传统的克劳斯法装置，其采用的是三级反应器。第一级反应器是对含有硫化氢的酸性气体提供初步反应空间，环境温度控制在385℃上下，此反应器内硫单质的潜硫量可高达85%。第一级反应器与第二级反应器之间的过渡区间，是为具有冷凝特性的液硫提供一定的热能支持，以保证物质具备第二级反应器的基础反应需求。第二级反应器可将硫化氢制备成硫单质，反应过程中的相对含量可达到13%，然后再经由第三级反应器加热处理，最后制备出硫单质的相对含量为2.5%上下。从理论数据值来讲，循环法工艺无需考虑酸性气体内硫化氢的含量，但由于整体反应工序分为三级，其中第一级反应器的预处理模式，无法对硫化氢高含量的酸性气体实现处理，其降低硫化氢气体的相对含量。
        （三）亚露点回收工艺
        亚露点回收工艺的实现是将硫磺回收、尾气回收等进行有机融合。以热力平衡学来看，亚露点回收工艺可为传统克劳斯法创建一个低温反应环境，通过液态硫与催化剂之间的吸附效应，来避免因硫露点所引起的反应限制，进而提高工艺生产效率。以上述反应条件为基础，在创建低温反应环境下，克劳斯法的应用属于一种新技术的实现，通过将内冷式反应器作为硫单质的生成基底，令硫化氢气体在参与反应的过程中，通过催化剂的作用，可最大限度的对酸性气体内硫化物进行分离，此类直接作用于酸性气体中的反应形式，令硫回收高达99%。但此类技术的应用环境不适用于大型反应装置，且整体反应存在一定的复杂性。
        以内冷式反应器为实现载体的SDP技术工艺原理如图一所示，此类工艺分为三个反应阶段。第一，焚烧炉，酸性气体通过液相分离，将其初步预热到236℃，然后进行正常气体分流，其中多数气体进入到焚烧炉内，少数气体直接进入到次级燃烧区，其中燃烧过后的过程气将自动由热能回收装置进行能量收集，以应用到设备能源循环供应体系中。第二，冷段反应器，此阶段是建构出125~145℃的相对低温反应环境，然后将液态硫反应所分离出的过程气传输到反应层中，在恒温环境中，克劳斯反应将持续进行，此时冷段一级反应器过程气出口温度将达到275℃，然后再由二级反应器进行冷凝，营造出一种再生状态的亚露点反应环境。第三，热段反应器则是将冷凝状态下的反应气体进行热态升温，令气体恢复到应有的活性，进一步清楚酸性气体的杂质，得到更为精纯的硫化氢气体，以供后续硫单质的提纯。

        图一：SDP技术工艺原理
        结语：
        综上所述，克劳斯法硫磺回收工艺可最大限度的解决石化产业能源浪费的现象，并可有效降低工业生产中的环境污染问题。在科学技术、工艺理念的优化更新下，可为克劳斯技术提供新的发展路径，在工业产业的不断磨合与实践下，有效实现节能减排的效用。
        参考文献：
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