白利軍

(同煤廣發(fā)化學(xué)工業(yè)有限公司，山西 大同 037000)

煤化工項目硫回收工藝技術(shù)分析

白利軍

(同煤廣發(fā)化學(xué)工業(yè)有限公司，山西 大同 037000)

闡述了煤化工使用的幾類硫回收技術(shù)，包括克勞斯工藝及其延伸工藝、斯科特法工藝以及生物脫硫技術(shù)，分析對比了各自的特點(diǎn)以及適用性。分析表明，克勞斯延伸工藝的應(yīng)用是煤化工項目的不二之選。

煤化工裝置；克勞斯工藝；硫回收率；比較

雖然我國煤炭有著巨大的存儲量，但我國石油資源不是很多。隨著社會的快速發(fā)展，對于煤炭跟石油的需求量日益增加[1]，因此，大力發(fā)展煤炭和石油產(chǎn)業(yè)是當(dāng)前工業(yè)發(fā)展第一要務(wù)。但是，隨著煤化工項目的不斷開發(fā)，含硫尾氣排放問題也隨之而來，嚴(yán)重污染了大氣，違背了環(huán)境可持續(xù)發(fā)展原則。

所以，如何做到注重節(jié)能環(huán)保的同時又能回收硫資源，就變得很重要[2]。

1 煤化工項目中硫回收的特征

1.1 產(chǎn)生較低濃度的酸性氣體

我國煤化工項目中，主要是根據(jù)低溫甲醛法跟NHD法原理，設(shè)計空氣凈化裝置。不過，由于技術(shù)落后，化學(xué)反應(yīng)之后所產(chǎn)生的酸性氣體濃度較低，一般僅在20%～30%。

1.2 完全燃燒

目前，我國煤化工設(shè)備可以提供足夠的純凈氧氣，并且完全反應(yīng)之后產(chǎn)生濃度較低且量小的酸性氣體，同時，氮?dú)庖矔S之生成。

1.3 設(shè)備效率較低

煤化工設(shè)備消耗油量低，生成硫磺少，不高于5萬t/a。

1.4 生成氣體濃度差異大

根據(jù)特性來分，煤的種類很多，而生成氣體的濃度跟煤的種類密切相關(guān)，煤種類不同，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)也大不相同，所以生成的酸性氣體濃度也差異較大。

2 硫回收工藝技術(shù)

2.1 克勞斯工藝及其延伸工藝

克勞斯法是為去除化石燃料燃燒及地?zé)岚l(fā)電時生成的硫化氫所用的方法之一。它的原理是硫化氫先進(jìn)行不完全燃燒，然后使生成的二氧化硫與硫化氫反應(yīng)，生成硫磺。如果空氣與硫化氫混合比例適當(dāng)，那么所有的硫化氫均可生成水和硫磺。隨著技術(shù)的進(jìn)步，克勞斯工藝在多單元處理方面的功能日益完美，其在硫回收領(lǐng)域得到一致認(rèn)可。

2.1.1 初級克勞斯工藝

克勞斯工藝操作起來比較簡單，它為了使酸性氣體里面的H2S轉(zhuǎn)變成單質(zhì)硫，使用克勞斯硫回收裝置，處理被低溫甲醇法洗過的酸性氣體，使酸性氣體中的H2S轉(zhuǎn)變?yōu)閱钨|(zhì)硫。具體的反應(yīng)過程是，首先，三分之一的H2S在專門的燃燒爐內(nèi)與氧氣進(jìn)行燃燒反應(yīng)生成SO2，在催化劑的作用下，與剩下的H2S進(jìn)行克勞斯反應(yīng)，最終生成硫磺。平衡煤化工設(shè)備在運(yùn)行時空氣與H2S的比例關(guān)系，使之達(dá)到適當(dāng)?shù)谋戎怠?/p>

在當(dāng)前技術(shù)條件下，根據(jù)二級克勞斯理論，可以使硫磺回收率達(dá)到92%～94%，而要想硫磺回收率達(dá)到98%，就得使用三級克勞斯理論。需要注意的是，這只是理論值，實(shí)際回收率要比理論值低很多。初級克勞斯工藝流程圖見圖1。

圖1 初級克勞斯工藝流程圖

2.1.2 超級克勞斯工藝

高溫反應(yīng)階段跟3個催化反應(yīng)階段組建成超級克勞斯工藝，其中，每個階段都包括硫磺析出跟克勞斯反應(yīng)器。超級克勞斯反應(yīng)器，除了最后1個反應(yīng)器需要超級克勞斯催化劑外，其余2個都是采用常規(guī)催化劑，并且它有選擇性地使用氧化劑。使用氧化劑之后，回收率幾乎能達(dá)到99%。

超級克勞斯工藝除了包含初級克勞斯工藝的優(yōu)點(diǎn)之外，也不需要大量的投入，成本方面不高，跟普通克勞斯工藝的花費(fèi)基本持平；同時，低濃度的H2S，符合國家對于環(huán)保的指標(biāo)要求。超級克勞斯工藝流程圖見圖2。

圖2 超級克勞斯工藝流程圖

2.1.3 超優(yōu)克勞斯工藝

超優(yōu)克勞斯工藝是荷蘭Jacobs公司的一項專利技術(shù)，它幾乎具有超級克勞斯工藝的所有優(yōu)點(diǎn)，既可以用于現(xiàn)有的克勞斯裝置改造，也能夠用于新建裝置。它在石化、石油和天然氣行業(yè)有著重要的地位。目前為止，國內(nèi)也有數(shù)套超優(yōu)克勞斯裝置被投入運(yùn)行。在這個工藝中，一般的克勞斯催化劑只使用在第1個反應(yīng)器上，而第2個反應(yīng)器不僅使用常規(guī)克勞斯催化劑，還添加了選擇性加氫還原催化劑，從而使得SO2濃度變低。

超優(yōu)克勞斯工藝的投資量會稍高于超級克勞斯工藝，不過，它能顯著提高硫的回收率，當(dāng)然，它是超級克勞斯工藝逐漸發(fā)展的成果。

2.2 斯科特工藝

斯科特法是催化尾氣并使它進(jìn)行反應(yīng)產(chǎn)生硫化氫，脫硫之后生成的物質(zhì)經(jīng)過一系列處理之后，會重新回到設(shè)備里面。經(jīng)過這一系列處理，硫回收率顯著提高，同時，也能大大降低尾氣中的硫含量，可以達(dá)標(biāo)地排到空氣中[3]。

斯科特法跟克勞斯裝置配合度很高，可以提高硫的回收率。但是，斯科特法操作步驟相對復(fù)雜、繁瑣，而且需要投入的資金很多，所以，斯科特法只適合用在大型裝置設(shè)備以及環(huán)保要求嚴(yán)格的地方。

2.3 生物脫硫工藝

在化學(xué)反應(yīng)過程中會產(chǎn)生酸性氣體，需要將液體分離出來，然后與塔中的弱堿性溶液反方向接觸使其吸收干凈。而經(jīng)過簡單處理，殘余物質(zhì)在進(jìn)入脫碳系統(tǒng)之后，經(jīng)過生物脫硫過程，生成硫磺。

雖然此項工藝中硫化氫的濃度是否稀薄無關(guān)緊要，但是它所需要投入的資金比較多，因此它的適用范圍僅是硫黃產(chǎn)量≤10 t/d。

3 硫回收工藝技術(shù)特征分析

3.1 克勞斯延伸工藝

相對克勞斯工藝而言，克勞斯延伸工藝多了選擇性氧化反應(yīng)階段，它具有克勞斯工藝所含有的優(yōu)點(diǎn)，操作簡單不繁瑣，額外的資金投入低。而且，它的硫回收率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于常規(guī)克勞斯工藝。目前為止，煤化工行業(yè)普遍使用克勞斯延伸工藝。

3.2 斯科特工藝

斯科特工藝通過催化尾氣，使它產(chǎn)生硫化氫，在硫化氫的基礎(chǔ)上進(jìn)行脫硫，將生成的物質(zhì)經(jīng)過一系列過程，被再次裝入設(shè)備中。這種方法可以極大地提高硫的回收率，幾乎可達(dá)99.9%。

斯科特法的過程復(fù)雜，需要使用溶劑來處理，周期長，成本也高，但是回收率高[4]。所以，一般只有大型的石化項目采用斯科特工藝。

3.3 生物脫硫技術(shù)

生物脫硫技術(shù)用過堿液與硫化氫反應(yīng)，從而將其吸收，然后使用生物法使得堿液再生。相比較前2種工藝，生物脫硫技術(shù)操作過程簡單、不繁瑣，硫回收率也相對較高，但是，它所需要的投資也很高，所以目前使用率比較低，覆蓋面狹窄。

4 總結(jié)

不同的硫回收工藝特點(diǎn)不同，優(yōu)缺點(diǎn)也有所差異，在面對不同的項目時，我們要根據(jù)項目的特點(diǎn)，核算成本，綜合比較，選擇合適的工藝技術(shù)。在煤化工項目方面，克勞斯延伸工藝比較適合成本相對低、產(chǎn)量高的項目；在一些大型石化項目方面，推薦使用斯科特工藝，雖然成本很高，但是硫回收率也很高；而對于生物脫硫技術(shù)，它的成本相對較高，條件也相

對苛刻，應(yīng)用領(lǐng)域較為狹窄，所以暫時不推薦使用，除非有特殊要求。

無論是從初期成本、后期投資，還是從產(chǎn)品來說，克勞斯延伸工藝相對煤化工產(chǎn)業(yè)絕對是不二之選，同時，克勞斯延伸工藝也適用于硫回收項目，在選擇延伸工藝的基礎(chǔ)上，還應(yīng)該根據(jù)項目的特點(diǎn)以及要求，來確定最終是選擇何種克勞斯工藝。

我國大部分煤化工項目均是采用超優(yōu)克勞斯工藝的硫回收，但是，它所需要的資本比較多，成本高。所以，我們一方面應(yīng)該積極學(xué)習(xí)國外的先進(jìn)技術(shù)，取長補(bǔ)短，另一方面，我們也應(yīng)該鼓勵創(chuàng)新改造，提高自身綜合實(shí)力，爭取能夠開發(fā)出新的硫回收工藝技術(shù)及其設(shè)備。

[1] 霍學(xué)剛.硫回收工藝以及生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)在煤化工裝置中的應(yīng)用[J].中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量,2016,36(10):78-83.

[2] 陳真，何晨紅.煤化工裝置中的硫回收工藝[J].工程技術(shù):文摘版,2016,15(5):93.

[3] 呂曉光，劉函.硫回收工藝在煤化工裝置中應(yīng)用[J].工程技術(shù):全文版,2016,23(8):216.

[4] 馬少紅，張明成，程東風(fēng)，等.煤化工硫回收裝置尾氣處理現(xiàn)狀及改造工藝選擇[J].中氮肥,2016,3(5):78-80.

本刊啟事

凡投向本刊的論文，屬于國家自然科學(xué)基金、國家各部委基金，以及其他重大或重要科研項目，請隨稿提供項目名稱、年度、編號。本刊對國家自然科學(xué)基金或其他基金資助課題的重點(diǎn)論文優(yōu)先發(fā)表。

凡投向本刊的論文，有獲優(yōu)秀論文獎、科技成果獎、專利等，請及時向本刊提供獲獎證書、專利證書的復(fù)印件或有關(guān)證明，本刊將優(yōu)先予以發(fā)表。

Analysis of sulfur recovery technology in coal chemical projects

BAI Lijun

(Datong Guangfa Chemical Industry Co., Ltd., Datong Shanxi 037000, China)

As to the problems encountered in the sulfur recovery process,this paper evaluates the sulfur recycling device, briefly discusses several kinds of sulfur recovery technologies, including Claus Scott and the extension process, Scott process and biological desulfurization technology, analyzes and compares their the characteristics and applicability. Analysis shows that the application of Claus extension process is the choice for coal chemical projects.

coal chemical plant; Claus process; sulfur recovery; comparison

2017-03-07

白利軍，男，1989年出生，2012年畢業(yè)于哈爾濱理工大學(xué)化學(xué)工程與工藝專業(yè)，本科，助理工程師，從事煤制甲醇方面工作。

10.16525/j.cnki.cn14-1109/tq.2017.02.31

X784

A

1004-7050(2017)02-0093-03

專題討論