張朋崗 魏文斌

摘 要：石化工業(yè)和煤化工產(chǎn)業(yè)一直是我國國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的重要組成部分，但同時(shí)也存在廢氣污染、排出物不達(dá)標(biāo)等諸多問題。作為石化工業(yè)和煤化工產(chǎn)業(yè)低碳生產(chǎn)、工藝優(yōu)化、降低污染的核心工藝，克勞斯硫回收技術(shù)在化工生產(chǎn)過程中占有十分重要的地位。當(dāng)前我國克勞斯硫回收工藝雖然發(fā)展已經(jīng)較為成熟，但在應(yīng)用過程中依然存在諸多問題，本文以克勞斯硫回收工藝的概念為切入點(diǎn)，探尋當(dāng)前我國克勞斯硫回收工藝應(yīng)用過程中存在的具體問題，并深入研究針對(duì)性的優(yōu)化策略，為優(yōu)化我國石化工業(yè)和煤化工企業(yè)的尾氣處理，確保SO2排放符合國家全新標(biāo)準(zhǔn)找尋可行性的優(yōu)化途徑，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)化工企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益的全面提升。

關(guān)鍵詞：克勞斯硫回收工藝;具體問題;優(yōu)化策略

我國煤化工產(chǎn)業(yè)一直是我國能源領(lǐng)域發(fā)展的重要組成內(nèi)容，隨著我國新環(huán)保法以及全新排放標(biāo)準(zhǔn)的頒布，化工生產(chǎn)將向著節(jié)能、環(huán)保、低污染、高品質(zhì)的方向邁進(jìn)，克勞斯硫回收工藝是現(xiàn)階段最為成熟的污染回收處理技術(shù)，對(duì)降低工業(yè)生產(chǎn)的大氣污染，實(shí)現(xiàn)化工企業(yè)生產(chǎn)效益和環(huán)境效益協(xié)調(diào)發(fā)展有著十分積極的作用，因此，深入研究克勞斯硫回收工藝存在的問題，并尋找針對(duì)性的優(yōu)化策略具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 克勞斯硫回收工藝概述

由于煤化工生產(chǎn)過程中煤炭中的硫元素會(huì)大量轉(zhuǎn)化成為粗煤氣中的硫化物，因此，需要采用克勞斯硫回收工藝對(duì)尾氣進(jìn)行硫回收處理。克勞斯硫回收工藝的基本原理為：①三分之一的H2S在燃燒爐內(nèi)與氧氣進(jìn)行部分氧化反應(yīng)，生成SO2;②剩余的H2S與部分氧化反應(yīng)生成的SO2在催化劑的條件下進(jìn)行克勞斯反應(yīng)，進(jìn)而生成單質(zhì)硫而被回收。

由于克勞斯硫回收反應(yīng)會(huì)受到化學(xué)平衡的限制，常規(guī)的克勞斯硫回收工藝采用二級(jí)催化轉(zhuǎn)化的單質(zhì)硫收率為90%-95%，而三級(jí)轉(zhuǎn)化也只能達(dá)到95%-98%，因此，常規(guī)的克勞斯硫回收工藝已經(jīng)不能夠滿足當(dāng)前我國最新的環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)要求，因此，克勞斯硫回收工藝多數(shù)會(huì)在裝置中搭配尾氣處理單元，或單獨(dú)設(shè)置后續(xù)裝置進(jìn)行尾氣處理。本文研究的克勞斯硫回收工藝存在的問題及優(yōu)化策略是針對(duì)采用三級(jí)克勞斯硫回收串一級(jí)超級(jí)克勞斯硫回收的工藝，這種工藝是現(xiàn)階段較為先進(jìn)的工藝，新能鳳凰（滕州）能源有限公司在2013年12月開始進(jìn)行投產(chǎn)運(yùn)行，但在生產(chǎn)實(shí)踐過程中，尾氣凈化指標(biāo)與工藝設(shè)計(jì)值之間存在較大差距，因此，需要對(duì)其出現(xiàn)的具體問題進(jìn)行深入研究并找到優(yōu)化策略。

2 克勞斯硫回收工藝存在的具體問題及優(yōu)化策略

2.1 酸性氣體燃燒爐點(diǎn)火方面

具體問題：本文研究的克勞斯硫回收工藝燃燒爐所采用的點(diǎn)火設(shè)計(jì)為液化氣點(diǎn)火，點(diǎn)火后，帶燃燒穩(wěn)定再逐漸轉(zhuǎn)用工廠燃料氣，隨著點(diǎn)火槍的插入，空氣切斷閥會(huì)自動(dòng)打開，為點(diǎn)火提供助燃空氣，若5秒內(nèi)沒有點(diǎn)火成功，則燃燒器脫扣跳閘，進(jìn)而進(jìn)行重新點(diǎn)火，該點(diǎn)火設(shè)計(jì)在實(shí)踐應(yīng)用過程中，液化氣的點(diǎn)火效果不夠穩(wěn)定，切換工廠燃料氣時(shí)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)熄滅的現(xiàn)象，往往需要進(jìn)行多次點(diǎn)火才能夠成功，此外，液化氣的價(jià)格、維護(hù)成本、管理費(fèi)用也偏高，不利于成本控制。

優(yōu)化策略：采用甲醇裝置燃料氣管網(wǎng)燃料氣，該燃料氣主要由甲醇膨脹槽閃蒸氣以及氫回收系統(tǒng)尾氣組成，具有穩(wěn)定性強(qiáng)且氣量大的特性，燃料氣成分有：H2、CO、N2、CH4等，該燃料氣組成符合克勞斯硫回收燃燒爐對(duì)用氣的一切要求，且原料成本上存在較大優(yōu)勢，同時(shí)也是循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展理念的有效應(yīng)用，在實(shí)踐過程中，該燃料氣的一次性點(diǎn)火成功率較高，燃燒穩(wěn)定后并不需要切換燃料氣，降低了燃燒爐熄滅的幾率。

2.2 酸性氣體燃燒爐爐溫方面

具體問題：本文研究的克勞斯硫回收工藝燃燒爐對(duì)酸性氣體燃燒的溫度設(shè)計(jì)控制在1250-1300℃之間，主要是針對(duì)變換系統(tǒng)汽提氣中的NH3，一旦NH3在該過程分解不完全就會(huì)轉(zhuǎn)移至燃燒爐的下游設(shè)備及管道中，進(jìn)而形成阻塞和腐蝕管道的亞硫酸氫銨、硫酸銨以及亞硫酸銨等固體物質(zhì)，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行造成嚴(yán)重破壞。然而，在實(shí)踐過程中，克勞斯反應(yīng)可以對(duì)NH3進(jìn)行循環(huán)利用，借助其與NOx的反應(yīng)而進(jìn)行脫硝處理，因此，維持較高爐溫沒有任何有效意義。

優(yōu)化策略：經(jīng)過多次試驗(yàn)測試后，該項(xiàng)克勞斯硫回收工藝可將酸性氣燃燒爐的有效溫度降低至900-1100℃之間，這樣既可以確保酸性氣體的有效、穩(wěn)定燃燒，又可以降低燃燒爐耐火材料的消耗，有效延長企業(yè)酸性氣燃燒爐的使用年限。

2.3 副產(chǎn)蒸汽方面

具體問題：該項(xiàng)克勞斯硫回收工藝在設(shè)計(jì)過程中將酸性氣燃燒爐和尾氣燃燒爐的廢鍋副產(chǎn)中壓蒸汽一并排放至22.5MPa標(biāo)準(zhǔn)的飽和蒸汽管網(wǎng)。在實(shí)踐過程中，低負(fù)荷下的硫回收系統(tǒng)所產(chǎn)生的副產(chǎn)中壓蒸汽量相對(duì)較少，各級(jí)蒸汽再熱器裝置也會(huì)在處置過程中消耗掉一定量的中壓蒸汽，導(dǎo)致排放至蒸汽管網(wǎng)中的剩余中壓蒸汽所剩無幾，再加上蒸汽管網(wǎng)設(shè)置在克勞斯硫回收工藝整體的最末端，使得副產(chǎn)蒸汽出現(xiàn)勉強(qiáng)外送的問題。

優(yōu)化策略：該項(xiàng)克勞斯硫回收工藝存在副產(chǎn)蒸汽外送難度較大的問題，但同時(shí)甲醇精餾系統(tǒng)卻需要消耗大量的1.27MPa蒸汽，因此，在優(yōu)化過程中，我們?cè)O(shè)立新的閥門和管道在外送中壓蒸汽閥門之后，將副產(chǎn)蒸汽進(jìn)行降壓，待達(dá)到1.27MPa標(biāo)準(zhǔn)后，將其輸送至飽和蒸汽管網(wǎng)中，實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用，顯著提升經(jīng)濟(jì)效益。

2.4 伴熱蒸汽方面

具體問題：為了滿足液硫池、液硫管線以及流量計(jì)液位計(jì)的各項(xiàng)需求，該項(xiàng)克勞斯硫回收工藝會(huì)設(shè)置大量的蒸汽伴熱管線，疏水閥會(huì)將所有伴熱后的蒸汽匯集到一起集中到收集管中，進(jìn)而通過放空筒進(jìn)行排放，在實(shí)踐過程中，這種操作會(huì)造成極大的熱能浪費(fèi)，放空筒周圍也會(huì)長期伴有蒸汽夾帶噴熱水的現(xiàn)象，對(duì)企業(yè)員工的人身安全和環(huán)境造成嚴(yán)重的威脅。

優(yōu)化策略：企業(yè)可在液硫池周邊適當(dāng)位置建立一座蒸汽回收罐，以不銹鋼作為建設(shè)材質(zhì)，確保恒定溫度和恒定壓強(qiáng)，自液硫池排除的1.27MPa蒸汽經(jīng)伴熱后會(huì)被集中收入至回收罐中，回收罐頂部存在的0.30MPa蒸汽可以通過蒸汽管網(wǎng)為甲醇精餾系統(tǒng)提供使用，而罐底的冷凝液可通過冷凝液管網(wǎng)輸送至燃燒爐進(jìn)行循環(huán)利用，這樣即消除了安全隱患，有實(shí)現(xiàn)的節(jié)能環(huán)保。

2.5 克勞斯反應(yīng)器進(jìn)口方面

具體問題：該項(xiàng)克勞斯硫回收工藝沒有在反應(yīng)器催化劑床層下方設(shè)置氮?dú)庵脫Q管線，造成的生產(chǎn)實(shí)踐問題就是，一旦克勞斯硫回收工藝因異常狀況需進(jìn)行停工停車時(shí)，系統(tǒng)的熱量就無法實(shí)現(xiàn)快速移除，克勞斯反應(yīng)器的催化劑床層就會(huì)劇烈升溫，進(jìn)而對(duì)催化劑的活性造成嚴(yán)重的損害。

優(yōu)化策略：將DN40 氮?dú)夤苄略鲋恋谝辉贌崞鞯墓に嚦隹诠苌?，該?xiàng)克勞斯硫回收工藝的氮?dú)饪傞y為其提供氣體來源，若因異常情況需要進(jìn)行停工停車或者出現(xiàn)床層“飛溫”現(xiàn)象時(shí)，則立即打開氮?dú)忾y門，第一、二、三級(jí)克勞斯反應(yīng)器均通過輸入進(jìn)來的氮?dú)膺M(jìn)行置換降溫，有效保護(hù)催化劑活性，杜絕超溫事故發(fā)生。

3 克勞斯硫回收工藝未來需要解決的問題

當(dāng)前，該項(xiàng)克勞斯硫回收工藝的一級(jí)克勞斯反應(yīng)器進(jìn)出口溫差較大，而二級(jí)克勞斯反應(yīng)器、三級(jí)克勞斯反應(yīng)器以及超級(jí)克勞斯反應(yīng)器則不會(huì)出現(xiàn)這種狀況，將各級(jí)反應(yīng)器拆開對(duì)產(chǎn)生的這種現(xiàn)象進(jìn)行深入分析可以看出，一級(jí)克勞斯反應(yīng)器在反應(yīng)后會(huì)產(chǎn)生大量的液硫，而其余部分則存在很少，這說明該項(xiàng)克勞斯硫回收工藝的克勞斯反應(yīng)主要在一級(jí)克勞斯反應(yīng)器中，二級(jí)、三級(jí)以及超級(jí)克勞斯反應(yīng)器進(jìn)行了相對(duì)較少的克勞斯反應(yīng)，這也是未來該項(xiàng)克勞斯硫回收工藝所急需進(jìn)行調(diào)整的問題。

綜上所述，克勞斯硫回收工藝是現(xiàn)代石化工業(yè)和煤化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展所必需的一項(xiàng)核心工藝，而克勞斯硫回收工藝在實(shí)踐開車的過程中會(huì)出現(xiàn)諸多的問題。本文針對(duì)采用三級(jí)克勞斯硫回收串一級(jí)超級(jí)克勞斯硫回收工藝的克勞斯硫回收工藝進(jìn)行系統(tǒng)分析，通過實(shí)踐運(yùn)行，找尋設(shè)計(jì)上存在的缺陷，進(jìn)而研究針對(duì)性的優(yōu)化策略，切實(shí)解決了該項(xiàng)克勞斯硫回收工藝的運(yùn)行問題，為提升該項(xiàng)克勞斯硫回收工藝的穩(wěn)定和高質(zhì)量運(yùn)行提供可行性策略。

參考文獻(xiàn)：

[1]石立軍.克勞斯硫回收工藝生產(chǎn)中存在的問題和改進(jìn)措施[J].煤化工，2014（1）：43-45.