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摘要：克劳斯（Claus）硫磺回收工艺是一种比较成熟的多单元处理技术，是目前最为普遍的硫回收工艺之一，主要应用于石化装置尾气加工、合成氨生产、天然气加工过程中，克劳斯硫磺回收装置具有流程简单、操作灵活、回收硫磺纯度高、环境效益显著等特点，做好克劳斯硫磺回收装置的工艺技术的优化工作和化工设备管理工作具有重点意义。
关键词：克劳斯硫磺回收装置；工艺技术；设备管理
随着社会经济的不断发展，世界可供原油正在重质化，高含硫、高含金属原油所占份额也越来越大，迫使炼油厂商不断地开发新的技术，对重质原油进行深度加工。然而原油的深度加工和生产低硫油品必然会使炼油厂副产大量H2S气体。传统上含H2S的酸性气都采用克劳斯法回收硫磺，随着各国对环境保护日益重视，制定了更加严格的环保法规，迫使炼油工作者不断改进工艺，提高设备性能。
1、克劳斯硫磺回收装置的工艺技术
1.1工艺技术简介
某炼厂采用克劳斯+直接选择氧化+尾气焚烧烟气脱硫的工艺路线。装置制硫部分采用硫回收工艺,为一级热反应+两级催化+一级直接氧化硫回收,余热锅炉及硫冷凝器发生低压蒸汽,尾气处理部分采用热焚烧工艺,焚烧炉废热锅炉发生高压蒸汽,烟气采用湿法烟气脱硫工艺。
1.2工艺原理和工艺流程图
1.2.1工艺原理
主反应方程式如下：
2H2S+O2＝2H2O+S2 （2-1）
H2S+3/2O2＝SO2+H2O （2-2）
2H2S+SO2＝3/2S2+2H20 （2-3）
1.2.1工艺流程图
1.3工艺技术特点
（1）原料气全部进入反应炉，但仅让1/3体积的H2S燃烧生成SO2；
（2）过程气中H2S:SO2要控制在2：1（摩尔比）；
（3）反应炉内部分H2S转化成S蒸气，其余H2S继续在转化器内进行转化；
（4）H2S理论回收率可达96%-98%，实际收率只可达94%-97%。
1.4工艺技术中出现的故障及措施
1.4.1酸性气含烃超标
1.4.1.1酸性气中烃含量超标，会造成以下影响
（1）制硫炉超温，严重超温会导致炉衬里变形，炉体塌陷；
（2）系统积碳堵塞或压降上升，严重时会导致装置被迫停工；
（3）催化剂活性下降，使用寿命降低；
（4）产出黑硫磺。
1.4.1.2酸性气含烃超标的判断方法
（1）通过化验分析，分析酸性气组分，当烃含量超过3%为超标；
（2）通过操作现象判断，酸性气含烃超标在操作上的主要表现为制硫炉炉膛温度、转化器床层温度及尾气炉炉膛温度升高；
（3）烟囱排烟量明显增大，排烟颜色变深；
（4）在明显提高气风比的情况下，化验分析或H2S/SO2在线分析仪仍然显示供风不足。
1.4.1.3酸性气含烃超标的处理措施
（1）联系相关上游装置平稳操作，降低酸性气中的烃含量；
（2）加大炉前保护氮气量，降低制硫炉温度；
（3）降低装置处理量，保证各部位不超温。如果采取上述措施还不能使装置各部温度趋于正常，就要通知调度，切断酸性气，进行紧急停工处理，待酸性气含烃正常再进行开工。
1.4.2系统压降升高
1.4.2.1引起系统压降升高的原因
对于克劳斯硫磺回收装置而言，压降主要产生在废锅、硫冷器、捕集网、填料塔、转化器、反应器及液硫系统等部位。如果上述某部位积硫、积碳或结盐到一定程度，进而影响装置的正常生产。
1.4.2.2系统压降升高的影响
（1）酸性气进入系统困难，酸性气处理量降低，上游装置后路憋压，生产受到影响；
（2）风进系统困难，风机憋压，甚至憋停，导致装置联锁停工；
（3）系统压降升高，严重时会发生H2S倒窜至大气的事故，非常危险。
1.4.2.3系统压力升高的判断
装置在正常生产中，如进料量保持不变，则系统压力保持不变；如进料变化，则系统压力相应随之变化，这属于正常变化；如果在进料基本不变的情况下，系统压降却逐步升高，此时，就要查找原因并处理。
1.4.2.4系统压力升高的处理措施
（1）制硫风机选型应选高扬程的风机；
（2）填料应选不易腐蚀、不易聚集沉积物的类型；
（3）优化操作，严格控制工艺卡片指标，防止系统因硫、碳、盐及泄露造成的压降升高；
（4）精心操作，当发现系统压降开始升高时，要认真查找原因并及时采取措施；
（5）加强夹套伴热检查，及时发现伴热不热问题，防止因伴热不热，引起液流系统堵塞，导致系统压降生高。
2、克劳斯硫磺回收装置的设备管理
2.1化工设备的日常维护和管理
2.1.1反应器
一级、二级转化器及部分氧化反应器设备规格详见主要设备清单,三台反应器共用同一壳体,反应器内分别填装催化剂和支撑瓷球,催化剂及瓷球由格栅和型钢支承,为防止高温含硫过程气对设备的腐蚀,并能适应催化剂反应的高温条件,反应器内设隔热耐磨耐酸衬里,设备需进行整体焊后消除应力热处理并外表面设保温层,除与壳壁相焊的零部件外,反应器内件材料均选用不锈钢。反应器底部出口管嘴应与其衬里内表面齐平,以避免腐蚀产物积存及腐蚀。
2.1.2硫冷凝器
一级、二级和反应炉余热锅炉为一台卧式双鞍式支座支承的圆筒形三合一釜式冷凝器,三级冷凝器置于同一壳体中,过程气分别进入不同的管程。过程气经管程与壳程的给水进行换热产生蒸汽,蒸汽部分不设分汽包,由冷凝器上部空间做汽水分离空间。过程气出口处设置不锈钢除沫器,并考虑除沫器的可更换性,出气室采用蒸汽盘管伴热。考虑液硫的自流,设备安装时需倾斜一定角度。液硫出口设在最低点处,使操作过程中液硫在流动的路径上无死角。
2.1.3主火嘴及反应炉
主火嘴和燃烧炉通常平行安装,组成硫磺回收装置的热反应器,同轴安装在反应炉的头部,是硫磺回收装置的心脏。反应炉采用圆筒形卧式结构,尾部直接与余热锅炉相接。简体下部采用鞍式支座支撑反应炉燃烧器是硫磺回收装置的核心设备,直接影响硫磺回收产品质量和回收效果。性能优良的燃烧器,应具备以下工艺特点:使空气充分混合达到反应平衡、使原料气的杂质NH3经类完全燃烧,并实现点火及控制的自动化,为确保装置的长周期、安全可靠地运行,并且从硫磺装置的使用业绩和长周期工作的安全性来看,国外知名燃烧器厂商有着比较好的使用业绩因此燃烧器建议引进国外产品反应炉壳体材质为正火碳钢,强度设计温度350℃。内部炉膛为多层复合型炉衬结构,由耐火砖和浇注料组成为防止低温露点腐蚀和高温硫化物腐蚀,反应炉的外壁温度设计控制在170-300℃之间炉外设置防护罩,同时可避免烫伤操作人员以及雨雪天气造成炉体外壁的急冷现象。
2.1.4焚烧炉
尾气焚烧炉采用圆筒形卧式结构,尾部与焚烧炉废热锅炉相接。筒体下部采用鞍式支座支撑尾气焚烧炉燃烧器设计要求环保排放要求高,为确保装置的长周期、安全可靠地运行,并且从硫磺装置的使用业绩和长周期工作的安全性来看。
2.1.5酸性气分液罐
分液罐的目的是脱除酸性气中的冷凝液并捕捉来源于上游胺再生塔或酸性水汽提塔的任何液体杂质,如酸性水、烃类及胺等。如果冷凝液穿过分液罐就会引起很多间题,如原料计量不准、阻塞火嘴、损坏火嘴及燃烧炉的耐火材料、在反应炉中引起不必要的副反应、增加空气消耗量、降低硫磺回收装置的效率并阻塞下游设备等,分液罐应安装泵以便将收集到的液体输送到上游的合适装置进行进一步的加工。泵应设计有开关阀,能够根据由软件或硬件控制的检测装置检测到的液面的高低来控制泵的启动。每台分液罐应有2台泵,1台在线使用,另1台备用。
2.2设备运行中出现的故障及措施
2.2.1阀门易坏
2.2.1.1阀门易坏的原因
对于克劳斯硫磺回收装置而言，装置某些部位的阀门由于硫、碳、盐等问题，致使开关不灵活，如处理不当会导致阀门传动机构损坏，导致阀门不能正常开关，影响阀门的正常使用。
2.2.1.2阀门易坏的危害
阀门坏了以后，当需要调节装置生产流程时，该开的阀门打不开，该关的阀门关不上，从而影响装置正常生产，严重时会造成非计划停工。
2.2.1.3阀门易坏的预防措施
（1）对于易积硫、积碳及结盐的部位，一律使用夹套阀，夹套阀门内通入0.3MPa蒸汽，并保证其正常运行；
（2）在调整生产流程开关阀门时，要先检查夹套伴热，如不热，先将夹套伴热处理热后才能开关阀门，而且要轻开、慢开，发现开关费劲，要立即停止开关，等查明原因，排除故障后再开关，否则会损坏阀门传动机构；
（3）安装阀门时，要考虑周全，尽量将阀门安装在不易聚集杂质的部位；
（4）精心操作，控制合适的配风比，尾气捕集气出口H2S/SO2之比尽量控制为2，防止过程气中SO2含量太高，腐蚀阀门等设备，影响阀门的正常使用。
2.2.2设备腐蚀严重
2.2.2.1设备严重腐蚀的原因
由于制硫生产的工艺特点，装置设备主要存在高温腐蚀、露点腐蚀、酸性腐蚀及应力腐蚀。高温腐蚀主要发生在高温掺合阀的阀芯、废锅及硫冷却器的入口管板；露点腐蚀主要发生在尾气管线和烟囱、停工装置的过程气管线及废锅和硫冷器的出口管板。
2.2.2.2设备腐蚀的危害
设备腐蚀到一定程度，就会严重影响装置的正常生产，甚至造成装置非计划停工。
2.2.2.3设备腐蚀的预防措施
（1）尽量降低高温部位的温度，如减小高温掺合阀与高温气体的接触面积，在高温掺合阀阀芯增加冷却系统、正确、及时添加润滑脂，在废锅和硫冷器入口设保护管和耐热衬里；
（2）应保证易发生露点腐蚀部位的温度在水和硫的露点温度以上，烟囱排烟温度保证在300℃以上，且对烟囱进行保温；
（3）严肃工艺纪律，准确配风，防止产生过多SO2，完善H2S/SO2、H2、PH在线分析仪配置；
（4）设备材质的选用至关重要，另外衬里材料要考虑选择具有抗硫化物腐蚀的。
3、结语
本文通过对克劳斯硫磺回收工艺介绍，工艺技术和设备运行中出现的故障及措施阐述，希望能为同行提供借鉴相关经验，确保化工生产装置安全平稳运行；克劳斯硫磺回收工艺广泛应用于炼油、煤化工、冶金、等行业，做好克劳斯硫磺回收装置的工艺技术的优化工作和化工设备管理工作，对于环境保护和资源的综合利用具有重要意义。
参考文献：
［1］刘文静.硫磺回收过程工艺的研究[J].《山东化工》.2007年第4期.
［2］高瑞丹.应用克劳斯法硫磺回收尾气的吸收工艺研究[J].《黑龙江科技信息》.2015年11期.
［3］杨延峰.浅析克劳斯法硫磺回收装置的腐蚀及防护措施[J].《化工管理》.2016年第27期.
论文作者:吴方龙
论文发表刊物:《防护工程》2019年11期
论文发表时间:2019/8/30
标签：克劳斯论文; 装置论文; 硫磺论文; 酸性论文; 阀门论文; 反应炉论文; 工艺论文; 《防护工程》2019年11期论文;