复合式克劳斯炉系统的优化

摘要：复合式克劳斯炉是德国凯萨斯图尔焦化厂的7.63m焦炉及其配套的煤气净化装置，通过长时间的运行，发现系统存在的一线问题，进行了局部改造，解决了设备腐蚀严重、酸气投入量少、转化率低的问题，使克劳斯炉系统长周期稳定运行。

关键词:克劳斯炉 煤气风机 酸性气 过程气

山东兖矿国际焦化有限公司是由兖矿集团有限公司、日本伊藤忠和巴西CVRD三家合资建设的年产200万吨焦炭和20万吨甲醇的煤化工企业，该企业拆迁了德国凯萨斯图尔焦化厂的7.63m焦炉及其配套的煤气净化系统，新建了年产20万吨用焦炉煤气制甲醇的生产装置。焦炉于2006年6月投产，甲醇装置也于同年12月16日投产，通过长时间的运行，对焦炉的运行认识逐步加深，相应的配套装置也在逐步完善。硫回收采用克劳斯法硫回收，硫回收工艺由脱酸蒸氨工序来的酸气，经压力调节，在工序的系列装置中将硫从硫化氢中提取出来，同时将氨和氰化氢催化分解。硫化氢首先在克劳斯炉中转化，大约是1/3硫化氢和空气进行燃烧形成二氧化硫。同时克劳斯反应器也在变化，大约2/3硫化氢反应后成硫元素。

硫化氢-燃烧：H2S+3/2O2SO2+H2O，克劳斯反应：2H2S+SO23/xSx+2H2O

克劳斯反应在两个接通的催化反应器中进行。

此外x根据温度从1-8变化的。温度超过950℃时仅仅是S2，如果温度低于200℃时，获得的分子就是S8。整个反应就是：3H2S+3/2O23/xSx+3H2O，并且在过程中放热。因为过程气中含有NH3和HCN，克劳斯炉用含有6%镍的裂解催化剂。这样可以避免在克劳斯催化剂上形成硫酸盐以及腐蚀NH3/H2S-处理机组。

NH3和HCN通过催化剂，当温度为1100℃时进行裂解。同时NH3和HCN在少量的空气反应后得出氮，水和一氧化碳。

反应如下进行：

2NH3N2+3H2；HCN+H2O0.5N2+1.5H2+CO，过程气中含有原始产品的气态产品和平衡浓度。过程气在催化剂的作用下通过输入的二次空气继续氧化。二次空气通过安装在最后一个硫分离器后面过程气路中的比例调节仪（可以测量调节H2S/SO2的比例）将过程气出口上的H2S：SO2比列调整为7：1。有意高于硫磺生产所需要的2：1的比例。通过这种方式可以实现过程气中SO2的浓度尽可能的低并且以此来限制游离的氨化合物的形成。过程气中升高的H2S浓度可以接受，因为焦炉煤气再一次混入并且洗涤出H2S。

1 克劳斯炉系统存在的问题

公司的焦炉煤气净化工艺采用AS循环洗涤工艺流程，酸性气体通过克劳斯装置产出硫磺。该工艺自2006年9月投产以来，运行不稳定，面对运行状况做了有力的分析，借鉴同类型装置运行经验，和专业硫回收单位合作，共同商讨方案，制定了可行的解决方案，为克劳斯炉运行创造有利条件，现有脱酸蒸氨产生的酸性气质量不能满足克劳斯炉的运行要求，由于酸性气酸气浓度设计浓度20%，系统运行酸气浓度7%～10%之间，酸气中氨气含量过高，进入克劳斯炉后，克劳斯炉温度难以维持1100℃上下，煤气风机煤气满足不了克劳斯炉运行、设备内漏问题，液硫管线受阻问题等大量条件影响克劳斯炉停车，酸性气就地排放，硫磺产量回收率较低，严重影响了大气环境质量。

2 改造部分

优化脱酸蒸氨系统运行，对脱酸蒸氨分缩器进行了内部检查、清理，设备内的填料进行了过滤重新装填，减小分缩器阻力，提高进入分缩器的富液量，控制好分缩器出口的酸汽温度在70～75℃之间，检查分缩器下液、酸汽管道下液，严禁酸性汽带水，影响克劳斯炉，为克劳斯炉提供稳定的酸汽来源。

煤气风机改造后流量为Q=560立方米/每小时，出口压力为P=36KPa，进口管道由原来的DN100改为DN150的管道，出口管道由原来的DN80改为DN100的管道，煤气风机定期盘车，进出口进行排污，确保备车，从而为克劳斯炉正常运行提供了保证。

为了设备不再内漏，部分设备内部采用了不锈钢材料，有效的延长了设备使用周期，由于频繁开停车，所以提高系统操作，保证系统温度，使系统在升温、降温过程少产生凝结水，缩短系统升温的时间，加快系统升温速度，同时做好工艺处理，必要时低压锅炉、硫冷器加入蒸汽使系统升温，使整个系统在升温过程中都保持在110℃以上，防止系统产生凝结水。

液硫管线由于伴热不全，管道长.容易受阻，管线改造直接进入液硫中间槽，液硫中间槽密封处理，液硫管线伴热采用整体内伴热，两端接口采用法兰连接，使液硫管道最短，伴热面积广，拆除检修方面，解决了液硫管线容易受阻问题。

3 改造效果

改造完成的设备至2012年未出现内漏情况，克劳斯炉稳定运行，酸性气回收率达到100%，杜绝酸性气放散。克劳斯炉体温度严格按照工艺指标操作处理。液硫管线正常运行，实现了液硫的全部回收处理。

4 结语

克劳斯炉系统改造完成，酸性气100%回收处理，过程气温度保持在110℃以上，使系统不产生凝结水，减少了设备的腐蚀，部分设备更换了材质，改为不锈钢材质，加大了设备的耐腐蚀性，硫冷器在下一步的工作中，更换硫冷器材质为不锈钢材质，提高酸性气的浓度到设计指标，对待系统的稳定操作还需要进一步的研究。

参考文献：

[1]何建平等.炼焦化学产品回收技术，北京，冶金工业出版社，2006年，P15-150.