煤化工装置硫回收工艺技术分析

作者:韩军波 字数:2483

摘 要:本文分析了煤化工装置中硫回收单元的工艺技术特点,,阐述了煤化工装置中硫回收单元利用上游低温甲醇洗浓缩硫化氢酸性气生产硫磺或其他化工产品的工艺技术。

关键词:硫回收;煤化工;克劳斯反应;浓缩硫化氢酸性气;节能减排

1 前言

我国煤炭储量丰富,国家对煤碳资源的开发力度利用不断加大,以煤为原料生产化肥、甲醇等化工产品的煤化工产业进入了一个快速发展的阶段迅速,随着对煤化工下游产品产业链的延伸开拓,煤化工产业的发展将会进入新的发展阶段仍将继续保持快速发展的势头。硫回收是煤化工装置不可缺少的工段,主要是处理工艺过程中分离出的含H2S酸性气,利用不同的工艺原理和技术将原料中的组分硫转化成硫磺或硫酸等化工产品。

随着人类科技文明和工业化程度的不断提高,环境污染及气候变化问题也越来越突出,已成为世界性的难题,人类利用地球资源的同时,必须加强对地球环境、自然气候的保护;煤化工领域硫回收技术对减少装置有害气体的排放,保护环境有着重要意义,符合国家节能减排政策,因此加强利用和优化硫回收工艺技术对保护人类生存环境意义重大。

2 硫回收工艺原理

目前煤化工装置硫回收技术非常广泛,主要以克劳斯制硫工艺为主导,另外还有碱吸收法制硫、WSA制硫酸工艺等。技术专有商包括荷兰JOCABS、德国鲁奇、美国洛凯特、美国KPS、美国壳牌康世富、丹麦托普索等,国内专业硫回收技术公司主要有山东三维等。

2.1 克劳斯硫回收工艺

煤化工装置低温甲醇洗工段分离的含H2S酸性气制硫磺工艺基本是在克劳斯技术基础上发展起来的。克劳斯硫回收工艺主要分为酸性气燃烧反应、酸性气催化反应、反应尾气处理三个部分。

2.2 碱吸收(生物脱硫或络合铁法)工艺LoCAT及生物制硫

该工艺用溶液(碱液)吸收的方式脱除硫化氢,然后通过铁变价法或生物法将碱液再生。美国洛凯特(LO-CAT)和壳牌生物脱硫均属于该类工艺。

该工艺特点是工艺简单,回收率高。可直接处理H2S 浓度很低的合成气。缺点是再生反应器尺寸较大,操作费用较高。

这两种工艺手上资料有限,仅作介绍。

2.3 WSA制酸工艺

该法是将来自低温甲醇洗的含H2S酸性气全部燃烧生成二氧化硫,二氧化硫通过催化氧化生成三氧化硫,与水结合生成硫酸。

3 硫回收工艺技术特点

硫回收因产品不同,工艺流程有所差异,硫磺因其易储存运输,用量大,所以多数煤化工装置硫回收均采用制硫工艺;如果工厂本身需要使用硫酸,硫回收工段采用制酸工艺更为适宜。

这里着重分析克劳斯制硫工艺。

(1)酸性气预处理:目前克劳斯制硫工艺酸性气进入燃烧段前均设有甲醇分离工序,用于脱除酸性气中含有的甲醇组分,一般都设有甲醇分液罐,有的技术还设有甲醇洗涤塔,荷兰JOCABS公司对于甲醇对后续反应的影响提出过甲醇在燃烧过程中会生成噻吩使后续催化反应的催化剂积碳而影响催化剂性能,但没有明确的验证和文章解释。

(2)酸性气燃烧:根据酸性气中H2S含量不同,通常采用部分燃烧法和分流法。酸性气浓度较高时采用部分燃烧法,酸性气浓度较低时常采用分流法。目前酸性气燃烧多采用分流工艺,即一定比例的酸性气在烧嘴进行燃烧反应,另一部分气分流至燃烧炉后段,比例约3:1,这样可保证烧嘴燃烧温度在1000℃以上以及火焰的稳定性。

(3)自燃烧炉出来的工艺气经过废锅冷凝将硫分离出来,进入克劳斯催化反应工序前需要将温度升至230℃以上,有些工艺采用预热器如荷兰JOCABS,也有采用高温掺和阀(鲁奇、山东三维)引一股燃烧炉的高温工艺气与冷凝后工艺气混合达到反应要求温度;因掺和温度高,所以对高温掺和阀的制造加工要求高,在鲁奇工艺包中,该阀属于专供设备;山东三维也将该阀作为专利设备随工艺包附带。高温掺和阀因热应力及冲刷腐蚀制造难度大,推荐换热器预热型式。

(4)在催化反应阶段降低温度对化学平衡有利,但为了保证有机硫水解,一级催化反应器宜适当提高反应温度,缩短反应达到平衡转化率的时间,从而提高转化率。

克劳斯反应催化剂主要有:

(5)通过不同催化剂的相互组合,达到理想的反应转化率,但通过二级或三级克劳斯催化反应,尾气中硫含量是不能达到规范要求的指标,需要进一步处理。

(6)硫回收制硫工艺进行归纳可分为三大类:克劳斯延伸型工艺:包括超级克劳斯工艺、超优工艺等;克劳斯尾气处理型工艺,即尾气加氢还原+溶剂吸收:胺吸收法及低温斯科特等均属于该类工艺;另外还有碱吸收工艺:包括上文所述生物脱硫和络合铁工艺。

3 结论

通过对对于煤化工项目硫回收装置工艺技术分析,我们看到,在满足国家环保要求,技术先进可靠,同时要求投资和操作费用又较低的前提下,克劳斯延伸型工艺是我国目前煤化工领域硫回收装置的最佳工艺选择。随着国家对环保要求的进一步提高,克劳斯反应尾气的处理将会由延伸型工艺向尾气处理型工艺和节能环保型工艺转变。

参考文献

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作者简介

自2003年太原理工大学毕业后从事煤化工项目设计工作已有10年,积累了丰富的经验,任职经历

2003~2012 华陆工程科技有限责任公司 工艺室

2012~至今 北京石油化工工程有限公司西安分公司 工艺室

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