简介

克劳斯法的主要化学反应

工艺原理

技术特点(1、操作灵活方便 2 、硫黄回收率高 3、装置适应性强 4、投资和操作费用少)

国内概况

简介

克劳斯法是为去除化石燃料燃烧及地热发电时生成的硫化氢所用的方法之一。原理是使硫化氢不完全燃烧，再使生成的二氧化硫与硫化氢反应而生成硫磺。若空气与硫化氢混合比例适当，可使所有的硫化氢变成硫磺和水。此法在地热发电中去除排气中硫化氢时广泛使用，但当硫化氢浓度低时，使用斯特雷伍德法或雷特法更为有效。

将硫化氢转变为硫磺的工业方法，由英国人C.F.克劳斯于1883年发明。此法广泛用于煤、石油、天然气的加工过程(如合成氨原料气生产、炼厂气加工等)，在脱硫产生的含硫化氢气体中回收硫，并可解决炼厂废气对大气的污染问题。克劳斯法回收硫的纯度可达到99.8%，可作为生产硫酸的一种硫资源，也可作其他部门的化工原料。

克劳斯法（Kraus)也是一种废水处理方法，是指将厌氧消化富含氨氮的上清液加到回流污泥当中一起曝气硝化，然后再加到曝气池，除了提供氮源外，硝酸盐还可以作为电子受体，参与有机物降解，能够克服高碳水化合物带来的污泥膨胀问题。

克劳斯法的主要化学反应

自脱硫装置来的酸性气全部进入燃烧炉，其 中的硫化氢有三分之一可氧化成二氧化硫，并与未氧化的硫化氢一起进入转化器，进行催化转化。为完成部分燃烧反应，通入燃烧炉的空气需严格控制，这是克劳斯法的操作关键。燃烧炉的温度约为1200℃，燃烧产物中除二氧化硫、水和氮外，还有少量由硫化氢直接分解而生成的元素硫。为回收热量，燃烧产物在进入转化器之前先经废热锅炉发生蒸汽。转化器为一固定床反应器，内装有氧化铝催化剂（见金属氧化物催化剂），入口温度控制在220～240℃。由于过程为放热反应，出口温度为270～300℃。自转化器出来的反应产物进入冷凝冷却器，液态硫磺流至硫磺罐。为达到较高的硫回收率，工业装置一般还设有二级、三级甚至四级转化器。在转化器中能否达到较高的转化率，关键是要控制H2S/SO2的摩尔比,使之保持为2,同时要使用性能较好的氧化铝催化剂。采用两级转化时，硫的回收率可达93%～95%，三级转化时可达94%～96%，四级转化时可达95%～97%。从克劳斯装置排出的尾气中还含有一定数量的二氧化硫（8000～18000ppm）。按环保要求,还需将尾气进行处理,使最终排入大气的尾气中含二氧化硫量在300ppm左右，使硫的总回收率达99.8%左右。

工艺原理

传统克劳斯法是一种比较成熟的多单元处理技术，克劳斯工艺发明伊始就成为硫回收工业的标准工艺流程，也是目前应用最为广泛的硫回收工艺之一。根据过程气中H2S体积百分比的高低，分别采用直流克劳斯法、分流克劳斯法、直接氧化克劳斯法。其工艺过程为含有 H2S的酸性气体在克劳斯炉内燃烧，使部分 H2S氧化为SO2，然后SO2再与剩余的未反应的 H2S在催化剂作用下反应生成硫黄。

超优克劳斯是克劳斯延伸型工艺，在克劳斯硫回收基础上突破传统观念的基础上，巧妙地组合了近年开发的新技术，对传统的克劳斯工艺进行改进，从改善热力学平衡和强化硫回收的角度出发，这包括发展新型催化剂、富氧燃烧技术、深冷器技术等，对克劳斯工艺作了较大的改造，在传统克劳斯转化之后，最后一级转化段使用新型选择性氧化催化剂，增加一个选择性催化氧化反应器（超级克劳斯反应器），成为超级克劳斯（Super Claus）工艺，与此同时在最后一级克劳斯催化反应器床层中的克劳斯催化剂下面装填了一层加氢还原催化剂，构成加氢催化还原反应器（超优克劳斯反应器），将SO2还原成硫和H2S 后再选用选择性氧化催化剂，使总硫回收率得以大大提高。根据酸性气体进料量和催化反应器数量，回收率可以达到99.4%以上或更高。

技术特点

1、操作灵活方便

超优克劳斯工艺采用过量空气操作从而产生较少的SO2，因此对空气的控制要求不是很严格，不要求精确控制H2S和 SO2的苛刻比例，使操作灵活方便，工艺简单可靠、弹性范围大，操作下限可以达到15%。超优克劳斯催化剂具有良好的热稳定性、化学稳定性和机械强度，有害物质排放少，催化剂使用寿命长达8～10年，过程气中高浓度水含量不会影响H2S的转化率，装置运行平稳可靠，维修方便、非计划性停车时间低于1%。

2 、硫黄回收率高

由于上游克劳斯采用了 H2S过量操作，抑制了尾气中SO2含量，因此装置总硫回收率高，且运行过程连续无需周期切换，可连续操作。选择性氧化反应是一个热力学完全反应，因此可以达到很高的转化率。又由于超优克劳斯反应器使用一种特殊的选择性氧化催化剂，该催化剂对水和过量氧均不敏感，且不发生副反应。此外，在尾气不作任何处理的情况下，总硫转化率即可达到 99%或 99.5%以上水平，并达到环保排放要求，具有硫黄回收和尾气处理的双重作用。

3、装置适应性强

超优克劳斯工艺适用于酸性气浓度范围广，H2S浓度可以在23%～93%之间，既可用于新建装置，也适用于现有的克劳斯装置技术改造，还能和富氧氧化硫回收工艺结合使用。装置运行中过程气连续气相催化，中间不需要进行冷凝脱水，无“三废”处理问题。 同时催化利仅对H2S进行选择性氧化，H2、CO等其他组分均不被氧化，不会因副反应生成COS或CS2，即使在超过化学计量的氧存在下，S02生成量也非常少。

4、投资和操作费用少

由于没有复杂的加氢及醇胺吸收系统， 超优克劳斯工艺投资仅相当于同规模的克劳斯+尾气处理工艺投资的70%～50%。如一个年产2万t硫回收装置，克劳斯尾气处理工艺总投资一般要8000万元人民币以上，而超优克劳斯工艺总投资仅需5000万人民币左右。此外，克劳斯尾气处理工艺需要消耗MDEA溶剂，同时溶剂需要不断再生而消耗大量蒸汽。而超优克劳斯工艺简单，仅需要少量加热蒸汽，整体装置还有富余蒸汽输出，无需外供氢气加氢，因此整体能耗不到克劳斯尾气处理工艺的50%。

国内概况

超优克劳斯工艺是荷兰Jacobs公司的专利技术，具有超级克劳斯工艺的所有优点，不仅适用于现有的克劳斯装置改造，也适用于新建装置，在石化、石油、天然气行业国内也有数套超优克劳斯装置投入运行。从2007年起，国内新建的数套煤化工装置都采用了超优克劳斯硫回收技术，目前大多在建。陕西榆林天然气化工有限公司年产140万吨煤制甲醇资源综合利用项目中的五大关键生产技术之一硫回收技术采用超优克劳斯技术，计划于2011年8月1日投料试车。此外，内蒙古天河化工有限责任公司年产100万t煤制甲醇的一期工程年产60万t甲醇项目也采用了超优克劳斯技术。