克劳斯硫磺回收流程的工艺模拟.pdf

3。,,年第!卷石油大学学报#自然科学版∃2&)!45∀,。第∀期%&∋,,()&∗+介,−.云。。,/云+夕&%0。忿.1已。二67云花(&,名88克劳斯硫磺回收流程的工艺模拟徐金火汤渭龙沈复#石油大学化工学部,北京1119∃摘要应用严格的热力学平衡和复杂化学反应平衡的方法3对克劳斯硫磺回收工艺中的多种过程气预热流程#包括燃料气再热护预热、酸气再热炉预热、高温气掺合预热及高温气掺合结合换热器换33热预热∃进行了一体化的模拟研究介绍了主要的模型方法在微机上实现模拟,完成一种流程的模3拟只需约∀:;<本流程模拟能为快速工艺设计和流程方案对比提供依据和手段,亦能为现有装置的标3定改造、优化操作参数、提高硫收率以及保护环境提供有效的手段主题词硫磺=回收=工艺=模拟·中图法分类号>?≅Α∀3第一作者简介徐金火3男,8≅Α年出生,讲师89∀年毕业于浙江大学,899年在石油大学#北33京∃研究生部获硕士学位现在石油大学#北京∃化工学部从事汽液平衡方面的教学与禾书研工作Β引言目前,克劳斯硫磺回收工艺是炼厂、天然气净化厂和化工合成厂大规模利用含硫酸性气3体回收硫磺的主要方法我国目前硫磺回收工艺过程问题很多〔,〕,除引进装置外,各厂的硫回收装置配套完善程度和技术管理的水平参差不齐=重视引进新装置而忽视了改造现有装3置,已不能适应环境保护的要求本文总结多年来对硫回收工艺多种流程模拟研究结果闺,3着重介绍主要的模型方法以及一些重要结果本流程模拟研究一方面能为工艺设计提供依据、、、#如确定配风量炉温操作温度和各物流量物性等工艺参数和设备尺寸等∃,进行不同、、流程设计方案的快速对比优化=另一方面能为现有装置的改进提高硫收率,提供有效便3捷的手段克劳斯硫磺回收工艺3克劳斯工艺实际上是由一系列化学反应过程和冷却冷凝分离过程所组成〔%含硫磺酸性气体原料经克劳斯高温转化炉和多级低温催化转化器反应过程将Χ多和Δ仇变成元素硫而回33收得到硫磺对现行主要流程类型进行了统一考虑后,可归结为以下四种流程类型33#)∃燃料气再热炉预热流程是最为常用的直流式克劳斯工艺流程在线再烧炉然烧燃3料气后混入过程气中以加热过程气到指定温度#即催化转化器进口温度∃3#∃酸气再热炉预热流程从酸气进料中分出部分酸气作为在线再热炉所用燃料,进再33热炉空气按Χ多组分化学计量所需氧的Ε配给图)给出了#∃和#∃的原则流程3#∃高温气掺合预热流程从一,二级硫冷凝器#硫捕集器∃来的过程气分别与从主燃收稿时间.88一1!一Α烧炉来的部分高温过程气混合,调节控制一,二级催化转化器入口的温度3废热锅炉火火卜图)橄料气#或酸气》3〔Α∃高温气掺合结合换热器预热法流程一级硫冷凝器#硫捕集器∃来的过程气与从主,燃烧沪来的部分高温过程气混合调节一级转化器的入口温度并利用一级转化器出口的过程3气与二级硫冷凝器#硫捕集器∃来的过程气换热以控制二级转化器入口温度图给出了+久丫丢<了」、占如Φ百:)有言夭日二废热锅护苏才下之门日去掖硫池图高温气掺合预热法和高温气掺合结合换热器换热预热法克劳斯工艺,,1℃以,总体上看要求主燃烧炉温度在81上.严格控制气风比使过程气中Χ多∀1,,,Ε分子比约为保证转化器出入口过程气和床层有一个合理的温度分布并保证合理的硫冷,3凝器出口温度以达至最高的硫收率和足够的蒸汽消耗克劳斯高温转化反应平衡模型#∃克劳斯高温转化沪主燃烧炉内的反应是一个复杂的气相平衡反应,〔涉及1多个反应,3’几为了全面考虑可能发生的每一个反应平衡,〔,模拟方法均用最小自由能法卜月其方程组,,,的方程数仅为体系中的原子种类数方法简单计算速度快,,,设体系的平衡分数为‘原子种类数为两总摩尔数为“各组分的平衡组成为袱;一,,,⋯Γ∃根据最小自由能原理可以导得平衡组成的显示表达式困.3.‘,Η‘1<(,二,,,,Γ一Ι〔一,Ε刀>一Ιϑ名〕#;Κ⋯∃#)∃满足约束条件#收敛解条件∃为.。,,,3几一瓦一1#Λ一)一二一∃=名戈一1一Β,,%‘。,。,。,,‘,。‘‘。3其中。一。Ε云。=。,一。Ε呈。=。一全。声=。一全。声,式中气表示组分;分子中含有Λ种原子的数目=二Λ表示Λ种原子平衡方程的拉格朗日乘,子可以理解为第Λ种元素原子对体系的自由能贡献=瓦表示体系中第夕种原子的摩尔分3率,上标“。”表示进料条件当已知进料组分和进料总摩尔数后,平衡产物的摩尔总数.。3,Η3一‘、一、。艺(‘声‘。,全∃为了获得平衡组成值,可以简化为联解非线性约束方程再求解几Ρ)、3、=),,二.,3二。)。Ο%Σ,)ΦΜ△二十Μ△ϑ⋯十Μ△一ΝΕΝ一.。Μ△,十Μ△爪十⋯十ΜΠ,△二。一几Ε刀一#∃3。。3,。Μ一=△汀ϑΜ一△二.ϑ⋯十Μ一)二△二一Ν一ΕΝ一一)二Ν,△二,十久△二