硫磺回收处理工艺模拟及风险分析【字数：12874】
在石油天然气等行业的生产过程中，会产生SO2和H2S等酸性气体，这些含硫化合物会影响后续产品的质量，腐蚀管道和设备，未经处理的尾气排放会污染大气。为提高企业效益，保护环境，必须采取措施对该类酸性气体进行处理，在工业上处理此类气体最常用的是克劳斯法。对多级克劳斯流程进行模拟，分析其过程危险性在指导实际生产、设计、开发、技术改造等方面有着重要意义。本文运用Aspen Plus化工流程模拟软件对硫磺回收工艺处理进行模拟，通过定量定性分析对回收工艺进行危险与可操作性分析，对系统中的工艺过程参数进行研究，查找出偏差以及造成偏差的原因，并分析后果提出对策措施，为实际安全生产提供理论支撑。本文研究了燃烧炉温度，酸性气体流量、浓度，空气流量等条件偏差对回收系统的影响，模拟物性方法选择POLYSL，建立多级克劳斯回收模型，根据危险分析结果得出当燃烧炉温度为950℃，可维持出料气风比为2:1,；反应器温度分别为310℃，280℃，240℃时可以取得较好硫磺回收效果；当反应条件偏差较大，会造成回收副产物增加，硫磺回收量减少，回收效率降低；使反应器和燃烧炉压力与热负荷增大，大量聚集下引发燃烧爆炸事故；加快酸性过程气腐蚀管道，造成气体泄漏，破坏环境，引起人员中毒窒息。
目录
第一章 绪论 7
1.1研究背景 7
1.2研究目的 7
1.3研究的意义 8
第二章 硫磺回收工艺 8
2.1硫磺回收工艺 8
2.1.1原始克劳斯 8
2.1.2常规克劳斯 9
2.1.3超级克劳斯 9
2.1.4超优克劳斯 9
2.2尾气处理发展及原理 10
第三章 硫化回收危险与可操作性分析 10
3.1危险与可操作性分析法 11
3.1.1基本术语 11
3.1.2分析准备与步骤 12
3.2硫磺回收过程HAZOP分析 12
第四章 基于ASPEN的工艺流程模拟 16
4.1 Aspen Plus软件介绍 18
4.2工艺流程介绍 18
4.3流程简图 19
4.4物性方法选择 19
4.5模块 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
参数 20
4.6稳态模拟计算 21
4.7动态分析 21
4.8动态分析总结 28
4.9.综合分析 30
第五章 结论 32
参考文献 33
致谢 34
第一章 绪论
1.1研究背景
硫磺是化工企业的生产中常见的一种基本原料，广泛的应用于化工、轻工业如农药，橡胶，造纸，染料等行业，在硫的炼化过程中，硫化氢、二氧化硫是最为常见的尾气，在行业里，这种以硫化物存在的气体的释放会破坏环境，造成酸雨，引发温室效应，腐蚀设备，还会造成人员中毒窒息，引发安全事故。此外，尾气的含硫量过高，硫的回收率低，也无法取得良好的经济效益[1]。因此，硫磺回收已经成为了原煤、石油、天然气等传统化工行业中必不可少的一部分。对硫的回收从上个世纪首先提出的克劳斯工艺开始，之后在深入研究下不断发展，到现在已经成为了非常完善的工艺方法。针对不同的含硫尾气又拓展出了不同的方法，包括直流法、分硫法、硫循环等等，从而满足工业的要求，也减轻对环境的破坏。现在无论是硫磺回收还是尾气处理工艺都已经是非常成熟的工艺，部分先进的技术例如超级克劳斯法下对尾气中硫的回收率可以达到99%。
1.2研究目的
中国是最大的发展中国家，化工实体经济行业是国家的支柱行业，硫作为一种常用的化工原料，它在化工中应用广泛受到密切关注，现如今随着经济和社会、各行各业的发展，化工行业已趋近于机械化，自动化、大型化[2]。年产量以万吨计算，相应的，该过程的排放量也惊人，一旦发生事故造成的人员伤亡、财产损失和环境破坏巨大。近年来随着人们的环保意识的提升，对排放的要求也在不断提高，限制硫化物向大气的排放。在煤石油工业的生产过程中，为满足环保要求和最大限度提升经济效益，必须要对硫磺回收过程产生的尾气进行处理，如何使得回收率尽可能高，尾气排放中含硫的硫化物尽可能低，避免生产过程中的事故这就是我们研究的目的。
1.3研究的意义
在硫磺回收与尾气处理工艺中，有复杂的燃烧反应又有硫单质的各种形式的转化和吸收，具有较大的危险性和交叉性[3]。利用化工流程模拟软Aspen Plus对该过程建立模型，对整个回收过程的关键设备，如燃烧炉，反应器，分离器等进行仿真模拟，对过程的危险性进行定性定量评价、危险与可操作性分析，修改工艺参数对原有流程进行稳态、动态模拟，最终可以优化实际生产进程，提高企业经济效益，降低事故发生概率和危险因素的感度，研究的结果可用于编制安全操作规程，为相关化工行的安全生产，科学的安全管理提供可靠的依据和相应的对策措施。
第二章 硫磺回收工艺
2.1硫磺回收工艺
在煤化工、石油化工天然气行业，克劳斯硫磺回收工艺是最普遍最典型的方法，主要经历了从原始克劳斯工艺→常规克劳斯工艺→超级克劳斯工艺→超优克劳斯工艺这四个阶段的逐步发展，到如今技术已经非常成熟[4]。近年来新兴的硫磺回收工艺主要有富氧克劳斯工艺、亚露点硫磺回收工艺、生物脱硫工艺。
2.1.1原始克劳斯
原始克劳斯工艺由两个主体反应组成，先把二氧化碳掺入有混有硫化钙的淤泥浆里，进行反应生成硫化氢。然后把二氧化硫和空气混合，加入有催化剂的反应器中，控制反应物的流量、温度，反应生成硫磺。但原始克劳斯反应装置庞大，且无法回收反应热进行循环利用，效率低，产量少，无法实现工业化大规模推广。
CaS+H2O+CO2→Ca CO3+H2S （1）
H2S+1/2O2→1/XSX+H2O （2）
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图21原始克劳斯基本流程
2.1.2常规克劳斯
常规克劳斯是由德国的公司在原始克劳斯的基础上进行了一些改动，他们把进料中的硫化氢的氧化分成了两个阶段。它先将进料1/3体积的硫化氢与空气混合通入反应器进行燃烧反应，生成二氧化硫和硫化氢，此时有大量热量放出，通过控制温度和配风比，将出口气硫化氢和二氧化硫的排放比例控制成2:1[5]。第二阶段将原有气体进行催化，将进料 2/3 体积的硫化氢和第一阶段生成的二氧化硫在催化反应下生成硫单质。改良后的克劳斯工艺在原有基础上提高了回收率，并配置了热锅炉，让反应热得到了充分利用，因此得到了工业上的推广与应用。
目录
第一章 绪论 7
1.1研究背景 7
1.2研究目的 7
1.3研究的意义 8
第二章 硫磺回收工艺 8
2.1硫磺回收工艺 8
2.1.1原始克劳斯 8
2.1.2常规克劳斯 9
2.1.3超级克劳斯 9
2.1.4超优克劳斯 9
2.2尾气处理发展及原理 10
第三章 硫化回收危险与可操作性分析 10
3.1危险与可操作性分析法 11
3.1.1基本术语 11
3.1.2分析准备与步骤 12
3.2硫磺回收过程HAZOP分析 12
第四章 基于ASPEN的工艺流程模拟 16
4.1 Aspen Plus软件介绍 18
4.2工艺流程介绍 18
4.3流程简图 19
4.4物性方法选择 19
4.5模块 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
参数 20
4.6稳态模拟计算 21
4.7动态分析 21
4.8动态分析总结 28
4.9.综合分析 30
第五章 结论 32
参考文献 33
致谢 34
第一章 绪论
1.1研究背景
硫磺是化工企业的生产中常见的一种基本原料，广泛的应用于化工、轻工业如农药，橡胶，造纸，染料等行业，在硫的炼化过程中，硫化氢、二氧化硫是最为常见的尾气，在行业里，这种以硫化物存在的气体的释放会破坏环境，造成酸雨，引发温室效应，腐蚀设备，还会造成人员中毒窒息，引发安全事故。此外，尾气的含硫量过高，硫的回收率低，也无法取得良好的经济效益[1]。因此，硫磺回收已经成为了原煤、石油、天然气等传统化工行业中必不可少的一部分。对硫的回收从上个世纪首先提出的克劳斯工艺开始，之后在深入研究下不断发展，到现在已经成为了非常完善的工艺方法。针对不同的含硫尾气又拓展出了不同的方法，包括直流法、分硫法、硫循环等等，从而满足工业的要求，也减轻对环境的破坏。现在无论是硫磺回收还是尾气处理工艺都已经是非常成熟的工艺，部分先进的技术例如超级克劳斯法下对尾气中硫的回收率可以达到99%。
1.2研究目的
中国是最大的发展中国家，化工实体经济行业是国家的支柱行业，硫作为一种常用的化工原料，它在化工中应用广泛受到密切关注，现如今随着经济和社会、各行各业的发展，化工行业已趋近于机械化，自动化、大型化[2]。年产量以万吨计算，相应的，该过程的排放量也惊人，一旦发生事故造成的人员伤亡、财产损失和环境破坏巨大。近年来随着人们的环保意识的提升，对排放的要求也在不断提高，限制硫化物向大气的排放。在煤石油工业的生产过程中，为满足环保要求和最大限度提升经济效益，必须要对硫磺回收过程产生的尾气进行处理，如何使得回收率尽可能高，尾气排放中含硫的硫化物尽可能低，避免生产过程中的事故这就是我们研究的目的。
1.3研究的意义
在硫磺回收与尾气处理工艺中，有复杂的燃烧反应又有硫单质的各种形式的转化和吸收，具有较大的危险性和交叉性[3]。利用化工流程模拟软Aspen Plus对该过程建立模型，对整个回收过程的关键设备，如燃烧炉，反应器，分离器等进行仿真模拟，对过程的危险性进行定性定量评价、危险与可操作性分析，修改工艺参数对原有流程进行稳态、动态模拟，最终可以优化实际生产进程，提高企业经济效益，降低事故发生概率和危险因素的感度，研究的结果可用于编制安全操作规程，为相关化工行的安全生产，科学的安全管理提供可靠的依据和相应的对策措施。
第二章 硫磺回收工艺
2.1硫磺回收工艺
在煤化工、石油化工天然气行业，克劳斯硫磺回收工艺是最普遍最典型的方法，主要经历了从原始克劳斯工艺→常规克劳斯工艺→超级克劳斯工艺→超优克劳斯工艺这四个阶段的逐步发展，到如今技术已经非常成熟[4]。近年来新兴的硫磺回收工艺主要有富氧克劳斯工艺、亚露点硫磺回收工艺、生物脱硫工艺。
2.1.1原始克劳斯
原始克劳斯工艺由两个主体反应组成，先把二氧化碳掺入有混有硫化钙的淤泥浆里，进行反应生成硫化氢。然后把二氧化硫和空气混合，加入有催化剂的反应器中，控制反应物的流量、温度，反应生成硫磺。但原始克劳斯反应装置庞大，且无法回收反应热进行循环利用，效率低，产量少，无法实现工业化大规模推广。
CaS+H2O+CO2→Ca CO3+H2S （1）
H2S+1/2O2→1/XSX+H2O （2）
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图21原始克劳斯基本流程
2.1.2常规克劳斯
常规克劳斯是由德国的公司在原始克劳斯的基础上进行了一些改动，他们把进料中的硫化氢的氧化分成了两个阶段。它先将进料1/3体积的硫化氢与空气混合通入反应器进行燃烧反应，生成二氧化硫和硫化氢，此时有大量热量放出，通过控制温度和配风比，将出口气硫化氢和二氧化硫的排放比例控制成2:1[5]。第二阶段将原有气体进行催化，将进料 2/3 体积的硫化氢和第一阶段生成的二氧化硫在催化反应下生成硫单质。改良后的克劳斯工艺在原有基础上提高了回收率，并配置了热锅炉，让反应热得到了充分利用，因此得到了工业上的推广与应用。
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