超级克劳斯硫磺回收系统动态模拟仿真

煤化工、炼油工业和天然气工业提供了我国的主要硫磺产量。特别我国是以煤炭为主要能源的国家，高含硫煤炭在处理过程中，需要对工艺脱硫装置产生的高含硫气体等含硫介质进行硫磺回收，一般以单质硫磺为最终产品。本文从硫磺回收装置的工艺原理和设备原理出发，采用通用化工流程动态建模软件：奥秘仿真(OmniSim)建立了一套煤化工生产中含硫酸性气体处理的超级克劳斯硫磺回收装置的动态数学模型。根据实际工况数据，对硫回收反应装置的反应动力学参数进行了校正。研究结果表明，采用吉布斯自由能最小化的方式对主燃烧器建模，模拟计算结果与实际工况数据的浓度平均相对误差在5%左右，可以满足工业级应用。本文提供了一种利用化工流程动态建模软件建立硫磺回收系统动态模型的方案。基于动态模型，可以进行装置的生产操作动态响应、自控方案检验等方面的模型仿真。

随着化工生产技术的不断发展，新型化工装置日益向大型化及高度自动化发展。与此同时，伴随着计算机软件、硬件技术的迅速发展，化工流程模拟软件也不断进步，越来越多的新型化工装置利用流程模拟来辅助完成装置的设计、优化及生产操作模拟。其中，稳态流程模拟软件往往被用于装置的设计及工艺优化方面， 而动态流程模拟软件则可完成工厂装置的开车、停车和工艺操作响应等过程的动态仿真。

目前针对煤气化工艺[1]、PTA 加氢反应工艺[2]等工艺过程已有研究人员做了工艺装置的动态建模仿真工作。但针对石油化工、煤化工和天然气工业中有广泛应用的硫磺回收装置的动态建模仿真工作尚未见报道。

本工作以大型通用化工流程建模软件：奥秘仿真(OmniSim)为工具，建立了一套超级克劳斯硫回收工艺[3] [4]装置的动态仿真模型。

特别是针对硫回收工艺中的主燃烧器进行了适当的建模， 使主燃烧器这一最复杂的设备能够以一种非常简化的方式建模，同时可保证模型精度。动态仿真模型采用与真实装置完全一致的工艺生产流程， 在装置的工艺操作过程中， 仿真模型能够提供与真实装置相近的动态响应曲线， 参数变化趋势一致， 模拟保真性能良好， 数值动态变化的误差小， 能够很好的提供装置的动态模拟仿真， 为后续的装置动态响应测试、自控系统功能检验及开工停工过程模拟练习提供了基础仿真模型。本文切实的提供了一种利用通用化工流程模拟软件建立硫磺回收装置仿真模型[5] [6]的建模仿真方案。

2. 超级克劳斯工艺原理 超级克劳斯工艺[7]，是从含H2S 的酸气中回收元素硫。此工艺是传统克劳斯工艺与荷兰荷丰工艺的结合， 采用先进行传统克劳斯反应， 在克劳斯反应器中将硫化氢与二氧化硫之间的反应达到平衡。

而后， 针对克劳斯反应后的气体， 再通过催化还原[8] SO2成为H2S 和硫磺蒸汽(即通常所说的超优克劳斯工艺)， 及选择性地氧化硫化氢来得到硫单质(即通常所说的超级克劳斯工艺)。

本工作中使用奥秘仿真(OmniSim)动态建模软件， 建立了超级克劳斯硫磺回收装置动态仿真模型。

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