CN113784914A - 使用硫酸计划改造克劳斯设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于改进硫减排设备的改造方法，该设备包括生产单质硫的克劳斯工艺设备，所述克劳斯工艺设备包括克劳斯反应炉和1个或多个克劳斯转化阶段，每个克劳斯转化阶段包括转化反应器和用于单质硫冷凝的装置，以及配置用于接收来自所述克劳斯工艺设备的克劳斯尾气并配置用于提供氧化的克劳斯尾气的克劳斯尾气氧化装置，所述工艺改造包括：a.提供生产硫酸的尾气处理设备生产硫酸，和，b.提供将在所述生产硫酸的尾气处理设备中产生的一定量或全部硫酸转移到所述克劳斯反应炉的装置，其特征在于，转移的硫酸中硫的摩尔数相对于从克劳斯工艺设备取出的单质硫的摩尔数为3％或5％到15％、20％或25％，相关益处是能够实现更高的硫减排能力和/或更高程度的硫去除，同时生产单质硫，这是一种有价值的产品，与例如硫酸相比，可以在几乎没有安全限制的情况下进行处理，同时避免过度使用补偿克劳斯反应炉中硫酸蒸发所消耗的能量的辅助燃料。
Description
技术领域
本发明涉及一种改造方法，用于改进硫减排设备的硫去除、运行成本和将H2S转化为单质硫和硫酸的能力中的一项或多项。
背景技术
H2S是包括炼油厂料流的加氢脱硫、天然气加工和粘胶纤维生产在内的许多工艺中常见的副产品。理想的是在将H2S排放到大气中之前将其转化，因为H2S具有剧毒、有气味并且对环境造成挑战。
在炼油工艺中，除了生产众所周知的高浓度H2S气体外，通常还可能产生所谓的酸性水汽提气，其包含大致等量的H2S、H2O和NH3。
特别是在炼油厂中，用于减少H2S的所选工艺一直是克劳斯工艺，该工艺在过去的八十年中广为人知并经过了优化。克劳斯工艺通过H2S在克劳斯反应炉中的亚化学计量燃烧而生成SO2，从而提供克劳斯转化器进料气。随后的克劳斯工艺会将H2S和SO2转化以形成单质硫，其可以被冷凝并取出。
通常，克劳斯工艺的硫去除效率为95％至98％，这不足以满足环境要求。因此，通常的做法是在克劳斯工艺之后进行尾气处理，以减少99％以上的硫。尾气处理可以是硫酸设备，这就引入了对于处理硫酸的要求。
现已确定，现有的克劳斯设备可以通过增设硫酸设备，将硫酸再循环到克劳斯反应炉中进行改造，在其中可以促进单质硫的形成，此外还提供了优化克劳斯反应和克劳斯尾气工艺设备尺寸和运行成本的机会。
在WO 2012/152919 A1中，提出了一种用于处理克劳斯尾气的硫酸方法，其中描述了克劳斯尾气中的H2S向H2SO4的转化。该方法的步骤为：
1.亚化学计量氧化
2.克劳斯转化
3.在富含氧气的气氛中于400-700℃下使克劳斯尾气中经还原的硫物质(H2S)氧化
4.SO2催化氧化为SO3
5.硫酸的冷凝
已经认识到，H2SO4产物并不总是令人期望的，并且建议将硫酸再循环到如上所述的上游克劳斯反应炉或H2S氧化步骤。但是，硫酸的再循环仅被认为是对硫酸的一种减少，并且尚未评估H2SO4再循环对湿法硫酸工艺或克劳斯工艺的后果，即，未认识到H2SO4再循环需要减少引导至克劳斯反应炉的O2量，也未实现对克劳斯工艺和硫酸工艺的有利影响。
在WO 2012/152919 A1中还认识到，在克劳斯反应炉和H2S氧化步骤中可能都需要辅助燃料以获得所需的操作温度，而没有意识到在硫酸工艺中使用原料气作为H2S氧化的辅助燃料的有益效果。
因此，将H2SO4再循环至克劳斯反应炉的提议本身不能提供可执行的工艺，而是需要在设备的物理布局/设备和工艺控制、可用性和安全性方面进行额外的工艺修改。
发明内容
根据本发明，提出了一种具有提高效率的将H2S转化为单质硫的方法，其中克劳斯工艺通过添加整合的硫酸工艺进行改造。根据该方法，将在处理克劳斯尾气的硫酸工艺中产生的硫酸再循环到克劳斯反应炉中以进行分解和产生单质硫。
具体实施方式
为了本申请的目的，应当在假设进料气体中源自N、H、C、S和O的产物为N2、H2O、CO2和SO2的情况下定义氧气的化学计量量。如果存在少于化学计量量的氧气(也称为亚化学计量)，则这意味着并非所有进料组分都被完全氧化。对于克劳斯气体进料，这意味着在亚化学计量燃烧/反应后，工艺气体可能包含来自进料流的未转化的H2S、NH3和烃以及在O2不足的环境中形成的H2、CO、COS和CS2。
为了本申请的目的，燃料应当被定义为一种组合物，其当被O2氧化时将形成N2、H2O、CO2和SO2作为反应产物并通过反应释放大量能量。烃(例如天然气，其包含CH4和C2H6)以及H2S的混合物是典型的燃料气体，但该燃料气体也可以包含CO、NH3和H2。
为了本申请的目的，氧气(O2)被理解为包含O2的料流，例如空气、高氧空气和纯氧气，但是也可以是包含O2的工艺气体。
为了本申请的目的，硫酸工段被理解为用于将包含硫(例如H2S、SO2、COS、CS2和单质硫)的工艺气体转化为硫酸的设施。硫酸工段可以作为将硫物质氧化为SO2的催化或热工段实施，然后是将SO2氧化为SO3的工段，然后是通过冷凝水合SO3提供硫酸的冷凝器，或通过吸收硫酸中的SO3提供硫酸的吸收器，但是技术人员也已知用于生产硫酸的其他装置，例如H2O2洗涤器。
为了本申请的目的，用于硫氧化的装置应当被理解为任何接收还原硫或单质硫并将其转化为SO2的工艺设备。这种用于硫氧化的装置可以是焚化炉、催化设备或其组合。
为了本申请的目的，以单位mbarg指示的压力应理解为相对于大气压力的表压。
为了本申请的目的，术语“提供”不仅用于涵盖向工艺设备添加物理设备的步骤，还包括提供缺失的元件或重新配置现有元件以建立所述配置的步骤。
本发明涉及一种用于改进硫减排设备的改造方法，该设备包括生产单质硫的克劳斯工艺设备，所述克劳斯工艺设备包括克劳斯反应炉和1个或多个克劳斯转化阶段，每个克劳斯转化阶段包括转化反应器和用于单质硫冷凝的装置，以及配置用于接收来自所述克劳斯工艺设备的克劳斯尾气并配置用于提供氧化的克劳斯尾气的克劳斯尾气氧化装置，
所述工艺改造包括以下步骤：
a.提供生产硫酸的尾气处理设备生产硫酸，和
b.提供将在所述生产硫酸的尾气处理设备中产生的一定量或全部硫酸转移到所述克劳斯反应炉的装置，
其特征在于，再循环的硫酸中硫的摩尔数相对于从所述克劳斯工艺设备取出的单质硫的摩尔数为3％或5％至15％、20％或25％，相关益处是能够实现更高的硫减排能力和/或更高程度的硫去除，同时生产单质硫，这是一种有价值的产品，与例如硫酸相比，可以在几乎没有安全限制的情况下进行处理，同时避免克劳斯反应炉中硫酸蒸发导致的辅助燃料的过度使用。
在另一个实施方案中，浓硫酸含有90％w/w至98％w/w或98.5％w/w的H2SO4，相关益处是这种浓硫酸足够强以提供向克劳斯工艺提供氧气的益处，同时避免或减少用于硫酸蒸发的辅助燃料的需求。
在另一个实施方案中，如果克劳斯工艺设备包括两个以上的克劳斯转化阶段，改造方法包括将克劳斯转化阶段的数量限制为两个的步骤，2个克劳斯工艺阶段的相关益处是在低设备成本和压力损失下提供高转化率。
在另一个实施方案中，步骤(a)包括提供生产硫酸的尾气处理设备，该设备包括催化SO2转化器，包含对SO2氧化成SO3具有催化活性的材料，配置用于接收所述氧化的克劳斯尾气并配置用于向硫酸单元提供SO2转化器废气，配置用于通过水合SO3的冷凝或通过在硫酸中吸收SO3来生产浓硫酸，具有将SO2氧化为SO3的硫酸工艺的相关益处具有高的硫去除效率，同时具有成本效益，并且生产浓硫酸可在克劳斯反应炉中提供更高的热效率，因为必须蒸发更少的水。基于冷凝的工艺优于基于吸收的工艺，因为基于吸收的工艺需要从克劳斯工艺气体中去除水，以确保高浓度的硫酸。
在进一步的实施方案中，改造方法还包括提供用于临时储存在所述生产硫酸的尾气处理设备中产生的硫酸的装置的步骤，所述装置具有与所述生产硫酸的尾气处理设备在4小时、8小时或24小时至50小时或120小时内产生的硫酸量相对应的体积，其中所述用于储存硫酸的装置被配置用于接收来自所述生产硫酸的尾气处理设备的硫酸，并将硫酸引导至所述克劳斯反应炉，这样的硫酸罐的相关益处是在必须更换硫酸喷嘴的情况下，可以使硫减排设备稳定运行，同时保持较低的设备投资。
在另一个实施方案中，提供流量控制装置，用户可配置该流量控制装置以允许所述克劳斯尾气氧化装置的出口绕过所述生产硫酸的尾气处理设备，相关益处是在生产硫酸的尾气处理设备停止运行的情况下，允许硫减排设备运行，而不释放H2S。
在另一个实施方案中，提供催化氧化至少一定量的所述克劳斯工艺尾气的装置，相关益处是克劳斯工艺尾气的催化氧化比克劳斯工艺尾气的热焚烧更节能，这是由于催化氧化可以在200-500℃的温度范围内进行，与在850-1000℃下进行的热焚烧相比，可节省大量的辅助燃料。
在另一个实施方案中，所述催化氧化装置被配置用于接收至少一定量的克劳斯工艺尾气并与氧化剂、加热气体、再循环工艺气体和热交换器中的一种或多种组合，使得催化氧化装置入口处的温度高于200℃且催化氧化装置出口处的温度低于500℃，相关益处是该入口温度适用于催化氧化，且该温度可以通过混合可用的气流而很少或不添加热能来获得。
在另一个实施方案中，所述克劳斯反应炉设有一个或多个入口喷嘴，所述入口喷嘴被配置用于将再循环硫酸雾化至液滴尺寸分布，其中90质量％的液滴小于500μm，相关益处是这种液滴尺寸允许在克劳斯反应炉的典型尺寸内蒸发。
在另一个实施方案中，所述入口喷嘴是压力喷嘴或两相喷嘴，相关益处是这种喷嘴类型非常适合提供小液滴。
在另一个实施方案中，所述入口喷嘴位于克劳斯反应炉的气体入口下游一定距离处，对应于工艺气体的至少1秒的停留时间，相关益处是保持克劳斯反应炉的火焰温度同时还蒸发硫酸。
在另一个实施方案中，所述克劳斯反应炉扩大了一定体积，使工艺气体的停留时间增加了至少1秒，相关益处是延长停留时间，确保硫酸液滴完全蒸发。
在另一个实施方案中，克劳斯反应炉设有用于撞击的装置，例如格子壁或填充材料床，相关益处是通过碰撞破坏液滴，以确保克劳斯转化器原料气体中不存在液态H2SO4。
在另一个实施方案中，克劳斯反应炉设有用于增强湍流的装置，例如矢量壁、扼流环或与克劳斯反应炉相切的入口，相关益处是缩小克劳斯反应炉中的停留时间、温度和气体成分分布。
在另一个实施方案中，对导入克劳斯反应炉的氧气量的控制方案进行修改，以取决于基于原料和硫酸的量和组成的前馈控制和基于最终克劳斯转化阶段的入口流或最终克劳斯转化阶段的出口流中H2S与SO2的比率的反馈控制的组合。
在另一个实施方案中，克劳斯反应炉的出口被引导至吸收或转化SO3的SO3保护装置，其中所述在SO3去除中具有活性的SO3保护材料确保了在克劳斯反应中具有活性的催化剂的长时间操作，如果气相中的硫酸液滴未被完全蒸发和还原，使得可以确保克劳斯工艺设备的长期操作。
本发明涉及一种实施由包含15vol％、30vol％、40vol％或50vol％至99vol％或100vol％的H2S的原料气和再循环硫酸流生产硫的方法，该方法可包括下面的一个或多个步骤：
a.提供包含所述原料气、一定量的再循环硫酸、一定量的氧气和任选的一定量的燃料的克劳斯反应炉进料流，其中氧气的量相对于克劳斯反应是亚化学计量的；
b.将所述克劳斯反应炉进料流引导至在高温例如高于900℃下运行的反应炉，提供克劳斯转化器进料气；
c.将所述克劳斯转化器进料气冷却，并任选地从气体中取出单质硫；
d.引导所述经冷却的克劳斯转化器进料气与在克劳斯反应中有催化活性的材料接触；
e.任选地通过冷却来自所述在克劳斯反应中有催化活性的材料的流出物而取出克劳斯尾气和单质硫；
f.将包含所述克劳斯尾气、氧气和燃料的料流作为原料气引导至在高于900℃的温度下运行的克劳斯尾气燃烧器或催化氧化装置，提供富含SO2的转化器进料气；
g.冷却所述富含SO2的转化器进料气，提供冷却的SO2转化器进料气；
h.引导所述SO2转化器进料气与在将SO2氧化成SO3中有催化活性的材料接触，提供富含SO3的气体；
i.通过将SO3吸收到硫酸中或将SO3水合，将所述富含SO3的气体转化为浓硫酸，冷却和冷凝硫酸；
其中所述再循环硫酸流包含一定量的所述浓硫酸，相关益处是这种方法具有高转化率和热效率并且避免不希望的硫酸的形成。使用在高于900℃下操作的克劳斯反应炉和克劳斯尾气燃烧器具有确保存在的成分完全转化的效果，并且除了原料气之外还可任选地需要存在燃料。此外，克劳斯反应炉内会发生均相克劳斯反应，从而在克劳斯转化器进料气冷却时可以将单质硫排出。进料到克劳斯尾气燃烧器的料流通常可以包括作为来自克劳斯尾气的燃料的H2S和/或包含H2S、烃或其他燃料的单独料流。除了提到的工艺步骤之外，该方法还可以包括其他步骤，例如用于将温度(或以其他方式调节工艺流)改变到适合发生工艺的范围的热交换。然而，本发明公开的其他方面还可能涉及各个步骤的其他方面，因为本发明集中于通过改造在现有工艺设备中实施该工艺和类似工艺。
在另一个实施方案中，克劳斯反应炉原料气包含小于0.1vol％的非单质氮，例如NH3，相关益处是避免形成例如可能会堵塞克劳斯冷凝器的氨盐。
在另一个实施方案中，克劳斯反应炉的进料流包含小于50％、20％、10％或1％的单质氮，相关益处是由于减少了N2的存在，在克劳斯反应炉中提供了一个具有高温的工艺，并减少了工艺气体的体积。这可以通过使用纯O2或富氧空气作为氧源来实现。
在另一个实施方案中，所述克劳斯转炉进料气的H2S:SO2比率低于4:1、3:1或2:1，相关益处是这种进料气向克劳斯尾气燃烧器提供含有H2S的克劳斯尾气，由于H2S氧化会释放大量能量，因此最大限度地减少了添加燃料气体的需要，而SO2在克劳斯尾气焚化炉中不释放能量。
在另一个实施方案中，所述克劳斯转炉气的H2S:SO2比率低于1.6:1、1.8:1或2:1，相关益处是具有基本上不含H2S的克劳斯尾气。在下游硫酸装置中，这可能是一个优势，因为SO2在没有SO2转化催化剂的情况下不会氧化，因此可以通过催化H2S氧化(含H2S的原料气的受控旁路)和催化H2S氧化附近的工艺气体再循环的组合来预热克劳斯尾气，从而可以严密控制H2S氧化催化剂上的温度升高。由于克劳斯尾气中H2S浓度未知和/或变化，H2S氧化催化剂过热的风险很高。
在另一个实施方案中，该方法进一步包括将一定量的另外的原料气引导至所述克劳斯尾气燃烧器的步骤，相关益处是为硫酸工艺提供额外的硫和燃料。另外的原料气可包含杂质(其可在硫酸工艺中的处理之前被焚烧)，和/或硫化氢和可有助于硫酸生产和在克劳斯气燃烧器中燃烧的其他燃料。如果另外的原料气包含大量惰性气体或无硫燃料，则该工艺还具有避免由于非贡献流而导致克劳斯转化器尺寸增加的优点。另外的原料气可以与原料气来自相同的来源，也可以来自不同的来源。
在另一个实施方案中，所述另外的原料气包含超过5vol％的非单质氮，例如氨，相关益处是能够使工艺中在克劳斯反应炉的亚化学计量气氛中难以氧化的非单质氮成分被引导至克劳斯尾气燃烧器。如果另外的原料气是包含H2S、NH3和H2O(其中克劳斯工艺中只有H2S是期望的，而NH3在克劳斯工艺中是有问题的，因为氨盐可能会造成堵塞)的酸性水汽提塔(SWS)气体，则这种工艺可能特别有益。取而代之的是，这种SWS气体可以被引导到硫酸设备，在那里处理NH3是众所周知的。
在另一个实施方案中，另外的原料气中硫的量为从该工艺中取出的单质硫总量的至少1％、2％或5％，相关益处是这种原料气能够提供热能，同时也有助于减硫。
在另一个实施方案中，在克劳斯反应中有催化活性的材料包含经活化的铝(III)氧化物或钛(IV)氧化物，具有的相关益处是，这种材料提供生产单质硫的有效方法。
在另一个实施方案中，步骤(d)在200mbarg至700mbarg的压力、200℃至350℃的温度和800Nm3/h/m3至3000Nm3/h/m3的空速下进行，具有的相关益处是，这样的条件对于单质硫的生产是有效的。
在另一个实施方案中，步骤(d)在100℃至150℃的温度下进行，并且步骤(e)包括以下步骤：周期性地加热所述在克劳斯反应中有催化活性的材料，以允许以液相或气相取出冷凝的单质硫，具有的相关益处是，低温有利于实现SO2和H2S转化为硫的非常高的转化率，这既是由于在低温下的有利平衡，也是由于通过去除反应产物来转移平衡。
在另一个实施方案中，所述在将SO2转化成SO3中有催化活性的材料包含钒，具有的相关益处是，这种材料提供用于生产硫酸的有效方法。
在另一个实施方案中，所述步骤(h)在50mbar g至200mbar g的压力、380℃至520℃的温度和每个催化剂床800Nm3/h/m3至1500Nm3/h/m3的空速下进行，具有的相关益处是，这样的条件对于将SO2氧化形成SO3是有效的。在另一个实施方案中，硫酸的再循环流中的硫的量高于从工艺中取出的单质硫的总量的1％、3％或5％并且低于该总量的17％、21％或25％。高于下限的再循环的益处是提供减少工艺气体体积的效果，而低于上限的再循环避免了必须向克劳斯反应炉添加额外的燃料从而导致额外的工艺体积和运行成本的情况。
在另一个实施方案中，所述硫酸的浓度为至少80w/w％或90w/w％，相关益处是这种酸以从H2SO4释放的O2形式向克劳斯工艺提供额外的氧化剂，同时最大限度地减少在克劳斯反应炉中必须蒸发的水量。
在另一个实施方案中，在所述克劳斯反应炉中，在使用压缩空气的两相喷嘴或压力喷嘴中将硫酸的再循环流中的硫酸雾化，并且其中在克劳斯反应炉中的停留时间为至少0.5秒、1秒或1.5秒，具有的相关益处是，这种停留时间足以使硫酸液滴完全蒸发。
在另一个实施方案中，引导至克劳斯反应炉的组分的摩尔比H2S:O2为至少2.5，具有的相关益处是，由于来自H2SO4的热分解的贡献，这样的低氧气进料能够实现H2S到SO2的亚化学计量的部分转化，添加剩余的O2从而在克劳斯尾气中获得期望的为2.0的H2S:SO2比。
在另一个实施方案中，一定量的所述硫酸来自除克劳斯尾气处理设备之外的来源，相关益处是提供额外的硫酸至单质硫的转化。
在另一个实施方案中，一定量的SWS气体包含20-50％NH3、20-50％H2S和余量的至少80％是H2O，其作为额外的原料导入到一个或多个所述克劳斯反应炉和所述克劳斯尾气处理中。
在另一个实施方案中，将工艺中的一定量的气体冷却并引导至上游的位置以控制工艺温度，具有的相关益处是，能够实现高放热工艺的温度的主动控制。
在另一个实施方案中，通过与热的工艺流进行热交换来预热引导至所述克劳斯反应炉的一个或多个料流，具有的相关益处是，最小化或避免了对实现用于蒸发硫酸和原料转化的期望温度的辅助燃料的需求。
在另一个实施方案中，通过与热的工艺流进行热交换来预热引导至所述克劳斯尾气燃烧器的一个或多个料流，具有的相关益处是，最小化或避免对实现燃烧和随后SO2氧化的期望温度的辅助燃料的需求。
在另一个实施方案中，通过热交换(例如床间热交换或内部冷却的催化反应器)来冷却用于将SO2氧化为SO3或将H2S氧化为单质硫的所述催化活性材料中的至少一种和/或从所述催化活性材料中的一种中取出的至少一种产物，具有的相关益处是，能够通过床间热交换或具有管状或热板冷却回路的内部冷却的催化反应器(例如沸水反应器)实现高放热过程的温度的主动控制。
本发明描述了用硫酸工艺对克劳斯进行的改造，其可以有效地生产工艺设备所需的硫酸量，或者甚至避免产生硫酸并将过量的硫酸转化为单质硫，所述单质硫可以被运输到其他地点。
为了实现向单质硫的最大转化率，必须将1/3的H2S转化为SO2。
H2S+1.5O2->SO2+H2O (1)
通过控制克劳斯反应炉中的氧气量，控制H2S和SO2之间的化学计量比。氧气通常由大气提供，但也可以是高氧空气，甚至是纯O2。
添加到克劳斯反应炉的氧气还必须考虑进料流中NH3、CO、H2和烃的量。
如果克劳斯反应炉中的燃烧温度低于1100℃，则例如NH3的转化可能不完全。这样的结果是，克劳斯转化器进料气可能会形成可能堵塞克劳斯冷凝器的氨盐(例如(NH4)2SO4和(NH4)2S2O3)。
然后在通常在高于200℃的温度下，在催化活性材料(例如经活化的氧化铝(III)或氧化钛(IV))的存在下，通过以下反应，将经部分氧化的克劳斯转化器原料气转化为单质硫：
2H2S+SO2->3/8S8+2H2O (2)
通常3-4个克劳斯转化器串联运行，以将转化率提高到最大，这会增加克劳斯设备的成本。
克劳斯工艺中的温度控制对于确保催化转化器中形成的单质硫保持气态，直到在所期望的工艺位置进行冷凝非常重要。进一步的限制与这样的事实有关：因为克劳斯工艺是放热的，因此在低温下运行是有益的。
上述方法的可替代方法是所谓的亚露点克劳斯工艺，其中催化活性材料在单质硫不处于气相的温度下操作。这种亚露点克劳斯工艺将需要一个适当的方案来取出经冷凝的单质硫，例如通过使温度脉动并用惰性气体吹扫单质硫。
即使串联使用3-4个克劳斯转化器/冷凝器/再热器，硫回收率也无法达到约98％以上，这不足以满足大多数环境法规的要求。因此，克劳斯设备通常配备有所谓的克劳斯尾气解决方案，其中上述亚露点工艺就是一个例子。存在许多具有不同特征的尾气工艺。为了达到非常高的去除效率，这些克劳斯尾气设备变得复杂，并且成本接近克劳斯设备本身。
产生的单质硫通常不直接在产生含H2S的废物流的设备中使用，但是单质硫易于运输到其他地点并可以长期保存。
克劳斯工艺的一种常见可替代方法是例如通过所谓的湿硫酸工艺将H2S转化为硫酸。产生的硫酸可用于设备的其他化学过程中。湿硫酸工艺也可以构成克劳斯工艺设备的尾气净化。在这种关系中也可以使用类似的干硫酸工艺。
硫酸工艺将H2S氧化成SO2，和将SO2氧化成SO3，随后将SO3水合成硫酸，后者是通过在所谓的湿硫酸工艺中与气相中的水反应或通过在所谓的接触法或干法中吸收在浓硫酸中而实现的。在通常包含钒的催化活性材料的存在下，SO2氧化为SO3期间的反应温度将在400-500℃的范围内。通常，湿硫酸工艺生产的硫酸的浓度范围为92％-98％，而干硫酸工艺也可以生产浓度超过98％的硫酸。
此外，从高度放热的硫酸工艺中收集从30barg到80barg范围内的热的高压蒸汽也是吸引人的，而克劳斯工艺只能提供低压和明显更少量的蒸汽。这种高温/高压蒸汽将例如通过预热工艺气体而允许在工艺中进行有效的热整合。
然而，即使硫酸是市售交易的，大量硫酸的生产也可能没有吸引力，因为硫酸的运输是复杂且受管制的。
在硫酸工艺(干法和湿法)中发生的反应是：
H2S+1.5O2->SO2+H2O (3)
SO2+0.5O2->SO3 (4)
SO3+H2O->H2SO4 (5)
克劳斯硫酸工艺的整体反应可以根据以下描述：
H2S+2O2->H2SO4 (6)
湿硫酸工艺作为一种普通的克劳斯尾气改造解决方案，以比替代方案更低的资金投入和运行成本提供了一种满足环境法规要求的解决方案。迄今为止，湿硫酸工艺的唯一缺点是，硫酸产物并非总是期望的。借助新发明，通过添加硫酸工艺改造的整合克劳斯工艺将消除这一缺点，同时提高克劳斯设备的产能。
现已认识到，通过添加湿硫酸工艺对现有克劳斯工艺进行改造可以有利地通过将所有或基本上所有产生的硫酸再循环到克劳斯反应炉中来进行。根据本发明的克劳斯/湿硫酸工艺的整合将消除硫酸产品不便的缺点，同时减小克劳斯工艺和湿硫酸工艺的设备尺寸。
硫酸的燃烧是湿硫酸设备中废硫酸的再生中已知的，但尚未在克劳斯工艺的反应炉中或在克劳斯工艺条件下进行过。
在将硫酸注入到硫酸蒸发区中时，将发生以下总体反应：
H2SO4+3H2S→2S2+4H2O (7)
要完成此总体反应，必须完成以下反应：
H2SO4(液体)→H2SO4(气体) (8)
H2SO4(气体)→H2O(气体)+SO3(气体) (9)
SO3(气体)→SO2(气体)+0.5O2(气体) (10)
反应(8)是常见的蒸发反应，其中用于加热液体以及蒸发水和硫酸所需的能量由周围的热的工艺气体提供。硫酸完全蒸发的效果是，气态H2SO4的腐蚀性远低于液态H2SO4液滴。
反应(9)是吸热解离反应，其在高于600℃的温度下几乎瞬时发生。此时，一些SO3将开始与H2S反应形成SO2、H2O和单质硫。
反应(10)是吸热分解反应，其在高于900℃的温度下是快速的。在富含氧气的气氛中，化学平衡阻止了完全解离，但在还原性气氛中，O2产物的去除(通过与H2S反应)将允许完全分解。在这些升高的温度下，H2S和O2之间的反应非常快。
由于在硫酸蒸发区中的停留时间通常为1-2秒，因此必须确保反应8、9、10和1在此时间内完成。当工艺气体被冷却(即在克劳斯废热锅炉中)时，反应速率急剧下降，进一步的转化将是微不足道的。
在下游的克劳斯反应器中，与催化剂接触的工艺气体中存在O2和/或SO3将导致催化剂由于“硫酸化”反应而失活，其中催化活性的氧化铝或氧化钛被转化为无催化活性的硫酸铝或硫酸钛，因此这些反应器中的单质硫的形成将减少，从而导致去往下游的尾气硫酸设备的未转化的硫物质增加，并增加了向大气的排放。
此外，工艺气体中的SO3在通过硫冷凝单元的过程中可能与水结合并冷凝，并在单质硫产品中形成硫酸，这会导致工艺设备的腐蚀。
为了消除来自硫酸蒸发区的任何未转化的SO3在克劳斯转化器和单质硫冷凝器中导致操作问题的风险，可以优选地在废热锅炉的出口与第一单质硫冷凝器或第一克劳斯催化反应器之间安装催化反应器。催化剂可有效地通过反应炉废气中存在的H2S和H2将SO3还原为无害的SO2和/或单质硫。
如果在克劳斯尾气硫酸工艺中产生的所有硫酸都被引导到克劳斯反应炉，则可以操作克劳斯工艺，其中H2S的减少利用了硫酸设备的非常高的去除效率和热效率，并且其中的唯一产物是单质硫，其易于处理和运输。
此外，通过硫酸的再循环，通过H2SO4的分解释放O2，从而减少燃烧氧化剂的添加量，如果氧化剂是大气，则具有大大减少工艺体积的好处，因为大气包含接近80％的惰性N2，即每体积O2有4体积的N2。
基于空气作为去往克劳斯反应炉的氧气载体，总的克劳斯反应为：
4H2S+2O2+8N2→2S2+4H2O+8N2 (11)
类似地，基于H2SO4作为去往克劳斯反应炉的O2载体，总的克劳斯反应为：
3H2S+H2SO4→2S2+4H2O (12)
比较这两个反应，很明显，H2SO4是出色的O2载体，并且与大气相比具有将克劳斯尾气体积流量减少67％的(理论)潜力。
将一定量的原料气旁路到克劳斯尾气燃烧器也可能是有益的，因为原料气具有热值，可用于克劳斯尾气燃烧器，从而减少添加辅助燃料的需求。如果存在两种原料气源，即一种不含NH3的原料气，另一种含有NH3的原料气，这可能更有利，因为反应炉区的亚化学计量条件阻碍了NH3的完全氧化。所谓的酸水汽提器(SWS)气体，主要包含相似量的NH3、H2S和H2O，是这种含NH3原料气的例子。
在用于处理SWS气体的克劳斯工艺中，需要在克劳斯反应炉中完全破坏NH3，否则会形成氨盐，如(NH4)2SO4和(NH4)2S2O3，并堵塞最终的单质冷凝器。特殊的高强度(两级)燃烧器能够达到热分解NH3所需的高温，但需要准确控制两个独立流中的酸性气体。
然而，在硫酸设备中处理SWS气体是众所周知的，因为在1000℃左右的温度下用过量氧气可以将NH3完全氧化为N2和NO。因此，可能需要配置具有两个热阶段的整合的克劳斯/硫酸工艺，用于将包含H2S和少量或不含NH3的第一原料引导至克劳斯反应炉，同时将包含NH3的气体，例如SWS气体引导至克劳斯尾气焚化炉。在这种配置中，可能需要设计硫酸设备以包括在基于钒的催化剂存在下通过NH3选择性催化还原(SCR)NOx的工段。
在设计克劳斯燃烧器和反应炉时，碳氢化合物(例如CH4和BTX)以及NH3(如果存在)的破坏通常决定了操作温度和停留时间。这些物质突破到催化克劳斯工段可能导致催化剂结垢、单质硫冷凝器失活和堵塞，从而导致计划外的停机。
考虑到H2S的反应(反应1和2)通常被认为是快速的，且不会是决定速度的反应。
根据经验，考虑到缓慢混合和温度/组成梯度的影响，要完全破坏烃，需要1000-1050℃的温度。类似地，需要1200-1250℃以确保反应炉中NH3的正确破坏。
为了达到如此高的温度，尤其是在具有低热量值的进料气体的情况下，可能需要选择进料气预热、氧气富集、酸性气体分级和/或燃料气共燃烧。
在例如炼油厂中，通常会有浓缩的酸性气体(>80vol％H2S)以及含NH3和H2S的气体(酸性水汽提塔(SWS)气体，包含20-50％NH3、20-50％H2S和余量的至少80％为H2O，含量相似)，其中硫输入的大部分存在于酸性气体中。然后可以将反应炉区配置为接受全部量的SWS气体和燃烧空气以及一定量的酸性气体，使得反应炉区的温度约为1200至1250℃，并在添加硫酸之前实现完全的NH3破坏，其中注入硫酸、任何雾化介质和剩余的酸性气体。
在天然气工艺设备中，去往克劳斯设备的原料气将包含较低浓度的H2S(通常<60vol％)，并且将包含烃，这需要高于1000-1050℃的温度以确保烃的完全破坏。在这种情况下，优选的选择最有可能是将全部量的酸性气体引导到反应炉区中。
整合方法还可以受益于在克劳斯反应炉中使用高氧空气或基本上纯的氧气。使用高氧空气的益处在于减少了工艺气体中惰性氮气的含量，从而减少了工艺气体的体积，减小了设备尺寸。不被氮气稀释也具有提高燃烧温度的作用，如果存在需要完全转化的杂质，这可能是有益的，特别是因为克劳斯反应炉中的氧气量是亚化学计量的。由于克劳斯催化剂对诸如轻质烃的杂质的存在敏感，因此通常有利的是，使克劳斯反应炉与高氧空气一起运行以达到升高的温度，以使杂质完全氧化。这还具有能够进行初始均相非催化的克劳斯转化的其他益处，该转化可以在高于900℃的温度下进行。
然而，从热效率的角度来看，高燃烧温度可能受到克劳斯反应炉和下游的废热锅炉中建造材料的选择的限制。对于高浓度的H2S进料气，氧气富集会使工艺气体温度升高到材料的设计温度以上。然而，H2SO4再循环(通过蒸发和酸分解冷却工艺气体)的组合将可以在这种布局中利用富集的氧气。
克劳斯尾气燃烧器将通常以大气运行，此外，将具有低浓度的硫物质的气体引导到焚化炉也可能是有益的，因为与克劳斯反应炉中发生的部分氧化相比，硫物质的完全燃烧释放显著更多的能量。
结果，可能有益的是，将包含高浓度H2S的原料气引导到克劳斯设备，而将浓度较低的原料气以及包含NH3的原料气旁路至克劳斯尾气燃烧器。
一个例子可能是，到达硫减排设备的原料气是一种高度浓缩在H2S中的酸性气体和一种包含NH3的SWS气体。此处，硫酸设备可配置为接收全部量的SWS气体，从而节省克劳斯尾气燃烧器中的燃料并消除克劳斯设备中与克劳斯反应炉中NH3的不完全破坏相关的操作问题。
如果克劳斯尾气燃烧器仅接收仅包含有限量的H2S的克劳斯尾气，则热值太低而无法维持稳定的燃烧。在那种情况下，需要添加辅助燃料。这种辅助燃料可以是H2S、SWS气体或烃进料，但优选使用一定量的现有的去往整合的克劳斯和硫酸设备的原料气。
克劳斯工艺和硫酸工艺之间的整合具有整合优势。这些包括通过提供硫酸形式的氧化剂(其可以替代大气)来减少克劳斯工艺中的体积流量的可能性。另外，可以优化原料气的使用，使得可以将包含对单质硫的产生有大贡献的燃料的原料气引导至克劳斯工艺，而将对热能和非反应性产物(例如CO2)有贡献的原料气引导至硫酸工艺。当该方法被设计为再循环过多量的硫酸时，可能需要额外的燃料以提供硫酸蒸发和解离所需的热量。
在一个优选的实施方案中，将克劳斯尾气硫酸设备中产生的硫酸冷却并引导至中间储罐。原则上，由于克劳斯反应炉被设计为接受来自硫酸设备的全部硫酸产物，因此可以省略硫酸储罐。但是，为了确保整个设备的高可靠性，罐的安装允许克劳斯设备在没有硫酸注入同时硫酸设备仍在运行的情况下(短时间)运行。在启动和关闭期间以及如果需要维护硫酸喷枪/喷嘴时，会出现这种情况。如果硫酸是期望的产品，该罐也使得能够取出硫酸产品，并且还允许从其他来源输入硫酸。
在4小时到120小时的硫酸生产中，1-4天的储罐容量是储罐成本与克劳斯+克劳斯尾气硫酸设备灵活性之间的良好折衷。硫酸产量通常约为0.1m3硫酸/吨单质硫。
除湿法硫酸工艺外，其他硫减排设备也可生产硫酸。第一个例子是SNOX工艺，其中NOx的选择性催化还原与湿法硫酸工艺相结合，这种布局特别适用于SO2低于1vol％的烟道气。同样相关的是H2O2洗涤器，它通常适用于SO2浓度低的小废气量，其中SO2与H2O2直接反应形成H2SO4。此外，可以考虑通过在硫酸中吸收来操作的干硫酸工艺。在进料气进入反应器并向上通过活性炭床的过程中也会产生硫酸，在活性炭床中二氧化硫在氧气和水的存在下通过湿催化转化为硫酸。来自所有这些和其他来源的硫酸也可能有益于直接进入克劳斯反应炉。
然而，随着硫酸浓度的降低，将硫酸注入克劳斯反应炉的效益降低，这是由于水蒸发所需的额外能量和硫酸进料中水量增加导致工艺气体流量增加的结果。通过与H2O2和活性炭工艺反应产生的硫酸通常太低，无法与克劳斯设备进行有益的整合。
因此，在再循环至克劳斯反应炉之前在酸浓缩器中进一步浓缩克劳斯尾气硫酸设备中生产的硫酸可能是有益的。这种浓缩设备的运行将需要能量以从硫酸中蒸发出水，但是随后在克劳斯反应炉中该能量的大部分得到节省。益处是在硫酸蒸发区中的工艺气体温度的较低降低，以及通过克劳斯设备和克劳斯尾气设备的工艺气体流量的降低。
如果使用硫酸冷凝器，也可以通过降低工艺气体中的H2O浓度来增加硫酸浓度。克劳斯尾气通常含有25-30vol％的H2O，降低浓度不仅会增加硫酸浓度，而且会显著降低硫酸设备中的工艺气体流量。然而，降低工艺气体中水浓度的成本非常高，因为工艺气体温度应该降低到50-60℃以下以冷凝大部分水，而且水会被单质硫、H2S、SO2和/或H2SO4污染，因此需要进一步处理。
这两个工艺的整合还能够实现这样的方法：其中克劳斯工艺的操作可以以低转化率(例如90％或95％)进行，因为与添加额外的克劳斯转化器阶段相比，在硫酸工艺中进行额外的转化可能更便宜。
标准的克劳斯设备布局要求进料气中的H2S>50vol％，才能在克劳斯反应炉中实现热自持。在较低的H2S浓度下，需要进料气预热和所谓的分流配置。很少见到克劳斯设备处理具有少于10-20vol％H2S的原料气。另一方面，硫酸工艺非常有效地处理这些所谓的贫H2S气体，从而产生浓硫酸。硫酸产物就硫和氧而言是高度浓缩的。
处理贫H2S(和/或其他硫化合物)气体的硫酸设备与处理富含H2S的气体并从硫酸设备接受酸的克劳斯设备的组合将是有利的装置，因为去往克劳斯设备和硫酸设备的进料流在转化效率、热效率和设备尺寸/成本方面是最佳的。
通过添加硫酸的工艺改造克劳斯工艺也可以用于优化进料的处理。硫酸工艺，尤其是湿硫酸工艺的优点是非常适合于受污染的进料，包括上文所讨论的含有氨的SWS气体、含有有机杂质和适量无机杂质的“脏硫”、稀的H2S、SO2和其他含硫化合物的稀释流，包括来自燃烧器的烟道气和FCC气体。类似地，与之相比，富含H2S的气体(其必须在湿硫酸设备中进行处理之前被稀释)可以直接用于克劳斯工艺。
克劳斯设备可包括热步骤和1-3个催化步骤，其中H2S与SO2反应形成单质硫，单质硫在1-4个冷凝器中排出。硫回收要求决定了所需的催化步骤的数量。根据经验，热步骤后的累积硫回收效率为60-75％，第一个催化步骤后为85-88％，第二个催化步骤后为94-97％，第三个催化步骤后为97-98％。超过98％的硫回收率通常需要所谓的克劳斯尾气处理设备TGTP，其中有十多种技术可供选择，具体取决于硫回收需求和技术成本。
如果克劳斯设备需要改造或升级以提高硫回收率、产能和/或降低排放，所需的硫回收率在很大程度上会选择该技术。对于99.9％及以上的硫回收率，通常选择基于胺的TGTP，其中所有含硫物质首先通过与H2反应还原为H2S，H2S在胺溶液中被捕获并在汽提单元中释放并作为浓缩的H2S气体返回克劳斯反应炉。该技术的特点是资金成本高，运行成本高。
另一种选择是安装硫酸设备作为TGTP。最近已经确定，这种配置可以受益于将捕获的硫以浓硫酸的形式再循环到克劳斯反应炉。该技术的特点是提高了克劳斯设备的产能，降低了资本和运营成本。
选择TGTP的另一个重要因素是可用性，也就是说，TGTP的工艺跳闸(即因运行条件超出范围而安全停机)不必然导致克劳斯设备的关闭，因为这种关闭将导致上游设备，例如用于燃料脱硫的加氢处理设备的关闭。对于炼油厂来说，加氢处理设备的这种关闭将是非常昂贵的，因此是不受欢迎的。
用硫酸设备改造或升级克劳斯设备作为TGTP和硫酸再循环将至少涉及以下一些工艺改进：
-在第二个催化克劳斯转化器之后拆除硫冷凝器下游与克劳斯工艺相关的工艺设备，
-对克劳斯燃烧器和反应炉设计的评估，包括在不影响主火焰的情况下定位硫酸喷嘴，在克劳斯反应炉中可能安装液滴撞击装置(例如格子壁)等。
-更新克劳斯设备的跳闸系统和控制系统
-设计和安装新的硫酸设备和硫酸储罐或整合现有的硫酸设备。
-克劳斯反应炉硫酸进料系统的设计和安装，如雾化喷嘴、泵和进酸系统的监控。
-对现有尾气燃烧炉和烟囱再利用的评价
-评估总设备利用率的影响
对用硫酸设备TGTP改造的优选克劳斯设备布局是具有2个催化阶段的布局，这种克劳斯设备的硫回收率在94-97％的范围内，而导入硫酸设备的3-6％的硫被有效地转化为浓硫酸，浓硫酸可以再循环到克劳斯设备的热阶段。
拥有3个催化克劳斯阶段将对克劳斯设备产生很高的成本影响，但对硫酸设备的规模和从运营的角度来看只有很小的影响，第3阶段的额外压力损失和克劳斯设备的额外复杂性并没有为克劳斯+硫酸TGTP组合带来净优势。
如果将硫酸TGTP中的全部硫酸生产循环到克劳斯设备的热阶段，那么在大多数情况下只有一个催化阶段将是非最佳的，因为这需要将12-15％的硫以硫酸的形式添加到克劳斯反应炉中，这可能会使热阶段难以在最佳温度下运行。然而，如果在热克劳斯阶段的燃烧中使用富含空气和/或燃料气体，则这种布局将是可能的。
关于H2S排放的环境法规非常严格。因此，克劳斯设备包括一个尾气焚化炉，它将未转化的H2S转化为SO2。根据当地的环境法规，也可以安装尾气处理设备，在尾气导入烟囱之前从尾气中去除SO2。尾气焚化炉通常设计用于处理具有基于TGTP入口的成分的克劳斯尾气，允许TGTP设备绕过克劳斯设备，即尾气进料的设计热值可能高于正常运行。为了最大限度地减少燃气消耗，工作温度通常为900℃，这将确保烟囱的排放符合环境法规。停留时间通常为1秒。其他焚化炉可以使用例如更低的温度(例如800℃)和/或更长的停留时间(高达10秒)，并且需要逐案评估以评估是否可以重新使用焚化炉。重复利用焚化炉将大大降低改造工程的成本。
在处理含H2、H2S、COS、S8和CS2气体的湿式硫酸设备中，焚化炉通常在1000℃下运行，停留时间为1秒，以确保含硫化合物完全转化为SO2。乍一看，温度和停留时间的增加会被认为需要更换尾气焚化炉。
然而，对于现有焚化炉是否可以使用的评估将包括许多考虑因素，包括材料的热稳定性、容积容量和停留时间。
通常，温度从900℃增加到1000℃对相关的建筑材料来说并不重要，因为耐火材料具有高度耐热性。
由于为了达到1000℃而增加的辅助燃料量所导致的体积要求的增加对于体积容量或停留时间来说只是次要的。此外，通过预热克劳斯尾气从SO2氧化中回收热能的可能性将减少对辅助燃料的需求。最后，对整合工艺的详细分析表明，由于克劳斯反应炉中燃烧空气的需求减少，总工艺气体流量可能会减少。因此，认识到尾气焚化炉经常可以重复用于用来自硫酸尾气处理设备的再循环操作的克劳斯加工设备中。
综上所述，对于大部分进入克劳斯设备的进料流，酸再循环以减少克劳斯尾气流量，使用预热克劳斯尾气和助燃空气将允许用硫酸设备改造克劳斯设备后，重复使用现有的焚化炉(参见图2)。
在克劳斯尾气焚化炉中，所有的硫化合物都将被氧化为SO2，而几个百分比的SO2将被进一步氧化为SO3。由于克劳斯尾气的热值太低而无法维持稳定的火焰，因此需要添加燃料气体。燃料气体通常是基于烃的(例如天然气)，但是也可以是去往上游克劳斯设备的进料气体，例如含有H2S的气体和还含有NH3的所谓的酸性水汽提气。使用酸性水汽提气作为燃料将产生NOx，该NOx可在SCR反应器中有效去除，该反应器可位于SO2转化器的上游。用于SCR反应的NH3可以从外部存储设备提供，也可以从酸性水汽提气中获取。
由于克劳斯尾气不含O2，因此必须添加O2，通常以大气形式添加。
来自克劳斯焚化炉的废气然后经过一步或两步冷却，达到370-450℃的温度，这是SO2转化器的典型入口温度，在SO2转化器中，在包含氧化钒的催化活性材料的存在下，SO2通过与O2反应而催化转化为SO3。
可能有必要在SO2转化器上游以大气形式添加O2，因为现有的尾气焚化炉通常被设计为在废气中以低过量O2运行。因此，向焚化炉添加将下游SO2氧化为SO3所需的额外空气可能是不可行的，因为它会增加燃料消耗并减少在焚化炉中的停留时间。
在SO2转化器中，安装1-3个催化剂层，其具有整合冷却，通常通过位于每个层下方的热交换器进行冷却，以除去反应热并控制下一个催化剂层的入口温度。这些床间热交换器通常使用高压蒸汽作为冷却介质，但也可以使用高压水、熔融传热盐、工艺气体和空气。SO2氧化催化剂是基于钒的。SO2转化器中的SO2转化效率通常高于99％，从而确保从进料气中去除大于99.9％的总硫。
将SO2转化器废气冷却并引导至硫酸冷凝器，在其中进一步冷却该气体，SO3与H2O反应形成H2SO4并以浓度为90-98％w/w的浓硫酸的形式冷凝。将热的浓硫酸从冷凝器中取出，在再循环回路中冷却，然后泵送到储罐中。可以将其从那里再循环到克劳斯设备，并注入到克劳斯反应炉中，以进行蒸发、分解并形成单质硫。
离开硫酸冷凝器的经冷却的气体基本上不含硫酸，并且可以被引导至烟囱，其通常可以是现有的烟囱。
硫酸冷凝器中的冷却介质是大气，它通过玻璃壁(通常是管)进行热交换，从而间接从工艺气体中接收热量。冷却空气可以在管的内部或外部，并且会在180℃至270℃的温度下离开冷凝器。一部分热空气可用作焚化炉中的燃烧空气，和/或在SO2转化器的上游添加，以提供用于SO2氧化的O2。
如果结论是现有的焚化炉由于某种原因不能再利用刚才描述的标准硫酸设备布局(参见图2)，则可以采用半催化硫酸设备布局(参见图3)。
在另一种半催化硫酸设备布局中，克劳斯尾气可以选择性地在现有焚化炉的上游进行预热和分流：一部分被引导至焚化炉中，用于对含硫化合物(以及H2和CO)进行热破坏，而另一部分则绕过焚化炉并与热的焚化炉废气混合。有了这种布局，在焚化炉中获得所需的温度和停留时间不会有任何问题，且事实上，与焚化炉处理整个克劳斯尾气的正常运行相比，燃料气体消耗量会大大减少。
将来自焚化炉的900-1000℃的废气与预热的克劳斯尾气混合，从克劳斯尾气产生具有H2S、S8、COS、CS2、CO和H2的半氧化工艺气体，但由于用热的焚化炉废气稀释，其具有更低的浓度和更高的温度。混合温度通常在400-750℃的范围内，并且在此温度下，H2S和CS2会通过气相反应而被容易地氧化。残留的COS、CO和H2将需要催化氧化，因此必须将这种半氧化的工艺气体冷却至最佳的氧化催化剂温度。气体冷却可使用例如产生蒸汽的废热锅炉、蒸汽过热器、气体/气体热交换器或任何其他单独或组合的热交换器进行。
H2、COS、CS2和CO的催化氧化反应是使用掺杂有贵金属的催化剂进行的，该催化剂必须耐硫化合物。这样的催化剂描述在例如EP 2878358中，其通常包含V、Ti和Pd。
催化氧化反应器中的温度升高将优选使工艺气体温度达到下游SO2转化器和SO2氧化催化剂入口处的的期望值，通常在370-450℃的范围内。催化氧化反应器中的温度升高可以通过绕过焚化炉的克劳斯尾气的分数和/或焚化炉出口和催化氧化反应器入口之间的热交换器中的除热程度来控制。
在SO2转化器中，安装了一个或多个催化剂层，以确保所需的SO2向SO3的氧化，从而可以达到排放目标。由于SO2氧化反应是放热且可逆的，因此必须除去热量，以实现SO2转化的最佳热力学条件。通常，使用蒸汽发生器、蒸汽过热器和/或气体/气体热交换器在安装在催化剂层之间的热交换器中取出热量，同时确保冷却介质始终保持在工艺气体中的硫酸露点温度以上。
焚化炉、催化氧化反应器和SO2转化器消耗O2，并且此O2作为大气或富含O2的空气供应到焚化炉和/或在焚化炉出口和催化反应器入口之间的位置添加。为了减少焚化炉中的燃料消耗并降低热交换器成本，在紧邻催化氧化反应器的上游添加尽可能多的必要空气。原则上，该空气可以在催化氧化反应器和SO2转化器之间分配，但是由于两个空气控制系统而导致的设备复杂性增加，很可能超过通过催化氧化反应器的工艺气体流量略低的好处。
向克劳斯尾气供应氧气的另一含义是确保所形成的克劳斯尾气(包括可燃气体)、燃烧器废气和空气(包括氧气)的混合物不会形成爆炸性混合物，其伴有在设备中引起不受控制的氧化(爆炸)的风险。可以通过确保可燃物的浓度安全地低于所谓的较低可燃性水平LFL，或O2的浓度低于所谓的极限氧气浓度LOC来实现这种情况。保持低于混合物的LFL要求通过大量来自燃烧器的工艺气体和/或含O2的气体(通常为空气)来稀释克劳斯尾气。保持低于混合物的LOC要求对O2的添加进行良好的控制，以使其不会超过安全值。这种方案通常需要在一个或多个阶段中添加含O2的气体。
策略的选择最好在了解克劳斯尾气的组成和可燃物波动程度(很可能是在尾气中)的情况下进行。上游克劳斯设备的不正常状态可能导致可燃物浓度增加，例如H2S将增加气体的热值，并因此增加过程中的能量释放，从而增加工艺气体的温度。必须注意将设备设计得足够稳健，以使设备可以承受给定的温度升高。这对于用于氧化H2S、H2、CO、CS2、CO和Sx的催化剂尤其重要。半催化式硫酸设备的布局对这种波动具有稳健性，因为大部分可燃气体在燃烧器和废热锅炉中工艺气体冷却之前的热气体中被氧化。
离开SO2转化器的SO3气体基本上不含S8、H2S、COS、CS2、H2和CO。SO3将与工艺气体中的H2O结合形成H2SO4蒸汽，然后其将在间接冷却的硫酸冷凝器中冷凝为浓硫酸。冷凝的硫酸的H2SO4浓度范围为90-98.5％w/w，这取决于工艺气体中H2O与SO3的比例。克劳斯尾气通常具有高的H2O浓度(>20vol％的H2O)，因此90-94％w/w的H2SO4是预期的酸浓度。将浓硫酸从硫酸冷凝器中取出，冷却并送入克劳斯反应炉或硫酸储罐。
冷却的SO3气体基本不含SO3和H2SO4，因此可以被引导至烟囱。在某些情况下，可能需要用于除去SO2和酸雾的附加单元，例如SO2洗涤塔和湿式静电过滤器。
大气通常在硫酸冷凝器中用作冷却介质，而从SO3气体冷却和酸冷凝中回收的大部分热量都在硫酸设备中使用，例如作为经加热的燃烧和氧化空气，以及用于预热锅炉给水或克劳斯尾气。
如果由于运行条件超出范围，而安全关闭SO2转化器或硫酸冷凝器，则有可能将工艺气体从催化氧化反应器直接旁路到烟囱，从而可以使焚化炉保持运行，因此克劳斯设备也可以保持运行。如果针对(临时)排放的限制允许，则催化氧化反应器上游的工艺气体可被旁路到烟囱。
半催化硫酸设备布局的替代方案是全催化硫酸设备布局。在这样的布局中，现有的焚化炉只会在WSA设备不运行时使用，即无需关闭克劳斯设备即可建造硫酸设备，直到需要进行必要的搭接。在正常运行下，焚化炉可以以最小的燃料气体消耗量待机运行，因此与克劳斯工艺(带有TGTP)布局中的正常运行(其中克劳斯尾气全部引入至焚化炉以加热到800-900℃)相比节省了燃料。
在大多数情况下，完全催化式克劳斯硫酸设备将能够在不消耗燃料气体的情况下运行，因为在200℃至500℃下将克劳斯尾气中的H2、CO、H2S、COS、CS2和S8催化氧化为H2O、CO2和SO2以及将SO2氧化为SO3时会释放出足够的热值。克劳斯热值的贡献者是H2S、H2和CO。如果这些热值变得太低，则可以将进入克劳斯设备的一小部分进料气引导到克劳斯尾气，并以此方式增加热值。增加克劳斯尾气的热值的另一种方法是故意降低克劳斯设备的转化率。这可以通过例如增加H2S/SO2比和/或使克劳斯催化反应器在非最佳温度下运行(通常会提高入口温度)来进行。
尽管通常对于克劳斯硫酸设备来说足够高，但克劳斯尾气的热值仍被认为是低的，因此需要硫酸设备布局具有非常高的热效率，即，由克劳斯尾气中还原性物质(H2、CO、H2S、COS、CS2)的氧化、SO2的氧化和SO3转化成浓硫酸而释放出的热量的相当一部分必须用于加热克劳斯尾气和氧化反应所需的空气。
克劳斯尾气和任选的坑排放气体(pit vent gas)被来自硫酸设备的多余热量(优选为高压蒸汽或热的冷却空气的形式)预热。由于克劳斯尾气中不包含O2，因此为了使氧化反应进行，必须向尾气中供应O2。优选地，大气被用作O2载体，但是富含O2的空气和/或再循环的工艺气体也是一种选择。
向克劳斯尾气中添加空气并非易事，因为可能形成爆炸性混合物，并且必须最小化/消除这种风险。尤其是H2和H2S的含量与形成爆炸性混合物有关，因为当克劳斯尾气被加热至200℃时，这些化合物在室温下的～4vol％的可燃性下限(LFL)降低至～1.8-3.2vol％。根据经验，可燃物的浓度不得超过可燃性下限的25％，即，在与空气混合后，H2和H2S的浓度之和不得超过0.5-0.8vol％。在某些行业中，允许在浓度不超过LFL的50％条件下运行。这种稀释会导致大量的空气添加，这增加工艺气体流量，从而使硫酸设备的所有部分都变大。此外，能量平衡将受到损害，因为大量的空气添加将需要大量能量来加热并且可能需要添加燃料。另一个选择将是用从催化氧化反应器下游的位置再循环工艺气体来稀释克劳斯尾气。该选择有效地将工艺气体稀释至LFL限值以下，同时与整个设备用大气稀释相比，将工艺气体的体积增加限制在设备的一小部分。
另一种更能量有效的方法是将O2分阶段添加到克劳斯尾气，这样O2浓度始终可以保持在低于所谓的极限氧气浓度LOC。低于此O2浓度，混合气体将是不可燃的，与可燃物的浓度无关。通过使用氧气分阶段添加，克劳斯尾气中还原物质的氧化反应可以在添加最少氧气的情况下进行，从而使设备尺寸最小化，并消除了对外部能量供应(例如燃料添加和(电)加热器)的需求。该方法还具有控制简单的优点，因为仅需要控制含氧气体的量，从而始终可以实现低于LOC的运行。用气体稀释以保持在低于LFL将取决于可燃物的浓度，而可燃物的浓度会随时间波动或可能偏移，迅速增加可燃物的浓度。
为了催化氧化步骤的最佳操作，还必须严格控制操作温度，以使入口温度高于催化剂的点火温度，且出口温度低于催化剂的最高设计温度(例如，避免机械损坏或化学烧结)。为了控制这些温度，可以利用已经转化的工艺气体的再循环。原则上也可以通过空气稀释来控制温度，但是空气的添加也受到可燃性极限的限制。此外，与简单稀释相比，再循环更受青睐，因为稀释增加所有过程设备中的工艺气体流量，而工艺气体的再循环将工艺气体流量的增加限制在有限数目的工艺设备中。
预热的克劳斯尾气和硫坑排放气体可与预热的大气混合，使得O2浓度低于极限氧气浓度限制，然后将其引导至第一催化氧化反应器。该催化剂的特征在于不含贵金属，因此仅对工艺气体中的可燃性化合物进行部分氧化。催化剂将H2S氧化为SO2和H2O，并将CS2氧化为COS和SO2，而COS、CO和H2几乎不受阻碍地通过催化剂。该催化剂的优点是其点火温度显著低于基于贵金属的氧化催化剂(参见EP 2878358)。在第一氧化反应器中放出的热量使工艺气体温度升高到一定程度，使得该温度高于第二氧化催化剂的点火温度，该第二氧化催化剂将所有还原性物质(主要是COS、CO和H2)完全转化为SO2、H2O和CO2。可能有必要在第二氧化反应器之前供应额外的O2，其可以分阶段进行以将O2浓度保持在LOC值以下，或者通过稀释保持可燃物浓度低于LFL的25％-50％。在克劳斯尾气中H2S浓度高的情况下，在第一氧化反应器中放出的热量可能导致出口温度过高而无法适合第二氧化反应器的入口，因此可能有必要在第一和第二氧化反应器之间安装热交换器。
为了控制第二催化反应器的出口温度，优选地应用工艺气体再循环回路，该回路可以配备有温度控制装置(热交换器)，使得可以同时控制第二氧化反应器的入口处的温度。
在第二氧化反应器的下游，所有含硫物质均为SO2形式，其中可能有百分之几转化为SO3。然后，通过使工艺气体通过热交换器并添加预热的空气，任选地调节SO2气体的温度和O2浓度，从而在SO2转化器的入口处达到期望的温度和O2/SO2比。还可以通过预热空气温度来调节工艺气体温度，从而无需在工艺气体料流上使用热交换器-这样的布局优化将取决于克劳斯尾气中可燃物的浓度以及向上游催化反应器添加的空气。如果空气预热涉及与部分或完全转化的工艺气体进行热交换，则必须确保空气温度高于工艺气体中的硫酸露点温度。否则，硫酸会在热交换器表面凝结，导致热交换器材料腐蚀和可能的损坏。
在SO2转化器中，借助于安装在一个或多个催化剂层(层之间安装有热交换器)中的基于钒的催化剂，将SO2氧化为SO3。所需的转化效率决定了催化剂层的数目，但通常需要1-3层。离开SO2转化器的SO3气体被传送到硫酸冷凝器，在其中工艺气体被大气间接冷却，硫酸被冷凝并取出，清洁的工艺气体被引导至烟囱。来自硫酸冷凝器的热的冷却空气在硫酸设备中用作O2源，从而利用了在硫酸设备的冷凝器中取出的热量。
硫酸被冷却并可被泵送到硫酸储罐，将硫酸从该储罐泵送到克劳斯反应炉中，以便在克劳斯设备中分解和重新形成为单质硫。
在反应器之间进行空气分阶段添加、混合和热交换的两阶段催化氧化反应器的可替代方法是冷却的反应器，其中两种催化剂均位于冷却的反应器中，并且内部冷却确保催化剂在其允许的最低和最高温度范围内运行。
如果在此冷却的反应器中难以保持低于LFL和/或LOC，则可以选择使用两个串联的反应器，并至少冷却其中一个。第一催化反应器最适合冷却，因为放出的热量通常最高，并且热值的波动通常来自H2S，H2S将在第一催化反应器中被氧化，从而降低催化剂过热的风险。
由于克劳斯尾气的热值相对较低，硫酸设备内释放的反应能的守恒至关重要，因此，空气分阶段添加、空气稀释、工艺气体再循环和热交换器位置的最佳组合将取决于克劳斯尾气中可燃物的确切量。另外，必须考虑克劳斯尾气的热值的任何偏差，因为这种偏差会改变硫酸设备中的温度和氧气分布。可能的是，可以优选对于正常的克劳斯尾气组成是非最佳的设计，以便如果热值突然升高(例如由去往克劳斯设备的进料气组成发生变化或克劳斯设备的氧气控制不佳所导致)时，仍然能够安全地运行硫酸设备。这种设计通常会涉及比必要的工艺气体再循环更大的再循环，因为这是抑制催化氧化反应器中温度升高的有效方法。
当克劳斯尾气焚化炉与全催化式硫酸设备脱钩时，将需要启动加热器，将工艺气体TGTP设备进料加热到所需的200-400℃的温度，即克劳斯尾气在不同催化剂上的最低点火温度。加热器可以是火焰加热器、带有来自外部源的热介质的热交换器或电加热器。启动加热器的位置优选地在第二催化氧化反应器的上游，但是也可以在第一催化氧化反应器的上游或在工艺气体再循环回路中。
独立于硫酸TGTP的布局，克劳斯反应炉的运行将是相同的，并且必须确保克劳斯设备在添加或不添加硫的情况下以及在启动和关闭过程中都能安全可靠地运行。
必须更新克劳斯燃烧器的控制系统，以减少注入硫酸时燃烧空气的流入。通常，燃烧空气流量控制是控制大部分空气流量的前馈系统和调节少数空气流量以获得所需的克劳斯尾气中H2S与SO2比率的反馈系统的组合。反馈系统将保持不变，但前馈系统必须更新以反映新的进料流。根据给定的进料流成分和流量，可以根据给定进料流中的化合物与O2之间发生的化学反应计算O2需求量。然后将每个进料流的O2需求相加，总和将作为信号发送给前馈助燃空气控制器，以将助燃空气流量调整到计算值。计算助燃空气流量的一般方程为
G空气＝∑Ki·Gi
G空气是在克劳斯反应炉中进行必要的氧化反应，即碳氢化合物和NH3的完全氧化和原料中H2S的分级转化所必需的助燃空气流量。Gi是进入克劳斯反应炉的单个进料流的流量，包括含有H2S的进料流、坑排气体、H2S气体或H2SO4液体的再循环流、燃料气和任何用于H2SO4液体的雾化流体。这些流量由仪器测量，并将值传输到设备控制系统进行进一步处理。Ki值是空气需求系数；即氧化一个单位的进料流i需要多少助燃空气。这些系数取决于进料流的组成，如果进料气组成发生变化，可以使用设计组成或分析组成。对于大多数进料流，Ki值为正数，而对于硫酸流和任选的雾化空气，K值将为负数。Ki值的计算示例在实施例1-3中给出。
进料流的组成可能会随时间变化，可能会略微偏离设计值，并且流量测量可能不正确。因此，前馈信号也可能不正确，为了补偿这些(微小的)偏差，反馈信号将通过微调助燃空气添加来补偿。通常，测量克劳斯尾气中H2S/SO2比率的分析仪将提供反馈信号。如果比例太高，稍微多加些助燃空气。
喷酸喷嘴的定位方式通常是将硫酸雾化到克劳斯反应炉中，而不会影响火焰和火焰的稳定性。一个例子可能是三个喷嘴位于火焰外围的燃烧器壁上，使喷嘴尖端略微指向炉室的中心。还可提供雾化酸的涡流运动，使得酸滴和燃烧气体的混合更有效。
在克劳斯反应炉中完全蒸发和分解H2SO4对克劳斯设备的运行很重要。因此，硫酸的雾化很重要，并且由于液滴蒸发率取决于液滴直径的平方，雾化喷嘴必须能够提供尽可能小的液滴，直径最好小于500μm。一些在高压下工作的液压喷嘴将提供如此小的液滴，而气动喷嘴通常能够提供足够小的液滴以进行快速蒸发。喷嘴通常由定义直径的D0.9值表征，其中占总质量(或体积)的90％的液滴具有较小的直径。
如果预计会有大液滴，则可以在炉室内安装撞击表面。例如，这种撞击面可以是矢量壁或格子壁，其中气流经历流动方向的突然变化，大液滴由于其高惯性将无法改变方向，因此会与表面撞击，从而从该表面迅速蒸发。原则上，酸注入喷嘴可以指向克劳斯反应炉的耐火壁，因为热的耐火壁也将提供工艺气体的分流和热量，使撞击的液滴快速蒸发。填充材料床(例如Rasching环)也可以作为大液滴的撞击表面。
由于堵塞、侵蚀和腐蚀，当喷嘴尖端磨损时，来自雾化喷嘴的液滴尺寸可能会随时间变化。如果不注意，液滴会变得很大，以至于它们不会在克劳斯反应炉中完全蒸发，从而导致下游克劳斯设备中硫酸腐蚀和克劳斯反应器中克劳斯催化剂失活的相关风险。
喷嘴的状态可以通过观察镜观察、从克劳斯反应炉中取出喷嘴并进行检查以及通过连续监测喷嘴的运行参数来监测。每个喷嘴优选配备有用于硫酸侧和雾化介质侧的流量和压力监测器。每个流体侧将在流量和压力(降)之间具有特征性的相互依赖关系，如果该特征值随时间变化，这可能是由喷嘴几何形状的变化引起的。例如，与新喷嘴相比，喷嘴的腐蚀将导致在相同压力下产生更大的流量。
通过持续监测这些特征参数并计算喷嘴的特征值，例如对该值设置高低警报，可以在任何损坏发生之前检测和更换性能不佳的喷嘴。优选地，喷嘴被设计成使得它们可以在克劳斯设备的操作期间被隔离和撤回。
TripsIt可能需要停止将硫酸注入克劳斯反应炉，例如：由于硫酸罐酸泵故障，硫酸流量控制器故障，雾化液损失。在这种情况下，必须更新克劳斯设备的跳闸系统以处理此类事件，在保持克劳斯设备运行的同时允许酸喷嘴跳闸。如果停止酸注入，前馈助燃空气控制将通过增加空气流量来补偿缺氧，从而使克劳斯设备恢复正常运行。
在操作过程中，雾化喷嘴和喷嘴被雾化空气流，特别是硫酸流冷却。随着酸流停止，大部分冷却消失，喷嘴温度将升高。喷嘴材料将能够承受克劳斯反应炉的工作温度，但任何困在喷嘴中的酸都会变热。腐蚀速率将显著增加并且硫酸也可能发生沸腾。为了避免这种情况，可以用气态冲洗介质冲洗酸管线，以去除喷嘴中的液态酸，这样可以最大限度地减少酸腐蚀，同时为喷嘴提供一些额外的冷却，并且避免了克劳斯反应炉工艺气体进入喷嘴。只要酸流停止，冲洗就会继续。冲洗介质通常是N2流，它已可用于并且已用于克劳斯设备中，并且是一种惰性气体，不会干扰克劳斯反应炉中的化学反应。作为替代，可以使用空气作为冲洗介质，但同时也会向克劳斯反应炉中加入O2，如果冲洗气流没有配备流量仪表，则存在干扰助燃空气控制的风险。停止注入硫酸也会导致克劳斯反应炉内的温度升高，但温度升高在大多数情况下不会有问题，因为耐火墙将能够承受更高的温度，并且更高的温度不会对克劳斯反应炉的化学产生不良影响。
在酸喷射跳闸的情况下，雾化介质将继续流动，从而使喷嘴冷却并且避免工艺气体进入喷嘴。
附图简要说明：
图1描绘了公知的克劳斯布局和尾气处理设备(TGTP)。
图2描绘了一个克劳斯布局，其带有硫酸TGTP和酸到克劳斯反应炉的再循环。
图3描绘了一个克劳斯布局，其带有部分催化硫酸TGTP和酸到克劳斯反应炉的再循环。
图4描绘了一个克劳斯布局，其带有纯的催化硫酸TGTP和酸到克劳斯反应炉的再循环。
图5描绘了对克劳斯燃烧器添加助燃空气的控制系统。
在图1中，显示了众所周知的带有尾气处理设备(TGTP)的克劳斯布局，克劳斯设备接收包含H2S(2)的进料气，该进料气在克劳斯反应炉(6)中与大气或富集空气(4)一起燃烧。根据硫回收的要求，也可以将包含H2S的所谓的坑排放气体(72)导入克劳斯反应炉(6)。在硫回收要求低的情况下，可将坑排放气体送至尾气焚化炉(42)。在克劳斯反应炉中，H2S被部分氧化成SO2并形成硫。进料气中的任何NH3和/或碳氢化合物分别分解为N2和H2O以及CO2和H2O。克劳斯反应炉的温度通常为1,000-1,400℃，停留时间为1-2秒。克劳斯反应炉气体通常在位于炉出口处的废热锅炉中冷却至300℃左右，并且废气(8)任选地被引导至硫冷凝器(10)，在该冷凝器中单质硫被冷凝并通过管线60排出到硫坑(66)。冷凝器(12)在热交换器(14)中或通过管道内燃烧器再加热，再加热的工艺气体(16)进入第一克劳斯反应器(18)，该反应器填充有包含活性氧化铝或二氧化钛的催化剂使H2S与SO2反应生成单质硫。反应器废气(20)被导向另一个硫冷凝器(22)，在那里单质硫被冷凝并通过管线62排出到硫坑(66)。工艺气体(24)然后经由管线28和32连接的工艺气体再热器(26)、克劳斯反应器(30)和硫冷凝器(34)通过进一步的催化克劳斯阶段。冷凝的硫通过管线64被排出到硫坑(66)。
在第二催化阶段(30)和冷凝器(34)之后，硫回收率约为94-97％，具体取决于当地对硫回收(排放)的要求，安装了额外的硫回收装置。这种方法通常被称为克劳斯尾气处理设备(TGTP)(38)，并且存在多种类型的TGTP。它们可以是另一个克劳斯反应器，然后是硫冷凝器，它可以是所谓的亚露点反应器，一种用于将H2S选择性氧化为单质硫的催化剂系统或基于胺的H2S洗涤单元，其捕获尾气(36)中的H2S并将其返回到克劳斯反应炉(6)。此类设备允许高硫回收率，但成本高达克劳斯设备本身的成本，具体取决于TGTP的复杂性和效率。
在TGTP下游，废气40被引导至焚化炉(42)，该炉将所有含硫化合物热氧化成SO2，在废热锅炉(通常是焚化炉的一部分)中冷却后，焚化炉废气(48)被送到烟囱(50)。克劳斯设备尾气流量热值低且不含氧气，因此焚化炉运行需要燃气(44)和助燃空气(46)。
如果TGTP单元发生故障，尾气可以通过管线52绕过TGTP并被引导至焚化炉(42)，从而使克劳斯设备可以继续运行。
来自冷凝器(10、22、34)的所有液态硫60、62、64被收集在硫坑(66)中。用大气(70)排出/冲洗该坑以驱除溶解在硫中的H2S。硫坑排放气体(72)含有少量H2S，其可以导入克劳斯反应炉(6)或焚化炉(42)。液体硫的合并流在管线68中排出。
在图2中，湿式硫酸设备是TGTP克劳斯，其特征在于将产生的硫酸的至少一部分再循环到克劳斯反应炉中。克劳斯设备接收包含H2S的进料气(2)，该气体在克劳斯反应炉(6)中与大气或高氧空气(4)一起燃烧。在克劳斯反应炉中，H2S被部分氧化为SO2并形成硫。进料气中任何含量的NH3和/或烃分别被分解为N2和H2O以及CO2和H2O。克劳斯反应炉的温度通常为1,000-1,400℃，停留时间为1-2秒。克劳斯反应炉气体通常在就位于炉出口处的废热锅炉中冷却至约300℃，并且废气(8)任选地被引导至硫冷凝器(10)，在其中将单质硫冷凝并通过管线60排出到硫坑(66)。将冷凝器废气(12)在热交换器(14)中或通过管道内燃烧器进行再加热，并且经再加热的工艺气体(16)进入第一克劳斯反应器(18)，该第一克劳斯反应器填充有包含经活化的氧化铝或二氧化钛的催化剂，以使H2S与SO2反应形成单质硫。反应器废气(20)被引导至另一个硫冷凝器(22)，在其中将单质硫冷凝并经由管线62排出到硫坑(66)。然后，工艺气体(24)经由通过管线28和32连接的工艺气体再热器(26)、克劳斯反应器(30)和硫冷凝器(34)而经过另一催化的克劳斯阶段。冷凝的硫通过管线64被排出到硫坑(66)。尾气(36)在热交换器(37)中被加热，该热交换器优选使用来自硫酸设备的过量热量(通常为高压蒸汽的形式)。经加热的克劳斯尾气(39)被引导至焚化炉(42)，在此处与来自下游硫酸设备的热空气(100)、燃料(44)和坑排放气体(72)混合。坑排放气体(72)也可以被引导至克劳斯反应炉(6)。焚化炉中的温度和停留时间足够高，以允许所有含硫物质完全转化为SO2，百分之几的SO2被进一步氧化为SO3。将焚化炉的废气在废热锅炉(其通常是焚化炉的一个组成部分)中冷却，并通过管线74、76和78引导至热交换器(80)，以进一步冷却至SO2转化器(84)的入口处的期望温度。在SO2转化器中，安装了1-3层包含氧化钒的SO2氧化催化剂，每层被热交换器分开以除去反应热。将完全转化的SO2转化器废气(86)引导至硫酸冷凝器(88)，在其中将硫酸冷凝，浓缩并与工艺气体分离，通过冷凝器底部的管线104离开，并冷却和泵送至硫酸储罐(106)。将清洁的冷凝器废气(90)引导到烟囱(50)。硫酸冷凝器(88)使用间接空气冷却，其中冷的冷却空气(92)进入顶部，而热空气(94)在底部离开。可以将热空气的至少一部分在热交换器(80)中进一步加热，并且将进一步加热的空气经由管线100引导至焚化炉，并且将进一步加热的空气的一部分(98)添加到焚化炉废气(76)，以确保有足够的氧气可用于SO2转化器(84)中的SO2氧化。也可以将进一步加热的空气(98)添加到空气加热器(80)下游的工艺气体(82)中，从而具有减小热交换器尺寸的相关益处。
如果SO2转化器(84)或硫酸冷凝器(88)不知知何故失效，焚化炉废气(74)可通过管线102引导到烟囱，从而使克劳斯设备保持运行，这将确保在故障期间减排94-97％的硫。
来自硫酸储罐(106)的硫酸通过泵，并通过管线108引导到克劳斯反应炉(6)。硫酸通过液压喷嘴或优选通过气动(两个流体)喷嘴雾化到炉中。
图3示出了作为TGTP克劳斯的硫酸设备，其中克劳斯尾气(36)中的一部分硫化合物被催化氧化。
克劳斯设备接收包含H2S的进料气(2)，该气体在克劳斯反应炉(6)中与大气或高氧空气(4)一起燃烧。在克劳斯反应炉中，H2S被部分氧化为SO2并形成硫。进料气中任何含量的NH3和/或烃分别被分解为N2和H2O以及CO2和H2O。克劳斯反应炉的温度通常为1,000-1,400℃，停留时间为1-2秒。克劳斯反应炉气体通常在就位于炉出口处的废热锅炉中冷却至约300℃，并且废气(8)任选地被引导至硫冷凝器(10)，在其中将单质硫冷凝并通过管线60排出到硫坑(66)。将冷凝器废气(12)在热交换器(14)中或通过管道内燃烧器进行再加热，并且经再加热的工艺气体(16)进入第一克劳斯反应器(18)，该第一克劳斯反应器填充有包含经活化的氧化铝或二氧化钛的催化剂，以使H2S与SO2反应形成单质硫。反应器废气(20)被引导至另一个硫冷凝器(22)，在其中将单质硫冷凝并经由管线62排出到硫坑(66)。然后，工艺气体(24)经由通过管线28和32连接的工艺气体再热器(26)、克劳斯反应器(30)和硫冷凝器(34)而经过另一催化的克劳斯阶段。冷凝的硫通过管线64被排出到硫坑(66)。
克劳斯尾气(36)在热交换器(37)中被加热，优选使用来自硫酸设备的过量能量(优选为高压蒸汽的形式)加热。在尾气加热器(37)的下游，将克劳斯尾气分为两部分：一部分(41)被引导至焚化炉(42)，一部分通过管线43被引导至紧邻焚化炉(42)的下游位置。焚化炉(42)接收来自硫酸设备的热空气(128)中的氧气、燃料(44)和任选的来自硫坑(66)的坑排放气体(72)，且所有硫化合物均被氧化为SO2。使来自焚化炉的热工艺气体(45)与克劳斯尾气的旁路部分(43)混合，形成混合的工艺气体(110)，其将包含一定含量的可燃克劳斯尾气化合物，例如H2S、COS、CS2、H2、S8和CO。混合的工艺气体通过废热锅炉(112)和/或气体/空气热交换器(116)在一个或两个步骤中冷却，从而达到催化氧化反应器(120)的期望入口温度，通常为300℃至400℃。(120)中的催化剂是将所有克劳斯尾气化合物(例如H2S、COS、CS2、H2、S8和CO)氧化为SO2、H2O和CO2的类型。然后将氧化的工艺气体(122)引导至SO2转化器(84)，在其中将SO2氧化为SO3。空气/气体热交换器(116)也可以位于催化反应器(120)的下游，这取决于克劳斯尾气(36)的确切组成。
SO2转化器(84)包含1-3个用于SO2氧化的催化剂层，其中在层之间安装有冷却器，以除去释放的反应热。将经转化并冷却的工艺气体(86)引导至硫酸冷凝器(88)，在其中将浓硫酸经由管线104取出并引导至硫酸储罐(106)，并且将清洁的工艺气体(90)引导到烟囱(50)。经由管线92供应用于间接冷却的冷凝器(88)的冷却空气，并经由管线94取出热的冷却空气。任选地，将热的冷却空气(94)的至少一部分在气体/空气热交换器116中进一步加热，并且将进一步加热的冷却空气(126)通过管线128引导到焚化炉，可以将一部分空气通过管线130引导至催化氧化反应器(120)和SO2转化器入口(124)之间的位置，为SO2转化器(84)中的SO2氧化提供足够的氧气。也可以在催化氧化反应器(120)的上游添加进一步加热的空气(130)。
来自硫酸储罐(106)的硫酸通过泵，并通过管线108引导至克劳斯反应炉(6)。硫酸通过液压喷嘴或优选通过气动(两个流体)喷嘴雾化到炉中。
在SO2转化器(84)和硫酸冷凝器(88)发生故障的情况下，可以在有限的时间内将经氧化的克劳斯尾气(122)直接引导到烟囱(50)，从而使克劳斯设备保持运行。
图4显示了硫酸TGTP克劳斯，其中克劳斯尾气100％经过催化处理。
克劳斯设备接收包含H2S的进料气(2)，该气体在克劳斯反应炉(6)中与大气或高氧空气(4)一起燃烧。在克劳斯反应炉中，H2S被部分氧化为SO2并形成硫。进料气中任何含量的NH3和/或烃分别被分解为N2和H2O以及CO2和H2O。克劳斯反应炉的温度通常为1,000-1,400℃，停留时间为1-2秒。克劳斯反应炉气体通常在就位于炉出口处的废热锅炉中冷却至约300℃，并且废气(8)任选地被引导至硫冷凝器(10)，在其中将单质硫冷凝并通过管线60排出到硫坑(66)。将冷凝器废气(12)在热交换器(14)中或通过管道内燃烧器进行再加热，并且经再加热的工艺气体(16)进入第一克劳斯反应器(18)，该第一克劳斯反应器填充有包含经活化的氧化铝或二氧化钛的催化剂，以使H2S与SO2反应形成单质硫。反应器废气(20)被引导至另一个硫冷凝器(22)，在其中将单质硫冷凝并经由管线62排出到硫坑(66)。然后，工艺气体(24)经由通过管线28和32连接的工艺气体再热器(26)、克劳斯反应器(30)和硫冷凝器(34)而经过另一催化的克劳斯阶段。冷凝的硫通过管线64被排出到硫坑(66)。
利用来自硫酸设备的多余热量，将来自克劳斯设备的尾气(36)在热交换器(37)中加热。将经加热的尾气(39)与坑排放气体(72)和热空气(166)以及任选的一定量的再循环的工艺气体(162)混合。将该混合的工艺气体(134)引导至第一催化反应器(136)，其中进行了部分放热氧化，尤其是H2S和CS2，但混合工艺气体中的一些化合物没有被氧化。然后将部分转化的工艺气体(138)任选地在热交换器(未示出)中冷却，与再循环的工艺气体(160)和/或任选的一定量的热空气(168)混合，以产生部分转化的工艺气体(140)并将其引导到第二催化反应器(142)，其中所有可燃化合物(尤其是H2、CO和COS)被完全氧化为CO2，H2O和SO2。然后将反应器废气(144)分成再循环部分(154)和部分(146)，将该部分(146)引导到工艺气体冷却器(148)并进一步引导到SO2转化器(84)。任选地将再循环的工艺气体(154)在热交换器156中冷却，并将经冷却的再循环气体(158)经由管线160引导到第二催化反应器(142)上游的位置，并且任选地经由管线162引导至第一催化反应器(136)上游的位置。工艺气体再循环鼓风机将克服工艺气体、再循环流和控制风门(未显示)的压力差。使氧化的工艺气体再循环的目的是使催化转化器136和142中的温度适中。来自SO2转化器(84)中任何阶段的经转化的工艺气体也可以用作再循环气体，以优化催化转化器的温度。
任选地将来自工艺气体冷却器(148)的冷却的经转化的工艺气体(150)与热空气(174)混合，以使去往SO2转化器(152)的工艺气体具有合适的温度，并包含足够的氧气以用于SO2氧化反应。然后将工艺气体(152)引导至SO2转化器(84)，在其中将SO2氧化为SO3。转化器包含1-3个催化剂层，其中在层之间安装有冷却器，以除去反应热。将经转化并冷却的工艺气体(86)引导至硫酸冷凝器(88)，在其中将浓硫酸经由管线104取出并被引导至硫酸储罐(106)，并且将清洁的工艺气体(90)引导到烟囱(50)。经由管线92供应用于间接冷却的冷凝器(88)的冷却空气，并经由管线94取出热的冷却空气。可以将热的冷却空气(94)的部分供应到硫酸设备中的一个或多个位置：经由管线166供应到第一催化反应器136的上游，经由管线168供应到第一催化反应器(136)的出口与第二催化反应器(142)的入口之间，和/或经由管线174供应到SO2转化器(84)的上游。整个热空气流(94)或料流(164、168、164、170)中的任一个可以在热交换器中进一步加热，如对于去往SO2转化器的热空气(170)所示，其在与工艺气体150混合之前在热交换器172中被进一步加热，这可能是通过与过热蒸汽或热的工艺气体进行热交换来实现。
来自硫酸储罐(106)的硫酸通过泵，并通过管线108引导到克劳斯反应炉(6)。硫酸通过液压喷嘴或优选通过气动(两个流体)喷嘴雾化到炉中。
在硫酸设备出现故障的情况下，可以将经加热的克劳斯尾气(39)通过管线131转向到热焚化炉(42)。供应燃料(44)和助燃空气(46)以确保热值和氧气可完全氧化克劳斯尾气中的可燃物质。将焚化炉的废气在整合的废热锅炉中冷却并通过管线48引导到烟囱(50)。
由于工艺气体的温度不足以启动H2S的催化氧化，因此需要启动加热器(未显示)来启动硫酸设备，并且优选将其放置在紧邻第二催化反应器(142)的上游。加热器可以是电加热器、燃料气体火焰加热器或从其他其他工艺设备接收加热介质。
图5显示了克劳斯反应炉的配置和相关的控制方案。克劳斯反应炉(6)接收以下进料流：一个或多个进料气，包括H2S(2)、燃料气(3)、硫酸(108)和任选的雾化介质(109)，通常是压缩空气，但也可以是例如N2和蒸汽。每条管线都配备了流量测量装置FI，它向计算单元(1)提供有关流量的信息。计算单元的输出是空气需求，该值被发送到助燃空气管线(4)上的流量控制器FIC。助燃空气流量主要由计算单元(1)计算出的空气需求量控制，小部分通过测量克劳斯尾气中的H2S/SO2比值(例如图1中的流36)进行调节。
实施例
实施例1：助燃空气计算。
实施例1.1：助燃空气对燃气的需求计算
助燃空气进入克劳斯反应炉的流量通常通过测量其他进料气流量来控制，并利用它们的组成，计算出单位进料气流量的空气需求量，通过将每个进料流的空气需求相加来计算总空气需求：
G空气＝∑Ki·Gi
Ki是空气需求系数，每进料流i的单位空气流量；Gi是进料流i的流量。单位可根据进料流的性质自由选择，但是，应注意确保每个空气需求量(Ki··Gi)的单位相等。对于气流，典型的流量单位是Nm3/h、kg/h和kmol/h，对于液体流，最常见的是m3/h和kg/h。
空气需求系数Ki由进料流的组成计算得出。对于含有100vol％CH4的进料流，空气需求量可由以下化学反应计算：
CH4+2O2→CO2+2H2O
每个CH4分子需要2个氧分子才能完全转化为CO2，因此O2需求系数K将为每为2Nm3O2/Nm3CH4。1Nm3定义为0℃和1atm下的1m3气体，对应于44.6摩尔。
K也可以通过除以空气中O2的摩尔分数来计算为每Nm3 CH4的Nm3空气。对于干燥空气，空气中O2的摩尔分数为0.21，因此K为2/0.21＝9.52Nm3空气/Nm3CH4。
如果燃气中CH4的浓度仅为80％，则O2需求量也仅为80％，因此K值将变为9.52*0.80＝7.62Nm3空气/Nm3燃料气体。
如果燃料气体包含一种以上的需氧化合物(例如也存在C2H6)，则每种化合物的空气需求量仅添加到总需氧量中。
实施例1.2：H2S气体对助燃空气的需求量计算
在进料气中转化H2S的O2需求是通过考虑到不需要完全的H2S氧化，而是希望H2S与SO2的比率在2-4范围内来计算的。
H2S与SO2的比率R定义为：
在等式中，n是摩尔数，α是H2S转化为SO2的比例。在等式右侧，nH2S是进料气中H2S的摩尔数。
H2S氧化的化学反应是
H2S+3/2O2→SO2+H2O
使用化学计量并重新排列R的方程，O2需求变为
其中nH2S是进料气中H2S的摩尔数，nO2是在转化气体中获得给定H2S与SO2比率R所需的O2摩尔数。考虑进料气中的H2S浓度、助燃空气中的yH2S(摩尔分数)和O2，YO2(摩尔分数)空气需求量G空气变为：
Kag是酸性气体空气需求系数(Nm3空气/Nm3酸性气体)，Gag是酸性气体流量(Nm3/h)。
实施例1.3助燃空气对硫酸的需求量计算。
硫酸按总反应分解成SO2、H2O和O2：
H2SO4→SO2+H2O+1/2O2
硫酸既直接向反应系统提供O2，也间接提供SO2，SO2不需要通过H2S的氧化形成(见实施例2)。使用与实施例2中所述相同的原理，O2需求变为：
R是实施例2中定义的H2S与SO2的比率，nH2SO4是硫酸进料中H2SO4的摩尔数。负号表示加入H2SO4时需要较少的O2。
通常硫酸的流量以质量流量为单位，根据硫酸浓度Csa(kg H2SO4/kg酸)，空气需求计算如下
Msa为硫酸的质量流量(kg/h)，Csa为硫酸中H2SO4的重量分数，YO2为助燃空气中O2摩尔蒸气分数，R为工艺气体中H2S与SO2的比例。
大多数情况下，硫酸通过双流体喷嘴使用压缩空气作为雾化介质雾化到克劳斯反应炉中。在这种情况下，雾化气流也会导致助燃空气需求下降：
如果使用N2或蒸汽作为雾化介质，则空气需求系数将为0。
实施例2-6：克劳斯工艺和硫酸工艺的组合
与图1所示的现有技术的工艺相比，已经针对图2所示的工艺分析了另外五个实施例。
这些实施例基于以下原料气：
富含H2S的原料气(图1和图2中的流2)：
总气体流量：8190Nm3/h
H2S浓度:94vol％
H2O浓度:6vol％
富含H2S的气体是炼油厂的典型气体，并且还将包含不同数量的轻质烃。
富含H2S和NH3的原料气(图1和图2中的流70)：
总气体流量：3669Nm3/h
H2S浓度:28vol％
NH3浓度:45vol％
H2O浓度:27vol％
这些包含H2S和NH3的流通常是来自所谓的酸性水汽提塔的废气，被认为是SWS气体。它们还可能含有不同量的轻质烃。
燃气是一种轻质烃混合物(主要是CH4)，具有较低的热值12,200kcal/Nm3。
进料流、助燃空气和克劳斯尾气均利用克劳斯+硫酸联合工艺产生的热量进行预热。
在这些实施例中，克劳斯工艺从进料中回收了94-95％的硫，即可以是一个运行良好的克劳斯设备，只有2个催化阶段。
实施例2：根据现有技术的顺序克劳斯+硫酸工艺
在实施例2中，所有进料流都在克劳斯工艺中进行处理，提供11.7t/h单质硫的流和克劳斯尾气，其这进料气中包含约5％的硫。在克劳斯尾气燃烧器中，克劳斯尾气中存在的硫物质被氧化，并提供燃料气体以维持1,000℃的燃烧器温度，使得所有还原物质，例如CO、COS、H2、H2S、SX和CS2，被完全氧化成CO2、H2O和SO2。
浓硫酸的产量为2.4t/h，按100％w/w H2SO4计算。
硫和硫酸的总回收率大于进料中硫的99.9％，符合甚至严格的环境法规。
实施例3：将H2SO4循环至克劳斯反应炉。
在这个实施例中，H2SO4不需要作为产品，硫酸过程的整个酸生产循环到克劳斯反应炉。H2SO4再循环量相当于进料流中总硫量的约6％。
总单质硫产品流量此时等于进料流中的S，相当于实施例3中描述的基础情况的107％。
由于H2SO4的蒸发和分解，克劳斯反应炉中的温度降低了约200℃，但该温度仍远高于碳氢化合物和NH3完全燃尽的最低温度。克劳斯反应炉中不需要燃气。
由于H2SO4是一种极好的O2载体，助燃空气需求减少，因此随着惰性N2流量的减少，工艺气体量减少。总的来说，由于N2流量的减少，从克劳斯反应炉流出的工艺气体流量减少到基流的94％，而从克劳斯尾气燃烧器流出的工艺气体流量减少到93％。由于在克劳斯尾气燃烧器中需要加热到1000℃的工艺气体较少，燃料气体消耗量仅为基础情况的92％。
已经发现再循环H2SO4的好处出奇地高，因为不仅克劳斯设备的硫形成能力增加了7％，而且同时工艺气体体积减少了6-7％。这对应于克劳斯设备产能增加约15％，前提是工艺气体流量为基础情况的100％。
实施例4：H2SO4再循环至克劳斯反应炉，SWS气体旁路至克劳斯尾气燃烧器。
在此实施例中，通过将一部分SWS气体旁路到克劳斯尾气燃烧器，已将克劳斯尾气燃烧器中的燃料气体消耗降至最低。SWS气体具有很高的热值，很容易作为燃料气体。也可以使用浓缩的H2S进料气，但由于SWS气体在克劳斯工艺中可能有问题，而在WSA工艺中没有问题，因此旁路SWS气体比旁路H2S气体具有更大的好处。工艺气体方面，气体体积也会减少，因为SWS气体中的NH3会增加克劳斯工艺中的工艺气体体积，这是由于NH3燃烧成N2和H2O需要氧气(空气)。
调节SWS气体再循环量，使克劳斯尾气燃烧器达到1,000℃，确保克劳斯尾气中的还原物质如H2S、COS、CO、H2、SX和CS2完全燃尽。
NH3的燃烧将主要形成N2，但也可能形成少量的NOX，根据浓度，可能需要用于还原NOX的SCR催化剂。SCR催化剂需要NH3来还原NOX，其可以从NH3的存储中提供或从SWS气体中获取。
由于克劳斯尾气燃烧器中的燃料气现在含有H2S，H2SO4的产量将会增加，现在占进料流中硫的约13％。大量硫酸再循环导致克劳斯反应炉温度显著降低。
通过适当的进料流预热，仍然可以在不需要辅助燃料的情况下在克劳斯反应炉中达到足够高的温度。
对克劳斯工艺规模的影响是巨大的：工艺气体体积减少到基础情况的65％，仍然产生107％的单质硫。这种工艺气体体积减少可用于现有设备的产能提升或新设备的显著成本降低。
由于工艺气体流量仅为基础情况流量的90％，因此硫酸设备将变得更小。这是令人惊讶的，因为与基础情况相比，H2SO4产量增加了一倍以上，但这主要是由于克劳斯尾气流量的大幅减少。
最显著的是燃料气体消耗量的减少，现在仅为基础情况流量的16％，有助于显著降低整合的克劳斯+硫酸工艺的运营成本。
实施例5：H2SO4的再循环和SWS气体完全旁路到克劳斯尾气燃烧器
该实施例着重于完全消除进入克劳斯设备的SWS气体，确保不可能在硫冷凝器中形成氨盐，从而降低克劳斯设备发生故障的风险。
从克劳斯反应炉流出的工艺气体是基础情况的69％，但与仅绕过一部分SWS气体的实施例3相比略高。工艺气体流量的增加是由于克劳斯反应炉需要添加燃料气以保持较高的操作温度。
WSA设备的H2SO4产量现在已增加到进料气中S的17％，此时整个生产的再循环将克劳斯反应炉的温度骤冷到需要燃气的程度。由于硫酸设备的硫进料增加，来自克劳斯尾气燃烧器的工艺气体已增加到基础情况的107％。
即使克劳斯反应炉需要燃气，燃料气的总流量也仅为基础情况的41％。
从设备规模和运营成本的角度来看，此实施例似乎不如实施例3最佳，即存在一个最佳的H2SO4再循环比，这取决于实际进料气的流量和组成。绕过更多的原料气将导致硫酸产量增加，这将使克劳斯反应炉更加骤冷，这又将需要更多的燃料气，因此克劳斯尾气流量将增加。
对于上述进料气组成和流量，关于设备规模和燃料消耗的最佳选择是H2SO4再循环流量在进料流中S进料的13％到17％之间。
一般来说，最佳原料气旁路接近克劳斯反应炉在最低允许温度下运行的点，即可以旁路原料来生产更多的硫酸，直到克劳斯反应炉温度达到烃和硫酸的热破坏极限。增加原料旁路比将减少克劳斯尾气燃烧器中的燃料气体需求，但由于克劳斯反应炉内的燃料气需要蒸发和分解硫酸并加热工艺气体，所以会大大增加克劳斯反应炉内的燃料气消耗量，而在克劳斯尾气燃烧器中，只需要加热工艺气体。
对于原料气，例如50vol％H2S，最佳的H2SO4再循环流量是进料流中S进料的～7％。由于相对较低的H2S浓度导致克劳斯反应炉内的温度较低，因此硫酸会迅速降低温度，需要在克劳斯反应炉中添加燃料气。在克劳斯反应炉中使用富氧空气将允许更高的H2SO4再循环流量。
实施例6：H2SO4的再循环，将SWS气体旁路至克劳斯尾气燃烧器并使用富氧空气。
为了提高克劳斯设备的产能，一个公知的改造选项是安装特殊的燃烧器，该燃烧器可以处理含>21vol％O2的富氧空气，常见的O2质量为93-99vol％O2。
在这个实施例中，在克劳斯工艺中使用含80vol％O2的富氧空气，而在硫酸工艺中使用大气空气。
富氧空气的效果是从克劳斯反应炉流出的工艺气体流量显著减少，这主要是由于与O2流量相关的N2量减少。此外，较低的工艺气体流量使克劳斯反应炉无需添加燃料即可运行，因为需要加热的惰性气体较少。
由于从克劳斯反应炉流出的工艺气体流量此时减少到只有基础情况的38％，因此克劳斯尾气燃烧器的克劳斯尾气进料也显著减少。克劳斯尾气燃烧器的工艺气体仅为基础情况的56％，由于大量的SWS气体旁路到WSA装置，这比克劳斯装置流量高。
使用这种布局，即使在硫酸工艺中在H2SO4的这种高的再循环流量下，也可以在克劳斯和硫酸工艺二者中不使用燃料气进行操作。
实施例2-6总结在表2中，表2显示了通过结合硫酸工艺对克劳斯工艺设备进行深思熟虑的改造，增加硫产量、减少燃料气体消耗和可能减小设备规模的潜力。进一步看出，当更多的硫酸被再循环时，燃料气体消耗减少。
表2
Claims (16)
1.一种用于改造硫减排设备的改造方法，该设备包括生产单质硫的克劳斯工艺设备，所述克劳斯工艺设备包括克劳斯反应炉和1个或多个克劳斯转化阶段，每个克劳斯转化阶段包括转化反应器和用于单质硫冷凝的装置，以及配置用于接收来自所述克劳斯工艺设备的克劳斯尾气并配置用于提供氧化的克劳斯尾气的克劳斯尾气氧化装置，
所述改造方法包括以下步骤：
a.提供生产硫酸的尾气处理设备来生产硫酸，和
b.提供将在所述生产硫酸的尾气处理设备中生产的一定量或全部硫酸转移到所述克劳斯反应炉的装置，
其特征在于，转移的硫酸中硫的摩尔数相对于从所述克劳斯工艺设备取出的单质硫的摩尔数为3％或5％至15％、20％或25％。
2.根据权利要求1所述的改造方法，还包括如果克劳斯工艺设备包括多于两个克劳斯转化阶段，则将克劳斯转化阶段的数量限制为两个的步骤。
3.根据权利要求1或2所述的改造方法，其中步骤(a)包括提供生产硫酸的尾气处理设备，该设备包括催化SO2转化器，该转化器包含对SO2氧化成SO3具有催化活性的材料，并且被配置为用于接收所述氧化的克劳斯尾气并用于提供SO2转化器废气；硫酸单元，其被配置为用于接收所述SO2转化器废气，并且通过水合SO3的冷凝或通过在硫酸中吸收SO3来生产浓硫酸。
4.根据权利要求1、2或3所述的改造方法，还包括提供用于临时储存在所述生产硫酸的尾气处理设备中产生的硫酸的装置的步骤，所述装置具有与所述生产硫酸的尾气处理设备在4小时、8小时或24小时至50小时或120小时内产生的硫酸量相对应的体积，其中所述用于储存硫酸的装置被配置用于接收来自所述生产硫酸的尾气处理设备的硫酸，并将硫酸引导至所述克劳斯反应炉。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的改造方法，包括提供流量控制装置的步骤，用户可配置该流量控制装置以允许来自克劳斯尾气氧化装置的出口绕过所述生产硫酸的尾气处理设备。
6.根据权利要求1、2、3、4或5所述的改造方法，包括提供用于催化氧化至少一定量的所述克劳斯尾气的装置的步骤。
7.根据权利要求6所述的改造方法，其中所述用于催化氧化的装置被配置为接收至少一定量的克劳斯尾气，并将其与氧化剂、加热气体、再循环工艺气体和热交换器中的一种或多种组合，以使催化氧化装置的入口温度高于200℃并且催化氧化装置的出口温度低于500℃。
8.根据权利要求1、2、3、4、5、6或7所述的改造方法，其中所述克劳斯反应炉设有一个或多个入口喷嘴，所述入口喷嘴被配置为用于将所述量的硫酸雾化成液滴尺寸分布，其中90质量％的液滴具有小于500μm的直径。
9.根据权利要求8所述的改造方法，其中所述入口喷嘴是压力喷嘴或两相喷嘴。
10.根据权利要求8或9所述的改造方法，其中所述入口喷嘴位于克劳斯反应炉的气体入口下游一定距离处，对应于工艺气体的至少1秒的停留时间。
11.根据权利要求1、2、3、4、5、6、7、8、9或10所述的改造方法，其中所述克劳斯反应炉的体积被延长，从而使工艺气体的停留时间增加至少1秒。
12.根据权利要求1、2、3、4、5、6、7、8、9、10或11所述的改造方法，其中克劳斯反应炉设置有用于撞击的装置，例如格子壁或填充材料床。
13.根据权利要求1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11或12所述的改造方法，其中克劳斯反应炉设置有用于湍流增强的装置，例如矢量壁、扼流环或与克劳斯反应炉相切的入口。
14.根据权利要求1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12或13所述的改造方法，其中对导入克劳斯反应炉的氧气量的控制方案进行修改，以使其取决于基于原料及硫酸的量和组成的前馈控制和基于最终克劳斯转化阶段的入口流或最终克劳斯转化阶段的出口流中H2S与SO2的比率的反馈控制的组合。
15.根据权利要求1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13或14所述的改造方法，其中克劳斯反应炉的出口被引导至SO3保护装置，以吸收或转化SO3，提供基本不含SO3的克劳斯反应炉出口气体。
16.根据权利要求1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14或15所述的改造方法，其中浓硫酸含有90％w/w至98％w/w或98.5％w/w的H2SO4。
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