專利名稱：一種等溫型直接氧化硫磺回收工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種等溫型直接氧化硫磺回收工藝，用于處理高含硫酸氣并回收硫單 質(zhì)，屬于天然氣凈化領(lǐng)域。它能增加反應(yīng)器硫磺轉(zhuǎn)化率、提高工藝總硫磺回收率，具有節(jié)能、 環(huán)保的特點(diǎn)。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，為達(dá)到環(huán)保要求，直接氧化類工藝在中小型硫磺回收及尾氣處理中得到 了廣泛應(yīng)用。該類工藝使用選擇性氧化催化劑將過(guò)程氣中H2S直接氧化為單質(zhì)硫，包括 Clinsulf 工藝、ENsulf、Selectox、Superclaus 和 Modop，Euroclaus 等。它們的基本方法 和缺點(diǎn)介紹如下直接氧化類方法最具代表性的工藝有超級(jí)克勞斯法和超優(yōu)克勞斯法。超級(jí)克勞斯 法該法由帶有兩臺(tái)或三臺(tái)常規(guī)克勞斯反應(yīng)器加一臺(tái)超級(jí)克勞斯反應(yīng)器組成，在超級(jí)克勞 斯反應(yīng)器中裝填選擇性氧化催化劑，酸氣在熱力段按次當(dāng)量控制空氣量進(jìn)行燃燒反應(yīng)，以 使得離開(kāi)最后一級(jí)常規(guī)克勞斯段的過(guò)程氣中硫化氫含量0. 6 1. 0% (V)，二氧化硫含量很 低，有利于向生成硫元素的方向進(jìn)行；克勞斯尾氣經(jīng)再熱至210°C左右并與空氣混合后進(jìn) 入超級(jí)克勞斯反應(yīng)器，尾氣中的硫化氫在選擇性氧化催化劑床層上直接氧化為元素硫，該 反應(yīng)器內(nèi)的轉(zhuǎn)化率約為85%。超克勞斯法總硫回收率約為99.2%。超優(yōu)克勞斯法超優(yōu) 克勞斯法是在超級(jí)克勞斯法基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的。目的是在不增加額外投資的基礎(chǔ)上，將硫磺回 收率提高到99. 4%或更高。兩者區(qū)別是超優(yōu)克勞斯法在最后一級(jí)克勞斯催化反應(yīng)器床層 中的克勞斯催化劑下面裝填了一層加氫還原催化劑，將SO2還原成S和H2S,使總硫回收率 得以大大提高。根據(jù)酸性氣體進(jìn)料量和催化反應(yīng)器數(shù)量，超優(yōu)克勞斯法硫回收率可以達(dá)到 99. 4%以上。該方法的缺點(diǎn)由于反應(yīng)器溫度高，與常規(guī)克勞斯法一樣受熱力學(xué)的限制，硫的轉(zhuǎn) 化反應(yīng)不完全。Clinsulf 法該方法包括 Clinsulf-DO 和 Clinsulf-SDP 兩種。Clinsulf-DO 是將 硫化氫直接催化氧化成硫磺的回收方法，其核心是一臺(tái)Linde等溫反應(yīng)器，高反應(yīng)器分為 兩段，上段未裝冷盤管為絕熱反應(yīng)段，可使反應(yīng)器溫度迅速上升，提高反應(yīng)速度，催化床下 端裝有冷卻盤管，冷卻介質(zhì)取走熱量使反應(yīng)器出口溫度低到接近硫的露點(diǎn)，這有利于化學(xué) 方應(yīng)朝生成硫的方向進(jìn)行，因而一個(gè)反應(yīng)器達(dá)到了兩個(gè)目的；Clinsulf-SDP是對(duì)常規(guī)克勞 斯法進(jìn)行改進(jìn)的一種方法，其基本思想是直接從催化劑床層而不是下游硫冷凝器中取走克 勞斯反應(yīng)熱，因而可使整個(gè)床層保持溫度不變，有利于克勞斯反應(yīng)的進(jìn)行，總硫回收率約為 99. 2%。該方法的缺點(diǎn)內(nèi)冷式反應(yīng)系統(tǒng)過(guò)于龐大，操作穩(wěn)定性差，其適用性也受限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有直接氧化類硫磺回收工藝和內(nèi)冷式反應(yīng)系統(tǒng)的缺
3點(diǎn)，為提高工藝硫磺回收率，特提供一種等溫型直接氧化硫磺回收工藝。本發(fā)明由以下技術(shù)措施實(shí)現(xiàn)該工藝主要包含高溫轉(zhuǎn)化段、催化轉(zhuǎn)化段、超級(jí)克勞 斯反應(yīng)段和尾氣灼燒段。(1)高溫轉(zhuǎn)化段主燃燒器所需空氣由主風(fēng)機(jī)提供，同時(shí)該主風(fēng)機(jī)還提供選擇性催化氧化轉(zhuǎn)化器和 尾氣灼燒爐所用空氣。進(jìn)入主燃燒爐的空氣分為兩路，一路為主空氣線，另一路為微調(diào)空氣 線，其相應(yīng)的流量均由專用的配風(fēng)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)，以滿足進(jìn)入選擇性催化氧化段的過(guò)程氣 中H2S濃度要求。主燃燒爐在1000°C左右高溫下，H2S與O2發(fā)生克勞斯反應(yīng)生成硫單質(zhì)。自主燃燒 爐出來(lái)的高溫氣流經(jīng)余熱鍋爐后溫度降至315°C，經(jīng)一級(jí)冷凝器冷卻至170°C左右，其中絕 大部分硫蒸氣被冷凝并分離。主燃燒爐內(nèi)主要發(fā)生的反應(yīng)有2H2S+302 = 2 S02+2H202H2S+S02 ＝ 3/ xSx +IU2O2H2S+02 = 2/xSx+2H20(2)催化轉(zhuǎn)化段自一級(jí)冷凝器出口過(guò)程氣，經(jīng)再熱至280°C，過(guò)程氣進(jìn)入一級(jí)反應(yīng)器。一級(jí)反應(yīng)器 催化劑上床層H2S與SO2發(fā)生常規(guī)克勞斯反應(yīng)，催化劑下床層COS、CS2發(fā)生水解反應(yīng)，過(guò)程 氣出口溫度升至330°C左右進(jìn)入二級(jí)冷凝器。一級(jí)反應(yīng)器內(nèi)主要發(fā)生的反應(yīng)有2H2S+S02 ＝ 3/ xSx +2H20C0S+H20＝ C02+H2SCS2+2H20＝ C02+2H2S自二級(jí)冷凝器出口，過(guò)程氣再熱至210°C進(jìn)入二級(jí)反應(yīng)器發(fā)生常規(guī)克勞斯反應(yīng)，二 級(jí)反應(yīng)器在其內(nèi)置冷卻盤管的作用下，過(guò)程氣溫度維持在催化劑最佳反應(yīng)溫度230°C左右。三級(jí)反應(yīng)器與二級(jí)反應(yīng)器內(nèi)部反應(yīng)原理相同，溫度維持在200°C左右。由于降低了 熱力學(xué)因素的限制，二三級(jí)反應(yīng)器硫磺轉(zhuǎn)化率得到提高。(3)直接氧化轉(zhuǎn)化段自三級(jí)反應(yīng)器出口過(guò)程氣經(jīng)在線燃燒爐再熱后，溫度升至210°C左右進(jìn)入超級(jí)克 勞斯反應(yīng)器，過(guò)程氣中剩余的H2S直接氧化為單質(zhì)硫。直接氧化轉(zhuǎn)化器內(nèi)主要發(fā)生的反應(yīng)有2H2S+02 = 2/xSx+2H20(4)尾氣灼燒段過(guò)程氣經(jīng)捕霧器除硫后，至在灼燒爐中，由于燃料氣的高溫燃燒，尾氣中殘余的 H2S及其它硫化物和硫蒸氣被完全焚燒成SO2,爐內(nèi)溫度控制在600°C 800°C。方法步驟描述如下步驟一從脫硫單元來(lái)的酸氣經(jīng)酸氣分離器分離出酸水后進(jìn)入主燃燒爐與空氣 按一定配比在爐內(nèi)進(jìn)行克勞斯反應(yīng)，自主燃燒爐出來(lái)的高溫氣流經(jīng)廢熱鍋爐后溫度降至 310 320°C，經(jīng)一級(jí)冷凝器冷卻至170°C，其中絕大部分硫蒸氣被冷凝并分離。
步驟二 自一級(jí)冷凝器出口的過(guò)程氣進(jìn)入一級(jí)再熱器，升溫至280°C進(jìn)入一級(jí)反 應(yīng)器，氣流中的H2S和SO2在催化劑上床層上繼續(xù)反應(yīng)生成元素硫，由于克勞斯反應(yīng)放熱，過(guò) 程氣升溫，高溫條件下催化劑下床層發(fā)生水解反應(yīng)，CS2, COS在此過(guò)程中充分水解。步驟三一級(jí)反應(yīng)器出口處過(guò)程氣溫度達(dá)330°C左右，經(jīng)過(guò)二級(jí)冷凝器冷凝分離 出硫，經(jīng)二級(jí)再熱器再熱溫度升至210°C進(jìn)入二級(jí)反應(yīng)器，進(jìn)行克勞斯反應(yīng)。在內(nèi)置冷卻盤 管的冷卻作用下，過(guò)程氣溫度維持在230°C步驟四過(guò)程氣輸入三級(jí)冷凝器冷卻至120 130°C分離出液硫，自三級(jí)冷凝器出 來(lái)的過(guò)程氣經(jīng)三級(jí)再熱器升溫至190 200°C進(jìn)入三級(jí)反應(yīng)器，進(jìn)行克勞斯反應(yīng)，在內(nèi)置冷 卻盤管的冷卻作用下，過(guò)程氣溫度維持在200°C。步驟五從三級(jí)反應(yīng)器出口過(guò)程氣輸入四級(jí)再熱器升溫至210°C左右，進(jìn)入超級(jí) 克勞斯轉(zhuǎn)化器，過(guò)程氣中剩余的H2S直接氧化為單質(zhì)硫，從超級(jí)克勞斯轉(zhuǎn)化器出口過(guò)程氣進(jìn) 入四級(jí)冷凝器冷卻至120 130°C，絕大部分硫蒸氣被冷凝并分離出來(lái)，尾氣通過(guò)硫霧捕集 器后進(jìn)入尾氣灼燒爐灼燒。步驟六在尾氣灼燒爐中，由于燃料氣的高溫燃燒，尾氣中殘余的H2S及其它硫化 物和硫蒸氣被完全焚燒成SO2，爐內(nèi)溫度控制在600°C 800°C，最后尾氣進(jìn)入煙囪排出。經(jīng)一級(jí)冷凝器冷卻分離出的液硫輸入液硫管；經(jīng)二級(jí)冷凝器冷卻分離出的液硫輸 入液硫管；經(jīng)三級(jí)級(jí)冷凝器、四級(jí)冷凝器分離出的液硫均輸入液硫管統(tǒng)一回收硫磺。本發(fā)明具有如下有益效果(1)本發(fā)明催化反應(yīng)段二，三級(jí)反應(yīng)器中進(jìn)行常規(guī)克 勞斯反應(yīng)，催化劑床層維持在等溫的狀態(tài)，降低了克勞斯反應(yīng)熱力學(xué)因素的限制，增加了反 應(yīng)器硫磺轉(zhuǎn)化率，提高了工藝總硫磺回收率。(2)本發(fā)明與常規(guī)克勞斯工藝相比，不要求嚴(yán) 格的酸氣、空氣配氣比，操作更加靈活，具有節(jié)能、環(huán)保等特點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明等溫型直接氧化硫磺回收的工藝流程圖。圖中所示1、主燃燒爐，2、廢熱鍋爐，3、一級(jí)冷凝器，4、二級(jí)冷凝器，5、三級(jí)冷凝 器，6、四級(jí)冷凝器，7、硫霧捕集器，8、煙囪，9、尾氣灼燒爐，10、超級(jí)克勞斯反應(yīng)器，11、四級(jí) 再熱器，12、三級(jí)反應(yīng)器，13、三級(jí)再熱器，14、二級(jí)反應(yīng)器，15、二級(jí)再熱器，16、一級(jí)反應(yīng)器， 17、一級(jí)再熱器，18、液硫管。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1下面是結(jié)合圖1，說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。步驟一自主燃燒爐1出來(lái)的高溫氣流經(jīng)廢熱鍋爐2后溫度降至315°C，經(jīng)一級(jí)冷 凝器3冷卻至170°C，其中絕大部分硫蒸氣被冷凝并分離。步驟二 自一級(jí)冷凝器3出來(lái)的過(guò)程氣進(jìn)入一級(jí)再熱器17，升溫至280°C進(jìn)入一級(jí) 反應(yīng)器16，過(guò)程氣中的H2S和SO2在催化劑上床層上反應(yīng)生成單質(zhì)硫?？藙谒狗磻?yīng)放熱，使 得過(guò)程氣升溫，高溫條件下催化劑下床層發(fā)生水解反應(yīng)，CS2, COS在此過(guò)程中充分水解。步驟三從一級(jí)反應(yīng)器16出口處過(guò)程氣溫度達(dá)330°C左右，經(jīng)二級(jí)冷凝器4冷凝 分離出硫，二級(jí)再熱器15再熱至210°C進(jìn)入二級(jí)反應(yīng)器14，在內(nèi)置冷卻盤管的冷卻作用下，催化劑下床層溫度維持在210°C，發(fā)生克勞斯反應(yīng)生成硫單質(zhì)。步驟四二級(jí)反應(yīng)器14出口處過(guò)程氣進(jìn)入三級(jí)冷凝器5，溫度冷卻至126°C，分離 出液硫后經(jīng)三級(jí)再熱器13再熱至196°C進(jìn)入三級(jí)反應(yīng)器12。在內(nèi)置冷卻盤管的冷卻作用 下，催化劑下床層溫度維持在20(TC，發(fā)生克勞斯反應(yīng)生成硫單質(zhì)。步驟五三級(jí)反應(yīng)器出口過(guò)程氣經(jīng)四級(jí)再熱器11再熱至210°C左右，進(jìn)入超級(jí)克 勞斯轉(zhuǎn)化器10，H2S在超級(jí)克勞斯催化劑作用下直接氧化為元素硫，殘留的微量SO2在克勞 斯催化劑床層底部的加氫還原催化劑的作用下生成單質(zhì)S和H2S。過(guò)程氣中剩余的H2S轉(zhuǎn) 化為元素硫。步驟六超級(jí)克勞斯轉(zhuǎn)化器10出口過(guò)程氣進(jìn)入四級(jí)冷凝器6冷卻至125°C，絕大 部分硫蒸氣被冷凝并分離出來(lái)。步驟七尾氣通過(guò)硫霧捕集器7后進(jìn)入尾氣灼燒爐9灼燒。在尾氣灼燒爐9中，由 于燃料氣的高溫燃燒，尾氣中殘余的H2S及其它硫化物和硫蒸氣被完全焚燒成SO2,爐內(nèi)溫 度控制在600 V 800 V，最后尾氣進(jìn)入煙囪8排出。
權(quán)利要求
一種等溫型直接氧化硫磺回收工藝，其特征在于先將從脫硫單元來(lái)的酸氣經(jīng)酸氣分離器分離出酸水后，輸入主燃燒爐(1)，與空氣按一定配比在爐內(nèi)進(jìn)行克勞斯反應(yīng)；從主燃燒爐(1)出來(lái)的高溫氣流經(jīng)廢熱鍋爐(2)溫度降至310～320℃，再經(jīng)一級(jí)冷凝器(3)冷卻至170℃，其中絕大部分硫蒸氣被冷凝并分離；從一級(jí)冷凝器(3)出口的過(guò)程氣輸入一級(jí)再熱器(17)升溫至280℃進(jìn)入一級(jí)反應(yīng)器(16)，氣流中的H2S和SO2在催化劑上床層上繼續(xù)反應(yīng)生成元素硫，過(guò)程氣升溫，高溫條件下在催化劑下床層發(fā)生水解反應(yīng)；從一級(jí)反應(yīng)器(16)出來(lái)的過(guò)程氣溫度達(dá)330℃左右，再輸入二級(jí)冷凝器(4)冷凝分離出硫，過(guò)程氣輸入二級(jí)再熱器(15)溫度升至210℃進(jìn)入二級(jí)反應(yīng)器(14)進(jìn)行克勞斯反應(yīng)，在內(nèi)置冷卻盤管的冷卻作用下，過(guò)程氣溫度保持在230℃；過(guò)程氣輸入三級(jí)冷凝器(5)冷卻至120～130℃分離出液硫；從三級(jí)冷凝器(5)出來(lái)的過(guò)程氣進(jìn)入三級(jí)再熱器(13)升溫至190～200℃輸入三級(jí)反應(yīng)器(12)，進(jìn)行克勞斯反應(yīng)，在內(nèi)置冷卻盤管的冷卻作用下，過(guò)程氣溫度維持在200℃；從三級(jí)反應(yīng)器(12)出來(lái)的過(guò)程氣輸入四級(jí)再熱器(11)升溫至210℃左右，輸入超級(jí)克勞斯反應(yīng)器(10)，過(guò)程氣中剩余的H2S直接氧化為單質(zhì)硫，從超級(jí)克勞斯轉(zhuǎn)化器(10)出來(lái)的過(guò)程氣輸入四級(jí)冷凝器(6)冷卻至120～130℃，大部分硫蒸氣被冷凝并分離；尾氣輸入硫霧捕集器(7)后再進(jìn)入尾氣灼燒爐(9)灼燒；在尾氣灼燒爐(9)中，由于燃料氣的高溫燃燒，尾氣中殘余的H2S及其它硫化物被完全焚燒成SO2，爐內(nèi)溫度控制在600℃～800℃；最后尾氣進(jìn)入煙囪(8)排出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硫磺回收工藝，其特征在于經(jīng)一級(jí)冷凝器(3)冷卻分離出 的液硫輸入液硫管(18)；經(jīng)二級(jí)冷凝器(14)冷凝分離出的液硫、經(jīng)三級(jí)冷凝器(5)冷卻分 離出的液硫、經(jīng)四級(jí)冷凝器(6)冷凝分離出的液硫均輸入液硫管(18)，統(tǒng)一回收硫磺。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于天然氣凈化處理高含硫酸氣的等溫型直接氧化硫磺回收工藝。它能增加硫磺轉(zhuǎn)化率、提高硫磺回收率，具有節(jié)能、環(huán)保的特點(diǎn)。其技術(shù)方案是該工藝包括高溫轉(zhuǎn)化段，在主燃燒爐內(nèi)進(jìn)行高溫燃燒和克勞斯反應(yīng)，經(jīng)冷卻降溫分離出硫蒸氣；過(guò)程氣輸入一級(jí)再熱器升溫進(jìn)入一級(jí)反應(yīng)器，在催化劑上床層及下床層發(fā)生反應(yīng)，再輸入二級(jí)冷凝器冷卻分離出硫；過(guò)程氣輸入二級(jí)再熱器升溫進(jìn)入二級(jí)反應(yīng)器進(jìn)行克勞斯反應(yīng)，輸入三級(jí)冷凝器冷卻分離出液硫；過(guò)程氣進(jìn)入三級(jí)再熱器升溫輸入三級(jí)反應(yīng)器進(jìn)行克勞斯反應(yīng)，再升溫輸入超級(jí)克勞斯反應(yīng)器，冷卻分離出硫；最后進(jìn)入尾氣灼燒爐，尾氣由煙囪排出。本發(fā)明使總硫回收率得到有效提高，用于天然氣凈化硫磺回收。
文檔編號(hào)C01B17/04GK101927982SQ20101026675
公開(kāi)日2010年12月29日 申請(qǐng)日期2010年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月27日
發(fā)明者何金龍, 常宏崗, 游國(guó)慶, 艾志久, 蔣靜, 鄧江明, 陳昌介 申請(qǐng)人:西南石油大學(xué)