CN101927982A - 一种等温型直接氧化硫磺回收工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于天然气净化处理高含硫酸气的等温型直接氧化硫磺回收工艺。它能增加硫磺转化率、提高硫磺回收率，具有节能、环保的特点。其技术方案是：该工艺包括高温转化段，在主燃烧炉内进行高温燃烧和克劳斯反应，经冷却降温分离出硫蒸气；过程气输入一级再热器升温进入一级反应器，在催化剂上床层及下床层发生反应，再输入二级冷凝器冷却分离出硫；过程气输入二级再热器升温进入二级反应器进行克劳斯反应，输入三级冷凝器冷却分离出液硫；过程气进入三级再热器升温输入三级反应器进行克劳斯反应，再升温输入超级克劳斯反应器，冷却分离出硫；最后进入尾气灼烧炉，尾气由烟囱排出。本发明使总硫回收率得到有效提高，用于天然气净化硫磺回收。

Description

一种等温型直接氧化硫磺回收工艺
技术领域
本发明涉及一种等温型直接氧化硫磺回收工艺，用于处理高含硫酸气并回收硫单质，属于天然气净化领域。它能增加反应器硫磺转化率、提高工艺总硫磺回收率，具有节能、环保的特点。
背景技术
近年来，为达到环保要求，直接氧化类工艺在中小型硫磺回收及尾气处理中得到了广泛应用。该类工艺使用选择性氧化催化剂将过程气中H2S直接氧化为单质硫，包括Clinsulf工艺、ENsulf、Selectox、Superclaus和Modop，Euroclaus等。它们的基本方法和缺点介绍如下：
直接氧化类方法最具代表性的工艺有超级克劳斯法和超优克劳斯法。超级克劳斯法：该法由带有两台或三台常规克劳斯反应器加一台超级克劳斯反应器组成，在超级克劳斯反应器中装填选择性氧化催化剂，酸气在热力段按次当量控制空气量进行燃烧反应，以使得离开最后一级常规克劳斯段的过程气中硫化氢含量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进行；克劳斯尾气经再热至210℃左右并与空气混合后进入超级克劳斯反应器，尾气中的硫化氢在选择性氧化催化剂床层上直接氧化为元素硫，该反应器内的转化率约为85％。超克劳斯法总硫回收率约为99.2％。超优克劳斯法：超优克劳斯法是在超级克劳斯法基础上开发的。目的是在不增加额外投资的基础上，将硫磺回收率提高到99.4％或更高。两者区别是：超优克劳斯法在最后一级克劳斯催化反应器床层中的克劳斯催化剂下面装填了一层加氢还原催化剂，将SO2还原成S和H2S，使总硫回收率得以大大提高。根据酸性气体进料量和催化反应器数量，超优克劳斯法硫回收率可以达到99.4％以上。
该方法的缺点：由于反应器温度高，与常规克劳斯法一样受热力学的限制，硫的转化反应不完全。
Clinsulf法：该方法包括Clinsulf-DO和Clinsulf-SDP两种。Clinsulf-DO是将硫化氢直接催化氧化成硫磺的回收方法，其核心是一台Linde等温反应器，高反应器分为两段，上段未装冷盘管为绝热反应段，可使反应器温度迅速上升，提高反应速度，催化床下端装有冷却盘管，冷却介质取走热量使反应器出口温度低到接近硫的露点，这有利于化学方应朝生成硫的方向进行，因而一个反应器达到了两个目的；Clinsulf-SDP是对常规克劳斯法进行改进的一种方法，其基本思想是直接从催化剂床层而不是下游硫冷凝器中取走克劳斯反应热，因而可使整个床层保持温度不变，有利于克劳斯反应的进行，总硫回收率约为99.2％。
该方法的缺点：内冷式反应***过于庞大，操作稳定性差，其适用性也受限制。
发明内容
本发明的目的是：为了克服现有直接氧化类硫磺回收工艺和内冷式反应***的缺点，为提高工艺硫磺回收率，特提供一种等温型直接氧化硫磺回收工艺。
本发明由以下技术措施实现：该工艺主要包含高温转化段、催化转化段、超级克劳斯反应段和尾气灼烧段。
(1)高温转化段
主燃烧器所需空气由主风机提供，同时该主风机还提供选择性催化氧化转化器和尾气灼烧炉所用空气。进入主燃烧炉的空气分为两路，一路为主空气线，另一路为微调空气线，其相应的流量均由专用的配风控制***调节，以满足进入选择性催化氧化段的过程气中H2S浓度要求。
主燃烧炉在1000℃左右高温下，H2S与O2发生克劳斯反应生成硫单质。自主燃烧炉出来的高温气流经余热锅炉后温度降至315℃，经一级冷凝器冷却至170℃左右，其中绝大部分硫蒸气被冷凝并分离。
主燃烧炉内主要发生的反应有：
2H2S+3O2＝2SO2+2H2O
2H2S+O2＝2/xSx+2H2O
(2)催化转化段
自一级冷凝器出口过程气，经再热至280℃，过程气进入一级反应器。一级反应器催化剂上床层H2S与SO2发生常规克劳斯反应，催化剂下床层COS、CS2发生水解反应，过程气出口温度升至330℃左右进入二级冷凝器。
一级反应器内主要发生的反应有：
Figure BSA00000248727700022
Figure BSA00000248727700023
Figure BSA00000248727700024
自二级冷凝器出口，过程气再热至210℃进入二级反应器发生常规克劳斯反应，二级反应器在其内置冷却盘管的作用下，过程气温度维持在催化剂最佳反应温度230℃左右。
三级反应器与二级反应器内部反应原理相同，温度维持在200℃左右。由于降低了热力学因素的限制，二三级反应器硫磺转化率得到提高。
(3)直接氧化转化段
自三级反应器出口过程气经在线燃烧炉再热后，温度升至210℃左右进入超级克劳斯反应器，过程气中剩余的H2S直接氧化为单质硫。
直接氧化转化器内主要发生的反应有：
2H2S+O2＝2/xSx+2H2O
(4)尾气灼烧段
过程气经捕雾器除硫后，至在灼烧炉中，由于燃料气的高温燃烧，尾气中残余的H2S及其它硫化物和硫蒸气被完全焚烧成SO2，炉内温度控制在600℃～800℃。
方法步骤描述如下：    
步骤一：从脱硫单元来的酸气经酸气分离器分离出酸水后进入主燃烧炉与空气按一定配比在炉内进行克劳斯反应，自主燃烧炉出来的高温气流经废热锅炉后温度降至310～320℃，经一级冷凝器冷却至170℃，其中绝大部分硫蒸气被冷凝并分离。
步骤二：自一级冷凝器出口的过程气进入一级再热器，升温至280℃进入一级反应器，气流中的H2S和SO2在催化剂上床层上继续反应生成元素硫，由于克劳斯反应放热，过程气升温，高温条件下催化剂下床层发生水解反应，CS2、COS在此过程中充分水解。
步骤三：一级反应器出口处过程气温度达330℃左右，经过二级冷凝器冷凝分离出硫，经二级再热器再热温度升至210℃进入二级反应器，进行克劳斯反应。在内置冷却盘管的冷却作用下，过程气温度维持在230℃
步骤四：过程气输入三级冷凝器冷却至120～130℃分离出液硫，自三级冷凝器出来的过程气经三级再热器升温至190～200℃进入三级反应器，进行克劳斯反应，在内置冷却盘管的冷却作用下，过程气温度维持在200℃。
步骤五：从三级反应器出口过程气输入四级再热器升温至210℃左右，进入超级克劳斯转化器，过程气中剩余的H2S直接氧化为单质硫，从超级克劳斯转化器出口过程气进入四级冷凝器冷却至120～130℃，绝大部分硫蒸气被冷凝并分离出来，尾气通过硫雾捕集器后进入尾气灼烧炉灼烧。
步骤六：在尾气灼烧炉中，由于燃料气的高温燃烧，尾气中残余的H2S及其它硫化物和硫蒸气被完全焚烧成SO2，炉内温度控制在600℃～800℃，最后尾气进入烟囱排出。
经一级冷凝器冷却分离出的液硫输入液硫管；经二级冷凝器冷却分离出的液硫输入液硫管；经三级级冷凝器、四级冷凝器分离出的液硫均输入液硫管统一回收硫磺。
本发明具有如下有益效果：(1)本发明催化反应段二，三级反应器中进行常规克劳斯反应，催化剂床层维持在等温的状态，降低了克劳斯反应热力学因素的限制，增加了反应器硫磺转化率，提高了工艺总硫磺回收率。(2)本发明与常规克劳斯工艺相比，不要求严格的酸气、空气配气比，操作更加灵活，具有节能、环保等特点。
附图说明
图1为本发明等温型直接氧化硫磺回收的工艺流程图。
图中所示：1、主燃烧炉，2、废热锅炉，3、一级冷凝器，4、二级冷凝器，5、三级冷凝器，6、四级冷凝器，7、硫雾捕集器，8、烟囱，9、尾气灼烧炉，10、超级克劳斯反应器，11、四级再热器，12、三级反应器，13、三级再热器，14、二级反应器，15、二级再热器，16、一级反应器，17、一级再热器，18、液硫管。
具体实施方式
实施例1
下面是结合图1，说明本发明的具体实施方式。
步骤一：自主燃烧炉1出来的高温气流经废热锅炉2后温度降至315℃，经一级冷凝器3冷却至170℃，其中绝大部分硫蒸气被冷凝并分离。
步骤二：自一级冷凝器3出来的过程气进入一级再热器17，升温至280℃进入一级反应器16，过程气中的H2S和SO2在催化剂上床层上反应生成单质硫。克劳斯反应放热，使得过程气升温，高温条件下催化剂下床层发生水解反应，CS2、COS在此过程中充分水解。
步骤三：从一级反应器16出口处过程气温度达330℃左右，经二级冷凝器4冷凝分离出硫，二级再热器15再热至210℃进入二级反应器14，在内置冷却盘管的冷却作用下，催化剂下床层温度维持在210℃，发生克劳斯反应生成硫单质。
步骤四：二级反应器14出口处过程气进入三级冷凝器5，温度冷却至126℃，分离出液硫后经三级再热器13再热至196℃进入三级反应器12。在内置冷却盘管的冷却作用下，催化剂下床层温度维持在200℃，发生克劳斯反应生成硫单质。
步骤五：三级反应器出口过程气经四级再热器11再热至210℃左右，进入超级克劳斯转化器10，H2S在超级克劳斯催化剂作用下直接氧化为元素硫，残留的微量SO2在克劳斯催化剂床层底部的加氢还原催化剂的作用下生成单质S和H2S。过程气中剩余的H2S转化为元素硫。
步骤六：超级克劳斯转化器10出口过程气进入四级冷凝器6冷却至125℃，绝大部分硫蒸气被冷凝并分离出来。
步骤七：尾气通过硫雾捕集器7后进入尾气灼烧炉9灼烧。在尾气灼烧炉9中，由于燃料气的高温燃烧，尾气中残余的H2S及其它硫化物和硫蒸气被完全焚烧成SO2，炉内温度控制在600℃～800℃，最后尾气进入烟囱8排出。

Claims (2)

1.一种等温型直接氧化硫磺回收工艺，其特征在于：先将从脱硫单元来的酸气经酸气分离器分离出酸水后，输入主燃烧炉(1)，与空气按一定配比在炉内进行克劳斯反应；从主燃烧炉(1)出来的高温气流经废热锅炉(2)温度降至310～320℃，再经一级冷凝器(3)冷却至170℃，其中绝大部分硫蒸气被冷凝并分离；从一级冷凝器(3)出口的过程气输入一级再热器(17)升温至280℃进入一级反应器(16)，气流中的H2S和SO2在催化剂上床层上继续反应生成元素硫，过程气升温，高温条件下在催化剂下床层发生水解反应；从一级反应器(16)出来的过程气温度达330℃左右，再输入二级冷凝器(4)冷凝分离出硫，过程气输入二级再热器(15)温度升至210℃进入二级反应器(14)进行克劳斯反应，在内置冷却盘管的冷却作用下，过程气温度保持在230℃；过程气输入三级冷凝器(5)冷却至120～130℃分离出液硫；从三级冷凝器(5)出来的过程气进入三级再热器(13)升温至190～200℃输入三级反应器(12)，进行克劳斯反应，在内置冷却盘管的冷却作用下，过程气温度维持在200℃；从三级反应器(12)出来的过程气输入四级再热器(11)升温至210℃左右，输入超级克劳斯反应器(10)，过程气中剩余的H2S直接氧化为单质硫，从超级克劳斯转化器(10)出来的过程气输入四级冷凝器(6)冷却至120～130℃，大部分硫蒸气被冷凝并分离；尾气输入硫雾捕集器(7)后再进入尾气灼烧炉(9)灼烧；在尾气灼烧炉(9)中，由于燃料气的高温燃烧，尾气中残余的H2S及其它硫化物被完全焚烧成SO2，炉内温度控制在600℃～800℃；最后尾气进入烟囱(8)排出。
2.根据权利要求1所述的硫磺回收工艺，其特征在于：经一级冷凝器(3)冷却分离出的液硫输入液硫管(18)；经二级冷凝器(14)冷凝分离出的液硫、经三级冷凝器(5)冷却分离出的液硫、经四级冷凝器(6)冷凝分离出的液硫均输入液硫管(18)，统一回收硫磺。
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