CN103482583B - Swsr-1硫回收工艺 - Google Patents
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Abstract
SWSR-1硫回收装置及工艺。本发明涉及一种克劳斯硫磺回收与离子液循环吸收法尾气处理组合装置及工艺，该装置包括制硫燃烧炉、克劳斯反应***、制硫尾气焚烧炉、富SO2过程气换热器、SO2吸收塔、富液泵、贫富液换热器、SO2再生塔和贫液进料泵。工艺步骤包括：①含硫化氢酸性气发生克劳斯反应并回收其中的硫磺及热能，②制硫尾气燃烧生成SO2，③富SO2过程气经离子液吸收塔脱除SO2，④富SO2离子液送入再生塔进行硫的分离再生。离子液为由有机阳离子、无机阴离子为主，添加少量活化剂、抗氧化剂组成的水溶液。本发明的设备投入低，物料安全性高，工艺流程短，工艺过程安全可靠，SO2的回收率高，排放气中SO2的含量可降低到50ppm以下，满足国家规范的要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种适用于硫磺回收及尾气处理的新工艺，具体涉及的是一种利用常规克劳斯工艺与离子液回收二氧化硫工艺优化改进形成的硫磺回收及尾气处理新工艺。
背景技术
我国一直倡导节能减排工作，严格控制大气二氧化硫排放量，2012年以前，国家标准规定的二氧化硫排放浓度为不高于960mg/g。目前国家有关部门正在酝酿修订大气污染物综合排放标准，要求新建硫磺装置二氧化硫排放浓度小于400mg/Nm3(特定地区排放浓度小于200mg/Nm3)。中国石化积极实施绿色低碳发展战略，把降低硫磺装置烟气二氧化硫排放浓度作为燃油板块争创世界一流的重要指标之一，要求2015年二氧化硫排放浓度达到世界先进水平(400mg/Nm3)、部分企业达到世界领先水平(200mg/Nm3)。
目前国内的硫磺回收及尾气处理工艺采用高温热反应和两级催化反应的克劳斯(Claus硫回收工艺，制硫尾气中含有少量的H2S、SO2、COS、Sx等有害物质，直接焚烧后排放达不到国家规定的环保要求。硫磺回收尾气处理方法主要有低温克劳斯法、选择氧化法、还原吸收法。加氢还原吸收工艺是将硫回收尾气中的元素S、SO2、COS和CS等，在很小的氢分压和极低的操作压力下(约0.01MPa～0.06MPa)，用特殊的尾气处理专用加氢催化剂，将其还原或水解为H2S，再用醇胺溶液吸收，再生后的醇胺溶液循环使用。吸收了H2S的富液经再生处理，富含H2S气体返回上游单元，经吸收处理后的净化气中的总硫＜300ppm。该工艺流程长，需用到加氢技术，装置安全控制要求较高，且硫回收效果满足不了环保要求进一步提高的需要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种SWSR-1(SWSR-SunWay Sulfur recovery)硫回收装置及工艺，是克劳斯硫磺回收与离子液循环吸收法尾气处理的组合装置及工艺，以减少设备投入、缩短工艺流程、降低能耗、节约占地、提高物料安全性，并使处理后尾气中的二氧化硫含量降低到50ppm以下。
本发明的目的可以通过如下措施来达到：
一种SWSR-1硫回收装置，包括制硫燃烧炉、克劳斯反应***、制硫尾气焚烧炉、富SO2过程气换热器、SO2吸收塔、富液泵、贫富液换热器、SO2再生塔和贫液进料泵；
连接方式如下：制硫燃烧炉依次连接克劳斯反应***、制硫尾气焚烧炉、富SO2过程气换热器和SO2吸收塔的下部，SO2吸收塔的底部连接富液泵、富液泵与贫富液换热器连接， 贫富液换热器与SO2再生塔的上部连接，SO2再生塔的底部和贫液进料泵连接，贫液进料泵连接贫富液换热器，贫富液换热器连接SO2吸收塔的上部，SO2再生塔的顶部连接制硫燃烧炉。
所述SO2吸收塔的塔内件为板式旋转填料。板式旋转填料可以使液体受数百倍或更高的重力场的作用及旋转填料的剪切力的作用，被拉成极薄的膜、很细的丝和微小的滴，表面被迅速更新，产生巨大的相间接触面积，使相间传质速率比传统的塔器中的提高1～3个数量级，强化了传质过程，具有很高的传质系数和很大的操作弹性，同时具有停留时间短、微观混合均匀、持液量小等优点，使吸收过程完全，设备塔径减小，减少设备费用。
所述SO2再生塔的塔内件为规整填料与旋转填料组合。规整填料具有比表面积大、压降小、流体分布均匀、传质传热效率高等优点，旋转填料利用旋转产生的远大于重力的离心力，使气液在高度湍流下接触，强化传质过程，提高传质效率，因此，将规整填料和旋转填料组合使用到SO2再生塔上，可降低塔的操作压力、提高分离效率高、操作弹性加大、适应性更强、可节约能源、减小塔径。
一种SWSR-1硫回收工艺，具体步骤如下：
①含硫化氢酸性气发生克劳斯反应并回收其中的硫磺及热能
含硫化氢酸性气经制硫燃烧炉、克劳斯反应***，生成硫磺及制硫尾气，其中硫磺回收送入液硫储存设施，制硫尾气送入制硫尾气焚烧炉；
②制硫尾气燃烧生成二氧化硫
制硫尾气与空气混合送入制硫尾气焚烧炉进行焚烧，所有含硫介质均转化为SO2，形成富含SO2过程气，然后经富SO2过程气换热器降温至80℃以下，送入SO2吸收塔；
③富SO2过程气经离子液吸收塔脱除SO2
富SO2过程气在SO2吸收塔中与离子液贫液接触，过程气中的SO2被离子液贫液吸收，进入塔底，脱除SO2后的净化气送入烟道排放；
④富SO2离子液送入再生塔进行硫的分离再生
吸收SO2后的离子液富液，经富液泵送入贫富液换热器换热升温到80-130℃后送入SO2再生塔，汽提脱除离子液富液中的SO2后将SO2送入制硫燃烧炉，脱除SO2后的离子液贫液经贫液进料泵、贫富液换热器送入SO2吸收塔；
所述离子液贫液循环使用，必要时经贫液补液线补充。
离子液贫液是由有机阳离子、无机阴离子为主，添加少量活化剂、抗氧化剂组成的水溶液，是一种新颖的离子液体，蒸汽压极低，无毒、无害、不燃、不爆，在脱除SO2、NOX、Hg、As的同时，不释放NH3、CO2，离子液富液再生(即脱除SO2成为离子液贫液)时产生 高纯SO2气体。
离子液贫液中的有效组分选自以下物质中的一种或多种：二甘醇胺1～25wt％、羟乙基乙二胺1～35wt％、SO4 2-0.5～28wt％、柠檬酸0.01～5wt％、硫代二丙酚二酯0.01～6wt％、2-派啶乙醇(PE)1～30wt％、酒石酸0.01～3wt％、硫醇0.01～2wt％。上述重量百分比是各组分在离子液贫液中所占比例。
反应方程式：
SO2+H2O←→H++HSO3 - (1)
R+H+←→RH+ (2)
总反应式：
SO2+H2O+R←→RH++HSO3 - (3)
上式中R代表离子液SO2吸收剂，(3)式是可逆反应，10-70℃下反应(3)从左向右进行，80-130℃下反应(3)从右向左进行。离子液循环吸收正是利用此原理，在10-70℃下吸收二氧化硫，80-130℃下将吸收剂中二氧化硫解吸，从而达到脱除和回收烟气中SO2的目的。
所述克劳斯反应***为常规工艺。
所述制硫尾气焚烧炉中的焚烧为过氧燃烧工艺，以便将硫化物全部转化为二氧化硫。
所述SO2吸收塔的操作温度为10～70℃。
所述SO2再生塔的操作温度为80～130℃。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)首次将克劳斯硫磺回收工艺与离子液循环吸收法尾气处理工艺相结合，并使用在硫磺回收及尾气处理过程中，属于国际首创，并能使排放气中二氧化硫含量降到最低，其达到的效果远远优于两者各自工作时所能起到的效果。
(2)设备投入低，物料安全性高，工艺流程短，能耗低，占地省，无需繁琐难以控制的加氢过程，工艺过程安全可靠，不存在危险性较大的工艺与设备。
(3)离子液可以循环使用，降低了生产成本。
(4)通过换热器的设计，使能量可以在***中自我利用，节省能源。
(5)尾气处理中二氧化硫的回收率高，排放气中二氧化硫的含量可降低到50ppm以下，减少了硫磺回收及尾气处理装置向大气排放二氧化硫的数量，满足国家规范的要求。
附图说明
图1是本发明SWSR-1硫回收工艺流程示意图。
图中：1-制硫燃烧炉；2-克劳斯反应***；3-焚烧炉；4-富SO2过程气换热器；5-SO2吸收塔；6-富液泵；7-贫富液换热器；8-SO2再生塔；9-贫液进料泵。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
如图1所示的SWSR-1硫回收装置，包括制硫燃烧炉1、克劳斯反应***2、制硫尾气焚烧炉3、富SO2过程气换热器4、SO2吸收塔5、富液泵6、贫富液换热器7、SO2再生塔8和贫液进料泵9；
连接方式如下：制硫燃烧炉1依次连接克劳斯反应***2、制硫尾气焚烧炉3、富SO2过程气换热器4和SO2吸收塔5的下部，SO2吸收塔5的底部连接富液泵6、富液泵6与贫富液换热器7连接，贫富液换热器7与SO2再生塔8的上部连接，SO2再生塔8的底部和贫液进料泵9连接，贫液进料泵9连接贫富液换热器7，贫富液换热器7连接SO2吸收塔5的上部，SO2再生塔8的顶部连接制硫燃烧炉1。
SO2吸收塔5的塔内件为板式旋转填料。
SO2再生塔8的塔内件为规整填料与旋转填料组合。
SWSR-1硫回收工艺的具体步骤如下：
①含硫化氢酸性气发生克劳斯反应并回收其中的硫磺及热能
含硫化氢酸性气经制硫燃烧炉1、克劳斯反应***2，生成硫磺及制硫尾气，其中硫磺回收送入液硫储存设施，制硫尾气送入制硫尾气焚烧炉3；
②制硫尾气燃烧生成二氧化硫
制硫尾气与空气混合送入制硫尾气焚烧炉3进行焚烧，空气过量注入，将所有含硫介质转化为SO2，形成富含SO2过程气，然后经富SO2过程气换热器4降温至10℃，送入SO2吸收塔5；
③富SO2过程气经离子液吸收塔脱除SO2
富SO2过程气在10℃的SO2吸收塔5中与离子液贫液接触，过程气中的SO2被离子液贫液吸收，进入塔底，脱除SO2后的净化气送入烟道排放；
④富SO2离子液送入再生塔进行硫的分离再生
吸收SO2后的离子液富液，经富液泵6送入贫富液换热器7换热升温到80℃后送入SO2再生塔8，SO2再生塔8的工作温度为80℃，通过汽提脱除离子液富液中的SO2后将SO2送入制硫燃烧炉1，脱除SO2后的离子液贫液经贫液进料泵9、贫富液换热器7送入SO2吸收塔5；离子液贫液循环使用。
离子液贫液的组成为：2-派啶乙醇(PE)20％(重量)、酒石酸0.1％(重量)、硫醇0.2％(重量)、SO4 2-12％(重量)、其余为水。
检测排放气中二氧化硫的含量为36ppm。
实施例2
如图1所示的SWSR-1硫回收装置，包括制硫燃烧炉1、克劳斯反应***2、制硫尾气焚烧炉3、富SO2过程气换热器4、SO2吸收塔5、富液泵6、贫富液换热器7、SO2再生塔8和贫液进料泵9；
连接方式如下：制硫燃烧炉1依次连接克劳斯反应***2、制硫尾气焚烧炉3、富SO2过程气换热器4和SO2吸收塔5的下部，SO2吸收塔5的底部连接富液泵6、富液泵6与贫富液换热器7连接，贫富液换热器7与SO2再生塔8的上部连接，SO2再生塔8的底部和贫液进料泵9连接，贫液进料泵9连接贫富液换热器7，贫富液换热器7连接SO2吸收塔5的上部，SO2再生塔8的顶部连接制硫燃烧炉1。
SO2吸收塔5的塔内件为板式旋转填料。
SO2再生塔8的塔内件为规整填料与旋转填料组合。
SWSR-1硫回收工艺的具体步骤如下：
①含硫化氢酸性气发生克劳斯反应并回收其中的硫磺及热能
含硫化氢酸性气经制硫燃烧炉1、克劳斯反应***2，生成硫磺及制硫尾气，其中硫磺回收送入液硫储存设施，制硫尾气送入制硫尾气焚烧炉3；
②制硫尾气燃烧生成二氧化硫
制硫尾气与空气混合送入制硫尾气焚烧炉3进行焚烧，空气过量注入，将所有含硫介质转化为SO2，形成富含SO2过程气，然后经富SO2过程气换热器4降温至40℃，送入SO2吸收塔5；
③富SO2过程气经离子液吸收塔脱除SO2
富SO2过程气在40℃的SO2吸收塔5中与离子液贫液接触，过程气中的SO2被离子液贫液吸收，进入塔底，脱除SO2后的净化气送入烟道排放；
④富SO2离子液送入再生塔进行硫的分离再生
吸收SO2后的离子液富液，经富液泵6送入贫富液换热器7换热升温到100℃后送入SO2再生塔8，SO2再生塔8的工作温度为100℃，通过汽提脱除离子液富液中的SO2后将SO2送入制硫燃烧炉1，脱除SO2后的离子液贫液经贫液进料泵9、贫富液换热器7送入SO2吸收塔5；离子液贫液循环使用。
离子液贫液的组成为：二甘醇胺5％(重量)、羟乙基乙二胺15％(重量)、SO4 2-8％(重量)、柠檬酸0.6％(重量)、硫代二丙酚二酯0.6％(重量)，其余为水。
检测排放气中二氧化硫的含量为22ppm。
实施例3
如图1所示的SWSR-1硫回收装置，包括制硫燃烧炉1、克劳斯反应***2、制硫尾气焚烧炉3、富SO2过程气换热器4、SO2吸收塔5、富液泵6、贫富液换热器7、SO2再生塔8和贫液进料泵9；
连接方式如下：制硫燃烧炉1依次连接克劳斯反应***2、制硫尾气焚烧炉3、富SO2过程气换热器4和SO2吸收塔5的下部，SO2吸收塔5的底部连接富液泵6、富液泵6与贫富液换热器7连接，贫富液换热器7与SO2再生塔8的上部连接，SO2再生塔8的底部和贫液进料泵9连接，贫液进料泵9连接贫富液换热器7，贫富液换热器7连接SO2吸收塔5的上部，SO2再生塔8的顶部连接制硫燃烧炉1。
SO2吸收塔5的塔内件为板式旋转填料。
SO2再生塔8的塔内件为规整填料与旋转填料组合。
SWSR-1硫回收工艺的具体步骤如下：
①含硫化氢酸性气发生克劳斯反应并回收其中的硫磺及热能
含硫化氢酸性气经制硫燃烧炉1、克劳斯反应***2，生成硫磺及制硫尾气，其中硫磺回收送入液硫储存设施，制硫尾气送入制硫尾气焚烧炉3；
②制硫尾气燃烧生成二氧化硫
制硫尾气与空气混合送入制硫尾气焚烧炉3进行焚烧，空气过量注入，将所有含硫介质转化为SO2，形成富含SO2过程气，然后经富SO2过程气换热器4降温至70℃，送入SO2吸收塔5；
③富SO2过程气经离子液吸收塔脱除SO2
富SO2过程气在70℃的SO2吸收塔5中与离子液贫液接触，过程气中的SO2被离子液贫液吸收，进入塔底，脱除SO2后的净化气送入烟道排放；
④富SO2离子液送入再生塔进行硫的分离再生
吸收SO2后的离子液富液，经富液泵6送入贫富液换热器7换热升温到130℃后送入SO2再生塔8，SO2再生塔8的工作温度为130℃，通过汽提脱除离子液富液中的SO2后将SO2送入制硫燃烧炉1，脱除SO2后的离子液贫液经贫液进料泵9、贫富液换热器7送入SO2吸收塔5；离子液贫液循环使用。
离子液贫液的组成为：二甘醇胺5％(重量)、羟乙基乙二胺15％(重量)、SO4 2-10％(重量)、柠檬酸0.3％(重量)、酒石酸0.3％(重量)、硫代二丙酚二酯0.6％(重量)，其余为水。
检测排放气中二氧化硫的含量为16ppm。
Claims (4)
1.一种SWSR-1硫回收工艺，其特征在于，具体步骤如下：
①含硫化氢酸性气发生克劳斯反应并回收其中的硫磺及热能
含硫化氢酸性气经过制硫燃烧炉(1)、克劳斯反应***(2)，生成硫磺及制硫尾气，其中硫磺回收送入液硫储存设施，制硫尾气送入制硫尾气焚烧炉(3)；
②制硫尾气燃烧生成二氧化硫
制硫尾气与空气混合送入制硫尾气焚烧炉(3)进行焚烧，所有含硫介质均转化为SO2，形成富含SO2过程气，然后经富SO2过程气换热器(4)降温至10-80℃，送入SO2吸收塔(5)；
③富SO2过程气经离子液吸收塔脱除SO2
富SO2过程气在SO2吸收塔(5)中与离子液贫液接触，过程气中的SO2被离子液贫液吸收，进入塔底，脱除SO2后的净化气送入烟道排放；
④富SO2离子液送入再生塔进行硫的分离再生
吸收SO2后的离子液富液，经富液泵(6)送入贫富液换热器(7)换热升温到80-130℃后送入SO2再生塔(8)，汽提脱除离子液富液中的SO2后将SO2送入制硫燃烧炉(1)，脱除SO2后的离子液贫液经贫液进料泵(9)、贫富液换热器(7)送入SO2吸收塔(5)；
所述离子液贫液循环使用，必要时经贫液补液线补充；所述离子液贫液是由有机阳离子、无机阴离子为主，添加活化剂、抗氧化剂组成的水溶液，离子液贫液中的有效组分为：二甘醇胺1～25wt％、羟乙基乙二胺1～35wt％、SO4 2-0.5～28wt％、柠檬酸0.01～5wt％、硫代二丙酚二酯0.01～6wt％、2-哌啶乙醇1～30wt％、酒石酸0.01～3wt％、硫醇0.01～2wt％；
反应方程式：
SO2+H2O←→H++HSO3 - (1)
R+H+←→RH+ (2)
总反应式：
SO2+H2O+R←→RH++HSO3 - (3)
上式中R代表离子液SO2吸收剂，(3)式是可逆反应，10-70℃下反应(3)从左向右进行，80-130℃下反应(3)从右向左进行；离子液循环吸收正是利用此原理，在10-70℃下吸收二氧化硫，80-130℃下将吸收剂中二氧化硫解吸，从而达到脱除和回收烟气中SO2的目的。
2.根据权利要求1所述的SWSR-1硫回收工艺，其特征在于，所述制硫尾气焚烧炉(3)中的焚烧为过氧燃烧工艺。
3.根据权利要求1所述的SWSR-1硫回收工艺，其特征在于，所述SO2吸收塔(5)的操作温度为10～70℃。
4.根据权利要求1所述的SWSR-1硫回收工艺，其特征在于，所述SO2再生塔(8)的操作温度为80～130℃。
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