CN104528659B - 一种液硫循环处理低浓度酸性气的硫磺回收工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种液硫循环处理低浓度酸性气的硫磺回收工艺，其特征在于，包括：将液硫雾化后与煤化工过程产生的H2S酸性气混合，采用富氧或空气助燃进行克劳斯燃烧，将燃烧生成的过程气进行两级克劳斯反应，将两级克劳斯反应产生的尾气依次进行加氢‑直接氧化和湿法洗涤，回收克劳斯燃烧、两级克劳斯反应和加氢‑直接氧化过程中产生的硫磺。本发明可以保证低热值原料酸性气的燃烧温度，同时分解原料酸性气中有害杂质。
Description
技术领域
本发明涉及一种液硫循环处理低浓度酸性气的硫磺回收工艺，用于硫磺回收装置设计，属于硫磺回收领域。
背景技术
针对煤化工过程产生的各种低浓度酸性气处理，总体上含H2S浓度偏低，如低温甲醇洗工段来的酸性气含CO2高，H2S浓度25％左右，以及含少量甲醇，而酚氨回收工段来的酸性气含NH3、含H2O，H2S浓度4％左右，由于这些酸性气的热值很低，即使是配入纯氧也无法达到烧氨温度，分流法的克劳斯工艺也无法处理。
目前处理H2S含量20％以下的硫回收工艺主要有直接氧化法、LO-cat工艺，直接氧化法工艺采用酸性气与空气混合，加热到反应温度进入反应器，在催化剂的作用下，反应式为：H2S+1/2O2→S+H2O，直接氧化法工艺适用于处理低浓度酸性气，但催化剂对NH3、CO、甲醇等杂质敏感，所以该工艺无法处理杂质较多的酸性气。
LO-cat工艺是一种处理低浓度酸气的液相氧化工艺，其采用特有的螯合铁催化剂把H2S转化成为单质硫。总反应过程为：H2S+1/2O2→H2O+S，反应中的氧气由鼓入催化剂溶液的空气提供。Lo-Cat工艺对H2S浓度高低没有限制，但酸性气中含水会稀释螯合铁催化剂溶液，另外该工艺对酸性气中的CO、甲醇等杂质无法转化，所以Lo-Cat工艺对于处理杂质较多的酸性气也有局限性。
发明内容
本发明的目的是提供一种液硫循环处理低浓度酸性气的硫磺回收工艺。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种液硫循环处理低浓度酸性气的硫磺回收工艺，其特征在于，包括：将煤化工过程产生的H2S的体积浓度为2％～30％的酸性气进行克劳斯燃烧，将燃烧生成的过程气进行两级克劳斯反应，将两级克劳斯反应产生的尾气依次进行加氢-直接氧化和湿法洗涤，回收克劳斯燃烧、两级克劳斯反应和加氢-直接氧化过程中产生的硫磺。
优选地，所述的克劳斯燃烧的步骤包括：将液硫用同样温度的氮气雾化后喷入制硫燃烧炉进行燃烧，同时将煤化工过程产生的H2S的体积浓度为2％～30％的、氨气的体积浓度为1％～20％的酸性气、助燃气体及煤化工过程产生的H2S的体积浓度为2％～30％、不含氨气的酸性气分别经过含氨酸性气加热器、空气加热器及清洁酸性气体加热器预热后再混合后进入制硫燃烧炉进行燃烧，制硫燃烧炉中产生的过程气进入废热锅炉冷却后，从废热锅炉出口出来的过程气的大部分进入一级冷凝冷却器进行冷凝冷却，然后进入两级克劳斯反应器进行两级克劳斯反应，剩下的部分用于加热两级克劳斯反应器的入口气体，在一级冷凝冷却器中产生的单质硫进入硫封罐用于回收。
更优选地，所述的氮气经过蒸汽加热器或加热套管预热到与液硫相同温度再进行雾化。
更优选地，当煤化工过程产生的H2S的体积浓度为2％～30％、不含氨气的酸性气的热值为200kcal/kg～4000kcal/kg时，所述的助燃物为纯氧、富氧或空气。
更优选地，所述的制硫燃烧炉包含前置区，所述的煤化工过程产生的H2S的体积浓度为2％～30％的、氨气的体积浓度为1％～20％的酸性气先在前置区中进行前置烧氨，形成1250℃以上高温区，使氨气全部分解。
更优选地，所述的助燃物预热到120℃以上，煤化工过程产生的H2S的体积浓度为2％～30％的、氨气的体积浓度为1％～20％的酸性气预热到120℃以上，煤化工过程产生的H2S的体积浓度为2％～30％、不含氨气的酸性气预热到130℃以上后，一部分与预热后的煤化工过程产生的H2S的体积浓度为2％～30％的、氨气的体积浓度为1％～20％的酸性气混合进入制硫燃烧炉进行燃烧，其余部分分流到制硫燃烧炉内燃烧外焰前端，通过调节两部分的分流流量，来调节制硫燃烧炉的炉膛前后端温度。
优选地，所述的两级克劳斯反应的步骤包括：将克劳斯燃烧产生的过程气在两级克劳斯反应器中进行克劳斯反应，反应产生的过程气经冷凝冷却后，所产生的单质硫进入硫封罐用于回收，所产生的尾气依次进行加氢-直接氧化和湿法洗涤。
优选地，所述的加氢-直接氧化的步骤包括：将两级克劳斯反应产生的尾气先经过尾气气-气换热器再由电加热器被加热到200℃～250℃，进入加氢反应器，在加氢反应器内同步通入氢气进行加氢反应，从加氢反应器出来的过程气经第四冷却器，冷却到150～180℃后进入直接氧化反应器，在直接氧化反应器内同步通入空气进行氧化反应，从直接氧化反应器出来的过程气进入第五冷凝冷却器后进入加氢尾气分液罐，生成的单质硫与过程气分离后进入液硫储罐用于回收，过程气出加氢尾气分液罐后进行湿法洗涤。
优选地，所述的湿法洗涤的步骤包括：从加氢尾气分液罐出来的过程气过程气经由缓冲罐后通过高能文丘里管与自洗涤塔泵入的循环碱液充分混合反应吸收H2S和SO2，再经洗涤塔填料分液净化后，直排大气。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明是一种针对低热值、多杂质的酸性气处理的低能耗、高尾气净化率的硫磺回收工艺：包括液硫循环、氮气雾化、前置烧氨、分区燃烧组合工艺，以及二级克劳斯反应、中温掺和，克劳斯尾气加氢还原-空气直接氧化、湿法洗涤等，保证低热值原料酸性气的燃烧制硫温度，同时分解原料酸性气中有害杂质，燃烧生成的过程气进入第二步两级克劳斯反应部分，硫回收率达99.7％以上，净化尾气后排大气，尾气中SO2浓度低于50mg/Nm3-dry，洗涤部分外排污水符合直排标准。
附图说明
图1为克劳斯燃烧、两级克劳斯反应部分工艺流程图；
图2为尾气加氢-直接氧化部分工艺流程图；
图3为尾气湿法洗涤部分工艺流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例
一种液硫循环处理低浓度酸性气的硫磺回收工艺，将煤化工过程产生的H2S的体积浓度为5％的酸性气和煤化工过程产生的H2S的体积浓度为15％的、氨气的体积浓度为18％的酸性气进行克劳斯燃烧，将燃烧生成的过程气进行两级克劳斯反应，将两级克劳斯反应产生的尾气依次进行加氢-直接氧化和湿法洗涤，回收克劳斯燃烧、两级克劳斯反应和加氢-直接氧化过程中产生的硫磺，具体如下：
第一步：克劳斯燃烧：与常规的克劳斯燃烧不同的是：液硫自液硫池通过液硫泵输送至制硫反应炉燃烧器入口，用同等温度的氮气将液硫雾化，助燃物可选用纯氧、富氧或空气，并预热到120℃以上，上述物料进入燃烧器燃烧后，液硫全部转化为SO2，此措施用于补充酸性气燃烧热量；其余酸性气燃烧部分与常规的克劳斯燃烧工艺相同。
如图1所示，将来自装置公用工程的氮气经蒸汽加热器预热到120℃，将120℃的液硫用同样温度的氮气雾化后喷入制硫燃烧炉4进行燃烧，同时将煤化工过程产生的H2S的体积浓度为15％的、氨气的体积浓度为18％、热值为1500kcal/kg的酸性气、助燃气体及煤化工过程产生的H2S的体积浓度为5％、不含氨气的、热值为400kcal/kg酸性气分别经过含氨酸性气加热器1、空气加热器2及清洁酸性气体加热器3预热到130℃后再按照体积比4∶3混合后进入制硫燃烧炉4进行燃烧，在制硫燃烧炉4内，含有H2S的含氨酸性废气中的氨、烃类等被完全分解，部分H2S转化为SO2，生成的SO2继续与其余的H2S通过高温克劳斯反应生成单质硫，制硫燃烧炉4产生的含有单质硫、H2S、SO2等组分的过程气进入废热锅炉5冷却到800℃，废热锅炉5同时产生4.0Mpa蒸汽，从废热锅炉5出口出来的过程气的大部分进入一级冷凝冷却器6进行冷凝冷却，然后进入两级克劳斯反应器7进行两级克劳斯反应，剩下的部分用于加热两级克劳斯反应器7的入口气体，在一级冷凝冷却器6中产生的单质硫进入硫封罐8用于回收。
所述的制硫燃烧炉4包含前置区，所述的煤化工过程产生的H2S的体积浓度为15％的、氨气的体积浓度为18％的酸性气先在前置区中进行前置烧氨，形成1250℃以上高温区，使氨气全部分解。煤化工过程产生的H2S的体积浓度为5％、不含氨气的酸性气预热后，一部分与预热后的煤化工过程产生的H2S的体积浓度为15％的、氨气的体积浓度为18％的酸性气混合进入制硫燃烧炉4的前置区进行燃烧，其余部分分流到制硫燃烧炉4内燃烧外焰前端，通过调节两部分的分流流量，来调节制硫燃烧炉4的炉膛前后端温度。
第二步：两级克劳斯反应：大部分来自废热锅炉出口的过程气从废热锅炉5出口进入一级冷凝冷却器6被冷却到160℃在两级克劳斯反应器7中进行常规克劳斯反应，按照常规两级克劳斯反应流程，采用两级中温掺合工艺，经过2台克劳斯反应器，按照SO2+2H2S＝3S+2H2O反应，生成单质硫。其余部分过程气从废热锅炉5出口分为两股，经掺合阀加热两级克劳斯反应器7入口气体。
在制硫燃烧炉4中生成的单质硫被冷凝冷却后与过程气分离进入经由硫封罐8后进入液硫储罐用于回收。单质硫被分离后的过程气经过两级克劳斯反应器7及二级冷凝冷却器9，通过克劳斯反应，生成单质硫，二级冷凝冷却器9出来的过程气再进入三级冷凝冷却器10，三级冷凝冷却器10出来的尾气进入后续的加氢-直接氧化处理。
第三步：加氢-直接氧化：如图2所示，从三级冷凝冷却器10顶部出来的尾气先经过尾气气-气换热器11再由电加热器12被加热到220℃，进入加氢反应器13，在加氢反应器13内同步通入氢气，根据下述反应SO2+3H2＝H2S+2H2O，尾气中SO2被还原为H2S。从加氢反应器13出来的过程气经第四冷却器14，冷却到150℃后进入直接氧化反应器15，在直接氧化反应器15内同步通入空气，通过H2S+1/2O2＝S+H2O反应，95％以上H2S生成单质硫，其余少量H2S通过H2S+3/2O2＝SO2+H2O反应生成SO2。从直接氧化反应器15出来的过程气进入第五冷凝冷却器16后进入加氢尾气分液罐17，生成的单质硫与过程气分离后进入液硫储罐用于回收，过程气出加氢尾气分液罐17后进入湿法洗涤部分。
第四步：如图3所示，从加氢尾气分液罐17出来的过程气仅含有微量的H2S和SO2，进入湿法洗涤部分。过程气经由缓冲罐18后通过高能文丘里管19与自洗涤塔20泵入的循环碱液充分混合，将过程气中的H2S和SO2吸收到液相中，同时发生SO2+2NaOH＝Na2SO3+H2O、2HS-+SO3 2-+4H+＝3H2O+3S等反应。H2S和SO2吸收后的过程气再经洗涤塔20填料分液净化后，直排大气，排入大气的气体中SO2的排放浓度小于50mg/m3。高能文丘里管19中吸收H2S和SO2后的碱液自流回洗涤塔20底部作为循环碱液重复利用。大部分循环碱液经循环泵21返回高能文丘里管19，剩余部分循环碱液循环回洗涤塔20塔底喷射曝气器，与风机来的空气混合，发生Na2SO3+1/2O2＝Na2SO4反应，降低循环碱液的COD，使经由过滤器22外排含盐水符合直排标准。洗涤塔20适时补充碱液及新鲜水。
Claims (8)
1.一种液硫循环处理低浓度酸性气的硫磺回收工艺，其特征在于，包括：将煤化工过程产生的H2S的体积浓度为2%～30%的酸性气进行克劳斯燃烧，将燃烧生成的过程气进行两级克劳斯反应，将两级克劳斯反应产生的尾气依次进行加氢-直接氧化和湿法洗涤，回收克劳斯燃烧、两级克劳斯反应和加氢-直接氧化过程中产生的硫磺；所述的克劳斯燃烧的步骤包括：将液硫用同样温度的氮气雾化后喷入制硫燃烧炉（4）进行燃烧，同时将煤化工过程产生的H2S的体积浓度为2%～30%的、氨气的体积浓度为1%～20%的酸性气、助燃气体及煤化工过程产生的H2S的体积浓度为2%～30%、不含氨气的酸性气分别经过含氨酸性气加热器（1）、空气加热器（2）及清洁酸性气体加热器（3）预热后再混合后进入制硫燃烧炉（4）进行燃烧，制硫燃烧炉（4）中产生的过程气进入废热锅炉（5）冷却后，从废热锅炉（5）出口出来的过程气的大部分进入一级冷凝冷却器（6）进行冷凝冷却，然后进入两级克劳斯反应器（7）进行两级克劳斯反应，剩下的部分用于加热两级克劳斯反应器（7）的入口气体，在一级冷凝冷却器（6）中产生的单质硫进入硫封罐（8）用于回收。
2.如权利要求1所述的液硫循环处理低浓度酸性气的硫磺回收工艺，其特征在于，所述的氮气经过蒸汽加热器或加热套管预热到与液硫相同温度再进行雾化。
3.如权利要求1所述的液硫循环处理低浓度酸性气的硫磺回收工艺，其特征在于，当煤化工过程产生的H2S的体积浓度为2%～30%、不含氨气的酸性气的热值为200kcal/kg～4000kcal/kg时，所述的助燃气体为纯氧、富氧或空气。
4.如权利要求1所述的液硫循环处理低浓度酸性气的硫磺回收工艺，其特征在于，所述的制硫燃烧炉（4）包含前置区，所述的煤化工过程产生的H2S的体积浓度为2%～30%的、氨气的体积浓度为1%～20%的酸性气先在前置区中进行前置烧氨，形成1250℃以上高温区，使氨气全部分解。
5.如权利要求1所述的液硫循环处理低浓度酸性气的硫磺回收工艺，其特征在于，所述的助燃气体预热到120℃以上，煤化工过程产生的H2S的体积浓度为2%～30%的、氨气的体积浓度为1%～20%的酸性气预热到120℃以上，煤化工过程产生的H2S的体积浓度为2%～30%、不含氨气的酸性气预热到130℃以上后，一部分与预热后的煤化工过程产生的H2S的体积浓度为2%～30%的、氨气的体积浓度为1%～20%的酸性气混合进入制硫燃烧炉（4）进行燃烧，其余部分分流到制硫燃烧炉（4）内燃烧外焰前端，通过调节两部分的分流流量，来调节制硫燃烧炉（4）的炉膛前后端温度。
6.如权利要求1所述的液硫循环处理低浓度酸性气的硫磺回收工艺，其特征在于，所述的两级克劳斯反应的步骤包括：将克劳斯燃烧产生的过程气在两级克劳斯反应器（7）中进行克劳斯反应，反应产生的过程气经冷凝冷却后，所产生的单质硫进入硫封罐（8）用于回收，所产生的尾气依次进行加氢-直接氧化和湿法洗涤。
7.如权利要求1所述的液硫循环处理低浓度酸性气的硫磺回收工艺，其特征在于，所述的加氢-直接氧化的步骤包括：将两级克劳斯反应产生的尾气先经过尾气气-气换热器（11）再由电加热器（12）被加热到200℃～250℃，进入加氢反应器（13），在加氢反应器（13）内同步通入氢气进行加氢反应，从加氢反应器（13）出来的过程气经第四冷却器（14），冷却到150～180℃后进入直接氧化反应器（15），在直接氧化反应器（15）内同步通入空气进行氧化反应，从直接氧化反应器（15）出来的过程气进入第五冷凝冷却器（16）后进入加氢尾气分液罐（17），生成的单质硫与过程气分离后，进入液硫储罐用于回收，过程气出加氢尾气分液罐（17）后进行湿法洗涤。
8.如权利要求1所述的液硫循环处理低浓度酸性气的硫磺回收工艺，其特征在于，所述的湿法洗涤的步骤包括：从加氢尾气分液罐（17）出来的过程气经由缓冲罐（18）后通过高能文丘里管（19）与自洗涤塔（20）泵入的循环碱液充分混合反应吸收H2S和SO2，再经洗涤塔（20）填料分液净化后，直排大气。
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