专利名称：一种除水型硫磺回收方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种除水型硫磺回收方法及装置，适用于处理高含硫酸气。属于天然气加工领域。
背景技术：
近年来，基于日益严格的环保需要，从天然气和炼厂气中回收硫磺，减少SO2排放量的硫回收及尾气处理工艺得到了长足发展。简单来说，有以CBA、MCRC、Clinsulf-SDP, Sulfreen 和 Clauspol 等为代表的亚露点工艺，以 Clinsulf-DO、ENsulf、Selectox、 Superclaus和Modop等为代表的直接氧化工艺，以Oxyclaus、Sure和COPE等为代表的富氧工艺以及以SCOT、BSRP, LTGT, Resulf和RAR等为代表的还原吸收工艺。另外还有以 Wellman-Lord工艺和Cansolv工艺为代表的氧化吸收工艺，由于工艺流程较为复杂，设备腐蚀较为严重，应用不多。从目前应用情况来看，应用最多的是还原吸收工艺、其次是亚露点工艺、再次是直接氧化工艺，最后是富氧工艺。氧化吸收工艺几乎未见正式工业应用报道。一般来说，克劳斯装置过程气中通常含有大量水蒸气和少量处于饱和状态下的硫蒸气。这两者作为克劳斯反应的生成物，其浓度越高克劳斯反应硫转化率越小。在整个克劳斯装置中并没有除去水蒸气，因而随着克劳斯反应生成的水蒸气的不断累积，各级反应器入口过程气水蒸气含量不断增大。典型情况下出最后一级反应器的过程气水蒸气含量通常高达20 30%。受克劳斯平衡反应的限制，工艺总硫磺回收率受到了一定程度的影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种除水型硫磺回收装置。采用了除水除硫循环系统——急冷塔装置，能有效降低过程气中含有的水蒸气和硫蒸气。在急冷塔出口设置了过程气预热装置，预热热源来自废热锅炉出口过程气，减少了一级在线燃烧炉燃料气的使用量。本发明所述的一种除水型硫磺回收装置，包括高温燃烧部分、冷凝部分、除水部分、再热、预热部分和催化转化部分。在主燃烧炉内酸气与空气混合，进行高温克劳斯反应； 在废热锅炉后设置一套气/气换热器，废热锅炉出口过程气作为急冷塔出口过程气预热热源。气/气换热器出口过程气经一级冷凝器冷却并分离出液硫；一级冷凝器出口过程气进入急冷塔冷却至较低温度，过程气中大量水蒸气冷凝为液态水，少量处于饱和状态下的硫蒸气则凝华为固态硫，进而降低了过程气中水蒸气的含量，并完全分离出燃烧炉内生成的硫。下游装置中克劳斯平衡反应朝有利于生成硫的方向进行。急冷塔出口过程气进入气/ 气换热器，与来至废热锅炉出口高温过程气进行热交换。降低了一级冷凝器和急冷塔的冷却负荷，减少了一级在线燃烧炉的燃料使用量。过程气*&s、so2在下游装置中进一步发生克劳斯反应，一级转化器入口过程气中水蒸气和硫蒸气的含量得到减少，下游装置硫转化率得到提高。方法步骤描述如下预热后的酸气和空气按一定的配比在燃烧炉内进行克劳斯反CN 102530882 A应，自主燃烧炉内出来的高温过程气经废热锅炉冷却至315°C ；自废热锅炉出来的过程气进入气/气换热器，与急冷塔出口过程气进行热交换温度降至272. 3°C ；经热交换后的过程气进入一级冷凝器冷却至164°C，硫蒸气得到冷凝并分离；自一级冷凝器出来的过程气进入急冷塔循环装置，过程气冷却至35 60°C，其中绝大部分水蒸气冷凝为液硫，少量处于饱和状态的硫蒸气全部凝华为固态硫；自急冷塔出来的过程气经气/气换热器与废热锅炉出口过程气进行热交换，温度升高至10(TC ；预热后的过程气进入一级在线燃烧炉；自一级在线燃烧炉出来的过程气进入一级催化转化器，SO2和在催化剂床层上反应生成单质硫； 自一级催化转化器出来的过程气进入二级冷凝器冷却，硫蒸气得到冷凝并分离；自二级冷凝器出来的过程气进入二级在线燃烧炉；自二级在线燃烧炉出来的过程气进入二级催化转化器，SO2和在催化剂床层上反应生成单质硫；自二级催化转化器出来的过程气进入三级冷凝器冷却，硫蒸气得到冷凝并分离；自三级冷凝器出来的过程气进入三级在线燃烧炉； 自三级催化转化器出来的过程气与适量空气配比进入四级在线燃烧炉；自四级在线燃烧炉出来的过程气进入直接氧化反应器，过程气中的H2S气体在催化剂的作用下直接氧化为单质硫；自直接氧化反应器出来的气体进入末级冷凝器，硫蒸气得到冷凝并分离。直接氧化催化剂为以二氧化硅为载体，氧化铁为活性组分；催化转化器所用的催化剂为常规活性氧化铝催化剂。本发明具有如下优点1、本发明先在一级冷凝器后设置了一套急冷塔装置，过程气温度降至35 60°C， 使其含有的大量水蒸气冷凝为液态水，少量处于饱和状态的硫蒸气凝华为固态硫。过程气中因含有的水蒸气和硫蒸气减少而使得下游克劳斯装置硫磺转化率提高，进而增加了工艺总硫磺回收率。2、本发明在急冷塔后设置了一套气/气换热装置，对急冷塔出口过程气进行预热，预热热源来自废热锅炉出口高温过程气。避免因温差影响工艺操作过程，减少一级在线燃烧炉燃料使用量，减少了工艺过程气的处理量。
图1为本发明实施例1描述的结构示意图。图1所示1主燃烧炉，2废热锅炉，3气/气换热器，4 一级冷凝器，5供水循环装置，6 二级冷凝器，7三级冷凝器，8四级冷凝器，9硫雾捕集器，10急冷塔，11 一级在线燃烧炉，12—级转化器，14二级转化器，15三级在线燃烧炉，16三级转化器，17四级在线燃烧炉， 18超级克劳斯转化器，19尾气灼烧炉，20烟囱。图2为本发明工艺方案2结构示意图。图2所示1主燃烧炉，2废热锅炉，3气/气换热器，4 一级冷凝器，5供水循环装置，6 二级冷凝器，7三级冷凝器，8四级冷凝器，9硫雾捕集器，10急冷塔，11 一级在线燃烧炉，12 一级转化器，14 二级转化器，16三级转化器，19尾气灼烧炉，20烟囱，21气/气换热器，22三通阀，23三通阀，24三通阀。图3为本发明工艺方案3结构示意图。图3所示1主燃烧炉，2废热锅炉，3气/气换热器，4 一级冷凝器，5供水循环装置，6 二级冷凝器，7三级冷凝器，8四级冷凝器，9硫雾捕集器，10急冷塔，11 一级在线燃烧炉，12—级转化器，13 二级在线燃烧炉，14 二级转化器，15三级在线燃烧炉，16三级转化器， 17四级在线燃烧炉，19尾气灼烧炉，20烟囱，25急冷塔，26吸收塔，27再生塔，28加氢反应
ο图4为本发明工艺方案4结构示意图。图4所示1主燃烧炉，2废热锅炉，3气/气换热器，4 一级冷凝器，5供水循环装置，6 二级冷凝器，7三级冷凝器，8四级冷凝器，9硫雾捕集器，10急冷塔，11 一级在线燃烧炉，12—级转化器，13 二级在线燃烧炉，14 二级转化器，15三级在线燃烧炉，16三级转化器， 19尾气灼烧炉，20烟囱。图5为本发明工艺方案5结构示意图。图5所示1主燃烧炉，2废热锅炉，3气/气换热器，4 一级冷凝器，5供水循环装置，6 二级冷凝器，7三级冷凝器，9硫雾捕集器，10急冷塔，11 一级在线燃烧炉，12 一级转化器，13 二级在线燃烧炉，14 二级转化器，19尾气灼烧炉，20烟囱。图6为急冷塔除水、除硫循环系统示意图。图6所示1主燃烧炉，2废热锅炉，3气/气换热器，4 一级冷凝器，5供水循环装置，10急冷塔，11 一级在线燃烧炉，四温渡和水含量监控系统，30电磁阀。
具体实施例方式本发明所述的除水型硫磺回收装置由主燃烧炉1，废热锅炉2，气/气换热器3，冷凝器，供水循环装置5，硫雾捕集器9，急冷塔10，在线燃烧炉，转化器，超级克劳斯转化器 18，尾气灼烧炉19，烟囱20构成；主燃烧炉1和废热锅炉2首尾相连，废热锅炉2出口与气 /气换热器3管程入口相连接，气/气换热器3管程出口与一级冷凝器4入口连接；一级冷凝器4出口与急冷塔10底部入口连接；供水循环装置5的入口与急冷塔10的底部出口连接，供水循环装置5的出口与急冷塔10的上侧入口连接，连接管线上设有与温渡和水含量监控系统四连接的电磁阀30 ；急冷塔10的顶部出口与气/气换热器3的壳程入口连接， 连接管线上设有温渡和水含量监控系统；气/气换热器3的壳程出口与一级在线燃烧炉11 连接。见图6。一级在线燃烧炉11依次与由转化器、冷凝器、在线燃烧炉构成的多级反应系统、硫雾捕集器9、尾气灼烧炉19，烟囱20连接。实施例1下面是结合图1，说明本专利的具体实施方式
。如附图1所示，预热后的酸气和空气按一定的配比在燃烧炉1内进行克劳斯反应，自主燃烧炉1出来的高温过程气经废热锅炉2冷却至315°C;自废热锅炉2出来的过程气进入气/气换热器3，与急冷塔10出口过程气进行热交换温度降至272. 3°C ；经热交换后的过程气进入一级冷凝器4冷却至164°C，硫蒸气得到冷凝并分离；自一级冷凝器4出来的过程气进入急冷塔循环装置5、10，过程气冷却至35 60°C，其中绝大部分水蒸气冷凝为液硫，少量处于饱和状态的硫蒸气则全部凝华为固态硫；自急冷塔10出来的过程气经气/气换热器3与废热锅炉2出口过程气进行热交换，温度升高至100°C ；预热后过程气进入一级在线燃烧炉11，温度升至220°C ；自一级在线燃烧炉11出来的过程气进入一级催化转化器12，SO2和在催化剂床层上反应生成单质硫；自一级催化转化器12出来的过程气进入二级冷凝器6冷却至173°C，硫蒸气得到冷凝并分离；自二级冷凝器6出来的过程气进入二级在线燃烧炉13，温度升至204°C ；自二级在线燃烧炉13出来的过程气进入二级催化转化器14，SO2和在催化剂床层上反应生成单质硫；自二级催化转化器14出来的过程气进入三级冷凝器7冷却至162°C，硫蒸气得到冷凝并分离；自三级冷凝器7出来的过程气进入三级在线燃烧炉15，温度升至220°C ；自三级催化转化器16出来的过程气与适量空气配比进入四级在线燃烧炉17，温度升至210°C ；自四级在线燃烧炉17出来的过程气进入超级克劳斯转化器18，过程气中的H2S气体在催化剂的作用下直接氧化为单质硫；自超级克劳斯转化器18出来的气体进入末级冷凝器8，其中冷凝的液硫被分离；经过硫雾捕集器9捕集过程气中含有的硫雾后，过程气通入尾气灼烧炉19灼烧，通过烟囱20排空。实施例2下面是结合图2，说明本专利的具体实施方式
。如附图2所示，预热后的酸气和空气按一定的配比在燃烧炉1内进行克劳斯反应，自主燃烧炉1出来的高温过程气经废热锅炉2冷却至315°C;自废热锅炉2出来的过程气进入气/气换热器3，与急冷塔10出口过程气进行热交换温度降至272. 3°C ；经热交换后的过程气进入一级冷凝器4冷却至164°C，硫蒸气得到冷凝并分离；自一级冷凝器4出来的过程气进入急冷塔循环装置5、10，过程气冷却至35 60°C，其中绝大部分水蒸气冷凝为液硫，少量处于饱和状态的硫蒸气则全部凝华为固态硫；自急冷塔10出来的过程气经气/气换热器3与废热锅炉2出口过程气进行热交换，温度升高至100°C ；预热后过程气进入一级在线燃烧炉11，温度升至279°C ；自一级在线燃烧炉11出来的过程气进入一级催化转化器12，SO2和在催化剂床层上反应生成单质硫；自一级催化转化器12出来的过程气进入气/气换热器21管程，管程出口过程气进入二级冷凝器6冷却至173°C，硫蒸气得到冷凝并分离；自二级冷凝器6出来的过程气进入气/ 气换热器21壳程，壳程出口过程气经三通阀22进入二级反应器14，催化剂进行再生，同时 SO2和在催化剂床层上反应生成单质硫；自二级反应器出来的过程气进入三级冷凝器7 冷却至U6°C，硫蒸气得到冷凝并分离；自三级冷凝器7出来的过程气经三通阀23进入三级反应器16，过程气中和在催化剂床层上低温反应生成单质硫；自三级反应器16 出来的过程气进入四级冷凝器8冷却至125°C，硫蒸气得到冷凝并分离；自四级冷凝器8出来的过程气经三通阀M进入硫雾捕集器9，经过硫雾捕集器9捕集过程气中含有的硫雾后， 过程气通入尾气灼烧炉19灼烧，通过烟囱20排空。切换切换后，自气/气换热器21壳程口过程气经三通阀22进入三级反应器16， 催化剂进行再生，同时SO2和吐5在催化剂床层上反应生成单质硫；自三级反应器16出来的过程气进入四级冷凝器8冷却至U6°C，硫蒸气得到冷凝并分离；自四级冷凝器8出来的过程气经三通阀M进入二级反应器14，过程气中和在催化剂床层上低温反应生成单质硫；自二级反应器14出来的过程气进入三级冷凝器8冷却至125°C，硫蒸气得到冷凝并分离；自三级冷凝器7出来的过程气经三通阀23进入硫雾捕集器9，经过硫雾捕集器9捕集过程气中含有的硫雾后，过程气通入尾气灼烧炉19灼烧，通过烟@ 20排空。实施例3下面是结合图3，说明本专利的具体实施方式
。如附图3所示，预热后的酸气和空气按一定的配比在燃烧炉1内进行克劳斯反应，自主燃烧炉1出来的高温过程气经废热锅炉2冷却至315°C;自废热锅炉2出来的过程气进入气/气换热器3，与急冷塔10出口过程气进行热交换温度降至272. 3°C ；经热交换后的过程气进入一级冷凝器4冷却至164°C，硫蒸气得到冷凝并分离；自一级冷凝器4出来的过程气进入急冷塔循环装置5、10，过程气冷却至35 60°C，其中绝大部分水蒸气冷凝为液硫，少量处于饱和状态的硫蒸气则全部凝华为固态硫；自急冷塔10出来的过程气经气/气换热器3与废热锅炉2出口过程气进行热交换，温度升高至100°C ；预热后过程气进入一级在线燃烧炉11，温度升至220°C ；自一级在线燃烧炉11出来的过程气进入一级催化转化器12，SO2和在催化剂床层上反应生成单质硫；自一级催化转化器12出来的过程气进入二级冷凝器6冷却至173°C，硫蒸气得到冷凝并分离；自二级冷凝器6出来的过程气进入二级在线燃烧炉13，温度升至204°C ；自二级在线燃烧炉13出来的过程气进入二级催化转化器14，SO2和在催化剂床层上反应生成单质硫；自二级催化转化器14出来的过程气进入三级冷凝器7冷却至162°C，硫蒸气得到冷凝并分离；自三级冷凝器7出来的过程气进入三级在线燃烧炉15，温度升至198°C ；自三级在线燃烧炉15出来的过程气进入三级催化转化器16，SO2和在催化剂床层上反应生成单质硫；自三级催化转化器16出来的过程气进入四级冷凝器8冷却至162°C，硫蒸气得到冷凝并分离；自四级冷凝器8出来的过程气进入四级在线燃烧炉17，温度升至320°C左右； 自四级在线燃烧炉17出来的过程气进入加氢反应器观，过程气中残留的含硫化合物被还原为自加氢反应器观出来的过程气进入急冷塔25，过程气在急冷塔中被冷却，自急冷塔25出来的过程气进入吸收塔沈，过程气中的在吸收塔沈中被吸收；自吸收塔沈出来的含溶液在再生塔27中再生出再次进入回收工艺进行处理；自吸收塔沈出来的过程气则直接通入尾气灼烧炉19灼烧，通过烟囱20排空。实施例4下面是结合图4，说明本专利的具体实施方式
。如附图4所示，预热后的酸气和空气按一定的配比在燃烧炉1内进行克劳斯反应，自主燃烧炉1出来的高温过程气经废热锅炉2冷却至315°C;自废热锅炉2出来的过程气进入气/气换热器3，与急冷塔10出口过程气进行热交换温度降至272. 3°C ；经热交换后的过程气进入一级冷凝器4冷却至164°C，硫蒸气得到冷凝并分离；自一级冷凝器4出来的过程气进入急冷塔循环装置5、10，过程气冷却至35 60°C，其中绝大部分水蒸气冷凝为液硫，少量处于饱和状态的硫蒸气则全部凝华为固态硫；自急冷塔10出来的过程气经气/气换热器3与废热锅炉2出口过程气进行热交换，温度升高至100°C ；预热后过程气进入一级在线燃烧炉11，温度升至220°C ；自一级在线燃烧炉11出来的过程气进入一级催化转化器12，SO2和在催化剂床层上反应生成单质硫；自一级催化转化器12出来的过程气进入二级冷凝器6冷却至173°C，硫蒸气得到冷凝并分离；自二级冷凝器6出来的过程气进入二级在线燃烧炉13，温度升至204°C ；自二级在线燃烧炉13出来的过程气进入二级催化转化器14，SO2和在催化剂床层上反应生成单质硫；自二级催化转化器14出来的过程气进入三级冷凝器7冷却至162°C，硫蒸气得到冷凝并分离；自三级冷凝器7出来的过程气进入三级在线燃烧炉15，温度升至198°C ；自三级在线燃烧炉15出来的过程气进入三级催化转化器16，SO2和在催化剂床层上反应生成单质硫；自三级催化转化器16出来的过程气进入四级冷凝器8冷却至U6°C，硫蒸气得到冷凝并分离；自四级冷凝器8出来的过程气进入硫雾捕集器9，经过硫雾捕集器9捕集过程气中含有的硫雾后，过程气通入尾气灼烧炉19灼烧，通过烟囱20排空。实施例5下面是结合图5，说明本专利的具体实施方式
。如附图5所示，预热后的酸气和空气按一定的配比在燃烧炉1内进行克劳斯反应，自主燃烧炉1出来的高温过程气经废热锅炉2冷却至315°C;自废热锅炉2出来的过程气进入气/气换热器3，与急冷塔10出口过程气进行热交换温度降至272. 3°C ；经热交换后的过程气进入一级冷凝器4冷却至164°C，硫蒸气得到冷凝并分离；自一级冷凝器4出来的过程气进入急冷塔循环装置5、10，过程气冷却至35 60°C，其中绝大部分水蒸气冷凝为液硫，少量处于饱和状态的硫蒸气则全部凝华为固态硫；自急冷塔10出来的过程气经气/气换热器3与废热锅炉2出口过程气进行热交换，温度升高至100°C ；预热后过程气进入一级在线燃烧炉11，温度升至220°C ；自一级在线燃烧炉11出来的过程气进入一级催化转化器12，SO2和在催化剂床层上反应生成单质硫；自一级催化转化器12出来的过程气进入二级冷凝器6冷却至173°C，硫蒸气得到冷凝并分离；自二级冷凝器6出来的过程气进入二级在线燃烧炉13，温度升至204°C ；自二级在线燃烧炉13出来的过程气进入二级催化转化器14，SO2和在催化剂床层上反应生成单质硫；自二级催化转化器14出来的过程气进入三级冷凝器7冷却至162°C，硫蒸气得到冷凝并分离；自三级冷凝器7出来的过程气进入硫雾捕集器9，经过硫雾捕集器9捕集过程气中含有的硫雾后，过程气通入尾气灼烧炉19灼烧，通过烟囱20排空。
权利要求
1.一种除水型硫磺回收方法，其特征在于工艺步骤如下第一步预热后的酸气和空气按一定的配比在燃烧炉内进行克劳斯反应，自主燃烧炉内出来的高温过程气经废热锅炉冷却至315°C ；自废热锅炉出来的过程气进入气/气换热器，与急冷塔出口过程气进行热交换温度降至272. 3°C ；第二步经热交换后的过程气进入一级冷凝器冷却至164°C，硫蒸气得到冷凝并分离； 自一级冷凝器出来的过程气进入急冷塔循环装置，过程气冷却至35 60°C，其中绝大部分水蒸气冷凝为液硫，少量处于饱和状态的硫蒸气全部凝华为固态硫；第三步自急冷塔出来的过程气经气/气换热器与废热锅炉出口过程气进行热交换， 温度升高至100°C;预热后的过程气进入一级在线燃烧炉；自一级在线燃烧炉出来的过程气进入一级催化转化器，SO2和在催化剂床层上反应生成单质硫；自一级催化转化器出来的过程气进入二级冷凝器冷却，硫蒸气得到冷凝并分离；第四步自二级冷凝器出来的过程气进入二级在线燃烧炉；自二级在线燃烧炉出来的过程气进入二级催化转化器，SO2和在催化剂床层上反应生成单质硫；自二级催化转化器出来的过程气进入三级冷凝器冷却，硫蒸气得到冷凝并分离；第五步自三级冷凝器出来的过程气进入三级在线燃烧炉；自三级催化转化器出来的过程气与适量空气配比进入四级在线燃烧炉；自四级在线燃烧炉出来的过程气进入直接氧化反应器，过程气中的H2S气体在催化剂的作用下直接氧化为单质硫；自直接氧化反应器出来的气体进入末级冷凝器，硫蒸气得到冷凝并分离。
2.—种权利要求1所述的除水型硫磺回收装置，由主燃烧炉，废热锅炉，气/气换热器， 冷凝器，供水循环装置，硫雾捕集器，急冷塔，在线燃烧炉，转化器，超级克劳斯转化器，尾气灼烧炉，烟囱构成；其特征在于主燃烧炉和废热锅炉首尾相连，废热锅炉出口与气/气换热器管程入口相连接，气/气换热器管程出口与一级冷凝器入口连接；一级冷凝器出口与急冷塔底部入口连接；供水循环装置的入口与急冷塔的底部出口连接，供水循环装置的出口与急冷塔的上侧入口连接，连接管线上设有与温渡和水含量监控系统连接的电磁阀；急冷塔的顶部出口与气/气换热器的壳程入口连接，连接管线上设有温渡和水含量监控系统；气/气换热器的壳程出口与一级在线燃烧炉连接。
全文摘要
本发明涉及一种除水型硫磺回收方法及装置；酸气和空气在燃烧炉内反应，过程气经废热锅炉冷却至315℃；进入气/气换热器，与急冷塔出口进行热交换温度降至272.3℃；进入一级冷凝器冷却至164℃，硫蒸气得到冷凝并分离；过程气进入急冷塔循环装置，冷却至35～60℃，经气/气换热器与废热锅炉出口过程气进行热交换，温度升高至100℃；通过一级在线燃烧炉，进入催化转化系统，SO2和H2S反应生成单质硫，硫蒸气得到冷凝并分离；本方法减少了一级在线燃烧炉燃料使用量，减少了工艺过程气的处理量，过程气中因含有的水蒸气和硫蒸气减少而使得下游克劳斯装置硫磺转化率提高，进而增加了工艺总硫磺回收率。
文档编号C01B17/04GK102530882SQ20101061643
公开日2012年7月4日 申请日期2010年12月30日 优先权日2010年12月30日
发明者何金龙, 常宏岗, 温崇荣, 陈昌介, 黄黎明 申请人:中国石油天然气股份有限公司