硫磺回收单元液硫旋流脱H₂S的方法与装置的制作方法

专利名称：硫磺回收单元液硫旋流脱H₂S的方法与装置的制作方法
技术领域：
本发明属于石油化工与环保领域，涉及一种天然气净化厂硫磺回收单元液硫旋流脱H2S的方法及装置，适用于天然气净化单位天然气硫磺回收单元的工艺。通过在其流程加入两级气液旋流器串联的方法，有效地改善了相关工艺过程，获得了更好的处理效果。具体地说，本发明涉及硫磺回收单元液硫旋流脱H2S的方法及装置。
背景技术：
硫磺回收指将含硫化氢等有毒含硫气体中的硫化物转变为单质硫，从而变废为宝，保护环境的化工过程。硫磺回收通常采用一种叫做“克劳斯”的工艺来实现。含硫原料气通常称为酸气。 首先将酸气与空气或氧气在一台称为燃烧炉的设备中燃烧，严格控制空气或氧气量，使燃烧产物中硫化氢与二氧化硫气体体积比为2:1 ;之后燃烧气体被冷却，气体中的硫磺冷凝回收；剩余气体经加热后进入一台克劳斯反应器进行反应，反应主要是硫化氢与二氧化硫生产硫磺和水，这一反应需使用催化剂才能实现，反应完后的气体同样需冷却回收硫磺；然后剩余气体在经二级、三级反应。由于H2S在液硫中的特殊溶解性，液硫中常含有较多的H2S，其具有较大的毒性，在后续的硫磺贮存、成型和运输过程中释放出来，给环境和生命造成各种危害。目前，主要解决方法是间歇式注氨喷洒法，但是该方法有如下缺点(1)过程复杂，要有一套分析、控制系统，投资高；(2)液硫贮存池和脱气池均在地下，用隔热混凝土建成，整个液硫脱气设施建成后不能再移动；(3)由于液硫贮存池和脱气池为分开的固定设施，液硫在两个池中的停留时间不能调节，当液硫流量波动时，不能根据生成实际情况调整液硫脱气时间和贮存时间；(4)由于在脱气的过程中注入了氨，而有时对产品的销售带来一定的影响；(5)在液硫中注胺后会形成铵盐，会堵塞管道、喷嘴和滤网等。显然，不利的是，酸性气进入回收单元之前其中含有的凝液如不妥善处理，会对整个单元的操作和下游设备造成影响。中国专利ZL200520035063 (液硫脱气装置)提供了一种液硫脱气的设备，其特点是在液硫脱气装置中通入空气，比较有效地脱除硫化氢，而空气对产品质量基本无太大影响。但是，不利的是，该设备体积庞大(主体为两端封头式的卧式槽)，结构复杂(分为脱气段和贮存段，且脱气段内又设有多组鼓泡器及加热器等)，且明显存在一定的安全隐患。迄今为止，本领域尚未开发出一种能够有效地除去制硫单元原料气中携带的凝液以及液硫中所含的H2S气体，以免对单元操作及下游设备造成影响，改善整套装置的运行，并能够有效增大硫磺的回收率，且设备投资成本较低，占地面积小，安装简便，故障率低，效果好，能耗低的硫磺回收单元液硫旋流脱H2S的方法与装置。

发明内容
本发明提供了一种新颖的天硫磺回收单元液硫旋流脱H2S的方法与装置，从而解决了现有技术中存在的问题。一方面，本发明提供了一种硫磺回收单元液硫旋流脱H2S的方法，该方法包括(a)对硫磺回收单元中的过程气进行一级硫冷凝，经一级硫冷凝所得的过程气进 行一级硫转化，所得的液硫进行一级旋流脱气，以脱除液硫中夹带的H2S气体；(b)对经一级硫转化所得的过程气进行二级硫冷凝，经二级硫冷凝所得的过程气进行二级硫转化，所得的液硫进行二级旋流脱气，以脱除液硫中夹带的H2S气体；(C)对经二级硫转化所得的过程气进行三级硫冷凝，所得的液硫进行三级旋流脱气，以脱除液硫中夹带的H2S气体。在一个优选的实施方式中，经一级硫冷凝所得的过程气和经二级硫冷凝所得的过程气加热到大于或等于212°C之后再分别进行一级硫转化和二级硫转化。在另一个优选的实施方式中，采用蒸汽作为加热介质。在另一个优选的实施方式中，经该方法处理后，总的硫回收率达到93-96%。另一方面，本发明提供了一种硫磺回收单元液硫旋流脱H2S的装置，该装置包括用于对硫磺回收单元中的过程气进行一级硫冷凝的一级硫冷凝器；与一级硫冷凝器连接的，用于对经一级硫冷凝所得的过程气进行一级硫转化的一级硫转化器；与一级硫冷凝器连接的，用于对经一级硫冷凝所得的液硫进行一级旋流脱气以脱除液硫中夹带的H2S气体的一级旋流脱气器；用于对经一级硫转化所得的过程气进行二级硫冷凝的二级硫冷凝器；与二级硫冷凝器连接的，用于对经二级硫冷凝所得的过程气进行二级硫转化的二级硫转化器；与二级硫转化器连接的，用于对经二级硫冷凝所得的液硫进行二级旋流脱气以脱除液硫中夹带的H2S气体的二级旋流脱气器；用于对经二级硫转化所得的过程气进行三级硫冷凝的三级硫冷凝器；与三级硫冷凝器连接的，用于对所得的液硫进行三级旋流脱气以脱除液硫中夹带的H2S气体的三级旋流脱气器。在一个优选的实施方式中，该装置还包括分别位于一级硫转化器与二级硫冷凝器之间，以及二级硫转化器与三级硫冷凝器之间的预热器，用于将经一级硫冷凝所得的过程气和经二级硫冷凝所得的过程气加热到大于或等于212°C之后再分别进行一级硫转化和二级硫转化。在另一个优选的实施方式中，所述一级旋流脱气器、二级旋流脱气器和三级旋流脱气器分别是由一个或多个旋流芯管并联组成的；并且任选地，通过外设压力容器组装成一个整体,公用进出口 ；其材质均采用耐碱腐蚀材料。


图I示出了本发明中使用的旋流脱气器的液硫旋流脱H2S原理和旋流芯管中的压力云图。图2是根据本发明的一个实施方式的硫磺回收单元液硫旋流脱H2S的流程示意图。
具体实施方式
在现有的天然气净化厂硫磺回收单元中，在液硫脱H2S部分中采用的是传统的硫冷凝器+硫转化器的工艺过程，但是长期以来，该工艺过程的脱H2S效率以及硫磺回收受到限制，并不能满足日益增长的对于提高脱H2S效率以及硫磺回收的要求。微旋流分离技术的原理是依靠两相的密度差，利用流体在微旋流管内高速旋转产生的离心力将固体微粒从液体中分离出来，从而达到分离或液体净化的目的。相比传统装置，该设备结构具有得天独厚的优势。申请人在经过创造性的劳动后发现，在天然气硫磺回收单元引入旋流器，可大大优化整个流程，提高分离精度，从而使得酸性气杂质大幅度减少，运行过程更加稳定可靠，后续设备的正常运行也能得到保障。旋流器由若干旋流芯管组成，其分离效率远高于常规分离器，这已经得到了业界的认可，其具备其他分离方法所不具备的优点，如分离效果好，体积小，阻力小，工作稳定，安装方面，占地面积小，生产成本低。因此，本发明的发明人经过了广泛而深入的研究，突破了现有技术的限制，跨领域 地、创造性地提出了在天然气硫磺回收单元中加入旋流器脱除液硫中的H2S,使得分离效果更加明显，效率大大提高，后续工艺得以能够更好的保障。基于上述发现，本发明得以完成。在本发明的第一方面，提供了一种硫磺回收单元液硫旋流脱H2S的方法，该方法包括一级硫冷凝器出来的过程气经加热后进入一级硫转化器，之后进入二级硫冷凝器冷凝后进入液硫池，二级硫冷凝器出来的过程气经加热后进入二级硫转化器，之后进入三级硫冷凝器冷凝后进入液硫池；其中，流入液硫池之前液硫经过旋流脱气器脱除所含的H2S,减小液硫池含气量。在本发明中，利用旋流器中的空气柱形成负压，从而脱出液硫中夹带的H2S气体。在本发明中，采用三级硫冷凝器对硫进行回收，能够将前一级未曾回收的硫再次处理，大大提高其回收率。在本发明的第二方面，提供了一种硫磺回收单元液硫旋流脱H2S的装置，该装置包括用于回收硫磺的共三级硫冷凝器；用于对前一级硫冷凝器出来的过程气进行处理的一级和二级硫转化器；以及用于脱除液硫中H2S的旋流脱气器组(共三级旋流脱气器)。在本发明中，所述旋流脱气器可以是由一个或多个旋流芯管并联组成的，可通过外设压力容器组装成一个整体，公用进出口，其材质均可采用耐碱腐蚀材料。在本发明中，过程气通过高压(2. 3-2. 8MPa)蒸汽加热到212°C之后再进入一级和二级转化器。根据本发明的方法和装置处理后，总的硫回收率能够达到93-96%。以下参看附图。图I示出了本发明中使用的旋流脱气器的液硫旋流脱H2S原理和旋流芯管中的压力云图。如图I所示，利用旋流脱气器中的空气柱形成负压区，从而脱出液硫(H2S)中夹带的H2S气体，其中，液硫从旋流脱气器的底流口排出，H2S从旋流脱气器的溢流口排出。图2是根据本发明的一个实施方式的硫磺回收单元液硫旋流脱H2S的流程示意图。如图2所示，硫磺回收单元中的冷却后过程气进入一级硫冷凝器1-1，经一级硫冷凝处理所得的过程气进入一级硫转化器2-1进行一级硫转化，所得的液硫进入一级旋流脱气器3-1进行一级旋流脱气，以脱除液硫中夹带的H2S气体，其中，脱除的H2S气体由一级旋流脱气器3-1的溢流口排出进入一级硫转化器2-1，液硫由一级旋流脱气器3-1的底流口排出至液硫池；经一级硫转化所得的过程气进入二级硫冷凝器1-2进行二级硫冷凝，经二级硫冷凝处理所得的过程气进入二级硫转化器2-2进行二级硫转化，所得的液硫进入二级旋流脱气3-2进行二级旋流脱气，以脱除液硫中夹带的H2S气体，其中，脱除的H2S气体由二级旋流脱气器3-2的溢流口排出进入二级硫转化器2-2，液硫由二级旋流脱气器3-2的底流口排出至液硫池；经二级硫转化所得的过程气进入三级硫冷凝器1-3进行三级硫冷凝，所得的尾气至尾气处理单元，所得的液硫 进入三级旋流脱气器3-3进行三级旋流脱气，以脱除液硫中夹带的H2S气体，其中，尾气由三级旋流脱气器3-3的溢流口排出至尾气处理单元，液硫由三级旋流脱气器3-3的底流口排出至液硫池。本发明的主要优点在于本发明的方法和装置能够有效地除去制硫单元原料气中携带的凝液以及液硫中所含的H2S气体，以免对单元操作及下游设备造成影响，改善整套装置的运行，使得后续工艺得以能够更好的保障；硫磺回收采用三级进行，能够有效增大硫磺的回收率。本发明方法工艺先进，设备投资成本较低，占地面积小，安装简便，故障率低，效果好，能耗低，能有效地对以上过程中的杂质进行分离。实施例下面结合具体的实施例进一步阐述本发明。但是，应该明白，这些实施例仅用于说明本发明而不构成对本发明范围的限制。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。除非另有说明，所有的百分比和份数按重量计。实施例I :普光天然气净化厂第一联合装置2 X 300 X IC^NmVd高含硫天然气硫磺回收单元旋流优化工艺工艺流程如图I所示。高含硫天然气中H2S含量为13-18% (V)，有机硫含量为340. 6mg/m3, CO2含量为8-10% (V)。一级硫冷凝器后的介质流量为16026kg/h，液硫密度为1769kg/ft3，操作温度为175°C，操作压力为0.048MPa (G) ;二级硫冷凝器后的介质流量为10317kg/h，液硫密度为1769kg/ft3，操作温度为175°C，操作压力为O. 038MPa (G);三级硫冷凝器后的介质流量为3645kg/hr，液硫密度为1802kg/ft3，操作温度为132°C，操作压力为O. 028MPa (G)0其中，旋流脱气器选用华东理工大学独立自主研制的HL/L型微旋流分离器。效果在液硫流入液硫池之前设置旋流脱气器以脱除液硫中的H2S，大大减小了液硫池的含气量，确保H2S的去除，整个流程处理后，总的硫回收率能够达到93-96%。在硫磺回收单元工艺流程中，以上方法和装置操作方便，易于控制，达到并满足了工业生产和环境协调要求，其提高了整个工艺流程的工作稳定性，设备运行周期更长。在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，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。
权利要求
1.一种硫磺回收单元液硫旋流脱H2S的方法，该方法包括 (a)对硫磺回收单元中的过程气进行一级硫冷凝，经一级硫冷凝所得的过程气进行一级硫转化，所得的液硫进行一级旋流脱气，以脱除液硫中夹带的H2S气体； (b)对经一级硫转化所得的过程气进行二级硫冷凝，经二级硫冷凝所得的过程气进行二级硫转化，所得的液硫进行二级旋流脱气，以脱除液硫中夹带的H2S气体； (c)对经二级硫转化所得的过程气进行三级硫冷凝，所得的液硫进行三级旋流脱气，以脱除液硫中夹带的H2S气体。
2.如权利要求I所述的方法，其特征在于，经一级硫冷凝所得的过程气和经二级硫冷凝所得的过程气加热到大于或等于212°C之后再分别进行一级硫转化和二级硫转化。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，采用蒸汽作为加热介质。
4.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，经该方法处理后，总的硫回收率达到 93-96%。
5.一种硫磺回收单元液硫旋流脱H2S的装置，该装置包括 用于对硫磺回收单元中的过程气进行一级硫冷凝的一级硫冷凝器(1-1);与一级硫冷凝器(1-1)连接的，用于对经一级硫冷凝所得的过程气进行一级硫转化的一级硫转化器(2-1);与一级硫冷凝器(1-1)连接的，用于对经一级硫冷凝所得的液硫进行一级旋流脱气以脱除液硫中夹带的H2S气体的一级旋流脱气器(3-1)； 用于对经一级硫转化所得的过程气进行二级硫冷凝的二级硫冷凝器(1-2);与二级硫冷凝器(1-2)连接的，用于对经二级硫冷凝所得的过程气进行二级硫转化的二级硫转化器(2-2);与二级硫转化器(2-2)连接的，用于对经二级硫冷凝所得的液硫进行二级旋流脱气以脱除液硫中夹带的H2S气体的二级旋流脱气器(3-2)； 用于对经二级硫转化所得的过程气进行三级硫冷凝的三级硫冷凝器(1-3);与三级硫冷凝器(1-3)连接的，用于对所得的液硫进行三级旋流脱气以脱除液硫中夹带的H2S气体的三级旋流脱气器(3-3)。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，该装置还包括分别位于一级硫转化器(2-1)与二级硫冷凝器(1-2)之间，以及二级硫转化器(2-2)与三级硫冷凝器(1-3)之间的预热器，用于将经一级硫冷凝所得的过程气和经二级硫冷凝所得的过程气加热到大于或等于212°C之后再分别进行一级硫转化和二级硫转化。
7.如权利要求5或6所述的装置，其特征在于，所述一级旋流脱气器(3-1)、二级旋流脱气器(3-2)和三级旋流脱气器(3-3)分别是由一个或多个旋流芯管并联组成的；并且任选地，通过外设压力容器组装成一个整体，公用进出口 ；其材质均采用耐碱腐蚀材料。
全文摘要
本发明涉及硫磺回收单元液硫旋流脱H2S的方法与装置，提供了一种硫磺回收单元液硫旋流脱H2S的方法，该方法包括(a)对硫磺回收单元中的过程气进行一级硫冷凝，经一级硫冷凝所得的过程气进行一级硫转化，所得的液硫进行一级旋流脱气，以脱除液硫中夹带的H2S气体；(b)对经一级硫转化所得的过程气进行二级硫冷凝，经二级硫冷凝所得的过程气进行二级硫转化，所得的液硫进行二级旋流脱气，以脱除液硫中夹带的H2S气体；(c)对经二级硫转化所得的过程气进行三级硫冷凝，所得的液硫进行三级旋流脱气，以脱除液硫中夹带的H2S气体。还提供了一种硫磺回收单元液硫旋流脱H2S的装置。
文档编号C01B17/04GK102976280SQ20121057676
公开日2013年3月20日 申请日期2012年12月26日 优先权日2012年12月26日
发明者范轶, 李 浩, 朱学军, 汪华林, 吴文锋, 沈玲, 钱卓群, 封金兰 申请人:上海华畅环保设备发展有限公司