一种克劳斯尾气低温脱硫系统及工艺的制作方法

本发明涉及工业尾气脱硫领域，具体的讲是一种克劳斯尾气低温脱硫系统和工艺。

背景技术：

克劳斯法是为去除化石燃料燃烧及地热发电时生成的硫化氢所用的方法之一。原理是使硫化氢不完全燃烧，再使生成的二氧化硫与硫化氢反应而生成硫磺。若空气与硫化氢混合比例适当，可使所有的硫化氢变成硫磺和水，此法在地热发电中去除排气中硫化氢时广泛使用。

现有克劳斯尾气低温脱硫工艺多采用低温克劳斯法，使用两级克劳斯装置硫收率为95%，三级克劳斯装置的收率达到97%～97.5%，如果在后面再加一个低温克劳斯段，能够使总硫转化率达到99%以上。

随着国家对工业尾气指标的加严，这种方法存在的问题是，即使经过多级克劳斯装置脱硫依然排出的尾气中总硫含量在2000～3000ppm，虽然提取的液态硫磺纯度较高，但是排出的尾气存在污染环境的问题。

因此需要一种结构简单，能够大幅降低排放尾气总硫含量的一种克劳斯尾气低温脱硫系统和工艺。

技术实现要素：

本发明针对现有克劳斯尾气低温脱硫工艺，即使经过多级克劳斯装置脱硫依然排出的尾气中总硫含量在2000～3000ppm，虽然提取的液态硫磺纯度较高，但是排出的尾气存在污染环境的问题，提供一种克劳斯尾气低温脱硫系统和工艺。

本发明解决上述技术问题，采用的技术方案是，一种克劳斯尾气低温脱硫系统，包括一号降温塔、吸收塔、吸收剂罐、二号降温塔、催化氧化塔和稀硫酸回收罐。其中一号降温塔的入气口与入气管连接，一号降温塔的冷却水口与一号冷却水管连接，一号降温塔的输送口与一号输送管连接，一号降温塔通过一号输送管与吸收塔连通。吸收塔的排硫口与排硫管连接，吸收塔的一号输送口与三号输送管连接，吸收塔通过三号输送管与二号降温塔连通，吸收塔的二号输送口与二号输送管连接，吸收塔的循环口与一号循环管连接，吸收塔通过二号输送管和一号循环管与吸收剂罐形成循环。二号降温塔的冷却水口与二号冷却水管连接，二号降温塔的输送口与四号输送管连接，二号降温塔通过四号输送管与催化氧化塔连通。催化氧化塔的输气口与输氧管连接，催化氧化塔的排气口与排气管连接，催化氧化塔的冷却水口与三号冷却水管连接，催化氧化塔通过五号输送管与稀硫酸回收罐连通。

进一步的，一号输送管还与二号吸收塔连接，二号吸收塔通过六号输送管和二号循环管与二号吸收剂罐形成循环，二号吸收塔与排硫管连接，二号吸收塔通过三号输送管与二号降温塔连通。

进一步的，一号输送管上设有一号控制阀，一号控制阀位于一号输送管与一号降温塔的输送口连接处，三号输送管上设有二号控制阀，二号控制阀设于三号输送管与吸收塔的一号输送口连接处，排硫管上设有三号控制阀，三号控制阀设于排硫管与吸收塔的排硫口连接处，二号输送管上设有溶剂循环泵，四号输送管上设有四号控制阀。四号控制阀设于四号输送管与二号降温塔的输送口连接处，五号输送管上设有五号控制阀，排气管上设有六号控制阀和引风机，六号控制阀设于排气管与催化氧化塔的排气口连接处。

这样设计的目的在于，使用时先将工业尾气通过入气管输入到一号降温塔中，再通过一号冷却水管对位于一号降温塔中的工业尾气进行喷淋降温，降温后的冷却水直接排出或者处理后循环使用，至于冷却水排出这一部分为现有技术，故而不再赘述如何设置排水管，待工业尾气温度降低至105℃～115℃时，开启一号控制阀，降温后的工业尾气通过一号输送管进入吸收塔，吸收塔中设有浓度是1%～5%的naoh液体催化剂，将吸收剂罐中的聚乙二醇通过二号输送管输送至吸收塔中，工业尾气中的so2与催化剂形成活性中间络合物，再与溶解至吸收剂中的h2s反应生成硫单质，反应完毕后通过打开二号控制阀，将液态硫单质从排硫管排出。

剩余未反应完全的工业尾气组成一阶尾气温度为120℃～125℃，开启三号控制阀，通过三号输送管将一阶尾气输送至二号降温塔，基于二号冷却水管进行喷淋降温，一阶尾气温度降低至65℃～75℃时，开启四号控制阀，通过四号输送管输送至催化氧化塔中，催化氧化塔中设有comoo与al2o3混合物组成的固态催化剂，通过输氧管输送氧气到催化氧化塔，通过三号冷却水管输送冷却水至催化氧化塔，一阶尾气在固态催化剂的催化下发生氧化还原反应，生成浓度为5%～8%稀硫酸，开启五号控制阀将稀硫酸输送至稀硫酸回收罐，开启六号控制阀将剩余的气体排放。

同时，一号输送管通过与二号吸收塔连接，在使用中可以与吸收塔交替使用与吸收剂再生，吸收塔在发生克劳斯反应时，二号吸收塔中吸收剂进行再生，二号吸收塔中在发生克劳斯反应时，吸收塔进行吸收剂再生，交替使用大幅提高了设备的工作效率。

本发明解决上述技术问题，还提供了一种克劳斯尾气低温脱硫工艺，包括两个部分，第一部分是低温克劳斯尾气低温脱硫，第二部分是催化氧化脱硫。其中第一部分低温克劳斯尾气低温脱硫，包括以下步骤：

第一步，降温，将工业生产制得的克劳斯尾气从入气管中通入到一号降温塔中，通过与一号降温塔连接的一号冷却水管进行喷淋降温，制得降温的克劳斯尾气；

第二步，克劳斯反应，将降温的克劳斯尾气通过一号输送管从一号降温塔输送至吸收塔中，在吸收塔中通过二号输送管导入吸收剂罐中的吸收剂，降温的克劳斯尾气在液体催化剂作用下通过克劳斯反应制得含有硫单质的溶液和一阶尾气；

第三步，排出，含有硫单质的溶液通过排硫管从吸收塔中排出，一阶尾气通过三号输送管从吸收塔中排出。

第二部分催化氧化脱硫，包括以下步骤：

第一步，二次降温，将三号输送管中的一阶尾气通入到二号降温塔中，通过与二号降温塔连接的二号冷却水管进行喷淋降温，制得降温的一阶尾气；

第二步，催化氧化反应，将降温的一阶尾气通过四号输送管从二号降温塔输送至催化氧化塔中，在催化氧化塔中通过输氧管导入氧气，通过三号冷却水管导入冷却水，降温的一阶尾气与氧气、冷却水和催化氧化塔中的固态催化剂发生催化氧化反应，制得二阶尾气和稀硫酸；

第三步，再次排出，稀硫酸通过五号输送管输送至稀硫酸回收罐，二阶尾气通过排气管排放至空气中。

这样设计的目的在于，第一部分通过喷淋降温将工业尾气降至硫露点以下，发生克劳斯反应，4h2s+2so2→4h2o+3s2，由于反应温度低,反应平衡大幅度地向生成硫的方向移动,且生成的部分液硫随即沉积在催化剂上。在吸收塔中通入吸收剂，首先克劳斯尾气中二氧化硫溶解在吸收剂中,并与催化剂形成有活性中间络合物,再从尾气中溶解的硫化氢反应生成元素硫,催化剂得到再生,液体硫呈液态排出,吸收剂循环使用，反应后得到一阶尾气随着三号输送管排出。经过第一部分处理后制得的液态硫纯度在99%左右，排出的一阶尾气总硫含量在3000ppm左右，高于国家标准。

第二部分，通过喷淋再次降低尾气的温度，在催化氧化塔中通入冷却水、氧气，在固态催化剂的催化下发生氧化还原反应，一阶尾气中的so2与冷却水和氧气被吸附在固态催化剂的孔隙中，在活性组分的催化作用下变为具有活性的分子，同时反应生成h2so4。催化反应生成的硫酸富集在载体中，当脱硫一段时间孔隙中硫酸达到饱和后用水再生，释放出催化剂的活性位，催化剂的脱硫能力得到恢复。

发生的反应如下（*标记为该物质吸附在催化剂上）

1）so2脱硫：

so2→so2（*）

o2→o2（*）

h2o→h2o（*）

so2（*）+o2（*）→so3（*）

so3（*）+h2o（*）→h2so4（*）

2）羰基脱硫：（羰基为工业尾气中混合的酸性复合物）

cos+h2o→h2s+co2

cs2+2h2o→2h2s+co2

3）h2s脱硫：

2h2s+o2←→2h2o+2/nsn

其中，这个反应过程又分为，首先h2s气体中的水被固态催化剂吸附后在其表面形成一层水膜。然后h2s与o2扩散进入固态催化剂表面孔径内，h2s在水膜内分解，o2也被固态催化剂表面孔径吸附活化并与h2s反应。最后o2中o－o键断裂生成的活性氧原子也很快与hs^-反应生成s逐渐沉积在固态催化剂上，最终被冷却水带走。

经过这一系列反应后，一阶尾气中的硫离子被大幅度转换成稀硫酸和单质硫，排出的二阶尾气中总硫含量大幅度降低，最终在60ppm左右，符合国家排放标准。

进一步的，第一部分低温克劳斯尾气低温脱硫第三步后，还有第四步，吸化剂循环，将反应后的吸收剂通过一号循环管从吸收塔导入吸收剂罐实现循环。

进一步的，第二部分催化氧化脱硫第三步后，还有第四步，催化剂再生，待二阶尾气和稀硫酸排出完毕后，通过三号冷却水管向催化氧化塔输送冷却水，冲洗固态催化剂实现催化剂再生。

可选的，克劳斯尾气中h2s与so2体积比例为2～2.5:1，所述稀硫酸浓度为5%～8%，所述液体催化剂为浓度是1%～5%的naoh，所述固态催化剂为comoo与al2o3的混合物，所述吸收剂为分子量200～800的聚乙二醇。

可选的，降温的克劳斯尾气温度为105℃～115℃，所述一阶尾气温度为120℃～125℃，所述降温的一阶尾气温度为65℃～75℃，所述二阶尾气温度为60℃～70℃。

这样设计的目的在于，通过降温的手段改变克劳斯尾气反应温度，同时加入冷却水来中和氧化还原反应产生的热量，在适宜的温度下克劳斯反应中将大幅向生成硫的方向移动。

同时，基于h2s与so2在聚乙二醇中溶解度相差较大，通过调整h2s与so2的含量配比提高克劳斯反应的反应效果，提高制得液态硫含量。

再则，通过吸收剂循环与催化剂再生，使聚乙二醇溶解剂能够循环使用，comoo与al2o3的混合物能够多次利用，降低了物料浪费，节约了生产成本。

本发明的有益效果至少包括以下之一；

1、通过克劳斯反应与催化氧化反应相结合，大幅降低最终排放其他的总硫含量，使之能够达到国家排放要求。

2、在第一部分克劳斯反应中，通过控制温度使克劳斯反应在硫亚露点区间，进而反应平衡大幅度地向生成硫的方向移动，同时将h2s与so2体积比例控制在2～2.5:1使反应趋于平衡。

3、通过在第一部分排出后，添加吸化剂循环步骤，实现吸收剂的再利用降低了生产成本。

4、通过在第二部分再次排出后，添加催化剂再生步骤，实现催化剂的再利用降低了生产成本。

5、通过将一号输送管与二号吸收塔连接，在使用中可以与吸收塔交替使用与吸收剂再生，吸收塔在发生克劳斯反应时，二号吸收塔中吸收剂进行再生，二号吸收塔中在发生克劳斯反应时，吸收塔进行吸收剂再生，交替使用大幅提高了设备的工作效率。

附图说明

图1为一种克劳斯尾气低温脱硫系统结构示意图；

图2为克劳斯尾气低温脱硫结构示意图；

图中标记为：1为入气管、2为一号降温塔、3为一号冷却水管、4为一号输送管、5为吸收塔、6为吸收剂罐、7为排硫管、8为二号输送管、9为一号循环管、10为三号输送管、11为二号降温塔、12为二号冷却水管、13为四号输送管、14为催化氧化塔、15为输氧管、16为三号冷却水管、17为五号输送管、18为排气管、19为稀硫酸回收罐、20为溶剂循环泵、21为引风机、22为一号控制阀、23为二号控制阀、24为三号控制阀、25为四号控制阀、26为五号控制阀、27为六号控制阀、28为二号吸收塔、29为六号输送管、30为二号循环管、31为二号吸收剂罐。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点能够更加清晰明白，以下结合附图和实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明保护内容。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“一端”、“中央”、“周向”、“上”、“内侧”、“外侧”、“另一端”、“中部”、“顶部”、“一侧”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例1

如图1所示，一种克劳斯尾气低温脱硫系统结构示意图，一种克劳斯尾气低温脱硫系统包括一号降温塔2、吸收塔5、吸收剂罐6、二号降温塔11、催化氧化塔14和稀硫酸回收罐19，其中一号降温塔2分别与入气管1和一号冷却水管3连接，并通过一号输送管4与吸收塔5连通，吸收塔5与排硫管7连接，吸收塔5通过三号输送管10与二号降温塔11连通，吸收塔5通过二号输送管8和一号循环管9与吸收剂罐6形成循环。二号降温塔11与二号冷却水管12连接，并通过四号输送管13与催化氧化塔14连通，催化氧化塔14分别与输氧管15、排气管18和三号冷却水管16连接，催化氧化塔14通过五号输送管17与稀硫酸回收罐19连通。一号输送管4上设有一号控制阀22，一号控制阀22位于一号输送管4与一号降温塔2连接处。三号输送管10上设有二号控制阀23，二号控制阀23设于三号输送管10与吸收塔5连接处，排硫管7上设有三号控制阀24，三号控制阀24设于排硫管7与吸收塔5连接处，二号输送管8上设有溶剂循环泵20，溶剂循环泵20设于二号输送管8与吸收塔5连接处，四号输送管13上设有四号控制阀25。四号控制阀25设于四号输送管13与二号降温塔11连接处，五号输送管17上设有五号控制阀26，排气管18上设有六号控制阀27和引风机21，六号控制阀27设于排气管18与催化氧化塔14连接处。

使用时，先将工业尾气通过入气管输入到一号降温塔中，再通过一号冷却水管对位于一号降温塔中的工业尾气进行喷淋降温，降温后的冷却水直接排出或者处理后循环使用，至于冷却水排出这一部分为现有技术，故而不再赘述如何设置排水管，待工业尾气温度降低至105℃～115℃时，开启一号控制阀，降温后的工业尾气通过一号输送管进入吸收塔，吸收塔中设有浓度是1%～5%的naoh液体催化剂，将吸收剂罐中的聚乙二醇通过二号输送管输送至吸收塔中，工业尾气中的so2与催化剂形成活性中间络合物，再与溶解至吸收剂中的h2s反应生成硫单质，反应完毕后通过打开二号控制阀，将液态硫单质从排硫管排出。剩余未反应完全的工业尾气组成一阶尾气温度为120℃～125℃，开启三号控制阀，通过三号输送管将一阶尾气输送至二号降温塔，基于二号冷却水管进行喷淋降温，一阶尾气温度降低至65℃～75℃时，开启四号控制阀，通过四号输送管输送至催化氧化塔中，催化氧化塔中设有comoo与al2o3混合物组成的固态催化剂，通过输氧管输送氧气到催化氧化塔，通过三号冷却水管输送冷却水至催化氧化塔，一阶尾气在固态催化剂的催化下发生氧化还原反应，生成浓度为5%～8%稀硫酸，开启五号控制阀将稀硫酸输送至稀硫酸回收罐，开启六号控制阀将剩余的气体排放。

实施例2

基于实施例1，一号输送管4还与二号吸收塔28连接，二号吸收塔28通过六号输送管29和二号循环管30与二号吸收剂罐31形成循环，二号吸收塔28与排硫管7连接，二号吸收塔28通过三号输送管10与二号降温塔11连通。

使用时，一号输送管通过与二号吸收塔连接，在使用中可以与吸收塔交替使用与吸收剂再生，吸收塔在发生克劳斯反应时，二号吸收塔中吸收剂进行再生，二号吸收塔中在发生克劳斯反应时，吸收塔进行吸收剂再生，交替使用大幅提高了设备的工作效率。

实施例3

一种克劳斯尾气低温脱硫工艺，包括两个部分，第一部分是低温克劳斯尾气低温脱硫，第二部分是催化氧化脱硫。

第一部分低温克劳斯尾气低温脱硫，包括以下步骤：

第一步，降温，将工业生产制得的克劳斯尾气从入气管1中通入到一号降温塔2中，通过与一号降温塔2连接的一号冷却水管3进行喷淋降温，制得降温的克劳斯尾气；

第二步，克劳斯反应，将降温的克劳斯尾气通过一号输送管4从一号降温塔2输送至吸收塔5中，在吸收塔5中通过二号输送管8导入吸收剂罐6中的吸收剂，降温的克劳斯尾气在液体催化剂作用下通过克劳斯反应制得含有硫单质的溶液和一阶尾气；

第三步，排出，含有硫单质的溶液通过排硫管7从吸收塔5中排出，一阶尾气通过三号输送管10从吸收塔5中排出。

第四步，吸化剂循环，将反应后的吸收剂通过一号循环管9从吸收塔5导入吸收剂罐6实现循环。

第二部分催化氧化脱硫，包括以下步骤：

第一步，二次降温，将三号输送管10中的一阶尾气通入到二号降温塔11中，通过与二号降温塔11连接的二号冷却水管12进行喷淋降温，制得降温的一阶尾气；

第二步，催化氧化反应，将降温的一阶尾气通过四号输送管13从二号降温塔11输送至催化氧化塔14中，在催化氧化塔14中通过输氧管15导入氧气，通过三号冷却水管16导入冷却水，降温的一阶尾气与氧气、冷却水和催化氧化塔14中的固态催化剂发生催化氧化反应，制得二阶尾气和稀硫酸；

第三步，再次排出，稀硫酸通过五号输送管17输送至稀硫酸回收罐19，二阶尾气通过排气管18排放至空气中。

第四步，催化剂再生，待二阶尾气和稀硫酸排出完毕后，通过三号冷却水管16向催化氧化塔14输送冷却水，冲洗固态催化剂实现催化剂再生。

采集制得的工业尾气，其中进入入气管中总硫含量为2%，排出的一阶尾气总硫含量为3000ppm左右，从排气管排出的其他总硫含量为60ppm附近，符合国家工业废气排放总硫含量低于200ppm要求。