专利名称：一种新型硫磺回收装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于天然气净化处理高含硫酸气并回收硫磺的新型硫磺回 收装置，属于天然气尾气加工领域。本装置减小了切换波动，增加了硫磺回收率；具有节能、 环保、硫磺回收率高等特点。
背景技术：
近年来，基于日益严格的环保需要，硫回收及尾气处理技术得到了长足发展。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。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。氧化吸收工艺几乎未见正式工业应 用报道。五类工艺装置绝大部分为国外公司开发。针对硫磺回收及尾气处理工艺的国产化 问题，国内各公司和设计院也在积极开展工作。此五类工艺装置缺点介绍如下1.还原吸收类工艺及装置还原吸收类工艺及装置是将克劳斯尾气中各种形态的硫及硫化物还原*H2S， 然后进行吸收，此类工艺装置的总硫磺回收率最高可达99.8%，灼烧炉尾气中SO2小于 300ppm。该类型工艺及装置包括国外开发的SCOT、BSRP, LTGT, Resulf和RAR等。国内有 SSR工艺，由山东三维石化工程股份有限公司原齐鲁石化公司胜利炼油设计院于2001年开 发，该工艺装置主要在各大炼油厂推广，目前已在40多套工业硫磺回收装置上应用。镇海 石化工程有限责任公司通过消化吸收国外先进技术，并结合工程建设和生产实际，于2007 开发出具有自主知识产权的大型硫磺回收工艺装置ZHSR。此类工艺装置流程复杂，设备多，投资和运行费用都相当高，所回收的硫远远不能 抵偿操作费用，一般用于硫磺回收装置规模很大或环保要求很严的情况下才使用。2.亚露点类工艺及装置亚露点硫磺回收工艺装置即低温克劳斯工艺装置，是在低于硫露点温度下进行克 劳斯反应的一类酸气处理的工艺装置方法。该类型工艺装置包括国外开发的CBA、MCRC、 Clinsulf-SDP, Sulfreen和Clauspol等。国内有CPS工艺装置，在MCRC、CBA低温克劳斯 工艺装置的基础上，结合重庆天然气净化总厂和引进分厂的设计和改造经验，由中油设计 西南分公司于2007开发。此类工艺装置在实际应用中也存在有一些问题，对CBA、MCRC工艺装置，由于低温 吸附态反应器液硫积存于催化剂上，需定期切换进行催化剂再生，存在不稳定性，在反应器 切换期间，硫回收率会有所降低。对Clinsulf-SDP工艺装置，设备结构过于庞大，操作稳定 性不好。另外，低温克劳斯硫磺回收工艺装置对H2S与SO2的比例更加严格，工艺装置操作 要求也严格。3.直接氧化类工艺及装置直接氧化类工艺装置使用独特的选择性氧化催化剂将过程气中H2S直接氧化为单 质 S。该类工艺装置包括 Clinsulf-DO, ENsulf, Selectox, Superclaus 和 Modop 等。其中Clinsulf-DO工艺装置硫化氢处理浓度有限，其适用性受到限制。4.富氧类工艺及装置富氧类工艺装置是用含富氧的空气，或用纯氧代替普通空气在燃烧炉内与H2S燃 烧生成SO2，避免浓度较低的酸性气被大量入炉的燃烧气体稀释，减少多余的氮气带走大量 的热量。该类工艺装置包括0XyClauS、Sure和COPE等。在实际生产中，受反应炉耐火衬里 的耐火度所限，以及燃烧炉本身的耐火性能、废热锅炉材质、尾气激冷装置材质耐火性能的 限制。另外富氧供应也增加了操作成本。5.氧化吸收类工艺及装置氧化吸收类工艺装置包括Wellman-Lord工艺装置和Cansolv工艺装置。由于工 艺装置流程较为复杂，设备腐蚀较为严重，应用不多。氧化吸收工艺装置几乎未见正式工业 应用报道。
发明内容本实用新型的目的是为了克服现有硫磺回收技术的缺点，减少燃烧炉中产生的 COS和CS2等硫化物对硫磺回收率的影响；减小低温克劳斯反应器因切换而产生的硫磺回 收率波动；进一步提高工艺装置硫磺回收率，特提供一种新型硫磺回收装置。本实用新型由以下技术措施实现本硫磺装置主要包含高温转化段、催化转化段 和尾气灼烧段。⑴高温转化段主燃烧器所需空气由主风机提供，同时该主风机还提供超级克劳斯转化器和尾气 灼烧炉所用空气。进入主燃烧炉的空气分为两路，一路为主空气线，另一路为微调空气线， 其相应的流量均由专用的配风控制系统调节，以满足进入选择性催化氧化段的过程气中 H2S浓度要求。主燃烧炉内在1000°C左右的高温下，H2S与O2发生常规克劳斯反应生成单质硫。自 主燃烧炉出来的高温气流经废热锅炉后温度降至315°C，经一级冷凝器冷却至170°C左右， 其中绝大部分硫蒸气被冷凝并分离。主燃烧炉内主要发生的反应有2H2S+302 = 2 S02+2H202H2S+S02^ 3/ xSx +IR2O2H2S+02 = 2/xSx+2H20(2)催化转化段①常规克劳斯转化段自一级冷凝器出口过程气，经再热至220°C 280°C，过程气进入一级转化器。一 级转化器催化剂上床层H2S与SO2发生常规克劳斯反应，过程气温升至340°C左右，催化剂 下床层COS、CS2发生水解反应。—级转化器内主要发生的反应有2H2S+S02 # 3/ xSx +2H20C0S+H20 卢 C02+H2SCS2+2H20 ^ C02+2H2S[0031]②低温克劳斯转化段自一级转化器出口，高温过程气进入二级转化器，二级转化器内催化剂进行再生， 并有部分H2S与SO2发生克劳斯反应。自二级转化器出口过程气进入二级冷凝器，过程气冷 却至126°C，液硫得到回收。自二级冷凝器出口过程气进入三级转化器，在内置冷却盘管的 冷却作用下，H2S与SO2在催化剂上床层进行亚露点反应，H2S与SO2在催化剂下床层进行亚 固点反应。低温克劳斯转化段内主要发生的反应有2H2S+S02 — 3/ xSx +2H20 (常规克劳斯、亚露点、亚固点)③直接氧化转化段自三级转化器出口过程气经气/气换热器，温度升至210°C左右。自气/气换热器出口过程气进入超级克劳斯转化器，过程气中剩余的H2S直接氧 化为单质硫。直接氧化转化器内主要发生的反应有2H2S+02 = 2/x Sx+2H20(3)尾气灼烧段过程气经捕雾器除硫后，至在灼烧炉中，由于燃料气的高温燃烧，尾气中残余的 H2S及其它硫化物和硫蒸气被完全焚烧成SO2,炉内温度控制在600°C 800°C。为了达到上述目的，本实用新型实用采用以下技术方案一种新型硫磺回收装置， 是由主燃烧炉、冷凝器、灼烧炉、转化器和换热器组成，其结构特征是酸气管和空气管连接 主燃烧炉，主燃烧炉的另一端连接废热锅炉再连接一级冷凝器；一级冷凝器的下端与液硫 管连接，上端与一级再热炉连接；一级再热炉的另一端与一级转化器连接，一级转化器的下 端与四通阀连接；四通阀的另外三段分别与二级转化器、二级冷凝器、三级转化器连接，再 通过另一四通阀组成一个切换装置；另一四通阀的另一端与气/气换热器壳程入口连接， 气/气换热器壳程出口与超级克劳斯转化器连接，超级克劳斯转化器的下端与三级冷凝器 连接；三级冷凝器的下端出口与液硫管线连接，上端出口与硫雾捕集器连接；硫雾捕集器 上方与尾气灼烧炉连接；尾气灼烧炉的出口与气/气换热器管程入口连接，气/气换热器管 程出口与烟囱下方连接。本装置所述二级转化器和三级转化器为相同结构，转化器设置上下两个催化剂床 层，上、下床层均设置有内置冷却盘管。本实用新型具有以下有益效果(1)本实用新型再生段转化器进行催化剂再生和 常规克劳斯反应，低温段转化器上床层进行亚露点克劳斯反应，下床层进行亚固点克劳斯 反应。在内置盘管温度调节下，减小了装置切换波动，增加了装置硫磺转化率；(2)本实用 新型不要求严格的酸气、空气配气比，操作更加灵活；(3)本实用新型将两级低温克劳斯转 化器用四通阀连接，使管线控制更简单切换更方便；(4)本实用新型超级克劳斯转化器入 口过程气再热热源来至尾气灼烧炉，使用气/气换热器对过程气进行再热，具有节能、环 保、高硫磺回收率等特点，用于天然气净化处理回收硫磺。
附图1为本实用新型硫磺回收装置的结构示意图。[0046]图中1、主燃烧炉，2、废热锅炉，3、一级冷凝器，4、二级冷凝器，5、四通阀，6、三级 冷凝器，7、硫雾捕集器，8、烟囱，9、尾气灼烧炉，10、超级克劳斯转化器，11、气/气换热器， 12、三级转化器，13、四通阀，14、二级转化器，15、一级转化器，16、一级再热器，17、液硫管。
具体实施方式
下面是结合图1和具体实施方式
，对本实用新型作进一步说明。如图1所示，酸气管和空气管连接主燃烧炉1，主燃烧炉1的另一端连接废热锅炉 2再连接一级冷凝器3 ；—级冷凝器3的下端与液硫管17连接，上端与一级再热器16连接； 一级再热器16的另一端与一级转化器15连接，一级转化器15的下端与四通阀13连接；四 通阀13的另外三段分别与二级转化器器14、二级冷凝器4、三级转化器12连接，再通过四 通阀5组成一个切换装置；四通阀5另一端与气/气换热器11壳程入口连接，气/气换热 器11壳程出口与超级克劳斯转化器10连接，超级克劳斯转化器10的下端与三级冷凝器6 连接；三级冷凝器6的下端出口与液硫管17连接，三级冷凝器6的上端出口与硫雾捕集器 7连接；硫雾捕集器7与尾气灼烧炉9连接；尾气灼烧炉9与气/气换热器11管程入口连 接，气/气换热器11管程出口与烟囱8连接。本实用新型是这样实现的高温转化段酸气与空气在主燃烧炉1中燃烧，进行高温克劳斯反应，60% 70% 的H2S转化为单质S。自主燃烧炉1出来的高温气流经废热锅炉2后温度降至315°C，经一 级冷凝器3冷却至170°C，其中绝大部分硫蒸气被冷凝并分离，进入液硫管17。催化转化段自一级冷凝器3出来的过程气进入一级再热器16，升温至280°C进 入一级转化器15，过程气中的H2S和SO2在催化剂上床层上反应生成单质硫。克劳斯反应 放热，使得过程气升温，高温条件下催化剂下床层发生水解反应，CS2, COS在此过程中充分 水解。一级转化器15出口处过程气温度达340°C左右，进入二级转化器14。自一级转化器 15出口高温过程气进入二级转化器14，催化剂进行再生。且过程气中的H2S和SO2继续发 生克劳斯反应生成元素硫。自二级转化器14出口处过程气进入二级冷凝器4，温度冷却至 127°C，分离出液硫后进入三级转化器12。在内置冷却盘管的冷却作用下，三级转化器12内 催化剂上床层，H2S与SO2进行亚露点反应。催化剂下床层温度维持在90 119°C，H2S与 SO2在催化剂下床层进行亚固点反应。在三级转化器12后来设置一套气/气换热器11，利 用尾气灼烧炉9的高温尾气加热过程气，使其达到超级克劳斯转化器10过程气的入口温度 要求。自三级转化器12出口过程气经气/气换热器11，温度升至210°C左右。自气/气换 热器11出口过程气进入超级克劳斯转化器10，在超级克劳斯转化器10中，H2S在超级克劳 斯催化剂作用下直接氧化为元素硫，过程气中剩余的H2S转化为元素硫。超级克劳斯转化器 10出口过程气进入三级冷凝器6冷却至125°C，绝大部分硫蒸气被冷凝并分离出来，进入液 硫管17统一回收。尾气灼烧段尾气通过硫雾捕集器7后进入尾气灼烧炉9灼烧。在尾气灼烧炉9 中，由于燃料气的高温燃烧，尾气中残余的H2S及其它硫化物和硫蒸气被完全焚烧成SO2，炉 内温度控制在600°C 800°C。
权利要求1.一种新型硫磺回收装置，由主燃烧炉、冷凝器、灼烧炉、转化器和换热器组成，其特征 在于酸气管和空气管连接主燃烧炉(1)，主燃烧炉(1)的另一端连接废热锅炉(2)再连接 一级冷凝器(3)；—级冷凝器(3)的下端与液硫管(17)连接，上端与一级再热炉(16)连接； 一级再热炉(16)的另一端与一级转化器(15)连接，一级转化器(15)的下端与四通阀(13) 连接；四通阀(13)的另外三段分别与二级转化器(14)、二级冷凝器(4)、三级转化器(12) 连接，再通过四通阀(5)组成一个切换装置；四通阀(5)另一端与气/气换热器(11)壳程 入口连接，气/气换热器(11)壳程出口与超级克劳斯转化器(10)连接，超级克劳斯转化器 (10)下端与三级冷凝器(6)连接；三级冷凝器(6)的下端出口与液硫管(17)连接，上端出 口与硫雾捕集器(7)连接；硫雾捕集器(7)上方与尾气灼烧炉(9)连接；尾气灼烧炉(9)的 出口与气/气换热器(11)管程入口连接，气/气换热器(11)管程出口与烟囱(8)下方连 接。
2.根据权利要求1所述硫磺回收装置，其特征是所述二级转化器(14)和三级转化器 (12)为相同结构，转化器设置上下两个催化剂床层，上下床层均设有内置冷却盘管。
专利摘要本实用新型涉及一种用于天然气净化处理并回收硫磺的新型硫磺回收装置。该装置减少燃烧炉中产生的硫化物对硫回收的影响，减少低温反应器对硫磺回收率波动。其技术方案是该装置由主燃烧炉连接废热锅炉再连接一级冷凝器；一级冷凝器下端连接液硫管，上端与一级再热炉连接，再与一级转化器连接，其下端与四通阀连接，四通阀与二级转化器、二级冷凝器、三级转化器连接，并与另一四通阀组成切换装置；另一四通阀与换热器壳程入口连接，其出口与超级克劳斯转化器连接再与三级冷凝器相连；三级冷凝器与捕雾器连接，之后与尾气灼烧炉连接，再与换热器管程入口连接，出口连接烟囱。本装置，增加了硫磺回收率；具有节能、环保的特点，用于天然气净化处理。
文档编号C01B17/04GK201785190SQ20102051254
公开日2011年4月6日 申请日期2010年8月28日 优先权日2010年8月28日
发明者何金龙, 常宏岗, 游国庆, 艾志久, 陈昌介, 高艳楠 申请人:西南石油大学