1.一种酸性气的硫磺回收工艺,用于处理含H2S 5-20%(体积)的中间浓度酸性气,以及流量不大的高浓度酸性气,主要设备沿酸性气流向包括H2S在线监测仪、加热器、H2S直接氧化反应器、中温冷凝器、加热器、H2S选择性氧化反应器、中温冷凝器、低温冷凝器,以及两个可串并联的吸附脱硫塔,中温冷凝器、低温冷凝器底部连接液硫槽;其中,直接氧化反应器后中温冷凝器的一部分出口气经稀释气低温冷凝器脱硫脱水后返回直接氧化反应器前、H2S在线监测仪出口后,使稀释后混合气含H2S 3-5%(体积);
直接氧化反应器为水冷自限温反应器,装填TiO2基硫磺回收催化剂,利用空气所引入的O2将入口气中95%以上的H2S转化为单质硫,并使出口气中SO2≤200 mg/m3;催化剂床层除去反应气入口的升温段,其余为均温床层;所述均温床层的温度可根据反应要求,在210-250℃范围内进行高低调节,均温床层内的温差自限定在15℃以内;
选择性氧化反应器为绝热反应器,装填Fe2O3/氧化硅选择性氧化催化剂,床层温度200-240℃,将部分SO2和H2S反应转化为单质硫,并利用过程气中所含的O2,将入口气90%以上的H2S转化,主要生成单质硫,出口气中SO2低于H2S浓度;
吸附脱硫塔装填催化氧化吸附脱硫剂,吸附脱硫塔操作温度≤60℃,将过程气所含少量单质硫吸附,将所含极少量的SO2与所含H2S反应转化为单质硫并吸附,将残余的H2S氧化为单质硫并吸附在内孔中和颗粒间,出口气中H2S≤5mg/m3,总硫折为SO2≤100 mg/m3;
其中,酸性气与配入所需量的空气、返回的稀释气充分混匀,经加热器预热到180~200℃,进入直接氧化反应器反应;直接氧化反应器出口气经中温冷凝器冷却到140-160℃,生成的单质硫冷凝分离进入液硫槽,分离液硫的过程气,一部分返回直接氧化反应器前作为稀释气,另一部分和可选的二次配入少量空气,经加热器预热到190~210℃并充分混匀,进入选择性氧化反应器反应;选择性氧化反应器出口气经中温冷凝器冷却到140-160℃,生成的单质硫冷凝分离进入液硫槽,分离液硫的过程气再经低温冷凝器冷却到60℃以下,再经吸附脱硫塔处理后由烟囱排空。
2.如权利要求1所述酸性气的硫磺回收工艺,其特征在于,直接氧化反应器后中温冷凝器的部分出口气经稀释气低温冷凝器脱硫脱水后返回直接氧化反应器前、H2S在线监测仪出口后,所需动力由风机、压缩机或文丘里抽气混合器提供;稀释气降温至35℃以下,并设置两个稀释气低温冷凝器轮换使用。
3.如权利要求1所述酸性气的硫磺回收工艺,其特征在于,沿气流方向在H2S直接氧化反应器TiO2基硫磺回收催化剂床层之后设置TiO2基中温有机硫水解催化剂床层,或在TiO2基硫磺回收催化剂床层的出口段混装TiO2基中温有机硫水解催化剂;也可以在H2S选择性氧化反应器Fe2O3/氧化硅催化剂之前,设置TiO2基中温有机硫水解催化剂床层,或者在H2S选择性氧化反应器的Fe2O3/氧化硅催化剂床层入口段混装TiO2基中温有机硫水解催化剂;还可以沿气流方向在H2S直接氧化反应器的出口段设置TiO2基中温有机硫水解催化剂床层与TiO2基硫磺回收催化剂的混合床层,并在H2S选择性氧化反应器入口段设置TiO2基中温有机硫水解催化剂床层与Fe2O3/氧化硅催化剂的混合床层;(TiO2基硫磺回收催化剂+Fe2O3/氧化硅催化剂)与TiO2基中温有机硫水解催化剂的体积比(0.7-0.9):(0.3-0.1)。
4.如权利要求1所述酸性气的硫磺回收工艺,其特征在于,TiO2基硫磺回收催化剂为含TiO285-90%,其余成分主要是CaSO4的二氧化钛基硫磺回收催化剂,或是较纯的含TiO299%左右的二氧化钛硫磺回收催化剂;TiO2基中温有机硫水解催化剂的主要成分为TiO2以及选自于碱金属、碱土金属、稀土元素中一种或多种的盐或氧化物,采用不具克劳斯活性的粘结剂。
5.如权利要求1所述酸性气的硫磺回收工艺,其特征在于,所述水冷自限温直接氧化反应器,为垂直套管水冷自限温直接氧化反应器,包括反应器主体、位于反应器主体上部的水汽化移热系统,反应器主体和水汽化移热系统不连通;
反应器主体包括壳体、催化剂反应床层、进出料管路及接口、催化剂装卸结构;
水汽化移热系统包括汽水室、足够数量和换热面积的金属换热套管,换热套管由内管和外管嵌套而成,外管向上开口于汽水室底板,向下延伸到催化剂床层底部或之下位置并在下端封口;内管下端延伸至外管底部,上端延伸至外管上端口之外;内管向下流水,外管向上流汽水混合物;套管上端口具有能够保证内管只进水、流入水而基本不进汽的结构,受本套管的外管或其它外管所排出汽水混合物的影响较小或完全不受其影响。
6.如权利要求5所述酸性气的硫磺回收工艺,其特征在于,垂直套管水冷自限温直接氧化反应器的水汽化移热系统换热套管深入催化剂床层的高度0.5-20m,管间距0.02-0.10m,换热面积10-50m2/m3催化剂。
7.如权利要求5所述酸性气的硫磺回收工艺,其特征在于,垂直套管水冷自限温直接氧化反应器水汽化移热系统换热套管的上端结构,是内管向上延伸开口而外管向侧面开口或向侧上方延伸开口,或是外管向上延伸开口,内管侧向弯曲穿过外管壁向侧面开口或向侧下方延伸开口,或内管从外管上开口向侧下弯曲;也可以是内管上端口延伸至高于外管上端口之处,内管上口和外管上口的高度差,为外管内径的1-3倍;还可具有内径扩大段或喇叭口段,内径扩大段长度可为外管内径的1-2倍,内径可为外管外径的0.9-1.1倍,喇叭口段喇叭角10-20度。
8.如权利要求5所述酸性气的硫磺回收工艺,其特征在于,垂直套管水冷自限温直接氧化反应器水汽化移热系统换热套管的上端结构,可以在汽水室之上设水室,换热套管的内管向上延伸并开口在水室底板;汽水室、水室可连接高位汽包。
9.如权利要求5所述酸性气的硫磺回收工艺,其特征在于,吸附脱硫塔装填的催化氧化吸附脱硫剂是由大孔活性炭负载选自于Fe、Mn、Cu、Zn、Co氧化物中的一种或多种和/或碱金属碳酸盐改性制备的可热再生吸附脱硫剂。
10.如权利要求1所述酸性气的硫磺回收工艺,其特征在于,直接氧化反应器前加热器的入口即文丘里抽气混合器、加热器之间,以及选择性氧化反应器前配入空气时的管路中,分别设置静态混合器;中温冷凝器、低温冷凝器出口前,设由不锈钢筛网制作的冷凝硫捕集器。