一种酸性气预处理工艺的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种酸性气预处理工艺，包括：1）热反应及催化反应：将分液后的酸性气通入热反应装置，经余热回收、冷凝回收液硫，再预热后进入催化反应装置进行催化反应；热反应装置将有机硫、硫化氢部分焚烧成二氧化硫；催化反应后的烟气经降温回收液硫后，产生的尾气送尾气焚烧系统；2）尾气焚烧：尾气在掺入燃料气、助燃空气后在尾气焚烧炉焚烧，将余下的硫化氢、有机硫、氢气、一氧化碳等充分燃烧，焚烧烟气经余热回收后送硫氧化物氨法吸收装置。可高效去除石油化工、天然气化工、煤化工、页岩油化工、页岩气化工、硫酸工业等行业生产过程中酸性气预处理后的硫氧化物（二氧化硫、三氧化硫及其水合物）。
【专利说明】一种酸性气预处理工艺【技术领域】
[0001]本发明涉及一种酸性气预处理工艺。基于后续的高效氨法脱硫的酸性气预处理工艺，应用于化工、环保等【技术领域】。
【背景技术】
[0002]本发明中的酸性气指含硫化氢、硫氧化物(二氧化硫等)、有机硫等含硫物质的工艺气体，来源于煤化工、石油化工、天然气化工、页岩油化工、页岩气化工、硫酸工业等，酸性气中有害成份主要是硫化氢、cos、CS2、有机硫等且浓度较高，需进行处理才能达标排放。
[0003]通常，通过克劳斯硫回收工艺脱除硫化氢、有机硫、二氧化硫，回收硫磺。酸性尾气送尾气处理装置。以两个主要工艺步骤进行克劳斯反应，第一步是通过燃烧，在1000°C~15000C时，将约1/3的硫化氢转化为二氧化硫，然后二氧化硫与剩余硫化氢反应生成单质硫，第二步是在200 V~350 V时，且在氧化铝催化剂、水解催化剂存在下，硫化氢、有机硫和二氧化硫继续反应生成单质硫。催化反应级数为1-3级等。另还包括干法硫酸技术、焚烧技术、湿法硫酸技术等。
[0004]通常的硫回收技术中，为了提高硫磺回收率，降低酸性尾气处理的负荷，酸性尾气中硫化氢与二氧化硫的摩尔比需严格控制在2:1，同时为了保证有机硫的水解，提高硫磺回收率，催化反应器中需装填水解催化剂。
[0005]酸性气在经过上述预处理过程后，仍难以满足环保标准，不能直接排放，还需进一步处理。后来也出现了一些改进措施。进一步的气体处理的技术有超优克劳斯、SCOT、有机胺、生物脱硫、湿法硫酸、活性炭等。随着环境对硫排放标准的不断提高，日趋严格，需持续抬升硫回收要求，即达到99.9%以上的硫回收率,尾气中硫氧化物浓度控制在100mg/Nm3,甚至50mg/Nm3以下
[0006]CN200810106034公开了一种酸性气脱硫方法，主要步骤是:1)用洗涤液对酸性气进行洗涤，然后在燃烧室内与燃料进行热燃烧反应，燃烧反应温度500°C -1200°C, 2)将所得燃烧产物进行催化还原反应，催化剂为催化还原及水解催化剂，其主要成分为二氧化钛。
3)将催化还原反应所得尾气进行焚烧，焚烧温度200°C -1200°C。该专利未明确硫化氢与二氧化硫的比例控制。
[0007]CN201080039460.5公开了一种用于从气流除去硫化氢的方法，其中气流首先通过大于2:1 (H2S/S02)化学计量比下操作的克劳斯单元，以产生包含小于2000ppmvS02的尾气流。再进一步处理尾气流，增加硫回收至99.5%以上。
【发明内容】
[0008]本发明目的是，提出一种酸性气预处理工艺，可满足氨法高效脱硫需要。采用的酸性气预处理工艺操作简单，投资低，操作简单，通过焚烧烟气送硫氧化物氨法吸收装置，保证洁净气达标排放。
[0009]本发明技术方案是:一种酸性气预处理工艺，包括热反应及催化反应、尾气焚烧。具体步骤包括:
[0010]I)热反应及催化反应:将酸性气通入热反应装置，经余热回收、冷凝回收液硫，再预热后进入催化反应装置进行催化反应；
[0011]热反应装置将硫化氢部分焚烧成二氧化硫；催化反应后的烟气经降温回收液硫后，产生的尾气送尾气焚烧系统；
[0012]2)尾气焚烧:尾气在掺入燃料气、助燃空气后在尾气焚烧炉焚烧，将余下的硫化氢、有机硫、氢气、一氧化碳等充分燃烧，焚烧烟气经余热回收后送硫氧化物氨法吸收装置。氨法吸收后洁净气达标排放。
[0013]催化反应装置可以不装填水解催化剂，有机硫在热反应装置(酸性气焚烧系统)部分焚烧。在热反应装置(酸性气焚烧系统)将硫化氢部分焚烧成二氧化硫，再预热后进入催化反应；催化反应后的烟气经降温回收液硫后，产生的尾气送尾气焚烧系统；
[0014]热反应后酸性气中硫化氢与二氧化硫的摩尔比不严格控制在2:1，优选为0.52?
1.63 ;反应剩余的二氧化硫尾气焚烧后在硫氧化物氨法吸收装置脱除；
[0015]焚烧系统关键在于焚烧装置及焚烧反应条件的控制，本发明焚烧温度为760°C?1400。。，优选900。。?13500C ;烟气停留时间为0.5s?6s，优选1.5s?4s ;空气过剩系数为1.05?1.7，优选1.15?1.5。焚烧系统确保酸性尾气中的低价硫全部转化为二氧化硫，并避免氮氧化物的大量生成，本发明焚烧烟气中的硫化氢、COS、CS2含量之和在IOppm以下。不影响氨法脱硫系统的正常运行。
[0016]进一步的，采用1250°C?1350°C进行热反应，经一级余热锅炉(4)回收热量，再经一级冷凝器(6)冷凝至175°C回收液硫；冷凝后的工艺气经工艺气预热器(7)再预热后进入催化反应器(8)反应，再经催化反应冷凝器(9)冷凝至120-135°C回收液硫。
[0017]本发明的有益效果在于，本发明对应装置的操作弹性大(可适应于宽浓度范围的酸性气)，硫磺回收率60%?98%。避免了传统硫回收装置投资大、操作弹性小、需精确控制酸性尾气中H2S/S02比值等缺点。
[0018]催化反应后酸性尾气中的硫化氢与二氧化硫摩尔比小于2:1，优选0.52?1.63，且在催化反应器中可以不装填水解催化剂，只装填普通型氧化铝催化剂。本发明更是可适应硫化氢与二氧化硫摩尔比较大范围的变化，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。
[0019]本发明可处理的酸性原料气种类非常广泛，一般15%?95%H2S浓度、O?6%烃含量的各种酸性气都能适宜的处理，第二次焚烧烟气尾气中硫化氢、cos、CS2含量之和低于IOppm, 二氧化硫浓度小于30000mg/Nm3。可满足氨法脱硫高效运行的要求。
[0020]本发明提供了针对酸性气的预处理工艺，操作简单，投资低，运行成本低。
[0021]本发明催化反应后酸性尾气中的硫化氢与二氧化硫摩尔比小于2，优选0.52?
1.63。
[0022]催化反应器中可以不装填水解催化剂，只装填普通型氧化铝催化剂。
[0023]本发明装置投资较常规硫回收工艺降低5%?30%。可充分利用本 申请人:氨法脱硫技术可高效去除石油化工、天然气化工、煤化工、页岩油化工、页岩气化工、硫酸工业等行业生产过程中酸性气预处理后的硫氧化物(二氧化硫、三氧化硫及其水合物)。【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1为本发明典型工艺流程图。
【具体实施方式】
[0025]本发明工艺典型流程如图1示:1_酸性气2-分离器3-热反应器4-一级余热锅炉5-工艺气6-—级硫冷凝器7-工艺气预热器8-催化反应器9-催化反应冷凝器10-酸性尾气11-尾气焚烧炉12-二级余热锅炉13-焚烧烟气。附图1的典型流程如下:酸性气(I)自上游工段进入分离器(2)，除去酸性气中的液滴后，送入热反应器(3)在1000°C?1500°C进行热反应，经一级余热锅炉(4)回收热量，工艺气(5)再经一级硫冷凝器(6)冷凝至140°C?180°C回收液硫。冷凝后的工艺气经工艺气预热器(7)再预热后进入催化反应器(8)反应，再经催化反应冷凝器(9)冷凝至120°C?180°C回收液硫。酸性尾气(10)、燃料气和助燃空气进入焚烧炉(11)过氧焚烧，使酸性尾气中的H2S、单质硫、有机硫等都完全转化成硫氧化物，经二级余热锅炉(12)回收热量后的焚烧烟气(13)进入硫氧化物氨法吸收装置。催化反应级数为1-2级。
[0026]本发明具体工艺步骤如下:
[0027]1、热反应及催化反应
[0028]I)热反应
[0029]来自上游的酸性气经气液分离后，与助燃气(空气或富氧)及燃料气(若需要)混合进入热反应器，控制反应温度约1000°c?1500°C。
[0030]出热反应器的工艺气体经过一级余热锅炉回收热量，再进入一级硫冷凝器，在一级硫冷凝器中冷却至120°C?180°C，气态单质硫被冷却为液硫而分离出来，经冷凝分离液硫后的工艺气进入下述步骤2)的催化反应中。该部分硫转化率40-75%。
[0031]2)催化反应
[0032]来自I)步骤的过程气通过预热器加热至150°C?270后进入催化反应器.反应温度控制在180°C?350°C。反应后工艺气出催化反应器，进入二级冷凝器，在二级冷凝器中冷却至120°C?180°C，气态单质硫被冷却为液硫而分离出来，酸性尾气进焚烧系统。
[0033]2、焚烧
[0034]酸性尾气和适量燃料气及空气混合后，一起进入焚烧系统焚烧，控制空气过剩系数1.05-1.7，停留时间0.5s?6s，焚烧温度760°C?1400°C，使焚烧烟气中硫化氢、COS、CS2含量之和降至IOppm以下，二氧化硫浓度30000mg/Nm3以下。余热回收后的焚烧烟气送硫氧化物氨法吸收装置。
[0035]本发明是基于高效的氨法脱硫技术的酸性气预处理工艺。
[0036]本发明的关键设备特点:
[0037]I)热反应器(3)
[0038]主要由烧嘴和燃烧室组成，设计时，要保证酸性气与燃料气、助燃气充分混合均匀，反应温度1000°c?1500°C。通入合适的空气量，使热反应后酸性尾气中h2s/so2比小于2。
[0039]2)催化反应器(8)
[0040]装填有普通克劳斯催化剂，工艺气进行催化反应，酸性尾气中硫化氢与二氧化硫摩尔比小于2，优选0.52-1.63。
[0041]3)焚烧炉(11)
[0042]主要由烧嘴和焚烧炉组成，设计时，要保证酸性尾气与燃料气、空气充分混合均匀，停留时间0.5s?6s，使酸性尾气中的硫化氢、有机硫等低价硫全部转化成硫氧化物，焚烧温度760V?1400°C。
[0043]应用实例:
[0044]I)某煤化工制甲醇项目酸性气预处理装置
[0045]酸性气来自煤制甲醇装置的低温甲醇洗工段，酸性气总量:1300Nm3/h，酸性气温度:28°C，酸性气中H2S含量25%?45% (v)，C3H8含量1.3%，其余为氮气、二氧化碳。压力0.05MPa (g)。
[0046]流程:装置流程图见附图1。该实例酸性气中硫化氢浓度波动较大，若选用常规克劳斯反应，要严格控制酸性尾气H2S/S02等于2，需及时调整风量，运行不稳定。经比较、论证，采用本发明所述的“酸性气预处理工艺”，降低投资及运行成本。在酸性气中硫化氢浓度波动时，控制酸性尾气中H2S/S02在0.72-1.60，不需频繁调节风量，操作简单，装置操作弹性大。
[0047]实际运行时，酸性气(I)自低温甲醇洗工段进入分离器(2)，除去酸性气中的液滴，送入热反应器(3)在1250°C?1350°C进行热反应，经一级余热锅炉(4)回收热量，工艺气
[0048](5)再经一级冷凝器(6)冷凝至175°C回收液硫。冷凝后的工艺气经工艺气预热器(7)再预热后进入催化反应器(8)反应，再经催化反应冷凝器(9)冷凝至135°C回收液硫。酸性尾气(10)、燃料气和助燃空气进入焚烧炉(11)过氧焚烧，使酸性尾气中的H2S、单质硫、有机硫等都完全转化成硫氧化物，经二级余热锅炉(12)回收热量后的焚烧烟气(13)进入硫氧化物氨法吸收装置。
[0049]运行参数与结果:运行情况如下表(焚烧炉温度980°C ):
[0050]表I某煤化工制甲醇项目酸性气预处理运行参数表
【权利要求】
1.一种酸性气预处理工艺，其特征是具体步骤包括: 1)热反应及催化反应:将分液后的酸性气通入热反应装置，经余热回收、冷凝回收液硫，再预热后进入催化反应装置进行催化反应； 热反应装置将有机硫、硫化氢部分焚烧成二氧化硫；催化反应后的烟气经降温回收液硫后，产生的尾气送尾气焚烧系统； 2)尾气焚烧:尾气在掺入燃料气、助燃空气后在尾气焚烧炉焚烧，将余下的硫化氢、有机硫、氢气、一氧化碳等充分燃烧，焚烧烟气经余热回收后送硫氧化物氨法吸收装置。
2.根据权利要求1所述的酸性气预处理工艺，其特征是热反应后酸性气中硫化氢与二氧化硫的摩尔比控制在0.52?1.63。
3.根据权利要求1所述的酸性气预处理工艺，其特征是尾气焚烧温度为760°C?1400。。，优选900。。?13500C ;烟气停留时间为0.5s?6s，优选1.5s?4s ;空气过剩系数为 1.05 ?1.7，优选 1.15 ?1.5。
4.根据权利要求1所述的酸性气预处理工艺，其特征是尾气焚烧后烟气中的硫化氢、COS、CS2含量之和在IOppm以下。
5.根据权利要求1所述的酸性气预处理工艺，其特征是处理的酸性气中硫化氢浓度为15%?95%，烃含量为0%?6%，其余为二氧化碳、氮气、水蒸气、氢气、一氧化碳、氨气等；酸性气来源于石油化工、天然气化工、煤化工、页岩油化工、页岩气化工、硫酸工业。
6.根据权利要求1所述的酸性气预处理工艺，其特征是催化反应装置不装填水解催化齐[J，此时有机硫在尾气焚烧系统完全焚烧成二氧化硫。
7.根据权利要求6所述的酸性气预处理工艺，其特征是二氧化硫浓度小于30000mg/Nm30
8.根据权利要求1所述的酸性气预处理工艺，其特征是采用1250°C?1350°C进行热反应，经一级余热锅炉(4)回收热量，再经一级冷凝器(6)冷凝至175°C回收液硫；冷凝后的工艺气经工艺气预热器(7 )再预热后进入催化反应器(8 )反应，再经催化反应冷凝器(9 )冷凝至120-135°C回收液硫。
【文档编号】F23G7/06GK103822217SQ201410051879
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2014年2月14日 优先权日:2014年2月14日
【发明者】罗静, 祁丽昉, 徐长香, 罗勇迎, 傅国光, 高瑞华 申请人:江苏新世纪江南环保股份有限公司