处理低浓度酸性气的硫磺回收工艺制造技术

本发明专利技术提供一种处理低浓度酸性气的硫磺回收工艺，用于含H2S 1‑3%(体积)的酸性气，主要设备沿酸性气流向包括加热器、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，中温冷凝器、低温冷凝器底部连接液硫槽；其中，直接氧化反应器为水冷自限温反应器，装填TiO2基H2S直接氧化硫磺回收催化剂，利用空气所引入的O2将酸性气中95%以上的H2S转化为单质硫，催化剂床层除去反应气入口的升温段，其余为均温床层，均温床层内的温差自限定在10℃以内；选择性氧化反应器为绝热反应器，装填Fe2O3/氧化硅H2S选择性氧化催化剂，床层温度230‑250℃，利用过程气中所含的O2将H2S转化，主要生成单质硫和SO2，出口气H2S≤20 mg/m3，SO2≤400 mg/m3。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种硫磺回收工艺，具体涉及一种处理低浓度酸性气的硫磺回收工艺。
技术介绍
石油化工、煤化工、煤制气过程中，原料所含的大部分硫通常会转化成H2S，经分离形成含H2S的酸性气；酸性气净化处理过程中也常分离形成含H2S的酸性气。这些酸性气一般经硫磺回收工艺进行处理，将H2S尽可能多地转化为单质硫。酸性气硫磺回收装置，在运营过程中，经烟囱排空的尾气，其SO2浓度为连续监测项目，近年来排放要求更为严格，如《石油炼制工业污染物排放标准》(GB31570-2015)规定在一般地区的SO2排放浓度限值为400mg/m3（总硫折合为SO2）。因H2S是主要的恶臭污染物质之一，排放浓度应尽量降低。对H2S含量1-3%的低浓度酸性气，过去经一台直接氧化反应器、一台选择性氧化反应器进行硫磺回收，排空尾气的SO2浓度可以达到≤900mg/m3（总硫折合为SO2），符合当时的排放要求，但不易达到现行一般地区SO2≤400mg/m3的排放要求。因而，有时希望通过改装反应器或改善工艺条件，达到现行排放要求。而采用吸附脱硫或湿法脱硫对尾气进一步处理，在有些场合并不合适。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供一种处理低浓度酸性气的硫磺回收工艺，用于含H2S1-3%(体积)的酸性气，主要设备沿酸性气流向包括加热器、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，其中，中温冷凝器、低温冷凝器底部连接液硫槽；直接氧化反应器为水冷自限温反应器，装填TiO2基H2S直接氧化硫磺回收催化剂，利用空气所引入的O2将酸性气中95%以上的H2S转化为单质硫，并使出口气中SO2≤100mg/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200-230℃范围内进行高低调节；所述均温床层内的温差自限定在10℃以内；选择性氧化反应器为绝热反应器，装填Fe2O3/氧化硅H2S选择性氧化催化剂，床层温度230-250℃，利用过程气中所含的O2将H2S转化，主要生成单质硫和SO2，出口气H2S≤20mg/m3，SO2≤400mg/m3；其中，酸性气配入所需量的空气并充分混匀，先经加热器预热到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，分离液硫的过程气配入适量空气并充分混匀，经加热器预热到230～240℃，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，分离液硫的过程气经低温冷凝器冷却到60℃以下进一步捕硫后由烟囱排空。本专利技术低浓度酸性气的硫磺回收工艺中，所述水冷自限温直接氧化反应器可解决直接氧化反应强放热所带来的温度控制难题，通过将除入口升温段后的催化剂床层温度控制到接近于均温的水平，形成有利的催化剂床层温度条件，能够将出口气H2S浓度、SO2浓度同时控制到较低的水平，所述自限温反应器采用略低于催化剂床层均温段温度的压力适当的沸水-汽混合物作冷却介质，换热面积足够大，可达到均温段催化剂床层温差≤10℃乃至更低的水平；反应器装填的TiO2基H2S直接氧化硫磺回收催化剂通常对蒸汽敏感，但研究发现，在所述250℃以下温度条件下，当所生成的水分即过程气中的蒸汽浓度控制在较低水平如10%（体积）以内时基本不会引发克劳斯反应，从而保证H2S的转化率和单质硫的选择性，生成的SO2较少。如果酸性气中含有机硫如COS、CS2较高，或者希望将绝大部分COS、CS2处理掉，则可以沿气流方向在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，或者在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)即可。所述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，不易发生硫酸盐化或速度较慢，具有较高的有机硫水解能力，但不引发克劳斯反应。在本专利技术酸性气脱硫净化工艺的正常操作条件下，TiO2基中温有机硫水解催化剂可将大部分COS、CS2水解为H2S，水解率≥95%，通常能使反应器出口有机硫含量COS+CS2≤20mg/m3，有助于控制吸附脱硫塔处理后的烟囱排空气总S≤50mg/m3。所述水冷自限温直接氧化反应器，优选采用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；所述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。所述水汽化移热系统换热套管的上端结构，要能够保证内管向下流水，外管向上流汽水混合物，可以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，或者外管向上延伸开口，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，或者内管从外管上开口向侧下弯曲。应适当控制汽水室的汽水液位，以保证内管供水充足。本专利技术具有高低自限温区的径向反应器中，水汽化移热系统换热套管的上端结构，还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，可为外管内径的1-3倍；外管上端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，虽然内管向下的流水会吸入少量蒸汽泡，但内外管中汽水的流向不会改变，移热能力降幅不大，效果同样可靠。所述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，控制水室液位，可保证内管供水充足，水室、汽水室分别设置的优点还包括开工时可通高压蒸汽直接将反应器预热到反应温度；还可以由汽水室设通管连接水室，汽水室的汽水混合物全部进入水室，从水室排出蒸汽，其优点是通过充分的水汽混合可做到本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种处理低浓度酸性气的硫磺回收工艺，用于含H2S 1‑3%(体积)的酸性气，主要设备沿酸性气流向包括加热器、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，其中，中温冷凝器、低温冷凝器底部连接液硫槽；直接氧化反应器为水冷自限温反应器，装填TiO2基H2S直接氧化硫磺回收催化剂，利用空气所引入的O2将酸性气中95%以上的H2S转化为单质硫，并使出口气中SO2≤100 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200‑230℃范围内进行高低调节；所述均温床层内的温差自限定在10℃以内；选择性氧化反应器为绝热反应器，装填Fe2O3/氧化硅H2S选择性氧化催化剂，床层温度230‑250℃，利用过程气中所含的O2将H2S转化，主要生成单质硫和SO2，出口气H2S≤20 mg/m3，SO2≤400 mg/m3；其中，酸性气配入所需量的空气并充分混匀，先经加热器预热到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，分离液硫的过程气配入适量空气并充分混匀，经加热器预热到220～235℃，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，分离液硫的过程气经低温冷凝器冷却到60℃以下进一步捕硫后由烟囱排空。...

【技术特征摘要】
1.一种处理低浓度酸性气的硫磺回收工艺，用于含H2S1-3%(体积)的酸性气，主要设备沿酸性气流向包括加热器、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，其中，中温冷凝器、低温冷凝器底部连接液硫槽；直接氧化反应器为水冷自限温反应器，装填TiO2基H2S直接氧化硫磺回收催化剂，利用空气所引入的O2将酸性气中95%以上的H2S转化为单质硫，并使出口气中SO2≤100mg/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200-230℃范围内进行高低调节；所述均温床层内的温差自限定在10℃以内；选择性氧化反应器为绝热反应器，装填Fe2O3/氧化硅H2S选择性氧化催化剂，床层温度230-250℃，利用过程气中所含的O2将H2S转化，主要生成单质硫和SO2，出口气H2S≤20mg/m3，SO2≤400mg/m3；其中，酸性气配入所需量的空气并充分混匀，先经加热器预热到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，分离液硫的过程气配入适量空气并充分混匀，经加热器预热到220～235℃，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，分离液硫的过程气经低温冷凝器冷却到60℃以下进一步捕硫后由烟囱排空。2.如权利要求1所述酸性气的硫磺回收工艺，其特征在于，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)。3.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TiO...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡文宾，杨金帅，崔国栋，
申请(专利权)人：山东迅达化工集团有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37