一种双选择性高效硫磺回收装置，属于硫磺回收技术领域，包括依次串接的一级克劳斯反应器、二级克劳斯反应器和三级克劳斯反应器，其特征是，在二级克劳斯反应器中，分两段装入两种不同的催化剂，上段装入克劳斯反应催化剂，下段装入高选择性直接还原加氢催化剂１；所述还原加氢催化剂将ＳＯ２在２００～２２０℃下加氢还原为单质硫；在三级克劳斯反应器中装入低温选择性直接氧化催化剂，所述催化剂将Ｈ２Ｓ选择性氧化为单质硫。本发明专利技术装置Ｈ２Ｓ的转化率高，投资少，且不需要严格控制Ｈ２Ｓ／ＳＯ２的比例为２∶１，也不必像Ｓｕｐｅｒ？Ｃｌａｕｓ工艺，控制Ｈ２Ｓ／ＳＯ２＞２／１。即Ｈ２Ｓ过量，可以适应因上游装置波动造成的酸性气流量及Ｈ２Ｓ浓度较大的变化。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种从石油化工和天然气(或油田气)净化所含H2S酸性气中回收硫磺的工艺，具体是一种双选择性高效硫磺回收装置。
技术介绍
随着我国新的环保排放标准(国标GB16927-1996《大气污染物综合排放标准》)对排放尾气中S02含量限制的日益严格，对于气体净化工艺来说，采用高效硫磺回收及尾气处理技术，来提高硫磺回收率的问题显得更加突出。将H2S转化为单质硫的Claus工艺是在1883年由英国化学家CarlFriedichClaus专利技术的专利技术。此后，该技术经一系列的改进，称作改良Claus工艺，在许多国家广泛应用。如图l所示，包括一个燃烧炉1-1和两个(或三个)催化反应器(l-2、l-3)及废热回收和冷凝冷却系统组成。在燃烧炉里，有三分之一的H2S发生下面反应，被氧化生成S02 : 3H2S+3/202 — 2H2S+S02+2H20 (a) 剩下的H2S与S02在燃烧炉和催化反应器中发生Claus反应生成元素硫 2H2S+S02 — 3/nSn+2H20 (b) 在常规Claus工艺中，两级Claus装置硫回收率可以达到90 % 96 % ，三级Claus装置硫回收率可以达到95% 98%。尾气排放不能满足日益严格的硫化物含量要求，必须配置硫磺尾气处理，如SCOT工艺等。这样就造成投资和操作费用大量增加。 常规的改良Claus工艺，由于下述3个方面的问题，总硫回收率受到了限制。 (1) Claus反应是一个可逆平衡反应，H2S和S02不可能完全被转化； (2)由于水的露点比硫的露点低，使用简单的方法不能将反应中生成的水从工艺气中脱除，从而阻碍了转化反应，限制了硫的回收率； (3)由于上游装置的波动，造成酸性气流量及H^浓度的波动，很难控制H^ : S02为2 : i。 20世纪80年代，荷兰的几家公司和研究机构针对上述问题开发了直接选择性氧化工艺Super Claus和Euro Claus (超优克劳斯)工艺，使总硫回收率得到较大提高，可以分别达到99. 2%和99. 5%，并且接近达到新的环保要求，仍有O. 8%和0. 5%的硫化物需要排入大气，或配置其它尾气处理设备。 Super Claus工艺是在常规改良Claus 二级转化反应器后而增加一个选择性氧化反应器，用02将残留的H2S(控制不超0. 6% 1. 5% )氧化生成单质硫，其特点是 (1)不要求精细控制H2S/S02的比例为2，但大于2。 (2)使用特殊Super Claus催化剂，将H2S选择性氧化生成单质硫，而不生成S02，反应温度210 22(TC，硫单程率为90%。反应方程式为 H2S+l/202 — S+H20 (c) 如图2所示，在Super Claus工艺中，燃烧炉2_1和两级Claus催化反应器(2_2，2-3)都是在H^过量的条件下操作。燃烧空气被分成两段，其中95%的空气进入主燃烧炉，剩下的5%空气与最后一级Claus反应器(2-4)的出口过程气混合，进入选择氧化反应器。Super Claus催化剂不受高浓度水和过量氧气的影响，尾气中的其它成份，如H2和CO均不会被氧化。 在过量H^条件下发生的Claus反应(b)，平衡会向着减少S(^的方向进行。因此，H2S含量越高，S02组成越小。在Super Claus的操作条件下，离开最后一级Claus反应器(2-4)出口过程气中的S02含量小于0. 05% (体积比)。这部分S02在后边的选择氧化Super Claus反应器中不能被转化，并成为Super-Claus工艺不能提高硫回收率的限制。 2R+1的Super Claus总硫回收率98. 5% 99. 3% 3R+1的Super Claus总硫回收率99. 0% 99. 5% 为了应对更加严格的环境排放要求，在Super Claus技术的基础上，在2000年开发成功了一种Euro Claus工艺，在不增加投资的基础上，可将硫回收率提高到99. 5%或更高。 如图3所示，Euro Claus原理该工艺包括Claus化学反应，S02加氢还原反应和H^选择氧化反应。其要点是在第二级催化反应器(3-3)中，上部装填标准的Claus催化剂，下部装填一层加氢还原催化剂，将上部没有转化的S02加氢还原为单质硫和H2S。工艺的最后一部分为选择性氧化反应段。 Euro Claus工艺中，通过以下三种反应生成单质硫 (1) Claus反应2H2S+S02"WnSn+2H20 (d) (2)S02加氢还原反应 S02+2H2 — l/nSn+2H20 (e) S02+3H2 — H2S+2H20 (f) S02+2C0 — l/nSn+2C02 (g) (3)H2S选择氧化反应 H2S+l/202 — l/nSn+H20 (h) 其缺点是在S02加氢还原反应中，S02有相当部分生成H2S，从而增加了后段选择氧化反应的负荷，影响了总硫回收率。 虽然Super Claus和Euro Claus工艺在国际上已经工业化多年，国内也引进了此类技术，但至今仍然没有国产化。国内石化和天然气净化工业基本上仍沿用二级Claus加Scot尾气处理工艺技术。 上述现有技术主要存在的问题是 (1)总硫回收率虽然达到99. 5%，但仍不能稳定满足我国排放标准； (2)尾气仍需焚烧后排放； (3)还原加氢催化剂使用温度高，选择性差； (4)直接氧化催化剂使用温度高210 220°C，转化率偏低(90% ); (5)Claus+Scot工艺，虽然总硫回收率高(99. 96% )，但投资大，占地面积大，能耗高，操作费用高。
技术实现思路
本专利技术的目的是 (1)在Euro Claus的基础上，进一步提高总硫回收率至99. 96%。 (2)尾气深度净化下不经焚烧直接排放，以减少因焚烧造成的C02排放量和能耗，尾气排放温度从300 35(TC降低到15(TC左右。 (3)降低加氢还原催化剂使用温度，从30(TC左右降到20(TC左右，提高加氢催化 剂的选择性，使S(^在加氢还原中直接生成单质硫而不生成H^，以降低后段直接氧化负荷 提高总硫回收率。 (4)在提高4S直接氧化转化率的条件下，降低直接氧化催化剂的使用温度至 180 200°C ，转化率提高到95%以上。 (5)相比Claus+Scot工艺，在保持总硫回收率不低于99. 96%的条件下，节省占地 面积，降低投资，降低能耗和操作费用。 本专利技术具体采用如下技术方案 —种双选择性高效硫磺回收装置，包括依次串接的一级克劳斯反应器、二级克劳 斯反应器和三级克劳斯反应器，其特征是， 在二级克劳斯反应器中，分两段装入两种不同的催化剂，上段装入克劳斯反应催化剂，延续克劳斯反应2^5+ S02》—3S+2H20;下段装入高选择性直接还原加氢催化剂，在不外补^气的条件下(国内尾气加氢工艺，必须外补H2或次化当量在线炉产生4+C0 气)，控制燃烧炉在还原气氛下燃烧，利用燃烧炉产生的H2+C0气体，将上层没有反应的S02 在较低的温度下200 22(TC直接加氢还原为单质硫而不是H^，其转化率接近100%。 在三级克劳斯反应器中装入低温选择性直接氧化催化剂，所述催化剂将H2S选择 性氧化为单质硫。 在三级克劳本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种双选择性高效硫磺回收装置，包括依次串接的一级克劳斯反应器、二级克劳斯反应器和三级克劳斯反应器，其特征是， 在二级克劳斯反应器中，分两段装入两种不同的催化剂，上段装入克劳斯反应催化剂，下段装入高选择性直接还原加氢催化剂；所述还原加氢催化剂将ＳＯ↓［２］在２００～２２０℃下加氢还原为单质硫； 在三级克劳斯反应器中装入低温选择性直接氧化催化剂，所述催化剂将Ｈ↓［２］Ｓ选择性氧化为单质硫。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：胡宗敏，胡文宾，高红珍，殷培国，王刚，
申请(专利权)人：山东齐鲁石化工程有限公司，
类型：发明
国别省市：37[中国|山东]
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