[发明专利]一种等温型直接氧化硫磺回收工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种等温型直接氧化硫磺回收工艺，用于处理高含硫酸气并回收硫单质，属于天然气净化领域。它能增加反应器硫磺转化率、提高工艺总硫磺回收率，具有节能、环保的特点。

背景技术

近年来，为达到环保要求，直接氧化类工艺在中小型硫磺回收及尾气处理中得到了广泛应用。该类工艺使用选择性氧化催化剂将过程气中H₂S直接氧化为单质硫，包括Clinsulf工艺、ENsulf、Selectox、Superclaus和Modop，Euroclaus等。它们的基本方法和缺点介绍如下：

直接氧化类方法最具代表性的工艺有超级克劳斯法和超优克劳斯法。超级克劳斯法：该法由带有两台或三台常规克劳斯反应器加一台超级克劳斯反应器组成，在超级克劳斯反应器中装填选择性氧化催化剂，酸气在热力段按次当量控制空气量进行燃烧反应，以使得离开最后一级常规克劳斯段的过程气中硫化氢含量0.6～1.0％(V)，二氧化硫含量很低，有利于向生成硫元素的方向进行；克劳斯尾气经再热至210℃左右并与空气混合后进入超级克劳斯反应器，尾气中的硫化氢在选择性氧化催化剂床层上直接氧化为元素硫，该反应器内的转化率约为85％。超克劳斯法总硫回收率约为99.2％。超优克劳斯法：超优克劳斯法是在超级克劳斯法基础上开发的。目的是在不增加额外投资的基础上，将硫磺回收率提高到99.4％或更高。两者区别是：超优克劳斯法在最后一级克劳斯催化反应器床层中的克劳斯催化剂下面装填了一层加氢还原催化剂，将SO₂还原成S和H₂S，使总硫回收率得以大大提高。根据酸性气体进料量和催化反应器数量，超优克劳斯法硫回收率可以达到99.4％以上。

该方法的缺点：由于反应器温度高，与常规克劳斯法一样受热力学的限制，硫的转化反应不完全。

Clinsulf法：该方法包括Clinsulf-DO和Clinsulf-SDP两种。Clinsulf-DO是将硫化氢直接催化氧化成硫磺的回收方法，其核心是一台Linde等温反应器，高反应器分为两段，上段未装冷盘管为绝热反应段，可使反应器温度迅速上升，提高反应速度，催化床下端装有冷却盘管，冷却介质取走热量使反应器出口温度低到接近硫的露点，这有利于化学方应朝生成硫的方向进行，因而一个反应器达到了两个目的；Clinsulf-SDP是对常规克劳斯法进行改进的一种方法，其基本思想是直接从催化剂床层而不是下游硫冷凝器中取走克劳斯反应热，因而可使整个床层保持温度不变，有利于克劳斯反应的进行，总硫回收率约为99.2％。

该方法的缺点：内冷式反应系统过于庞大，操作稳定性差，其适用性也受限制。

发明内容

本发明的目的是：为了克服现有直接氧化类硫磺回收工艺和内冷式反应系统的缺点，为提高工艺硫磺回收率，特提供一种等温型直接氧化硫磺回收工艺。

本发明由以下技术措施实现：该工艺主要包含高温转化段、催化转化段、超级克劳斯反应段和尾气灼烧段。

(1)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选择性催化氧化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。

主燃烧炉在1000℃左右高温下，H₂S与O₂发生克劳斯反应生成硫单质。自主燃烧炉出来的高温气流经余热锅炉后温度降至315℃，经一级冷凝器冷却至170℃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+3O₂＝2SO₂+2H₂O

2H₂S+O₂＝2/xS_x+2H₂O

(2)催化转化段

自一级冷凝器出口过程气，经再热至280℃，过程气进入一级反应器。一级反应器催化剂上床层H₂S与SO₂发生常规克劳斯反应，催化剂下床层COS、CS₂发生水解反应，过程气出口温度升至330℃左右进入二级冷凝器。

一级反应器内主要发生的反应有：