[发明专利]一种内冷式直接氧化硫磺回收方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种内冷式直接氧化硫磺回收方法及装置，适用于处理中高含硫酸性气，属于天然气和炼厂气加工领域。

背景技术

目前，从含硫化氢酸性气中回收硫磺的技术主要有常规克劳斯法、常规克劳斯+还原吸收类尾气处理法以及克劳斯延伸类，它们的基本方法和缺点介绍如下：

1、常规克劳斯法

常规克劳斯法于1883年问世，1938年实现工业化，该方法涉及的主

要化学反应有两种，

一是主燃烧炉中化学反应，包括：

H₂S+3O₂→2H₂O+2SO₂；2H₂S+SO₂→2H₂O+3S_x/x；CH₄+SO₂→COS+H₂O+H₂；CO+S→COS；CO₂+H₂S→COS+H₂O；CH₄+2S→CS₂+2H₂S；2CO+S₂→CO₂+CS₂。

二是催化反应器中的化学反应，包括：

2H₂S+SO₂→2H₂O+3/8S₈；COS+H₂O→CO₂+H₂S；CS₂+2H₂O→CO₂+2H₂S

上述反应均为放热反应。

根据大量实践证明，常规克劳斯装置硫回收率通常只能达到94％～97％，其总硫磺回收率受限制主要有以下原因：

(1)受热力学限制，硫转化反应不可能完全。过程气中仍存有少量H₂S和SO₂，限制了硫转化率；

(2)克劳斯反应会产生水汽。水汽含量增加影响克劳斯反应平衡，阻碍硫生成，限制了硫转化率；

(3)为保证COS和CS₂充分水解，第一级反应器的温度必须控制在300℃～340℃。高温虽然有利于水解反应，但不利于进行克劳斯反应进行，限制了硫转化率；

(4)硫转化率对配风比要求苛刻，必须保持H₂S∶SO₂＝2∶1最佳比例，否则会导致硫转化率降低。

2、常规克劳斯+还原吸收类尾气处理法

该类方法是将克劳斯尾气中各种形态的硫及硫化物还原为H₂S，然后进行吸收，总硫回收率可达99.8％以上，焚烧尾气中SO₂为300ppm或更低；该类方法包括SSR、RAR、HCR、SCOT和BSRP，其中应用最为广泛的是SCOT和BSRP法，但这类装置流程复杂，设备多，基建投资和操作费用相当高，一般只有在硫磺回收装置规模很大，或环保要求很严格的情况下才使用该类方法。

3、克劳斯延伸类

该类主要有MCRC法、CBA法、超级克劳斯法和超优克劳斯法。

MCRC法和CBA法属低温克劳斯工艺，主要缺点是：装置总硫回收率容易产生波动、严格要求控制尾气中H₂S/SO₂比例，从而增大了装置配风难度、催化剂历经吸附/再生过程，容易失活。

超级克劳斯法由两级或三级常规克劳斯反应器加一级超级克劳斯反应器组成，离开最后一级常规克劳斯段的过程气中H₂S含量维持在0.6～1.0％(V)。过程气经再热至220℃左右与空气混合后进入超级克劳斯反应器，尾气中的H₂S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％，超级克劳斯法总硫回收率约为99.2％。