[实用新型]一种Claus装置尾气的处理系统

说明书

技术领域

本公开涉及一种Claus装置尾气的处理系统。

背景技术

Claus(或称为克劳斯)工艺是石化工业中不可缺少的单元，主要用于处理石油加工过程中产生的H₂S气体。1883年处理H₂S气体的Claus工艺应运而生，它由Carl Friedrich Claus发明，核心是H₂S和SO₂通过氧化还原反应转化为硫磺，总反应如下式所示：

2H₂S(g)+SO₂(g)→3S_x(s)+2H₂O。

Claus工艺依据原料气中H₂S浓度不同，可采用直流Claus法(H₂S浓度高于50％)、直接氧化Claus法(H₂S浓度小于15％)和分流Claus法(H₂S浓度介于二者之间)。Claus工艺经过近百年的发展，己经成为合成氨厂、甲醇原料生产厂、天然气及石油炼制厂等获取元素硫的重要组成部分。到目前为止，建有的600多套Claus装置，其中70％用于炼厂硫磺回收。2004年，全球通过Claus工艺生产硫磺量达4.6×10⁷t，比2002年增加3.5×10⁶t。硫磺不仅是生产硫酸的原料，而且在炼油厂、焦化厂、发电站和化肥厂等应用广泛，是十分重要的化工资源。

传统Claus硫磺回收工艺流程如图1所示(图1中虚线框内为Claus硫磺回收装置)。从上游装置来的酸性气首先经过酸气预热器，加热至145℃，其中2/3气体进入燃烧炉，与主风机来的经预热的空气，在烧嘴处充分混合后燃烧，通过对空气量的控制，保证只有1/2的H₂S气体燃烧生成SO₂。炉膛内温度大约在900-1300℃之间，在此温度下，SO₂与未燃烧的H₂S气体反应生成单质硫。燃烧气在燃烧室与另外1/3的酸性气体混合，仍有部分单质硫生成，硫以液态形式进入硫磺液封槽；混合后的过程气进入废热锅炉，副产0.5MPa(g)低压蒸汽，出废热锅炉的过程气被加热至245℃，进入一级转化器(克劳斯反应器)，在催化剂的作用下H₂S气体与SO₂气体继续反应，生成单质硫；过程气冷却分离后加热至约210℃，进入二级转化器进行反应，反应后的过程气入二级冷凝冷却器，冷凝并分离出液体硫磺，出二级冷凝冷却器的Claus装置尾气(或称为Claus装置出尾气)经尾气捕集器捕集少量硫磺后送焚烧炉燃烧处理，产生的SO₂气体外排，同时副产中压蒸汽。

传统Claus硫磺回收装置存在的主要问题是Claus装置尾气含有SO₂、H₂S、COS、CS₂和Sx等，经焚烧处理后产生的SO₂气体浓度较大，若直接排放，势必会给环境造成严重的污染。目前人们对Claus工艺的改进主要集中于对Claus装置尾气的治理，如超级Claus工艺、SCOT工艺以及RAR工艺等，也有结合Claus硫磺回收和尾气治理工艺的改进，如超优Claus工艺、低温Claus工艺。

超级Claus工艺改变以往传统Claus工艺单纯提高H₂S和SO₂在转化器中反应进程的思路，对尾气进行处理，减少焚烧段和转化器内的元素硫损失，从而提高硫回收率，工艺流程见图2(图2中虚线框内为Claus硫磺回收装置)。具体是在传统Claus工艺尾部增加H₂S的选择性氧化反应器，使未反应的H₂S在催化剂作用下直接形成单质硫而回收。该工艺由美国UOP公司于上世纪70年代开发，称为selectox工艺，该技术的核心是开发合适的选择性催化氧化剂。H₂S的选择性氧化不是可逆反应，在催化氧化剂作用下可全部转化为SO₂，所以对入口处H₂S和SO₂的比例要求并不严格。

超级Claus工艺有时在转化器和选择性氧化反应器之间加入一个加氢转换器，使SO₂还原为H₂S，而COS和CS₂等含硫化合物水解生成H₂S，从而最大程度地回收硫。反应如下式所示：