CN100544807C - 一种硫磺回收与尾气处理装置及其硫磺回收与尾气处理的方法 - Google Patents
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Abstract
一种硫磺回收与尾气处理装置及其硫磺回收与尾气处理的方法，其特点是该装置含有热反应段、催化反应段和还原吸收段。热反应段为硫化氢酸气在主燃烧炉(1)中部分燃烧转化为二氧化硫，在高温下硫化氢与二氧化硫发生克劳斯反应生成元素硫等过程气，过程气经余热锅炉(2)和一级冷凝冷却器(3)冷却得到液体硫磺；催化反应段为过程气经一级再热制氢炉(4)、二级蒸汽再热器(7)、两级反应器(5、8)反应，再经两级冷凝冷却器(6、9)冷却分离液体硫磺后进入还原吸收段；还原吸收段为过程气经蒸汽加热器(10)加热后进入加氢反应器(11)中加氢，再经过程气冷却器(12)冷却后进入急冷塔13，急冷塔顶部与吸收塔(16)下部连接，吸收塔顶部与焚烧炉(18)连接，焚烧炉与烟囱(19)连接。
Description
技术领域
本发明涉及一种硫磺回收与尾气处理装置及其硫磺回收与尾气处理的方法，属于硫磺回收与尾气处理领域。
背景技术
随着科学技术的发展，我国对石油、天然气的需求越来越大，部分石油、天然气中含硫，为了生产清洁能源，需将硫脱除，通常是以硫化氢的形式脱出来。在处理含硫化氢的酸气技术中，目前主要是尽可能将硫化氢转化为元素硫，比较经济的处理工艺是硫磺回收率在99％左右，但无法满足现行国家环保标准GB16297《大气污染物综合排放标准》的要求，即排放废气中二氧化硫的含量小于等于960mg/m3。能够满足国家环保标准要求的主要处理工艺是还原吸收法，即将常规硫磺回收装置出来的过程气进行加氢处理，使过程气中的硫化合物转化为硫化氢，然后通过溶剂吸收法将硫化氢回收，再返回硫磺回收装置进行再处理，以保证排放废气中二氧化硫含量满足国家环保标准，比较典型该类工艺是SCOT工艺、HCR工艺。
SCOT工艺控制硫磺回收装置出来的过程气中硫化氢与二氧化硫的比值为2，在尾气处理部分设置在线制氢炉，产生部分还原气供过程气加氢用，加氢所需的氢气来自两方面，一方面来自硫磺回收装置产生的氢气，另一方面来自在线制氢炉产生的氢气。由于受加氢反应器入口温度的限制，在线制氢炉的制氢量是有限的，在正常操作的情况下，从两方面来的氢气基本够加氢用。在操作不稳定时，极有可能出现加氢不完全，而造成二氧化硫穿透事故，即二氧化硫进入后续的冷却系统和MDEA溶液吸收系统，造成设备腐蚀和溶液变质，事故严重时，可能溶液系统的MDEA溶液需全部更换，经济损失大。
HCR工艺控制硫磺回收装置出来的过程气中硫化氢与二氧化硫的比值大于4，在尾气处理部分不设置在线制氢炉，加氢所需的氢气全部来自硫磺回收装置产生的氢气，经测算只有当硫磺回收装置出来的过程气中硫化氢与二氧化硫的比值大于10时，硫磺回收装置出来的过程气中携带硫化氢才够加氢用，此时，硫磺回收装置的硫磺回收率约降低1.5％，硫磺回收及尾气处理装置的规模也会增大。在操作不稳定时，极有可能出现加氢不完全，而造成二氧化硫穿透事故，即二氧化硫进入后续的冷却系统和MDEA溶液吸收系统，造成设备腐蚀和溶液变质，事故严重时，可能溶液系统的MDEA溶液需全部更换，经济损失大。
如何经济地尽可能保证硫磺回收与尾气处理装置不发生二氧化硫穿透事故，一直是现场操作过程中面临的一大难题。人们迫切希望解决此问题。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足而提供一种硫磺回收与尾气处理装置及其硫磺回收与尾气处理的方法。其特点是将含硫化氢酸气中的硫化氢转化为液体硫磺，尾气排放中的二氧化硫硫浓度达到国家标准。
本发明的目的由以下技术措施实现
硫磺回收与尾气处理装置含有热反应段、催化反应段和还原吸收段，热反应段含有主燃烧炉、余热锅炉和一级冷凝冷却器，主燃烧炉一端与硫化氢酸气管和空气管连接，另一端通过余热锅炉与一级冷凝冷却器连接，一级冷凝冷却器下端与液硫管连接，一级冷凝冷却器上端与一级再热制氢炉连接；催化反应段含有两级再热器、两级反应器和两级冷凝冷却器，过程气经两级再热器和反应器反应经冷却分离液体硫磺后进入还原吸收段，一级再热制氢炉与一级反应器连接，一级反应器与二级冷凝冷却器连接，二级冷凝冷却器下端与液硫管连接，二级蒸汽加热器与二级反应器连接，二级反应器与三级冷凝冷却器连接，三级冷凝冷却器下端与液硫管连接；还原吸收段含有蒸汽加热器、加氢反应器、过程气冷却器、急冷塔、吸收塔、焚烧炉和烟囱，三级冷凝冷却器上端通过蒸汽加热器与加氢反应器连接，加氢反应器经冷却器与急冷塔连接，急冷塔底部与酸水循环泵的入口连接，酸水泵出口分别与酸水冷却器和酸水管连接，急冷塔顶部与吸收塔下部连接，在吸收塔底部通过富液泵与脱硫装置的富MDEA溶液管连接，脱硫装置的贫MDEA溶液管与吸收塔上部连接，吸收塔顶部与焚烧炉连接，焚烧炉与烟囱连接。
主燃烧炉、一级再热制氢炉和焚烧炉分别与燃料气管和空气管连接。一级再热制氢炉还与低压蒸汽管连接。
一级反应器、二级反应器和加氢反应器内装有催化剂，其入口温度分别控制为200℃～350℃、180℃～250℃、180℃～250℃。
加氢反应器与蒸气加热器连接。
主燃烧炉，一级再热制氢炉，和焚烧炉的出口温度分别控制为900℃～1300℃、200℃～350℃、400℃～800℃。
一种硫磺回收与尾气处理装置的硫磺回收与尾气处理的方法：
1、热反应段：
(1)将酸气与空气在主燃烧炉中混合燃烧，控制燃烧温度在900℃～1300℃，使部分硫化氢转化成二氧化硫，并在高温下发生克劳斯反应，大部分硫化氢与二氧化硫反应生成元素硫，形成含有硫化氢、元素硫和二氧化硫组分的过程气；
(2)过程气进入余热锅炉，余热锅炉产生3.5MPa～4.5MPa的中压蒸汽，经过余热锅炉的过程气进入一级冷凝冷却器冷却至温度150℃～180℃，分离出液硫，一级冷凝冷却器产生0.5MPa的低压蒸汽；
(3)余热锅炉产生3.5MPa～4.5MPa的中压蒸汽供催化反应段、还原吸收段使用，从一级冷凝冷却器出来的过程气进入催化反应段；
2、催化反应段：
(1)从热反应段出来的过程气进入一级再热制氢炉中，在过程气中配入空气，使部分燃料气燃烧产生的氢气供还原吸收段加氢用，过程气用中压蒸汽加热至200℃～350℃后进入一级反应器，通过调节空气加入量将三级冷凝冷却器出口的过程气中的硫化氢与二氧化硫的比值控制在4～8。
(2)过程气在一级反应器中继续进行克劳斯反应，然后进入二级冷凝冷却器冷却至温度150℃～180℃，分离出液硫，并产生0.5MPa的低压蒸汽；
(3)通过二级冷凝冷却器的过程气进入二级蒸汽加热器，用中压蒸汽加热至温度180℃～250℃后进入二级反应器；
(4)在二级反应器中的过程气继续进行克劳斯反应，进入三级冷凝冷却器冷却至温度150℃～180℃后分离出液硫，产生0.5MPa的低压蒸汽；
3、还原吸收段：
(1)从三级冷凝冷却器出来的过程气进入蒸汽加热器，用中压蒸汽加热至温度180℃～250℃后进入加氢反应器中进行加氢反应；
(2)从加氢反应器出来的过程气进入过程气冷却器冷却至温度150℃～200℃后进入急冷塔进一步冷却，急冷塔底部的酸水经酸水循环泵后一部分送出装置，一部分经酸水冷却器冷却后送入急冷塔顶部循环使用，急冷塔出来的过程气进入吸收塔，通过贫MDEA溶液逆流接触，脱除过程气中的硫化氢，控制过程气中硫化氢含量在250ppm以下；
(3)从吸收塔出来的过程气进入焚烧炉进行焚烧，焚烧温度为400℃～800℃，将所有硫和硫化物全部转化为二氧化硫，从焚烧炉出来的烟气通过烟囱排入大气，从吸收塔出来的富MDEA溶液经富液泵送至脱硫装置再生。
本发明具有如下优点：
1尾气排放中的二氧化硫浓度达到GB16297国家标准。
2对天然气净化厂和烟气处理系统具有广泛的适用性。
3降低了尾气加氢所需的氢气量，从而降低了二氧化硫穿透的风险，安全可靠。
4该装置自产的蒸汽作为加热热源，节约了能源，降低了成本。
5取消了在线制氢炉，采用蒸汽作为过程气再热热源，简化了流程，降低了过程气流量，缩小了设备的尺寸；节约了投资，操作方便。
附图说明
图1为硫磺回收与尾气处理装置的结构示意图
1主燃烧炉，2余热锅炉，3一级冷凝冷却器，4一级再热制氢炉，5一级反应器，6二级冷凝冷却器，7二级蒸汽再热器，8二级反应器，9三级冷凝冷却器，10蒸汽加热器，11加氢反应器，12过程气冷却器，13急冷塔，14酸水循环泵，15酸水冷却器，16吸收塔，17富液泵，18焚烧炉，19烟囱，20燃气管，21空气管，22液硫管，23低压蒸汽管，24脱硫装置的富MDEA溶液管，25脱硫装置的贫MDEA溶液管，26酸水管，27酸气管。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行具体描述，有必要在此指出的是以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述本发明的内容作出一些非本质的改进和调整。
实施例1
再热炉制氢的硫磺回收与尾气处理装置具有结构简单，制造方便，如图1所示，该装置含有热反应段、催化反应段和还原吸收段，热反应段含有主燃烧炉1、余热锅炉2和一级冷凝冷却器3，主燃烧炉1一端与硫化氢酸气管27和空气管21连接，另一端通过余热锅炉2与一级冷凝冷却器3连接，一级冷凝冷却器下端与液硫管22连接，一级冷凝冷却器上端与一级再热制氢炉4连接；催化反应段含有两级再热器、两级反应器和两级冷凝冷却器，过程气经两级再热器和反应器反应经冷却分离液体硫磺后进入还原吸收段，一级再热制氢炉4与一级反应器5连接，一级反应器与二级冷凝冷却器6连接，二级冷凝冷却器下端与液硫管22连接，二级蒸汽加热器7与二级反应器8连接，二级反应器与三级冷凝冷却器9连接，三级冷凝冷却器下端与液硫管22连接；还原吸收段含有蒸汽加热器10、加氢反应器11、过程气冷却器12、急冷塔13、吸收塔16、焚烧炉18和烟囱19，三级冷凝冷却器9上端通过蒸汽加热器10与加氢反应器11连接，加氢反应器经冷却器12与急冷塔13连接，急冷塔底部与酸水循环泵14的入口连接，酸水泵出口分别与酸水冷却器15和酸水管26连接，急冷塔顶部与吸收塔16下部连接，在吸收塔底部通过富液泵17与脱硫装置的富MDEA溶液管25连接，脱硫装置的贫MDEA溶液管24与吸收塔上部连接，吸收塔顶部与焚烧炉18连接，焚烧炉与烟囱19连接。
主燃烧炉1、一级再热制氢炉4和焚烧炉18分别与燃料气管20和空气管21连接。一级再热制氢炉4还与低压蒸汽管23连接。
一级反应器、二级反应器和加氢反应器内装有催化剂，其入口温度分别控制为200℃～350℃、180℃～250℃、180℃～250℃。
加氢反应器11与蒸气加热器10连接。
主燃烧炉1，一级再热制氢炉4，和焚烧炉18的出口温度可分别控制为900℃～1300℃、200℃～350℃、400℃～800℃。
加氢反应器与蒸气加热器连接。
主燃烧炉，一级再热制氢炉，和焚烧炉的出口温度可分别控制为900℃～1300℃、200℃～350℃、400℃～800℃。
硫磺回收与尾气处理装置的硫磺回收与尾气处理的方法：
1、热反应段：
(1)将酸气与空气在主燃烧炉1中混合燃烧，控制燃烧温度在900℃～1300℃，使部分硫化氢转化成二氧化硫，并在高温下发生克劳斯反应，大部分硫化氢与二氧化硫反应生成元素硫，形成含有硫化氢、元素硫、二氧化硫组分的过程气；
(2)过程气进入余热锅炉2，余热锅炉产生3.5MPa～4.5MPa的中压蒸汽，经过余热锅炉的过程气进入一级冷凝冷却器3冷却至温度150℃～180℃，分离出液硫，一级冷凝冷却器产生0.5MPa的低压蒸汽；
(3)余热锅炉产生3.5MPa～4.5MPa的中压蒸汽供催化反应段、还原吸收段使用，从一级冷凝冷却器出来的过程气进入催化反应段；
2、催化反应段：
(1)从热反应段出来的过程气进入一级再热制氢炉4中，在过程气中配入空气，使部分燃料气燃烧产生的氢气供还原吸收段加氢用，过程气用中压蒸汽加热至200℃～350℃后进入一级反应器5，通过调节空气加入量将三级冷凝冷却器9出口的过程气中的硫化氢与二氧化硫的比值控制在4～8。
(2)过程气在一级反应器中继续进行克劳斯反应，然后进入二级冷凝冷却器6冷却至温度150℃～180℃，分离出液硫，并产生0.5MPa的低压蒸汽；
(3)通过二级冷凝冷却器的过程气进入二级蒸汽加热器7，用中压蒸汽加热至温度180℃～250℃后进入二级反应器8；
(4)在二级反应器中的过程气继续进行克劳斯反应，进入三级冷凝冷却器9冷却至温度150℃～180℃后分离出液硫，产生0.5MPa的低压蒸汽；
3、还原吸收段：
(1)从三级冷凝冷却器出来的过程气进入蒸汽加热器10，用中压蒸汽加热至温度180℃～250℃后进入加氢反应器11中进行加氢反应；
(2)从加氢反应器出来的过程气进入过程气冷却器12冷却至温度150℃～200℃后进入急冷塔13进一步冷却，急冷塔底部的酸水经酸水循环泵14后一部分送出装置，一部分经酸水冷却器15冷却后送入急冷塔顶部循环使用，急冷塔出来的过程气进入吸收塔16，通过贫MDEA溶液逆流接触，脱除过程气中的硫化氢，控制过程气中硫化氢含量在250ppm以下；
(3)从吸收塔出来的过程气进入焚烧炉18进行焚烧，焚烧温度为400℃～800℃，将所有硫和硫化物全部转化为二氧化硫，从焚烧炉出来的烟气通过烟囱19排入大气，从吸收塔出来的富MDEA溶液经富液泵17送至脱硫装置再生。
Claims (5)
1、一种硫磺回收与尾气处理装置，其特征在于该装置含有热反应段、催化反应段和还原吸收段，热反应段是由主燃烧炉(1)一端与硫化氢酸气管(27)和空气管(21)连接，另一端通过余热锅炉(2)与一级冷凝冷却器(3)连接，一级冷凝冷却器下端与液硫管(22)连接，一级冷凝冷却器与一级再热制氢炉(4)连接；催化反应段是由一级再热制氢炉(4)与一级反应器(5)连接，一级反应器与二级冷凝冷却器(6)连接，二级冷凝冷却器下端与液硫管(22)连接，二级蒸汽加热器(7)与二级反应器(8)连接，二级反应器与三级冷凝冷却器(9)连接，三级冷凝冷却器下端与液硫管(22)连接；还原吸收段是由三级冷凝冷却器(9)上端通过蒸汽加热器(10)与加氢反应器(11)连接，加氢反应器经冷却器(12)与急冷塔(13)连接，急冷塔底部与酸水循环泵(14)的入口连接，酸水泵出口分别与酸水冷却器(15)和酸水管(26)连接，急冷塔顶部与吸收塔(16)下部连接，在吸收塔底部通过富液泵(17)与脱硫装置的富MDEA溶液管(25)连接，脱硫装置的贫MDEA溶液管(24)与吸收塔上部连接，吸收塔顶部与焚烧炉(18)连接，焚烧炉与烟囱(19)连接。
2、如权利要求1所述硫磺回收与尾气处理装置，其特征在于主燃烧炉(1)、一级再热制氢炉(4)和焚烧炉(18)分别与燃料气管(20)和空气管(21)连接，一级再热制氢炉(4)还与低压蒸汽管(23)连接。
3、如权利要求1所述硫磺回收及尾气处理装置，其特征在于一级反应器、二级反应器和加氢反应器内装有催化剂，其入口温度分别控制为200℃～350℃、180℃～250℃、180℃～250℃。
4、如权利要求1所述硫磺回收与尾气处理装置，其特征在于主燃烧炉(1)，一级再热制氢炉(4)，和焚烧炉(18)的出口温度分别控制为900℃～1300℃、200℃～350℃、400℃～800℃。
5、一种硫磺回收与尾气处理装置的硫磺回收与尾气处理的方法，其特征在于：
1)、热反应段：
(1)将酸气与空气在主燃烧炉(1)中混合燃烧，控制燃烧温度在900℃～1300℃，使部分硫化氢转化成二氧化硫，并在高温下发生克劳斯反应，大部分硫化氢与二氧化硫反应生成元素硫，形成含有硫化氢、元素硫和二氧化硫组分的过程气；
(2)过程气进入余热锅炉(2)，余热锅炉产生3.5MPa～4.5MPa的中压蒸汽，经过余热锅炉的过程气进入一级冷凝冷却器(3)冷却至温度150℃～180℃，分离出液硫，一级冷凝冷却器产生0.5MPa的低压蒸汽；
(3)余热锅炉产生3.5MPa～4.5MPa的中压蒸汽供催化反应段、还原吸收段使用，从一级冷凝冷却器出来的过程气进入催化反应段；
2)、催化反应段：
(1)从热反应段出来的过程气进入一级再热制氢炉(4)中，在过程气中配入空气，使部分燃料气燃烧产生的氢气供还原吸收段加氢用，过程气用中压蒸汽加热至200℃～350℃后进入一级反应器(5)，通过调节空气加入量将三级冷凝冷却器(9)出口的过程气中的硫化氢与二氧化硫的比值控制在4～8。
(2)过程气在一级反应器中继续进行克劳斯反应，然后进入二级冷凝冷却器(6)冷却至温度150℃～180℃，分离出液硫，并产生0.5MPa的低压蒸汽；
(3)通过二级冷凝冷却器的过程气进入二级蒸汽加热器(7)，用中压蒸汽加热至温度180℃～250℃后进入二级反应器(8)；
(4)在二级反应器中的过程气继续进行克劳斯反应，进入三级冷凝冷却器(9)冷却至温度150℃～180℃后分离出液硫，产生0.5MPa的低压蒸汽；
3)、还原吸收段：
(1)从三级冷凝冷却器出来的过程气进入蒸汽加热器(10)，用中压蒸汽加热至温度180℃～250℃后进入加氢反应器(11)中进行加氢反应；
(2)从加氢反应器出来的过程气进入过程气冷却器(12)冷却至温度150℃～200℃后进入急冷塔(13)进一步冷却，急冷塔底部的酸水经酸水循环泵(14)后一部分送出装置，一部分经酸水冷却器(15)冷却后送入急冷塔顶部循环使用，急冷塔出来的过程气进入吸收塔(16)，通过贫MDEA溶液逆流接触，脱除过程气中的硫化氢，控制过程气中硫化氢含量在250ppm以下；
(3)从吸收塔出来的过程气进入焚烧炉(18)进行焚烧，焚烧温度为400℃～800℃，将所有硫和硫化物全部转化为二氧化硫，从焚烧炉出来的烟气通过烟囱(19)排入大气，从吸收塔出来的富MDEA溶液经富液泵(17)送至脱硫装置再生。
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