CN101519192A - 一种低温克劳斯硫磺回收工艺及装置 - Google Patents

一种低温克劳斯硫磺回收工艺及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低温克劳斯硫磺回收工艺，主要包括热反应段、催化反应段和尾气焚烧段：热反应段的燃烧炉内，部分硫化氢与氧反应转化为二氧化硫，在高温下硫化氢与二氧化硫发生克劳斯反应生成硫，硫分离后的过程气进入催化反应段；在催化反应段各级反应器中，硫化氢与二氧化硫依次发生常规克劳斯反应、催化剂再生、亚露点及亚固点低温克劳斯反应；催化反应段后经过硫分离的尾气进入尾气焚烧段，在尾气焚烧炉中焚烧排空。该工艺采用更低的反应温度，有利于化学平衡向生成硫的方向进行，因而硫转化率、回收率得以提高，且工艺流程简单、设备及投资相对较少、运行成本较低，更利于环保。本发明还公开了一种用于上述低温克劳斯硫磺回收工艺的装置。

Description

一种低温克劳斯硫磺回收工艺及装置
技术领域
本发明涉及硫磺回收工艺技术领域，尤其是一种采用低温克劳斯方法对天然气净化处理、炼油、煤化工等硫磺进行回收的工艺及装置。
背景技术
目前，从含硫化氢的酸气中回收硫磺的技术有：常规克劳斯工艺、克劳斯延伸工艺、常规克劳斯+还原吸收类尾气处理工艺。它们的基本工艺流程和缺点介绍如下：
1.常规克劳斯工艺：
产生于1890年，1938年工业化。其主要反应有：
(1)热反应段(燃烧炉中进行)：
H2S+1.5O2＝SO2+H2O+518.9kJ/mol       (2-1)
H2S+0.5SO2＝0.75S2+H2O-4.75kJ/mol    (2-2)
式(2-1)反应的放出的热量为式(2-2)反应的2.5倍，燃烧炉内的高温赖其维持。
(2)催化反应段(催化剂床层中进行)：
H2S+0.5SO2＝1.5/n·Sn+H2O+48.05kj/mol     (2-3)
此外还包括一些副反应：酸气中烃类的氧化反应，H2S裂解反应以及炉内有机硫(COS及CS2)的生成反应及催化段有机硫的水解反应等。
常规克劳斯工艺的缺点是：由于克劳斯反应受热力平衡和动力学平衡等因素的限制，常规克劳斯装置的硫回收率通常只能达到94％～97％，装置尾气经焚烧后SO2排放量大，浓度高，对环境污染大。
目前已极少单独采用常规克劳斯工艺。
2.常规克劳斯+还原吸收类尾气处理工艺：
此工艺是将常规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，这类方法的总硫收率最高可达99.8％，焚烧尾气中SO2≤300ppm。其中应用比较广泛的是SCOT工艺和BSRP工艺。
这类工艺流程复杂，设备多，投资大，运行成本高，所回收的硫远不能抵偿操作费用，一般只有在硫磺回收装置的规模很大或者环保要求很严格的情况下选用。
3.克劳斯延伸工艺：
此类工艺有冷床吸附类的CBA工艺、MCRC工艺、采用绝热反应+催化床层移热等温反应的Clinsulf SDP工艺和直接氧化类的SuperClaus工艺、ClinsulfDO工艺等。
(1)CBA工艺和MCRC工艺：
一般有三床流程(1床常规克劳斯反应器+1床高温再生反应器+1床低温吸附态反应器)和四床流程两种(1床常规克劳斯反应器+1床高温再生反应器+2床低温吸附态反应器)。高温再生反应器和低温吸附态反应器周期性切换操作，低温吸附态反应器在过程气硫露点下操作，有利于化学平衡向生成硫的方向进行，从而提高硫的转化率。由于低温吸附态反应器中的温度低，接近硫露点，低温吸附态反应器中的催化剂不断吸附液硫，催化剂活性逐渐失活，因此必须提高低温吸附态反应器温度，排出催化剂吸附的液硫使催化剂再生。完成再生的反应器逐步由常规克劳斯反应向低温吸附态过渡直至饱和。三床流程总硫回收率约99.2％，四床流程中总硫回收率约99.4％。该工艺的缺点是低温吸附态反应器液硫积存于催化剂上，需周期性切换再生，因而是种非稳态工艺，在反应器切换期间，硫收率会有所降低。
(2)Clinsulf SDP工艺：
采用常规Claus绝热反应+亚露点的催化床层移热等温反应，常规Claus绝热反应有利于有机硫的水解，并可得到较高反应速率，一般总硫回收率约99.2％；亚露点反应的等温反应段则可保证较高的转化率。该工艺的缺点是设备结构复杂，反应器切换期间，硫收率会有所降低，高压蒸汽冷凝后循环，热能无法利用。
(3)Superclaus工艺：
其特点是两级到三级常规克劳斯反应器后加一台选择性氧化反应器。常规克劳斯反应在富H2S条件下运行，在选择性氧化反应器中配以适当过量的氧使H2S在催化剂上选择性氧化为单质硫。该工艺分为Superclaus 99和Superclaus99.5，前者总硫收率99％，后者为99.5％。后者在选择氧化段前插入一个加氢段，使过程气中的SO2、COS、CS2先行转化为H2S或者单质硫，从而使总硫回收提高到99.5％。由于反应温度高，所以Superclaus 99的硫转化率低，环保压力大；Superclaus 99.5的工艺复杂，投资大。
发明内容
本发明的主要目的是针对上述现有技术的不足，尤其是针对亚露点低温克劳斯硫磺回收工艺的局限，提供一种新的低温克劳斯硫磺回收工艺；该工艺采用更低的反应温度，工艺流程简单，设备及投资相对较少、运行成本较低，且硫磺回收率高，更利于环保。
本发明另一个目的是提供一种用于上述低温克劳斯硫磺回收工艺的装置。
为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
一种低温克劳斯硫磺回收工艺，主要步骤包括热反应段、催化反应段和尾气焚烧段；
(1)热反应段：
在燃烧炉中，将含硫化氢的酸气与空气或富氧空气或纯氧混合燃烧、部分硫化氢与氧反应生成二氧化硫，在约930～1200℃高温下，硫化氢与二氧化硫发生克劳斯反应生成单质硫(即硫磺，在此高温下主要为气态)；该反应过程中控制进入燃烧炉的空气或富氧空气或纯氧中的氧气量，使生成的二氧化硫与剩余硫化氢的摩尔比为1:1～3；
出燃烧炉的气体经过余热锅炉冷却并回收热能后，再进入一级硫冷凝器，在一级硫冷凝器中冷却至150～180℃，气态单质硫被冷却为液硫而分离出来；
经冷凝分离液硫后的过程气进入下述步骤(2)的催化反应段中；
(2)催化反应段：
来自热反应段的过程气在催化剂作用下，在各级反应器中，残余硫化氢与二氧化硫依次发生常规克劳斯反应和低温吸附态克劳斯反应，生成单质硫；
该催化反应段包括四级克劳斯反应：
①第一级克劳斯反应(常规克劳斯反应)：
来自上述热反应段一级硫冷凝器的过程气通过一级预热器或者采用掺混的方式加热至220～270℃后进入一级反应器中进行常规克劳斯催化反应生成单质硫(在此温度条件下主要为气态单质硫)；
来自上述热反应段一级硫冷凝器的过程气中所含的有机硫(COS、CS2)主要在本段常规克劳斯催化反应过程中水解为H2S或直接转化为单质硫；
反应后气体出一级反应器、经过二级预热器冷却后，再进入二级硫冷凝器，在二级硫冷凝器中冷却至150～180℃，气态单质硫被冷却为液硫而分离出来；
经二级硫冷凝器分离液硫后的过程气再经过加热升温后进入二级反应器中进行下述第二级克劳斯反应；
上述一级克劳斯反应为常规克劳斯反应，其对应的一级反应器是固定的，进行稳态操作，始终进行常规克劳斯反应。
②第二级克劳斯反应(催化剂再生同时进行常规克劳斯反应)：
二级反应器中主要进行催化剂再生；同时，来自上述二级硫冷凝器的过程气在二级反应器中进行常规克劳斯反应：
来自上述二级硫冷凝器的的过程气经过二级预热器加热至220～270℃后后进入二级反应器中，对在上一操作周期中吸附固态单质硫和/或液态单质硫饱和的催化剂进行再生；同时，在二级反应器中，H2S与SO2继续进行常规克劳斯催化反应生成单质硫(在此温度下主要为气态单质硫)；
反应后气体出二级反应器、进入三级硫冷凝器，在三级硫冷凝器中冷却至120～150℃，气态单质硫被冷却为液硫而分离出来；
经三级硫冷凝器分离液硫后的过程气进入三级反应器中进行下述第三级克劳斯反应；
③第三级克劳斯反应(亚露点低温克劳斯反应)：
来自上述三级硫冷凝器的过程气进入三级反应器中，在120～150℃温度下进行进行亚露点(反应温度处于硫露点以下)低温克劳斯反应生成单质硫，在此温度下的单质硫绝大部分为液态，极少部分为气态；
其中液态单质硫吸附于催化剂中并在之后的催化剂再生过程中被气化而脱吸出来；极少数的气态单质硫则随反应后气体出三级反应器、进入四级硫冷凝器，在四级硫冷凝器中冷却至90～119℃，气态单质硫被冷凝而分离出来；
根据硫磺回收情况，上述亚露点低温克劳斯反应还可再重复进行一次；
经四级硫冷凝器分离硫以后的过程气进入四级反应器中进行下述第四级克劳斯反应；
④第四级克劳斯反应(亚固点低温克劳斯反应)：
来自上述四级硫冷凝器的过程气进入四级反应器中，在90～119℃温度下进行亚固点(反应温度处于硫固点以下)低温克劳斯反应生成单质硫，在此温度下的单质硫绝大部分为固态，极少部分为液态及气态；
固态及液态单质硫吸附于催化剂中并在之后的催化剂再生过程中被气化而脱吸出来；气态单质硫则随反应后气体出四级反应器、进入五级硫冷凝器，在五级硫冷凝器中气态单质硫被冷凝而分离出来，由于本步骤中的克劳斯反应产生热量很少，过程气的温升几乎可以被忽略，因而可不用强制冷却；
经五级硫冷凝器分离液硫后的尾气进入下述步骤(3)的尾气焚烧段中；
(3)尾气焚烧段：
来自上述催化反应段五级硫冷凝器的尾气通过硫捕集器捕集进一步分离单质硫；剩余的尾气再进入尾气焚烧炉中进行焚烧(尾气中的残余硫化物及单质硫氧化为二氧化硫)后排空。
上述步骤(2)催化反应段的四级克劳斯反应中：一级反应器是固定的，始终进行常规克劳斯反应；其它三级的反应器轮流进行催化剂再生(同时进行常规克劳斯反应)、亚露点低温克劳斯反应、亚固点低温克劳斯反应。
其它三级的反应器中，进行催化剂再生(同时进行常规克劳斯反应)的反应器有1台，进行亚露点低温克劳斯反应的反应器可有1～2台，进行亚固点低温克劳斯反应的反应器有1台。
二级反应器、三级反应器和四级反应器，可通过程控阀定期切换反应进料，使其轮流实现催化剂再生和不同温度段下的低温克劳斯反应。
上述工艺过程的各步骤中，可以根据工艺的总体设计和原料气的组成等而采取不同的温度等操作参数。
步骤(2)催化反应段的第一级克劳斯反应中，可采用掺混的方式加热是指：将来自热反应段一级硫冷凝器的过程气通过掺混阀与来自燃烧炉和/或余热锅炉的高温气掺混升温、使进入一级反应器的过程气达到设定温度。
用于上述低温克劳斯硫磺回收工艺的装置，主要包括热反应段装置、催化反应段装置和尾气焚烧段装置；其中：
热反应段装置依次包括燃烧炉、余热锅炉和一级硫冷凝器；
催化反应段装置可分为固定装置和可切换装置，其中固定装置依次包括一级预热器或掺混阀、一级反应器、二级预热器、二级硫冷凝器；可切换装置包括二级反应器、三级硫冷凝器、三级反应器、四硫冷凝器、四级反应器、五级硫冷凝器；
尾气焚烧段装置依次包括硫捕集器和尾气焚烧炉。
上述热反应段装置中：
燃烧炉、余热锅炉和一级硫冷凝器，彼此之间通过管道连接；一级硫冷凝器出口端通过管道与催化反应段装置的一级预热器或掺混阀的入口端连接；
上述催化反应段装置中：
固定装置的一级预热器或掺混阀、一级反应器、二级预热器的热侧、二级硫冷凝器、二级预热器的冷侧，彼此之间通过管道连接；二级预热器的冷侧出口端通过管道与可切换装置的二级反应器连接；
可切换装置的二级反应器、三级硫冷凝器、三级反应器、四硫冷凝器、四级反应器、五级硫冷凝器中，各级反应器出口端和相应的硫冷凝器入口端之间通过管道连接，各级硫冷凝器出口端和下一级反应器入口端之间通过管道连接；
此外，二、三、四级反应器入口端通过程控阀及管道彼此连通；三、四、五级硫冷凝器出口端、二级反应器入口端和尾气焚烧段装置的硫捕集器之间通过程控阀及管道连通；可通过程控阀定期切换，以实现各级反应器中催化剂再生和不同温度下的低温克劳斯反应。
催化反应段装置的各反应器中，其中一级反应器是固定的，始终进行常规克劳斯反应；其它三级的反应器可周期性切换，使之轮流进行催化剂再生同时进行常规克劳斯反应、亚露点低温克劳斯反应、亚固点低温克劳斯反应。
上述尾气焚烧段装置中：硫捕集器与尾气焚烧炉之间通过管道连接。
上述催化反应段装置的可切换装置中，进行催化剂再生(同时进行常规克劳斯反应)的反应器、与进行亚固点低温克劳斯反应的反应器，均可只设1台；进行亚露点低温克劳斯反应的三级反应器和相应的四级硫冷凝器可各设置一台或串联的两台，使上述低温克劳斯硫磺回收工艺中的亚露点低温克劳斯反应可只进行一次或者再重复进行一次。
上述催化反应段装置中，各级反应器与相应的(即与该级反应器出口端相连接的)硫冷凝器可以是分离的，彼此之间通过管道连接；也可以将各级反应器与相应的硫冷凝器整合为一体化的设备而简化流程布置。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供的低温克劳斯硫磺回收工艺在低温克劳斯反应段采用传统亚露点(反应温度处于硫露点以下)克劳斯催化反应同时结合亚固点(反应温度处于硫固点以下)克劳斯催化反应；在亚固点克劳斯催化反应中，处于比亚露点反应更低的硫固点以下的反应温度有利于化学平衡向生成硫的方向进行，从而获得比传统亚露点克劳斯反应更高的转化率。低温反应段至少设三台反应器，确保任意工况下至少有两台反应器处于低温反应状态，确保切换状态下具有足够高的转化率。
因此，本工艺和传统采用亚露点低温克劳斯硫磺回收工艺相比具有更高的总硫收率，从而有效降低尾气排放浓度及总量，更利于环保。总硫收率≥99.5％，比具备同样催化反应器台数的亚露点低温克劳斯流程至少高0.1个百分点；正常操作状态下，能够确保系统尾气SO2排放浓度符合排放标准。
此外，相对常规克劳斯+还原吸收类尾气处理等工艺，该工艺流程较为简单，设备及投资相对较少、运行成本较低。
附图说明
图1是本发明低温克劳斯硫磺回收工艺及装置的一种原理示意图，也做为实施例1的装置和流程示意图。
图1中：1是燃烧炉，2是余热锅炉，3是一级硫冷凝器，4是一级预热器，5是一级反应器，6是二级预热器，7是二级硫冷凝器，8是二级反应器，9是三级硫冷凝器，10是三级反应器，11是四级硫冷凝器，12是四级反应器，13是五级硫冷凝器，14是硫捕集器，15是尾气焚烧炉，21～29是程控阀。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。
但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于下述实施例。
实施例1
本实施例低温克劳斯硫磺回收工艺的流程及所用装置如图1所示：
该装置包括热反应段装置、催化反应段装置和尾气焚烧段装置；其中：
热反应段装置依次包括燃烧炉1、余热锅炉2和一级硫冷凝器3，彼此之间通过管道连接；一级硫冷凝器3出口端通过管道与催化反应段装置的一级预热器4的入口端连接；
催化反应段装置包括固定装置和可切换装置，其中固定装置依次包括一级预热器4、一级反应器5、二级预热器6、二级硫冷凝器7；可切换装置包括二级反应器8、三级硫冷凝器9、三级反应器10、四硫冷凝器11、四级反应器12、五级硫冷凝器13；
催化反应段装置中：
固定装置的一级预热器4、一级反应器5、二级预热器6的热侧、二级硫冷凝器7、二级预热器6的冷侧，彼此之间通过管道连接；可切换装置的二级反应器8、三级硫冷凝器9、三级反应器10、四硫冷凝器11、四级反应器12、五级硫冷凝器15中，各级反应器出口端和相应的硫冷凝器入口端之间通过管道连接，各级硫冷凝器出口端和下一级反应器入口端之间通过管道连接；
此外，二级反应器8、三级反应器10、四级反应器12的入口端通过程控阀21、22、23及管道彼此连通；三级硫冷凝器9、四级硫冷凝器11、五级硫冷凝器13的出口端、二级反应器8的入口端均和尾气焚烧段装置的硫捕集器14之间通过程控阀24-29及管道连通；可通过程控阀定期切换，以轮流实现各级反应器中催化剂再生和不同温度下的低温克劳斯反应。
尾气焚烧段装置依次包括硫捕集器14和尾气焚烧炉15，彼此之间通过管道连接。
该工艺主要包括热反应段、催化反应段和尾气焚烧段，结合图1的装置和流程示意图，各步骤具体如下：
(1)热反应段：
在燃烧炉1中，将含硫化氢的酸气与空气混合燃烧、部分硫化氢与氧反应生成二氧化硫，在1000～1100℃高温下，硫化氢与二氧化硫发生克劳斯反应生成气态单质硫；反应中控制入燃烧炉1空气中的氧气量使生成的二氧化硫与剩余硫化氢的摩尔比为1:2；
出燃烧炉1的气体经过余热锅炉2冷却并回收热能后再经一级硫冷凝器3冷却至约170℃，气态单质硫冷凝为液硫而分离出来；
经一级硫冷凝器3分离液硫后的过程气进入下述步骤(2)的催化反应段中进行催化反应；
(2)催化反应段：
来自热反应段一级硫冷凝器3的过程气在催化剂作用下，在各级反应催化器中，残余硫化氢与二氧化硫依次发生常规克劳斯反应和低温吸附态克劳斯反应，生成单质硫；
该催化反应段包括四级克劳斯反应：
①第一级克劳斯反应(常规克劳斯反应)：
来自上述热反应段一级硫冷凝器3的过程气通过一级预热器4加热至约260℃后进入一级反应器5中进行常规克劳斯催化反应生成气态单质硫；
来自一级流冷凝器3的过程气中所含有机硫(COS、CS2)主要在一级反应器5中水解为H2S或直接转化为单质硫；
反应后气体出一级反应器5、经过二级预热器6冷却并回收热能后，再进入二级硫冷凝器7，在二级硫冷凝器7中冷却至约170℃，气态单质硫被冷却为液硫而分离出来；
经二级硫冷凝器7分离液硫后的过程气再经过二级预热器6升温至约240℃后进入二级反应器8中进行下述第二级克劳斯反应；
上述第一级克劳斯反应为常规克劳斯反应，其对应的一级反应器5是固定的，进行稳态操作。
②第二级克劳斯反应(催化剂再生，同时进行常规克劳斯反应)：
二级反应器8中主要进行催化剂再生；同时，在二级反应器8中进行常规克劳斯反应：
来自上述二级硫冷凝器7的过程气经过二级预热器6加热至约240℃后进入二级反应器8中，对在上一操作周期中吸附固态和/或液态单质硫饱和的催化剂进行再生；同时，在二级反应器8中，H2S与SO2继续进行常规克劳斯催化反应生成气态单质硫；
反应后气体出二级反应器8、进入三级硫冷凝器9，在三级硫冷凝器9中冷却至约127℃，气态单质硫被冷却为液硫而分离出来；
经三级硫冷凝器9分离液硫后的过程气进入三级反应器10中进行下述第三级克劳斯反应；
③第三级克劳斯反应(亚露点低温克劳斯反应)：
来自上述三级硫冷凝器9的过程气进入三级反应器10中，进行亚露点(约127℃，此处温度处于硫露点以下)低温克劳斯反应生成单质硫，绝大部分为液态，极少部分为气态；
液态单质硫吸附于催化剂中并在之后的催化剂再生过程中被气化而脱吸出来；气态单质硫则随反应后气体出三级反应器10、进入四级硫冷凝器11，在四级硫冷凝器11中冷却至约108℃，气态单质硫冷凝分离出来；
经四级硫冷凝器11分离硫后的过程气进入四级反应器12中进行下述第四级克劳斯反应；
④第四级克劳斯反应(亚固点低温克劳斯反应)：
来自上述四级硫冷凝器11的过程气进入四级反应器12中，进行亚固点(约108℃，此温度处于硫固点以下)低温克劳斯反应生成单质硫，绝大部分为固态，极少部分为液态及气态；
固态及液态单质硫吸附于催化剂中并在之后的催化剂再生过程中被气化而脱吸出来；气态单质硫则随反应后气体出四级反应器12、进入五级硫冷凝器13，在五级硫冷凝器13中气态单质硫被冷凝而分离出来，由于本步骤中的克劳斯反应产生热量很少，过程气的温升几乎可以被忽略，因而可不用强制冷却；
经五级硫冷凝器13分离液硫后的尾气进入下述步骤(3)的尾气焚烧段中；
本步骤催化反应段中，二级克劳斯反应、三级克劳斯反应和四级克劳斯反应所对应的二级反应器反应8、三级反应器10和四级反应器12，通过程控阀21～29自动定期切换反应进料，使三个反应器中轮流实现催化剂再生和不同温度下的低温克劳斯反应。
(3)尾气焚烧段：
来自上述催化反应段五级硫冷凝器13的尾气通过硫捕集器14捕集进一步分离单质硫；剩余的尾气再进入尾气焚烧炉15中进行焚烧(尾气中的残余硫化物及单质硫氧化为二氧化硫)后排空。
本实施例中，一级反应器装填高活性常规克劳斯反应催化剂CT6-2B，及少量具有高有机硫水解率的催化剂CT6-7，其它三级反应器中均装填国低温克劳斯反应活性较强的催化剂CT6-4B(兼有常规克劳斯反应催化能力)。实际生产中，还可采用其它各种常用的克劳斯反应催化剂、高有机硫水解率的催化剂等代替上述催化剂，如LS-300、LS-821等等；可采用国产催化剂，也可根据实际工况选用相应的进口催化剂。
通过本实施例的工艺，硫的总收率≥99.5％，比同样采用四反应器的亚露点低温克劳斯反应工艺(一级常规克劳斯反应+一级催化剂再生同时进行常规克劳斯反应+两级亚露点低温低温克劳斯反应)的硫总收率高0.1％以上。
在本发明的核心基础上，还可以根据工艺的总体设计和原料气的组成等而采取不同的温度等操作参数。
本实施例中催化反应段设4台催化反应器，其中1台是固定的，始终进行常规克劳斯反应；其余3台周期性切换操作，分别进行催化剂再生(同时也进行常规克劳斯反应)、亚露点低温克劳斯反应和亚固点低温克劳斯反应。实际生产中也可设置5台催化反应器，使亚露点低温克劳斯反应状态的反应器有2台，以获取更高的转化率。由于始终有一台反应器进行亚固点低温克劳斯反应，因此不影响本发明的特征表达。
本实施例中来自一级硫冷凝器3的过程气可与来自燃烧炉1或余热锅炉2的高温燃气通过掺混阀掺混而替代一级预热器4使进入一级反应器5的过程气达到设定温度，此类高温反应段的流程改变不涉及低温克劳斯反应段，不影响本发明的特征表达。
本实施例中，反应器与硫冷凝器是分离的，通过管道连接；实际生产中，也可将反应器与硫冷凝器整合为一体化的设备而简化流程布置，设备方面的变化也不影响本发明的特征表达。

Claims (10)

1、一种低温克劳斯硫磺回收工艺，主要步骤包括热反应段、催化反应段和尾气焚烧段；
(1)热反应段：
在燃烧炉中，将含硫化氢的酸气与空气或富氧空气或纯氧混合燃烧，部分硫化氢与氧反应生成二氧化硫，在930～1200℃高温下，硫化氢与二氧化硫发生克劳斯反应生成气态单质硫；该反应过程中控制进入燃烧炉的空气或富氧空气或纯氧中的氧气量，使生成的二氧化硫与剩余硫化氢的摩尔比为1:1～3；
出燃烧炉的气体经过余热锅炉冷却并回收热能后再经一级硫冷凝器冷却至150～180℃，气态单质硫冷凝为液硫而分离出来；
经冷凝分离液硫后的过程气进入下述步骤(2)的催化反应段中；
(2)催化反应段：
催化反应段包括四级克劳斯反应：
①第一级克劳斯反应，为常规克劳斯反应：
来自上述热反应段一级硫冷凝器的过程气通过一级预热器或者采用掺混的方式加热至220～270℃后进入一级反应器中进行常规克劳斯催化反应生成气态单质硫；反应后气体经二级预热器冷却后再经二级硫冷凝器冷却至150～180℃，气态单质硫冷凝为液硫而分离出来；
经二级硫冷凝器分离液硫后的过程气经过加热升温后进入二级反应器中进行下述第二级克劳斯反应；
②第二级克劳斯反应，为催化剂再生同时进行常规克劳斯反应：
来自上述二级硫冷凝器的过程气经二级预热器加热至220～270℃后进入二级反应器中，对在上一操作周期中吸附固态单质硫和/或液态单质硫饱和的催化剂进行再生；同时，在二级反应器中进行常规克劳斯催化反应生成气态单质硫；反应后气体在三级硫冷凝器中冷却至120～150℃，气态单质硫冷凝为液硫而分离出来；
经三级硫冷凝器分离液硫后的过程气进入三级反应器中进行下述第三级克劳斯反应；
③第三级克劳斯反应，为亚露点低温克劳斯反应：
来自上述三级硫冷凝器的过程气进入三级反应器中，在120～150℃温度下进行亚露点低温克劳斯反应生成单质硫，包括液态单质硫和气态单质硫；液态单质硫吸附于催化剂中并在之后的催化剂再生过程中被气化而脱吸出来；气态单质硫随反应后气体进入四级硫冷凝器中冷却至90～119℃，气态单质硫冷凝而分离出来；
经四级硫冷凝器分离液硫后的过程气进入四级反应器中进行下述第四级克劳斯反应；
④第四级克劳斯反应，为亚固点低温克劳斯反应：
来自上述四级硫冷凝器的过程气进入四级反应器中，在90～119℃温度下进行亚固点低温克劳斯反应生成单质硫，包括固态单质硫、液态单质硫及气态单质硫；固态单质硫及液态单质硫吸附于催化剂中并在之后的催化剂再生过程中被气化而脱吸出来；气态单质硫随反应后气体通过五级硫冷凝器，气态单质硫冷凝而分离出来；
经五级硫冷凝器分离液硫后的尾气进入下述步骤(3)的尾气焚烧段中；
(3)尾气焚烧段：
来自上述催化反应段五级硫冷凝器的尾气经硫捕集器捕集进一步分离单质硫后进入尾气焚烧炉中焚烧后排空。
2、根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：
所述的步骤(2)催化反应段中，所述的四级克劳斯反应中：一级反应器是固定的，始终进行常规克劳斯反应；其它三级的反应器轮流进行催化剂再生同时进行常规克劳斯反应、亚露点低温克劳斯反应、亚固点低温克劳斯反应。
3、根据权利要求2所述的工艺，其特征在于：
所述的其它三级的反应器中，进行催化剂再生同时进行常规克劳斯反应的反应器有1台，进行亚露点低温克劳斯反应的反应器有1～2台，进行亚固点低温克劳斯反应的反应器有1台。
4、根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：
所述的步骤(2)催化反应段中，第二级克劳斯反应、第三级克劳斯反应和第四级克劳斯反应所对应的二级反应器、三级反应器和四级反应器，通过程控阀定期切换反应进料，使其轮流实现催化剂再生和不同温度段下的低温克劳斯反应。
5、根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：
所述的步骤(2)催化反应段的一级克劳斯反应中，采用掺混的方式加热是指：通过掺混阀与来自燃烧炉和/或余热锅炉的高温气掺混升温、使进入一级反应器的过程气达到设定温度。
6、用于权利要求1所述的低温克劳斯硫磺回收工艺的装置，主要包括热反应段装置、催化反应段装置和尾气焚烧段装置，其特征在于：
热反应段装置依次包括燃烧炉、余热锅炉和一级硫冷凝器；
催化反应段装置包括固定装置和可切换装置；其中固定装置依次包括一级预热器或掺混阀、一级反应器、二级预热器、二级硫冷凝器；可切换装置包括二级反应器、三级硫冷凝器、三级反应器、四硫冷凝器、四级反应器、五级硫冷凝器；
尾气焚烧段装置依次包括硫捕集器和尾气焚烧炉。
7、根据权利要求6所述的装置，其特征在于：
所述的热反应段装置中：
燃烧炉、余热锅炉和一级硫冷凝器，彼此之间通过管道连接；一级硫冷凝器出口端通过管道与催化反应段装置的一级预热器或掺混阀的入口端连接；
所述的催化反应段装置中：
固定装置的一级预热器或掺混阀、一级反应器、二级预热器的热侧、二级硫冷凝器、二级预热器的冷侧，彼此之间通过管道连接；二级预热器的冷侧出口端通过管道与可切换装置的二级反应器连接；
可切换装置的二级反应器、三级硫冷凝器、三级反应器、四硫冷凝器、四级反应器、五级硫冷凝器中，各级反应器出口端和相应的硫冷凝器入口端之间通过管道连接，各级硫冷凝器出口端和下一级反应器入口端之间通过管道连接；
此外，二、三、四级反应器入口端通过程控阀及管道彼此连通；三、四、五级硫冷凝器出口端、二级反应器入口端和尾气焚烧段装置的硫捕集器之间通过程控阀及管道连通；
所述的尾气焚烧段装置中：
硫捕集器与尾气焚烧炉之间通过管道连接。
8、根据权利要求6所述的装置，其特征在于：
所述的催化反应段装置的可切换装置中，三级反应器和相应的四级硫冷凝器各设置一台或串联的两台。
9、根据权利要求6所述的装置，其特征在于：
所述的催化反应段装置中，各级反应器与相应的硫冷凝器是分离的，彼此之间通过管道连接。
10、根据权利要求6所述的装置，其特征在于：
所述的催化反应段装置中，各级反应器与相应的硫冷凝器是整合成为一体化的设备。
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