CN102849684A - 一种双级等温氧化制硫装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双级等温氧化制硫装置，所述装置包括顺次连接的第一级等温反应器、第二级等温反应器、以及第三级绝热反应器。从而，在第一级等温反应器内使得硫化氢气体和适量的含氧气体(例如，空气或氧气)反应，在获得硫磺的同时，可将过程气中硫化氢浓度降低至较低的水平，例如降低至3％v以下。接着，在第二级等温反应器内使得过程气中较低含量的硫化氢进行直接氧化反应。由于第一级和第二级反应器都是等温反应器，从而，保证在较高效率转化过程中不超温，不对催化剂产生不良影响。第三级反应器为绝热反应器。另外，上述装置还填补了5～15％v浓度范围内硫磺回收技术的空白，使用浓度范围广；硫磺转化效率高，可获得高纯度的硫磺。
Description
技术领域
本发明涉及煤化工技术领域以及环保技术领域，特别是涉及一种双级等温氧化制硫装置。
背景技术
在煤化工产业中，对含硫化氢的酸性气体进行回收或处理。当硫化氢浓度低于5％v时，可采用直接氧化法进行处理。在直接氧化法中，需要使用燃烧装置，从而导致燃料的消耗和与燃烧法相伴随的配氧问题。当硫化氢浓度高于15％v时，可采用克劳斯及克劳斯的延伸工艺进行硫回收处理。
然而，针对含硫化氢浓度5％v～15％v的酸性气体的处理，在工业上是一个比较头痛的问题，目前还没有有效的装置来进行处理。但是，因煤种含硫量的不均匀性，导致气化装置满负荷运行的情况下，净化工段闪蒸的酸性气体中含硫化氢浓度低于15％v的情况比比皆是。
为此，希望有一种新型装置来对含硫化氢浓度5％v～15％v的酸性气体进行有效的处理。
发明内容
本发明的目的是提供一种新型的双级等温氧化制硫装置来对含硫化氢浓度5％v～15％v的酸性气体进行有效的处理。
为实现上述目的，根据本发明的双级等温氧化制硫装置包括：第一级等温反应器，具有第一入口和第一出口，所述第一入口用于接收在所述第一级反应器内反应的硫化氢气体和含氧气体，所述硫化氢气体和含氧气体反应后的反应气体通过所述第一出口排出；第二级等温反应器，具有第二入口和第二出口，所述第二入口用于接收所述第一出口排出的反应气体以及含氧气体，所述第二出口排出第二级等温反应器的反应尾气；以及第三级绝热反应器，具有第三入口和第三出口，所述第三入口用于接收在所述第三级绝热反应器内进行直接氧化反应的所述反应尾气及含氧气体，所述第二出口排出第三级绝热反应器的反应尾气。
从而，在第一级等温反应器内使得硫化氢气体和适量的含氧气体(例如，空气或氧气)反应，在获得硫磺的同时，可将过程气中硫化氢浓度降低至较低的水平，例如降低至3％v以下。接着，在第二级等温反应器内使得过程气中较低含量的硫化氢进行直接氧化反应。由于第一级和第二级反应器都是等温反应器，从而，保证在较高效率转化过程中不超温，不对催化剂产生不良影响。第三级反应器为绝热反应器。
另外，通过上述装置，还可以获得下述优点：填补了5～15％v浓度范围内硫磺回收的空白；无需使用燃烧装置，没有燃料的消耗和燃烧法带来的配氧问题；所述装置的工艺流程简单，占地面积小；两台等温反应炉可采用串联，也可采用并联，使用浓度范围广；硫磺转化效率高，可获得高纯度的硫磺。
优选地，所述双级等温氧化制硫装置进一步包括硫化氢分析仪，所述硫化氢分析仪用于检测从所述第一出口排出的反应气体中的硫化氢浓度。从而可以确定第一出口排出的反应气体中的硫化氢浓度，用于对含氧气体的流率进行适当的控制。
优选地，所述双级等温氧化制硫装置进一步包括控制装置，所述控制装置用于根据所述硫化氢分析仪测定的硫化氢浓度来确定向第二入口供应的反应气体和含氧气体的流率之比。
优选地，在所述第一级等温反应器的上游具有预热装置来对所述硫化氢气体和所述含氧气体进行预热。
优选地，所述双级等温氧化制硫装置进一步包括与所述第一级等温反应器相连接的汽包，所述汽包用于以蒸汽的形式排出第一级等温反应器内的反应产生的热量。
优选地，所述双级等温氧化制硫装置进一步包括与所述第二级等温反应器相连接的汽包，所述汽包用于以蒸汽的形式排出第二级等温反应器内的反应产生的热量。
优选地，所述双级等温氧化制硫装置进一步包括设置在所述第一级等温反应器和所述第二级等温反应器之间的第一冷凝器。
优选地，所述双级等温氧化制硫装置进一步包括设置在所述第二级等温反应器和所述第三级绝热反应器之间的第二冷凝器。
优选地，所述双级等温氧化制硫装置进一步包括设置在所述第三级绝热反应器的下游的催化吸附装置。从而最终排放气体中的硫化氢和二氧化硫大大降低，例如两者均低于80ppm，这远远低于国家的环保排放标准。
附图说明
图1是根据本发明一实施例的双级等温氧化制硫装置的示意性原理图。
具体实施方式
根据发明一实施例的双级等温氧化制硫装置来对含硫化氢浓度5％v～15％v的酸性气体进行有效的处理。该实施例中的双级等温氧化制硫装置包括：第一级等温反应器，其具有第一入口和第一出口，所述第一入口用于接收在所述第一级反应器内反应的硫化氢气体和含氧气体(例如空气)，所述硫化氢气体和含氧气体反应后的反应气体通过所述第一出口排出；第二级等温反应器，其具有第二入口和第二出口，所述第二入口用于接收所述第一出口排出的反应气体以及含氧气体，所述第二出口排出第二级等温反应器的反应尾气；以及第三级绝热反应器，具有第三入口和第三出口，所述第三入口用于接收在所述第三级绝热反应器内进行直接氧化反应的所述反应尾气及含氧气体，所述第二出口排出第三级绝热反应器的反应尾气。
从而，在第一级等温反应器内使得硫化氢气体和适量的含氧气体(例如，空气或氧气)反应，在获得硫磺的同时，可将过程气中硫化氢浓度降低至较低的水平，例如降低至3％v以下。接着，在第二级等温反应器内使得过程气中较低含量的硫化氢进行直接氧化反应。由于第一级和第二级反应器都是等温反应器，从而，保证在较高效率转化过程中不超温，不对催化剂产生不良影响。第三级反应器为绝热反应器。
另外，通过上述装置，还可以获得下述优点：填补了5～15％v浓度范围内硫磺回收的空白；无需使用燃烧装置，没有燃料的消耗和燃烧法带来的配氧问题；所述装置的工艺流程简单，占地面积小；两台等温反应炉可采用串联，也可采用并联，使用浓度范围广；硫磺转化效率高，可获得高纯度的硫磺。
在优选实施例中，所述双级等温氧化制硫装置可以进一步包括硫化氢分析仪，所述硫化氢分析仪用于检测从所述第一出口排出的反应气体中的硫化氢浓度。从而可以确定第一出口排出的反应气体中的硫化氢浓度，用于对含氧气体的流率进行适当的控制。在进一步优选的实施例中，所述双级等温氧化制硫装置进一步包括控制装置，所述控制装置用于根据所述硫化氢分析仪测定的硫化氢浓度来确定向第二入口供应的反应气体和含氧气体的流率之比。
对上述的双级等温氧化制硫装置，可以根据需要进行适当的优化：例如，在所述第一级等温反应器的上游具有预热装置来对所述硫化氢气体和所述含氧气体进行预热。而且，所述双级等温氧化制硫装置可以进一步包括与所述第一级等温反应器相连接的汽包，所述汽包用于以蒸汽的形式排出第一级等温反应器内的反应产生的热量。所述双级等温氧化制硫装置还可以进一步包括与所述第二级等温反应器相连接的汽包，所述汽包用于以蒸汽的形式排出第二级等温反应器内的反应产生的热量。
为了更有效地回收硫，所述双级等温氧化制硫装置可以进一步包括设置在所述第一级等温反应器和所述第二级等温反应器之间的第一冷凝器。所述双级等温氧化制硫装置还可以进一步包括设置在所述第二级等温反应器和所述第三级绝热反应器之间的第二冷凝器。
为了降低最终排放气体中的硫化氢和二氧化硫含量，所述双级等温氧化制硫装置进一步包括设置在所述第三级绝热反应器的下游的催化吸附装置。从而最终排放气体中的硫化氢和二氧化硫大大降低，例如两者均低于80ppm，这远远低于国家的环保排放标准。
下面对附图所示实施例进行简单说明。附图所示的双级等温氧化制硫装置用于对含硫化氢的酸性气体进行有效的处理。尤其适于对含硫化氢浓度5％v～15％v的酸性气体进行有效的处理。
图示的双级等温氧化制硫装置包括两个一级反应器，所述两个一级反应器都是等温反应器。图中所示的两个一级反应器并联设置，通过对阀门a、阀门b和阀门c的控制，所述两个一级反应器可以仅仅有一个工作，也可以两个同时工作，甚至可以两个都不工作。而且，在未图示的实施例中，还可以将两个一级反应器选择性的设置为串联连接。
一级反应器具有第一入口和第一出口，所述第一入口用于接收在所述第一级反应器内反应的硫化氢气体和含氧气体(例如空气)，所述硫化氢气体和含氧气体反应后的反应气体通过所述第一出口排出；第二级等温反应器，其具有第二入口和第二出口，所述第二入口用于接收所述第一出口排出的反应气体以及含氧气体，所述第二出口排出第二级等温反应器的反应尾气；以及第三级绝热反应器，具有第三入口和第三出口，所述第三入口用于接收在所述第三级反应器内进行直接氧化反应的所述反应尾气及含氧气体，所述第二出口排出三级反应器的反应尾气。在图1中没有示出经预热的空气进入一级反应器，但在优选实施例中，可以将经预热的空气输入至一级反应器内。
图示的双级等温氧化制硫装置采用“双级等温氧化制硫工艺”，其原理是采用硫化氢气体和空气(主要利用其中的氧气)在两级等温反应器中分步反应，获得高效转化。硫化氢气体和适量的空气预热后进入一级反应器，一级反应器中不设绝热层，利用内置换热装置，将产生的反应热强制移出，汽包V1产2.3～2.5mpa的蒸汽，以保证在较高效率转化过程中不超温，不对催化剂产生不良影响，从而获得硫磺的同时，可将过程气中硫化氢浓度降低至3％v以下。二级反应器也是采用等温反应器，硫化氢浓度3％v以下的酸性气体进行液硫分离后再热经过二级反应器，通过硫化氢分析仪分析确定的具体硫化氢浓度，配比需要的空气进行直接氧化反应，产生的热量移走，热量通过汽包V2产生2.3～2.5mpa的蒸汽。经反应后的过程器通过硫冷凝分离，再热进入吸附反应器(第三反应器)，第三反应器是绝热反应器，加适量的空气进行直接氧化反应，出口尾气再经过催化吸附装置进行吸附，排放气体的硫化氢和二氧化硫均低于80ppm，这远远低于国家的环保排放标准。
各单元主要设备的操作温度如下：
| 1 | 一级反应器进口/出口温度 | 180～200℃/210-220℃ |
| 2 | 二级反应器进口/出口温度 | 180～200℃/210～220℃ |
| 3 | 三级反应器进口/出口温度 | 200～220℃/210-230℃ |
| 4 | 一级冷凝冷却器出口过程气温度 | ～130℃ |
| 5 | 二级冷凝冷却器出口过程气温度 | ～125℃ |
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用来限制本发明的保护范围；本发明的保护范围由权利要求书中的权利要求限定，并且凡是依发明所作的等效变化与修改，都在本发明专利的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种双级等温氧化制硫装置，其特征在于，包括：
第一级等温反应器，具有第一入口和第一出口，所述第一入口用于接收在所述第一级反应器内反应的硫化氢气体和含氧气体，所述酸性气体和含氧气体反应后的反应气体通过所述第一出口排出；
第二级等温反应器，具有第二入口和第二出口，所述第二入口用于接收所述第一出口排出的反应气体以及含氧气体，所述第二出口排出第二级等温反应器的反应尾气；以及
第三级绝热反应器，具有第三入口和第三出口，所述第三入口用于接收在所述第三级绝热反应器内进行直接氧化反应的所述反应尾气及含氧气体，所述第二出口排出第三级绝热反应器的反应尾气。
2.如权利要求1所述的双级等温氧化制硫装置，其特征在于，进一步包括硫化氢分析仪，所述硫化氢分析仪用于检测从所述第一出口排出的反应气体中的硫化氢浓度。
3.如权利要求2所述的双级等温氧化制硫装置，其特征在于，进一步包括控制装置，所述控制装置用于根据所述硫化氢分析仪测定的硫化氢浓度来确定向第二入口供应的反应气体和含氧气体的流率之比。
4.如权利要求1所述的双级等温氧化制硫装置，其特征在于，在所述第一级等温反应器的上游具有预热装置来对所述硫化氢气体和所述含氧气体进行预热。
5.如权利要求1所述的双级等温氧化制硫装置，其特征在于，进一步包括与所述第一级等温反应器相连接的汽包，所述汽包用于以蒸汽的形式排出第一级等温反应器内的反应产生的热量。
6.如权利要求1所述的双级等温氧化制硫装置，其特征在于，进一步包括与所述第二级等温反应器相连接的汽包，所述汽包用于以蒸汽的形式排出第二级等温反应器内的反应产生的热量。
7.如权利要求1所述的双级等温氧化制硫装置，其特征在于，进一步包括设置在所述第一级等温反应器和所述第二级等温反应器之间的第一冷凝器。
8.如权利要求1所述的双级等温氧化制硫装置，其特征在于，进一步包括设置在所述第二级等温反应器和所述第三级绝热反应器之间的第二冷凝器。
9.如权利要求1所述的双级等温氧化制硫装置，其特征在于，进一步包括设置在所述第三级绝热反应器的下游的催化吸附装置。
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