CN105854588A - 一种硫回收等温反应器及其工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种硫回收等温反应器及其工艺。所述硫回收等温反应器包括壳体、径向框、换热套管、中心管、上管板、下管板、汽室、水室、催化剂床和汽包，所述换热套管由换热内套管和换热外套管组成，换热内套管置于换热外套管内部；所述换热内套管的上端伸出换热外套管并固定连接在上管板上，该换热内套管的顶部与水室连通，底部与换热外套管底部连通；所述换热外套管的上端焊接固定在下管板上，下端伸入催化剂床中，该换热外套管顶部与汽室连通，底部封闭。该硫回收等温反应器能解决换热管不能自由伸缩而造成的拉裂破坏的问题，并减轻H2S对换热管焊接焊缝的腐蚀。采用该硫回收等温反应器及其工艺，可确保硫回收效果一次达标，硫回收总效率大于99％。

Description

一种硫回收等温反应器及其工艺
技术领域
本发明涉及一种硫回收等温反应器及其工艺，主要应用于工业气体、化工废气脱硫及硫回收领域，负责将含硫气体在催化剂作用下反应生成单质硫。该硫回收等温反应器及其工艺，可确保硫回收效果一次达标，硫回收总效率大于99％。
背景技术
煤、石油、天然气以及矿石的大量开采、加工及使用，燃煤过程产生的SO2和炼油炼钢过程产生的酸性水、酸性气和含硫烟气等会产生大量的硫化物，这些硫化物直接排放会造成严重的环境污染。随着国家对环保的要求越来越严格，工业气体、化工废气脱硫并进行硫回收的技术得到了广泛运用。
根据酸性气体中H2S浓度不同，硫回收技术主要有Claus工艺、直接氧化工艺和脱硫液喷射再生工艺。在这些工艺中，都要用到硫回收反应器，该反应器负责将含硫气体在催化剂作用下反应生成单质硫。比如采用直接氧化工艺，其主反应方程式如下：
反应是在装有催化剂的反应器中进行的，反应压力为0.01-5.5MPa，反应温度为150℃-350℃。直接氧化是一个强放热反应，体积分数1％的H2S转化为硫的反应热导致的温升为70℃，因此，反应温度必须加以控制，既可防止超温而使催化剂失活，还可防止由于温度过高而增加SO2的生成量，造成硫转化率降低，使尾气中硫含量超标。为了控制反应温度，防止超温而使催化剂失活，必须快速把反应热移走。目前的反应器采取内置盘管结构或者螺旋绕管结构，管外为催化剂反应床层，管内有冷却水流动，利用盘管或者绕管进行换热，快速把反应热移走。
除了反应温度要加以控制，上述反应还存在湿H2S腐蚀问题，反应器的选择和制造必须要抵抗H2S腐蚀，否则，设备容易被H2S腐蚀破坏甚至开裂、穿孔。为了抵抗H2S腐蚀，除了选用恰当的设备材料之外，设备结构和制造同样重要。
不考虑设备材料的影响，现有反应器采用的盘管或者螺旋绕管结构均存在这些问题：
1、盘管或绕管长达几十米，必须用多根直管拼接后再弯成盘管或者螺旋绕管，拼接处的焊缝是H2S腐蚀容易发生的地方，拼接焊缝越多，发生H2S腐蚀的风险越大。
2、反应器在工作中，盘管或者螺旋绕管是埋入催化剂床层中，在催化剂的压紧下，盘管或者螺旋绕换热管是不能轴向自由伸缩的。当反应器开工时或者温度发生剧烈变化时，盘管或者螺旋绕管在热胀冷缩下必然要自由伸缩，但受催化剂的压紧限制不能伸缩，不能释放温差应力，极有可能导致盘管或者螺旋绕管拉裂或者破坏。
现有采用盘管结构或者螺旋绕管结构的硫回收反应器，盘管或绕管破裂导致不能正常稳定长周期运行的情况时有发生。
发明内容
针对现在硫回收反应器存在的上述不足，本发明提了供一种可以快速移热、结构安全可靠的硫回收等温反应器。
本发明所采用的技术方案是：
一种硫回收等温反应器，包括壳体、径向框、换热套管、中心管、上管板、下管板、汽室、水室、催化剂床和汽包，所述换热套管由换热内套管和套装于换热内套管外部的换热外套管组成；所述换热内套管和换热外套管均由一根空心管制作而成，该换热内套管两端开口，该换热外套管一端开口，一端封闭；所述换热内套管的上端伸出换热外套管并固定连接在上管板上，该换热内套管的顶部与水室连通，底部与换热外套管底部连通；所述换热外套管的上端焊接固定在下管板上，下端伸入催化剂床中，该换热外套管顶部与汽室连通，底部封闭。
进一步的，所述换热外套管底端装有弹性元件。
作为一种具体的优选方式，所述弹性元件为锥形弹簧。
作为一种具体的优选方式，所述换热外套管底端装有顶针。
作为一种具体的优选方式，所述换热外套管底端装有套筒，该换热外套管的下端伸入所述套筒内，所述套筒底部封闭，上端与所述换热外套管之间形成密封区。
当硫回收等温反应器催化剂床层温度发生变化时，换热外套管受温度变化，发生热胀冷缩，长度发生变化，由于上端固定，下端自由，变化的长度可以沿轴向在下端伸缩，释放温差应力，不会对上端与上管板的焊缝产生拉伸或者压缩的外力，从根本上解决了盘管或者螺旋绕管式换热管受催化剂限制在轴向方向不能自由伸缩造成拉裂破坏换热管的隐患。此外，换热外套管为一根长度定制的整管，焊缝只有一处，在有湿H2S腐蚀环境下，大大减少了H2S对换热管焊接焊缝的腐蚀。
换热外套管底端安装的弹性元件、顶针或套筒，可使换热外套管热胀冷缩时更好的在轴向方向上伸缩，更好的保护换热管不因热胀冷缩而破坏。
更进一步的，本发明的第二个发明目的是提供了一种利用上述硫回收等温反应器进行硫回收的工艺，该工艺包括如下步骤：
1)将需回收的酸性气经过酸性气分离器净化过滤，经鼓风机后配入适量的空气，控制H2S含量≤20mol％，O2/H2S≥0.3；
2)将该混合后的酸性气经进料预热器、第一加热器加热到130-300℃，送入硫回收等温反应器进行选择性氧化反应，反应后的气体温度180-300℃，再将反应后的气体送入二合一冷凝器冷却到70-150℃，再送入第一硫分离器分离出液态硫；
3)经第一硫分离器分离后的少量酸性气体，温度为100-150℃，经中间加热器、第二加热器加热到140-250℃后送入硫回收绝热反应器进行选择性氧化反应，反应后的气体温度190-280℃，再将反应后的气体送入二合一冷凝器冷却到70-150℃，再送入第二硫分离器分离出液态硫，最终剩下经净化后的尾气。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、从根本上解决了盘管或者螺旋绕管式换热管受催化剂限制在轴向方向不能自由伸缩而造成的拉裂破坏换热管的隐患。
2、换热外套管为一根长度定制的整管，焊缝只有一处，大大减少了H2S对换热管焊接焊缝的腐蚀。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一个实施例的结构原理图；
图2是发明所述换热套管一个实施例的结构示意图；
图3是发明所述换热套管另一个实施例的结构示意图；
图4是发明所述换热套管另一个实施例的结构示意图；
图5是本发明所述工艺流程图。
具体实施方式
实施例1
一种硫回收等温反应器，如图1所示，包括壳体10、径向框9、换热套管6、中心管7、上管板3、下管板5、汽室4、水室2、催化剂床8和汽包1，所述换热套管6由换热内套管61和套装于换热内套管61外部的换热外套管62组成；所述换热内套管61和换热外套管62均由一根空心管制作而成，该换热内套管61两端开口，该换热外套管62一端开口，一端封闭；所述换热内套管61的上端伸出换热外套管62并固定连接在上管板3上，该换热内套管61的顶部与水室2连通，底部与换热外套管62底部连通；所述换热外套管62的上端焊接固定在下管板5上，下端伸入催化剂床8中，该换热外套管62顶部与汽室4连通，底部封闭。
当硫回收等温反应器催化剂床8温度发生变化时，换热外套管62受温度变化，发生热胀冷缩，长度发生变化，由于上端固定，下端自由，变化的长度可以沿轴向在下端伸缩，释放温差应力，不会对上端与上管板3的焊缝产生拉伸或者压缩的外力，从根本上解决了盘管或者螺旋绕管式换热管受催化剂限制在轴向方向不能自由伸缩而造成的拉裂破坏换热管的隐患。此外，换热外套管62为一根长度定制的整管，焊缝只有与下管板5之间的一处，在有湿H2S腐蚀环境下，相比盘管或者螺旋绕管式换热管的几十处焊接焊缝，大大减少了H2S对换热管焊接焊缝的腐蚀，将焊接造成换热管发生H2S腐蚀的风险降到了最低，确保硫回收等温反应器的长周期稳定运行。
如图2所示，为了防止换热外套管62底部的催化剂影响换热外套管62因热胀冷缩而在轴向方向上的伸缩，在换热外套管62的底部安装了弹性元件63，该弹性元件63的弹性为换热外套管62的热胀冷缩提供了空间。该弹性元件63具体为锥形弹簧。
如图3所示，为了防止换热外套管62底部的催化剂影响换热外套管62因热胀冷缩而在轴向方向上的伸缩，在换热外套管62的底部安装了顶针64，该顶针64可很方便的插入和抽出催化剂层，这样可使换热外套管62热胀冷缩时在催化剂床8中伸缩更自如。
如图4所示，为了防止换热外套管62底部的催化剂影响换热外套管62因热胀冷缩而在轴向方向上的伸缩，在换热外套管62的底部安装了套筒65，该换热外套管62的下端伸入所述套筒65内，所述套筒65底部封闭，上端与所述换热外套管62之间形成密封区。该套筒65的内腔为换热外套管62的热胀冷缩提供了空间。
实施例2
如图5所示，与本发明的硫回收等温反应器相配的硫回收工艺流程，其由酸性气分离器E11、鼓风机E12、进料预热器E13、第一加热器E14、硫回收等温反应器E15、二合一冷凝器E16、第一硫分离器E17、中间加热器E18、第二加热器E19、硫回收绝热反应器E20、第二硫分离器E21组成。工作时，将需回收的酸性气经过酸性气分离器E11净化过滤，经鼓风机E12后配入适量的空气，控制H2S含量≤20mol％，O2/H2S≥0.3；然后将该混合后酸性气经进料预热器E12、第一加热器E14加热到130-300℃，送入硫回收等温反应器E15进行选择性氧化反应，反应后的气体温度180-300℃，再将反应后的气体送入二合一冷凝器E16冷却到70-150℃，再送入第一硫分离器E17分离出液态硫；经第一硫分离器E17分离后的少量酸性气体，温度为100-150℃，经中间加热器E18、第二加热器E19加热到140-250℃后送入硫回收绝热反应器E20进行选择性氧化反应，反应后的气体温度190-280℃，再将反应后的气体送入二合一冷凝器E16冷却到70-150℃，再送入第二硫分离器E21分离出液态硫，最终剩下经净化后的尾气。该硫回收等温反应器及其工艺，可确保硫回收效果一次达标，硫回收总效率大于99％。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种硫回收等温反应器，包括壳体(10)、径向框(9)、换热套管(6)、中心管(7)、上管板(3)、下管板(5)、汽室(4)、水室(2)、催化剂床(8)和汽包(1)，其特征在于：所述换热套管(6)由换热内套管(61)和套装于换热内套管(61)外部的换热外套管(62)组成；所述换热内套管(61)和换热外套管(62)均由一根空心管制作而成，该换热内套管(61)两端开口，该换热外套管(62)一端开口，一端封闭；所述换热内套管(61)的上端伸出换热外套管(62)并固定连接在上管板(3)上，该换热内套管(61)的顶部与水室(2)连通，底部与换热外套管(62)底部连通；所述换热外套管(62)的上端焊接固定在下管板(5)上，下端伸入催化剂床(8)中，该换热外套管(62)顶部与汽室(4)连通，底部封闭。
2.根据权利要求1所述的硫回收等温反应器，其特征在于：所述换热外套管(62)底端装有弹性元件(63)。
3.根据权利要求2所述的硫回收等温反应器，其特征在于：所述弹性元件(63)为锥形弹簧。
4.根据权利要求1所述的硫回收等温反应器，其特征在于：所述换热外套管(62)底端装有顶针(64)。
5.根据权利要求1所述的硫回收等温反应器，其特征在于：所述换热外套管(62)底端装有套筒(65)，该换热外套管(62)的下端伸入所述套筒(65)内，所述套筒(65)底部封闭，上端与所述换热外套管(62)之间形成密封区。
6.一种利用权利要求1-5任一项所述硫回收等温反应器进行硫回收的工艺，其特征在于：包括如下步骤：
1)将需回收的酸性气经酸性气分离器(E11)、鼓风机后(E12)，配入适量的空气，配入空气后H2S含量≤20mol％，O2/H2S≥0.3；
2)将混合后的酸性气经进料预热器(E13)、第一加热器(E14)后，送入权利要求1-3之一所述硫回收等温反应器(E15)内，再将反应后的气体送入二合一冷凝器(E16)、第一硫分离器(E17)分离出液态硫；其中，进入硫回收等温反应器(E15)的酸性气温度为130-300℃，进入二合一冷凝器(E16)的反应后酸性气温度为180-300℃，进入第一硫分离器(E17)的反应后酸性气温度70-150℃；
3)经第一硫分离器(E17)分离后的酸性气，经中间加热器(E18)、第二加热器(E19)后，送入硫回收绝热反应器(E20)内，再将反应后的气体送入二合一冷凝器(E16)、第二硫分离器(E21)分离出液态硫，送出净化后的尾气；其中，进入中间加热器(E18)的酸性气温度为100-150℃，进入硫回收绝热反应器(E20)的酸性气温度为140-250℃，进入二合一冷凝器(E16)的反应后酸性气温度为190-280℃，进入第二硫分离器(E21)的反应后酸性气温度70-150℃。
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