CN111661823A - 一种处理克劳斯法硫磺回收装置尾气的装置和处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种处理克劳斯法硫磺回收装置尾气的装置和处理方法，该装置通过一级反应器+一级冷凝器(一转一凝)，反应采用高效蜂巢铂金催化剂和普通钒基催化剂，成酸系统采用玻璃管冷凝装置，得到高浓度硫酸产品，尾气处理采用活性炭催化剂催化转化，最终尾气排放满足SO2≤50mg/m3、NOx≤50mg/m3、酸雾≤5mg/m3(基于3％氧含量)。解决了现有技术的装置存在占地大、能耗高、投资和操作费用高、有废液排放等问题，本发明总硫回收效率高，总硫回收率超过99.9％，长周期运行能耗低，装置占地面积小，环保指标高：同时不产生任何废水废液，综合以上排放指标满足国家对烟气超净排放的要求。

Description

一种处理克劳斯法硫磺回收装置尾气的装置和处理方法
技术领域
本发明涉及一种处理克劳斯法硫磺回收装置尾气的装置和处理方法，属于回收尾气装置技术领域。
背景技术
由于克劳斯反应是可逆的，采用克劳斯工艺的硫磺回收装置受到化学平衡的限制，总硫回收率不大于99％，排放的尾气中含有少量的H2S，SO2，COS，SX等有害物质，直接焚烧后排放达不到规定的环保要求，目前使用比较广泛的工艺有：尾气加氢还原吸收工艺、低温克劳斯工艺和选择性氧化工艺。
为应对日趋严格的环保标准，有效减少烟气中SO2浓度，在原有工艺的基础上，各家设计公司相应采取了工艺改进，但是仍存在占地大、能耗高、投资和操作费用高、有废液排放等问题。
发明内容
本发明为了解决上述背景技术中提到的问题，提出一种处理克劳斯法硫磺回收装置尾气的装置和处理方法，能够以克劳斯法硫磺回收装置尾气为原料经过反应转化、冷凝成酸等过程产生高浓度硫酸的工艺。
本发明提出一种处理克劳斯法硫磺回收装置尾气的装置，包括加热器、反应器、冷凝器、静电除雾器、风机、活性炭反应器、烟囱和酸罐，所述加热器、反应器、冷凝器、静电除雾器、风机、活性炭反应器和烟囱依次连接，所述冷凝器的顶端为出气口，底端为出酸口，所述冷凝器的底端出酸口与酸罐连接；所述活性炭反应器还与冷凝器的上部连接，所述活性炭反应器内设置有活性炭催化剂床层；所述反应器包括两个翅片管换热器、催化剂床层和铂金催化剂床层，所述反应器壳体内从上至下依次设置有铂金催化剂床层、一个翅片管换热器、催化剂床层和另一个翅片管换热器，所述铂金催化剂床层将各种含硫化合物和单质硫被铂金催化剂转化为SO2。
优选地，所述铂金催化剂床层内设置有蜂巢铂金催化剂。
优选地，所述催化剂床层内设置有钒基催化剂。
优选地，所述反应器入口温度控制在400℃-440℃，出口温度控制在不超过280℃。
更优选地，所述反应器入口温度控制在440℃。
优选地，所述反应器压力为微正压。
优选地，所述冷凝器包括三套玻璃管换热器，每套玻璃管换热器采用水平管形式。
优选地，所述活性炭催化剂床层催化转化本装置内尾气中的SO2。
一种所述的处理克劳斯法硫磺回收装置尾气的装置的处理方法，具体包括以下步骤：
(1)首先，硫磺回收装置尾气经过加热器加热至400℃～440℃，热的工艺气被送至反应器中，在两层催化剂作用下，SO2转化为SO3，同时放出热量，在催化剂床层的上下安装有两个翅片管换热器用以层间降温和提取反应热；
(2)然后，反应器出口工艺气进入冷凝器中，硫酸在三层玻璃管换热器壳程被冷凝，依次冷却至260℃、110℃和70℃，进而流出至酸罐中，工艺气中未被冷凝下来的酸雾在静电除雾器中去除，静电除雾器中收集的酸通过重力流回到冷凝器中，逐级升温浓缩，最终收集到酸罐中；
(3)最后，处理后的工艺气经过风机被送至活性炭反应器中，活性炭反应器中的活性炭作为催化剂，工艺气缓慢通过活性炭催化剂床层，残留的SO2最终集聚于炭的微孔中的表面上而被氧化，经过水洗后形成稀酸，稀酸被送至冷凝器顶部继续回收，干净的气体最终通过烟囱排放到大气中。
优选地，所述反应器出口温度控制在275℃，保持微正压，SO2转化SO3转化率不低于96％。
本发明所述的处理克劳斯法硫磺回收装置尾气的装置和处理方法的有益效果为：
(1)总硫回收效率高：本硫磺回收尾气处理工艺采用一转一凝制硫酸工艺，采用高效转化催化剂和玻璃管冷凝器，总硫回收率超过99.9％。
(2)长周期运行能耗低：通过采用高效的导热盐翅片管换热系统，对系统中产生的氧化放热、水合热、焚烧余热进行回收利用，副产高品质蒸汽。
(3)装置占地面积小：采用高效的转化、冷凝和热回收装置，系统布置紧凑合理，占地面积小。
(4)环保指标高：采用专利的高效湿法电除雾器控制酸雾到小于5mg/Nm3；采用特有的活性炭催化氧化工艺处理尾气中的SO2，使SO2排放小于50mg/Nm3，同时不产生任何废水废液(以上指标均为干基、折算为3％v氧含量)。综合以上排放指标满足国家对烟气超净排放的要求。
(5)本发明的工艺将硫磺回收装置尾气中的各种含硫化合物和单质硫转化为浓硫酸，流程短、能量回收利用率高，无废液排放，尾气排放指标满足最苛刻的环保要求。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
在附图中：
图1是本发明所述的处理克劳斯法硫磺回收装置尾气的装置的结构示意图；
图中：1-加热器；2-反应器；3-翅片管换热器；4-催化剂床层；5-铂金催化剂床层；6-冷凝器；7-玻璃管换热器；8-静电除雾器；9-风机；10-活性炭反应器；11-活性炭催化剂床层；12-烟囱；13-储酸罐。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明：
具体实施方式一：参见图1说明本实施方式。本实施方式所述的处理克劳斯法硫磺回收装置尾气的装置，包括加热器1、反应器2、冷凝器6、静电除雾器8、风机9、活性炭反应器10、烟囱12和储酸罐13，所述加热器1、反应器2、冷凝器6、静电除雾器8、风机9、活性炭反应器10和烟囱12依次连接，所述冷凝器6的底端出酸口与储酸罐13连接；所述活性炭反应器10还与冷凝器6的上部连接，所述活性炭反应器10内设置有活性炭催化剂床层11，所述反应器2包括两个翅片管换热器3、催化剂床层4和铂金催化剂床层5，所述反应器2壳体内从上至下依次设置有铂金催化剂床层5、一个翅片管换热器3、催化剂床层4和另一个翅片管换热器3，所述铂金催化剂床层5将各种含硫化合物和单质硫被铂金催化剂转化为SO2。
所述铂金催化剂床层5内设置有蜂巢铂金催化剂，所述催化剂床层4内设置有钒基催化剂，经过两层催化剂床层，将硫磺回收装置尾气中的各种硫单质和化合物氧化为SO2。本发明反应器2第一段的催化剂床层5设置高效蜂巢铂金催化剂，硫磺回收装置尾气经加热后进入铂金催化剂床层5，工艺气中各种含硫化合物和单质硫被铂金催化剂转化为SO2，SO2进一步转化为SO3，含酸工艺气经过冷凝器6进行冷却成酸。
所述反应器2入口温度控制在400℃-440℃，出口温度控制在不超过280℃。所述反应器2入口温度控制在440℃。所述反应器2压力为微正压。
所述冷凝器6包括三套玻璃管换热器7，每套玻璃管换热器7采用水平管形式。
所述活性炭催化剂床层11催化转化本装置内尾气中的SO2。
来自冷凝器6的硫酸温度为200℃，高温酸通过换热器冷却，产品酸通过泵送至业主酸储罐中。
本发明通过采用高效的导热盐翅片管换热器3，对系统中产生的氧化放热、水合热、焚烧余热进行回收利用，副产高品质蒸汽。翅片管换热器3的管程采用导热盐，导热盐换热系统用来控制反应器2内的温度处于最佳温度范围，导热盐系统回收的反应热可用来产生高品质蒸汽。
一种所述的处理克劳斯法硫磺回收装置尾气的装置的处理方法，具体包括以下步骤：
(1)首先，硫磺回收装置尾气经过加热器1加热至400℃～440℃，热的工艺气被送至反应器2中，在两层催化剂层作用下，SO2转化为SO3，同时放出热量，在催化剂床层4的上下安装有两个翅片管换热器3用以层间降温和提取反应热；
(2)然后，反应器2出口工艺气进入冷凝器6中，硫酸在三层玻璃管换热器7壳程被冷凝，依次冷却至260℃、110℃和70℃，进而流出至酸罐13中，工艺气中未被冷凝下来的酸雾在静电除雾器8中去除，静电除雾器8中收集的酸通过重力流回到冷凝器6中，逐级升温浓缩，最终收集到酸罐13中；
(3)最后，处理后的工艺气经过风机9被送至活性炭反应器10中，活性炭反应器10中的活性炭作为催化剂，工艺气缓慢通过活性炭催化剂床层11，残留的SO2最终集聚于炭的微孔中的表面上而被氧化，经过水洗后形成稀酸，稀酸被送至冷凝器6顶部继续回收，干净的气体最终通过烟囱12排放到大气中。
所述反应器2出口温度控制在275℃，保持微正压，SO2转化SO3转化率不低于96％。
本发明涉及的是一种加工处理硫磺回收装置尾气生产高浓度硫酸(硫酸浓度96～98％W)的组合工艺，具体地说属于适用于以克劳斯法硫磺回收工艺的尾气为原料，采用反应转化+冷凝成酸+活性炭转化的化工过程进行处理。通过一级反应器+一级冷凝器(一转一凝)，反应采用高效蜂巢铂金催化剂和普通钒基催化剂，成酸系统采用玻璃管冷凝器，得到高浓度硫酸产品，尾气处理采用活性炭催化剂(LTCC)催化转化，最终尾气排放满足SO2≤50mg/m3、NOx≤50mg/m3、酸雾≤5mg/m3(基于3％氧含量)。
本发明采用专有的加工处理酸性气生产高浓度硫酸(硫酸浓度96～98％W)的组合工艺，生产的硫酸产品满足GB/T534-2014优等品硫酸质量要求。
采用本发明的工艺生产的硫酸产品指标达到：
Figure BDA0002577722760000041
具体实施方式二：参见图1说明本实施方式。
装置规模为1000吨/年，原料为硫磺回收装置尾气2800kg/h。
原料经过加热器1加热至420℃，热的工艺气被送至反应器2中，反应器2入口压力为4KPa(g)，出口压力-1.5KPa(g)，出口温度280℃，反应器中SO2转化SO3转化率为96％。
反应器2出口工艺气进入冷凝器6中，工艺气自下往上依次经三套玻璃管换热器7冷却至260℃、110℃和70℃，120kg/h高浓度硫酸在玻璃管换热器壳程被冷凝自流至储酸罐13中，工艺气中未被冷凝下来的酸雾在静电除雾器8中去除，静电除雾器8中收集的酸通过重力流回到冷凝器6中，逐级升温浓缩，最终收集到酸系统中。
处理后的工艺气经过风机9被送至活性炭反应器10中，活性炭反应器10的温度为60℃，压力为1.4KPa(g)，工艺气缓慢通过活性炭催化剂床层11，残留的SO2最终集聚于炭的微孔中的表面上而被氧化，经过水洗后形成稀酸，稀酸被送至冷凝器6顶部继续回收，干净的气体最终通过烟囱12排放到大气中。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明。所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，还可以是上述各个实施方式记载的特征的合理组合，凡在本发明精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种处理克劳斯法硫磺回收装置尾气的装置，其特征在于，包括加热器(1)、反应器(2)、冷凝器(6)、静电除雾器(8)、风机(9)、活性炭反应器(10)、烟囱(12)和储酸罐(13)，所述加热器(1)、反应器(2)、冷凝器(6)、静电除雾器(8)、风机(9)、活性炭反应器(10)和烟囱(12)依次连接，所述冷凝器(6)的底端出酸口与储酸罐(13)连接；所述活性炭反应器(10)还与冷凝器(6)的上部连接，所述活性炭反应器(10)内设置有活性炭催化剂床层(11)，
所述反应器(2)包括两个翅片管换热器(3)、催化剂床层(4)和铂金催化剂床层(5)，所述反应器(2)壳体内从上至下依次设置有铂金催化剂床层(5)、一个翅片管换热器(3)、催化剂床层(4)和另一个翅片管换热器(3)，所述铂金催化剂床层(5)将各种含硫化合物和单质硫被铂金催化剂转化为SO2。
2.根据权利要求1所述的处理克劳斯法硫磺回收装置尾气的装置，其特征在于，所述铂金催化剂床层(5)内设置有蜂巢铂金催化剂。
3.根据权利要求1所述的处理克劳斯法硫磺回收装置尾气的装置，其特征在于，所述催化剂床层(4)内设置有钒基催化剂。
4.根据权利要求1所述的处理克劳斯法硫磺回收装置尾气的装置，其特征在于，所述反应器(2)入口温度控制在400℃-440℃，出口温度控制在不超过280℃。
5.根据权利要求3所述的处理克劳斯法硫磺回收装置尾气的装置，其特征在于，所述反应器(2)入口温度控制在440℃。
6.根据权利要求1所述的处理克劳斯法硫磺回收装置尾气的装置，其特征在于，所述反应器(2)压力为微正压。
7.根据权利要求1所述的处理克劳斯法硫磺回收装置尾气的装置，其特征在于，所述冷凝器(6)包括三套玻璃管换热器(7)，每套玻璃管换热器(7)采用水平管形式。
8.根据权利要求1所述的处理克劳斯法硫磺回收装置尾气的装置，其特征在于，所述活性炭催化剂床层(11)催化转化本装置内尾气中的SO2。
9.一种如权利要求1-8任一项所述的处理克劳斯法硫磺回收装置尾气的装置的处理方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
(1)首先，硫磺回收装置尾气经过加热器(1)加热至400℃～440℃，热的工艺气被送至反应器(2)中，在两层催化剂层作用下，SO2转化为SO3，同时放出热量，在催化剂床层(4)的上下安装有两个翅片管换热器(3)用以层间降温和提取反应热；
(2)然后，反应器(2)出口工艺气进入冷凝器(6)中，硫酸在三层玻璃管换热器(7)壳程被冷凝，依次冷却至260℃、110℃和70℃，进而流出至储酸罐(13)中，工艺气中未被冷凝下来的酸雾在静电除雾器(8)中去除，静电除雾器(8)中收集的酸通过重力流回到冷凝器(6)中，逐级升温浓缩，最终收集到储酸罐(13)中；
(3)最后，处理后的工艺气经过风机(9)被送至活性炭反应器(10)中，活性炭反应器(10)中的活性炭作为催化剂，工艺气缓慢通过活性炭催化剂床层(11)，残留的SO2最终集聚于炭的微孔中的表面上而被氧化，经过水洗后形成稀酸，稀酸被送至冷凝器(6)顶部继续回收，干净的气体最终通过烟囱(12)排放到大气中。
10.根据权利要求9所述的处理克劳斯法硫磺回收装置尾气的装置的处理方法，其特征在于，所述反应器(2)出口温度控制在275℃，保持微正压，SO2转化SO3转化率不低于96％。
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