CN114180534A - 应用于纯氧硫磺回收工艺的循环冷却装置及循环冷却方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种应用于纯氧硫磺回收工艺的循环冷却装置及循环冷却方法，涉及硫磺回收技术领域，制硫燃烧炉、余热锅炉和冷凝冷却器依次连通，冷凝冷却器的出口通过冷却出气管与克劳斯反应单元连通，酸性气进气管和进氧管均与制硫燃烧炉的进口连通，加热器设置于酸性气进气管上，循环回流组件的两端分别与冷却出气管和酸性气进气管连接，循环回流组件与酸性气进气管的连接处位于加热器与制硫燃烧炉的进口之间，用于将冷凝冷却器排出的过程气的一部分抽送至酸性气进气管，温度传感器设置于制硫燃烧炉中，温度传感器和循环回流组件均与控制器连接。该装置及方法能够控制炉膛温度，实现了富氧甚至纯氧在硫磺回收装置应用，降低了装置投资成本。
Description
技术领域
本发明涉及硫磺回收技术领域，特别是涉及一种应用于纯氧硫磺回收工艺的循环冷却装置及循环冷却方法。
背景技术
国内炼化企业硫磺回收装置的运行负荷经常性受到采购原油硫含量的困扰，由于原有配给种类的变化部分企业被迫对现有硫磺回收装置进行扩能改造甚至新建硫磺回收装置，有的企业则造成硫磺回收装置能力的闲置。如何在紧缩装置建设成本的前提下获得最大的提高装置处理能力，或在原有装置的基础上进行小规模的改造，而能不断适应原油中变化频繁的硫含量变化，就不可避免的提到议事日程上来。
富氧技术就是利用氧气部分或全部替代空气投入克劳斯反应，可以避免空气中大量的惰性气体进入系统，使过程气的量大大减少至普通设计的1/2-2/3，设备、管线的尺寸将大大减低，从而可以大幅度降低装置的建设成本，为局部改造提高原有装置的处理能力提供了可能。
在制硫燃烧炉中用纯氧替代空气后导致燃烧产物大大减少，剧烈释放的热量使炉膛温度剧烈升高，以至于超出耐火材料的极限温度，常规炼化企业酸性废气中H2S浓度在80～85％左右，采用纯氧后制硫燃烧炉炉膛温度高达2200℃，炉膛温度过高会导致制硫燃烧炉容易损坏，降低了使用寿命。
发明内容
为解决以上技术问题，本发明提供一种应用于纯氧硫磺回收工艺的循环冷却装置及循环冷却方法，能够控制炉膛温度，实现了富氧甚至纯氧在硫磺回收装置应用，降低了装置投资成本。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种应用于纯氧硫磺回收工艺的循环冷却装置，包括制硫燃烧炉、余热锅炉、冷凝冷却器、克劳斯反应单元、酸性气进气管、加热器、进氧管、冷却出气管、循环回流组件、温度传感器和控制器，所述制硫燃烧炉、所述余热锅炉和所述冷凝冷却器依次连通，所述冷凝冷却器的出口通过所述冷却出气管与所述克劳斯反应单元连通，所述酸性气进气管和所述进氧管均与所述制硫燃烧炉的进口连通，所述加热器设置于所述酸性气进气管上，所述循环回流组件的两端分别与所述冷却出气管和所述酸性气进气管连接，所述循环回流组件与所述酸性气进气管的连接处位于所述加热器与所述制硫燃烧炉的进口之间，所述温度传感器设置于所述制硫燃烧炉中，所述温度传感器和所述循环回流组件均与所述控制器连接。
优选地，所述循环回流组件包括循环回流管和循环风机，所述循环回流管的两端分别与所述冷却出气管和所述酸性气进气管连接，所述循环风机设置于所述循环回流管上，所述循环风机与所述控制器连接。
优选地，所述循环风机为变频加压风机。
优选地，所述酸性气进气管上设置有第一流量阀，所述加热器、所述第一流量阀以及所述循环回流组件与所述酸性气进气管的连接处依次设置。
优选地，所述进氧管上设置有第二流量阀。
本发明还提供一种应用于纯氧硫磺回收工艺的循环冷却装置的循环冷却方法，包括以下步骤：
步骤一、酸性气首先经过所述加热器升温后进入所述制硫燃烧炉，纯氧经过所述进氧管进入所述制硫燃烧炉，在所述制硫燃烧炉中燃烧进而分解酸性气中的杂质；
步骤二、在所述制硫燃烧炉完成燃烧的过程气进入所述余热锅炉回收热量后使得温度降低；
步骤三、由所述余热锅炉排出的过程气进入所述冷凝冷却器进一步降温，由所述余热锅炉排出的过程气中的雾状硫磺被冷凝回收，由所述冷凝冷却器排出的过程气的一部分在所述循环回流组件的抽送作用下经过所述酸性气进气管回流至所述制硫燃烧炉进而抑制炉温，由所述冷凝冷却器排出的过程气的另一部分进入所述克劳斯反应单元。
优选地，在步骤一中，酸性气经过所述加热器升温至160℃后进入所述制硫燃烧炉。
优选地，在步骤二中，在所述制硫燃烧炉完成燃烧的过程气进入所述余热锅炉回收热量后使得温度降低至320℃。
优选地，在步骤三中，由所述余热锅炉排出的过程气进入所述冷凝冷却器进一步降温至160℃，由所述冷凝冷却器排出的过程气的38～42v％在所述循环回流组件的抽送作用下经过所述酸性气进气管回流至所述制硫燃烧炉进而抑制炉温，由所述冷凝冷却器排出的过程气的58～62v％进入所述克劳斯反应单元。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明提供的应用于纯氧硫磺回收工艺的循环冷却装置及循环冷却方法，制硫燃烧炉、余热锅炉和冷凝冷却器依次连通，冷凝冷却器的出口通过冷却出气管与克劳斯反应单元连通，酸性气进气管和进氧管均与制硫燃烧炉的进口连通，循环回流组件的两端分别与冷却出气管和酸性气进气管连接，循环回流组件与酸性气进气管的连接处位于加热器与制硫燃烧炉的进口之间，由冷凝冷却器排出的过程气的一部分在循环回流组件的抽送作用下经过酸性气进气管回流至制硫燃烧炉进而抑制炉温，由冷凝冷却器排出的过程气的另一部分进入克劳斯反应单元。经过冷却冷凝器冷却之后的部分过程气与酸性气混合，降低酸性气的浓度，从而将制硫燃烧炉的温度控制在一个相对合理的水平，回流的过程气不参与反应，仅作为过程气载体，起到平衡制硫燃烧炉温度的作用，实现了富氧甚至纯氧在硫磺回收装置应用，富氧技术可以大幅度降低装置的建设成本，同时避免减少制硫燃烧炉的使用寿命。
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，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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为本发明提供的应用于纯氧硫磺回收工艺的循环冷却装置的结构示意图。
附图标记说明：100、应用于纯氧硫磺回收工艺的循环冷却装置；1、制硫燃烧炉；2、余热锅炉；3、冷凝冷却器；4、克劳斯反应单元；5、酸性气进气管；6、加热器；7、进氧管；8、冷却出气管；9、循环回流管；10、循环风机；11、控制器；12、第一流量阀；13、第二流量阀。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种应用于纯氧硫磺回收工艺的循环冷却装置及循环冷却方法，能够控制炉膛温度，实现了富氧甚至纯氧在硫磺回收装置应用，降低了装置投资成本。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本实施例提供一种应用于纯氧硫磺回收工艺的循环冷却装置100，包括制硫燃烧炉1、余热锅炉2、冷凝冷却器3、克劳斯反应单元4、酸性气进气管5、加热器6、进氧管7、冷却出气管8、循环回流组件、温度传感器和控制器11，制硫燃烧炉1、余热锅炉2和冷凝冷却器3依次连通，冷凝冷却器3的出口通过冷却出气管8与克劳斯反应单元4连通，余热锅炉2的作用是将制硫燃烧炉1燃烧产生的热量移走，产生蒸汽，冷凝冷却器3的作用是进一步降低过程气的温度，并将冷凝下来的液硫与气相分离，克劳斯反应单元4包括二级或三级反应器及相应的冷却器，作用是利用催化剂的作用进一步促进硫化氢转化为硫磺。酸性气进气管5和进氧管7均与制硫燃烧炉1的进口连通，加热器6设置于酸性气进气管5上，循环回流组件的两端分别与冷却出气管8和酸性气进气管5连接，循环回流组件与酸性气进气管5的连接处位于加热器6与制硫燃烧炉1的进口之间，温度传感器设置于制硫燃烧炉1中，温度传感器和循环回流组件均与控制器11连接。
硫化氢完全反应生成硫磺的方程式如下：2H2S+O2＝S2+2H2O，酸性气在制硫燃烧炉1中如果按照反应当量比提供氧气，H2S全部燃烧生成硫磺将造成制硫燃烧炉1的温度超高。循环回流组件用于将冷凝冷却器3排出的过程气的一部分抽送至酸性气进气管5，与酸性气混合，降低酸性气的浓度，从而将制硫燃烧炉1的温度控制在一个相对合理的水平，回流的过程气不参与反应，仅作为过程气载体，起到平衡制硫燃烧炉1温度的作用，实现了富氧甚至纯氧在硫磺回收装置应用，富氧技术可以大幅度降低装置的建设成本，同时避免减少制硫燃烧炉1的使用寿命，具体地，应用于在用装置的改造可以提高220％的装置处理能力，应用于新建硫磺回收装置可以降低40％的装置投资成本。
具体地，循环回流组件包括循环回流管9和循环风机10，循环回流管9的两端分别与冷却出气管8和酸性气进气管5连接，循环风机10设置于循环回流管9上，循环风机10与控制器11连接。在控制器11中设定制硫燃烧炉1的炉膛温度，温度传感器将温度信号传输给控制器11，当测得的温度值与设定的温度值不符合时，控制器11根据炉膛的设定温度值来调节循环风机10的转速，通过改变冷凝冷却器3排出的过程气回流至酸性气进气管5的流量来实现制硫燃烧炉1的炉膛温度的调节，使其达到设定值。当炉膛温度高于设定值时增加循环风机10的冷却回流量，当炉膛温度低于设定值时，减少循环风机10的冷却回流量。
于本具体实施例中，循环风机10为变频加压风机。
具体地，酸性气进气管5上设置有第一流量阀12，加热器6、第一流量阀12以及循环回流组件与酸性气进气管5的连接处依次设置，通过第一流量阀12能够控制酸性气的流量。
具体地，进氧管7上设置有第二流量阀13，通过第二流量阀13能够控制纯氧的流量，氧气供应量根据硫化氢完全反应生成硫磺的当量比例控制。
本实施还提供一种应用于纯氧硫磺回收工艺的循环冷却装置100的循环冷却方法，包括以下步骤：
步骤一、酸性气首先经过加热器6升温后进入制硫燃烧炉1，纯氧经过进氧管7进入制硫燃烧炉1，在制硫燃烧炉1中燃烧，产生极高的温度进而分解酸性气中的杂质；经燃烧，将酸性气中烃类等有机物全部分解，在炉内约58～65v％的H2S进行高温克劳斯反应转化为硫。
步骤二、在制硫燃烧炉1完成燃烧的过程气进入余热锅炉2回收热量后使得温度降低；
步骤三、由余热锅炉2排出的过程气进入冷凝冷却器3进一步降温，由余热锅炉2排出的过程气中的雾状硫磺被冷凝回收，由冷凝冷却器3排出的过程气的一部分在循环回流组件的抽送作用下经过酸性气进气管5回流至制硫燃烧炉1进而抑制炉温，由冷凝冷却器3排出的过程气的另一部分进入克劳斯反应单元4。
具体地，在步骤一中，酸性气经过加热器6升温至160℃后进入制硫燃烧炉1。
具体地，在步骤二中，在制硫燃烧炉1完成燃烧的过程气进入余热锅炉2回收热量后使得温度降低至320℃。
具体地，在步骤三中，由余热锅炉2排出的过程气进入冷凝冷却器3进一步降温至160℃，由冷凝冷却器3排出的过程气的38～42v％在循环回流组件的抽送作用下经过酸性气进气管5回流至制硫燃烧炉1进而抑制炉温，使得制硫燃烧炉1的炉膛温度为1250～1350℃，由冷凝冷却器3排出的过程气的58～62v％进入克劳斯反应单元4。由冷凝冷却器3排出的过程气回流至制硫燃烧炉1的体积百分比根据制硫燃烧炉1的炉膛温度进行实时调整，该比例由控制器11对循环风机10进行控制。
克劳斯反应单元4属于常规克劳斯工艺，简述如下：
根据反应温度要求，一级硫冷凝器出来的过程气进入一级加热器升温至240℃后进入一级转化器，在催化剂的作用下，过程气中的H2S和SO2进行Claus反应，转化为元素硫，自一级转化器出来的高温过程气(约358.6℃)进入二级硫冷凝器，过程气经二级硫冷凝器冷却至160℃，二级硫冷凝器发生0.4MPa(G)低压饱和蒸汽回收余热，反应生成的元素硫凝为液态，液硫捕集分离后进入硫封罐；由二级硫冷凝器出来的过程气进入二级加热器，升温至220℃进入二级转化器，使过程气中剩余的H2S和SO2进一步发生催化转化，自二级转化器出来的高温过程气(约256.4℃)进入三级硫冷凝器，过程气经三级硫冷凝器冷却至160℃，三级硫冷凝器发生0.4MPa(G)低压饱和蒸汽回收余热，反应生成的元素硫凝为液态，液硫捕集分离后进入硫封罐；由三级硫冷凝器出来的制硫尾气进入尾气分液罐，将携带的少量液硫捕集下来，经硫封罐送至液硫池，尾气分液罐顶部出来的过程气进入尾气焚烧部分。
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (9)
1.一种应用于纯氧硫磺回收工艺的循环冷却装置，其特征在于，包括制硫燃烧炉、余热锅炉、冷凝冷却器、克劳斯反应单元、酸性气进气管、加热器、进氧管、冷却出气管、循环回流组件、温度传感器和控制器，所述制硫燃烧炉、所述余热锅炉和所述冷凝冷却器依次连通，所述冷凝冷却器的出口通过所述冷却出气管与所述克劳斯反应单元连通，所述酸性气进气管和所述进氧管均与所述制硫燃烧炉的进口连通，所述加热器设置于所述酸性气进气管上，所述循环回流组件的两端分别与所述冷却出气管和所述酸性气进气管连接，所述循环回流组件与所述酸性气进气管的连接处位于所述加热器与所述制硫燃烧炉的进口之间，所述温度传感器设置于所述制硫燃烧炉中，所述温度传感器和所述循环回流组件均与所述控制器连接。
2.根据权利要求1所述的应用于纯氧硫磺回收工艺的循环冷却装置，其特征在于，所述循环回流组件包括循环回流管和循环风机，所述循环回流管的两端分别与所述冷却出气管和所述酸性气进气管连接，所述循环风机设置于所述循环回流管上，所述循环风机与所述控制器连接。
3.根据权利要求2所述的应用于纯氧硫磺回收工艺的循环冷却装置，其特征在于，所述循环风机为变频加压风机。
4.根据权利要求1所述的应用于纯氧硫磺回收工艺的循环冷却装置，其特征在于，所述酸性气进气管上设置有第一流量阀，所述加热器、所述第一流量阀以及所述循环回流组件与所述酸性气进气管的连接处依次设置。
5.根据权利要求1所述的应用于纯氧硫磺回收工艺的循环冷却装置，其特征在于，所述进氧管上设置有第二流量阀。
6.一种基于如权利要求1-5中任一项所述的应用于纯氧硫磺回收工艺的循环冷却装置的循环冷却方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、酸性气首先经过所述加热器升温后进入所述制硫燃烧炉，纯氧经过所述进氧管进入所述制硫燃烧炉，在所述制硫燃烧炉中燃烧进而分解酸性气中的杂质；
步骤二、在所述制硫燃烧炉完成燃烧的过程气进入所述余热锅炉回收热量后使得温度降低；
步骤三、由所述余热锅炉排出的过程气进入所述冷凝冷却器进一步降温，由所述余热锅炉排出的过程气中的雾状硫磺被冷凝回收，由所述冷凝冷却器排出的过程气的一部分在所述循环回流组件的抽送作用下经过所述酸性气进气管回流至所述制硫燃烧炉进而抑制炉温，由所述冷凝冷却器排出的过程气的另一部分进入所述克劳斯反应单元。
7.根据权利要求6所述的应用于纯氧硫磺回收工艺的循环冷却装置的循环冷却方法，其特征在于，在步骤一中，酸性气经过所述加热器升温至160℃后进入所述制硫燃烧炉。
8.根据权利要求6所述的应用于纯氧硫磺回收工艺的循环冷却装置的循环冷却方法，其特征在于，在步骤二中，在所述制硫燃烧炉完成燃烧的过程气进入所述余热锅炉回收热量后使得温度降低至320℃。
9.根据权利要求6所述的应用于纯氧硫磺回收工艺的循环冷却装置的循环冷却方法，其特征在于，在步骤三中，由所述余热锅炉排出的过程气进入所述冷凝冷却器进一步降温至160℃，由所述冷凝冷却器排出的过程气的38～42v％在所述循环回流组件的抽送作用下经过所述酸性气进气管回流至所述制硫燃烧炉进而抑制炉温，由所述冷凝冷却器排出的过程气的58～62v％进入所述克劳斯反应单元。
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