CN117000036A - 一种硫磺回收开停工阶段二氧化硫达标排放系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种硫磺回收开停工阶段二氧化硫达标排放系统及方法，包括多个催化吸附反应器，多个所述催化吸附反应器依次串联成一个催化吸附组，所述催化吸附组串联在焚烧炉和烟囱之间；所述焚烧炉中产生的气体依次经过催化吸附组中的多个串联的催化吸附反应器完成多级催化吸附二氧化硫，且通过烟囱完成尾气排放。本方案中，通过催化吸附组中串联设置的多个催化吸附反应器实现对焚烧炉中产生的含硫尾气的分级吸附，经由多个串联设置的催化吸附反应器的吸附后，最终从烟囱排出的尾气中二氧化硫含量低于国家要求的100mg/m3，从而能够有效的实现硫磺回收装置开停工阶段二氧化硫的达标排放，实际解决了开停工阶段二氧化硫超标排放的问题。
Description
技术领域
本发明涉及硫磺回收装置尾气处理设备技术领域，具体涉及一种硫磺回收开停工阶段二氧化硫达标排放系统及方法。
背景技术
炼厂或天然气净化厂硫磺回收装置尾气中含硫化氢、二氧化硫、羰基硫、二硫化碳、二氧化碳、氢气、一氧化碳、氮气等气体，其中硫化物作为最主要的污染物，如果将其直接排放，势必会造成恶劣的环境污染。因此，必须对硫磺回收装置尾气进行处理，国家环保部于2015年5月16日发布了《石油炼制工业污染物排放标准》(GB31570)发布稿，该标准明确规定国内一般地区炼厂硫磺回收装置排放尾气中二氧化硫(SO2)浓度限值为400mg/m3，特别地区的排放限值为100mg/m3，还有一些特殊地域提出了更高的要求。特别需要注意的是，硫磺回收装置在开工阶段，酸气通常低于设计负荷运行，燃烧炉温度低、硫化氢转化率低、烃组分不能完全燃烧产生黑硫磺影响硫磺质量、过程气热负荷不够，影响克劳斯催化剂床层温度和转化率、酸气放火炬或克劳斯尾气进入焚烧炉直接燃烧转化成二氧化硫等，都造成硫磺回收装置开工初期高浓度二氧化硫排入大气污染大气环境；硫磺回收装置停工时，由于反应温度降低，催化剂孔道中会积累部分单质硫，堵塞催化剂床层甚至造成板结，影响催化剂床层压降、催化剂活性及下次开车，必须进行除硫作业，但目前采用的燃烧炉烟气除硫方法产生大量硫化物通过焚烧炉转化成二氧化硫排入大气，二氧化硫浓度往往远超国家标准。故而，硫磺回收装置开停工阶段的二氧化硫达标排放问题成为了行业亟需解决的首要问题。
发明内容
本发明目的在于提供一种硫磺回收开停工阶段二氧化硫达标排放系统及方法，实现硫磺回收装置开停工阶段二氧化硫的达标排放，解决在开停工阶段二氧化硫超标排放的问题。
本发明通过下述技术方案实现：
一种硫磺回收开停工阶段二氧化硫达标排放系统，包括多个催化吸附反应器，多个所述催化吸附反应器依次串联成一个催化吸附组，所述催化吸附组串联在焚烧炉和烟囱之间；
所述焚烧炉中产生的气体依次经过催化吸附组中的多个串联的催化吸附反应器完成多级催化吸附二氧化硫，且通过烟囱完成尾气排放。为了解决上述技术问题，实现相应的技术效果，本发明，通过催化吸附组中串联设置的多个催化吸附反应器实现对焚烧炉中产生的含硫尾气的分级吸附，经由多个串联设置的催化吸附反应器的吸附后，最终从烟囱排出的尾气中二氧化硫含量低于国家要求的100mg/m3，从而能够有效的实现硫磺回收装置开停工阶段二氧化硫的达标排放，实际解决了开停工阶段二氧化硫超标排放的问题。
进一步的技术方案：
所述催化吸附组包括第一级反应器、第二级反应器和第三级反应器，所述第一级反应器的进气口与所述焚烧炉的出气口连通，所述第三级反应器的出气口与所述烟囱连通；
所述第一级反应器的出气口与所述第二级反应器的进气口连通，所述第二级反应器的出气口与所述第三级反应器的进气口连通。
进一步的：所述第一级反应器的出气口与第二级反应器的出气口均设置有直接与所述烟囱连通的管路。
进一步的：所述第一级反应器、第二级反应器和第三级反应器的出气口均设置有二氧化硫浓度检测器，且设置有受二氧化硫浓度检测器控制的分流阀。
进一步的：所述第一级反应器的进气口还设置有还原气进气管，所述第三级反应器的出气口还设置有与硫磺回收装置连通的回收管路。
进一步的：所述第一级反应器出气口处的分流阀用于控制气体流入第二级反应器或烟囱；
进一步的：所述第二级反应器出气口处的分流阀用于控制气体流入第三级反应器或烟囱；
进一步的：所述第三级反应器出气口处的分流阀用于控制气体流入烟囱或回收管路。
进一步的：所述第一级反应器、第二级反应器和第三级反应器的进气口均设置于顶部，所述第一级反应器、第二级反应器和第三级反应器的出气口均设置于底部。
一种硫磺回收开停工阶段二氧化硫达标排放方法，包括如下步骤：
步骤一：系统安装，将催化吸附组接入焚烧炉和烟囱之间；
步骤二：尾气吸附，焚烧炉中产生的含硫尾气依次经过催化吸附组中的催化吸附反应器，完成对尾气中二氧化硫的催化吸附；
步骤三：尾气排放，经过二氧化硫催化吸附的尾气通过烟囱进行对外排放；
步骤四：催化还原，硫磺回收装置正常运行后，向催化吸附组中通入还原性气体，恢复催化吸附反应器中氧化吸附剂的吸附能力，同时，产生的再生气通入硫磺回收装置进行回收操作。
进一步的：步骤二中，含硫尾气首先进入第一级反应器中进行二氧化硫的吸附，且通过第一级反应器出气口处的二氧化硫浓度检测器对二氧化硫浓度进行检测，当二氧化硫浓度高于100mg/m3时，分流阀控制尾气进入下一级的第二级反应器进行二氧化硫吸附，当二氧化硫浓度低于100mg/m3时，分流阀控制尾气进入烟囱进行排放；
所述第二级反应器和第三级反应器中尾气处理方式与第一级反应器同理。
进一步的：步骤四中，还原性气体依次通过第一级反应器、第二级反应器和第三级反应器，并将氧化吸附剂中吸附的二氧化硫还原，且还原后的二氧化硫再生气体返回硫磺回收装置转化为硫磺，此时氧化吸附剂恢复吸附能力。通过上述方法实现对达标排放系统进行有效的使用，能够有效的实现硫磺回收装置开停工阶段二氧化硫的达标排放效果。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明一种硫磺回收开停工阶段二氧化硫达标排放系统及方法，通过催化吸附组中串联设置的多个催化吸附反应器实现对焚烧炉中产生的含硫尾气的分级吸附，经由多个串联设置的催化吸附反应器的吸附后，最终从烟囱排出的尾气中二氧化硫含量低于国家要求的100mg/m3，从而能够有效的实现硫磺回收装置开停工阶段二氧化硫的达标排放，实际解决了开停工阶段二氧化硫超标排放的问题；
2、本发明一种硫磺回收开停工阶段二氧化硫达标排放系统及方法，利用本系统进行含硫尾气的处理并达标排放，其工艺流程短、操作简单、设备少、占地面积小且无需增设冷热交换设备，故而能够在有效实现达标排放效果的同时降低工作成本；
3、本发明一种硫磺回收开停工阶段二氧化硫达标排放系统及方法，本设备可直接与现有的硫磺回收装置结合使用，具有很强的适配能力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。在附图中：
图1为本发明达标排放系统结构示意图；
图2为本发明催化吸附组结构示意图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1-催化吸附组，2-焚烧炉，3-烟囱，4-二氧化硫浓度检测器，5-分流阀，R1-第一级反应器，R2-第二级反应器，R3-第三级反应器。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实施例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的结构、电路、材料或方法。
在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。
在本发明的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
实施例1
如图1～2所示，本发明一种硫磺回收开停工阶段二氧化硫达标排放系统，包括多个催化吸附反应器，多个所述催化吸附反应器依次串联成一个催化吸附组1，所述催化吸附组1串联在焚烧炉2和烟囱3之间；所述焚烧炉2中产生的气体依次经过催化吸附组1中的多个串联的催化吸附反应器完成多级催化吸附二氧化硫，且通过烟囱3完成尾气排放。本实施例中，通过催化吸附组1中串联设置的多个催化吸附反应器实现对焚烧炉2中产生的含硫尾气的分级吸附，含硫尾气在依次通过多个催化吸附反应器并利用其中设置的催化吸附剂对二氧化硫进行催化吸附，经由多个串联设置的催化吸附反应器的吸附后，最终从烟囱3排出的尾气中二氧化硫含量低于国家要求的100mg/m3，从而能够有效的实现硫磺回收装置开停工阶段二氧化硫的达标排放，实际解决了开停工阶段二氧化硫超标排放的问题。
所述催化吸附组1包括第一级反应器R1、第二级反应器R2和第三级反应器R3，所述第一级反应器R1的进气口与所述焚烧炉2的出气口连通，所述第三级反应器R3的出气口与所述烟囱3连通；所述第一级反应器R1的出气口与所述第二级反应器R2的进气口连通，所述第二级反应器R2的出气口与所述第三级反应器R3的进气口连通。本实施例中，所述催化吸附组1优选的设置有三个催化反应吸附剂，根据实际的使用情况，三个催化反应吸附剂能够有效的实现硫磺回收装置开停工阶段二氧化硫的达标排放，并实际解决了开停工阶段二氧化硫超标排放的问题；同时本实施例中的催化吸附组1能够直接与现有的硫磺回收装置结合使用，具有很强的适配能力。
所述第一级反应器R1的出气口与第二级反应器R2的出气口均设置有直接与所述烟囱3连通的管路。在实际使用过程中，可能存在尾气经由第一级反应器R1或第二级反应器R2吸附后便达到了排放标准，此时便无需在将尾气通入下一级反应器即可直接从出气口中排出，故而本实施例中，为了适应上述特定的情况在第一级反应器R1的出气口与第二级反应器R2的出气口均设置直接与所述烟囱3连通的管路。此种使用状况下，能够有效的缩短尾气的吸附处理时长，避免进行不必要的操作降低对系统的损伤。
所述第一级反应器R1、第二级反应器R2和第三级反应器R3的出气口均设置有二氧化硫浓度检测器4且设置有受二氧化硫浓度检测器4制的分流阀5。本实施例中，所述二氧化硫浓度检测器4的预设阈值为100mg/m3，当其检测到二氧化硫气体浓度高于此阈值时，则控制分流阀5与下一级催化吸附反应器连通，将尾气通入下一级催化吸附反应器继续进行二氧化硫的催化吸附工作，直至检测到二氧化硫气体浓度低于100mg/m3时，便可直接通过烟囱3向外进行排放。
所述第一级反应器R1的进气口还设置有还原气进气管，所述第三级反应器R3的出气口还设置有与硫磺回收装置连通的回收管路。本实施例中，在完成开停工阶段二氧化硫催化吸附工作后，可以通过向催化吸附组1中通过还原性气体(例如氢气等)，对催化反应吸附器中设置的催化吸附剂进行还原，从而恢复其二氧化硫的催化吸附效果，实现催化吸附剂的重复利用，降低系统的工作成本。于此同时，进行催化吸附剂还原的同时将其中产生的再生气通入到硫磺回收装置中进行此部分含硫物质的回收。
所述第一级反应器R1出气口处的分流阀5用于控制气体流入第二级反应器R2或烟囱3；所述第二级反应器R2出气口处的分流阀5用于控制气体流入第三级反应器R3或烟囱3；所述第三级反应器R3出气口处的分流阀5用于控制气体流入烟囱3或回收管路。于此同时在针对某些特殊情况下尾气中二氧化硫的含量大，利用上述三个催化吸附反应器不能很好的实现尾气的达标排放时，还可以通过在第二级反应器R2和第三级反应器R3间增设催化吸附反应器来提高催化吸附组1的吸附能力，从而实现尾气的达标排放。
所述第一级反应器R1、第二级反应器R2和第三级反应器R3的进气口均设置于顶部，所述第一级反应器R1、第二级反应器R2和第三级反应器R3的出气口均设置于底部。本实施例中，通过上方进气下方出气的方式能够使得含硫尾气在进入催化吸附反应器后充分与催化吸附剂接触，并完成对二氧化硫的吸附。
实施例2：
一种硫磺回收开停工阶段二氧化硫达标排放方法，采用实施例1中所述的达标排放系统，包括如下步骤：
步骤一：系统安装，将催化吸附组1接入焚烧炉2和烟囱3之间；
步骤二：尾气吸附，焚烧炉2中产生的含硫尾气依次经过催化吸附组1中的催化吸附反应器，完成对尾气中二氧化硫的催化吸附；
步骤三：尾气排放，经过二氧化硫催化吸附的尾气通过烟囱3进行对外排放；
步骤四：催化还原，硫磺回收装置正常运行后，向催化吸附组1中通入还原性气体，恢复催化吸附反应器中氧化吸附剂的吸附能力，同时，产生的再生气通入硫磺回收装置进行回收操作。通过上述方法实现对达标排放系统进行有效的使用，能够有效的实现硫磺回收装置开停工阶段二氧化硫的达标排放效果。利用此方法实现二氧化硫达标排放的流程根骨丹，操作更简单，同时设备及工作成本投入低。
步骤二中，含硫尾气首先进入第一级反应器R1中进行二氧化硫的吸附，且通过第一级反应器R1出气口处的二氧化硫浓度检测器4对二氧化硫浓度进行检测，当二氧化硫浓度高于100mg/m3时，分流阀5控制尾气进入下一级的第二级反应器R2进行二氧化硫吸附，当二氧化硫浓度低于100mg/m3时，分流阀5控制尾气进入烟囱3进行排放；
所述第二级反应器R2和第三级反应器R3中尾气处理方式与第一级反应器R1同理。步骤二中，所述通过二氧化硫浓度检测器4对各个反应器出口处二氧化硫浓度进行检测，并与预设的阈值(100mg/m3)进行对比，当检测值大于预设值时，说明此时尾气中的二氧化硫含量还未达到国家规定的排放标准，需继续通入下一级反应器做进一步的吸附，当检测到二氧化硫浓度低于预设值时，并可通过烟囱3进行有效的排放。其中通过二氧化硫浓度检测器4的检测值来实现控制分流阀5，从而控制气体是流入下一级反应器或是通过烟囱3进行排放。
步骤四中，还原性气体依次通过第一级反应器R1、第二级反应器R2和第三级反应器R3，并将氧化吸附剂中吸附的二氧化硫还原，且还原后的二氧化硫再生气体返回硫磺回收装置转化为硫磺，此时氧化吸附剂恢复吸附能力。步骤四是通过向催化吸附组1中投入还原气(例如氢气等)来实现对其中催化吸附剂的还原，恢复其对二氧化硫的催化吸附效果，实现催化吸附剂的重复利用，从而降低工作成本。
实施例3
按照实施例2中的方法对实施例1中系统的使用，对开工阶段二氧化硫吸附的实际案例如下：
硫磺回收规模达到1.5万吨/年的天然气净化厂，采用CBA工艺进行含硫化氢酸性气体进行处理，在开工过程中，随着酸性气体量的逐渐增加，初期硫磺回收装置中各反应器床层温度未达到最佳活性条件，因此焚烧炉2中产生的二氧化硫浓度较高，最高时能达到10000mg/m3，利用实施例1中的系统配合实施例2中的方法进行二氧化硫吸附时，焚烧炉2按照正常程序升温热备，催化吸附反应器也处于热备状态，随着上游燃烧炉酸性气体进入硫磺回收装置开始，从CBA工艺出来的高浓度含硫气体经过焚烧转化为高浓度的二氧化硫气体，此时浓度为500～10000mg/m3，此时将气体通入到达标排放系统中，通过其中串联的三个催化吸附反应器对气体进行多级二氧化硫催化吸附，此时经检测通过烟囱3向外排放的二氧化硫浓度可降低至80mg/m3，完全符合国家对尾气排放的要求标准。
实施例4
按照实施例2中的方法对实施例1中系统的使用，对停工阶段二氧化硫吸附的实际案例如下：
硫磺回收规模达到2万吨/年的天然气净化厂，采用CPS低温克劳斯工艺，在停工阶段，需要对各反应器中催化剂进行除硫作业，一方面需要避免催化剂孔道积硫造成催化剂床层板结，催化剂活性降低，另一方面需要避免打开反应器时自燃现象的发生。除硫过程分为酸性气除硫、燃料气除硫和燃料气过氧除硫三个阶段，上述三个阶段持续时间保持在72-96小时，且在此期间产生二氧化硫气体的浓度为3000～20000mg/m3，此时将气体通入到达标排放系统中，通过其中串联的三个催化吸附反应器对气体进行多级二氧化硫催化吸附，此时经检测通过烟囱3向外排放的二氧化硫浓度可降低至100mg/m3以下，完全符合国家对尾气排放的要求标准。
以上所述的具体实施方式，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方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，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)
1.一种硫磺回收开停工阶段二氧化硫达标排放系统，其特征在于，包括多个催化吸附反应器，多个所述催化吸附反应器依次串联成一个催化吸附组(1)，所述催化吸附组(1)串联在焚烧炉(2)和烟囱(3)之间；
所述焚烧炉(2)中产生的气体依次经过催化吸附组(1)中的多个串联的催化吸附反应器完成多级催化吸附二氧化硫，且通过烟囱(3)完成尾气排放。
2.根据权利要求1所述的一种硫磺回收开停工阶段二氧化硫达标排放系统，其特征在于，所述催化吸附组(1)包括第一级反应器(R1)、第二级反应器(R2)和第三级反应器(R3)，所述第一级反应器(R1)的进气口与所述焚烧炉(2)的出气口连通，所述第三级反应器(R3)的出气口与所述烟囱(3)连通；
所述第一级反应器(R1)的出气口与所述第二级反应器(R2)的进气口连通，所述第二级反应器(R2)的出气口与所述第三级反应器(R3)的进气口连通。
3.根据权利要求2所述的一种硫磺回收开停工阶段二氧化硫达标排放系统，其特征在于，所述第一级反应器(R1)的出气口与第二级反应器(R2)的出气口均设置有直接与所述烟囱(3)连通的管路。
4.根据权利要求3所述的一种硫磺回收开停工阶段二氧化硫达标排放系统，其特征在于，所述第一级反应器(R1)、第二级反应器(R2)和第三级反应器(R3)的出气口均设置有二氧化硫浓度检测器(4)，且设置有受二氧化硫浓度检测器(4)控制的分流阀(5)。
5.根据权利要求2所述的一种硫磺回收开停工阶段二氧化硫达标排放系统，其特征在于，所述第一级反应器(R1)的进气口还设置有还原气进气管，所述第三级反应器(R3)的出气口还设置有与硫磺回收装置连通的回收管路。
6.根据权利要求5所述的一种硫磺回收开停工阶段二氧化硫达标排放系统，其特征在于，所述第一级反应器(R1)出气口处的分流阀(5)用于控制气体流入第二级反应器(R2)或烟囱(3)；
所述第二级反应器(R2)出气口处的分流阀(5)用于控制气体流入第三级反应器(R3)或烟囱(3)；
所述第三级反应器(R3)出气口处的分流阀(5)用于控制气体流入烟囱(3)或回收管路。
7.根据权利要求2所述的一种硫磺回收开停工阶段二氧化硫达标排放系统，其特征在于，所述第一级反应器(R1)、第二级反应器(R2)和第三级反应器(R3)的进气口均设置于顶部，所述第一级反应器(R1)、第二级反应器(R2)和第三级反应器(R3)的出气口均设置于底部。
8.一种硫磺回收开停工阶段二氧化硫达标排放方法，采用权利要求1～7任意一项所述的达标排放系统，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：系统安装，将催化吸附组(1)接入焚烧炉(2)和烟囱(3)之间；
步骤二：尾气吸附，焚烧炉(2)中产生的含硫尾气依次经过催化吸附组(1)中的催化吸附反应器，完成对尾气中二氧化硫的催化吸附；
步骤三：尾气排放，经过二氧化硫催化吸附的尾气通过烟囱(3)进行对外排放；
步骤四：催化还原，硫磺回收装置正常运行后，向催化吸附组(1)中通入还原性气体，恢复催化吸附反应器中氧化吸附剂的吸附能力，同时，产生的再生气通入硫磺回收装置进行回收操作。
9.根据权利要求8所述的一种硫磺回收开停工阶段二氧化硫达标排放方法，其特征在于，步骤二中，含硫尾气首先进入第一级反应器(R1)中进行二氧化硫的吸附，且通过第一级反应器(R1)出气口处的二氧化硫浓度检测器(4)对二氧化硫浓度进行检测，当二氧化硫浓度高于100mg/m3时，分流阀(5)控制尾气进入下一级的第二级反应器(R2)进行二氧化硫吸附，当二氧化硫浓度低于100mg/m3时，分流阀(5)控制尾气进入烟囱(3)进行排放；
所述第二级反应器(R2)和第三级反应器(R3)中尾气处理方式与第一级反应器(R1)同理。
10.根据权利要求8所述的一种硫磺回收开停工阶段二氧化硫达标排放方法，其特征在于，步骤四中，还原性气体依次通过第一级反应器(R1)、第二级反应器(R2)和第三级反应器(R3)，并将氧化吸附剂中吸附的二氧化硫还原，且还原后的二氧化硫再生气体返回硫磺回收装置转化为硫磺，此时氧化吸附剂恢复吸附能力。
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