CN203845817U - 一种硫磺回收与尾气处理装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种硫磺回收与尾气处理装置，属于废气处理领域。该装置包括克劳斯部分、尾气焚烧部分和尾气处理部分，所述的克劳斯部分包括三级CLAUS反应，反应后的气体进入尾气焚烧部分，尾气焚烧后的气体进入尾气处理部分，所述的尾气处理部分包括一级冷却吸收器、二级吸收塔、三级吸收塔和四级洗涤吸收塔，在所述的四级洗涤吸收塔上方还依次设有折流板除雾器、电除雾器和烟囱。本实用新型采用克劳斯+尾气焚烧+固体碳酸氢铵脱硫工艺，最终二氧化硫排放浓度小于50mg/Nm3，优于现阶段最严格的排放要求。
Description
技术领域
本实用新型属于废气处理领域，具体涉及一种硫磺回收与尾气处理装置。
背景技术
随着世界各国保护大气环境的标准日益严格，对硫磺回收装置的硫回收率要求愈来愈高。我国于1997年1月1日开始实施的强制性标准《大气污染物综合排放标准》(GB16297－1996)，不仅规定了尾气中SO2的最高允许排放速率，也规定了最高允许排放浓度，即对现有污染源和新污染源最高允许排放质量浓度分别为1200mg/Nm3和960mg/Nm3。对目前国内天然气净化厂和炼油厂中的硫磺回收装置而言，使用SCOT法尾气处理工艺可以达到标准规定的排放要求。但是，国家环境保护部新颁布的《硫酸工业污染物排放标准》(GB26132－2010)已经明确指出：自2013年10月01日起现有的硫酸工业企业二氧化硫污染物的排放浓度限值将下调至400mg/Nm3。自2011年03月01日起，新建硫酸工业企业执行二氧化硫污染物的排放浓度限值400mg/Nm3的规定。中石化积极实施绿色低碳发展战略，把降低硫磺回收装置尾气中的二氧化硫排放浓度作为炼油板块争创世界一流企业的重要指标之一，且《石油炼制工业污染物排放标准》征求意见稿已发布，其中规定：现有企业自2014年7月1日起及新建企业自2011年7月1日起执行硫磺回收装置二氧化硫排放浓度小于400mg/Nm3(特定地区小于200mg/Nm3)。我国国务院批复实施的《重点区域大气污染防治“十二五”规划》中规划目标为“到2015年重点区域二氧化硫、氮氧化物、工业烟粉尘排放量分别下降12％、13％、10％。二氧化硫减排势在必行。
硫磺回收装置的原料主要来自于上游脱硫装置的含有H2S酸性废气。进入硫磺回收装置回收硫磺，通常分为三个部分：制硫部分、尾气处理部分及尾气焚烧部分。制硫部分一般采用克劳斯法，克劳斯法是一种比较成熟的多单元处理技术，工艺特点是流程简单、操作灵活、回收硫磺纯度高、投资费用相对较低、环境及规模效益显著。现在也开发出了低温克劳斯、超级克劳斯等改进的克劳斯法。但受反应温度下热力学平衡的限制，即使采用活性良好的催化剂和三级转化工艺，克劳斯装置的硫回收率最高也只能达到97％左右，尾气中尚含有大量H2S、液硫和其他有机硫化合物，他们灼烧后最终均将以SO2的形式排入大气。这样不仅浪费了大量硫资源，也造成了严重的大气污染问题，因此，硫磺回收装置必须增设尾气处理单元。现阶段，尾气处理常用的是还原-吸收法，即先把尾气中含硫化合物全部还原为H2S，然后再将其脱除，最终以酸性气或元素硫的形式回收，吸收液可循环再生使用。制硫尾气经过加氢还原－吸收－焚烧后排放，该工艺过程可以达到99.8％以上的总硫回收率，但该工艺过程流程长，建设投资大，运行费用高，能耗高。氧化-吸收法也是尾气处理的一种方法，其特点是先将尾气中的含硫化合物全部氧化为SO2，然后用溶液(或溶剂或碱液)吸收SO2，最终以硫酸盐、亚硫酸盐或SO2的形式回收。但大多数用于排烟脱硫或处理冶炼厂、硫酸厂的尾气。尾气焚烧部分是把回收硫磺后的尾气直接灼烧，含硫化合物最终以SO2的形式排入大气。目前，国内硫磺回收装置大多采用克劳斯+尾气还原-吸收处理+尾气焚烧工艺。
电厂尾气中SO2净化方法常使用吸收法，也称为湿法尾气脱硫。按脱硫剂的种类划分为：以CaCO3(石灰石)为基础的钙法、以NH3为基础的氨法、以MgO为基础的镁法、以Na2CO3为基础的钠法。脱硫效率方面：钙法、镁法、钠法都能达到95％，而氨法能达到97％以上。目前，氨法脱硫工艺基本都是以液氨、气氨或氨水为脱硫剂，吸收尾气中的二氧化硫，并利用由此形成的铵盐溶液洗涤尾气，使尾气脱尘，该工艺的产物可通过氧化处理为硫酸铵，作为肥料进行回收利用，并产生一定的经济价值，增加企业收益，氨法脱硫工艺整体上以快捷、高效且无其它副产物生成而受到重视。
但是，作为脱硫剂的液氨、气氨或氨水在很多方面收到限制，例如：属于危险化学品的液氨，在其使用方面，氨法脱硫装置的液氨储存区占地面积很大，且储存区需要布置在全厂的主导下风向，再者，还需要注意涉及防火间距及对附近居民的安全和空气呼吸质量影响等因素；在运输方面，液氨的运输必须使用专用的罐车，其运输及管理成本高；若使用氨水，虽然较为安全，但通常氨水的浓度仅为10～20％，如果长途运输，运输的大部分重量为水，同样增加运输成本；气氨在使用、运输即储存方面也一样面临相同的困难。因此，亟待研究开发出一种氨法脱硫技术，充分发挥氨法脱硫的优点，并达到安全、环保、经济、无二次污染的效果。
实用新型内容
本实用新型的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种硫磺回收与尾气处理装置，该装置可以将尾气排放的SO2浓度降低至50mg/Nm3以下，同时本工艺流程较短，设备较少，具有投资省、节约用地、能源材料损耗低、操作简单等特点，且脱硫副产品硫酸铵作为肥料进行回收利用，不会造成二次污染，脱硫效率高。
本实用新型的目的可以通过以下技术方案实现：
一种硫磺回收与尾气处理装置，该装置包括克劳斯部分、尾气焚烧部分和尾气处理部分，所述的尾气处理部分包括一级冷却吸收器、二级吸收塔、三级吸收塔和四级洗涤吸收塔，在所述的四级洗涤吸收塔上方还依次设有折流板除雾器、电除雾器和烟囱；
一级冷却吸收器的输出端与二级吸收塔下部设有的气液分布器相连；二级吸收塔下部的输出端通过二级泵与冷却器相连，冷却器的输出端通过高位槽分别与一级冷却吸收器的上部和下部相连；
所述三级吸收塔的底部设有第二气体分布器，上部设有液体分布器，三级吸收塔底部的输出端与第二洗液槽顶部相连；
所述四级洗涤吸收塔的底部设有第一气体分布器，底部输出端通过四级泵分别与四级洗涤吸收塔上部、折流板除雾器和电除雾器上部相连。
冷却器与高位槽相连的管道上从下到上依次设有第一支路、第二支路和第三支路，第一支路与二级吸收塔上部相连；第二支路分别与第一洗槽顶部、第二洗槽顶部相连；第三支路与硫酸铵制备系统顶部相连。
第一洗槽下部的输出端通过一级泵和一级冷却吸收器下部相连；第二洗槽下部的输出端通过三级泵与三级吸收塔上部的液体分布器相连；硫酸铵制备系统顶部的输出端与四级洗涤吸收塔上部相连，硫酸铵制备系统底端的一个输出端与第二洗槽顶部相连，硫酸铵制备系统底端的另一个输出端为固体硫酸铵。
一级冷却吸收器下部设有喷射器；第一洗槽和第二洗槽中设有搅拌装置；硫酸铵制备系统中设有曝气装置。
克劳斯部分包括酸性气燃烧炉；所述的酸性气燃烧炉的输出端经酸性气燃烧炉废热锅炉与一级硫冷凝器通过管道相连，一级硫冷凝器的一个输出端通过管道与一级反应器预热器相连，一级硫冷凝器的另一个输出端与液硫管道相连，一级反应器预热器通过管道经过一级CLAUS反应器与二级硫冷凝器相连；
所述的二级硫冷凝器的一个输出端通过二级反应器预热器与二级CLAUS反应器通过管道相连，二级CLAUS反应器输出端与三级硫冷凝器通过管道相连；二级硫冷凝器的另一个输出端与液硫管道相连；
所述的三级硫冷凝器一个输出端通过三级反应器预热器与三级CLAUS反应器通过管道相连，三级硫冷凝器另一个输出端与液硫管道相连；
所述的三级CLAUS反应器通过管道经过四级硫冷凝器与尾气捕集器相连。
克劳斯部分中尾气捕集器出来的气体通入尾气焚烧部分，尾气焚烧部分出来的气体通入一级冷却吸收器。
本实用新型技术方案中硫磺回收与尾气处理装置，所述的尾气处理部分在装置运行之前装有保护液，该保护液是质量浓度为5～30％的NH4HCO3溶液。
所述的硫酸铵制备系统包括用于中和氧化反应的装置、用于蒸发的装置、用于结晶和离心分离的装置；所述的中和氧化是加入NH4HCO3溶液进行中和反应，中和反应后通过曝气装置发生氧化反应，氧化后所得到的硫酸铵溶液，通过蒸发、结晶、离心分离，分离后得到溶液送入到第二洗槽，分离后得到的硫酸铵固体送入固体硫酸铵收集器。
本实用新型的有益效果：
本实用新型采用克劳斯+尾气焚烧+固体碳酸氢铵脱硫工艺，最终二氧化硫排放浓度小于50mg/Nm3，肯定优于现阶段最严格的排放要求；本发明也解决了原克劳斯+尾气处理+尾气焚烧工艺中工艺过程流程长、建设投资大、运行费用高、能耗高等问题；同时也解决了氨法脱硫中氨供应存在的运输、存储等问题，且使用安全简便，并能够有效避免了气态或液态氨的逃逸及气溶胶的生成；另外本发明还有占地面积少、能源材料损耗低、操作简单等特点，且脱硫副产品固体硫酸铵，作为肥料进行回收利用，不会造成二次污染，脱硫效率高。
附图说明
图1为本实用新型硫磺回收与尾气处理装置的克劳斯部分。
1-酸性气燃烧炉烧嘴，2-酸性气燃烧炉，3-酸性气燃烧炉废热锅炉，4-一级硫冷凝器，5-二级硫冷凝器，6-一级反应器预热器，7-一级CLAUS反应器，8-三级反应器预热器，9-二级反应器预热器，10-二级CLAUS反应器，11-三级CLAUS反应器，12-三级硫冷凝器，13-四级硫冷凝器，14-尾气捕集器，15-空气或氧气，16-液硫，17-含硫酸性气。
图2为本实用新型硫磺回收与尾气处理装置的尾气焚烧部分。
18-尾气焚烧炉烧嘴，19-尾气焚烧炉，20-蒸汽过热器，21-尾气焚烧炉废热锅炉，22-空气，23-燃料气。
图3为本实用新型硫磺回收与尾气处理装置的尾气处理部分。
24-烟囱，25-电除雾器，26-折流板除雾器，27-四级洗涤吸收塔，28-第一气体分布器，29-液体分布器，30-三级吸收塔，31-二级吸收塔，32-气液分布器，33-一级冷却吸收器，34-二级泵，35-冷却器，36-高位槽，37-一级泵，38-第一洗槽，39-三级泵，40-第二洗槽，41-固体硫酸铵收集器，42-硫酸铵制备系统，43-工艺水储蓄装置，44-四级泵，45-第二气体分布器。
具体实施方式
下面结合实施例对本实用新型作进一步说明，但本实用新型的保护范围不限于此：本发明不仅适用于常规Claus+尾气焚烧+固体碳酸氢铵脱硫工艺，同时还适用于低温克劳斯、超级克劳斯等改进的克劳斯法，本领域技术人员所做出的对上述实施方式任何显而易见的改进或变更，都不会超出本发明的构思和所附权利要求的保护范围。
实施例1
一种硫磺回收与尾气处理装置，该装置包括克劳斯部分、尾气焚烧部分和尾气处理部分，所述的尾气处理部分包括一级冷却吸收器、二级吸收塔、三级吸收塔和四级洗涤吸收塔，在所述的四级洗涤吸收塔上方还依次设有折流板除雾器、电除雾器和烟囱；
一级冷却吸收器的输出端与二级吸收塔下部设有的气液分布器相连；二级吸收塔下部的输出端通过二级泵与冷却器相连，冷却器的输出端通过高位槽分别与一级冷却吸收器的上部和下部相连；
所述三级吸收塔的底部设有第二气体分布器，上部设有液体分布器，三级吸收塔底部的输出端与第二洗液槽顶部相连；
所述四级洗涤吸收塔的底部设有第一气体分布器，底部输出端通过四级泵分别与四级洗涤吸收塔上部、折流板除雾器和电除雾器上部相连。
冷却器与高位槽相连的管道上从下到上依次设有第一支路、第二支路和第三支路，第一支路与二级吸收塔上部相连；第二支路分别与第一洗槽顶部、第二洗槽顶部相连；第三支路与硫酸铵制备系统顶部相连。
第一洗槽下部的输出端通过一级泵和一级冷却吸收器下部相连；第二洗槽下部的输出端通过三级泵与三级吸收塔上部的液体分布器相连；硫酸铵制备系统顶部的输出端与四级洗涤吸收塔上部相连，硫酸铵制备系统底端的一个输出端与第二洗槽顶部相连，硫酸铵制备系统底端的另一个输出端为固体硫酸铵。
一级冷却吸收器下部设有喷射器；第一洗槽和第二洗槽中设有搅拌装置；硫酸铵制备系统中设有曝气装置。
克劳斯部分包括酸性气燃烧炉；所述的酸性气燃烧炉的输出端经酸性气燃烧炉废热锅炉与一级硫冷凝器通过管道相连，一级硫冷凝器的一个输出端通过管道与一级反应器预热器相连，一级硫冷凝器的另一个输出端与液硫管道相连，一级反应器预热器通过管道经过一级CLAUS反应器与二级硫冷凝器相连；
所述的二级硫冷凝器的一个输出端通过二级反应器预热器与二级CLAUS反应器通过管道相连，二级CLAUS反应器输出端与三级硫冷凝器通过管道相连；二级硫冷凝器的另一个输出端与液硫管道相连；
所述的三级硫冷凝器一个输出端通过三级反应器预热器与三级CLAUS反应器通过管道相连，三级硫冷凝器另一个输出端与液硫管道相连；
所述的三级CLAUS反应器通过管道经过三级硫冷凝器与尾气捕集器相连。
克劳斯部分中尾气捕集器出来的气体通入尾气焚烧部分，尾气焚烧部分出来的气体通入一级冷却吸收器。
本实用新型技术方案中硫磺回收与尾气处理装置，所述的尾气处理部分在装置运行之前装有保护液，该保护液是质量浓度为5～30％的NH4HCO3溶液。
利用上述硫磺回收与尾气处理装置吸收尾气中的二氧化硫过程：
17-含硫酸性气经分液后，直接进入1-酸性气燃烧炉烧嘴及2-酸性气燃烧炉内，与15-空气或氧气燃烧1000～1350℃，将酸性气中烃类等有机物全部分解，在炉内约60％～70％(v)的H2S进行高温克劳斯反应转化为硫，余下的H2S中有1/3转化为SO2。热反应后过程气经3-酸性气燃烧炉废热锅炉回收热量产蒸汽后，冷却至300～350℃，进入4-一级硫冷凝器继续冷却至160℃左右，回收的热量产蒸汽，并分离16-液硫；冷却后的过程气经6-一级反应器预热器加热至240～260℃，进入7-一级反应器发生CLAUS反应，反应后的过程气进入5-二级硫冷凝器，回收热量，并分离16-液硫；过程气再经9-二级反应器预热器加热至220～240℃，进入10-二级反应器发生CLAUS反应，反应后的过程气进入12-三级硫冷凝器，回收热量，并分离16-液硫；过程气再经8-三级反应器预热器加热至220～240℃，进入11-三级反应器发生CLAUS反应，反应后的过程气进入13-四级硫冷凝器，回收热量，并分离16-液硫；过程气经14-尾气捕集器进入尾气焚烧部分。
克劳斯部分的尾气与23-燃料气、22-空气在18-尾气焚烧烧嘴和19-尾气焚烧炉内完全燃烧，硫化物全部转化成二氧化硫，H2和烃类完全燃烧为H2O和CO2。尾气经20-过热器，21-尾气焚烧炉废热锅炉回收热量后，进入尾气处理部分。
尾气焚烧部分出来的气体(SO2浓度最高达20000mg/Nm3且温度为170～350℃)从一级冷却吸收器33顶部进入，与来自经一级泵37输送的第一洗槽38的吸收液逆流接触后经气液分布器32进入二级吸收塔31；吸收后的溶液与尾气经气液分离后，吸收液留在二级吸收塔31底部并通过二级泵34后经冷却器35冷却后输送至二级吸收塔31顶部；而尾气则进入三级吸收塔30；来自第二洗槽40的吸收液由三级泵39送至三级吸收塔30上部的液体分布器29，循环吸收进入三级吸收塔30中的尾气，三级吸收塔30上部设有液体分布器29以保证吸收效果；经过三级吸收后的尾气上升进入四级洗涤吸收塔27，塔顶部设有工艺水喷淋系统，底部设有第一气体分布器28，均匀分布尾气并收集顶部喷淋的工艺水，再由四级泵44输送至顶部循环使用，尾气经水喷淋洗涤后，几乎完全置换了雾滴所含的无机物质，净化后的尾气再依次经过折流板除雾器26和电除雾器25后，使得带雾量减至最小，再经烟囱24排放至大气。
二级吸收塔31的pH值由第一洗槽38通过补充NH4HCO3来控制，控制第一洗槽的pH值为碱性；三级吸收塔30的pH值由第二洗槽40通过补充NH4HCO3来控制，控制第二洗液槽的pH值为碱性；这样尾气中含硫化合物得到较佳的吸收。
在装置运行之前，尾气处理部分所用的装置中装有质量浓度为5～30％的NH4HCO3溶液，通过装置的运行吸收尾气处理部分中的二氧化硫，发生如下反应：
2NH4HCO3+SO2→(NH4)2SO3+H2O+2CO2↑ (1)
(NH4)2SO3+SO2+H2O→2NH4HSO3 (2)
吸收SO2后吸收液为高浓度的NH4HSO3溶液，此时的吸收液呈酸性，需要在第一洗槽38和第二洗槽40中加入固体NH4HCO3，控制第一洗槽38和第二洗槽40中吸收液为碱性，以保证吸收效果。
一部分高浓度的NH4HSO3溶液通入硫酸铵制备系统42中，此时加入NH4HCO3进行中并进行氧化反应，反应如下：
NH4HSO3+NH4HCO3→(NH4)2SO3+H2O+CO2↑ (3)
2(NH4)2SO3+O2→2(NH4)2SO4 (4)
经氧化反应后所得到的悬浮状溶液，通过蒸发、结晶、离心分离和干燥得到的固体(NH4)2SO4；离心母液为饱和的(NH4)2SO4溶液，与第二洗槽40中溶液混合通过三级泵39送入三级吸收塔30作为吸收液循环使用。
本发明还设置了高位槽36，保障事故状态下，吸收液保持喷淋和隔离以保护设备安全。
该装置是的最终排放的尾气中SO2浓度降低至50mg/Nm3。
Claims (8)
1.一种硫磺回收与尾气处理装置，该装置包括克劳斯部分、尾气焚烧部分和尾气处理部分，其特征在于：所述的尾气处理部分包括一级冷却吸收器(33)、二级吸收塔(31)、三级吸收塔(30)和四级洗涤吸收塔(27)，在所述的四级洗涤吸收塔(27)上方还依次设有折流板除雾器(26)、电除雾器(25)和烟囱(24)；
一级冷却吸收器(33)的输出端与二级吸收塔(31)下部设有的气液分布器(32)相连；二级吸收塔(31)下部的输出端通过二级泵(34)与冷却器(35)相连，冷却器(35)的输出端通过高位槽(36)分别与一级冷却吸收器(33)的上部和下部相连；
所述三级吸收塔(30)的底部设有第二气体分布器(45)，上部设有液体分布器(29)，三级吸收塔(30)底部的输出端与第二洗槽(40)顶部相连；
所述四级洗涤吸收塔(27)的底部设有第一气体分布器(28)，底部输出端通过四级泵(44)分别与四级洗涤吸收塔(27)上部、折流板除雾器(26)和电除雾器(25)上部相连。
2.根据权利要求1所述的硫磺回收与尾气处理装置，其特征在于：冷却器(35)与高位槽(36)相连的管道上从下到上依次设有第一支路、第二支路和第三支路，第一支路与二级吸收塔(31)上部相连；第二支路分别与第一洗槽(38)顶部、第二洗槽(40)顶部相连；第三支路与硫酸铵制备系统(42)顶部相连。
3.根据权利要求2所述的硫磺回收与尾气处理装置，其特征在于：第一洗槽(38)下部的输出端通过一级泵(37)和一级冷却吸收器(33)下部相连；第二洗槽(40)下部的输出端通过三级泵(39)与三级吸收塔(30)上部的液体分布器(29)相连；硫酸铵制备系统(42)顶部的输出端与四级洗涤吸收塔(27)上部相连，硫酸铵制备系统(42)底端的一个输出端与第二洗槽(40)顶部相连，硫酸铵制备系统(42)底端的另一个输出端为固体硫酸铵。
4.根据权利要求1所述的硫磺回收与尾气处理装置，其特征在于：一级冷却吸收器(33)下部设有喷射器。
5.根据权利要求2或3所述的硫磺回收与尾气处理装置，其特征在于：第一洗槽(38)和第二洗槽(40)中设有搅拌装置。
6.根据权利要求2所述的硫磺回收与尾气处理装置，其特征在于：硫酸铵制备系统(42)中设有曝气装置。
7.根据权利要求1所述的硫磺回收与尾气处理装置，其特征在于：克劳斯部分包括酸性气燃烧炉(2)；
所述的酸性气燃烧炉(2)的输出端经酸性气燃烧炉废热锅炉(3)与一级硫冷凝器(4)通过管道相连，一级硫冷凝器(4)的一个输出端通过管道与一级反应器预热器(6)相连，一级硫冷凝器(4)的另一个输出端与液硫(16)管道相连，一级反应器预热器(6)通过管道经过一级CLAUS反应器(7)与二级硫冷凝器(5)相连；
所述的二级硫冷凝器(5)的一个输出端通过二级反应器预热器(9)与二级CLAUS反应器(10)通过管道相连，二级CLAUS反应器(10)输出端与三级硫冷凝器(12)通过管道相连；二级硫冷凝器(5)的另一个输出端与液硫(16)管道相连；
所述的三级硫冷凝器(12)一个输出端通过三级反应器预热器(8)与三级CLAUS反应器(11)通过管道相连，三级硫冷凝器(12)另一个输出端与液硫(16)管道相连；
所述的三级CLAUS反应器(11)通过管道经过四级硫冷凝器(13)与尾气捕集器(14)相连。
8.根据权利要求7所述的硫磺回收与尾气处理装置，其特征在于：克劳斯部分中尾气捕集器(14)出来的气体通入尾气焚烧部分，尾气焚烧部分出来的气体通入一级冷却吸收器(33)。
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