專利名稱：酸性氣處理硫磺回收裝置催化劑級(jí)配方法及工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種酸性氣處理硫磺回收裝置催化劑級(jí)配方法及工藝，屬于化工生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
酸性氣回收硫磺的尾氣處理工藝主要分3種類型亞露點(diǎn)工藝、選擇氧化工藝和還原吸收工藝，其中還原吸收工藝的回收率能夠達(dá)到99. 8%以上，所以得到了最廣泛的應(yīng)用。目前國內(nèi)對(duì)于硫磺回收裝置尾氣處理的技術(shù)選擇來說，除部分煤化工領(lǐng)域使用選擇催化氧化工藝外，其余均采用還原吸收工藝。普通的還原吸收工藝，加氫反應(yīng)器的入口溫度要求280 320°C，要滿足加氫反應(yīng)器的入口溫度要求，需要將Claus尾氣進(jìn)行加熱，目前主要加熱方式有在線爐、氣氣換熱 器、電加熱和管式加熱爐等。由于將Claus尾氣加熱到280 320°C能耗過高，近年來，國外專利商開始將降低加氫反應(yīng)器的入口溫度作為研究開發(fā)的重點(diǎn)，目的是能夠利用煉廠方便得到的或硫磺裝置自產(chǎn)的中壓蒸汽就能夠?qū)⑽矚饧訜岬郊託浞磻?yīng)所要求的溫度，因?yàn)?. OMPa蒸汽的飽和溫度是251°C，所以就需要將加氫反應(yīng)器入口溫度降低到240°C以下。美國SHELL和NIGI公司開發(fā)了基于Criterion公司的C-234催化劑的低溫尾氣處理工藝，荷蘭JACOBS公司和意大利KTI公司也開發(fā)了基于法國AXENS公司TG-107催化劑的低溫尾氣處理工藝。但上述國外開發(fā)的低溫工藝，配套的催化劑級(jí)配方案一般為一級(jí)克勞斯轉(zhuǎn)化器上部裝填氧化鋁基制硫催化劑，下部裝填助劑型氧化鋁基制硫催化劑或氧化鈦基制硫催化劑；二級(jí)克勞斯轉(zhuǎn)化器裝填氧化鋁基制硫催化劑；尾氣加氫反應(yīng)器裝填低溫Claus尾氣加氫催化劑。此催化劑裝填方案制硫催化劑使用壽命一般為3-5年，尾氣加氫催化劑使用壽命6年，制硫催化劑和尾氣加氫催化劑使用周期不匹配，不能做到同時(shí)換劑的使用要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種酸性氣排放處理催化劑級(jí)配裝置，級(jí)配合理，延長了運(yùn)行周期和催化劑整體使用壽命。本發(fā)明的目的還在于同時(shí)提供了酸性氣排放處理工藝，效果好，且節(jié)能。本發(fā)明所述的酸性氣排放處理催化劑級(jí)配裝置，由一級(jí)克勞斯轉(zhuǎn)化器、二級(jí)克勞斯轉(zhuǎn)化器和尾氣加氫反應(yīng)器構(gòu)成，其一級(jí)克勞斯轉(zhuǎn)化器上部裝填1/2體積的多功能硫磺回收催化劑，下部裝填1/2體積的氧化鋁基制硫催化劑；二級(jí)克勞斯轉(zhuǎn)化器裝填氧化鋁基制硫催化劑；尾氣加氫反應(yīng)器裝填低溫克勞斯尾氣加氫催化劑。其中多功能硫磺回收催化劑優(yōu)選LS-981多功能硫回收催化劑。 氧化鋁基制硫催化劑優(yōu)選LS-300催化劑。低溫克勞斯尾氣加氫催化劑優(yōu)選LSH-02低溫Claus尾氣加氫催化劑。
一級(jí)克勞斯轉(zhuǎn)化器入口溫度控制為210-250°C，二級(jí)克勞斯轉(zhuǎn)化器入口溫度控制為200-230°C，克勞斯尾氣加氫反應(yīng)器入口溫度控制為200-250°C。級(jí)配合理，延長了運(yùn)行周期和催化劑整體使用壽命，級(jí)配催化劑的整體使用壽命可達(dá)到6年，節(jié)約催化劑運(yùn)行成本和采購費(fèi)用。利用本發(fā)明酸性氣排放處理催化劑級(jí)配裝置進(jìn)行的酸性氣排放處理工藝，包括硫磺回收工藝和尾氣處理工藝，其硫磺回收工藝如下酸性氣進(jìn)預(yù)熱器，采用I. OMPa低壓蒸汽預(yù)熱至160°C后，與空氣混合，進(jìn)入酸性氣燃燒爐(F-101)，部分硫化氫與氧反應(yīng)生成二氧化硫，在930 1300°C高溫下，硫化氫與二氧化硫發(fā)生克勞斯反應(yīng)生成單質(zhì)硫(2H2S+S02 = 3S+2H20)。從燃燒爐出來的高溫過程氣進(jìn)入廢熱鍋爐(E-101)冷卻至350°C并發(fā)生4. 4MPa中壓蒸汽后，進(jìn)入一級(jí)硫冷凝器(E-102)，液硫從一級(jí)硫冷凝器底部經(jīng)硫封進(jìn)入液硫池(P-101)。除霧后的過程氣經(jīng)一級(jí)過程氣加熱 器(E-105)，用酸性氣燃燒爐廢熱鍋爐發(fā)生的4. 4MPa中壓蒸汽加熱至210 250°C后，進(jìn)入一級(jí)Claus反應(yīng)器(R-101)，在制硫催化劑的作用下，硫化氫與二氧化硫發(fā)生反應(yīng)(2H2S+S02=3S+2H20)，生成硫磺；有機(jī)硫水解為硫化氫；過程氣中多余的氧氣被脫除。反應(yīng)過程氣經(jīng)二級(jí)硫冷凝器(E-103)冷卻至160°C并經(jīng)除霧后，液硫從二級(jí)硫冷凝器底部經(jīng)硫封進(jìn)入液硫池(P-101)。過程氣經(jīng)二級(jí)過程氣加熱器(E-106)用酸性氣燃燒爐廢熱鍋爐發(fā)生的4. 4Mpa中壓蒸汽加熱至200 230°C后進(jìn)入二級(jí)Claus反應(yīng)器(R-102)，在Claus催化劑作用下，硫化氫與二氧化硫繼續(xù)發(fā)生反應(yīng)，生成硫磺。反應(yīng)過程氣經(jīng)三級(jí)硫冷凝器(E-104)冷卻至150°C并經(jīng)除霧后，液硫從三級(jí)硫冷凝器底部經(jīng)硫封(P-101)進(jìn)入液硫池。尾氣再經(jīng)尾氣捕集器(D-101)進(jìn)一步捕集硫霧后，進(jìn)入尾氣處理工藝。尾氣處理工藝如下經(jīng)捕集硫霧后的克勞斯尾氣，與氫氣混合，以提供進(jìn)行加氫反應(yīng)的還原介質(zhì)，再經(jīng)尾氣加熱器(E-201A)用酸性氣燃燒爐廢熱鍋爐發(fā)生的4. 4MPa中壓蒸汽加熱至220°C，進(jìn)入裝載有低溫催化劑的加氫反應(yīng)器(R-201)。在加氫反應(yīng)器中，在催化劑的作用下，過程氣中硫組份(S02，C0S，CS2和氣態(tài)硫磺)被還原或水解成&5。在加氫反應(yīng)器中發(fā)生的是放熱反應(yīng)，離開加氫反應(yīng)器的尾氣溫度較高，需要經(jīng)尾氣處理廢熱鍋爐(E-204)回收熱量并降溫后進(jìn)入急冷塔(C-201)。尾氣處理廢熱鍋爐殼程發(fā)生O. 45MPa蒸汽。急冷后的尾氣進(jìn)入吸收塔(C-202)，吸收塔底的富溶劑送至溶劑再生裝置進(jìn)行再生。脫硫后的尾氣進(jìn)入尾氣焚燒爐(F-302)焚燒。焚燒后的煙氣經(jīng)中壓蒸汽過熱器(E-301)和尾氣焚燒爐廢熱鍋爐(E-302)回收熱量后，經(jīng)煙囪(SK-301)排空。硫磺回收單元采用二級(jí)轉(zhuǎn)化克勞斯制硫工藝，過程氣采用自產(chǎn)中壓蒸汽加熱方式；尾氣處理單元克勞斯尾氣用自產(chǎn)中壓蒸汽加熱升溫，并輔助設(shè)計(jì)二級(jí)過熱蒸汽加熱，在催化劑硫化、開停工、運(yùn)行末期及催化劑再生時(shí)使用。裝置正常運(yùn)轉(zhuǎn)期間不需要開啟二級(jí)加熱。酸性氣燃燒爐廢熱鍋爐和尾氣焚燒爐廢熱鍋爐均產(chǎn)生4. 4MPa中壓蒸汽，一部分用于一級(jí)過程氣、二級(jí)過程氣加熱器和尾氣加熱器外，其余部分經(jīng)中壓蒸汽過熱器過熱，產(chǎn)生過熱蒸汽；尾氣焚燒爐出口設(shè)置蒸汽過熱器，對(duì)自產(chǎn)的中壓蒸汽進(jìn)行過熱。Claus尾氣加氫反應(yīng)器入口溫度可降至200 250°C，較常規(guī)Claus尾氣加氫催化劑使用溫度降低60°C以上，簡化了硫磺回收裝置工藝流程，加氫反應(yīng)器前不需再設(shè)置在線燃燒爐或氣氣換熱器，可直接采用該裝置自產(chǎn)的中壓蒸汽加熱或電加熱，節(jié)能效果顯著，規(guī)模小于5萬噸/年的硫磺回收裝置還可省去加氫反應(yīng)器后部的廢熱鍋爐，加氫尾氣直接進(jìn)入急冷塔，裝置操作費(fèi)用節(jié)約30%以上，投資費(fèi)用節(jié)約15%以上。采用此催化劑級(jí)配方案及工藝，裝置總硫回收率達(dá)到99. 9%以上，尾氣采用熱焚燒后經(jīng)130米煙囪排空，排空煙氣中SO2量低于15. 4kg/h、濃度低于435. 5mg/Nm3，凈化效果好，能夠很好地滿足國家大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)(GB16297-1996)小于960mg/Nm3的要求，即凈化尾氣SO2含量小于960mg/m3。


圖I、硫磺回收工藝流程框圖。圖2、尾氣處理工藝流程框圖。圖3、反應(yīng)空速對(duì)有機(jī)硫水解活性的影響情況圖?！D4、反應(yīng)空速對(duì)脫氧活性的影響情況圖。圖中F101、酸氣燃燒爐E101、制硫余熱鍋爐E102、一級(jí)冷凝器E103、二級(jí)冷凝器E104、三級(jí)冷凝器E105、E106、換熱器R101、一級(jí)轉(zhuǎn)化器R102、二級(jí)轉(zhuǎn)化器P101、液硫池D101、分液罐F-302、尾氣焚燒爐E-201、尾氣加熱器R-201、加氫反應(yīng)器E-204、蒸汽發(fā)生器C-201、尾氣急冷塔C-202、尾氣吸收再生塔E301、E302、換熱器SK301、煙囪。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。實(shí)施例本發(fā)明所述的酸性氣排放處理催化劑級(jí)配裝置，由一級(jí)克勞斯轉(zhuǎn)化器、二級(jí)克勞斯轉(zhuǎn)化器和尾氣加氫反應(yīng)器構(gòu)成，其一級(jí)克勞斯轉(zhuǎn)化器上部裝填1/2體積的LS-981多功能硫回收催化劑，下部裝填1/2體積的LS-300催化劑；二級(jí)克勞斯轉(zhuǎn)化器裝填LS-300催化劑；尾氣加氫反應(yīng)器裝填低溫克勞斯尾氣加氫催化劑。一級(jí)克勞斯轉(zhuǎn)化器入口溫度控制為210-250°C，二級(jí)克勞斯轉(zhuǎn)化器入口溫度控制為200-230°C，克勞斯尾氣加氫反應(yīng)器入口溫度控制為200-250°C。如圖I所示，硫磺回收工藝為酸性氣進(jìn)預(yù)熱器，采用I. OMPa低壓蒸汽預(yù)熱至160°C后，與空氣混合，進(jìn)入酸性氣燃燒爐(F-101)，部分硫化氫與氧反應(yīng)生成二氧化硫，在930 1300 °C高溫下，硫化氫與二氧化硫發(fā)生克勞斯反應(yīng)生成單質(zhì)硫(2H2S+S02 =3S+2H20)。從燃燒爐出來的高溫過程氣進(jìn)入廢熱鍋爐(E-101)冷卻至350°C并發(fā)生4. 4MPa中壓蒸汽后，進(jìn)入一級(jí)硫冷凝器(E-102)，液硫從一級(jí)硫冷凝器底部經(jīng)硫封進(jìn)入液硫池(P-101)。除霧后的過程氣經(jīng)一級(jí)過程氣加熱器(E-105)，用酸性氣燃燒爐廢熱鍋爐發(fā)生的
4.4MPa中壓蒸汽加熱至210 250°C后，進(jìn)入一級(jí)Claus反應(yīng)器(R-101)，在制硫催化劑的作用下，硫化氫與二氧化硫發(fā)生反應(yīng)(2H2S+S02 = 3S+2H20)，生成硫磺；有機(jī)硫水解為硫化氫；過程氣中多余的氧氣被脫除。反應(yīng)過程氣經(jīng)二級(jí)硫冷凝器(E-103)冷卻至160°C并經(jīng)除霧后，液硫從二級(jí)硫冷凝器底部經(jīng)硫封進(jìn)入液硫池(p-ιο )。過程氣經(jīng)二級(jí)過程氣加熱器(E-106)用酸性氣燃燒爐廢熱鍋爐發(fā)生的4. 4Mpa中壓蒸汽加熱至200 230°C后進(jìn)入二級(jí)Claus反應(yīng)器(R-102),在Claus催化劑作用下,硫化氫與二氧化硫繼續(xù)發(fā)生反應(yīng)，生成硫磺。反應(yīng)過程氣經(jīng)三級(jí)硫冷凝器(E-104)冷卻至150°C并經(jīng)除霧后，液硫從三級(jí)硫冷凝器底部經(jīng)硫封(P-IOl)進(jìn)入液硫池。尾氣再經(jīng)尾氣捕集器(D-101)進(jìn)一步捕集硫霧后，進(jìn)入尾氣處理工藝。如圖2所示，尾氣處理工藝為經(jīng)捕集硫霧后的Claus尾氣，與氫氣混合，以提供進(jìn)行加氫反應(yīng)的還原介質(zhì)，再經(jīng)尾氣加熱器(E-201A)用酸性氣燃燒爐廢熱鍋爐發(fā)生的4.4MPa中壓蒸汽加熱至220°C，進(jìn)入裝載有低溫催化劑的加氫反應(yīng)器(R-201)。在加氫反應(yīng)器中，在催化劑的作用下，過程氣中硫組份(S02，COS, CS2和氣態(tài)硫磺)被還原或水解成H2S0在加氫反應(yīng)器中發(fā)生的是放熱反應(yīng)，離開加氫反應(yīng)器的尾氣溫度較高，需要經(jīng)尾氣處理廢熱鍋爐(E-204)回收熱量并降溫后進(jìn)入急冷塔(C-201)。尾氣處理廢熱鍋爐殼程發(fā)生
O.45MPa蒸汽。急冷后的尾氣進(jìn)入吸收塔(C-202)，吸收塔底的富溶劑送至溶劑再生裝置進(jìn)行再生。脫硫后的尾氣進(jìn)入尾氣焚燒爐(F-301)焚燒。焚燒后的煙氣經(jīng)中壓蒸汽過熱器(E-301)和尾氣焚燒爐廢熱鍋爐(E-302)回收熱量后，經(jīng)煙囪(SK-301)排空?？藙谒刮矚馀c氫氣的混合氣體經(jīng)4. 4MPa中壓蒸汽一級(jí)加熱器后，設(shè)置二級(jí)加熱，采用尾氣焚燒爐產(chǎn)生的過熱蒸汽加熱，主要在裝置開停工的過程中催化劑升溫、硫化、鈍化、除焦時(shí)使用，裝置正常運(yùn)轉(zhuǎn)期間不需要開啟二級(jí)加熱。制硫單元發(fā)生的主要反應(yīng)有Claus反應(yīng)和有機(jī)硫的水解反應(yīng)，低溫有利于Claus反應(yīng)，高溫有利于有機(jī)硫的水解反應(yīng)，一級(jí)轉(zhuǎn)化器反應(yīng)溫度較高主要是兼顧有機(jī)硫的水解反應(yīng)，二級(jí)轉(zhuǎn)化器反應(yīng)溫度較低主要是兼顧C(jī)laus反應(yīng)。因此，制硫單元降低反應(yīng)溫度，主要決定于一級(jí)轉(zhuǎn)化器催化劑的水解活性。硫磺回收裝置制硫催化劑級(jí)配的關(guān)鍵是解決在復(fù)雜工況和苛刻條件下催化劑的壽命問題，以及催化劑抗工況波動(dòng)的能力，同時(shí)，降低反應(yīng)溫度，可降低裝置的能耗。表I給出了達(dá)到相同的水解效果不同級(jí)配方案，催化劑反應(yīng)溫度的差異。表I不同催化劑水解活性的差異
權(quán)利要求
1.一種酸性氣處理硫磺回收裝置的催化劑級(jí)配方法，其中催化轉(zhuǎn)化段由一級(jí)克勞斯轉(zhuǎn)化器、二級(jí)克勞斯轉(zhuǎn)化器和尾氣加氫反應(yīng)器構(gòu)成，其特征在于催化劑級(jí)配方案為一級(jí)克勞斯轉(zhuǎn)化器上部裝填1/2體積的多功能硫磺回收催化劑，下部裝填1/2體積的氧化鋁基制硫催化劑；二級(jí)克勞斯轉(zhuǎn)化器裝填氧化鋁基制硫催化劑；尾氣加氫反應(yīng)器裝填低溫克勞斯尾氣加氫催化劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的酸性氣處理硫磺回收裝置的催化劑級(jí)配方法，其特征在于多功能硫磺回收催化劑為LS-981多功能硫回收催化劑，氧化鋁基制硫催化劑為LS-300催化齊[J，低溫克勞斯尾氣加氫催化劑為LSH-02低溫克勞斯尾氣加氫催化劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的酸性氣處理硫磺回收裝置的催化劑級(jí)配方法，其特征在于一級(jí)克勞斯轉(zhuǎn)化器入口溫度控制為210-250°C，二級(jí)克勞斯轉(zhuǎn)化器入口溫度控制為200-2300C，克勞斯尾氣加氫反應(yīng)器入口溫度控制為200-250°C。
4.一種利用權(quán)利要求I所述的酸性氣處理硫磺回收裝置進(jìn)行的酸性氣處理工藝，包括硫磺回收工藝和尾氣處理工藝，其特征在于硫磺回收工藝如下酸性氣進(jìn)預(yù)熱器，采用I.OMPa低壓蒸汽預(yù)熱至160°C后，與空氣混合，進(jìn)入酸性氣燃燒爐，在930 1300°C高溫下，部分硫化氫與氧反應(yīng)生成二氧化硫，硫化氫與二氧化硫發(fā)生克勞斯反應(yīng)生成單質(zhì)硫；從燃燒爐出來的高溫過程氣進(jìn)入廢熱鍋爐冷卻至350°C并發(fā)生4. 4MPa中壓蒸汽后，進(jìn)入一級(jí)硫冷凝器，液硫從一級(jí)硫冷凝器底部經(jīng)硫封進(jìn)入液硫池；除霧后的過程氣采用燃燒爐廢熱鍋爐發(fā)生的4. 4MPa中壓蒸汽加熱至210 250°C后，進(jìn)入一級(jí)Claus反應(yīng)器，在制硫催化劑的作用下，硫化氫與二氧化硫發(fā)生反應(yīng)生成硫磺；有機(jī)硫水解為硫化氫；過程氣中多余的氧氣被脫除；反應(yīng)過程氣經(jīng)二級(jí)硫冷凝器冷卻至160°C并經(jīng)除霧后，液硫從二級(jí)硫冷凝器底部經(jīng)硫封進(jìn)入液硫池；過程氣采用燃燒爐廢熱鍋爐發(fā)生的4. 4Mpa中壓蒸汽加熱至200 230°C后進(jìn)入二級(jí)克勞斯反應(yīng)器，在克勞斯催化劑作用下，硫化氫與二氧化硫繼續(xù)發(fā)生反應(yīng)生成硫磺；反應(yīng)過程氣經(jīng)三級(jí)硫冷凝器冷卻至150°C并經(jīng)除霧后，液硫從三級(jí)硫冷凝器底部經(jīng)硫封進(jìn)入液硫池；尾氣再經(jīng)尾氣捕集器進(jìn)一步捕集硫霧后，進(jìn)入尾氣處理工藝。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的酸性氣處理工藝，其特征在于尾氣處理工藝如下經(jīng)捕集硫霧后的克勞斯尾氣，與氫氣混合，混合氣體采用燃燒爐廢熱鍋爐發(fā)生的4. 4MPa中壓蒸汽進(jìn)行一級(jí)加熱至200-250°C，進(jìn)入裝載有低溫催化劑的加氫反應(yīng)器；在加氫反應(yīng)器中，過程氣中硫組份被還原或水解成H2S,經(jīng)尾氣處理廢熱鍋爐回收熱量并降溫后進(jìn)入急冷塔，尾氣處理廢熱鍋爐殼程發(fā)生O. 45MPa蒸汽，急冷后的尾氣進(jìn)入吸收塔，吸收塔底的富溶劑送至溶劑再生裝置進(jìn)行再生，脫硫后的尾氣進(jìn)入尾氣焚燒爐焚燒，焚燒后的煙氣經(jīng)中壓蒸汽過熱器和尾氣焚燒爐廢熱鍋爐回收熱量后，經(jīng)煙囪排空。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的酸性氣處理工藝，其特征在于尾氣處理工藝中混合氣體經(jīng).4. 4MPa中壓蒸汽一級(jí)加熱器后，設(shè)置二級(jí)加熱，采用尾氣焚燒爐產(chǎn)生的過熱蒸汽加熱。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種酸性氣排放處理催化劑級(jí)配裝置，屬于化工生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，由一級(jí)克勞斯轉(zhuǎn)化器、二級(jí)克勞斯轉(zhuǎn)化器和尾氣加氫反應(yīng)器構(gòu)成，其特征在于一級(jí)克勞斯轉(zhuǎn)化器上部裝填1/2體積的多功能硫磺回收催化劑，下部裝填1/2體積的氧化鋁基制硫催化劑；二級(jí)克勞斯轉(zhuǎn)化器裝填氧化鋁基制硫催化劑；尾氣加氫反應(yīng)器裝填低溫克勞斯尾氣加氫催化劑，級(jí)配合理，延長了運(yùn)行周期和催化劑整體使用壽命，級(jí)配催化劑的整體使用壽命可達(dá)到6年。酸性氣排放處理工藝，包括硫磺回收工藝和尾氣處理工藝，效果好，且節(jié)能。
文檔編號(hào)C01B17/04GK102951613SQ201110253299
公開日2013年3月6日 申請(qǐng)日期2011年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月30日
發(fā)明者劉愛華, 達(dá)建文, 郭宏昶, 劉劍利, 許金山, 王建華, 王占頂, 陶衛(wèi)東 申請(qǐng)人:中國石油化工股份有限公司