一種硫回收等溫反應(yīng)器及其工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種硫回收等溫反應(yīng)器及其工藝。所述硫回收等溫反應(yīng)器包括殼體、徑向框、換熱套管、中心管、上管板、下管板、汽室、水室、催化劑床和汽包，所述換熱套管由換熱內(nèi)套管和換熱外套管組成，換熱內(nèi)套管置于換熱外套管內(nèi)部；所述換熱內(nèi)套管的上端伸出換熱外套管并固定連接在上管板上，該換熱內(nèi)套管的頂部與水室連通，底部與換熱外套管底部連通；所述換熱外套管的上端焊接固定在下管板上，下端伸入催化劑床中，該換熱外套管頂部與汽室連通，底部封閉。該硫回收等溫反應(yīng)器能解決換熱管不能自由伸縮而造成的拉裂破壞的問題，并減輕H2S對換熱管焊接焊縫的腐蝕。采用該硫回收等溫反應(yīng)器及其工藝，可確保硫回收效果一次達標(biāo)，硫回收總效率大于99％。
【專利說明】
一種硫回收等溫反應(yīng)器及其工藝
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種硫回收等溫反應(yīng)器及其工藝，主要應(yīng)用于工業(yè)氣體、化工廢氣脫 硫及硫回收領(lǐng)域，負責(zé)將含硫氣體在催化劑作用下反應(yīng)生成單質(zhì)硫。該硫回收等溫反應(yīng)器 及其工藝，可確保硫回收效果一次達標(biāo)，硫回收總效率大于99%。
【背景技術(shù)】
[0002] 煤、石油、天然氣以及礦石的大量開采、加工及使用，燃煤過程產(chǎn)生的S02和煉油煉 鋼過程產(chǎn)生的酸性水、酸性氣和含硫煙氣等會產(chǎn)生大量的硫化物，這些硫化物直接排放會 造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。隨著國家對環(huán)保的要求越來越嚴(yán)格，工業(yè)氣體、化工廢氣脫硫并進行 硫回收的技術(shù)得到了廣泛運用。
[0003] 根據(jù)酸性氣體中H2S濃度不同，硫回收技術(shù)主要有Claus工藝、直接氧化工藝和脫 硫液噴射再生工藝。在這些工藝中，都要用到硫回收反應(yīng)器，該反應(yīng)器負責(zé)將含硫氣體在催 化劑作用下反應(yīng)生成單質(zhì)硫。比如采用直接氧化工藝，其主反應(yīng)方程式如下：
[0004]
[0005] 反應(yīng)是在裝有催化劑的反應(yīng)器中進行的，反應(yīng)壓力為0.01-5.5MPa，反應(yīng)溫度為 150°C-350 °C。直接氧化是一個強放熱反應(yīng)，體積分?jǐn)?shù)1 %的H2S轉(zhuǎn)化為硫的反應(yīng)熱導(dǎo)致的溫 升為70°C，因此，反應(yīng)溫度必須加以控制，既可防止超溫而使催化劑失活，還可防止由于溫 度過高而增加 S02的生成量，造成硫轉(zhuǎn)化率降低，使尾氣中硫含量超標(biāo)。為了控制反應(yīng)溫度， 防止超溫而使催化劑失活，必須快速把反應(yīng)熱移走。目前的反應(yīng)器采取內(nèi)置盤管結(jié)構(gòu)或者 螺旋繞管結(jié)構(gòu)，管外為催化劑反應(yīng)床層，管內(nèi)有冷卻水流動，利用盤管或者繞管進行換熱， 快速把反應(yīng)熱移走。
[0006] 除了反應(yīng)溫度要加以控制，上述反應(yīng)還存在濕H2S腐蝕問題，反應(yīng)器的選擇和制造 必須要抵抗H2S腐蝕，否則，設(shè)備谷易被H2S腐蝕破壞甚至開裂、穿孔。為了抵抗H2S腐蝕，除了 選用恰當(dāng)?shù)脑O(shè)備材料之外，設(shè)備結(jié)構(gòu)和制造同樣重要。
[0007] 不考慮設(shè)備材料的影響，現(xiàn)有反應(yīng)器采用的盤管或者螺旋繞管結(jié)構(gòu)均存在這些問 題：
[0008] 1、盤管或繞管長達幾十米，必須用多根直管拼接后再彎成盤管或者螺旋繞管，拼 接處的焊縫是H 2S腐蝕容易發(fā)生的地方，拼接焊縫越多，發(fā)生H2S腐蝕的風(fēng)險越大。
[0009] 2、反應(yīng)器在工作中，盤管或者螺旋繞管是埋入催化劑床層中，在催化劑的壓緊下， 盤管或者螺旋繞換熱管是不能軸向自由伸縮的。當(dāng)反應(yīng)器開工時或者溫度發(fā)生劇烈變化 時，盤管或者螺旋繞管在熱脹冷縮下必然要自由伸縮，但受催化劑的壓緊限制不能伸縮，不 能釋放溫差應(yīng)力，極有可能導(dǎo)致盤管或者螺旋繞管拉裂或者破壞。
[0010]現(xiàn)有采用盤管結(jié)構(gòu)或者螺旋繞管結(jié)構(gòu)的硫回收反應(yīng)器，盤管或繞管破裂導(dǎo)致不能 正常穩(wěn)定長周期運行的情況時有發(fā)生。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 針對現(xiàn)在硫回收反應(yīng)器存在的上述不足，本發(fā)明提了供一種可以快速移熱、結(jié)構(gòu) 安全可靠的硫回收等溫反應(yīng)器。
[0012] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：
[0013] -種硫回收等溫反應(yīng)器，包括殼體、徑向框、換熱套管、中心管、上管板、下管板、汽 室、水室、催化劑床和汽包，所述換熱套管由換熱內(nèi)套管和套裝于換熱內(nèi)套管外部的換熱外 套管組成;所述換熱內(nèi)套管和換熱外套管均由一根空心管制作而成，該換熱內(nèi)套管兩端開 口，該換熱外套管一端開口，一端封閉;所述換熱內(nèi)套管的上端伸出換熱外套管并固定連接 在上管板上，該換熱內(nèi)套管的頂部與水室連通，底部與換熱外套管底部連通;所述換熱外套 管的上端焊接固定在下管板上，下端伸入催化劑床中，該換熱外套管頂部與汽室連通，底部 封閉。
[0014] 進一步的，所述換熱外套管底端裝有彈性元件。
[0015] 作為一種具體的優(yōu)選方式，所述彈性元件為錐形彈簧。
[0016] 作為一種具體的優(yōu)選方式，所述換熱外套管底端裝有頂針。
[0017] 作為一種具體的優(yōu)選方式，所述換熱外套管底端裝有套筒，該換熱外套管的下端 伸入所述套筒內(nèi)，所述套筒底部封閉，上端與所述換熱外套管之間形成密封區(qū)。
[0018] 當(dāng)硫回收等溫反應(yīng)器催化劑床層溫度發(fā)生變化時，換熱外套管受溫度變化，發(fā)生 熱脹冷縮，長度發(fā)生變化，由于上端固定，下端自由，變化的長度可以沿軸向在下端伸縮，釋 放溫差應(yīng)力，不會對上端與上管板的焊縫產(chǎn)生拉伸或者壓縮的外力，從根本上解決了盤管 或者螺旋繞管式換熱管受催化劑限制在軸向方向不能自由伸縮造成拉裂破壞換熱管的隱 患。此外，換熱外套管為一根長度定制的整管，焊縫只有一處，在有濕H 2S腐蝕環(huán)境下，大大 減少了 H2S對換熱管焊接焊縫的腐蝕。
[0019] 換熱外套管底端安裝的彈性元件、頂針或套筒，可使換熱外套管熱脹冷縮時更好 的在軸向方向上伸縮，更好的保護換熱管不因熱脹冷縮而破壞。
[0020] 更進一步的，本發(fā)明的第二個發(fā)明目的是提供了一種利用上述硫回收等溫反應(yīng)器 進行硫回收的工藝，該工藝包括如下步驟：
[0021] 1)將需回收的酸性氣經(jīng)過酸性氣分離器凈化過濾，經(jīng)鼓風(fēng)機后配入適量的空氣， 控制H 2S含量 < 20mol %，O2/H2S 2 0 · 3;
[0022] 2)將該混合后的酸性氣經(jīng)進料預(yù)熱器、第一加熱器加熱到130-300°C，送入硫回收 等溫反應(yīng)器進行選擇性氧化反應(yīng)，反應(yīng)后的氣體溫度180-300°C，再將反應(yīng)后的氣體送入二 合一冷凝器冷卻到70-150°C，再送入第一硫分離器分離出液態(tài)硫；
[0023] 3)經(jīng)第一硫分離器分離后的少量酸性氣體，溫度為100_150°C，經(jīng)中間加熱器、第 二加熱器加熱到140-250°C后送入硫回收絕熱反應(yīng)器進行選擇性氧化反應(yīng)，反應(yīng)后的氣體 溫度190-280°C，再將反應(yīng)后的氣體送入二合一冷凝器冷卻到70-150°C，再送入第二硫分離 器分離出液態(tài)硫，最終剩下經(jīng)凈化后的尾氣。
[0024] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
[0025] 1、從根本上解決了盤管或者螺旋繞管式換熱管受催化劑限制在軸向方向不能自 由伸縮而造成的拉裂破壞換熱管的隱患。
[0026] 2、換熱外套管為一根長度定制的整管，焊縫只有一處，大大減少了H2S對換熱管焊 接焊縫的腐蝕。
【附圖說明】
[0027] 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā) 明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根 據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0028] 圖1是本發(fā)明一個實施例的結(jié)構(gòu)原理圖；
[0029]圖2是發(fā)明所述換熱套管一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖3是發(fā)明所述換熱套管另一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖4是發(fā)明所述換熱套管另一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖5是本發(fā)明所述工藝流程圖。
【具體實施方式】
[0033] 實施例1
[0034] -種硫回收等溫反應(yīng)器，如圖1所示，包括殼體10、徑向框9、換熱套管6、中心管7、 上管板3、下管板5、汽室4、水室2、催化劑床8和汽包1，所述換熱套管6由換熱內(nèi)套管61和套 裝于換熱內(nèi)套管61外部的換熱外套管62組成;所述換熱內(nèi)套管61和換熱外套管62均由一根 空心管制作而成，該換熱內(nèi)套管61兩端開口，該換熱外套管62-端開口，一端封閉；所述換 熱內(nèi)套管61的上端伸出換熱外套管62并固定連接在上管板3上，該換熱內(nèi)套管61的頂部與 水室2連通，底部與換熱外套管62底部連通;所述換熱外套管62的上端焊接固定在下管板5 上，下端伸入催化劑床8中，該換熱外套管62頂部與汽室4連通，底部封閉。
[0035] 當(dāng)硫回收等溫反應(yīng)器催化劑床8溫度發(fā)生變化時，換熱外套管62受溫度變化，發(fā)生 熱脹冷縮，長度發(fā)生變化，由于上端固定，下端自由，變化的長度可以沿軸向在下端伸縮，釋 放溫差應(yīng)力，不會對上端與上管板3的焊縫產(chǎn)生拉伸或者壓縮的外力，從根本上解決了盤管 或者螺旋繞管式換熱管受催化劑限制在軸向方向不能自由伸縮而造成的拉裂破壞換熱管 的隱患。此外，換熱外套管62為一根長度定制的整管，焊縫只有與下管板5之間的一處，在有 濕H 2S腐蝕環(huán)境下，相比盤管或者螺旋繞管式換熱管的幾十處焊接焊縫，大大減少了 H2S對換 熱管焊接焊縫的腐蝕，將焊接造成換熱管發(fā)生H2S腐蝕的風(fēng)險降到了最低，確保硫回收等溫 反應(yīng)器的長周期穩(wěn)定運行。
[0036]如圖2所示，為了防止換熱外套管62底部的催化劑影響換熱外套管62因熱脹冷縮 而在軸向方向上的伸縮，在換熱外套管62的底部安裝了彈性元件63,該彈性元件63的彈性 為換熱外套管62的熱脹冷縮提供了空間。該彈性元件63具體為錐形彈簧。
[0037]如圖3所示，為了防止換熱外套管62底部的催化劑影響換熱外套管62因熱脹冷縮 而在軸向方向上的伸縮，在換熱外套管62的底部安裝了頂針64,該頂針64可很方便的插入 和抽出催化劑層，這樣可使換熱外套管62熱脹冷縮時在催化劑床8中伸縮更自如。
[0038]如圖4所示，為了防止換熱外套管62底部的催化劑影響換熱外套管62因熱脹冷縮 而在軸向方向上的伸縮，在換熱外套管62的底部安裝了套筒65,該換熱外套管62的下端伸 入所述套筒65內(nèi)，所述套筒65底部封閉，上端與所述換熱外套管62之間形成密封區(qū)。該套筒 65的內(nèi)腔為換熱外套管62的熱脹冷縮提供了空間。
[0039] 實施例2
[0040]如圖5所示，與本發(fā)明的硫回收等溫反應(yīng)器相配的硫回收工藝流程，其由酸性氣分 離器E11、鼓風(fēng)機E12、進料預(yù)熱器E13、第一加熱器E14、硫回收等溫反應(yīng)器E15、二合一冷凝 器E16、第一硫分離器E17、中間加熱器E18、第二加熱器E19、硫回收絕熱反應(yīng)器E20、第二硫 分離器E21組成。工作時，將需回收的酸性氣經(jīng)過酸性氣分離器E11凈化過濾，經(jīng)鼓風(fēng)機E12 后配入適量的空氣，控制H 2S含量< 20mol%，02/H2S 2 0.3;然后將該混合后酸性氣經(jīng)進料預(yù) 熱器E12、第一加熱器E14加熱到130-30(TC，送入硫回收等溫反應(yīng)器E15進行選擇性氧化反 應(yīng)，反應(yīng)后的氣體溫度180-300°C，再將反應(yīng)后的氣體送入二合一冷凝器E16冷卻到70-150 °C，再送入第一硫分離器E17分離出液態(tài)硫;經(jīng)第一硫分離器E17分離后的少量酸性氣體，溫 度為100-150°C，經(jīng)中間加熱器E18、第二加熱器E19加熱到140-250°C后送入硫回收絕熱反 應(yīng)器E20進行選擇性氧化反應(yīng)，反應(yīng)后的氣體溫度190-280°C，再將反應(yīng)后的氣體送入二合 一冷凝器E16冷卻到70-150°C，再送入第二硫分離器E21分離出液態(tài)硫，最終剩下經(jīng)凈化后 的尾氣。該硫回收等溫反應(yīng)器及其工藝，可確保硫回收效果一次達標(biāo)，硫回收總效率大于 99% 〇
[0041]最后應(yīng)說明的是：以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制;盡管 參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:其依然可 以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換； 而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的精神和 范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種硫回收等溫反應(yīng)器，包括殼體（10)、徑向框(9)、換熱套管(6)、中心管(7)、上管 板(3)、下管板(5)、汽室(4)、水室(2)、催化劑床(8)和汽包（1)，其特征在于:所述換熱套管 (6)由換熱內(nèi)套管(61)和套裝于換熱內(nèi)套管(61)外部的換熱外套管(62)組成;所述換熱內(nèi) 套管(61)和換熱外套管(62)均由一根空心管制作而成，該換熱內(nèi)套管(61)兩端開口，該換 熱外套管(62) -端開口，一端封閉；所述換熱內(nèi)套管(61)的上端伸出換熱外套管(62)并固 定連接在上管板(3)上，該換熱內(nèi)套管(61)的頂部與水室(2)連通，底部與換熱外套管(62) 底部連通;所述換熱外套管(62)的上端焊接固定在下管板(5)上，下端伸入催化劑床(8)中， 該換熱外套管(62)頂部與汽室(4)連通，底部封閉。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的硫回收等溫反應(yīng)器，其特征在于:所述換熱外套管(62)底端裝 有彈性元件(63)。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的硫回收等溫反應(yīng)器，其特征在于:所述彈性元件(63)為錐形彈 簧。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的硫回收等溫反應(yīng)器，其特征在于:所述換熱外套管(62)底端裝 有頂針(64)。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的硫回收等溫反應(yīng)器，其特征在于:所述換熱外套管(62)底端裝 有套筒(65)，該換熱外套管(62)的下端伸入所述套筒(65)內(nèi)，所述套筒(65)底部封閉，上端 與所述換熱外套管(62)之間形成密封區(qū)。6. -種利用權(quán)利要求1-5任一項所述硫回收等溫反應(yīng)器進行硫回收的工藝，其特征在 于:包括如下步驟： 1) 將需回收的酸性氣經(jīng)酸性氣分離器(E11)、鼓風(fēng)機后(E12)，配入適量的空氣，配入空 氣后H2S含量 < 20mol %，O2/H2S 2 0 · 3; 2) 將混合后的酸性氣經(jīng)進料預(yù)熱器(E13)、第一加熱器(E14)后，送入權(quán)利要求1-3之一 所述硫回收等溫反應(yīng)器(E15)內(nèi)，再將反應(yīng)后的氣體送入二合一冷凝器(E16)、第一硫分離 器(E17)分離出液態(tài)硫;其中，進入硫回收等溫反應(yīng)器(E15)的酸性氣溫度為130-300°C，進 入二合一冷凝器(E16)的反應(yīng)后酸性氣溫度為180-300°C，進入第一硫分離器(E17)的反應(yīng) 后酸性氣溫度70-150 °C; 3) 經(jīng)第一硫分離器(E17)分離后的酸性氣，經(jīng)中間加熱器(E18)、第二加熱器(E19)后， 送入硫回收絕熱反應(yīng)器(E20)內(nèi)，再將反應(yīng)后的氣體送入二合一冷凝器(E16)、第二硫分離 器(E21)分離出液態(tài)硫，送出凈化后的尾氣；其中，進入中間加熱器(E18)的酸性氣溫度為 100-150°C，進入硫回收絕熱反應(yīng)器(E20)的酸性氣溫度為140-250°C，進入二合一冷凝器 (E16)的反應(yīng)后酸性氣溫度為190-280°C，進入第二硫分離器(E21)的反應(yīng)后酸性氣溫度70-150。。。
【文檔編號】B01D53/52GK105854588SQ201610194935
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年3月31日
【發(fā)明人】謝定中
【申請人】湖南安淳高新技術(shù)有限公司