[发明专利]双选择性高效硫磺回收装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种从石油化工和天然气(或油田气)净化所含H₂S酸性气中回收硫磺的工艺，具体是一种双选择性高效硫磺回收装置。

背景技术

随着我国新的环保排放标准(国标GB16927-1996《大气污染物综合排放标准》)对排放尾气中SO₂含量限制的日益严格，对于气体净化工艺来说，采用高效硫磺回收及尾气处理技术，来提高硫磺回收率的问题显得更加突出。

将H₂S转化为单质硫的Claus工艺是在1883年由英国化学家CarlFriedichClaus发明的专利技术。此后，该技术经一系列的改进，称作改良Claus工艺，在许多国家广泛应用。如图1所示，包括一个燃烧炉1-1和两个(或三个)催化反应器(1-2、1-3)及废热回收和冷凝冷却系统组成。在燃烧炉里，有三分之一的H₂S发生下面反应，被氧化生成SO₂：

3H₂S+3/2O₂→2H₂S+SO₂+2H₂O   (a)

剩下的H₂S与SO₂在燃烧炉和催化反应器中发生Claus反应生成元素硫：

2H₂S+SO₂→3/nS_n+2H₂O    (b)

在常规Claus工艺中，两级Claus装置硫回收率可以达到90％～96％，三级Claus装置硫回收率可以达到95％～98％。尾气排放不能满足日益严格的硫化物含量要求，必须配置硫磺尾气处理，如SCOT工艺等。这样就造成投资和操作费用大量增加。

常规的改良Claus工艺，由于下述3个方面的问题，总硫回收率受到了限制。

(1)Claus反应是一个可逆平衡反应，H₂S和SO₂不可能完全被转化；

(2)由于水的露点比硫的露点低，使用简单的方法不能将反应中生成的水从工艺气中脱除，从而阻碍了转化反应，限制了硫的回收率；

(3)由于上游装置的波动，造成酸性气流量及H₂S浓度的波动，很难控制H₂S∶SO₂为2∶1。

20世纪80年代，荷兰的几家公司和研究机构针对上述问题开发了直接选择性氧化工艺Super Claus和Euro Claus(超优克劳斯)工艺，使总硫回收率得到较大提高，可以分别达到99.2％和99.5％，并且接近达到新的环保要求，仍有0.8％和0.5％的硫化物需要排入大气，或配置其它尾气处理设备。

Super Claus工艺是在常规改良Claus二级转化反应器后而增加一个选择性氧化反应器，用O₂将残留的H₂S(控制不超0.6％～1.5％)氧化生成单质硫，其特点是：

(1)不要求精细控制H₂S/SO₂的比例为2，但大于2。

(2)使用特殊Super Claus催化剂，将H2S选择性氧化生成单质硫，而不生成SO₂，反应温度210～220℃，硫单程率为90％。反应方程式为：

H₂S+1/2O₂→S+H₂O    (c)

如图2所示，在Super Claus工艺中，燃烧炉2-1和两级Claus催化反应器(2-2，2-3)都是在H₂S过量的条件下操作。燃烧空气被分成两段，其中95％的空气进入主燃烧炉，剩下的5％空气与最后一级Claus反应器(2-4)的出口过程气混合，进入选择氧化反应器。Super Claus催化剂不受高浓度水和过量氧气的影响，尾气中的其它成份，如H₂和CO均不会被氧化。