[发明专利]低温克劳斯冷床吸附优化控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种硫磺回收工艺，尤其是涉及一种硫磺回收催化反应段低温克劳斯冷床吸附优化控制方法。

背景技术

在脱除天然气中酸性气体的净化工艺过程中，一般都要产生含H₂S和CO₂的酸气，为了防止酸气排放对大气污染，必须将酸气中的H₂S最大程度转化为元素硫或其他形态的硫化合物，并将其回收利用。

在天然气处理厂和含硫油炼制过程中，对酸气中的H₂S大都采用了克劳斯硫磺回收工艺回收硫磺，该工艺方法将酸气中的H₂S转化为单质硫分二个阶段完成：第一阶段称为热反应阶段，有1/3体积的H₂S在反应炉内被鼓风机提供的当量空气氧化成SO₂，并放出大量反应热，使反应炉温度上升至950℃~1250℃，并在反应炉1~2秒停留时间内完成剩余2/3的H₂S和SO₂反应生成硫元素。热反应段的硫磺转化率与反应温度、酸气中H₂S浓度有关，理论转化率可达60%~75%；第二阶段称为催化反应段，即未在反应炉内转化的H₂S和SO₂，按照H₂S/SO₂=2：1的比率，在后续的催化反应器中生成元素硫。

热反应段和催化反应段大致以反应温度550℃为分界，在热反应段随反应温度提高，反应压力降低，硫转化率提高；在催化反应段随反应温度降低，反应压力提高，硫转化率提高。从整体而言，随着反应物浓度下降，硫磺回收装置的硫磺收率最终取决于催化反应段的硫磺收率，因此，提高催化反应段的硫磺转化率是硫磺回收控制系统的核心课题。

常规克劳斯采用三级转化催化反应，最高硫回收率可达到97%。

近年来，随着对硫磺回收尾气排放更加严格，把克劳斯装置和尾气处理装置结合一体的新工艺发展很快，其中低温克劳斯反应工艺已成为当前发展的主流。代表性装置有冷床吸附（CBA）硫磺回收工艺和CPE西南分公司自主开发的改良低温克劳斯硫磺回收方法（CPS）工艺等。其硫磺收率均达到了99.2%以上。而控制方案的完善和优化是获取高硫磺收率最重要因素。

低温克劳斯装置一般设置一级常规克劳斯反应器和三级低温克劳斯反应器，常规克劳斯反应器过程出口温度控制在340℃左右，该级反应器的转化率约为70%，同时充分完成COS和CS₂的水解，后续的三级低温克劳斯转化器，其中一个转化器处于再生状态，二个转化器处于低温吸附状态，经过一个时间周期（24小时或16小时），对转化器的状态进行切换，再生好的转化器转为吸附，吸附接近饱和的转化器转为再生状态，确保装置连续稳定运行。

目前，国内应用比较广泛的低温克劳斯装置有CBA冷床吸附工艺和CPE西南分公司研究开发的CPS工艺，这些工艺过程在低温吸附段都有相同特点，但对再生流程安排和切换条件考虑各有不同。

由于CBA工艺采用未经分硫的一级转化器出口过程气（340℃）作为再生热气流，再生态转化器硫蒸汽分压较高，硫的露点温度也高，这不仅影响该级转化器的转化率，也加长了再生所需时间。同时，由于H₂S/SO₂在线分析仪安装在再生气管线上，硫露点提高给仪器样气处理带来一定难度，而该在线分析仪的正常使用对高硫收率的保证是至关重要的。

CPE西南分公司开发的CPS工艺以三床CBA工艺为基础，着重对再生气流程做了改进。CPS工艺将一级转化器出口气直接进入一级硫冷凝器分离常规克劳斯转化生成的硫磺（转化率约为70%），冷凝器出口127℃的过程气进入尾气焚烧炉烟气换热器与焚烧后烟气换热，烟气由600℃降至450℃，过程气升至344℃对切换为再生态的转化器进行再生。为确保再生气温度不受焚烧烟气流量和温度波动影响，通过调节烟气换热器旁路量来控制再生气温度。CPS工艺不仅克服了CBA工艺的弱点，又充分利用了高温焚烧炉烟气的能量，节能效果显著，而如何为三床低温克劳斯反应设计最佳切换路线和控制方法是该工艺取得高收率的重要保证手段。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点，本发明提供了一种低温克劳斯冷床吸附优化控制方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种低温克劳斯冷床吸附优化控制方法，第一转化器、第二转化器和第三转化器依次循环进入再生，所述再生包括如下步骤：