專利名稱：酸性氣處理硫磺回收裝置催化劑級配方法及工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種酸性氣處理硫磺回收裝置催化劑級配方法及工藝，屬于化工生產(chǎn)技術領域。
背景技術：
酸性氣回收硫磺的尾氣處理工藝主要分3種類型亞露點工藝、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到99. 8%以上，所以得到了最廣泛的應用。目前國內(nèi)對于硫磺回收裝置尾氣處理的技術選擇來說，除部分煤化工領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，加氫反應器的入口溫度要求280 320°C，要滿足加氫反應器的入口溫度要求，需要將Claus尾氣進行加熱，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器的入口溫度作為研究開發(fā)的重點，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蟮臏囟?，因?. OMPa蒸汽的飽和溫度是251°C，所以就需要將加氫反應器入口溫度降低到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，配套的催化劑級配方案一般為一級克勞斯轉(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；二級克勞斯轉(zhuǎn)化器裝填氧化鋁基制硫催化劑；尾氣加氫反應器裝填低溫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配裝置，級配合理，延長了運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配裝置，由一級克勞斯轉(zhuǎn)化器、二級克勞斯轉(zhuǎn)化器和尾氣加氫反應器構成，其一級克勞斯轉(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；二級克勞斯轉(zhuǎn)化器裝填氧化鋁基制硫催化劑；尾氣加氫反應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。
一級克勞斯轉(zhuǎn)化器入口溫度控制為210-250°C，二級克勞斯轉(zhuǎn)化器入口溫度控制為200-230°C，克勞斯尾氣加氫反應器入口溫度控制為200-250°C。級配合理，延長了運行周期和催化劑整體使用壽命，級配催化劑的整體使用壽命可達到6年，節(jié)約催化劑運行成本和采購費用。利用本發(fā)明酸性氣排放處理催化劑級配裝置進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預熱器，采用I. OMPa低壓蒸汽預熱至160°C后，與空氣混合，進入酸性氣燃燒爐(F-101)，部分硫化氫與氧反應生成二氧化硫，在930 1300°C高溫下，硫化氫與二氧化硫發(fā)生克勞斯反應生成單質(zhì)硫(2H2S+S02 = 3S+2H20)。從燃燒爐出來的高溫過程氣進入廢熱鍋爐(E-101)冷卻至350°C并發(fā)生4. 4MPa中壓蒸汽后，進入一級硫冷凝器(E-102)，液硫從一級硫冷凝器底部經(jīng)硫封進入液硫池(P-101)。除霧后的過程氣經(jīng)一級過程氣加熱 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，進入一級Claus反應器(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(2H2S+S02=3S+2H20)，生成硫磺；有機硫水解為硫化氫；過程氣中多余的氧氣被脫除。反應過程氣經(jīng)二級硫冷凝器(E-103)冷卻至160°C并經(jīng)除霧后，液硫從二級硫冷凝器底部經(jīng)硫封進入液硫池(P-101)。過程氣經(jīng)二級過程氣加熱器(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后進入二級Claus反應器(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，生成硫磺。反應過程氣經(jīng)三級硫冷凝器(E-104)冷卻至150°C并經(jīng)除霧后，液硫從三級硫冷凝器底部經(jīng)硫封(P-101)進入液硫池。尾氣再經(jīng)尾氣捕集器(D-101)進一步捕集硫霧后，進入尾氣處理工藝。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，以提供進行加氫反應的還原介質(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，進入裝載有低溫催化劑的加氫反應器(R-201)。在加氫反應器中，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。在加氫反應器中發(fā)生的是放熱反應，離開加氫反應器的尾氣溫度較高，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。急冷后的尾氣進入吸收塔(C-202)，吸收塔底的富溶劑送至溶劑再生裝置進行再生。脫硫后的尾氣進入尾氣焚燒爐(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，并輔助設計二級過熱蒸汽加熱，在催化劑硫化、開停工、運行末期及催化劑再生時使用。裝置正常運轉(zhuǎn)期間不需要開啟二級加熱。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，一部分用于一級過程氣、二級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；尾氣焚燒爐出口設置蒸汽過熱器，對自產(chǎn)的中壓蒸汽進行過熱。Claus尾氣加氫反應器入口溫度可降至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，加氫反應器前不需再設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器后部的廢熱鍋爐，加氫尾氣直接進入急冷塔，裝置操作費用節(jié)約30%以上，投資費用節(jié)約15%以上。采用此催化劑級配方案及工藝，裝置總硫回收率達到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準(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、反應空速對有機硫水解活性的影響情況圖?！D4、反應空速對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、一級冷凝器E103、二級冷凝器E104、三級冷凝器E105、E106、換熱器R101、一級轉(zhuǎn)化器R102、二級轉(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。
具體實施例方式下面結合實施例對本發(fā)明作進一步說明。實施例本發(fā)明所述的酸性氣排放處理催化劑級配裝置，由一級克勞斯轉(zhuǎn)化器、二級克勞斯轉(zhuǎn)化器和尾氣加氫反應器構成，其一級克勞斯轉(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；二級克勞斯轉(zhuǎn)化器裝填LS-300催化劑；尾氣加氫反應器裝填低溫克勞斯尾氣加氫催化劑。一級克勞斯轉(zhuǎn)化器入口溫度控制為210-250°C，二級克勞斯轉(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預熱器，采用I. OMPa低壓蒸汽預熱至160°C后，與空氣混合，進入酸性氣燃燒爐(F-101)，部分硫化氫與氧反應生成二氧化硫，在930 1300 °C高溫下，硫化氫與二氧化硫發(fā)生克勞斯反應生成單質(zhì)硫(2H2S+S02 =3S+2H20)。從燃燒爐出來的高溫過程氣進入廢熱鍋爐(E-101)冷卻至350°C并發(fā)生4. 4MPa中壓蒸汽后，進入一級硫冷凝器(E-102)，液硫從一級硫冷凝器底部經(jīng)硫封進入液硫池(P-101)。除霧后的過程氣經(jīng)一級過程氣加熱器(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，進入一級Claus反應器(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(2H2S+S02 = 3S+2H20)，生成硫磺；有機硫水解為硫化氫；過程氣中多余的氧氣被脫除。反應過程氣經(jīng)二級硫冷凝器(E-103)冷卻至160°C并經(jīng)除霧后，液硫從二級硫冷凝器底部經(jīng)硫封進入液硫池(p-ιο )。過程氣經(jīng)二級過程氣加熱器(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后進入二級Claus反應器(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，生成硫磺。反應過程氣經(jīng)三級硫冷凝器(E-104)冷卻至150°C并經(jīng)除霧后，液硫從三級硫冷凝器底部經(jīng)硫封(P-IOl)進入液硫池。尾氣再經(jīng)尾氣捕集器(D-101)進一步捕集硫霧后，進入尾氣處理工藝。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，以提供進行加氫反應的還原介質(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，進入裝載有低溫催化劑的加氫反應器(R-201)。在加氫反應器中，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在加氫反應器中發(fā)生的是放熱反應，離開加氫反應器的尾氣溫度較高，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。急冷后的尾氣進入吸收塔(C-202)，吸收塔底的富溶劑送至溶劑再生裝置進行再生。脫硫后的尾氣進入尾氣焚燒爐(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中壓蒸汽一級加熱器后，設置二級加熱，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、除焦時使用，裝置正常運轉(zhuǎn)期間不需要開啟二級加熱。制硫單元發(fā)生的主要反應有Claus反應和有機硫的水解反應，低溫有利于Claus反應，高溫有利于有機硫的水解反應，一級轉(zhuǎn)化器反應溫度較高主要是兼顧有機硫的水解反應，二級轉(zhuǎn)化器反應溫度較低主要是兼顧Claus反應。因此，制硫單元降低反應溫度，主要決定于一級轉(zhuǎn)化器催化劑的水解活性。硫磺回收裝置制硫催化劑級配的關鍵是解決在復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的能力，同時，降低反應溫度，可降低裝置的能耗。表I給出了達到相同的水解效果不同級配方案，催化劑反應溫度的差異。表I不同催化劑水解活性的差異
權利要求
1.一種酸性氣處理硫磺回收裝置的催化劑級配方法，其中催化轉(zhuǎn)化段由一級克勞斯轉(zhuǎn)化器、二級克勞斯轉(zhuǎn)化器和尾氣加氫反應器構成，其特征在于催化劑級配方案為一級克勞斯轉(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；二級克勞斯轉(zhuǎn)化器裝填氧化鋁基制硫催化劑；尾氣加氫反應器裝填低溫克勞斯尾氣加氫催化劑。
2.根據(jù)權利要求I所述的酸性氣處理硫磺回收裝置的催化劑級配方法，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)權利要求I所述的酸性氣處理硫磺回收裝置的催化劑級配方法，其特征在于一級克勞斯轉(zhuǎn)化器入口溫度控制為210-250°C，二級克勞斯轉(zhuǎn)化器入口溫度控制為200-2300C，克勞斯尾氣加氫反應器入口溫度控制為200-250°C。
4.一種利用權利要求I所述的酸性氣處理硫磺回收裝置進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預熱器，采用I.OMPa低壓蒸汽預熱至160°C后，與空氣混合，進入酸性氣燃燒爐，在930 1300°C高溫下，部分硫化氫與氧反應生成二氧化硫，硫化氫與二氧化硫發(fā)生克勞斯反應生成單質(zhì)硫；從燃燒爐出來的高溫過程氣進入廢熱鍋爐冷卻至350°C并發(fā)生4. 4MPa中壓蒸汽后，進入一級硫冷凝器，液硫從一級硫冷凝器底部經(jīng)硫封進入液硫池；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，進入一級Claus反應器，在制硫催化劑的作用下，硫化氫與二氧化硫發(fā)生反應生成硫磺；有機硫水解為硫化氫；過程氣中多余的氧氣被脫除；反應過程氣經(jīng)二級硫冷凝器冷卻至160°C并經(jīng)除霧后，液硫從二級硫冷凝器底部經(jīng)硫封進入液硫池；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后進入二級克勞斯反應器，在克勞斯催化劑作用下，硫化氫與二氧化硫繼續(xù)發(fā)生反應生成硫磺；反應過程氣經(jīng)三級硫冷凝器冷卻至150°C并經(jīng)除霧后，液硫從三級硫冷凝器底部經(jīng)硫封進入液硫池；尾氣再經(jīng)尾氣捕集器進一步捕集硫霧后，進入尾氣處理工藝。
5.根據(jù)權利要求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中壓蒸汽進行一級加熱至200-250°C，進入裝載有低溫催化劑的加氫反應器；在加氫反應器中，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，急冷后的尾氣進入吸收塔，吸收塔底的富溶劑送至溶劑再生裝置進行再生，脫硫后的尾氣進入尾氣焚燒爐焚燒，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中壓蒸汽一級加熱器后，設置二級加熱，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配裝置，屬于化工生產(chǎn)技術領域，由一級克勞斯轉(zhuǎn)化器、二級克勞斯轉(zhuǎn)化器和尾氣加氫反應器構成，其特征在于一級克勞斯轉(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；二級克勞斯轉(zhuǎn)化器裝填氧化鋁基制硫催化劑；尾氣加氫反應器裝填低溫克勞斯尾氣加氫催化劑，級配合理，延長了運行周期和催化劑整體使用壽命，級配催化劑的整體使用壽命可達到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C01B17/04GK102951613SQ201110253299
公開日2013年3月6日 申請日期2011年8月30日 優(yōu)先權日2011年8月30日
發(fā)明者劉愛華, 達建文, 郭宏昶, 劉劍利, 許金山, 王建華, 王占頂, 陶衛(wèi)東 申請人:中國石油化工股份有限公司