1.一種處理低濃度酸性氣的硫磺回收工藝,用于含H2S 1-3%(體積)的酸性氣,主要設(shè)備沿酸性氣流向包括加熱器、H2S直接氧化反應(yīng)器、中溫冷凝器、加熱器、H2S選擇性氧化反應(yīng)器、中溫冷凝器、低溫冷凝器,其中,中溫冷凝器、低溫冷凝器底部連接液硫槽;
直接氧化反應(yīng)器為水冷自限溫反應(yīng)器,裝填TiO2基H2S直接氧化硫磺回收催化劑,利用空氣所引入的O2將酸性氣中95%以上的H2S轉(zhuǎn)化為單質(zhì)硫,并使出口氣中SO2≤100 mg/m3;催化劑床層除去反應(yīng)氣入口的升溫段,其余為均溫床層;所述均溫床層的溫度可根據(jù)反應(yīng)要求,在200-230℃范圍內(nèi)進(jìn)行高低調(diào)節(jié);所述均溫床層內(nèi)的溫差自限定在10℃以內(nèi);
選擇性氧化反應(yīng)器為絕熱反應(yīng)器,裝填Fe2O3/氧化硅H2S選擇性氧化催化劑,床層溫度230-250℃,利用過程氣中所含的O2將H2S轉(zhuǎn)化,主要生成單質(zhì)硫和SO2,出口氣H2S≤20 mg/m3,SO2≤400 mg/m3;
其中,酸性氣配入所需量的空氣并充分混勻,先經(jīng)加熱器預(yù)熱到180~200℃,進(jìn)入直接氧化反應(yīng)器反應(yīng);直接氧化反應(yīng)器出口氣經(jīng)中溫冷凝器冷卻到140-160℃,生成的單質(zhì)硫冷凝分離進(jìn)入液硫槽,分離液硫的過程氣配入適量空氣并充分混勻,經(jīng)加熱器預(yù)熱到220~235℃,進(jìn)入選擇性氧化反應(yīng)器反應(yīng);選擇性氧化反應(yīng)器出口氣經(jīng)中溫冷凝器冷卻到140-160℃,生成的單質(zhì)硫冷凝分離進(jìn)入液硫槽,分離液硫的過程氣經(jīng)低溫冷凝器冷卻到60℃以下進(jìn)一步捕硫后由煙囪排空。
2.如權(quán)利要求1所述酸性氣的硫磺回收工藝,其特征在于,沿氣流方向在H2S直接氧化反應(yīng)器TiO2基硫磺回收催化劑床層之后設(shè)置TiO2基中溫有機(jī)硫水解催化劑床層,或在TiO2基硫磺回收催化劑床層的出口段混裝TiO2基中溫有機(jī)硫水解催化劑;也可以在H2S選擇性氧化反應(yīng)器Fe2O3/氧化硅催化劑之前,設(shè)置TiO2基中溫有機(jī)硫水解催化劑床層,或者在H2S選擇性氧化反應(yīng)器的Fe2O3/氧化硅催化劑床層入口段混裝TiO2基中溫有機(jī)硫水解催化劑;還可以沿氣流方向在H2S直接氧化反應(yīng)器的出口段設(shè)置TiO2基中溫有機(jī)硫水解催化劑床層與TiO2基硫磺回收催化劑的混合床層,并在H2S選擇性氧化反應(yīng)器入口段設(shè)置TiO2基中溫有機(jī)硫水解催化劑床層與Fe2O3/氧化硅催化劑的混合床層;(TiO2基硫磺回收催化劑+Fe2O3/氧化硅催化劑)與TiO2基中溫有機(jī)硫水解催化劑的體積比(0.7-0.9):(0.3-0.1)。
3.如權(quán)利要求1所述酸性氣的硫磺回收工藝,其特征在于,TiO2基硫磺回收催化劑為含TiO285-90%,其余成分主要是CaSO4的二氧化鈦基硫磺回收催化劑,或是較純的含TiO299%左右的二氧化鈦硫磺回收催化劑;TiO2基中溫有機(jī)硫水解催化劑的主要成分為TiO2以及選自于堿金屬、堿土金屬、稀土元素中一種或多種的鹽或氧化物,采用不具克勞斯活性的粘結(jié)劑。
4.如權(quán)利要求1所述酸性氣的硫磺回收工藝,其特征在于,所述水冷自限溫直接氧化反應(yīng)器,為垂直套管水冷自限溫直接氧化反應(yīng)器,包括反應(yīng)器主體、位于反應(yīng)器主體上部的水汽化移熱系統(tǒng),反應(yīng)器主體和水汽化移熱系統(tǒng)不連通;
反應(yīng)器主體包括殼體、催化劑反應(yīng)床層、進(jìn)出料管路及接口、催化劑裝卸結(jié)構(gòu);
水汽化移熱系統(tǒng)包括汽水室、足夠數(shù)量和換熱面積的金屬換熱套管,換熱套管由內(nèi)管和外管嵌套而成,外管向上開口于汽水室底板,向下延伸到催化劑床層底部或之下位置并在下端封口;內(nèi)管下端延伸至外管底部,上端延伸至外管上端口之外;內(nèi)管向下流水,外管向上流汽水混合物;套管上端口具有能夠保證內(nèi)管只進(jìn)水、流入水而基本不進(jìn)汽的結(jié)構(gòu),受本套管的外管或其它外管所排出汽水混合物的影響較小或完全不受其影響。
5.如權(quán)利要求4所述酸性氣的硫磺回收工藝,其特征在于,垂直套管水冷自限溫直接氧化反應(yīng)器的水汽化移熱系統(tǒng)換熱套管深入催化劑床層的高度0.5-20m,管間距0.02-0.10m,換熱面積10-50m2/m3催化劑。
6.如權(quán)利要求4所述酸性氣的硫磺回收工藝,其特征在于,垂直套管水冷自限溫直接氧化反應(yīng)器水汽化移熱系統(tǒng)換熱套管的上端結(jié)構(gòu),是內(nèi)管向上延伸開口而外管向側(cè)面開口或向側(cè)上方延伸開口,或是外管向上延伸開口,內(nèi)管側(cè)向彎曲穿過外管壁向側(cè)面開口或向側(cè)下方延伸開口,或內(nèi)管從外管上開口向側(cè)下彎曲;也可以是內(nèi)管上端口延伸至高于外管上端口之處,內(nèi)管上口和外管上口的高度差,為外管內(nèi)徑的1-3倍;還可具有內(nèi)徑擴(kuò)大段或喇叭口段,內(nèi)徑擴(kuò)大段長度可為外管內(nèi)徑的1-2倍,內(nèi)徑可為外管外徑的0.9-1.1倍,喇叭口段喇叭角10-20度。
7.如權(quán)利要求4所述酸性氣的硫磺回收工藝,其特征在于,垂直套管水冷自限溫直接氧化反應(yīng)器水汽化移熱系統(tǒng)換熱套管的上端結(jié)構(gòu),可以在汽水室之上設(shè)水室,換熱套管的內(nèi)管向上延伸并開口在水室底板;還可以由汽水室設(shè)通管連接水室,汽水室的汽水混合物全部進(jìn)入水室,從水室排出蒸汽;汽水室、水室可連接高位汽包。
8.如權(quán)利要求4所述酸性氣的硫磺回收工藝,其特征在于,垂直套管水冷自限溫直接氧化反應(yīng)器中,催化劑床層的結(jié)構(gòu)為徑向或軸向。
9.如權(quán)利要求1所述酸性氣的硫磺回收工藝,其特征在于,中溫冷凝器、低溫冷凝器出口段,設(shè)由不銹鋼篩網(wǎng)制作的冷凝硫捕集器。
10.如權(quán)利要求1所述酸性氣的硫磺回收工藝,其特征在于,直接氧化反應(yīng)器和之前加熱器間的管路中,以及選擇性氧化反應(yīng)器和之前加熱器間的管路中,分別設(shè)置靜態(tài)混合器。