一种高效节能的硫回收装置的制作方法

本实用新型涉及化工技术领域，具体涉及的是一种高效节能的硫回收装置，尤其是一种利用克劳斯工艺与尾气焚烧热量回收技术优化组合形成的高效节能的硫磺回收装置。

背景技术：

石油化工行业是一个相对高耗能的行业，节能降耗已成为关系到石化企业甚至整个行业发展的重大因素。目前国家有关部门制定了一系列的节能减排政策，确定未来建成指标先进、符合国情的节能标准体系，主要高耗能行业实现能耗限额标准全覆盖，80％以上的能效指标达到国际先进水平。大力提高余热、余温综合利用，是实现高效节能的一个重要途径。

硫回收装置通常都设有尾气焚烧炉，用于将制硫尾气中含有少量的H₂S、COS(羰基硫)、Sx等有害物质直接焚烧转化为SO₂，剩余的H₂、CO和烃类等物质燃烧成H₂O 和CO₂，高温烟气经换热设备回收热量后直接排大气或送至下游工序继续处理。由于制硫尾气所含的H₂S、H₂、CO等可燃物含量太低(通常小于3％)而不能燃烧，故必须加热至足够高的温度才能使这些物质产生相应转化。通常焚烧炉需要的燃料由装置外来燃料气提供，燃料气和空气经安装于焚烧炉上的烧嘴混合燃烧，在焚烧炉燃烧室释放热量，产生高温烟气，提供制硫尾气中少量可燃物转化反应需要的能量。

硫回收装置属于热量过剩的装置，如何利用好装置热量，使热量相互合理匹配是节能降耗的关键。目前，硫回收装置的尾气焚烧炉，其燃烧室产生高温烟气的温度一般为650-815℃，该高温烟气一般通入空气或经过废热锅炉产生蒸汽来回收热量，使烟气温度降至300℃左右后由烟囱排入大气或送至下游处理工序进行深度脱硫，其热量利用方式单一，烟气余热未得到充分利用。现有的克劳斯硫回收装置的尾气焚烧炉入口的制硫尾气(一般为122-130℃)和空气都没有经过预热直接进入尾气焚烧炉，所消耗的燃料气量较大，操作费用较高。另一方面，常规烟气余热用于产生外输低压或中压蒸汽，一般全厂低压或中压蒸汽由锅炉集中副产，蒸汽量比较富裕，同时相对于燃料气而言，煤产汽更为经济合理，因此，硫回收装置不需要外输过多低压或中压蒸汽。此外，硫回收装置传统酸性原料气和制硫空气预热主要有装置外来中压蒸汽或装置自产中压蒸汽两种方式，这两种预热方式除了增加设备投资和操作成本外，经常作为热源的蒸汽压力也限制了预热温度，即使用4.1MPa的蒸汽，其预热温度也仅约 240℃。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种高效节能的硫回收装置。使用本实用新型的硫回收装置不仅可充分利用尾气焚烧炉出口烟气的余热，且可使酸性原料气、制硫尾气、制硫空气预热到较高的温度，能够有效地提高制硫燃烧炉温度，使操作更加稳定，有利于提高炉内硫转化率，并且可以降低焚烧炉所需的燃料气消耗量。

为达到上述目的，本实用新型提供了一种高效节能的硫回收装置，其包括：热反应系统、克劳斯反应系统以及尾气焚烧及烟气热量回收系统；

其中，所述热反应系统包括：制硫燃烧炉1以及废热锅炉2；

所述尾气焚烧及烟气热量回收系统包括：尾气焚烧炉6与烟气对流室7相连接形成的炉体；所述烟气对流室7设置有五段换热区，包括：过热段8、锅炉给水预热段 9、尾气预热段10、原料气预热段11和制硫空气预热段12；

所述热反应系统中的制硫燃烧炉1连接于废热锅炉2，所述废热锅炉2的过程气出口通过管线连接于所述克劳斯反应系统；

所述废热锅炉2的中压饱和蒸汽出口与所述烟气对流室7的过热段8的蒸汽输入管线相连接，以使废热锅炉2副产的中压饱和蒸汽与所述尾气焚烧炉6产生的烟气进行换热，并将换热后的中压过热蒸汽外输；

所述废热锅炉2的给水口与所述烟气对流室7的锅炉给水预热段9的锅炉给水输出管线相连接，以使来自界区的中压锅炉给水与经过过热段8换热后的烟气进行换热，并使预热后的中压锅炉给水进入废热锅炉2；

所述克劳斯反应系统的制硫尾气出口与所述烟气对流室7的尾气预热段10的尾气输入管线的一端相连接，且该尾气输入管线的另一端连接于所述尾气焚烧炉6，以使制硫尾气与经过锅炉给水预热段9换热后的烟气进行换热，并使预热后的制硫尾气进入尾气焚烧炉6进行焚烧；

所述制硫燃烧炉1的酸性原料气入口与所述烟气对流室7的原料气预热段11的酸性原料气输入管线连接，以使酸性原料气与经过尾气预热段10换热后的烟气进行换热，并使预热后的酸性原料气进入制硫燃烧炉1；

所述制硫燃烧炉1的空气入口与所述烟气对流室7的制硫空气预热段12的空气输出管线相连接，以使空气与经过原料气预热段11换热后的烟气进行换热，并使预热后的制硫空气进入制硫燃烧炉1；

所述尾气焚烧炉6还设置有一燃料气入口以及一空气入口。

根据本实用新型的具体实施方式，优选地，所述高效节能的硫回收装置还包括至少一台鼓风机13，所述鼓风机13与所述烟气对流室7的制硫空气预热段12的空气输入管线相连，用于将空气输送至烟气对流室7的制硫空气预热段12与经过原料气预热段11换热后的烟气进行换热，并使预热后的空气进入制硫燃烧炉1。

根据本实用新型的具体实施方式，优选地，所述高效节能的硫回收装置还包括至少一引风机14以及至少一烟囱15，所述烟囱15与所述引风机14依次通过管线连接于所述烟气对流室7的烟气出口，用于将经过制硫空气预热段12换热后的烟气(即经过五段换热区回收热量后的烟气)送出界区。

在上述高效节能的硫回收装置中，优选地，所述克劳斯反应系统包括：依次通过管线连接的二级克劳斯反应器3、三级克劳斯反应器4以及选择性催化氧化反应器5。

在上述高效节能的硫回收装置中，优选地，所述尾气焚烧炉6为立式圆筒形焚烧炉。

在上述高效节能的硫回收装置中，优选地，所述尾气焚烧炉6为立式方形焚烧炉。

在上述高效节能的硫回收装置中，优选地，所述尾气焚烧炉6为卧式圆筒形焚烧炉。

在本实用新型的高效节能的硫回收装置中，制硫燃烧炉1、废热锅炉2、二级克劳斯反应器3、三级克劳斯反应器4、选择性催化氧化反应器5等部件的具体结构均可以为本领域常规的，在本文中不在赘述。

采用本实用新型的高效节能的硫回收装置进行硫回收的方法可以包括以下步骤：

(1)使酸性原料气和制硫空气进入制硫燃烧炉进行燃烧，燃烧产物进入废热锅炉副产中压饱和蒸汽，然后废热锅炉出口的过程气进入克劳斯反应系统，反应后生成硫磺和制硫尾气；

(2)使副产的中压饱和蒸汽进入烟气对流室的过热段，与尾气焚烧炉产生的烟气进行换热，并将换热后的中压过热蒸汽外输；

(3)使来自界区的中压锅炉给水进入烟气对流室的锅炉给水预热段，与经过过热段换热后的烟气进行换热，并使预热后的锅炉给水进入废热锅炉；

(4)使制硫尾气进入烟气对流室的尾气预热段，与经过锅炉给水预热段换热后的烟气进行换热，并使预热后的制硫尾气进入尾气焚烧炉，同时向尾气焚烧炉中通入燃料气和空气，以对制硫尾气进行焚烧；

(5)使酸性原料气进入烟气对流室的原料气预热段，与经过尾气预热段换热后的烟气进行换热，并使预热后的酸性原料气进入制硫燃烧炉进行燃烧；

(6)使空气进入烟气对流室的制硫空气预热段，与经过原料气预热段换热后的烟气进行换热，并使预热后的空气进入制硫燃烧炉用于燃烧酸性原料气；

(7)将经过制硫空气预热段换热后的烟气(即经过五段换热区回收热量后的烟气)送出界区。

在上述的硫回收方法中，优选地，废热锅炉副产的中压蒸汽的压力为 3.5～4.4MPaG。

在上述的硫回收方法中，优选地，尾气焚烧炉产生的烟气温度为800～900℃，在过热段与废热锅炉副产的中压蒸汽换热后，得到的中压过热蒸汽温度为420～450℃，经过过热段换热后的烟气温度为650～700℃。

在上述的硫回收方法中，优选地，来自界区的中压锅炉给水的温度为104℃～132℃，在锅炉给水预热段与经过过热段换热后的650～700℃烟气进行换热后，得到的预热后的锅炉给水温度为240～260℃，经过锅炉给水预热段换热后的烟气温度为 460～500℃。

在上述的硫回收方法中，优选地，制硫尾气的温度为122～130℃，在尾气预热段与经过锅炉给水预热段换热后的460～500℃烟气进行换热后，得到的预热后的制硫尾气温度为250～300℃，经过尾气预热段换热后的烟气温度为350～400℃。

在上述的硫回收方法中，优选地，进入原料气预热段的酸性原料气的温度为 20～40℃，在原料气预热段与经过尾气预热段换热后的350～400℃烟气进行换热后，得到的预热后的酸性原料气温度为250～300℃，经过原料气预热段换热后的烟气温度为260～320℃。

在上述的硫回收方法中，优选地，进入制硫空气预热段的空气的温度为常温，在制硫空气预热段与经过原料气预热段换热后的260～320℃烟气进行换热后，得到的预热后的空气温度为250～300℃，经过制硫空气预热段换热后的烟气温度为180～240℃。

在本实用新型的硫回收方法中，制硫燃烧炉、废热锅炉、二级克劳斯反应器、三级克劳斯反应器、选择性催化氧化反应器等部件中所进行的反应的具体参数以及采用的催化剂等均可以为本领域常规的，在本文中不再赘述。

在本实用新型的高效节能的硫回收装置及方法中，需说明的是，在刚开始运行本实用新型的装置时，进入制硫燃烧炉的酸性原料气与空气为并未进行换热的酸性原料气与空气，待装置运行一段时间，产生制硫尾气与高温烟气后，再利用烟气对酸性原料气、制硫空气与制硫尾气等进行换热，并将换热后的酸性原料气、制硫空气送入制硫燃烧炉。

本实用新型提供的高效节能的硫回收装置主要包括热反应系统、克劳斯反应系统以及尾气焚烧及烟气热量回收系统；本实用新型提供的高效节能的硫回收方法主要包括以下步骤：酸性原料气发生热反应及克劳斯反应生产硫磺和制硫尾气，并副产中压蒸汽；制硫尾气送入尾气焚烧及烟气热量回收系统中的尾气焚烧炉进行焚烧；尾气焚烧炉产生的高温烟气经尾气焚烧及烟气热量回收系统中的烟气对流室回收热能，即在烟气对流室设置五段换热区，主要包括过热段、锅炉给水预热段、尾气预热段、原料气预热段和制硫空气预热段。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

(1)首次将克劳斯硫磺回收工艺中的酸性原料气、制硫空气、制硫尾气物料预热集成在尾气焚烧炉后的烟气对流室中，合理利用烟气的不同温位热量，烟气余热得到充分利用。

(2)装置能效高，工艺流程简单，设备投资低，占地省，工艺流程短，工艺过程安全可靠，不存在危险性较大的工艺或设备。

(3)尾气焚烧炉不副产蒸汽，利用这部分余热提供给需要加热的物流，节约了装置燃料气消耗。

综上所述，使用本实用新型的硫回收装置及方法不仅可充分利用尾气焚烧炉出口烟气的余热，且可使酸性原料气、制硫尾气、制硫空气预热到较高的温度；有效地提高了制硫燃烧炉的温度，使操作更加稳定，有利于提高炉内硫转化率，并且极大地降低了焚烧炉所需的燃料气消耗量；克服了现有焚烧炉出口高温烟气热量没有充分利用或副产蒸汽造成的燃料浪费，以及酸性原料气和制硫空气预热温度低的限制；进而能够节省能源、降低操作费用、减少设备投入、缩短工艺流程、提高装置能效。

附图说明

图1是实施例1提供的高效节能的硫回收装置结构及工艺流程示意图；

图2是实施例2提供的高效节能的硫回收装置结构及工艺流程示意图；

图3是实施例3提供的高效节能的硫回收装置结构及工艺流程示意图；

主要组件符号说明：

1-制硫燃烧炉；2-废热锅炉；3-二级克劳斯反应器；4-三级克劳斯反应器；5-选择性催化氧化反应器；6-尾气焚烧炉；7-烟气对流室；8-过热段；9-锅炉给水预热段； 10-尾气预热段；11-原料气预热段；12-制硫空气预热段；13-鼓风机；14-引风机；15- 烟囱。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现结合以下具体实施例及说明书附图对本实用新型的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本实用新型的可实施范围的限定。

实施例1

本实施例提供了一种高效节能的硫回收装置，如图1所示，其包括：热反应系统、克劳斯反应系统、尾气焚烧及烟气热量回收系统、鼓风机13、引风机14以及烟囱15；

其中，所述热反应系统包括：制硫燃烧炉1以及废热锅炉2；

所述克劳斯反应系统包括：二级克劳斯反应器3、三级克劳斯反应器4以及选择性催化氧化反应器5；

所述尾气焚烧及烟气热量回收系统包括：尾气焚烧炉6与烟气对流室7相连接形成的炉体，该炉体为立式焚烧炉与卧式烟气对流室相连接形成的炉体，该立式焚烧炉为立式圆筒形焚烧炉；所述烟气对流室7设置有五段换热区，包括：过热段8、锅炉给水预热段9、尾气预热段10、原料气预热段11和制硫空气预热段12；

所述热反应系统中的制硫燃烧炉1连接于废热锅炉2，所述废热锅炉2的过程气出口通过管线依次连接于所述克劳斯反应系统的二级克劳斯反应器3、三级克劳斯反应器4以及选择性催化氧化反应器5；

所述废热锅炉2的中压蒸汽出口与所述烟气对流室7的过热段8的蒸汽输入管线相连接，以使废热锅炉2副产的中压蒸汽与所述尾气焚烧炉6产生的烟气进行换热，并将换热后的中压过热蒸汽外输；

所述废热锅炉2的给水口与所述烟气对流室7的锅炉给水预热段9的锅炉给水输出管线连接，来自界区的中压锅炉给水与经过过热段8换热后的烟气进行换热，并使预热后的锅炉给水进入废热锅炉2；

所述克劳斯反应系统的制硫尾气出口与所述烟气对流室7的尾气预热段10的尾气输入管线连接，以使制硫尾气与经过锅炉给水预热段9换热后的烟气进行换热，并使预热后的制硫尾气进入尾气焚烧炉6进行焚烧；

所述制硫燃烧炉1的酸性原料气入口与所述烟气对流室7的原料气预热段11的酸性原料气输入管线连接，以使酸性原料气与经过尾气预热段10换热后的烟气进行换热，并使预热后的酸性原料气进入制硫燃烧炉1；

所述制硫燃烧炉1的空气入口与所述烟气对流室7的制硫空气预热段12的空气输出管线连接，空气与经过原料气预热段11换热后的烟气进行换热，并使预热后的制硫空气进入制硫燃烧炉1；

所述烟囱15与所述引风机14依次通过管线连接于所述烟气对流室7的烟气出口，用于将经过制硫空气预热段12换热后的烟气(即经过五段换热区回收热量后的烟气)送出界区；

所述尾气焚烧炉6还设置有一燃料气入口以及一空气入口。

本实施例还提供了一种高效节能的硫回收方法，其采用上述的装置，如图1所示，以生产硫磺量为2万吨/年为例，该方法包括以下步骤：

(1)使酸性原料气与空气进入制硫燃烧炉1进行燃烧，然后进入废热锅炉2副产3.5～4.4MPaG的中压蒸汽后，废热锅炉2输出的过程气依次进入克劳斯反应系统中的二级克劳斯反应器3、三级克劳斯反应器4以及选择性催化氧化反应器5，反应后生成硫磺和制硫尾气；

(2)使副产的3.5～4.4MPaG中压蒸汽进入烟气对流室7的过热段8，与尾气焚烧炉6产生的800℃烟气进行换热，得到的中压过热蒸汽温度为420℃，经过过热段 8换热后的烟气温度为650℃，将换热后的中压过热蒸汽外输；

(3)使来自界区的132℃中压锅炉给水进入烟气对流室7的锅炉给水预热段9，与经过过热段8换热后的650℃烟气进行换热，得到的预热后的锅炉给水温度为 253℃，经过锅炉给水预热段9换热后的烟气温度为460℃，使预热后的锅炉给水进入废热锅炉2；

(4)使122℃的制硫尾气进入烟气对流室7的尾气预热段10，与经过锅炉给水预热段9换热后的460℃烟气进行换热，得到的预热后的制硫尾气温度为280℃，经过尾气预热段10换热后的烟气温度为360℃，并使预热后的制硫尾气进入尾气焚烧炉6，同时通过燃料气入口向尾气焚烧炉6中通入燃料气(即天然气)并通过空气入口向尾气焚烧炉6中通入空气，以对制硫尾气进行焚烧；

(5)使20～40℃的酸性原料气进入烟气对流室7的原料气预热段11，与经过尾气预热段10换热后的360℃烟气进行换热，得到的预热后的酸性原料气温度为280℃，经过原料气预热段11换热后的烟气温度为266℃，使预热后的酸性原料气进入制硫燃烧炉1进行燃烧；

(6)使来自鼓风机13的常温空气进入烟气对流室7的制硫空气预热段12，与经过原料气预热段11换热后的266℃烟气进行换热，得到的预热后的空气温度为 280℃，经过制硫空气预热段12换热后的烟气温度为180℃，使预热后的空气进入制硫燃烧炉1用于燃烧酸性原料气；

(7)将经过制硫空气预热段12换热后的180℃烟气(即经过五段换热区回收热量后的烟气)通过引风机14与烟囱15送出界区。

在本实施例提供的高效节能的硫回收装置及方法中，需说明的是，在刚开始运行本实施例的装置时，进入制硫燃烧炉的酸性原料气与空气为并未进行换热的酸性原料气与空气，待装置运行一段时间，产生制硫尾气与高温烟气后，再利用烟气对酸性原料气、制硫空气与制硫尾气等进行换热，并将换热后的酸性原料气、制硫空气送入制硫燃烧炉。

实施例2

本实施例提供了一种高效节能的硫回收装置及方法，如图2所示，该装置的结构及工艺流程与实施例1基本相同，不同之处在于：尾气焚烧炉6与烟气对流室7相连接形成的炉体为立式焚烧炉与烟气对流室相连接形成的炉体，该立式焚烧炉为立式方形焚烧炉。

实施例3

本实施例提供了一种高效节能的硫回收装置及方法，如图3所示，该装置的结构及工艺流程与实施例1基本相同，不同之处在于：尾气焚烧炉6与烟气对流室7相连接形成的炉体为卧式焚烧炉与卧式烟气对流室同轴相连接形成的炉体，该卧式焚烧炉为卧式圆筒形焚烧炉。