硫磺回收單元液硫旋流脫H₂S的方法與裝置的製作方法

2023-05-05 19:12:51

專利名稱：硫磺回收單元液硫旋流脫H2S的方法與裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於石油化工與環保領域，涉及一種天然氣淨化廠硫磺回收單元液硫旋流脫H2S的方法及裝置，適用於天然氣淨化單位天然氣硫磺回收單元的工藝。通過在其流程加入兩級氣液旋流器串聯的方法，有效地改善了相關工藝過程，獲得了更好的處理效果。具體地說，本發明涉及硫磺回收單元液硫旋流脫H2S的方法及裝置。
背景技術：
硫磺回收指將含硫化氫等有毒含硫氣體中的硫化物轉變為單質硫，從而變廢為寶，保護環境的化工過程。硫磺回收通常採用一種叫做「克勞斯」的工藝來實現。含硫原料氣通常稱為酸氣。 首先將酸氣與空氣或氧氣在一臺稱為燃燒爐的設備中燃燒，嚴格控制空氣或氧氣量，使燃燒產物中硫化氫與二氧化硫氣體體積比為2:1 ;之後燃燒氣體被冷卻，氣體中的硫磺冷凝回收；剩餘氣體經加熱後進入一臺克勞斯反應器進行反應，反應主要是硫化氫與二氧化硫生產硫磺和水，這一反應需使用催化劑才能實現，反應完後的氣體同樣需冷卻回收硫磺；然後剩餘氣體在經二級、三級反應。由於H2S在液硫中的特殊溶解性，液硫中常含有較多的H2S，其具有較大的毒性，在後續的硫磺貯存、成型和運輸過程中釋放出來，給環境和生命造成各種危害。目前，主要解決方法是間歇式注氨噴灑法，但是該方法有如下缺點(1)過程複雜，要有一套分析、控制系統，投資高；(2)液硫貯存池和脫氣池均在地下，用隔熱混凝土建成，整個液硫脫氣設施建成後不能再移動；(3)由於液硫貯存池和脫氣池為分開的固定設施，液硫在兩個池中的停留時間不能調節，當液硫流量波動時，不能根據生成實際情況調整液硫脫氣時間和貯存時間；(4)由於在脫氣的過程中注入了氨，而有時對產品的銷售帶來一定的影響；(5)在液硫中注胺後會形成銨鹽，會堵塞管道、噴嘴和濾網等。顯然，不利的是，酸性氣進入回收單元之前其中含有的凝液如不妥善處理，會對整個單元的操作和下遊設備造成影響。中國專利ZL200520035063 (液硫脫氣裝置)提供了一種液硫脫氣的設備，其特點是在液硫脫氣裝置中通入空氣，比較有效地脫除硫化氫，而空氣對產品質量基本無太大影響。但是，不利的是，該設備體積龐大(主體為兩端封頭式的臥式槽)，結構複雜(分為脫氣段和貯存段，且脫氣段內又設有多組鼓泡器及加熱器等)，且明顯存在一定的安全隱患。迄今為止，本領域尚未開發出一種能夠有效地除去制硫單元原料氣中攜帶的凝液以及液硫中所含的H2S氣體，以免對單元操作及下遊設備造成影響，改善整套裝置的運行，並能夠有效增大硫磺的回收率，且設備投資成本較低，佔地面積小，安裝簡便，故障率低，效果好，能耗低的硫磺回收單元液硫旋流脫H2S的方法與裝置。

發明內容
本發明提供了一種新穎的天硫磺回收單元液硫旋流脫H2S的方法與裝置，從而解決了現有技術中存在的問題。一方面，本發明提供了一種硫磺回收單元液硫旋流脫H2S的方法，該方法包括(a)對硫磺回收單元中的過程氣進行一級硫冷凝，經一級硫冷凝所得的過程氣進 行一級硫轉化，所得的液硫進行一級旋流脫氣，以脫除液硫中夾帶的H2S氣體；(b)對經一級硫轉化所得的過程氣進行二級硫冷凝，經二級硫冷凝所得的過程氣進行二級硫轉化，所得的液硫進行二級旋流脫氣，以脫除液硫中夾帶的H2S氣體；(C)對經二級硫轉化所得的過程氣進行三級硫冷凝，所得的液硫進行三級旋流脫氣，以脫除液硫中夾帶的H2S氣體。在一個優選的實施方式中，經一級硫冷凝所得的過程氣和經二級硫冷凝所得的過程氣加熱到大於或等於212°C之後再分別進行一級硫轉化和二級硫轉化。在另一個優選的實施方式中，採用蒸汽作為加熱介質。在另一個優選的實施方式中，經該方法處理後，總的硫回收率達到93-96%。另一方面，本發明提供了一種硫磺回收單元液硫旋流脫H2S的裝置，該裝置包括用於對硫磺回收單元中的過程氣進行一級硫冷凝的一級硫冷凝器；與一級硫冷凝器連接的，用於對經一級硫冷凝所得的過程氣進行一級硫轉化的一級硫轉化器；與一級硫冷凝器連接的，用於對經一級硫冷凝所得的液硫進行一級旋流脫氣以脫除液硫中夾帶的H2S氣體的一級旋流脫氣器；用於對經一級硫轉化所得的過程氣進行二級硫冷凝的二級硫冷凝器；與二級硫冷凝器連接的，用於對經二級硫冷凝所得的過程氣進行二級硫轉化的二級硫轉化器；與二級硫轉化器連接的，用於對經二級硫冷凝所得的液硫進行二級旋流脫氣以脫除液硫中夾帶的H2S氣體的二級旋流脫氣器；用於對經二級硫轉化所得的過程氣進行三級硫冷凝的三級硫冷凝器；與三級硫冷凝器連接的，用於對所得的液硫進行三級旋流脫氣以脫除液硫中夾帶的H2S氣體的三級旋流脫氣器。在一個優選的實施方式中，該裝置還包括分別位於一級硫轉化器與二級硫冷凝器之間，以及二級硫轉化器與三級硫冷凝器之間的預熱器，用於將經一級硫冷凝所得的過程氣和經二級硫冷凝所得的過程氣加熱到大於或等於212°C之後再分別進行一級硫轉化和二級硫轉化。在另一個優選的實施方式中，所述一級旋流脫氣器、二級旋流脫氣器和三級旋流脫氣器分別是由一個或多個旋流芯管並聯組成的；並且任選地，通過外設壓力容器組裝成一個整體,公用進出口 ；其材質均採用耐鹼腐蝕材料。


圖I示出了本發明中使用的旋流脫氣器的液硫旋流脫H2S原理和旋流芯管中的壓力雲圖。圖2是根據本發明的一個實施方式的硫磺回收單元液硫旋流脫H2S的流程示意圖。
具體實施方式
在現有的天然氣淨化廠硫磺回收單元中，在液硫脫H2S部分中採用的是傳統的硫冷凝器+硫轉化器的工藝過程，但是長期以來，該工藝過程的脫H2S效率以及硫磺回收受到限制，並不能滿足日益增長的對於提高脫H2S效率以及硫磺回收的要求。微旋流分離技術的原理是依靠兩相的密度差，利用流體在微旋流管內高速旋轉產生的離心力將固體微粒從液體中分離出來，從而達到分離或液體淨化的目的。相比傳統裝置，該設備結構具有得天獨厚的優勢。申請人在經過創造性的勞動後發現，在天然氣硫磺回收單元引入旋流器，可大大優化整個流程，提高分離精度，從而使得酸性氣雜質大幅度減少，運行過程更加穩定可靠，後續設備的正常運行也能得到保障。旋流器由若干旋流芯管組成，其分離效率遠高於常規分離器，這已經得到了業界的認可，其具備其他分離方法所不具備的優點，如分離效果好，體積小，阻力小，工作穩定，安裝方面，佔地面積小，生產成本低。因此，本發明的發明人經過了廣泛而深入的研究，突破了現有技術的限制，跨領域 地、創造性地提出了在天然氣硫磺回收單元中加入旋流器脫除液硫中的H2S,使得分離效果更加明顯，效率大大提高，後續工藝得以能夠更好的保障。基於上述發現，本發明得以完成。在本發明的第一方面，提供了一種硫磺回收單元液硫旋流脫H2S的方法，該方法包括一級硫冷凝器出來的過程氣經加熱後進入一級硫轉化器，之後進入二級硫冷凝器冷凝後進入液硫池，二級硫冷凝器出來的過程氣經加熱後進入二級硫轉化器，之後進入三級硫冷凝器冷凝後進入液硫池；其中，流入液硫池之前液硫經過旋流脫氣器脫除所含的H2S,減小液硫池含氣量。在本發明中，利用旋流器中的空氣柱形成負壓，從而脫出液硫中夾帶的H2S氣體。在本發明中，採用三級硫冷凝器對硫進行回收，能夠將前一級未曾回收的硫再次處理，大大提高其回收率。在本發明的第二方面，提供了一種硫磺回收單元液硫旋流脫H2S的裝置，該裝置包括用於回收硫磺的共三級硫冷凝器；用於對前一級硫冷凝器出來的過程氣進行處理的一級和二級硫轉化器；以及用於脫除液硫中H2S的旋流脫氣器組(共三級旋流脫氣器)。在本發明中，所述旋流脫氣器可以是由一個或多個旋流芯管並聯組成的，可通過外設壓力容器組裝成一個整體，公用進出口，其材質均可採用耐鹼腐蝕材料。在本發明中，過程氣通過高壓(2. 3-2. 8MPa)蒸汽加熱到212°C之後再進入一級和二級轉化器。根據本發明的方法和裝置處理後，總的硫回收率能夠達到93-96%。以下參看附圖。圖I示出了本發明中使用的旋流脫氣器的液硫旋流脫H2S原理和旋流芯管中的壓力雲圖。如圖I所示，利用旋流脫氣器中的空氣柱形成負壓區，從而脫出液硫(H2S)中夾帶的H2S氣體，其中，液硫從旋流脫氣器的底流口排出，H2S從旋流脫氣器的溢流口排出。圖2是根據本發明的一個實施方式的硫磺回收單元液硫旋流脫H2S的流程示意圖。如圖2所示，硫磺回收單元中的冷卻後過程氣進入一級硫冷凝器1-1，經一級硫冷凝處理所得的過程氣進入一級硫轉化器2-1進行一級硫轉化，所得的液硫進入一級旋流脫氣器3-1進行一級旋流脫氣，以脫除液硫中夾帶的H2S氣體，其中，脫除的H2S氣體由一級旋流脫氣器3-1的溢流口排出進入一級硫轉化器2-1，液硫由一級旋流脫氣器3-1的底流口排出至液硫池；經一級硫轉化所得的過程氣進入二級硫冷凝器1-2進行二級硫冷凝，經二級硫冷凝處理所得的過程氣進入二級硫轉化器2-2進行二級硫轉化，所得的液硫進入二級旋流脫氣3-2進行二級旋流脫氣，以脫除液硫中夾帶的H2S氣體，其中，脫除的H2S氣體由二級旋流脫氣器3-2的溢流口排出進入二級硫轉化器2-2，液硫由二級旋流脫氣器3-2的底流口排出至液硫池；經二級硫轉化所得的過程氣進入三級硫冷凝器1-3進行三級硫冷凝，所得的尾氣至尾氣處理單元，所得的液硫 進入三級旋流脫氣器3-3進行三級旋流脫氣，以脫除液硫中夾帶的H2S氣體，其中，尾氣由三級旋流脫氣器3-3的溢流口排出至尾氣處理單元，液硫由三級旋流脫氣器3-3的底流口排出至液硫池。本發明的主要優點在於本發明的方法和裝置能夠有效地除去制硫單元原料氣中攜帶的凝液以及液硫中所含的H2S氣體，以免對單元操作及下遊設備造成影響，改善整套裝置的運行，使得後續工藝得以能夠更好的保障；硫磺回收採用三級進行，能夠有效增大硫磺的回收率。本發明方法工藝先進，設備投資成本較低，佔地面積小，安裝簡便，故障率低，效果好，能耗低，能有效地對以上過程中的雜質進行分離。實施例下面結合具體的實施例進一步闡述本發明。但是，應該明白，這些實施例僅用於說明本發明而不構成對本發明範圍的限制。下列實施例中未註明具體條件的試驗方法，通常按照常規條件，或按照製造廠商所建議的條件。除非另有說明，所有的百分比和份數按重量計。實施例I :普光天然氣淨化廠第一聯合裝置2 X 300 X IC^NmVd高含硫天然氣硫磺回收單元旋流優化工藝工藝流程如圖I所示。高含硫天然氣中H2S含量為13-18% (V)，有機硫含量為340. 6mg/m3, CO2含量為8-10% (V)。一級硫冷凝器後的介質流量為16026kg/h，液硫密度為1769kg/ft3，操作溫度為175°C，操作壓力為0.048MPa (G) ;二級硫冷凝器後的介質流量為10317kg/h，液硫密度為1769kg/ft3，操作溫度為175°C，操作壓力為O. 038MPa (G);三級硫冷凝器後的介質流量為3645kg/hr，液硫密度為1802kg/ft3，操作溫度為132°C，操作壓力為O. 028MPa (G)0其中，旋流脫氣器選用華東理工大學獨立自主研製的HL/L型微旋流分離器。效果在液硫流入液硫池之前設置旋流脫氣器以脫除液硫中的H2S，大大減小了液硫池的含氣量，確保H2S的去除，整個流程處理後，總的硫回收率能夠達到93-96%。在硫磺回收單元工藝流程中，以上方法和裝置操作方便，易於控制，達到並滿足了工業生產和環境協調要求，其提高了整個工藝流程的工作穩定性，設備運行周期更長。在本發明提及的所有文獻都在本申請中引用作為參考，就如同每一篇文獻被單獨引用作為參考那樣。此外應理解，在閱讀了本發明的上述講授內容之後，本領域技術人員可以對本發明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落於本申請所附權利要求書所限定的範圍。
權利要求
1.一種硫磺回收單元液硫旋流脫H2S的方法，該方法包括 (a)對硫磺回收單元中的過程氣進行一級硫冷凝，經一級硫冷凝所得的過程氣進行一級硫轉化，所得的液硫進行一級旋流脫氣，以脫除液硫中夾帶的H2S氣體； (b)對經一級硫轉化所得的過程氣進行二級硫冷凝，經二級硫冷凝所得的過程氣進行二級硫轉化，所得的液硫進行二級旋流脫氣，以脫除液硫中夾帶的H2S氣體； (c)對經二級硫轉化所得的過程氣進行三級硫冷凝，所得的液硫進行三級旋流脫氣，以脫除液硫中夾帶的H2S氣體。
2.如權利要求I所述的方法，其特徵在於，經一級硫冷凝所得的過程氣和經二級硫冷凝所得的過程氣加熱到大於或等於212°C之後再分別進行一級硫轉化和二級硫轉化。
3.如權利要求2所述的方法，其特徵在於，採用蒸汽作為加熱介質。
4.如權利要求1-3中任一項所述的方法，其特徵在於，經該方法處理後，總的硫回收率達到 93-96%。
5.一種硫磺回收單元液硫旋流脫H2S的裝置，該裝置包括 用於對硫磺回收單元中的過程氣進行一級硫冷凝的一級硫冷凝器(1-1);與一級硫冷凝器(1-1)連接的，用於對經一級硫冷凝所得的過程氣進行一級硫轉化的一級硫轉化器(2-1);與一級硫冷凝器(1-1)連接的，用於對經一級硫冷凝所得的液硫進行一級旋流脫氣以脫除液硫中夾帶的H2S氣體的一級旋流脫氣器(3-1)； 用於對經一級硫轉化所得的過程氣進行二級硫冷凝的二級硫冷凝器(1-2);與二級硫冷凝器(1-2)連接的，用於對經二級硫冷凝所得的過程氣進行二級硫轉化的二級硫轉化器(2-2);與二級硫轉化器(2-2)連接的，用於對經二級硫冷凝所得的液硫進行二級旋流脫氣以脫除液硫中夾帶的H2S氣體的二級旋流脫氣器(3-2)； 用於對經二級硫轉化所得的過程氣進行三級硫冷凝的三級硫冷凝器(1-3);與三級硫冷凝器(1-3)連接的，用於對所得的液硫進行三級旋流脫氣以脫除液硫中夾帶的H2S氣體的三級旋流脫氣器(3-3)。
6.如權利要求5所述的裝置，其特徵在於，該裝置還包括分別位於一級硫轉化器(2-1)與二級硫冷凝器(1-2)之間，以及二級硫轉化器(2-2)與三級硫冷凝器(1-3)之間的預熱器，用於將經一級硫冷凝所得的過程氣和經二級硫冷凝所得的過程氣加熱到大於或等於212°C之後再分別進行一級硫轉化和二級硫轉化。
7.如權利要求5或6所述的裝置，其特徵在於，所述一級旋流脫氣器(3-1)、二級旋流脫氣器(3-2)和三級旋流脫氣器(3-3)分別是由一個或多個旋流芯管並聯組成的；並且任選地，通過外設壓力容器組裝成一個整體，公用進出口 ；其材質均採用耐鹼腐蝕材料。
全文摘要
本發明涉及硫磺回收單元液硫旋流脫H2S的方法與裝置，提供了一種硫磺回收單元液硫旋流脫H2S的方法，該方法包括(a)對硫磺回收單元中的過程氣進行一級硫冷凝，經一級硫冷凝所得的過程氣進行一級硫轉化，所得的液硫進行一級旋流脫氣，以脫除液硫中夾帶的H2S氣體；(b)對經一級硫轉化所得的過程氣進行二級硫冷凝，經二級硫冷凝所得的過程氣進行二級硫轉化，所得的液硫進行二級旋流脫氣，以脫除液硫中夾帶的H2S氣體；(c)對經二級硫轉化所得的過程氣進行三級硫冷凝，所得的液硫進行三級旋流脫氣，以脫除液硫中夾帶的H2S氣體。還提供了一種硫磺回收單元液硫旋流脫H2S的裝置。
文檔編號C01B17/04GK102976280SQ20121057676
公開日2013年3月20日 申請日期2012年12月26日 優先權日2012年12月26日
發明者範軼, 李 浩, 朱學軍, 汪華林, 吳文鋒, 沈玲, 錢卓群, 封金蘭 申請人:上海華暢環保設備發展有限公司