[实用新型]一种适用于高浓度原料气的克劳斯反应器

说明书

技术领域

本实用新型涉及化工设备，具体涉及一种适用于高浓度原料气的克劳斯反应器。 

背景技术

经典的克劳斯硫回收技术 

克劳斯技术是将硫化氢气体转变为硫磺的工业方法，由英国C.F.克劳斯于1883年发明，广泛用于从煤、石油、天然气脱硫过程富集的硫化氢气体回收硫。

克劳斯的基本反应原理 

3H₂S+3/2O₂ == 3/xS_x+3H₂O+615kJ/mol

上式称为克劳斯反应，这一经典的反应由于强的放热而很难维持合适的温度，只能通过限制处理气量来控制反应温度而获得80%～90%的硫化氢转化率。

20世纪30年代，德国法本公司将克劳斯工艺改良，H₂S的部分氧化分两阶段完成。第一阶段是1/3的H₂S氧化为SO₂的自由火焰氧化反应，大于1200K温度下在氧化炉中进行： 

3H₂S+3/2O₂ == SO₂+2H₂S+H₂O+518.9kJ/mol （1）

第二阶段是余下的2/3的H₂S与氧化炉生成的SO₂反应，小于700K温度下在氧化炉以及克劳斯反应器的催化剂上进行： 

3H₂S+3/2O₂ == 2H₂O+3/xS_x+96.1kJ/mol （2）

克劳斯工艺流程

经典克劳斯工艺流程包含部分氧化得到二氧化硫、冷凝分硫、过程气再热进行克劳斯反应、尾气未反应的硫化氢过氧焚烧等步骤。

流程分直流法与分流法两种 

1、直流法又称部分燃烧法，即全部酸气进入氧化炉，要求严格配给空气量，以使酸气中的全部烃类完全燃烧，而H₂S仅有1/3氧化成SO₂，以便能使剩余2/3的H₂S与氧化成的SO₂在理想的配比下进行催化转化，以获取更高的转化率。氧化炉尾气经过三级克劳斯反应器，并且有四级冷凝器分离出每级反应生成的硫，使下一级的反应能尽量向生成硫的方向进行，提高反应率。三级转化器，全部采用绝热型，反应器出口气体温度高于进口温度。分离出液态硫后的尾气通过捕集器捕集液态硫后尾气进入焚烧炉，存在以过量空气将未反应的硫化氢全部焚烧为二氧化硫后排放的缺陷。各级冷凝器及捕集器中分离出来的液态硫流入硫储罐，经成型后即为硫磺产品。

2、分流法中只有1/3的酸气通过氧化炉和余热锅炉，其余2/3的硫化氢气与余热锅炉出口气相混合后进入一级冷凝器，其余流程与直流法相同。该法用于硫化氢气体浓度较低，反应热不足以维持酸气部分氧化的反应火焰稳定的原料条件。氧化炉中无大量硫生成，克劳斯反应器的反应负荷较高，采用绝热反应器时，存在反应温升过高、普通设备难以承受的缺点。 

前述的经典克劳斯流程，氧化炉生成大部分硫磺，凝硫尾气经过三级克劳斯反应器，并且有四级冷凝器分离出每级反应生成的硫，使下一级的反应能尽量向生成硫的方向进行，提高反应率。三级转化器，全部采用绝热型，反应器出口气体温度高于进口温度。 

问题在于反应温升多少，采用什么反应器结构更合理。 

本实用新型的克劳斯反应器涉及的硫回收技术 

本实用新型的克劳斯反应器为满足一种从锅炉烟气中回收二氧化硫制取硫磺的装置需要所设计，该装置回收二氧化硫制取硫磺的方法分三步，首先用可重复使用的碱液吸收二氧化硫使烟气净化达标排放。吸收液经热再生重复使用并得到纯度90%以上的二氧化硫气体。第二步，将二氧化硫分流一部分进入还原反应器，以煤气进行还原反应生成硫磺与硫化氢。第三步，采用克劳斯法使硫化氢与分流剩余的二氧化硫反应生成硫磺，含有残余硫化氢与二氧化硫的硫冷凝尾气导入锅炉适当位置焚烧，二氧化硫进入锅炉尾气再次回收。如此保证烟气含硫量始终达标，烟气吸收系统回收的二氧化硫全部转化为硫磺。

上述第一步得到的二氧化硫浓度90%以上，大大超过一般回收酸性气的含硫量，克劳斯反应第一级出口气体温度可达500℃，普通钢材制造的克劳斯反应器不能承受。如果钢材表面过热(超过343℃)，可与H₂S直接反应。