[发明专利]一种适用于大操作弹性的硫磺回收装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于扩大硫磺回收操作弹性的的硫磺回收装置及方法。

背景技术

以克劳斯法从含H₂S酸性气中回收元素硫的工艺已成为天然气加工、炼厂以及煤化工领域的一个重要的硫磺回收工艺技术。

近几十年来，随着工艺技术的进步和新型催化剂的成功研发，克劳斯法硫磺回收工艺得到了快速的发展，改良后的克劳斯硫磺回收工艺技术朝着提高硫磺回收率的方向发展。从最初的90％的回收率到现在99.5％以上，以克劳斯方法为主的硫磺回收工艺在提高硫磺回收率的技术发展上已经到了巅峰。

然而，对于硫磺回收装置的操作弹性来讲，一直以来受到主要设备工作负荷范围以及设备及管道温度的限制，其装置的操作弹性为30％-120％，且硫磺回收装置在高酸气负荷下操作优于低酸气负荷下操作。

对于主要设备工作负荷范围的制约因素，主要表现在主燃烧炉燃烧器本身不宽泛的操作弹性的限制。但是随着技术的发展，近年来，国内外生产厂家(如国外的Duiker、Aeco，国内的艾普等)已经突破了燃烧器1:3(最低燃烧负荷约33％)的下限瓶颈，成功地将燃烧器的工作范围提升到了最大1:10(最低负荷10％)。这一技术的发展，有利于燃烧器本身适应更宽泛的酸气负荷的变化范围。

但特别需要强调的是，对于低酸气负荷下操作硫磺回收装置，主燃烧炉燃烧器实现了低负荷下(最低负荷10％)稳定工作还不能使整个硫磺回收装置实现在低负荷酸气下(最低负荷10％)稳定工作，主要原因还是受限于反应器以及过程气管线中的温度。

众所周知，绝大部分硫磺回收工艺以及后来改良的硫磺回收工艺，都离不开克劳斯催化反应器，而催化反应器入口温度是有要求的。常规克劳斯入口温度根据出口温度确定，需要出口温度满足高于反应器中的硫露点，通常这样的限制条件使得常规克劳斯反应器(即第1级克劳斯反应器)入口温度需要在230℃以上。低温克劳斯反应器入口温度需要高于硫磺的凝固点(114～116℃)即可，通常在工程上需要保证在125℃以上。另外，对于硫磺回收装置过程气管道中的温度来讲，也要求均高于硫磺凝固点以上。往往在酸气负荷较低运行时，这些反应器和管线的温度很难保持以满足均高于硫磺凝固点的要求，导致硫磺回收装置在较低酸气负荷下运行时，发生设备或管线被固体硫磺堵塞的现象，致使装置不能连续稳定运行。

另一方面，对于炼厂或其他化工厂中的硫磺回收装置来讲，酸气负荷变化频繁、变化幅度大，变化范围宽；也要求在这些领域运行的硫磺回收装置具有更为宽泛的操作弹性，甚至要求在10％-120％酸气负荷下都能连续运行。

发明内容

为了克服现有技术的缺点，本发明提供了一种适用于大操作弹性的硫磺回收装置及方法，采用蒸汽压力可在线调整的余热回收工艺、过程气流量控制工艺改良技术，实现将传统硫磺回收装置30％-120％操作弹性扩展到10％-120％。

本发明所采用的技术方案是：一种适用于大操作弹性的硫磺回收装置，包括主燃烧炉、余热锅炉、一级硫磺冷凝冷却器和一级克劳斯反应器，其中：所述余热锅炉顶部设置管线1和管线2，分别与低压饱和蒸汽总管和中压饱和蒸汽总管连接，在管线1和管线2上均设置有压力控制阀门；所述余热锅炉的低温出口与一级硫磺冷凝冷却器的进口连接，一级硫磺冷凝冷却器的出口通过管线3与调节阀连接；在所述余热锅炉的高温出口处设置高温掺和阀，高温掺和阀的进口与调节阀连接，高温掺和阀的出口通过管线4与一级克劳斯反应器的进口连接。

本发明还提供了一种适用于大操作弹性的硫磺回收方法，当酸气负荷在30％以上时，利用管线1的压力控制阀门，使余热锅炉产生低压饱和蒸汽，使得余热锅炉低温出口温度在300～330℃，并调整高温掺和阀的开度，使得管线4进克劳斯反应器的温度控制在230℃以上，此时管线3上的调节阀置手动全开；

当酸气负荷为10％～30％时，将管线3上的调节阀置自动控制，通过自动减小调节阀的开度，增加流经余热锅炉上部换热管的气量，同时减少流经余热锅炉下部换热管的气量，使得管线4进克劳斯反应器的温度控制在230℃以上；若管线4进克劳斯反应器的温度不能达到230℃以上时，利用管线2的压力控制阀门，使余热锅炉产生中压饱和蒸汽，并通过同时自动调整高温掺和阀和调节阀的开度，使得管线4进克劳斯反应器的温度控制在230℃以上。

与现有技术相比，本发明的积极效果是：

(1)本发明能够有效地提高传统硫磺回收装置操作弹性(30％～120％)至10％～120％，使得炼厂上下游装置及硫磺回收装置抗大幅度负荷变化能力更强，保证工厂长周期连续稳定运行。