克劳斯法工艺介绍机械制造制造加工工艺行业资料石油、天然气工业.pdf
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1、克劳斯法回收硫磺 CPEE天津分公司 2012丄20 克劳斯法硫回收工艺 一、工艺方法及原理 1、常用硫回收工艺(1)液相直接氧化工艺 有代表性的液相直接氧化工艺有:ADA法和改良ADA法脱硫、拷胶法脱硫、氨水液相催化法脱等。液相直接氧化工艺适用于硫的“粗脱”,如果要求高的硫 回收率和达到排放标准的尾气,宜采用固定床催化氧化工艺或生物法硫回收工 艺。(2)固定床催化氧化工艺 硫回收率较高的Claus工艺是固定床催化氧化硫回收工艺的代表。Claus硫回 收装置一般都配有相应的尾气处理单元,这些先进的尾气处理单元或与硫回收装 置组合为一个整体装置,或单独成为一个后续装置。Claus硫回收工艺及尾气
2、处 理方式种类繁多,但基本是在Claus硫回收技术基础上发展起来的,主要有:SCOT 工艺、SuperClaus 工艺、Clinsulf 工艺、Sulfreen X.艺、MCRC 11 艺等。2、克劳斯硫回收工艺特点 常规Claus工艺是目前炼厂气、天然气加工副产酸性气体及其它含H2S 气体回收硫的主要方法。其特点是:流程简单、设备少、占地少、投资省、回收 硫磺纯度高。但是山于受化学平衡的限制,两级催化转化的常规Claus工艺硫回 收率为90-95%,三级转化也只能达到95-98%,随着人们环保意识的日益增强和 环保标准的提高,常规Claus工艺的尾气中硫化物的排放量已不能满足现行环保 标准的
3、要求,降低硫化物排放量和提高硫回收率已迫在眉睫。一般克劳斯尾气吸收要经过尾气焚烧炉,通过吸收塔,在吸收塔内用石灰乳 溶液或稀氨水吸收,生成亚硫酸氢钙或亚硫酸氢鞍,通过向溶液中通空气,转化 为石有或硫酸鞍,达到无害处理,我公司硫回收尾气送至锅炉燃烧并脱硫后排放。3、克劳斯法制硫基本原理 克劳斯硫回收装置用来处理低温屮醇洗的酸性气体,使酸性气中的H2S转 变为单质硫。首先在燃烧炉内三分之一的H2S与氧燃烧,生产SO2,然后剩余的 H2S与生成的SO2在催化剂的作用下,进行克劳斯反应生成硫磺。其主要反应式为:H2S+3/202=SO2+H2O+519.2kJ 性的液相直接氧化工艺有法和改良法脱硫拷胶
4、法脱硫氨水液相催化法脱等液相直接氧化工艺适用于硫的粗脱如果要求高的硫回收率和达到排放标准的尾气宜采用固定床催化氧化工艺或生物法硫回收工艺固定床催化氧化工艺硫回收率单元或与硫回收装置组合为一个整体装置或单独成为一个后续装置硫回收工艺及尾气处理方式种类繁多但基本是在硫回收技术基础上发展起来的主要有工艺工艺工艺艺艺等克劳斯硫回收工艺特点常规工艺是目前炼厂气天然气加工副平衡的限制两级催化转化的常规工艺硫回收率为三级转化也只能达到随着人们环保意识的日益增强和环保标准的提高常规工艺的尾气中硫化物的排放量已不能满足现行环保标准的要求降低硫化物排放量和提高硫回收率已迫在眉睫一2H2S+SO2=3S+2 H2O
5、+93kJ 由于酸气中除H2S夕卜,通常含有CO2、H2O、桂类等化学反应十分复杂,伴有多种副反应发生。克劳斯法的工艺流程有三种:(1)部分燃烧法(2)分流法(3)燃硫法 原料气中H2S含量,%工艺方法 原料气中H2S含量50%以上,部分燃烧法 原料气中H2S含量40-50%带预热部分燃烧法 原料气中H2S含量25-40%分流法 原料气中H2S含量15-25%带预热分流法 原料气中H2S含量15%以下,直接氧化法及其他处理贫酸气方法(2)分流法 本装置采用分流法:将三分之一的酸性气体通入燃烧炉,加入空气使其燃烧 生成SO2,而其余三分之二酸性气走旁路,绕过燃烧室,与燃烧后的气体汇合进 入催化剂
6、床层反应,这种可处理H2S含量为35%左右的酸性气体,并采用三段 转化,三级冷凝工艺流程,该法回收硫的纯度较高(99.8%)。三.原材料及产品主要技术规格:1、原材料技术规格 序号 名称 规格 1 酸性气 H2S 35.0%CO2 61.54%COS 3.25%,甲醇 0.21%0.05MP(G)2830 C 2 煤层气 C 194.517%CO2 0.301%C2 0.01%N2 3.812%02 1.356%0.028MP(a)28 C 克劳斯催化剂主要成分为氧化钛,此催化剂不需要还原,升温后即可使用。型号为LYTS-01TiO2 LYTS-811,是口色氧化铝催化剂,堆密度0.7g/cm
7、3,次 装填量30m3o物理性质:夕卜形尺寸直径46mm,比表面$300m2/g,孔容0.40ml/g,堆密度0.65kg/l航压碎强度140N/粒,磨耗率0.3%,催化剂寿命在3年左 右。性的液相直接氧化工艺有法和改良法脱硫拷胶法脱硫氨水液相催化法脱等液相直接氧化工艺适用于硫的粗脱如果要求高的硫回收率和达到排放标准的尾气宜采用固定床催化氧化工艺或生物法硫回收工艺固定床催化氧化工艺硫回收率单元或与硫回收装置组合为一个整体装置或单独成为一个后续装置硫回收工艺及尾气处理方式种类繁多但基本是在硫回收技术基础上发展起来的主要有工艺工艺工艺艺艺等克劳斯硫回收工艺特点常规工艺是目前炼厂气天然气加工副平衡的
8、限制两级催化转化的常规工艺硫回收率为三级转化也只能达到随着人们环保意识的日益增强和环保标准的提高常规工艺的尾气中硫化物的排放量已不能满足现行环保标准的要求降低硫化物排放量和提高硫回收率已迫在眉睫一2、原材料消耗量 序 号 名称规格 单位 消耗 定额 消耗量 备 注 小时 年 1 酸性气总硫35.0%0.05MP(g)Nm3/hr 1916 3871 3.1x107 2 燃料气Cl,H2等 Nm3/hr 200(max)间 断 3、产品技术规格 序号 名称及规格 单 位 消耗 定额 产量 备注 小时 年 1 低压蒸汽 158 C 0.6MPa(a)吨 1.31 2.64 21120 连续 2 硫
9、磺 S 99.8%吨 2.02 16160 连续 4、动力消耗及消耗量 序 号 名称及规格 单位 消耗 定额 消耗量 备注 小时 年 1 循环冷却水(At=8-10 C)0.5MPa m3 9.9 20 160000 2 低压锅炉给水 1.3MPal05 C t 9.8 26.3 210400 进装置 低压锅炉给水 1.2MPal40 C t 8.46 23.6 188800 出装置 3 脱盐水 0.5MPa40 C t 6.1 7.85 62800 进装置 脱盐水 0.5MPa 90 C t 6.1 7.85 62800 出装置 4 电 380V kwh 89.8 181.5 1.45X10
10、6 5 低压氮气 0.5 MPa(g)m3 200 最大 6 仪表空气 0.45 MPa(g)m3 100 最大 水消耗定额以每吨硫磺计 四.装置布置及主要设备 山于液态硫的特殊性,对产生液硫的设备均设置在EL5.000平面上,以便于 液硫的流动,性的液相直接氧化工艺有法和改良法脱硫拷胶法脱硫氨水液相催化法脱等液相直接氧化工艺适用于硫的粗脱如果要求高的硫回收率和达到排放标准的尾气宜采用固定床催化氧化工艺或生物法硫回收工艺固定床催化氧化工艺硫回收率单元或与硫回收装置组合为一个整体装置或单独成为一个后续装置硫回收工艺及尾气处理方式种类繁多但基本是在硫回收技术基础上发展起来的主要有工艺工艺工艺艺艺等
11、克劳斯硫回收工艺特点常规工艺是目前炼厂气天然气加工副平衡的限制两级催化转化的常规工艺硫回收率为三级转化也只能达到随着人们环保意识的日益增强和环保标准的提高常规工艺的尾气中硫化物的排放量已不能满足现行环保标准的要求降低硫化物排放量和提高硫回收率已迫在眉睫一其余设备根据高差要求,布置在不同平面上。整个装置占地约 600m2a 1、酸气燃烧炉 O 2600 X 8526 8=14 V=170m3 设计温度 1400 C 设计压力 0.06MP 卧式 是克劳斯法制硫工艺中最重要的设备。在此1/3体积的H2S与空气燃烧生成 SO2,保证过程气中H2S:SO2摩尔比为2:1,同时桂类燃烧转化为CO2等惰
12、性组分,并或多或少生成元素硫。1)火焰温度 燃烧炉温度必须保持在920 C以上,否则火焰不能稳定燃烧,最好反应温度 在1250-1300左右。过高设备、耐火材料选择困难,并生成多种氮、硫氧化副产 物,导致下游催化剂硫酸盐化而失活。炉温同H2S浓度密切相关,一般低于40%必须釆用分流法。2)花墙 使过程气有一个稳定且充分接触的反应空间,同时使气流均匀进入废热锅 炉。3)炉内停留时间 高温克劳斯反应一般在Is内即可完成,受原料气含量、炉内混合均匀程度、燃烧室结构等影响,停留时间一般在l2.5s。4)火嘴 使酸气和空气等气体有效混合均匀提供一个提供一个使杂质和H2S能够完 全燃烧的稳定火焰。2、废热
13、锅炉 045X3.5X60000 n=97 F=119m2 设计温度 管程 300-1000 C 壳程 190 C 设计压力 管程0.06MP 壳程0.77MP 汽包 DN800 X 6000 卧式 带汽包 从反应器出口气流中回收热量并发生蒸汽,同时使过程气温度降至下游设备 所要求的温性的液相直接氧化工艺有法和改良法脱硫拷胶法脱硫氨水液相催化法脱等液相直接氧化工艺适用于硫的粗脱如果要求高的硫回收率和达到排放标准的尾气宜采用固定床催化氧化工艺或生物法硫回收工艺固定床催化氧化工艺硫回收率单元或与硫回收装置组合为一个整体装置或单独成为一个后续装置硫回收工艺及尾气处理方式种类繁多但基本是在硫回收技术基
14、础上发展起来的主要有工艺工艺工艺艺艺等克劳斯硫回收工艺特点常规工艺是目前炼厂气天然气加工副平衡的限制两级催化转化的常规工艺硫回收率为三级转化也只能达到随着人们环保意识的日益增强和环保标准的提高常规工艺的尾气中硫化物的排放量已不能满足现行环保标准的要求降低硫化物排放量和提高硫回收率已迫在眉睫一度并冷凝回收硫。3、一二三段转化器 F1200X7000 4)3800 X 9882 V=170m3 设计温度 390 C 设计压力 0.06MP卧式内部用隔板隔成三段,触媒装填量30m3,每段装填量约810m3 转化器的功能是使过程气中的H2S和SO2在床层上继续克劳斯反应生成元 素硫,同时使过程气中CO
15、S、CS2等有机硫化物在催化剂床层上水解为H2S和 CO2,主要反应在一级反应器中进行,一级反应器实际空速远远大于二、三级,考虑有机物水解要求,一级转化器出口应控制在310340 C,由于各级冷凝分离 了大量产物硫,也不存在有机物水解问题,二、三级转化器在较低温度下操作,可获得较高转化率。4、一二段换热器、一二三段冷凝器 卧式列管换热器、冷凝器 一段换热器:F1300X6619 F=159m2 045X3X4000 n=289 设计温度 管程280 C 壳程230 C设计压力0.06MP 二段换热器:F1400X8689 F=269m2 045X3X6000 n=323 设计温度 管程380
16、C 壳程145 C设计压力0.05MP 一段冷凝器:F1100X8539 F=284m2 38X3X6000 n=403 设计温度 管程 315 C 壳程145 C设计压力管程0.05MP壳程1、43MP 二段冷凝器:F1000X 8279 F=222m2 38 X 3 X 6000 n=315 设计温度 管程 220 C 壳程165 C设计压力 管程0.05MP壳程1、43MP 三段冷凝器:F1000X 8279 F=222m2 38 X 3 X 6000 n=315 设计温度 管程 260 CC 壳程165 C设计压力 管程0.05MP壳程1、43MP 换热器冷凝器的作用是把转化器生成的元
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