[0001] 本发明涉及酸性气净化工艺技术领域，具体涉及一种脱硫工艺用反应处理系统。

[0002] 现在石油化工、煤化工、煤制气过程中，原料所含的大部分硫通常会转化成H2S，经分离形成含H2S的酸性气；酸性气净化处理过程中也常分离形成含H2S的酸性气。这些酸性气一般经脱硫处理工艺进行处理，将H2S尽可能多地转化为单质硫。在酸性气脱硫处理过程中，处理后尾气中SO2浓度为连续监测项目，近年来排放要求更为严格，如《石油炼制工业污3
染物排放标准》(GB31570‑2015)规定在一般地区的SO2排放浓度限值为400mg/m (总硫折合为SO2)。因H2S是主要的恶臭污染物质之一且为剧毒物质，排放浓度应尽量降低。现有技术中脱硫工艺中常用的氧化反应装置对H2S的处理效率不稳定，脱除效率低，同时还存在催化剂容易失活、能量消耗较高的问题，因此基于上述技术问题，对于传统的氧化反应装置进行改进，具有重要的意义。

[0024] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

[0025] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

[0026] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、等指示的方位或位置关系均为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

[0027] 如图1至图5所示，本发明提供了一种脱硫工艺用反应处理系统，包括直接氧化装置以及选择性氧化装置，所述直接氧化装置用于将H2S氧化为单质硫的同时将过程气中的有机硫水解，所述选择性氧化装置用于将H2S选择性的氧化成单质硫，所述直接氧化装置和选择性氧化装置串联设置；

[0028] 所述直接氧化装置包括一级静态混合器1、酸气预热器2、恒温反应器3、一级硫冷凝器4以及一级硫封罐5且依次串联设置；所述选择性氧化装置包括选择性氧化预热器、二级静态混合器6、选择性氧化反应器7、选择性氧化硫冷凝器8以及二级硫封罐9且依次串联设置；所述一级静态混合器1的首端分别连接有空气管路19和酸气管路20，所述选择性氧化预热器7与一级硫冷凝器4的末端连通，所述选择性氧化预热器包括过程气预热器10和空气预热器11且并联设置，与所述一级硫封罐5与二级硫封罐9均与液硫池12连通。其中，可以理解的是，所述一级硫冷凝器4的末端具有两个出口，分别为过程气出口和液硫出口，即液硫通过一级硫封罐5进入液硫池，过程气从一级硫冷凝器4中进入选择性氧化反应装置中，具体的过程气进入过程气预热器中进行预热后再与预热后的空气进行混合，进行选择性氧化反应过程。

[0029] 本发明中提供了一种脱硫工艺用反应处理系统，通过设置有直接氧化装置以及选择性氧化装置且对两级氧化反应装置的内部结构进行改进，可以处理酸性气体中的硫化氢以及含硫有害气体且可对硫化氢浓度范围为0‑100％的酸性气体进行处理，抗波动性能力强，处理效率更稳定，应用范围也更广；经过两级氧化反应即直接氧化反应和选择性氧化反应后，酸性气体中的硫化氢几乎全部被反应掉，酸性气体处理效果好，脱除效率高，尾气中的硫化氢和二氧化硫含量远低于国家规定排放标准，环境友好性强。

[0030] 本申请中直接氧化反应装置中酸性气和空气先充分混合再进行预热，然后进行直接氧化反应；在选择性氧化反应装置中，过程气与空气分别预热后再进行混合，然后再进入选择性氧化反应器中进行选择性氧化反应。这是由于过程气经过恒温反应器反应后温度较高，在进入选择性氧化反应时，若与温度较低的空气先混合再加热会浪费很多的热量，而两者分别加热，则只需要较少的热量就可达到进入选择性氧化反应器的温度条件，这样设计可有效节约蒸汽用量，处理效果更好且改善能耗较高的问题。

[0031] 本申请中两级氧化反应中的预热器与反应器是互相独立的；酸性气体与空气在酸气预热器2中预热完成后再进入恒温反应器3进行反应，恒温反应器3中无升温阶段，功能专一，反应空间更大、处理效率更稳定，能耗较低；本申请中恒温反应器3的换热介质为水，不同于现有处理工艺中采用油类作为换热介质，使用水作为换热介质不仅价格低廉，且与使用油作为换热介质相比，在装置运行过程中使水作为换热介质时不仅置换方便且水可就地排放，处理成本也更低。

[0032] 还需要说明的是，本申请中提及的一级、二级等描述均是为了方便对技术特征的描述以及对技术方案的理解，并不构成对本申请的限制。

[0033] 在上述技术方案基础上，所述恒温反应器3包括第一筒体31、换热管束32以及直接氧化反应腔33，所述第一筒体31的顶端设置有第一进口34，底端设置有第一出口35，所述直接氧化反应腔33设置在第一筒体31内，所述换热管束32设置在直接氧化反应腔33内，所述直接氧化反应腔33内至少填充有一层第一催化剂，所述换热管束32内设置有流动的换热液体。优选的，所述换热液体为来自于分配管网的中压锅炉水。

[0034] 在上述技术方案基础上，所述一级催化剂设置有三层，包括上层装填的直接氧化催化剂、中层装填的水解克劳斯催化剂以及下层装填的选择性氧化催化剂且质量比为20％‑30％/35％‑45％/30％‑40％；所述二级催化剂为选择性氧化催化剂。

[0035] 其中各层发生的反应分别为：上层为将过程气中的硫化氢氧化为硫磺，同时伴随部分副反应发生，反应式为：H2S+0.5O2＝1/xSx+H2O，S+O2＝SO2，H2S+CO2＝COS+H2O，2H2S+CO2＝CS2+2H2O；中层为将副反应产生的COS和CS2水解为H2S，并促进克劳斯反应的进行，反应式为：COS+H2O＝H2S+CO2，CS2+2H2O＝2H2S+CO2，2H2S+SO2＝3/2S2+2H2O；底层为将过程气中的硫化氢氧化为硫磺，降低副反应的发生，反应式为：H2S+0.5O2＝1/XSx+H2O，S+O2＝SO2。

[0036] 优选的，中层填充的水解催化剂为钛基催化剂，另外两种为铁基催化剂。选择性氧化催化剂与恒温反应器下层装填的催化剂相同。选择性氧化催化剂为铁基催化剂，将硫化氢选择性的氧化为硫单质，无副反应，不会产生二氧化硫，有利于提高硫回收率。

[0037] 优选的，所述一级催化剂至少设置有一层；更优选的，设置有直接氧化催化剂、水解克劳斯催化剂和选择性氧化催化剂三种催化剂可供选择搭配，且催化剂的装填量、装填顺序均可根据实际工况设计，在设备尺寸确定的情况下可通过改变装填顺序有效应对硫化氢浓度超过设计值的情况。优选的催化剂装填顺序为：顶层：直接氧化催化剂，将过程气中的硫化氢氧化为硫磺，同时伴随部分副反应发生；中层：水解剂克劳斯催化剂，将副反应产生的COS水解为H2S，并促进克劳斯反应的进行；底层：选择性氧化催化剂将过程气中的硫化氢氧化为硫磺，降低副反应的发生。

[0038] 其中，本申请中直接氧化反应装置中酸性气体与空气先在一级静态混合器1中进行混合，然后通过酸气预热器2进行预热，预热后的工艺气进入恒温反应器3中在180‑280℃下进行一级氧化反应，在一级催化剂的作用下将H2S氧化为单质硫的同时将工艺气中的有机硫水解，主要发生以下反应：H2S+0.5SO2→1/xSx+H2O；为实现对酸性气中H2S的可控性氧化，直接氧化工艺需调整空气与酸性气的比例。恒温反应器3中产生的热量通过换热管束32带出，确保反应器床层温度不高于280℃，避免催化剂失活损坏；直接氧化反应过程中，通过换热管束32内流动的中压锅炉水将产生的热量带走，保持恒温反应器3的温度同时中压锅炉水吸收热量会产生饱和蒸汽，饱和蒸汽进入蒸汽管网；氧化反应后的过程气通过一级硫冷凝器4进行冷凝，冷凝后的液硫通过一级硫封罐5进入液硫池，过程气从一级硫冷凝器4中进入选择性氧化反应装置中。

[0039] 在上述技术方案基础上，所述选择性氧化反应器7包括第二筒体71、选择性氧化反应腔72、第二进口73以及第二出口74，所述选择性氧化反应腔72设置在第二筒体71的内部，所述选择性氧化反应腔72内设置有二级催化剂。

[0040] 在选择性氧化反应装置中，从直接氧化反应装置中出来的过程气通过过程气预热器10进行预热，空气通过空气预热器11进行预热，然后分别通入二级静态混合器6中进行混合，混合后的过程气进入选择性氧化反应器7中进行选择性氧化反应，即在二级催化剂的作用下H2S被选择性的氧化成单质硫，反应为H2S+1/2O2→1/xSx+H2O；上述反应为热力学完全反应，可以达到很高的转化率。反应后的过程气通过选择性氧化硫冷凝器8进行冷凝，冷凝后的液硫通过二级硫封罐9进入液硫池中，经过二级氧化反应后的过程气进入后续处理装置进一步处理。

[0041] 更优选的，所述选择性氧化硫冷凝器8的末端连接有硫捕集器13，所述硫捕集器13的末端与二级硫封罐9连通。

[0042] 硫捕集器13中可以捕捉过程中残留的液硫，即将两级氧化反应后的酸性过程气体中极少量未被冷凝下来的硫磺在硫捕集器13中被捕集下来。具体的，来自选择性氧化装置的过程气进入下游的硫捕集器13，硫捕集器13中设置有除雾器，用于捕捉过程气体中剩余微量的液硫，捕捉下来的液硫通过二级硫封罐9直接送入液硫池12。

[0043] 在上述技术方案基础上，所述直接氧化反应腔33和选择性氧化反应腔72内均设置有瓷球支撑层14且用于承载一级催化剂和二级催化剂，所述瓷球支撑层的上下两侧均铺设丝网。可以理解的是，所述一级催化剂中包含的多层催化剂，在一级催化剂的最顶端和最底端均设置有瓷球支撑层，中间多层催化剂依次进行堆叠放置。更优选的，所述丝网与瓷球之间的间隙均填充有陶瓷纤维棉，以避免瓷球及瓷球支撑层上承载的催化剂脱落。

[0044] 优选的，本申请中与传统催化剂较短的使用寿命相比，本申请所使用的催化剂提升了催化效率且不易积硫，同时延长了催化剂的使用寿命，可达传统催化剂使用寿命的2‑3倍。

[0045] 在上述技术方案基础上，所述直接氧化装置还包括汽包15，所述换热管束32的首端和末端均与汽包15连通，中压锅炉水通过汽包15进入恒温反应器3的换热管束32，饱和蒸汽通过汽包15进入蒸汽管网。

[0046] 所述换热管束32中的中压锅炉水通过汽包15进入恒温反应器3中，对氧化反应过程中产生的热量进行吸热移除，在此过程中锅炉水会产生饱和蒸汽，进入汽包15，汽包15内的蒸汽达到设定的压力后通过减温减压撬进入低压蒸汽管网。本申请在直接氧化反应装置中设置有独立的汽包15，汽包15可回收恒温反应器3中反应释放的大量热量产生次中压蒸汽，可用于本装置中设备的保温、伴热；保证恒温反应器3内部的催化氧化反应正常有效进行，同时通过调节汽包15出口蒸汽压力可间接调整恒温反应器3的温度，保证酸性气体中硫化氢脱除小效率和处理稳定性。

[0047] 在上述技术方案基础上，所述直接氧化反应腔33与第一出口35之间设置有保温盘管21且内部填充有低压蒸汽，所述保温盘管21的首端与低压蒸汽进口16连通，末端与低压冷凝水出口17连通。

[0048] 通过在直接氧化反应腔33的底端与第一出口35的顶端之间设置有保温盘管21，保温盘管21内通入低压蒸汽，可以对反应后的硫蒸汽进行保温、伴热，使得其在进入一级硫冷凝器4之前保持一定的温度，避免发生硫磺堵塞的问题，在实际操作过程中具有优异的实用性能。

[0049] 在上述技术方案基础上，所述直接氧化装置中包含至少一个恒温反应器3，所述恒温反应器3之间串联或并联设置。

[0050] 根据实际工况的不同可以设计两个恒温反应器进行串联或并联；若来源气中硫化氢浓度较高则可选择串联；若硫化氢浓度较低则可只使用一个恒温反应器，若硫化氢浓度较低但处理气量较大时则可将两个恒温反应器并联使用；酸性气体处理效果更好，适用性更强。

[0051] 在上述技术方案基础上，还包括旁路管线，所述旁路管线与选择性氧化装置并联设置。

[0052] 具体的，所述旁路管线的首端与直接氧化装置的末端连通，末端与尾气焚烧装置的首端连通；即正常经过直接氧化装置和选择性氧化装置后的气体会进入至尾气焚烧装置内进行进一步的处理。

[0053] 通过设置有旁路管线，可以对选择性氧化装置中的选择性氧化反应器起到较好的保护作用，即根据经直接氧化装置处理后的过程气内硫化氢的浓度可以选择通过旁路管线直接进入尾气焚烧装置或进入选择性氧化装置处理后再进入尾气焚烧装置。来自一级硫冷凝器的过程气通过选择性氧化工段的旁路管线直接进入焚烧炉进行后续处理，不影响正常酸性气体的处理过程，工艺稳定性好，处理效果优异。

[0054] 在上述技术方案基础上，所述选择性氧化硫冷凝器8上并联设置有蒸汽冷凝器18。

[0055] 过程气离开选择性氧化反应器7后进入选择性氧化硫冷凝器8，为了将硫蒸汽尽可能冷凝下来，选择性氧化硫冷凝器8在较低的温度下操作，通过副产低压蒸汽0.12MPa来实现；蒸汽在蒸汽冷凝器18中冷凝，通过调节蒸汽冷凝器18风机的速度来调节压力控制器以维持蒸汽的压力。0.12MPa压力的蒸汽对应的温度为120℃，这个温度略微高于液硫的凝固点，控制系统确保温度在液硫凝固点以上的安全范围。冷凝后的液硫通过二级液硫罐9直接进入液硫池12，过程气进入后续处理工段。

[0056] 以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，因此应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

[0057] 此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。