CN102205202A - 一种含h2s的酸性气的处理方法 - Google Patents

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CN102205202A CN2010101355173A CN201010135517A CN102205202A CN 102205202 A CN102205202 A CN 102205202A CN 2010101355173 A CN2010101355173 A CN 2010101355173A CN 201010135517 A CN201010135517 A CN 201010135517A CN 102205202 A CN102205202 A CN 102205202A
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王威
高彦芳
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Beijing Funghan Engineering Consulting Co Ltd
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Abstract

本发明提供了一种含H2S的酸性气的处理方法，包括下列步骤：先将酸性气中的H2S焚烧生成SO2，SO2再在催化剂作用下反应生成SO3，SO3与碱性溶液反应生成硫酸盐溶液，最后硫酸盐溶液经处理得到硫酸盐产品。本发明的方法能使酸性气体净化达到环保排放要求，降低了操作难度和费用。

Description

一种含H2S的酸性气的处理方法
技术领域
本发明涉及一种酸性气的处理工艺，具体地说，涉及一种含H2S的酸性气燃烧并净化的组合工艺。
背景技术
目前，处理含有H2S酸性气体的方法，有碱洗制取硫磺法、克劳斯制取硫磺法，以及将H2S燃烧后用氨水或者其他碱性溶液吸收，然后进行氧化生成(NH4)2SO4等的硫酸盐方法。
以上方法投资大，控制和操作复杂，其中将H2S燃烧后用碱性溶液吸收，有些需要进行氧化生成(NH4)2SO4等的硫酸盐的方法，吸收塔循环液很大，塔径粗，且为了获得(NH4)2SO4等的硫酸盐，需要鼓入大量的空气对亚硫酸盐和亚硫酸氢盐等强制氧化，反应速度慢，而且采用氨水作吸收液容易造成氨逃逸。
因此，需要对现有酸性气净化工艺进行改进，降低操作难度和费用。
发明内容
本发明的目的是提供一种含H2S的酸性气的处理方法，采用酸性气燃烧并净化的组合工艺，操作简便，投资小，无需氧化操作单元。
为了实现本发明目的，本发明的一种含H2S的酸性气的处理方法，其包括如下步骤：
1)先将含H2S的酸性气在燃烧室或反应器内进行燃烧反应，使H2S转化为SO2；
2)将所得SO2产物在催化剂作用下与O2反应生成SO3；
3)然后SO3与碱性溶液反应生成硫酸盐溶液；
4)最后硫酸盐溶液，经过处理可以得到硫酸盐产品。
其中，本发明适宜的酸性气可以是含H2S、H2S和SO2的所有气体，当然也可以是克劳斯等脱硫工艺装置的尾气以及烟道气。
步骤1)中所述燃烧所用的燃料为空气、氧气或其他燃料气体。燃烧用量根据酸性气中的H2S、COS、CS2、S等含量来调整，酸性气体与空气用量体积比为1.1-1.8∶1，氧气的通入量与酸性气的体积比例为：0.1-0.5∶1。
所述的燃烧可以是热焚烧，也可以是催化焚烧(或催化燃烧)。
所述热焚烧不需要催化剂，热焚烧温度为200-1000℃，最优反应的温度为550-900℃。
催化焚烧反应，催化剂为本领域任何一种催化焚烧用的催化剂，催化焚烧反应的温度为150-800℃，最优的催化焚烧反应的温度为230-500℃。
所述的燃烧室(或反应器)用的热焚烧或者催化焚烧装置为本领域内任何一种，进入燃烧室(或反应器)的酸性气体为1-99％(燃烧室总体积的百分含量)。
步骤2)中所述SO2产物在反应器内与O2(根据酸性气中的H2S、COS、CS2、S来确定氧气的理论用量，SO2气体与O2的用量摩尔比为1∶2-6)反应生成SO3，用催化剂为本领域内任何一种可以实现SO2转换为SO3的催化剂，如钒催化剂、铂催化剂等。反应温度为250-1000℃，最优的反应温度为350-550℃。
步骤3)中所述碱性溶液可为氨水、NaOH、KOH、Ca(OH)2、Mg(OH)2等中的一种或者多种，典型的碱性溶液为氨水。所述碱性溶液的用量为SO3摩尔量的1-4倍。
所述的SO3与碱性溶液反应生成硫酸盐是在一个反应塔内进行的，该反应塔可以是空塔、填料塔、文丘里洗涤器等。SO3与碱性溶液反应生成硫酸盐的装置也可以是一个反应罐。
所述的SO3与碱性溶液反应生成硫酸盐，如果采用氨水，氨水的浓度为0.05-100％，最优浓度为3-25％。
步骤3)中所述的SO3与碱性溶液反应生成硫酸盐的反应温度为25-90℃，优选为45-65℃。
步骤4)中所述的硫酸盐溶液，可以通过本领域内的一般技术人员熟知的方式进行处理得到硫酸盐产品。
本发明采用将酸性气热焚烧或催化焚烧生成SO2、SO2在催化剂作用下生成SO3、SO3与碱性溶液反应生成硫酸盐溶液，并使酸性气体得到净化的多步工艺过程，本发明的方法能使酸性气体净化达到环保排放要求，降低了操作难度和费用。同时可将吸收塔的高度和直径减小，洗涤循环量降低，动力消耗减少。
附图说明
图1为本发明所述酸性气燃烧并净化的处理方法的流程简图。
图中：
1燃料气体           2酸性气             3燃烧室
4第一废热锅炉       5第一蒸汽           6SO2转SO3反应器
7第二废热锅炉       8第二蒸汽           9氨水
10硫酸盐生成装置    11硫酸盐处理装置    12水
13硫酸盐产品
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
图1为本发明酸性气燃烧并净化的处理方法的流程简图。如图1所示，空气1(也可以采用氧气或其他燃料气体)，分为两部分，一部分进入SO2转SO3反应器6，另一部分与酸性气2按照一定比例混合进入燃烧室3，进入燃烧室(也可以采用反应器)3的酸性气的体积为总体积的45％，酸性气体与空气比例约1.5∶1(体积比)。燃烧室内热焚烧的反应温度为900℃。
经过焚烧后的气体进入第一废热锅炉4，将其温度降至适合SO2转SO3反应所需温度420℃左右，并产生低压的第一蒸汽5排出。
焚烧并降温后的气体再进入SO2转SO3反应器6，这里实现SO2到SO3转化，在反应器6内与空气1中进入反应器6的O2反应生成SO3，气体与O2的用量比根据SO2确定氧气的理论用量，SO2气体与O2的用量摩尔比为1∶2，催化剂采用钒催化剂，空气速度3000h-1，反应温度为350℃。
在反应器6生成的含有SO3的气体，进入第二废热锅炉7，经冷却后的气体温度降为适合进入硫酸盐生成装置10的温度，温度为700℃，同时在第二废热锅炉7产生低压的第二蒸汽8排出。
含有SO3的气体，与氨水9一并进入硫酸盐生成装置10，在硫酸盐生成装置10中氨水9与含有SO3的气体反应生成硫酸盐，得到含有硫酸盐的液体。氨水的浓度为25％，含有SO3的气体与氨水9的用量比根据化学平衡来确定，实际氨水用量过量大约SO3量3倍(摩尔比)。
SO3与氨水反应生成硫酸盐的装置是在一个反应塔内进行的，该反应塔可以是空塔、填料塔、文丘里洗涤器等。SO3与氨水反应生成硫酸盐的装置也可以是一个反应罐。
在硫酸盐生成装置10中生成的硫酸盐溶液进入硫铵处理装置11，经过离心分离或蒸发等普通分离方法，将硫酸盐液体中的水12除去，最后得到硫酸盐产品13。
本实施例所用的各工艺过程的装置和设备均可采用本领域普通技术人员所熟知的设备。
本实施例中的原料酸性气2组成如下：
  组成   摩尔量％   kmol/h   重量％   kg/h
  H2S   0.022281   0.035444   0.022524   1.207932
  SO2   0.067954   0.1081   0.129129   6.924886
  COS   0.015495   0.02465   0.027611   1.480695
  CS2   0.018356   0.0292   0.041452   2.222996
  S6   0.000943   0.0015   0.00537   0.288
  S8   0.005155   0.0082   0.039144   2.0992
  CO   3.799692   6.0445   3.157072   169.3064
  H2   0.800547   1.2735   0.047969   2.57247
  CO2   56.31446   89.5843   73.51809   3942.605
  O2   1.101342   1.752   1.04543   56.064
  N2   5.704607   9.074814   4.73982   254.1855
  Ar   0.063742   0.1014   0.075538   4.05093
  H2O   32.08543   51.04108   17.15085   919.7602
  TOTAL   100   159.0787   100   5362.768
去SO2转SO3反应器6的组成及含量如下：
  组成   摩尔量％   kmol/h   重量％   kg/h
  H2S   0   0   0   0
  SO2   0.06321   0.2929   0.132922691   18.763174
  SO3   0.00178   0.00826   0.00468307   0.6610554
  COS   0   0   0   0
  CS2   0   0   0   0
  CO   0   0   0   0
  H2   0   0   0   0
  CO2   24.2902   112.561   35.0939402   4953.8096
  N2   53.9112   249.825   49.57255506   6997.5898
  NO   0.01677   0.07771   0.016520977   2.3320771
  NO2   0   0   0   0
  Ar   0.02201   0.102   0.02886754   4.0749
  H2O   16.647   77.1422   9.847809239   1390.1024
  O2   5.04775   23.3913   5.302701221   748.5216
  TOTAL   100   463.4   100   14115.855
SO2转SO3反应器6后的气体的组成及含量如下：
  组成   摩尔量％   kmol/h   重量％   kg/h
  H2S   0   0   0   0
  SO2   0.0004861   0.002929   0.0010078   0.1876317
  SO3   0.0494989   0.298231   0.1282444   23.876374
  COS   0   0   0   0
  CS2   0   0   0   0
  CO   0   0   0   0
  H2   0   0   0   0
  CO2   24.823387   149.561   35.3541   6582.1796
  N2   58.062205   349.825   52.630077   9798.5983
  NO   0.0128979   0.07771   0.012526   2.3320771
  NO2   0   0   0   0
  Ar   0.033527   0.202   0.0433449   8.0699
  H2O   12.803677   77.1422   7.4664964   1390.1024
  O2   4.2143211   25.3913   4.3642033   812.5216
  TOTAL   100   602.50037   100   18617.868
本实施例的酸性气5362.768kg/h，经过一系列多步工艺过程处理，得39.7kg/h硫酸铵硫酸盐产品，使酸性气体中SO2含量小于100mg/NM3，净化达到环保排放要求，并获得可利用的硫酸盐产品。
实施例2
酸性气处理过程基本同实施例1，不同的是，转化为SO2的反应时，采用氧气为燃料，进行催化焚烧，催化剂装填量约0.8m3，反应温度为500℃。进入燃烧室3的酸性气的体积为总体积的20％，氧气的通入量与进入燃烧室3的酸性气的体积比例为0.5∶1。
SO2转SO3反应时，反应温度550℃，所含SO2气体与O2的用量摩尔比为1∶4，催化剂采用铂催化剂，用量为5m2铂网。
SO3与氨水9反应生成硫酸盐，温度为55℃，氨水的浓度为3％，含有SO3的气体与氨水9的摩尔比为1∶1.4。
本实施例中的原料酸性气2组成如下：
  组成   摩尔量％   kmol/h   重量％   kg/h
  H2S   0.044074   0.05326   0.045278   1.8151008
  SO2   0.125784   0.152   0.242894   9.73712
  COS   0.026605   0.03215   0.048175   1.9312505
  CS2   0.020109   0.0243   0.046147   1.849959
  S6   0.001324   0.0016   0.007663   0.3072
  S8   0.006786   0.0082   0.052365   2.0992
  CO   5.002002   6.0445   4.223373   169.30645
  H2   1.053859   1.2735   0.064171   2.57247
  CO2   54.32317   65.645   72.06741   2889.0365
  N2   4.199558   5.074814   3.54584   142.14554
  Ar   0.089952   0.1087   0.108326   4.342565
  H2O   33.97141   41.0516   18.45316   739.74983
  O2   1.13537   1.372   1.095191   43.904
  Total   100   120.8416   100   4008.797
去SO2转SO3反应器6的组成及含量如下：
  组成   摩尔量％   kmol/h   重量％   kg/h
  H2S   0   0   0   0
  SO2   0.208716   0.3521798   0.398632   22.560635
  SO3   0.005352   0.0090303   0.012774   0.7229618
  COS   0   0   0   0
  CS2   0   0   0   0
  CO   0   0   0   0
  H2   0   0   0   0
  CO2   52.86419   89.201   69.3652   3925.736
  N2   3.007544   5.074814   2.511619   142.14554
  NO   0.033443   0.05643   0.029922   1.6934643
  NO2   0   0   0   0
  Ar   0.051856   0.0875   0.061765   3.495625
  H2O   34.05791   57.468   18.29791   1035.5734
  O2   9.770994   16.4872   9.322179   527.5904
  TOTAL   100   168.73615   100   5659.518
SO2转SO3反应器6后的气体的组成及含量如下：
  组成   摩尔量％   kmol/h   重量％   kg/h
  H2S   0   0   0   0
  SO2   0.0093049   0.0176   0.0181299   1.1280317
  SO3   0.1890082   0.3576   0.4602508   28.636517
  COS   0   0   0   0
  CS2   0   0   0   0
  CO   0   0   0   0
  H2   0   0   0   0
  CO2   47.13524   89.201   63.095077   3925.736
  N2   7.2545256   13.7288   6.1804559   384.54408
  NO   0.0410632   0.07771   0.0374815   2.3320771
  NO2   0   0   0   0
  Ar   0.0516791   0.0978   0.0627957   3.90711
  H2O   32.838944   62.146   17.99875   1119.8709
  O2   12.480236   23.6182   12.147059   755.7824
  TOTAL   100   189.24482   100   6221.9371
本实施例的酸性气4008.8kg/h，经过一系列多步工艺过程处理，得49.5264kg/h硫酸铵硫酸盐产品，使酸性气体中SO2含量小于100mg/NM3，净化达到环保排放要求，并获得可利用的硫酸盐产品。
实施例3
酸性气处理过程基本同实施例1，不同的是，转化为SO2的反应时，燃烧反应温度为550℃。进入燃烧室3的酸性气的体积为总体积的20％左右，酸性气体与通入的空气量摩尔比为1.8∶1。
SO2转SO3反应时，反应温度350℃，所含SO2气体与O2的用量比为1∶6，催化剂采用铂催化剂，用量为7m2。
SO3与氨水9反应生成硫酸盐，温度为45℃，氨水的浓度为15％，含有SO3的气体与氨水9的用量比为1∶4。
本实施例中的原料酸性气2组成如下：
  组成   摩尔量％   kmol/h   重量％   kg/h
  H2S   0.055146   0.1026   0.057709   3.496608
  SO2   0.108464   0.2018   0.213356   12.927308
  COS   0.023225   0.04321   0.042839   2.5956247
  CS2   0.016974   0.03158   0.039679   2.4041854
  S6   0.001182   0.0022   0.006971   0.4224
  S8   0.003924   0.0073   0.030843   1.8688
  CO   3.781842   7.0362   3.252726   197.08396
  H2   1.458462   2.7135   0.090464   5.48127
  CO2   51.40762   95.645   69.472   4209.3365
  N2   7.893   14.6851   6.788693   411.32965
  Ar   0.101961   0.1897   0.125078   7.578515
  H2O   34.14413   63.5259   18.89304   1144.7367
  O2   1.004073   1.8681   0.986612   59.7792
  Total   100   186.0522   100   6059.041
去SO2转SO3反应器6的组成及含量如下：
  组成   摩尔量％   kmol/h   重量％   kg/h
  H2S   0   0   0   0
  SO2   0.111763   0.4703108   0.23251   30.128107
  SO3   0.002866   0.0120593   0.007451   0.9654636
  COS   0   0   0   0
  CS2   0   0   0   0
  CO   0   0   0   0
  H2   0   0   0   0
  CO2   28.84471   121.3812   41.2262   5341.9866
  N2   46.13931   194.1585   41.9701   5438.3796
  NO   0.018279   0.07692   0.017815   2.3083692
  NO2   0   0   0   0
  Ar   0.02431   0.1023   0.03154   4.086885
  H2O   20.52661   86.3779   12.01235   1556.5298
  O2   4.332152   18.2301   4.502042   583.3632
  TOTAL   100   420.80929   100   12957.748
SO2转SO3反应器6后的气体的组成及含量如下：
  组成   摩尔量％   kmol/h   重量％   kg/h
  H2S   0   0   0   0
  SO2   0.0051581   0.02351   0.0107851   1.5064053
  SO3   0.1047755   0.4776   0.2737929   38.242011
  COS   0   0   0   0
  CS2   0   0   0   0
  CO   0   0   0   0
  H2   0   0   0   0
  CO2   26.624782   121.3812   38.245849   5341.9866
  N2   48.873584   222.8125   44.682162   6240.9781
  NO   0.01959   0.08931   0.0191888   2.6801931
  NO2   0   0   0   0
  Ar   0.0214523   0.0978   0.0279729   3.90711
  H2O   19.051637   86.855567   11.20557   1565.1373
  O2   5.2990207   24.158   5.5346794   773.056
  TOTAL   100   455.89556   100   13967.494
本实施例的酸性气6059.04kg/h，经过一系列多步工艺过程处理，得66.15kg/h硫酸铵硫酸盐产品，使酸性气体中SO2含量小于100mg/NM3，净化达到环保排放要求，并获得可利用的硫酸盐产品。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种含H2S的酸性气的处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)先将含H2S的酸性气在燃烧室或反应器内进行燃烧反应，使H2S转化为SO2；
2)将所得SO2产物在催化剂作用下与O2反应生成SO3；
3)然后SO3与碱性溶液反应生成硫酸盐溶液；
4)最后硫酸盐溶液，经过处理得到硫酸盐产品。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含H2S的酸性气指含H2S、H2S和SO2的酸性气体，或是脱硫工艺装置的尾气以及烟道气。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤1)中所述燃烧采用热焚烧、催化焚烧或催化燃烧。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述燃烧时所用燃料为空气、氧气或其他燃料气体。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述热焚烧的温度为200-1000℃，优选为550-900℃。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述催化焚烧反应的温度为150-800℃，优选为230-500℃。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的方法，其特征在于，步骤1)所述酸性气体的通入量为总体积的1-99％。
8.根据权利要求1-7任意一项所述的方法，其特征在于，步骤2)中反应温度为250-1000℃，优选为350-550℃。
9.根据权利要求1-8任意一项所述的方法，其特征在于，步骤3)中所述碱性溶液为氨水、NaOH、KOH、Ca(OH)2、Mg(OH)2以及其他碱性溶液中的一种或者多种。
10.根据权利要求1-9任意一项所述的方法，其特征在于，步骤3)中所述的SO3与碱性溶液反应生成硫酸盐在反应塔或反应罐中进行。
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