CN104368230A - 一种湿式氧化还原脱硫工艺的再生系统及再生方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种湿式氧化还原脱硫工艺的再生系统及再生方法。所述系统包括：超重力再生反应器、硫磺泡沫槽、离心机和贫液槽，超重力再生反应器连接硫磺泡沫槽底部，硫磺泡沫槽内设置有气液混合分布器，硫磺泡沫槽顶部设置有溢流堰，溢流堰出口连接离心机，离心机连接贫液槽；硫磺泡沫槽贫液采出口连接贫液槽。本发明不需要在线添加硫磺沉降剂，简化了流程和操作成本；同传统再生反应器相比又有明显的传质和空间优势，可广泛适用。

Description

一种湿式氧化还原脱硫工艺的再生系统及再生方法

技术领域

本发明涉及湿式氧化还原法脱硫领域，更进一步说，涉及一种湿式氧化还原脱硫工艺的再生系统及再生方法。

背景技术

根据脱硫过程使用催化剂的不同，湿式氧化还原脱硫工艺分为砷基工艺、钒基工艺、铁基工艺三种：砷基工艺由于脱硫效率低，较少使用；钒基工艺具有代表性的方法是Stretford法(即ADA法)，该工艺存在硫容低、钒对环境造成污染等缺点，受到环保限制；目前湿式氧化还原法脱硫一般采用铁作催化剂。络合铁脱硫工艺具有无毒、高效、高活性及高选择性等优点，其代表性工艺有美国Wheelabrator清洁空气系统公司的LO-CAT工艺、Dow和Shell公司的SulFerox工艺。

研究表明，在硫磺日产量小于20t的情况下，用络合铁法回收硫磺技术上可行，且比Amine/Claus法更经济。目前世界上采用LO-CAT和SulFerox工艺的装置不下200余套。

络合铁脱硫富液的再生在氧化反应器中进行，使用空气将脱硫富液中的Fe²⁺氧化成Fe³⁺。再生装置通常选用塔或槽（罐）式反应器（如专利CN200820027032.0所述），此类设备具有设备体积庞大，传质效率低，操作弹性小等缺点。

LO-CAT工艺于1983年开发出自循环LO-CAT工艺，吸收器和再生氧化器合二为一，溶液可在无泵的情况下高速循环，是一种特色技术，但相比常规流程，其前期投资大，水电要求高，需配备人员亦较多，对于生产状况（工作压力、产量）波动较快的油田和分散的天然气井开采并不经济。

专利CN201110076120.6提出了一种脱硫富液与空气在超重力机中逆流或错流接触+硫磺沉降相结合的方法，实现脱硫液再生。该方法解决了传质和设备体积问题，但需在线添加硫磺沉降剂，增加了流程和工艺控制的复杂性；更为重要的是该方法对硫磺沉降剂要求较高，而在现实应用中缺乏高效的沉降剂恰恰是络合铁脱硫+沉降工艺一直以来难以解决的弊端。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种湿式氧化还原脱硫工艺的再生系统及再生方法。不需要在线添加硫磺沉降剂，简化了流程和操作成本；同传统再生反应器相比又有明显的传质和空间优势，可广泛适用。

本发明的目的之一是提供一种湿式氧化还原脱硫工艺的再生系统。

包括：超重力再生反应器、硫磺泡沫槽、离心机和贫液槽，

超重力再生反应器连接硫磺泡沫槽底部，硫磺泡沫槽内设置有气液混合分布器，硫磺泡沫槽顶部设置有溢流堰，溢流堰出口连接离心机，离心机连接贫液槽；硫磺泡沫槽贫液采出口连接贫液槽。

其中，所述硫磺泡沫槽贫液采出口可设置有硫磺过滤器。

本发明的目的之二是提供一种湿式氧化还原脱硫工艺的再生方法。

包括：

1）脱硫富液与空气分别进入超重力再生反应器，在超重力机转子内缘处并流进入转子填料中，在填料中空气和脱硫富液发生氧化反应；

2）再生后的贫液和空气尾气由超重力再生反应器采出，经气液混合分布器进入硫磺泡沫槽底部并向上运动；

3）贫液从贫液采出口流入贫液槽；硫磺颗粒被空气尾气浮选向硫磺泡沫槽顶部运动，在泡沫槽顶部硫磺泡沫溢流入溢流堰，然后进入离心机；

4）硫磺经离心分离形成滤饼后从再生系统采出，滤液返回到贫液槽。

其中，可优选：步骤3）中，贫液从贫液采出口经过滤后流入贫液槽。

具体可采用以下技术方案：

脱硫富液与空气分别从超重力再生反应器液体入口和气体入口进入超重力场，于超重力机转子内缘处并流进入转子填料中，在填料中空气和脱硫富液发生剧烈混合，发生氧化反应，将络合铁脱硫富液中的Fe²⁺氧化成Fe³⁺。再生后的贫液和空气尾气由超重力再生反应器气液混合出口采出，经气液混合分布器进入硫磺泡沫槽底部并向上运动。贫液从泡沫槽中上部的贫液采出口流入贫液槽，供脱硫系统循环使用；贫液采出口内侧安装有硫磺过滤器，防止硫磺和杂质颗粒进入贫液槽。生成的硫磺颗粒被空气尾气浮选向硫磺泡沫槽顶部运动，在泡沫槽顶部硫磺泡沫溢流入溢流堰，然后进入离心机。硫磺经离心分离形成滤饼后从再生系统采出，以供后续加工处理，滤液则返回到贫液槽供脱硫工段使用。

在硫磺泡沫槽中，空气尾气有两个作用：一是浮选硫磺，将硫磺浮选到溢流槽中，同贫液分离；二是即便并流再生不够充分，空气还可以继续氧化Fe²⁺，生成Fe³⁺，有力保证了再生效果。

超重力机是采用并流接触还是逆流接触，主要视应用目的而定：对气液反应而言，如追求的是强化反应的深度和高的反应转化率，当选逆流；如对反应的深度和转化率的要求不高，仅需控制在合适的范围的情况下--如本例中贫液再生到Fe³⁺/Fe约0.8左右即可，Fe³⁺/Fe²⁺之间需要平衡，过高的Fe³⁺/Fe会使溶液稳定性变差，易于变质和降解--则超重力场中气液具有较短接触时间的并流自然是理想选择。

需要指出，本发明虽以络合铁溶液的再生阐述本发明，但本发明中的脱硫富液再生方法对砷基工艺和钒基工艺同样可行，也就是说本发明是通用的、一般化的湿式氧化还原脱硫工艺再生方法。

本发明优点：

超重力机替代传统槽罐式氧化反应器，提高了传质效率，减小了设备体积，节约空间和占地面积。

综合来讲，本发明提出的超重力场并流接触+硫磺浮选相组合的方法，（硫磺浮选是指空气托浮着生成的硫磺颗粒向硫磺泡沫槽顶部运动，使得硫磺无法在泡沫槽内沉降堵塞泡沫槽，硫磺溢流进入溢流堰，最终离心排出），相当于双再生反应器串联，其综合传质效率或者说再生效果不输于专利CN201110076120.6，专利CN201110076120.6添加硫磺沉淀剂是为了让硫磺在沉降槽底部沉淀分离，从而由与沉淀槽漏斗形底部相连的管线排出，此段管线实际生产中极易堵塞，造成硫磺在沉降槽中大量堆积，最终会被液流泛起带入贫液槽。因添加沉降剂沉降的硫磺颗粒较大，由此造成的局部堵塞会更严重。本发明中再生空气尾气还要起到浮选硫磺，从而将其从循环体系中分离，空气尾气需同贫液经同一出口排出进入硫磺泡沫槽，本发明中利用空气尾气浮选硫磺模式在并流模式下实施流程简单易行。采用硫磺浮选模式不需要在线添加硫磺沉降剂，简化了流程和操作成本；同传统再生反应器相比又有明显的传质和空间优势，可撬装成独立模块，特别适合在广袤的油田和分散的天然气井开采时使用，移动性和机动性强。

附图说明

图1本发明所述的再生系统示意图

附图标记说明：

1超重力再生反应器；2硫磺泡沫槽；3离心机；4贫液槽；5溢流堰；6脱硫富液；7氧化空气；8贫液；9尾气

具体实施方式

下面结合实施例，进一步说明本发明。

实施例1～4：

如图1所示，一种湿式氧化还原脱硫工艺的再生系统。

包括：超重力再生反应器1、硫磺泡沫槽2、离心机3和贫液槽4，

超重力再生反应器1连接硫磺泡沫槽2底部，硫磺泡沫槽2内设置有气液混合分布器，硫磺泡沫槽2顶部设置有溢流堰5，溢流堰5出口连接离心机3，离心机3连接贫液槽4；硫磺泡沫槽2贫液采出口连接贫液槽4。所述硫磺泡沫槽2贫液采出口设置有硫磺过滤器。

进行再生时：

脱硫富液泵输送进入超重力再生反应器，氧化空气由气泵打入超重力再生反应器，脱硫富液和空气在超重力机转子内缘处并流进入超重力场填料中，富液与空气中的氧气反应，Fe²⁺转化为Fe³⁺，络合铁脱硫液得以再生。再生后的贫液同空气尾气并流从超重力机气液混合出口导出，进入硫磺泡沫槽底部，经气液混合分布器后，气液带动生成的硫磺颗粒自下而上向硫磺泡沫槽顶部运动，泡沫槽顶部的硫磺颗粒溢流进入溢流堰，然后自溢流堰导入离心机，硫磺颗粒离心成为滤饼，从液体中分离出来，离心机甩出的贫液则返回贫液槽供脱硫使用。绝大部分贫液从硫磺泡沫槽中上部的贫液采出口导出进入贫液槽，供脱硫系统循环使用。贫液采出口内侧置有硫磺过滤器，以防止硫磺颗粒进入贫液槽，堵塞管路，影响系统运行。

通过改变含硫化氢原料气的硫化氢含量来改变脱硫富液中Fe³⁺离子含量，进而对富液再生工艺进行评价。相关数据见表1，表中列出4种工况条件，每种工况下的数据均是脱硫和再生系统连续稳定运行48小时情况下所得数据的平均值。

表1

实施例中所使用的络合铁溶液由南化集团研究院提供。从实施效果可以看出，在2、3、4号工况条件下，贫液均可再生到Fe³⁺/Fe约0.8左右（该配方络合铁溶液长期稳定运行的优化比例）；在原料气含硫量和气量较大的1号工况中，为保证脱硫效果（正常情况下应该增加总Fe浓度），加大了再生力度（加大空气流量）使得再生贫液中Fe³⁺/Fe达到了0.95，这虽然不是本发明中所使用的络合铁贫液的最佳Fe3+/Fe值，但从侧面说明了本发明所采用的再生氧化工艺本身是高效可靠的，为硫化氢吸收工段平稳正常运转提供了有力支撑。

Claims (4)

1.一种湿式氧化还原脱硫工艺的再生系统，其特征在于所述系统包括：

超重力再生反应器、硫磺泡沫槽、离心机和贫液槽，

超重力再生反应器连接硫磺泡沫槽底部，硫磺泡沫槽内设置有气液混合分布器，硫磺泡沫槽顶部设置有溢流堰，溢流堰出口连接离心机，离心机连接贫液槽；硫磺泡沫槽贫液采出口连接贫液槽。

2.如权利要求1所述的湿式氧化还原脱硫工艺的再生系统，其特征在于：

所述硫磺泡沫槽贫液采出口设置有硫磺过滤器。

3.一种采用如权利要求1或2所述的湿式氧化还原脱硫工艺的再生系统的再生方法，其特征在于所述方法包括：

1）脱硫富液与空气分别进入超重力再生反应器，在超重力机转子内缘处并流进入转子填料中，在填料中空气和脱硫富液发生氧化反应；

2）再生后的贫液和空气尾气由超重力再生反应器采出，经气液混合分布器进入硫磺泡沫槽底部并向上运动；

3）贫液从贫液采出口流入贫液槽，硫磺颗粒被空气尾气浮选向硫磺泡沫槽顶部运动，在泡沫槽顶部硫磺泡沫溢流入溢流堰，然后进入离心机；

4）硫磺经离心分离形成滤饼后从再生系统采出，滤液返回到贫液槽。

4.如权利要求3所述的再生方法，其特征在于：

步骤3）中，贫液从贫液采出口经过滤后流入贫液槽。