CN104709884A - 一种能够选择性生产硫化钠或硫氢化钠的系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能够选择性生产硫化钠或硫氢化钠的系统，包括碱液配制系统、硫化氢吸收系统、硫化钠浓缩结晶系统以及硫化钠包装系统；其中，所述碱液配制系统分别与所述硫化氢吸收系统和硫化钠浓缩结晶系统连接，所述硫化氢吸收系统与所述硫化钠浓缩结晶系统连接，所述硫化钠浓缩结晶系统与所述硫化钠包装系统连接。单套系统可达到年产5万吨硫化钠及硫氢化钠的相互转换，处理大量酸性气体，实现环保价值，同时生产能力高，系统稳定性长，操作简单。根据碱液和硫化氢气体的摩尔比例不同，生产硫化钠或硫氢化钠。

Description

一种能够选择性生产硫化钠或硫氢化钠的系统

技术领域

本发明涉及化工技术领域，具体涉及到一种能够选择性生产硫化钠或硫氢化钠的系统。

背景技术

硫化钠和硫氢化钠是采用碱液吸收法处理合成氨工业废气时的两种产品，硫化钠和硫氢化钠用途广泛，其中，硫化钠在染料工业中可用以制造硫化染料，在有色冶金工业中可以用作矿石的浮选剂，在制革工业中可用作生皮的脱毛剂，在造纸工业中可用作纸张的蒸煮剂；硫氢化钠在染料工业中可用于合成有机中间体，在制革工业中可用作生皮的脱毛及鞣革，在化肥工业中可用于脱去活性炭脱硫剂中的单体硫。

合成氨企业低温甲醇洗工序产生酸性气体，主要成分是硫化氢和二氧化碳，若直接进行排放，则会对造成环境造成严重污染。目前处理合成氨工业废气的主要方法有：一、将硫化氢氧化得到单质硫，二氧化碳直接放空。但单质硫的市场价值较低，这种处理方法既降低了硫化氢的使用价值，又增加了二氧化碳的排放量，造成环境的不利影响；二、碱液吸收法，即硫化氢与碱液反应生成硫化钠或硫氢化钠，确保废气排放达标；目前普遍采用的是第二种方法，即碱吸收的方法来处理合成氨的工业废气。

目前，通过碱液吸收法处理合成氨的工业废气，主要存在以下问题：只有单独的硫化钠装置和单独的硫氢化钠溶液装置，没有一套既能生产硫化钠又能切换生产硫氢化钠溶液的装置，无法根据硫化钠或硫氢化钠市场需求选择性生产市场需求量大、产值高的产品。

发明内容

本发明是提供一种能够选择性生产硫化钠或硫氢化钠的系统，可以根据市场情况，选择性生产硫化钠或硫氢化钠溶液。

为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：

一种能够选择性生产硫化钠或硫氢化钠的系统，包括碱液配制系统、硫化氢吸收系统、硫化钠浓缩结晶系统以及硫化钠包装系统；其中，所述碱液配制系统分别与所述硫化氢吸收系统和硫化钠浓缩结晶系统连接，所述硫化氢吸收系统与所述硫化钠浓缩结晶系统连接，所述硫化钠浓缩结晶系统与所述硫化钠包装系统连接。

优选的，所述碱液配制系统包括冷凝液槽、配碱泵以及吸收液储槽，所述吸收液储槽通过所述配碱泵与所述冷凝液槽连接。

优选的，所述硫化氢吸收系统包括硫化氢吸收塔、尾气吸收塔、稀碱液储槽、尾吸泵以及水环真空泵；其中，所述硫化氢吸收塔的气体出口端与所述尾气吸收器的气体入口端连接，所述硫化氢吸收塔的液体入口端通过尾吸泵与所述尾气吸收塔的液体出口端连接，所述硫化氢吸收塔的物料出口端分别与稀碱液储槽和硫化氢吸收塔的液体入口端相通，所述尾气吸收塔的气体出口端与所述水环真空泵连接，所述尾气吸收塔的液体入口端与所述吸收液储槽连接，所述水环真空泵的出口端与大气相通。

优选的，所述硫化氢吸收系统还包括稀碱液泵，所述硫化氢吸收塔的物料出口端与所述稀碱液泵的入口端连接，所述稀碱液泵的出口端分为两个支路，一个支路与所述稀碱液储槽连接，另一支路与所述硫化氢吸收塔的液体入口端连接。

优选的，所述硫化氢吸收系统还包括尾吸冷却塔，尾吸冷却塔的物料入口端通过所述尾吸泵与尾气吸收塔的液体出口端连接，尾吸冷却塔的物料出口端与尾气吸收塔的液体入口端连接。尾吸冷却塔的作用是降低溶液的温度，增加硫化钠或硫氢化钠的溶解度，冷却介质是水，物料自下而上运行。

优选的，所述硫化氢吸收塔的物料入口端分别与硫化氢净化系统和氮气储存装置连接。

优选的，所述硫化钠浓缩结晶系统包括碱预热器、蒸汽冷凝器、蒸发加热器、蒸发分离器、沉淀槽、冷却结晶槽、离心机以及产品包装机；其中，所述碱预热器与所述稀碱液储槽连接，所述碱预热器的料液出口端和所述蒸发分离器的料液出口端均与所述蒸发加热器的入口端连接，所述蒸发加热器的出口端与所述蒸发分离器的入口端连接，所述碱预热器的蒸汽入口端与所述蒸发分离器的气体出口端连接，所述碱预热器的气体出口端与所述蒸汽冷凝器的入口端连接，所述蒸汽冷凝器的出口端与大气相通，所述蒸发分离器的液体出口端与所述沉淀槽连接，所述沉淀槽、冷却结晶槽和离心机依次连接，所述产品包装机设置在所述离心机的固体出口端，所述离心机的液体出口端与所述吸收液储槽连接。

优选的，所述硫化钠浓缩结晶系统还包括蒸发给料泵，所述碱预热器与所述稀碱液储槽通过所述蒸发给料泵连接。

优选的，所述硫化钠浓缩结晶系统还包括浓碱泵，所述蒸发分离器的液体出口端与沉淀槽通过浓碱泵连接。

优选的，所述蒸发加热器出口端的物料以切线方式进入所述蒸发分离器。

本发明的有益技术效果为：

1、单套系统可达到年产5万吨硫化钠及硫氢化钠的相互转换，处理大量酸性气体，实现环保价值，同时生产能力高，系统稳定性长，操作简单。

2、充分利用化学反应原理，碱液过量时生成硫化钠，硫化氢过量时生成硫氢化钠，根据吸收碱液的浓度不同，可以生成不同浓度的硫氢化钠溶液产品；根据进入冷却结晶槽的硫化钠溶液浓度的不同，可以生产5.5结晶水和9结晶水的两种硫化钠产品。

3、充分利用现有的设备，通过系统的调整，实现了多种产品、同一产品不同浓度评级的安全生产，更适宜市场的变化；硫化氢吸收完全，放空尾气完全达到国家标准；装置运行不会产生污染。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为硫化氢吸收系统的流程图；

图3为硫化钠浓缩结晶系统的流程图；

图4为碱液配制系统流程图；

图5为硫化钠固体生产流程图；

图6为硫氢化钠生产流程图。

其中，1、碱液配制系统，2、硫化氢吸收系统，3、硫化钠浓缩结晶系统，4、硫化钠包装系统，5、硫化氢吸收塔，6、尾气吸收塔，7、尾吸冷却器，8、稀碱液储槽，9、碱预热器，10、蒸汽冷凝器，11、蒸发加热器，12、蒸发分离器，13、浓碱泵，14、沉淀槽，15、冷却结晶槽，16、离心机，17、冷凝液槽，18、配碱泵，19、吸收液储槽，20、浓缩塔，21、再生塔，22、硫化钡储罐，23、稀碱液泵，24、尾吸泵，25、水环真空泵，26、蒸发给料泵。

具体实施方式

由图1可知，一种能够选择性生产硫化钠或硫氢化钠的系统，包括碱液配制系统1、硫化氢吸收系统2、硫化钠浓缩结晶系统3以及硫化钠包装系统4；其中，所述碱液配制系统1分别与所述硫化氢吸收系统2和硫化钠浓缩结晶系统3连接，所述硫化氢吸收系统2与所述硫化钠浓缩结晶系统2连接，所述硫化钠浓缩结晶系统2与所述硫化钠包装系统3连接。

由图4可知，所述碱液配制系统1包括冷凝液槽17、配碱泵18以及吸收液储槽19，所述吸收液储槽19通过所述配碱泵18与所述冷凝液槽17连接。

由图2可知，所述硫化氢吸收系统2包括硫化氢吸收塔5、尾气吸收塔6、尾吸冷却器7、稀碱液储槽8、稀碱液泵23、尾吸泵24以及水环真空泵25；其中，所述硫化氢吸收塔5的气体出口端与所述尾气吸收器6的物料入口端连接，所述硫化氢吸收塔5的液体入口端通过所述尾吸泵24与所述尾气吸收塔6的液体出口端连接，所述硫化氢吸收塔5的物料出口端与所述稀碱液泵的入口端连接，所述稀碱液泵23的出口端分为两个支路，一个支路与所述稀碱液储槽8连接，另一支路与所述硫化氢吸收塔5的液体入口端连接。

尾吸冷却塔7的物料入口端通过所述尾吸泵24与尾气吸收塔6的液体出口端连接，尾吸冷却塔7的物料出口端与尾气吸收塔6的液体入口端连接。尾吸冷却塔7的作用是降低溶液的温度，以增加硫化钠或硫氢化钠的溶解度，冷却介质是水，物料自下而上运行。所述尾气吸收塔6的气体出口端与所述水环真空泵25连接，所述尾气吸收塔6的液体入口端与所述吸收液储槽19连接，所述水环真空泵25的出口端与大气相通。

所述硫化氢吸收塔5的物料入口端分别与硫化氢净化系统和氮气储存装置连接。

由图3可知，所述硫化钠浓缩结晶系统3包括蒸发给料泵26、碱预热器9、蒸汽冷凝器10、蒸发加热器11、蒸发分离器12、浓碱泵13、沉淀槽14、冷却结晶槽15、离心机16以及产品包装机；其中，所述碱预热器9与所述稀碱液储槽8通过所述蒸发给料泵27连接，所述碱预热器9的料液出口端和所述蒸发分离器12的料液出口端均与所述蒸发加热器11的入口端连接，所述蒸发加热器11的出口端与所述蒸发分离器12的入口端连接，所述碱预热器9的蒸汽入口端与所述蒸发分离器12的气体出口端连接，所述碱预热器9的气体出口端与所述蒸汽冷凝器10的入口端连接，所述蒸汽冷凝器10的出口端与大气相通，所述蒸发分离器12的液体出口端与所述沉淀槽14通过所述浓碱泵13连接，所述沉淀槽14、冷却结晶槽15和离心机16依次连接，所述产品包装机设置在所述离心机16的固体出口端，所述离心机16的液体出口端与所述吸收液储槽19连接。

硫化氢吸收塔5中通入来自硫化氢提纯系统的含量为98％的硫化氢气体(控制二氧化碳含量小于2％，是为了避免二氧化碳与氢氧化钠反应生成碳酸钠)，为了增加硫化氢气体的吸收速度，加入一定量的氮气，气体负荷小时，冲入氮气可以使硫化氢气体均匀充满设备空间，而且可以保持真空泵抽真空，使设备保持微负压。硫化氢气体进入硫化氢吸收塔5的底部分布器，经鼓泡吸收后，与由上自下的烧碱溶液进行化学反应，未被吸收的硫化氢气体进入尾气吸收塔6中经烧碱溶液进一步吸收，然后由水环真空泵25将尾气吸收塔6中残余的尾气抽出，尾气成分主要是氮气和水蒸气，尾气中硫化氢气体的含量≤10ppm。13％-18％的烧碱溶液由硫化氢吸收塔5的顶部进入第一块塔盘，自上而下经过填料段吸收硫化氢气体后流到硫化氢吸收塔5塔底，温度升至65℃左右。硫化氢吸收塔5的操作压力为-0.02Mpa。硫化氢吸收塔5内的稀碱液由稀碱泵打入稀碱液储槽8。

吸收硫化氢后的稀硫化钠碱液经过蒸发给料泵26进入后续蒸发工序。稀碱液储槽8内的稀硫化钠溶液被蒸发给料泵加压送入碱预热器9，经预热后进入蒸发加热器11，与来自蒸发分离器12的大量的循环加热的碱液一起进入蒸发加热器11进行加热浓缩水分，出蒸发加热器11的气液混合物以切线的方式进入蒸发分离器12，蒸发分离器12内压力为常压，温度控制在115±5℃。在蒸发分离器12内，水蒸气经蒸发分离器12上部的旋风分离器分离夹带的小液滴后进入碱预热器9的管内，对管外的稀碱液进行预热，出碱预热器9的汽水混合物进入蒸汽冷凝器10，用循环水进行最终冷凝，未冷凝的尾气直接进行放空，冷凝水进入冷凝液槽17，经配碱泵18送入浓碱储存装置20内进行配碱。

蒸发分离器12内的硫化钠溶液浓度达到28-30％后被浓碱泵13加压送到沉淀槽14，在沉淀槽14内停留30分钟以上后，清液由沉淀槽14上部出口溢流进入冷却结晶槽15，在冷却结晶槽15内进行冷却结晶。

冷却结晶槽15的操作比较严格，冷却降温速率和搅拌速度是结晶控制的关键。一般情况下，溶液温度在90℃以上时，降温速率为4-5℃/h，搅拌速度控制在5转/分钟，90℃降到65℃区间内，降温速率为1.5-2℃，搅拌速度控制在2-3转/分钟，降温速率的快慢由结晶槽内的冷却水流量的大小进行控制。如果降温过快或搅拌速度过快，结晶颗粒均会变小，分离困难，且带杂质增多，影响产品质量。

当硫化钠溶液冷却到65℃时，冷却结晶过程完成，固液混合物由冷却结晶槽15打入离心机16进行分离，分离出来的固体硫化钠，颗粒在2-3mm左右，六棱体形状，硫化钠含量≥43％，温度62-64℃，经冷却到45℃左右进行包装。分离出来的母液进入吸收液储槽19，母液中硫化钠含量22.28％，碳酸钠含量23.24％，氢氧化钠含量4.08％。

将32％的烧碱溶液配入吸收液储槽19，使吸收液储槽19中的烧碱的质量分数达到22.78％左右，然后由吸收液泵加压打入硫化氢吸收塔对硫化氢进行吸收。

硫化钠和硫氢化钠的生产原理如下：

生产硫化钠时，硫化氢吸收阶段保证碱液过量；生产硫氢化钠时，硫化氢吸收阶段保证硫化氢过量。

硫化钠的生产原理：

调整时，严格控制提纯系统硫化氢纯度，保证二氧化碳含量在2％以下，防止吸收系统中碳酸钠的产生，影响产品质量。

配制吸收液时，使用蒸发废水进行配制，并控制烧碱浓度在13-18％，防止反应后硫化钠超标，堵塞管道及设备。

蒸发时，控制蒸发加热器11中负压在-50KPa以下，降低蒸发加热器11所需温度，节约蒸汽用量。保证原料液的充足，当蒸发加热器11取样分析合格后，严格控制压力及温度，保证产品质量。蒸发系统开启后，严禁中途停止，并且需使用冷凝液进行冲洗，防止系统结晶，堵塞管线。

硫化钠产品可分为5.5结晶水和9结晶水两种，不论生产5.5结晶水还是9结晶水硫化钠溶液浓度都大于37％，自然结晶时生成9结晶水硫化钠，用冷却水降温，降温速率为1.5-2℃/h，生成5.5结晶水。

如图5所示，在硫化氢提纯净化系统中，合成氨工业废气，含有硫化氢和二氧化碳气体，根据硫化氢和二氧化碳在NHD溶剂中的溶解度不同，经浓缩塔20、再生塔21以及硫化钡储罐22进行硫化钡除杂处理，对硫化氢进行提纯，提纯至硫化氢含量在98％以上；提纯后的硫化氢进入硫化氢吸收塔5进行吸收，得到硫化钠溶液，硫化钠溶液在稀碱液储槽8储存，稀碱液储槽8中的硫化钠溶液经过蒸发浓缩系统浓缩后进入冷却结晶槽15中结晶，液固混合物经离心分离后得到硫化钠晶体。

硫氢化钠的生产原理为：

如图6所示，在硫化氢提纯净化系统中，合成氨工业废气，含有硫化氢和二氧化碳气体，根据硫化氢和二氧化碳在NHD溶剂中的溶解度不同，经浓缩塔20、再生塔21以及硫化钡储罐22进行硫化钡除杂处理，对硫化氢进行提纯，提纯至硫化氢含量在98％以上；提纯后的硫化氢进入硫化氢吸收塔5进行吸收，得到硫氢化钠溶液，硫氢化钠溶液在稀碱液储槽8储存，对稀碱液储槽8中的硫氢化钠溶液灌装。

如何判断吸收阶段是碱液过量还是硫化氢过量？

判断原则：根据硫化氢吸收塔以及尾气吸收塔的成分分析。

碱液过量：硫化氢吸收塔5内物质分析为硫化钠、氢氧化钠和水，尾气吸收塔5内物质成分为氢氧化钠和水和微量的硫化钠(3％以下)。此时，硫化氢吸收塔5温度为50-55℃(塔釜)；尾气吸收塔5温度为30-40℃，尾吸冷却器7循环水不开。

硫化氢过量：酸碱反应量加大，反应热增多；硫化氢吸收塔5内物质分析为硫氢化钠和水，尾气吸收塔6内物质成分为氢氧化钠和硫化钠(5％以下)。此时，硫化氢吸收塔5温度为75-100℃(塔釜，反应热较多)；尾气吸收塔6内温度为38-45℃，尾吸冷却器7循环水不开。

上述虽然对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种能够选择性生产硫化钠或硫氢化钠的系统，其特征在于：包括碱液配制系统、硫化氢吸收系统、硫化钠浓缩结晶系统以及硫化钠包装系统；其中，所述碱液配制系统分别与所述硫化氢吸收系统和硫化钠浓缩结晶系统连接，所述硫化氢吸收系统与所述硫化钠浓缩结晶系统连接，所述硫化钠浓缩结晶系统与所述硫化钠包装系统连接。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述碱液配制系统包括冷凝液槽、配碱泵以及吸收液储槽，所述吸收液储槽通过所述配碱泵与所述冷凝液槽连接。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于：所述硫化氢吸收系统包括硫化氢吸收塔、尾气吸收塔、稀碱液储槽、尾吸泵以及水环真空泵；其中，所述硫化氢吸收塔的气体出口端与所述尾气吸收器的物料入口端连接，所述硫化氢吸收塔的液体入口端通过尾吸泵与所述尾气吸收塔的液体出口端连接，所述硫化氢吸收塔的物料出口端分别与稀碱液储槽和硫化氢吸收塔的液体入口端相通，所述尾气吸收塔的气体出口端与所述水环真空泵连接，所述尾气吸收塔的液体入口端与所述吸收液储槽连接，所述水环真空泵的出口端与大气相通。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于：所述硫化氢吸收系统还包括稀碱液泵，所述硫化氢吸收塔的物料出口端与所述稀碱液泵的入口端连接，所述稀碱液泵的出口端分为两个支路，一个支路与所述稀碱液储槽连接，另一支路与所述硫化氢吸收塔的液体入口端连接。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于：所述硫化氢吸收系统还包括尾吸冷却塔，尾吸冷却塔的物料入口端通过所述尾吸泵与尾气吸收塔的液体出口端连接，尾吸冷却塔的物料出口端与尾气吸收塔的液体入口端连接。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于：所述硫化氢吸收塔的物料入口端分别与硫化氢净化系统和氮气储存装置连接。

7.根据权利要求3所述的系统，其特征在于：所述硫化钠浓缩结晶系统包括碱预热器、蒸汽冷凝器、蒸发加热器、蒸发分离器、沉淀槽、冷却结晶槽、离心机以及产品包装机；其中，所述碱预热器与所述稀碱液储槽连接，所述碱预热器的料液出口端和所述蒸发分离器的料液出口端均与所述蒸发加热器的入口端连接，所述蒸发加热器的出口端与所述蒸发分离器的入口端连接，所述碱预热器的蒸汽入口端与所述蒸发分离器的气体出口端连接，所述碱预热器的气体出口端与所述蒸汽冷凝器的入口端连接，所述蒸汽冷凝器的出口端与大气相通，所述蒸发分离器的液体出口端与所述沉淀槽连接，所述沉淀槽、冷却结晶槽和离心机依次连接，所述产品包装机设置在所述离心机的固体出口端，所述离心机的液体出口端与所述吸收液储槽连接。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于：所述硫化钠浓缩结晶系统还包括蒸发给料泵，所述碱预热器与所述稀碱液储槽通过所述蒸发给料泵连接。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于：所述硫化钠浓缩结晶系统还包括浓碱泵，所述蒸发分离器的液体出口端与沉淀槽通过浓碱泵连接。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于：所述蒸发加热器出口端的物料以切线方式进入所述蒸发分离器。