CN105731388B

CN105731388B - 一种制备硫氢化钠的方法及装置

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Publication number: CN105731388B
Application number: CN201410732104.1A
Authority: CN
Inventors: 孟凡飞; 彭德强; 王璐瑶; 陈建兵; 陈新; 王岩; 齐慧敏
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals
Priority date: 2014-12-06
Filing date: 2014-12-06
Publication date: 2018-04-10
Anticipated expiration: 2034-12-06
Also published as: CN105731388A

Abstract

本发明提供了一种制备硫氢化钠的方法及装置，所述工艺方法以氢氧化钠为吸收剂，经过两级气液反应和一级液液反应蒸发结晶过程，实现尾气达标排放，并生产符合国家产品质量标准的固体硫氢化钠产品。本发明硫氢化钠生产装置由第1处理器、第2处理器、反应蒸发结晶器及工艺管线和机泵构成。本发明可以实现酸性气净化和污染物资源化的双重目标，同时利用反应热完成产品液蒸发结晶过程，实现节能降耗。

Description

一种制备硫氢化钠的方法及装置

技术领域

本发明涉及一种利用反应热结晶硫氢化钠的方法及装置，属于化学工程领域，适用于石油化工领域酸性气体的综合利用，尤其适用于含高浓度硫化氢气体的净化，实现污染物的资源化处理方法及生产装置。

背景技术

硫元素普遍存在于化石燃料中，当石油进入精细分馏与深加工过程时，与氢形成硫化氢气体，该过程往往还伴生二氧化碳气体、氨气等。冶金行业的原料中也存在硫元素，但由于其加工过程多为高温工况，硫元素被氧化，主要生成二氧化硫酸性气。其它产生酸性气的工况多发生在化工生产过程或化工产品使用过程。

石油化工行业的酸性气主要来自于天然气开采、油田伴生气、煤化工、炼油化工行业。在能源进行加工处理的过程中又会对后续的处理产生不利影响（如催化剂中毒、管道腐蚀），因此必须控制工艺原料和产品中的硫含量。在脱硫的过程中硫元素以硫化氢的形式离开工艺系统外排进入锅炉焚烧，以二氧化硫的形式排入大气。我国烟气脱硫技术起步比较晚，脱硫副产品利用率更低。所以，绝大部分脱硫副产品闲置堆放，占用大量土地资源并造成二次污染。而采用脱硫剂循环再生使用、回收硫资源的脱硫技术，其回收产品为单质硫和硫酸等，均可作为化工原料，相对于其他脱硫工艺而言，其回收产品有更好的市场前景。

我国炼厂酸性气的处理，主要是利用酸性气制备硫磺，目前比较常用的有两种工艺技术，一种是二级克劳斯工艺结合尾气加氢还原工艺，及溶剂吸收工艺技术。另一种工艺技术是美国Merichem公司气体技术产品公司开发的LO-CAT工艺技术。

克劳斯硫磺回收技术经过了一系列的发展和完善，已经形成了一个较为庞大的技术体系。最初的克劳斯法是硫化氢和氧先进行混合，在一定的温度条件下催化氧化生成单质硫。原始克劳斯法的主要特点是以空气为氧化剂，反应在一个固定床绝热反应器中进行。

1938年德国法本公司对原始克劳斯法进行改良，将硫化氢的氧化反应分为两个阶段进行：第一阶段是1/3的硫化氢氧化为二氧化硫，反应热用蒸汽回收；第二阶段是剩余2/3的硫化氢和二氧化硫反应生成单质硫。这一技术革新解决了原始克劳斯法3个问题：一是克劳斯反应炉主要是硫化氢氧化为二氧化硫的反应，不需要维持低的反应温度；二是80%的反应热可以回收，回收方式为蒸汽；三是硫化氢的处理量比原始克劳斯法提高了50倍。这一技术被称为改良克劳斯法。在实际应用中，为了适应不同的酸性气组成和满足日益严格的二氧化硫排放要求，改良克劳斯法形成了四种基本的工艺过程：直流法、分流法、硫循环法和直接氧化法。

改良克劳斯法被简称为克劳斯技术，或者被称为经典克劳斯法。克劳斯法作为现今应用最广泛的硫磺回收技术，人们对此技术做了大量的研究。在此基础上提出了富氧克劳斯技术、超级克劳斯技术（Super Claus99）、超优克劳斯技术（Super Claus99.5）等。

迄今为止，处理硫化氢最主要的手段是醇胺法吸收工艺和克劳斯硫回收工艺，尤其在超级克劳斯工艺开发以后，硫化氢的脱除率达到了99%以上。目前，该法已在国内外得到广泛应用。

LO-CAT工艺采用多元螯合的铁催化剂使硫化氢直接转化为元素硫，硫化氢的脱除率超过99.9%。LO-CAT工艺能够适合酸性气量波动较大，以及硫化氢含量在0～100%的各种工况，原料适应条件宽泛，适应酸性气波动变化的实际情况。且LO-CAT液体氧化还原技术处理方案不使用任何有毒的化学制品，并且不会产生任何有害的废气副产品，对环境安全的催化剂可以在处理过程中不断再生。LO-CAT脱硫工艺运行的稳定性和经济效益主要取决于脱硫液的稳定性以及化学品的消耗。根据铁离子和络合剂之间形成络合物的不同其稳定性也不同特点，LO-CAT选择了不同的络合剂来配置络合铁溶液，防止硫化亚铁沉淀的产生。

LO-CAT工艺技术特点是工艺流程简单，操作弹性大，占地面积小，初次投资费用低；但运行成本过高，化学溶剂消耗大，不适合规模较大的脱硫装置，含铁废水难处理，硫磺产品质量不高。LO-CAT工艺国外主要致力于降低生产成本，减少设备尺寸以及改善硫磺的质量等。国内方面，LO-CAT工艺所使用的主要催化剂和其他化学药剂均为进口，相关催化剂的研究工作还处于起步阶段LO-CAT催化剂的研发还需投入大量工作。

硫酸作为基本的化工原料之一，广泛用于各行各业。用酸性气中含有的硫化氢作为原料，可以省去许多工艺步骤，即节省了投资，又降低了成本，还可以有效的回收利用硫资源。由于小型炼厂酸性气气量较小，只能生产较低浓度的工业硫酸，不能生产价值更高的发烟硫酸，经济效益不高，同时，由于硫酸的运输、储存均有一定难度，因此，炼油厂附近稳定的市场需求是限制其发展的重要因素。专利CN101143714A公开了一种利用高含烃的酸性气制备硫酸的方法，硫化氢酸性气体按比例分别进入第一、第二硫化氢燃烧炉中燃烧，从第一燃烧炉出来的高温炉气，通过炉气冷却器，被空气冷却到一定温度，然后进入第二燃烧炉与补充的含硫化氢酸性气体继续与炉气中剩余空气一起燃烧，第二燃烧炉出来的高温炉气进入余热锅炉储热，再进入净化工段、转化工段、干吸工段进行常规制酸。此工艺方法只能生产98%工业硫酸，不能生产价值更高的发烟硫酸，同时，由于硫酸的运输、储存均有一定难度，因此，炼油厂附近稳定的市场需求是限制其发展的重要因素。

酸性气的综合利用，可以采用投资较少的吸收法脱硫工艺技术，该技术以碱剂为吸收剂，将硫化氢回收制备亚硫酸盐。该技术将酸性气进行燃烧生成二氧化硫，然后送入吸收塔进行化学吸收生成亚硫酸盐溶液，再将溶液与碱性吸收剂反应，制备亚硫酸盐液体产品，或者生成亚硫酸盐结晶物，经分离、干燥等工序制备成亚硫酸盐固体产品。该工艺装置流程较短，反应简单，操作弹性大，可适用于中小气量的酸性气工况，且气量波动对生产过程无影响，可通过选择不同的工序生产固体或者液体产品，选择不同的吸收剂可生产不同类型的亚硫酸盐，且通过三段吸收实现尾气达标排放，实现净化尾气的目的。但实际生产过程中存在设备腐蚀严重，维修费用较高的确定。

酸性气的综合利用，也可以采用投资较少的新型吸收法脱硫工艺技术，生产化工产品硫化碱。硫化碱广泛应用于选矿、农药、染料、制革生产以及有机合成等工业。其中，染料工业中硫氢化钠用于合成有机中间体和制备硫化染料的助剂；制革工业用于生皮的脱毛及鞣革，应用于制革工业常规浸泡，能均匀松散皮料纤维组织，使皮料能缓慢膨胀，具有明显的抗皱和提高革得率作用，并可确保皮料蓝皮的颜色，保证皮料的感观和质量；化肥工业中硫氢化钠可用于脱去活性炭脱硫剂中的单体硫；农药工业中是制造硫化铵及农药乙硫醇半成品的原料；采矿工业中硫氢化钠大量用于铜矿选矿；人造纤维生产中用于亚硫酸染色等方面；硫氢化钠还可用于废水处理。随着环保法规的日益严苛，硫磺产品在市场上的用量降低，价格也日益走低，硫磺价格约600元/吨，而硫化钠的市场价格为2600元/吨，硫氢化钠的市场价格更是达到3200元/吨。

利用酸性气生产低浓度溶液产品：低浓度有效避免结晶，但溶液产品没有使用价值，必须进行多级蒸发浓缩，能耗很高，没有经济性。

专利CN102515112 A《一种利用粘胶纤维生产中生产的硫化氢废气制备硫化钠的方法》设置喷淋吸收、两级蒸发及冷却结晶过程，该技术只能生产浓度极低的溶液，存在流程长、生成的低浓度产品液蒸发、浓缩过程能耗高等问题。

专利CN103466559 A《三釜式硫氢化钠连续生产技术》，以氢氧化钠为吸收液，采用三级逆流吸收过程，实现硫氢化钠溶液的连续化生产。该技术的原料气需进行脱除二氧化碳的预处理，存在流程长、生产装置复杂、特别是原料气预处理能耗很高，装置复杂等问题。专利CN101654226 A《硫化染料废气制备硫化碱的方法》，以含硫化氢的硫化染料废气为原料，加入碱进行反应，生成硫化碱。该技术生产过程为间歇操作，存在碱剂及产品低浓度，清洗装置繁杂，产生废水，实例3、4易产生堵塞、无法连续生成，且存在固废问题。专利CN103495329 A《一种脱除硫化氢并回收硫磺的工艺》，由酸性水汽提脱除硫化氢、碳酸钠吸收硫化氢、富液在脱硫催化剂作用下生产硫泡沫，及过滤、熔硫生产单质硫四部分构成。该技术存在脱硫催化剂昂贵，硫泡沫夹带催化剂导致硫产品纯度不高，有固废产生等问题。

酸性气为硫化氢和二氧化碳气体的混合气体：在石油化工领域，酸性气通常为硫化氢、二氧化碳混合体，以碱剂为吸收剂、生产硫化钠或硫氢化钠溶液产品时，通常会形成硫化钠、硫氢化钠、碳酸钠、碳酸氢钠等物质，当浓度达到一定值时，会产生结晶，导致装置堵塞而无法正常实现连续化生产。

对于石油化工领域的酸性气处理，目前还停留于“利用的根本原因是硫化氢为极危险的有毒气体，必须加以利用或转化”的粗放型思维模式。目前，在“能效倍增、经济可持续发展”的新要求下，需要一种新型的“节能、降耗、环保”的酸性气处理方法。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种制备硫氢化钠的方法及装置，能够实现酸性气净化和污染物资源化的双重目标，适用于炼厂酸性气的处理。与现有技术相比，具有设备规模小，能耗低，操作费用少、可实现节能降耗等特点。

为解决上述技术问题，本发明提供一种制备硫氢化钠的方法，所述方法以氢氧化钠为吸收剂，经过两级气液反应和一级液液反应过程，实现尾气达标排放，并生产符合国家产品质量标准的化工产品；所述方法包括如下步骤：

使用第1处理器，其用于接收并处理酸性气，处理后得到气相的第1料流和液相的第2料流，将第2料流分为第21料流、第22料流、第23料流和第24料流四个子料流，其中将第21料流循环至第1处理器作为保护液使用，将第22料流循环至第1处理器作为吸收液使用；

使用第2处理器，其用于处理来自第1处理器的第1料流，得到气相的第3料流和液相的第4料流；将第4料流分为第41料流、第42料流和第43料流三个子料流，其中将第41料流返回至第1处理器中作为处理液使用，用于处理所述酸性气体；将第42料流循环至第2处理器作为吸收液使用，将第43料流循环至第2处理器作为保护液使用；

使用反应蒸发结晶器，其用于接收来自第1处理器的第23料流和第24料流，其中第24料流进入反应蒸发结晶器的内筒，与来自碱液入口管线的氢氧化钠溶液混合反应，得到液相的第5料流，将第5料流返回第2处理器作为吸收液使用，第23料流进入反应蒸发结晶器的外筒，经换热后得到液相第5料流和固体第6料流。

本发明方法中，所述酸性气体包括硫化氢和二氧化碳。

本发明方法中，所述第1处理器和第2处理器的反应温度为70～100℃，优选为80～95℃。

本发明方法中，所述第1处理器和第2处理器中，吸收液与酸性气的液气比为3～20L/m³，优选5～10 L/m³。

本发明方法中，所述第21料流的体积流量占第2料流总体积流量的3%～10%，优选5%～7%；第22料流的体积流量占第2料流总体积流量的50%～80%，优选60%～70%，第23料流的体积流量占第2料流总体积流量的10%～20%，优选10%，第24料流的体积流量占第2料流总体积流量的10%～30%，优选13%～25%。

本发明方法中，所述第41料流的体积流量占第4料流总体积流量的20%～40%，优选30%～35%，第42料流的体积流量占第4料流总体积流量的50%～80%，优选60%～70%，第43料流的体积流量占第4料流总体积流量的5%～25%，优选8%～15%。

本发明方法中，所述氢氧化钠溶液质量浓度为20%～60%，优选为32%～45%。

本发明方法中，步骤（3）中所述的第24料流的体积流量与氢氧化钠溶液的体积流量的比例为3/1～1/1。

本发明方法中，所述第1处理器、第2处理器为文丘里反应器，所述反应器由上、中、下三段构成，其中，上段为液膜发生管，中段为反应管，下段为气液分离管，所述液膜发生管、反应管、气液分离管呈上、下串联连接，且为同一轴线布置；

所述液膜发生管由外筒体、内筒体、上环形封堵盘和下环形封堵盘构成，液膜发生管的内筒体上开设呈水平、环形分布的若干液相通道，液膜发生管设有气相入口和液相物料入口；

所述反应管由上至下依次为进料段、收缩段、喉管段、扩张段和出料段，所述反应管的进料段上端与液膜发生管的内筒体下端连接，反应管的管壁设有吸收液入口，吸收液入口位于喉管段上部；

所述气液分离管由上盖板、气液分离管内筒体、气液分离管外筒体和下端板构成；气液分离管的内筒体上部与反应管的出料段下端连接，气液分离管设有气相出口和液相出口。

上述反应器中，所述液膜发生管设有气相入口和液相物料入口，所述气相入口设置在液膜发生管的内筒体的上端，所述液相物料入口设置在液膜发生管的外筒体的侧壁上。

上述反应器中，所述液相通道为三角形、圆形、长条形或连续环隙中的一种，优选为连续环隙。液膜发生管内筒体上液相通道的总面积为吸收反应器的液相物料入口横截面积的1～12倍，优选3～5倍。

上述反应器中，所述反应管的吸收液入口连接液相分布器，液相分布器设置在反应管中心线上，由上向下喷射吸收液，液相分布器可设置1～10个，优选4～6个。

上述反应器中，所述气液分离管的内筒体底端开设齿槽，齿槽结构为扇形齿槽、方形齿槽、三角形齿槽，优选为三角形齿槽结构，齿槽宽度为3mm～20mm，优选5mm～8mm；其底部夹角为15～90°，优选30～60°。

上述反应器中，所述气液分离管设有气相出口和液相出口，气相出口设置在气液分离管的外筒体的侧壁上，且气相出口的位置高于气液分离管的内筒体的下端出口，液相出口位于气液分离管的外筒体的底部。

上述反应器中，所述第2处理器的气液分离管还设有处理液入口，处理液入口设置在气液分离管的外筒体的侧壁上，且处理液入口气的位置低于气液分离管的内筒体的下端出口的位置。

本发明制备硫氢化钠的方法中，所述反应蒸发结晶器为套筒结构，包括内筒体和外筒体，所述内筒体和外筒体之间为密闭空间，所述内筒体为可转动结构，由驱动电机带动转动，所述内筒体一端为液相物料进口、内筒体另一端为液相物料出口，外筒体上设有液相物料入口、乏气引出口、液相产品出口和固体产品出口，所述刮板设置在外壳体内壁上，刮板表面与内筒体表面为相切关系，且与内筒体外表面有一定间隙，所述刮板为长方形，刮板长度与内筒体的轴向长度相同；刮板具有一定倾斜角，其与外筒体径向水平面的倾角为10～45°，优选为15～30°所述隔板位于刮板轴线位置正下方，刮板与隔板为上下、同一轴线布置，隔板下端固定在固液分离器壳体底端，隔板上端与内筒体有一定间隙，隔板将内筒体与外筒体之间的下部空间分割为液相储槽和固体储槽。

上述反应蒸发结晶器中，所述液相物料入口、乏气引出口位于外筒体的上部，液相物料出口、固体产品出口位于外筒体的下部。

上述反应蒸发结晶器中，所述外筒体的液相物料入口连接有液相分布器，液相分布器可设置1～10个，优选4～6个。

上述反应蒸发结晶器中，所述外筒体设置乏气引出口，乏气引出口与真空泵连接，使内筒体与外筒体之间的密闭空间保持一定的真空度，加快蒸发结晶过程。所述真空度控制在0.01MPa～0.05MPa，优选为0.04MPa。

本发明提供一种制备硫氢化钠的装置，所述装置包括第1处理器、第2处理器和反应蒸发结晶器；

第1处理器，所述第1处理器的气相入口与酸性气入口管线连接，其用于接收并处理酸性气，处理后得到气相的第1料流和液相的第2料流，将第2料流分为第21料流、第22料流、第23料流和第24料流四个子料流，第21料流经管线通过第1处理器的液相物料入口循环至第1处理器，第22料流经管线通过第1处理器的吸收液入口循环至第1处理器，第23料流经管线与反应蒸发结晶器的外筒，第24料流经管线与反应蒸发结晶器的内筒连接；

第2处理器，其用于处理来自第1处理器的第1料流，得到气相的第3料流和液相的第4料流；将第4料流分为第41料流、第42料流和第43料流三个子料流，第3料流通过第2处理器的气相出口经净化气排放管线排出，第41料流经管线通过第1处理器的吸收液入口循环至第1处理器，第42料流经管线通过第2处理器的吸收液入口循环至第2处理器，第43料流经管线通过第2处理器的液相物料入口循环至第2处理器；

反应蒸发结晶器，其用于接收来自第1处理器的第23料流和第24料流，其中第23料流经管线与反应蒸发结晶器的外筒连接，第24料流经管线与反应蒸发结晶器的内筒连接，所述反应蒸发结晶器的内筒还与碱液入口管线连接，第24料流与碱液入口管线的氢氧化钠溶液混合反应，得到液相的第5料流，将第5料流经管线通过第2处理器的处理液入口返回第2处理器。

本发明制备硫氢化钠的装置中，所述第1处理器、第2处理器为文丘里反应器，所述反应器由上、中、下三段构成，其中，上段为液膜发生管，中段为反应管，下段为气液分离管，所述液膜发生管、反应管、气液分离管呈上、下串联连接，且为同一轴线布置；

上述反应器中，所述第2处理器的气液分离管设有处理液入口，处理液入口设置在气液分离管的外筒体的侧壁上，且处理液入口气的位置低于气液分离管的内筒体的下端出口的位置。

本发明制备硫氢化钠的装置中，所述净化气排放管线上设置硫化氢在线监测仪，所述碱液入口管线上设置控制阀，通过硫化氢在线监测仪，检测净化气排放管线排出的气体中的硫化氢浓度在1000ppm～9000mmp间波动，输出4~20mA的连续信号，设定用于碱液入口管线中氢氧化钠溶液进料量的调节，实现装置的自动化生产过程。

本发明制备硫氢化钠的装置中，所述反应蒸发结晶器为套筒结构，包括内筒体和外筒体，所述内筒体和外筒体之间为密闭空间，所述内筒体为可转动结构，由驱动电机带动转动，所述内筒体一端为液相物料进口、内筒体另一端为液相物料出口，外筒体上设有液相物料入口、乏气引出口、液相产品出口和固体产品出口，所述刮板设置在外壳体内壁上，刮板表面与内筒体表面为相切关系，且与内筒体外表面有一定间隙，所述刮板为长方形，刮板长度与内筒体的轴向长度相同；刮板具有一定倾斜角，其与外筒体径向水平面的倾角为10～45°，优选为15～30°所述隔板位于刮板轴线位置正下方，刮板与隔板为上下、同一轴线布置，隔板下端固定在固液分离器壳体底端，隔板上端与内筒体有一定间隙，隔板将内筒体与外筒体之间的下部空间分割为液相储槽和固体储槽。

与现有技术相比，本发明酸性气生产硫氢化钠方法及装置具有如下优点：

1、本发明制备硫氢化钠的方法及装置中，所述第1处理器和第2处理器采用本发明所述的文丘里反应器，通过设置液膜发生管，将反应生成液分一路在反应器内壁形成液膜，液膜在反应管内壁与反应场之间形成隔离层：第一个作用是防止酸性气中的H₂S、CO₂与吸收液反应生成的硫化钠、碳酸钠结晶颗粒，导致结晶挂壁；第二个作用是防止已生成、在吸收液中混合的碳酸氢钠颗粒以液滴的形式附着器壁，受热后液相蒸发、导致碳酸氢钠颗粒残留器壁上形成结晶挂壁；第三个是液膜的隔热作用，可有效防止温度较高的液滴附着在易于散热的器壁上导致降温，液滴降温容易产生溶解质析出而产生结晶挂壁。采用液膜保护的器壁可有效降低、甚至消除结晶挂壁现象，从而实现生产过程稳定、连续长周期运转。

2、本发明制备硫氢化钠的方法及装置中，利用在反应蒸发结晶器的内筒体中部分硫氢化钠与氢氧化钠反应放出的反应热加热外筒体中的硫氢化钠产品液，生产固体硫氢化钠产品。实现反应热的利用，达到节能目的。

3、与现有技术相比，本发明制备硫氢化钠的方法及装置设备规模小，能耗低，操作费用少，生成可以用于印染、造纸等行业的NaHS固体产品，便于运输，且有一定的市场，适用于炼厂酸性气的处理，实现酸性气净化和污染物资源化的双重目标，并实现节能降耗。

附图说明

图1是本发明制备硫氢化钠的方法及装置示意图。

图2是本发明第1处理器结构示意图。

图3是本发明第2处理器结构示意图。

图4是本发明反应蒸发结晶器结构示意图。

图5是本发明反应蒸发结晶器内部工作示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明提供一种制备硫氢化钠的工艺方法及装置，所述装置包括第1处理器1、第2处理器2和反应蒸发结晶器3；第1处理器的气相入口与酸性气入口管线4连接，其用于接收并处理酸性气，处理后得到气相的第1料流和液相的第2料流，将第2料流分为第21料流、第22料流、第23料流和第24料流四个子料流，第21料流经管线5通过第1处理器的液相物料入口循环至第1处理器，第22料流经管线6通过第1处理器的吸收液入口循环至第1处理器，第23料流经管线7与反应蒸发结晶器3的内筒体连接，第24料流经管线8与反应蒸发结晶器3的外筒体连接，反应蒸发结晶器3的内筒体还与碱液入口管线15连接，来自第1处理器的第24料流与来自碱液入口管线的氢氧化钠溶液混合反应，得到液相的第5料流，将第5料流经管线17通过第2处理器2的处理液入口返回第2处理器2。气相的第1料流通过第1处理器1的气相出口经管线与第2处理器2的气相入口连接，与吸收液反应后得到气相的第3料流和液相的第4料流；将第4料流分为第41料流、第42料流和第43料流三个子料流，第3料流通过第2处理器2的气相出口经净化气排放管线13排出，第41料流经管线11通过第1处理器1的吸收液入口循环至第1处理器1，第42料流经管线12通过第2处理器2的吸收液入口循环至第2处理器2，第43料流经管线10通过第2处理器2的液相物料入口循环至第2处理器2。

如图2、图3所示，本发明制备硫氢化钠的方法及装置中，所述第1处理器、第2处理器为文丘里反应器，所述反应器由上、中、下三段构成，其中，上段为液膜发生管，中段为反应管，下段为气液分离管，所述液膜发生管、反应管、气液分离管呈上、下串联连接，且为同一轴线布置；

所述液膜发生管由外筒体34、内筒体33、上环形封堵盘32和下环形封堵盘36构成，液膜发生管的内筒体33上开设呈水平、环形分布的若干液相通道35，液膜发生管设有气相入口32和液相物料入口30，所述气相入口32设置在液膜发生管的内筒体33的上端，所述液相物料入口30设置在液膜发生管的外筒体34的侧壁上，所述液相通道35为三角形、圆形、长条形或连续环隙中的一种，优选为连续环隙；

所述反应管由上至下依次为进料段39、收缩段40、喉管段41、扩张段42和出料段43，所述反应管的进料段39上端与液膜发生管的内筒体33下端连接，反应管的管壁设有吸收液入口37，吸收液入口37位于喉管段41上部，所述反应管的吸收液入口37连接液相分布器38，液相分布器38设置在反应管中心线上，由上向下喷射吸收液，液相分布器38可设置1～10个，优选4～6个；

所述气液分离管由上盖板47、气液分离管内筒体45、气液分离管外筒体46和下端板49构成；气液分离管的内筒体45上部与反应管的出料段43下端连接，气液分离管设有气相出口44和液相出口50，述气液分离管的内筒体45底端开设齿槽48，齿槽48的结构为扇形齿槽、方形齿槽、三角形齿槽，优选为三角形齿槽结构，齿槽宽度为3mm～20mm，优选5mm～8mm；其底部夹角为15～90°，优选30～60°，所述气相出口44设置在气液分离管的外筒体46的侧壁上，且气相出口44的位置高于气液分离管的内筒体45的下端出口，液相出口50位于气液分离管的外筒体46的底部，所述第2处理器的气液分离筒的设有处理液入口，处理液入口设置在气液分离管的外筒体的侧壁上，且处理液入口气的位置低于气液分离管的内筒体的下端出口的位置。

如图4，图5所述，本发明制备硫氢化钠的装置中，所述反应蒸发结晶器为套筒结构，包括内筒体60和外筒体61，所述内筒体60和外筒体61之间为密闭空间，所述内筒体60为可转动结构，由驱动电机68带动转动，所述内筒体60两端分别设置液相物料进口62、液相物料出口63，外筒体61上设有液相物料入口64、乏气引出口65、液相产品出口66和固体产品出口71，所述刮板72设置在外壳体内壁上，刮板72表面与内筒体60表面为相切关系，且与内筒体有一定间隙，所述刮板72为长方形，刮板72长度与内筒体的轴向长度相同；刮板72具有一定倾斜角，其与外筒体61径向水平面的倾角为10～45°，优选为15～30°所述隔板73位于刮板72轴线位置正下方，刮板72与隔板73为上下、同一轴线布置，隔板73下端固定在固液分离器壳体底端，隔板73上端与内筒体60有一定间隙，隔板73将内筒体与外筒体之间的下部空间分割为液相储槽75和固体储槽74。

如图1至图5所示，对本发明制备硫氢化钠的方法过程作进一步说明，来自酸性气入口管线4的酸性气进入第1处理器，与来自第2处理器的第41料流接触反应，进行以气相为连续相，液相为分散相的气液传质与反应，处理后得到气相的第1料流和液相的第2料流，将第2料流分为第21料流、第22料流、第23料流和第24料流四个子料流，第21料流经管线5通过第1处理器的液相物料入口循环至第1处理器，当液膜发生管的外筒体中液位高度超过内筒体的液相通道液位时，液相物料在液膜发生管内筒体的内壁上以壁流形态进行分布，形成均匀流液膜，液膜在反应管内壁与反应场之间形成隔离层，防止酸性气中的H₂S、CO₂与吸收液反应生成的硫化钠、碳酸氢钠结晶颗粒附着反应器内壁，同时冲送反应液滴，防止挂壁，同时以液膜为吸热介质，及时取出反应热，有效防止产品溶液过度蒸发，防止器壁过热导致硫化钠、碳酸钠过度蒸发而结晶挂壁，保证生产过程稳定、连续长周期运转。如果没有液膜的存在，喷淋液滴会粘附在器壁，而反应热温度较高，会产生蒸发，导致硫化钠析出结晶；另外，如果没有液膜的存在，细小的碳酸氢钠固体颗粒会随喷淋液滴附着在反应器器壁上，由于反应温度较高，液滴蒸发后颗粒附着器壁，导致反应器的堵塞；设置液膜后，可有效避免Na₂S结晶挂壁和碳酸氢钠颗粒的附着；第22料流经管线6通过第1处理器的吸收液入口循环至第1处理器，从而提高第1处理器中的反应液气比，优化传质与反应，降低反应强度、提高产品精度，第23料流经管线7进入反应蒸发结晶器3的内筒体，第24料流经管线8进入反应蒸发结晶器3的外筒体，反应蒸发结晶器3的内筒体还与碱液入口管线15连接，来自第1处理器的第24料流与来自碱液入口管线的氢氧化钠溶液在反应蒸发结晶器3的内筒体中混合反应，得到液相的第5料流，将第5料流经管线17通过第2处理器2的处理液入口返回第2处理器2，同时利用内筒体中反应热对反应蒸发结晶器的外筒体的产品液进行加热，外筒体中的硫氢化钠溶液受热蒸发、形成结晶，内筒体被电机驱动发生转动，喷洒在内筒体外表面的硫氢化钠溶液的液滴随着内筒体一并转动，利用内筒体内部反应热实现加热，内筒体与外壳体间为封闭空间，真空泵将蒸发气抽出，使该空间产生一定的真空度，加快了蒸发结晶过程。当物料转动到刮板72位置时，完成结晶的固体硫氢化钠被剥离，外壳体下部设置隔板，将下部空间分割为液相储槽和固体储槽，被剥离的固体硫氢化钠在地球引力作用下，坠落固体储槽内，实现固体产品的收集，蒸发结晶后制取固体硫氢化钠产品经管线16排出装置，未结晶的液相硫氢化钠产品经管线19排出装置。经过第1处理器处理反应后的酸性气，进入第2处理器继续进行吸收反应，得到气相的第3料流和液相的第4料流；将第4料流分为第41料流、第42料流和第43料流三个子料流，第41料流经管线通过第1处理器的吸收液入口循环至第1处理器，第42料流经管线通过第2处理器的吸收液入口循环至第2处理器，第43料流经管线通过第2处理器的液相物料入口循环至第2处理器。气相的第3料流通过第2处理器的气相出口经净化气排放管线13排出，所述第1处理器的气相出口与第2处理器的气相入口连接管线上设置硫化氢在线监测仪14，碱液入口管线9上设置控制阀15，通过硫化氢在线监测仪14，检测进入第2处理器的气体中的硫化氢浓度在1000ppm～9000mmp间波动，输出4~20mA的连续信号，设定用于碱液入口管线中氢氧化钠溶液进料量的调节，实现装置的自动化生产过程。

下面结合实施例说明本发明的反应效果，但并不因此限制本发明的保护范围。

实施例1

采用如图1所示的方法及装置，以酸性气和NaOH溶液为原料制备硫氢化钠。酸性气中CO₂体积分数为7%，H₂S体积分数为92%，烃类体积分数为1%。NaOH溶液质量浓度为38%。

实施例1中，所述第1处理器和第2处理器采用图2、图3所示的结构。实施例1中，第1处理器得到的液相的第2料流中，第21料流占第2料流总体积流量的5%，第22料流占第2料流总体积流量的60%；，第23料流占第2料流总体积流量的10%，第24料流占第2料流总体积流量的25%。第2处理器得到的液相的第4料流中，第41料流占第4料流总体积流量的30%，第42料流占第4料流总体积流量的60%，第43料流占第4料流总体积流量的10%。第1处理器、第2处理器中吸收液与酸性气的液气比为5L/m³。第1处理器、第2处理器中控制反应温度为80℃-85℃之间，反应结果见表1。第24料流与氢氧化钠溶液的比例为3/2。

比较例1

与实施例1相同，不同之处为所述吸收反应器为常规的反应罐。

比较例2

与实施例1相同，不同之处为所述第1处理器得到的第21料流、第2处理器得到的第43料流分别通过第1处理器、第2处理器吸收液入口进入第1处理器、第2处理器，取消经液相物料入口进入第1处理器、第2处理器这一循环。

表1 实施例和比较例反应结果

Claims

1.一种制备硫氢化钠的方法，所述方法以氢氧化钠为吸收剂，经过两级气液反应和一级液液反应过程，实现尾气达标排放，并生产符合国家产品质量标准的化工产品；所述方法包括如下步骤：

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：所述酸性气体包括硫化氢和二氧化碳。

3.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述第1处理器和第2处理器的反应温度为70～100℃。

4.按照权利要求3所述的方法，其特征在于：所述第1处理器和第2处理器的反应温度为80～95℃。

5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：所述第1处理器和第2处理器中，吸收液与酸性气的液气比为3～20L/m³。

6.按照权利要求5所述的方法，其特征在于：所述第1处理器和第2处理器中，吸收液与酸性气的液气比为5～10 L/m³。

7.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：所述第21料流的体积流量占第2料流总体积流量的3%～10%，第22料流的体积流量占第2料流总体积流量的50%～80%，第23料流的体积流量占第2料流总体积流量的10%～20%，第24料流的体积流量占第2料流总体积流量的10%～30%。

8.按照权利要求7所述的方法，其特征在于：所述第21料流的体积流量占第2料流总体积流量的5%～7%；第22料流的体积流量占第2料流总体积流量的60%～70%，第23料流的体积流量占第2料流总体积流量的10%，第24料流的体积流量占第2料流总体积流量的13%～25%。

9.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：所述第41料流的体积流量占第4料流总体积流量的20%～40%，第42料流的体积流量占第2料流总体积流量的50%～80%，第43料流的体积流量占第4料流总体积流量的5%～25%。

10.按照权利要求9所述的方法，其特征在于：所述第41料流的体积流量占第4料流总体积流量的30%～35%，第42料流的体积流量占第2料流总体积流量的60%～70%，第43料流的体积流量占第4料流总体积流量的8%～15%。

11.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：所述氢氧化钠溶液质量浓度为20%～60%。

12.按照权利要求11所述的方法，其特征在于：所述氢氧化钠溶液质量浓度为32%～45%。

13.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（3）中所述的第24料流的体积流量与氢氧化钠溶液的体积流量比例为3/1～1/1。

14.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：所述第1处理器、第2处理器为文丘里反应器，所述反应器由上、中、下三段构成，其中，上段为液膜发生管，中段为反应管，下段为气液分离管，所述液膜发生管、反应管、气液分离管呈上、下串联连接，且为同一轴线布置；

15.按照权利要求14所述的方法，其特征在于：所述液膜发生管设有气相入口和液相物料入口，所述气相入口设置在液膜发生管的内筒体的上端，所述液相物料入口设置在液膜发生管的外筒体的侧壁上。

16.按照权利要求14所述的方法，其特征在于：所述液相通道为三角形、圆形、长条形或连续环隙中的一种。

17.按照权利要求16所述的方法，其特征在于：所述液相通道为连续环隙。

18.按照权利要求14所述的方法，其特征在于：所述反应管的吸收液入口连接液相分布器，液相分布器设置在反应管中心线上，由上向下喷射吸收液，液相分布器设置1～10个。

19.按照权利要求18所述的方法，其特征在于：所述液相分布器设置4～6个。

20.按照权利要求14所述的方法，其特征在于：所述气液分离管的内筒体底端开设齿槽，齿槽结构为扇形齿槽、方形齿槽、三角形齿槽，齿槽宽度为3mm～20mm，其底部夹角为15～90°。

21.按照权利要求20所述的方法，其特征在于：所述齿槽结构为三角形齿槽结构，齿槽宽度为5mm～8mm；其底部夹角为30～60°。

22.按照权利要求14所述的方法，其特征在于：所述气液分离管设有气相出口和液相出口，气相出口设置在气液分离管的外筒体的侧壁上，且气相出口的位置高于气液分离管的内筒体的下端出口，液相出口位于气液分离管的外筒体的底部。

23.按照权利要求14所述的方法，其特征在于：所述第2处理器的气液分离管还设有处理液入口，处理液入口设置在气液分离管的外筒体的侧壁上，且处理液入口气的位置低于气液分离管的内筒体的下端出口的位置。

24.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：所述反应蒸发结晶器为套筒结构，包括内筒体和外筒体，所述内筒体和外筒体之间为密闭空间，所述内筒体为可转动结构，由驱动电机带动转动，所述内筒体一端为液相物料进口、内筒体另一端为液相物料出口，外筒体上设有液相物料入口、乏气引出口、液相产品出口和固体产品出口，刮板设置在外壳体内壁上，刮板表面与内筒体表面为相切关系，且与内筒体外表面有一定间隙，所述刮板为长方形，刮板长度与内筒体的轴向长度相同；刮板具有一定倾斜角，其与外筒体径向水平面的倾角为10～45°，隔板位于刮板轴线位置正下方，刮板与隔板为上下、同一轴线布置，隔板下端固定在固液分离器壳体底端，隔板上端与内筒体有一定间隙，隔板将内筒体与外筒体之间的下部空间分割为液相储槽和固体储槽。

25.按照权利要求24所述的方法，其特征在于：所述刮板具有一定倾斜角，其与外筒体径向水平面的倾角为15～30°。

26.按照权利要求24所述的方法，其特征在于：所述外筒体的液相物料入口连接有液相分布器，液相分布器设置1～10个。

27.按照权利要求26所述的方法，其特征在于：所述外筒体的液相物料入口连接有液相分布器，液相分布器设置4～6个。

28.按照权利要求24所述的方法，其特征在于：所述外筒体设置乏气引出口，乏气引出口与真空泵连接，使内筒体与外筒体之间的密闭空间保持一定的真空度，加快蒸发结晶过程，所述真空度控制在0.01MPa～0.05MPa。

29.一种制备硫氢化钠的装置，所述装置包括第1处理器、第2处理器和反应蒸发结晶器；

30.按照权利要求29所述的装置，其特征在于：所述第1处理器、第2处理器为文丘里反应器，所述反应器由上、中、下三段构成，其中，上段为液膜发生管，中段为反应管，下段为气液分离管，所述液膜发生管、反应管、气液分离管呈上、下串联连接，且为同一轴线布置；

31.按照权利要求30所述的装置，其特征在于：所述液膜发生管设有气相入口和液相物料入口，所述气相入口设置在液膜发生管的内筒体的上端，所述液相物料入口设置在液膜发生管的外筒体的侧壁上。

32.按照权利要求30所述的装置，其特征在于：所述液相通道为三角形、圆形、长条形或连续环隙中的一种。

33.按照权利要求32所述的装置，其特征在于：所述液相通道为连续环隙。

34.按照权利要求30所述的装置，其特征在于：所述反应管的吸收液入口连接液相分布器，液相分布器设置在反应管中心线上，由上向下喷射吸收液，液相分布器设置1～10个。

35.按照权利要求34所述的装置，其特征在于：所述液相分布器设置4～6个。

36.按照权利要求30所述的装置，其特征在于：所述气液分离管的内筒体底端开设齿槽，齿槽结构为扇形齿槽、方形齿槽、三角形齿槽，齿槽宽度为3mm～20mm，其底部夹角为15～90°。

37.按照权利要求36所述的装置，其特征在于：所述齿槽结构为三角形齿槽结构，齿槽宽度为5mm～8mm；其底部夹角为30～60°。

38.按照权利要求30所述的装置，其特征在于：所述气液分离管设有气相出口和液相出口，气相出口设置在气液分离管的外筒体的侧壁上，且气相出口的位置高于气液分离管的内筒体的下端出口，液相出口位于气液分离管的外筒体的底部。

39.按照权利要求30所述的装置，其特征在于：所述第2处理器的气液分离管设有处理液入口，处理液入口设置在气液分离管的外筒体的侧壁上，且处理液入口气的位置低于气液分离管的内筒体的下端出口的位置。

40.按照权利要求29所述的装置，其特征在于：所述反应蒸发结晶器为套筒结构，包括内筒体和外筒体，所述内筒体和外筒体之间为密闭空间，所述内筒体为可转动结构，由驱动电机带动转动，所述内筒体一端为液相物料进口、内筒体另一端为液相物料出口，外筒体上设有液相物料入口、乏气引出口、液相产品出口和固体产品出口，刮板设置在外壳体内壁上，刮板表面与内筒体表面为相切关系，且与内筒体外表面有一定间隙，刮板为长方形，刮板长度与内筒体的轴向长度相同；刮板具有一定倾斜角，其与外筒体径向水平面的倾角为10～45°，隔板位于刮板轴线位置正下方，刮板与隔板为上下、同一轴线布置，隔板下端固定在固液分离器壳体底端，隔板上端与内筒体有一定间隙，隔板将内筒体与外筒体之间的下部空间分割为液相储槽和固体储槽。

41.按照权利要求40所述的装置，其特征在于：所述刮板具有一定倾斜角，其与外筒体径向水平面的倾角为15～30°。

42.按照权利要求40所述的装置，其特征在于：所述外筒体的液相物料入口连接有液相分布器，液相分布器设置1～10个。

43.按照权利要求42所述的装置，其特征在于：所述外筒体的液相物料入口连接有液相分布器，液相分布器设置4～6个。

44.按照权利要求42所述的装置，其特征在于：所述外筒体设置乏气引出口，乏气引出口与真空泵连接，使内筒体与外筒体之间的密闭空间保持一定的真空度，加快蒸发结晶过程，所述真空度控制在0.01MPa～0.05MPa。

45.按照权利要求44所述的装置，其特征在于：所述真空度控制为0.04MPa。