CN105731496A - 一种由酸性气生产碳酸氢钠并提纯硫化氢的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种由酸性气生产碳酸氢钠并提纯硫化氢的方法及装置，所述工艺方法以碳酸钠溶液为吸收液、以硫化钠溶液为保护液，经过吸收反应、加热、闪蒸与固液分离、气体降温收集四段过程，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。所述工艺装置由液膜吸收反应器、换热器、闪蒸分离罐、冷却器构成。本发明的酸性气处理方法及装置，以碳酸钠和酸性气为原料，生产固体碳酸氢钠和高纯硫化氢气体，实现酸性气净化和污染物资源化的双重目标。

Description

一种由酸性气生产碳酸氢钠并提纯硫化氢的方法及装置

技术领域

本发明涉及一种酸性气处理方法及装置，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，尤其适用于利用酸性气生产固体碳酸氢钠和提纯硫化氢气体。

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（SuperClaus99）、超优克劳斯技术（SuperClaus99.5）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CN102515112A《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CN103466559A《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CN101654226A《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CN103495329A《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，本发明提供一种由酸性气生产碳酸氢钠并提纯硫化氢的方法及装置，与现有技术相比，适用于炼厂酸性气的处理，尤其适用于利用酸性气生产固体碳酸氢钠和提纯硫化氢气体，能够实现酸性气净化和污染物的资源化的双重目标。

为解决上述技术问题，本发明提供一种由酸性气生产碳酸氢钠并提纯硫化氢的方法，所述方法经过吸收反应、加热、闪蒸与固液分离、气体降温收集四段过程，实现尾气达标排放，并生产固体碳酸氢钠和硫化氢气体产品，所述方法具体过程为酸性气进入吸收反应器，与吸收液碳酸钠接触反应，反应后的酸性气经净化达标排放，得到的反应生成液经换热器换热后进入闪蒸分离罐，所述闪蒸分离罐内设置筛网隔板，将反应生成液中的固体碳酸氢钠分离，同时反应生成液中的硫氢化钠在闪蒸分离罐内分解得到硫化氢气体和硫化钠溶液，得到的硫化氢气体经冷凝后送至硫化氢气瓶保存，得到的硫化钠溶液分为两路，第１路经吸收反应器的液相物料入口返回吸收反应器，第２路经吸收反应器的吸收液入口返回吸收反应器。

本发明方法中，所述得到的硫化钠溶液分两路，其中第１路硫化钠溶液的量占硫化钠溶液总重量的10%～40%，优选10%～20%。所述的返回吸收反应器的硫化钠，经吸收反应器的液相物料入口进入吸收反应器，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，防止酸性气中的H₂S和碱液反应生成的硫化钠、碳酸钠结晶颗粒附着反应器内壁，同时以液膜为吸热介质，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。

本发明方法中，所述吸收反应器的反应温度为70～95℃，优选为80～90℃。所述吸收液与酸性气的液气比为3～20L/m³，优选5～10L/m³。

本发明方法中，所述碳酸钠溶液的质量浓度为10%～30%，优选为15%～25%。

本发明方法中，所述酸性气包括硫化氢和二氧化碳。

本发明方法中，所述换热器出口温度为90℃～99℃，所述闪蒸分离罐中的温度为90℃～99℃，控制反应生成液在进入闪蒸分离罐前和在闪蒸分离罐内停留期间的温度为90℃～99℃。所述闪蒸分离罐内可以是常压或负压操作。

本发明方法中，所述吸收反应器由上、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。

上述吸收反应器中，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。

上述吸收反应器中，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。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。

上述吸收反应器中，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。

上述吸收反应器中，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°。

上述吸收反应器中，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。

本发明提供一种由酸性气生产碳酸氢钠并提纯硫化氢的装置，所述装置包括吸收反应器、换热器、闪蒸分离罐和冷却器；所述吸收反应器的气相入口与酸性气入口管线连接，吸收反应器的液相出口经换热器后与闪蒸分离罐的入口连接，闪蒸分离罐的气相出口经冷却器后与硫化氢气瓶连接，闪蒸分离罐的液相出口分两路，其中第1路与吸收反应器的液相物料入口连接，第2路与吸收反应器的吸收液入口连接。

本发明装置中，所述闪蒸分离罐的罐体内设置筛网隔板，用于将反应生成液中携带的碳酸氢钠固体分离出来。

本发明装置中，所述吸收反应器由上、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。

上述吸收反应器中，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。

上述吸收反应器中，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。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。

上述吸收反应器中，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。

上述吸收反应器中，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°。

上述吸收反应器中，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。

与现有技术相比，本发明利用酸性气生产固体碳酸氢钠和提纯硫化氢气体的生产方法及装置具有如下优点：

1、本发明方法及装置中，以碳酸钠溶液为吸收液、以硫化钠溶液为保护液，经过吸收反应、加热、闪蒸与固液分离、气体降温收集四段过程，富含碳酸氢钠固体颗粒的生成液经过换热，实现升温后进入闪蒸分离罐，硫氢化钠分解为硫化钠和硫化氢气体，硫化氢气体经冷凝后注入气瓶，作为硫化氢气体产品，固体碳酸氢钠被分离。该方法同时生产两种产品，提高产品经济效益。

2、本发明方法及装置中，采用本发明所述的吸收反应器，通过设置液膜发生管，将硫化钠溶液分一路通过液相物料入口进入吸收反应器，在吸收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，防止酸性气中的H₂S和CO₂与吸收液反应生成的硫化钠、碳酸钠结晶颗粒附着反应器内壁，同时以液膜为吸热介质，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。

3、本发明方法及装置与现有技术相比，设备规模小，操作费用少，操作费用少，能耗低，且工艺简单，生产化工产品的同时，实现酸性气达标排放。

附图说明

图1是本发明由酸性气生产碳酸氢钠并提纯硫化氢的方法及装置示意图。

图2是本发明吸收反应器结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明提供一种由酸性气生产碳酸氢钠并提纯硫化氢的装置，所述装置包括吸收反应器1、换热器2、闪蒸分离罐4和冷却器3；所述吸收反应器1的气相入口与酸性气入口管线6连接，吸收反应器1的液相出口经换热器2后与闪蒸分离罐4的入口连接，闪蒸分离罐4的气相出口经冷却器3后与硫化氢气瓶连接，闪蒸分离罐4的液相出口分两路，其中第1路7与吸收反应器的液相物料入口连接，第2路19与吸收反应器的吸收液入口连接。

如图2所示，本发明由酸性气生产碳酸氢钠并提纯硫化氢的方法及装置中，所述吸收反应器由上、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。

如图1、图2所示，对本发明由酸性气生产碳酸氢钠并提纯硫化氢的方法做进一步说明，来自酸性气入口管线6的酸性气进入吸收反应器1，与经管线20输送的吸收液碳酸钠（所述吸收液为经管线8输送的碳酸钠溶液和管线19输送的硫化钠混合液）接触进行吸收反应，吸收液自反应管的收缩段引入喷淋，进行以气相为连续相，液相为分散相的气液传质与反应过程，该反应过程将吸收液中的硫化钠转化为硫氢化钠，并将碳酸钠转化为碳酸氢钠，反应后的酸性气经吸收反应器1的气相出口通过净化气出口管线9达标排放；吸收反应器1的富含碳酸氢钠固体颗粒的反应生成液经管线10进入换热器2，与管线11输送的蒸汽进行换热，温度控制在90℃~99℃，实现升温后的反应生成液借助位能经管线15进入闪蒸分离罐4，闪蒸分离罐4内设置筛网隔板，反应生成液中携带的固体碳酸氢钠被分离出来，通过闪蒸分离罐的固相出口经管线13输送产品碳酸氢钠。反应生成液中的硫氢化钠在闪蒸分离罐内分解为硫化钠和硫化氢气体，得到的硫化氢气体经闪蒸分离罐4的气相出口经管线16进入冷却器3，经冷却后，得到硫化氢产品，经注入气瓶作为硫化氢气体产品；得到的硫化钠溶液经闪蒸分离罐4的液相出口经管线17，由泵5分两路返回吸收反应器1，其中第一路7经吸收反应器的液相物料入口进入吸收反应器，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2路19经管线20与吸收反应器1的吸收液入口连接。至此完成了利用酸性气生产固体碳酸氢钠和提纯硫化氢气体的过程。

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，以酸性气为原料，以碳酸钠为吸收液、以硫化钠溶液为保护液，进行反应。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%。Na₂CO₃溶液质量浓度为20%。

实施例1中，所述吸收反应器为采用图2所示的反应器。实施例1中，过程溶液硫化钠回流部分为总重量的20%，吸收反应器中吸收液与酸性气的液气比为5L/m³。控制反应温度为80℃～85℃之间，反应结果见表1。

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，不同之处为所述闪蒸分离罐得到的液相物料全部通过吸收反应器的吸收液入口进入吸收反应器，取消经液相物料入口进入吸收反应器这一循环。

表1实施例和比较例反应结果

Claims (23)

1.一种由酸性气生产碳酸氢钠并提纯硫化氢的方法，所述方法经过吸收反应、加热、闪蒸与固液分离、气体降温收集四段过程，实现尾气达标排放，并生产固体碳酸氢钠和硫化氢气体产品，所述方法具体过程为酸性气进入吸收反应器，与吸收液碳酸钠接触反应，反应后的酸性气经净化达标排放，得到的反应生成液经换热器换热后进入闪蒸分离罐，所述闪蒸分离罐内设置筛网隔板，将反应生成液中的固体碳酸氢钠分离，同时反应生成液中的硫氢化钠在闪蒸分离罐内分解得到硫化氢气体和硫化钠溶液，得到的硫化氢气体经冷凝后送至硫化氢气瓶保存，得到的硫化钠溶液分为两路，第1路经吸收反应器的液相物料入口返回吸收反应器，第2路经吸收反应器的吸收液入口返回吸收反应器。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：所述得到的硫化钠溶液分两路，其中第１路硫化钠溶液的量占硫化钠溶液总重量的10%～40%，优选10%～20%。

3.按照权利要求1或2的方法，其特征在于：所述吸收反应器的反应温度为70～95℃，优选为80～90℃。

4.按照权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于：所述吸收反应器中，吸收液与酸性气的液气比为3～20L/m³，优选5～10L/m³。

5.按照权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于：所述碳酸钠溶液的质量浓度为10%～30%，优选为15%～25%。

6.按照权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于：所述酸性气包括硫化氢和二氧化碳。

7.按照权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于：所述换热器出口温度为90℃～99℃。

8.按照权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于：所述闪蒸分离罐中的温度为90℃～99℃。

9.按照权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于：所述闪蒸分离罐是常压或负压操作。

10.按照权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征在于：所述吸收反应器由上、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。

11.按照权利要求10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。

12.按照权利要求10或11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，优选为连续环隙。

13.按照权利要求10至12中任一项所述的方法，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，液相分布器可设置1～10个，优选4～6个。

14.按照权利要求10至13中任一项所述的方法，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，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°。

15.按照权利要求10至14中任一项所述的方法，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。

16.一种由酸性气生产碳酸氢钠并提纯硫化氢的装置，所述装置包括吸收反应器、换热器、闪蒸分离罐和冷却器；所述吸收反应器的气相入口与酸性气入口管线连接，吸收反应器的液相出口经换热器后与闪蒸分离罐的入口连接，闪蒸分离罐的气相出口经冷却器后与硫化氢气瓶连接，闪蒸分离罐的液相出口分两路，其中第1路与吸收反应器的液相物料入口连接，第2路与吸收反应器的吸收液入口连接。

17.按照权利要求16所述的装置，其特征在于：所述闪蒸分离罐的罐体内设置筛网隔板，用于将反应生成液中携带的碳酸氢钠固体分离出来。

18.按照权利要求16或17所述的装置，其特征在于：所述吸收反应器由上、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。

19.按照权利要求18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。

20.按照权利要求18或19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，优选为连续环隙。

21.按照权利要求18至20中任一项所述的装置，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，液相分布器可设置1～10个，优选4～6个。

22.按照权利要求18至21中任一项所述的装置，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，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°。

23.按照权利要求18至22中任一项所述的装置，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。