CN105731502B - 一种利用酸性气生产碳酸氢钠和硫化氢气体的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种利用酸性气生产碳酸氢钠和硫化氢气体的方法及装置，所述方法经过吸收反应、固液分离、加热分解和混合反应四段过程，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、固液分离器、加热分解罐、混合反应器构成。本发明利用酸性气生产碳酸氢钠和硫化氢气体的方法及装置，在生产化工产品的同时，利用反应热实现节能目标。

Description

一种利用酸性气生产碳酸氢钠和硫化氢气体的方法及装置

技术领域

本发明涉及一种酸性气体的处理方法及装置，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，尤其适用于同时含硫化氢、二氧化碳两种混合酸性气体的净化并同时实现污染物的资源化处理方法。

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，本发明提供一种酸性气处理方法及装置，与现有技术相比，本发明酸性气处理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，实现连续化平稳生产，且具有节能效果。

为解决上述技术问题，本发明提供一种利用酸性气生产碳酸氢钠和硫化氢气体的方法及装置，所述方法包括吸收反应、固液分离、加热分解和混合反应四个步骤，所述方法具体内容为：

（1）酸性气进入吸收反应器，与吸收液接触反应，反应生成液进入固液分离器，得到固体碳酸氢钠和液相物料；

（2）步骤（1）分离得到的液相物料进入加热分解罐，在90℃～100℃下发生分解反应，得到硫化氢气体和液相物料；

（3）步骤（2）得到的液相物料进入混合反应器，与氢氧化钠溶液混合反应，反应生成液分两路返回吸收反应器，其中，第1路经吸收反应器的液相物料入口返回吸收反应器用于形成液膜，第2路经吸收反应器的吸收液入口返回吸收反应器作为吸收液。

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，步骤（1）所述的吸收反应器中的反应温度为70℃～100℃，优选为80～90℃；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，步骤（2）所述加热分解罐中的分解温度为92℃～98℃。

本发明方法中，步骤（3）中得到的反应生成液分两路返回吸收反应器，其中第1路与第2路反应生成液的体积流量比为1/20～9/10，优选1/10～1/3。

本发明方法中，所述加热分解罐与混合反应器之间设置换热元器件，用于实现热量的传输，用于加热分解罐中的分解反应。所述换热元器件可以采用盘管、列管或热管中的一种。

本发明方法中，所述氢氧化钠溶液的质量浓度为20%～60%，优选为32%～38%。

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。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。

本发明提供一种利用酸性气生产碳酸氢钠和硫化氢气体的装置，所述装置包括吸收反应器、固液分离器、加热分解罐、混合反应器；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与固液分离罐的入口连接，固液分离罐的液相出口与加热分解罐的入口连接，加热分解罐的液相出口与混合反应器入口连接，混合反应器的入口还与碱液入口管线连接，混合反应器出口分两路，第1路经管线与吸收反应器得液相物料入口连接，第2路经管线与吸收反应器的吸收液入口连接，加热分解罐的气相出口经管线与硫化氢收集罐连接，吸收反应器的气相出口连接火炬经燃烧后排空处理，固液分离罐的固相出口与碳酸氢钠产品罐连接。

本发明装置中，所述加热分解罐与混合反应器之间通过换热元器件连接，所述换热元器件可以采用盘管、列管或热管中的一种。所述盘管、列管或热管中充满换热介质，换热介质为溴化锂或液氨。

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。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碳酸氢钠和硫化氢气体的方法及装置具有如下优点：

1、本发明利用酸性气生产碳酸氢钠和硫化氢气体的方法及装置中，所述吸收反应器通过设置液膜发生管，利用部分吸收液在反应器内壁上形成液膜，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、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，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。

2、本发明利用酸性气生产碳酸氢钠和硫化氢气体的方法及装置中，在混合反应器中，未分解的硫氢化钠与氢氧化钠反应，生成的反应热传递到加热分解罐，用于加热硫氢化钠溶液实现分解，生产硫化氢气体，实现节能目标。

3、本发明利用酸性气生产碳酸氢钠和硫化氢气体的方法及装置中，经过吸收反应、固液分离、加热分解和混合反应四段过程，实现尾气达标排放，并生产符合国家产品质量标准的固体碳酸氢钠和高纯度硫化氢气体产品。该方法不仅可以回收高纯度硫化氢气体，并副产得到碳酸氢钠，不仅处理了酸性气，还进一步实现了废气的资源化利用，具有良好的经济效益和环境效益，也为硫化氢和二氧化碳的分离提供了一种全新的分离手段。

4、本发明采用酸性气生产固体碳酸氢钠和高纯度硫化氢气体的方法及装置与现有技术相比，设备规模小，操作费用少，能耗低，且工艺简单，生产化工产品的同时，利用反应热实现节能目标。

附图说明

图1是本发明利用酸性气生产碳酸氢钠和硫化氢气体的方法及装置示意图。

图2是本发明利用酸性气生产碳酸氢钠和硫化氢气体的方法及装置中的吸收反应器结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明提供一种利用酸性气生产碳酸氢钠和硫化氢气体的方法及装置，所述装置包括吸收反应器1、固液分离器2，加热分解罐3，混合反应器4；所述吸收反应器1的气相入口与酸性气入口管线5连接，吸收反应器1的气相出口经管线与火炬连接，经燃烧后排空处理，吸收反应器1的液相出口与固液分离器2的液相入口连接，固液分离器的液相出口与加热分解罐3的入口连接，加热分解罐3的气相出口经管线与硫化氢收集罐连接，加热分解罐3的液相出口与混合反应器4连接，混合反应器4还与碱液入口管线12连接，混合反应器4的出口分两路，第1路15经管线与吸收反应器1的液相物料入口连接，第2路14经管线与吸收反应器1的吸收液入口连接，固液分离器2的固相出口与碳酸氢钠产品罐连接。

如图2所示，本发明利用酸性气生产碳酸氢钠和硫化氢气体的方法及装置中，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，所述液相通道为为连续环隙；

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，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；

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°，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。

结合图1、图2对本发明方法进一步说明，本发明利用酸性气生产碳酸氢钠和硫化氢气体的方法的具体工艺过程如下，来自酸性气入口管线5的酸性气首先进入吸收反应器1，与来自混合反应器4的第2路反应生成液14接触反应，以该反应生成液作为吸收液，其重要成分为硫化钠溶液，还包括硫氢化钠和溶解的碳酸钠、碳酸氢钠，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，完成反应后生成硫氢化钠和碳酸氢钠，超出其溶解度的碳酸氢钠在溶液中形成粉状固体颗粒，反应乏气和含有部分粉状固体颗粒的溶液一并进入气液分离管，乏气6自气相出口排出实现达标排放；溶液7自气液分离管底部的液相出口流出反应器，进入固液分离器2，在固液分离器2内完成固液分离，分离出的固体物料NaHCO₃为符合国家化工产品标准的固体碳酸氢钠产品8，可以进一步经管线送至碳酸氢钠产品罐。富含硫氢化钠、饱含少量溶解状态的碳酸氢钠的上清液物料9进入加热分解罐3，在加热分解罐3内，硫氢化钠液相在92℃～98℃下发生分解反应，得到的气相为高纯度的硫化氢气体10，经收集后作为硫化氢气体产品销售；得到的液相物料11包括硫氢化钠、硫化钠、碳酸钠和碳酸氢钠，该液相物料11输送至混合反应器4，与经碱液入口管线12进入的NaOH溶液接触反应，并放出反应热，在混合反应器与加热分解罐之间设置取热元器件16，将该热量送至加热分解罐3，给硫氢化钠分解提供热量，反应生成液13分两路，其中一路反应生成液15作为吸收液经吸收反应器的吸收液入口进入吸收反应器1使用，另一路反应生成液14经吸收反应器的液相物料入口进入，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，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。

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、图2所示的方法及装置，以酸性气为原料，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%。

实施例1中，所述吸收反应器采用本发明图2所示的吸收反应器，反应温度为80℃-85℃之间，吸收液与酸性气的液气比为5L/m³，加热反应罐温度为92℃-98℃之间，反应结果见表1。混合反应器得到的反应生成液分两路返回吸收反应器，其中第1路与第2路反应生成液的体积流量比为1/10。

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，设有气相入口、气相出口、吸收液入口和液相出口，反应结果见表1。

比较例2

与实施例1相同，不同之处为所述吸收反应器取消经保护液入口进入反应器这一循环，反应结果见表1。

表1 反应结果

Claims (34)

1.一种利用酸性气生产碳酸氢钠和硫化氢气体的方法，所述方法包括吸收反应、固液分离、加热分解和混合反应四个步骤，所述方法具体内容为：

（1）酸性气进入吸收反应器，与吸收液接触反应，反应生成液进入固液分离器，得到固体碳酸氢钠和液相物料；

（2）步骤（1）分离得到的液相物料进入加热分解罐，在90℃～100℃下发生分解反应，得到硫化氢气体和液相物料；

（3）步骤（2）得到的液相物料进入混合反应器，与氢氧化钠溶液混合反应，反应生成液分两路返回吸收反应器，其中，第1路经吸收反应器的液相物料入口返回吸收反应器用于形成液膜，第2路经吸收反应器的吸收液入口返回吸收反应器作为吸收液；

其中，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。

2.按照权利要求1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。

3.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于：步骤（1）所述的吸收反应器中的反应温度为70℃～100℃。

4.按照权利要求3所述的方法，其特征在于：步骤（1）所述的吸收反应器中的反应温度为80～90℃。

5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（1）所述的吸收反应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：步骤（1）所述的吸收反应器中吸收液与酸性气的液气比为5～10L/m³。

7.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（2）所述加热分解罐中的分解温度为92℃～98℃。

8.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（3）中得到的反应生成液分两路返回吸收反应器，其中第1路与第2路反应生成液的体积流量比为1/20～9/10。

9.按照权利要求8所述的方法，其特征在于：步骤（3）中得到的反应生成液分两路返回吸收反应器，其中第1路与第2路反应生成液的体积流量比为1/10～1/3。

10.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：所述加热分解罐与混合反应器之间设置换热元器件，用于实现热量的传输。

11.按照权利要求10所述的方法，其特征在于：所述换热元器件采用盘管、列管或热管中的一种。

12.按照权利要求11所述的方法，其特征在于：所述盘管、列管或热管中充满换热介质，所述换热介质为溴化锂或液氨。

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

14.按照权利要求13所述的方法，其特征在于：所述氢氧化钠溶液的质量浓度为32%～38%。

15.按照权利要求1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1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1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1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1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1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。

23.一种利用酸性气生产碳酸氢钠和硫化氢气体的装置，所述装置包括吸收反应器、固液分离器、加热分解罐、混合反应器；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与固液分离罐的入口连接，固液分离罐的液相出口与加热分解罐的入口连接，加热分解罐的液相出口与混合反应器入口连接，混合反应器的入口还与碱液入口管线连接，混合反应器出口分两路，第1路经管线与吸收反应器得液相物料入口连接，第2路经管线与吸收反应器的吸收液入口连接，加热分解罐的气相出口经管线与硫化氢收集罐连接，吸收反应器的气相出口连接火炬经燃烧后排空处理，固液分离罐的固相出口与碳酸氢钠产品罐连接；

其中，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。

24.按照权利要求23所述的装置，其特征在于：所述加热分解罐与混合反应器之间通过换热元器件连接。

25.按照权利要求24所述的装置，其特征在于：所述换热元器件采用盘管、列管或热管中的一种。

26.按照权利要求25所述的装置，其特征在于：所述盘管、列管或热管中充满换热介质，所述换热介质为溴化锂或液氨。

27.按照权利要求23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。

28.按照权利要求23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。

29.按照权利要求28所述的装置，其特征在于：所述液相通道为连续环隙。

30.按照权利要求23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。

31.按照权利要求30所述的装置，其特征在于：所述液相分布器设置4～6个。

32.按照权利要求23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°。

33.按照权利要求32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°。

34.按照权利要求23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。