CN105858604A

CN105858604A - 一种富氢气源脱除硫化氢的全温程变压吸附法

Info

Publication number: CN105858604A
Application number: CN201610196644.1A
Authority: CN
Inventors: 刘开莉; 陈运; 钟雨明; 蔡跃明
Original assignee: SICHUAN TIANCAI TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SICHUAN TIANCAI TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2016-03-31
Filing date: 2016-03-31
Publication date: 2016-08-17
Anticipated expiration: 2036-03-31
Also published as: CN105858604B

Abstract

本发明公开一种富氢气源脱除硫化氢的全温程变压吸附法，涉及气体脱硫提纯技术领域，通过全温程变压吸附浓缩后；脱除掉大部分H₂S的富氢气可选择变压吸附法或一次性吸附法继续深度脱除硫化氢；富含H₂S的解吸气直接去脱硫制硫装置，较原料气量减少80%，减少了脱硫液的循环量，同时减少了机泵的能耗；脱硫制硫装置可采用纯碱脱硫制硫工艺或者克劳斯法，将富硫化氢解吸气中的H₂S脱除至100ppm左右，脱硫工艺生成的单质硫泡沫，使用硫回收装置制成硫磺。

Description

一种富氢气源脱除硫化氢的全温程变压吸附法

技术领域

本发明涉及气体脱硫提纯技术领域，更具体的说是涉及一种富氢气源脱除硫化氢的全温程变压吸附法。

背景技术

硫化氢（H₂S）在天然气、炼厂气、合成气等工业气体中是一种有害杂质。它的存在不仅严重地威胁人身安全，而且会引起设备和管道的腐蚀和催化剂中毒，尤其是炼油加氢产生的大量富氢气干气中常常伴有H₂S。加氢所需的氢气来源大多是从含氢干气中回收氢气循环使用，这样可以降低加氢成本，炼厂干气也能综合利用。但是，含氢炼厂干气中的H₂S，会使加氢过程中的加氢催化剂中毒，因此必须进行脱除。工业上有效的脱除方法总的可分为湿法和干法两大类，一般根据H₂S的含量和规模的大小选择适宜的脱除方法；无论是湿法还是干法，这些原料气在进入脱除系统前需要先降低气体温度至常温20~45℃，这样造成了极大的原料气体显热浪费。

H₂S含量大的一般首先经过化学吸收法，将所有气体通入吸收液中，将H₂S吸收到溶液中，通过热再生后送至克劳斯装置，剩余气体再进入精脱硫环节；而实际生产中，生产到了一定规模，需要处理的气量庞大，那么需要的化学溶剂的循环流量也相应的变大，带动化学溶剂循环流动的能耗相应变高，同时大量气流会带走部分化学溶剂，造成化学溶剂损失，进而又为脱硫工段增加了成本；而在化学吸收后的精脱硫环节一般是采用干法脱硫，用固体吸收剂来脱除硫化物，主要适用于低含硫气体处理，其过程大多存在脱硫剂再生困难或不可再生等问题，一些干法脱硫工艺如钴钼加氢转化法、锰矿法、氧化铁、氧化锌法等，由于需要定期更换脱硫剂而不能连续操作，脱硫成本高，脱硫后的废弃物造成的环境污染等，因而也主要进行低含量H₂S的处理；活性炭和分子筛吸附法采用变温吸附技术脱硫，需要用蒸汽或惰性气体来高温再生，然而再生能耗大，再生后的蒸汽或惰性气体被H₂S污染无法使用或需降温净化使用，总运行成本太高；所以吸附剂寿命长无需高温再生的传统变压吸附（PSA）受到青睐，但传统PSA在常温下进行，一般仍然要求进PSA之前H₂S的含量不高于400~650mg/Nm³，否则H₂S分压太高而不能解吸。此外，待处理的原料气中H₂S含量过低，H₂S分压也低，常温PSA也无法有效地吸附H₂S。因此，一旦原料气中的H₂S含量有所波动，常温PSA方法就难以应对，比如，炼油过程中的“三顶瓦斯气”、“催化裂化干气”、“焦化干气”，以及煤化工的“焦炉煤气”、“合成气”等，均是富含氢气或富含甲烷气源中H₂S含量波动较大的工况。

在传统PSA循环操作中，通常吸附在常温进行，且温度越低、压力越高，越有利于吸附。但是，吸附越容易，一般解吸就越困难，比如，原料气中的较高浓度的H₂S，虽然在常温或者低温下能够很好地吸附但因H₂S分压较大且与吸附剂结合较紧而难以解吸，甚至会破坏床层；但是，原料气中的吸附质（H₂S）浓度越低，其分压越低，同样也会越难吸附。采用传统的常温变压吸附（PSA）方法对原料气脱除其中的H₂S杂质正是属于这类复杂的工况，很难处理。传统上，一般也可以采用变温吸附（TSA）加以处理。TSA是在压力一定下，吸附温度越低，越有利于吸附。同时，再生温度越高，越有利于再生完全。但是，再生温度要提高，且必须选择与H₂S无反应的惰性热载体或蒸汽，需要消耗大量的再生气体及热量，尤其H₂S在高温下易在吸附剂表面析出单质硫时，需要高达400℃以上的高温才能再生完全。若选择一般的热载体氮气（N₂）或水蒸汽时，再生气体热氮还需降温净化及回收H₂S，消耗增加；若选择水蒸汽，无法回收H₂S，水蒸汽也无法经过再生而循环使用。同时，由于再生加热需要足够的时间，难以匹配短暂的吸附时间，使得TSA吸附与再生的循环过程难于有效实现。

发明内容

全温程变压吸附（英文全称：Full Temperature Range-Pressure SwingAdsorption，简称：FTrPSA）是一种以变压吸附为基础并与各种分离技术相耦合的方法，利用不同物料组分本身在不同压力与温度下的吸附分离系数及物理化学性质的差异性，采取中高温的变压吸附（PSA）吸附与解吸易于匹配和平衡的循环操作来分离和提纯各种气体（包括含硫化氢的富氢气源，以下简称“原料气”）。

本发明提供一种富氢气源脱除硫化氢的全温程变压吸附法，采用FTrPSA方法，彻底解决了传统常温PSA分离方法或因H₂S浓度较低难以吸附，或因H₂S浓度较高而再生难以完全，以及传统TSA吸附与再生循环难以实现、再生气体难以选择且无法循环利用、再生温度高且耗能、吸附再生循环中温差过大导致吸附剂使用寿命短等技术瓶颈。

为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种富氢气源脱除硫化氢的全温程变压吸附法，包括如下工序：

A.中温变压吸附浓缩工序，含H₂S富氢原料气体经进气管道进入中温变压吸附浓缩系统，所述中温变压吸附浓缩系统中采用多塔串联或并联工艺，交替循环操作，操作温度为50~150℃，吸附完成后抽真空解吸，所述中温变压吸附浓缩系统将原料气分为含少量H₂S的中间气体和富H₂S的浓缩气体两部分；

B.产品气输出工序，将上述中温变压吸附浓缩工序得到的中间气体通入产品气管道，送出界区；

C.硫回收工序，所述富H₂S的浓缩气体直接进入硫回收装置，回收硫。

更进一步的，所述变压吸附浓缩工序中总有一个或多个吸附塔处于吸附步骤而其余的吸附塔则处于抽空、再生步骤。

更进一步的，所述产品气输出工序中，所述中间气体在被送出界区前还要进行精脱硫化氢处理。

更进一步的，所述精脱硫化氢处理采用变压吸附法，产品气H₂从吸附塔顶部转出，解吸后得到的解吸气通过解吸气风机送至硫回收装置利用。

更进一步的，所述精脱硫化氢处理采用常温吸附、常压解吸的变压吸附法将中间气体中的H₂S继续深度脱除，采用两个及以上的吸附塔；所述吸附塔包括一个或多个复合装填床层的吸附材料。

更进一步的，所述精脱硫化氢处理采用一次性吸附法。

更进一步的，所述一次性吸附法采用两个或以上的吸附塔连续操作；吸附剂是一个或多个复合装填床层的吸附材料，中温变压吸附浓缩工序得到的中间气体进入一次性吸附塔，吸附一定时间后产品气体H₂从一次性吸附塔顶部进入产品气体管道，附着H₂S的吸附剂从一次性吸附塔转出离线再生或更换新的吸附剂。

更进一步的，所述硫回收工序采用湿法脱硫制硫工艺。

更进一步的，所述湿法脱硫制硫工艺采用碱性溶剂脱硫，将H₂S脱除至100ppm左右，脱硫工艺生成的单质硫泡沫，使用硫回收装置制成硫磺。

更进一步的，所述硫回收工序采用克劳斯法脱硫制硫工艺，富硫化氢解吸气进入燃烧炉，在燃烧炉内三分之一的H₂S与氧燃烧生成SO₂，剩余的H₂S与SO₂在催化剂的作用下进行克劳斯转化反应生成硫磺；自转化器出来的反应产物进入冷凝冷却器，液态硫磺流至硫磺罐制得硫磺。

本发明人首次提出了在温度为50~150℃的中温范围内，先采用中温变压吸附浓缩的方法直接对带温带压的原料气进行H₂S的浓缩处理，使得H₂S浓度较高的原料气分成H₂S含量较少的中间气体（未被吸附的组分）和H₂S含量更高的浓缩气体（H2S被吸附的解吸气）；同时，富含H₂S的浓缩气体再进入采用碱性溶剂脱硫的湿法脱硫制硫工艺，即，浓缩气体进入燃烧炉，在燃烧炉内三分之一的H₂S与氧燃烧生成二氧化硫（SO₂），剩余的H₂S与SO₂在催化剂的作用下进行克劳斯转化反应生成单质硫；自转化器出来的反应产物进入冷凝冷却器，液态S流至硫磺罐制得硫磺（S）。由于浓缩气体中H₂S被浓缩为浓度更高，使得湿法脱硫制硫效率变得很高，极大地降低了克劳斯法成本，改变了传统含H₂S干气因H₂S浓度过低而无法正常操作的困境。而对于含有微量H₂S的中间气体，进入采用一次性吸附的常温吸附、常压解吸PSA的精脱硫化氢处理工段，从中得到满足脱硫指标的产品气体（氢气）。更进一步，精脱工序的再生气也可以返回到湿法脱硫制硫工序，使得H₂S的回收率更高。当原料气中H₂S含量较低时，中间气体直接就是产品氢气，无需采用精脱工序。原料气（富氢气源）脱除硫化氢的FTrPSA方法，彻底解决了传统脱除硫化氢净化过程中原料气中H₂S浓度波动性大所导致的较高浓度的湿法脱硫制硫与较低浓度的干法精脱之间无法匹配的技术难题；FTrPSA方法是利用富氢气源中H₂S与氢气（H₂）、一氧化碳（CO）等其他组分在50~150℃范围中不同的物理特性，以及在不同吸附剂上的吸附于解吸机理的不同，采用不同的工艺设计，包括多塔吸附与多塔再生的并串联组合方式、不同吸附剂组成的复合床层，且并与其他分离方法进行耦合来提高中温变压吸附循环过程中吸附与再生能力以及克服传统TSA循环过程中解吸再生的加温负荷或难度并使中温变压吸附循环过程中吸附与再生解吸步骤容易匹配，克服了传统PSA与TSA吸附与再生循环之间的矛盾，实现节能减耗、延长吸附床层寿命等效果；本发明所采用FTrPSA方法，正是利用作为原料气自身一般带温带压下各种组分不同的物理特性，比如在不同吸附剂上的吸附与解吸机理的不同，先采用中高温变压吸附浓缩工序，将原料气分成H₂S含量较低的中间气体与H₂S含量更高的浓缩气体，使在中温下容易被吸附的H₂S得到吸附，而其他组分在中高温下基本不吸附从而容易地实现H₂S与富集H₂（或携带微量H₂S）的中间气体分离。被吸附的H₂S在中温下通过中温变压吸附循环过程特殊的均压逆放等步骤所组成的抽真空解吸，使得H₂S吸附与解吸过程容易匹配和平衡，H₂S得到浓缩后再进行传统的湿法脱硫制硫回收利用，既减少后续步骤的负荷及能耗，又与后续其他分离工艺容易匹配结合；同时，未被吸附的中间气体通过精脱H₂S工序进行一次性固体吸附精脱微量的H₂S，得到满足要求的产品氢气，且把精脱工序中再生气返回到湿法脱硫制硫工序，解决了目前原料气难于一次性精脱达标或无法回收的问题，又减少了整个原料气脱硫净化的能耗与物耗，技术经济效益得到极大改善。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

（1）原料气（富氢气源）脱除硫化氢的FTrPSA方法，彻底解决了传统脱除硫化氢净化过程中原料气中H₂S浓度波动性大所导致的较高浓度的湿法脱硫制硫与较低浓度的干法精脱之间串联式组合而无法匹配的技术难题；

（2）本发明可以使低压低浓度H₂S的富氢原料气中的H₂S浓缩，一步达到回收H₂S装置的要求，有效降低下一步深度脱除硫化氢工艺的负荷，从而降低整个脱硫装置的能耗与物耗，解决了现有技术中由于气量大造成的化学溶剂循环流量大、损耗大、能耗高、流程长的问题；

（3）FTrPSA方法解决了传统变压吸附脱硫工艺吸附与再生的矛盾，其中，中温变压吸附浓缩工序的吸附剂寿命长，普通干法脱硫剂再生困难或不可再生以及脱硫废弃物造成的环境污染等问题；

（4）FTrPSA方法中的中温变压吸附浓缩工序的操作温度为50~150℃，利用了原料气显热能量，降低了能耗。而其他技术需降低气体温度至常温20~45℃，这样造成了极大的原料气体显热浪费；

（5）FTrPSA工艺操作简单，工艺稳定可靠，由于不需要频繁更换吸附剂，整个浓缩和精脱的过程都采用变压吸附技术，可以连续化生产和全自动化操作；

（6）FTrPSA方法中的中温变压吸附浓缩系统再生容易，因为采用了新的全温程变压吸附技术，所以能将H₂S浓缩，并且容易再生；解决了现有技术需要通蒸汽或其他高温气来再生，而产生的高能耗和再生气来源困难等问题。尤其是少量单质硫沉积在吸附剂表面时，变温吸附再生温度需要高达400℃左右，进而使得吸附床层受到吸附与再生温度变化太大，从再生高温聚降到常温，对已被吸附的H₂S难以完全解吸而使吸附效率大大下降，吸附剂使用寿命也因吸附再生过程相应的温差变化过大而缩短。FTrPSA方法很好地解决了吸附床层使用寿命短的问题；

（7）FTrPSA方法中的中温变压吸附浓缩工序将原料气体分成两股，一股是适合精制工序的低含量H₂S的中间气体，一股是适合湿法脱硫工序的高含量H₂S浓缩气体，从而改变以往脱硫工艺中传统的先粗脱后精脱的顺序（串联）模式易将粗脱系统中所采用的吸收液、催化剂等新组分带入到精脱系统所导致的精脱效率低下等问题，也使得FTrPSA方法中的精脱与湿法脱硫操作负荷进一步减少，节约了能耗；

（8）FTrPSA方法对原料气体中所含H₂S浓度较低的工况，中温变压吸附浓缩工序产生的非吸附项物料，无需再经过精脱工序，直接是合格的H₂产品；

（9）FTrPSA方法中需要精脱工序时，其精脱工序所产生的解吸气仍然可以返回到湿法脱硫工序，使得H₂S回收率大大提高，达到93~96%以上。

附图说明

图1为本发明的不含精脱H₂S工序的工艺流程图；

图2为本发明含精脱硫化氢工序的工艺流程图；

图3为湿法脱硫制硫法的工艺流程图；

图4为克劳斯脱硫制硫法的工艺流程图。

具体实施方式

本发明的应用原理、作用与功效，通过如下实施方式予以说明。

实施例1

如图1所示，一种富氢气源脱除硫化氢的全温程变压吸附法，包括如下工序：

A.中温变压吸附浓缩工序，温度为120~150℃、H₂S浓度1~2%（体积比，以下类同）的富氢气体作为原料气体经进气管道进入中温变压吸附浓缩系统，所述中温变压吸附浓缩系统中采用4塔串联工艺，交替循环操作，吸附的操作温度为120~150℃，吸附完成后抽真空解吸，所述中温变压吸附浓缩系统将原料气体分为H₂S含量小于1~10ppm的中间气体和富H₂S（≥10~25%）的浓缩气体两部分；

B.产品气输出工序，将上述中温变压吸附浓缩工序得到的中间气体作为产品氢气通入产品气管道，直接送出界区；

C.硫回收工序，如图4所示，采用湿法脱硫制硫法，所述富H₂S的浓缩气体直接进入湿法脱硫制硫装置回收硫；采用纯碱脱硫制硫，将富H₂S浓缩气体中的H₂S脱除至100ppm左右，脱硫工艺生成的单质硫泡沫，使用硫回收装置制成硫磺。

本实施例中，所述中温变压吸附浓缩工序中总有一个吸附塔处于吸附步骤而其余3个塔则处于抽空、再生等步骤，原料气体经进气管道进入全温程变压吸附工艺中的中温变压吸附浓缩系统，将原料气体分为含H₂S小于1~10ppm的中间气体（即产品氢气）和H₂S浓度大于10~25%的浓缩气体两部分；所述中间气中脱除了大部分的硫化氢，含硫量低，直接满足产品氢气质量要求，中间气体作为产品气体直接经产品气管道送出界区；所述富H₂S的浓缩气体直接进入湿法脱硫制硫装置，进行回收浓缩后的富H₂S浓缩气体从脱硫塔下部进入第一级脱硫塔，与塔顶喷淋在填料表面的脱硫液逆流接触H₂S被脱硫液吸收，吸收了H₂S的脱硫富液从塔底流出来，经富液泵将其送入自吸空气喷射再生槽，同时利用自动吸入的空气对脱硫液进行再生，空气随脱硫液从喷射器尾管出来，自下而上与脱硫液再次逆流接触，在催化剂作用下，使溶液中的硫化物、硫氢化物氧化为单质硫，并被上行的空气带到再生槽上部液面形成硫泡沫，被氧化再生后的溶液从再生槽底部，利用静压差流入贫液槽，经贫液泵抽出再打入脱硫塔循环使用；脱硫液氧化再生过程中产生的硫磺泡沫，利用位差从再生槽溢流堰自动流入泡沫槽，硫泡沫经泡沫泵，送入熔硫装置；在得到硫磺产品的同时，分离出来的脱硫液，回流到脱硫液中，以减少纯碱和催化剂的损失并维持脱硫系统的水平衡。硫回收率大于95%。

实施例2

如图1所示，一种富氢气源脱除硫化氢的全温程变压吸附（FTrPSA）法，包括如下工序：

A．中温变压吸附浓缩工序，温度为80~110℃、H₂S浓度1~2%（体积比，以下类同）的富氢气体作为原料气体经进气管道进入中温变压吸附系统，所述中温变压吸附系统中采用4塔串联工艺，1塔吸附，其余3塔处于抽空、解吸等再生阶段，交替循环操作，操作温度为80~110℃，吸附完成后抽真空解吸，所述中温变压吸附浓缩系统将原料气体分为H₂S含量小于1~10ppm的中间气体和富H₂S（≥10~25%）的浓缩气体两部分；

B．产品气输出工序，将上述中温变压吸附浓缩工序得到的中间气体作为产品氢气通入产品气管道，直接送出界区；

C．硫回收工序，采用克劳斯脱硫制硫法，所述富硫化氢解吸气直接进入克劳斯脱硫制硫装置，回收硫。

本实施例中，所述变压吸附浓缩工序中总有一个或多个处于吸附步骤而其余的塔则处于抽空、再生等步骤，原料气体分为含H₂S小于10ppm的中间气体（即产品氢气）和H₂S浓度大于10~25%的浓缩气体两部分；所述中间气中脱除了大部分的硫化氢，含硫量低，直接满足产品氢气质量要求，中间气体作为产品气体直接经产品气管道送出界区；所述富硫化氢的浓缩气体进入燃烧炉，在燃烧炉内三分之一的H₂S与氧燃烧，生成SO₂，燃烧炉的温度约为1200℃，然后剩余的H₂S与生成的SO₂在催化剂的作用下，进行克劳斯转化反应生成硫磺，为回收热量，燃烧产物在进入转化器之前先经废热锅炉发生蒸汽；转化器为一固定床反应器，内装有氧化铝催化剂，入口温度控制在220～240℃；由于过程为放热反应，出口温度为270～300℃；自转化器出来的反应产物进入冷凝冷却器，液态硫磺流至硫磺罐。

实施例3

如图2所示，一种富氢气源脱除硫化氢的全温程变压吸附（FTrPSA）法，包括如下工序：

A.中温变压吸附浓缩工序，流量大于1~2万标方/小时、温度为50~80℃、H₂S浓度10~15%的富氢气体作为原料气体经进气管道进入中温变压吸附浓缩系统，所述中温变压吸附系统中采用10塔工艺，3塔吸附，其余7塔处于抽空、解吸等再生阶段，其中，处于吸附的3塔采用1塔串联2塔并联工艺，由此实现吸附再生的交替循环操作，操作温度为50~80℃，吸附完成后抽真空解吸，所述中温变压吸附浓缩系统将原料气体分为H₂S含量小于100~500ppm的中间气体和富H₂S（≥15~30%）的浓缩气体两部分；

B.产品气输出工序，先采用变压吸附法进行精脱硫化氢处理，常温吸附，常压解吸，将中间气体中的硫化氢继续深度脱除，采用两个及以上的吸附塔；所述吸附塔包括一个或多个复合装填床层的吸附材料；产品气体为氢气（H₂S≤1~10ppm）从吸附塔顶部转出，通入产品气管道，直接送出界区；解吸后得到的浓缩气体通过风机送至硫回收装置；

C.硫回收工序，如图3所示，采用湿法脱硫制硫法，所述富硫化氢浓缩气体直接进入湿法脱硫制硫装置，回收硫；采用纯碱脱硫制硫，将富硫化氢浓缩气体中的H₂S脱除至100ppm左右，脱硫工艺生成的单质硫泡沫，使用硫回收装置制成硫磺。

本实施例中，所述中温变压吸附浓缩工序中有3个塔处于吸附步骤，其中1塔串联2塔并联方式，其余7塔则处于抽空、再生等步骤，流量大于1~2万标方/小时、温度为50~80℃、H₂S浓度10~15%的富氢气体作为原料气体经进气管道进入全温程变压吸附（FTrPSA）中温变压吸附浓缩系统，将原料气体分为H₂S含量小于100~500ppm的中间气体和富H₂S（≥15~30%）的浓缩气体两部分；所述中间气体中脱除了大部分的硫化氢，含硫量低（H₂S≤100~500ppm），但未满足下一工段的硫的浓度要求，还需要进行精脱硫化氢处理，采用变压吸附的方式进一步脱除中间气中H₂S，保证生产的连续性，解吸后得到的解吸气通过解吸气风机送至硫回收装置，避免浪费硫；所述富硫化氢的浓缩气体直接进入湿法脱硫制硫装置，进行回收浓缩后的富硫化氢浓缩气体从脱硫塔下部进入第一级脱硫塔，与塔顶喷淋在填料表面的脱硫液逆流接触H₂S被脱硫液吸收，吸收了H₂S的脱硫富液从塔底流出来，经富液泵将其送入自吸空气喷射再生槽，同时利用自动吸入的空气对脱硫液进行再生，空气随脱硫液从喷射器尾管出来，自下而上与脱硫液再次逆流接触，在催化剂作用下，使溶液中的硫化物、硫氢化物氧化为单质硫，并被上行的空气带到再生槽上部液面形成硫泡沫，被氧化再生后的溶液从再生槽底部，利用静压差流入贫液槽，经贫液泵抽出再打入脱硫塔循环使用；脱硫液氧化再生过程中产生的硫磺泡沫，利用位差从再生槽溢流堰自动流入泡沫槽，硫泡沫经泡沫泵，送入熔硫装置；在得到硫磺产品的同时，分离出来的脱硫液，回流到脱硫液中，以减少纯碱和催化剂的损失并维持脱硫系统的水平衡。脱硫率大于等于95~96%。

实施例4

A.FTrPSA浓缩工序，流量大于1~2万标方/小时、温度为50~80℃、H₂S浓度10~15%的富氢气体作为原料气体经进气管道进入中温变压吸附浓缩系统，所述中温变压吸附系统中采用10塔工艺，3塔吸附，其余7塔处于抽空、解吸等再生阶段，其中，处于吸附的3塔采用1塔串联2塔并联工艺，由此实现吸附再生的交替循环操作，操作温度为50~80℃，吸附完成后抽真空解吸，所述中温变压吸附浓缩系统将原料气体分为H₂S含量小于100~500ppm的中间气体和富H₂S（≥15~30%）的浓缩气体两部分；

B.产品气输出工序，先采用变压吸附法进行精脱硫化氢处理，常温吸附，常压解吸，将中间气中的硫化氢继续深度脱除，采用两个及以上的吸附塔；所述吸附塔包括一个或多个复合装填床层的吸附材料；产品气体为氢气（H₂S≤1~10ppm）从吸附塔顶部转出，通入产品气管道，直接送出界区；解吸后得到的解吸气通过解吸气风机送至硫回收装置；

C.硫回收工序，采用克劳斯脱硫制硫法，所述富硫化氢浓缩气体直接进入克劳斯脱硫制硫装置，回收硫。

本实施例中，所述中温变压吸附浓缩工序中有3个塔处于吸附步骤，其中1塔串联2塔并联方式，其余7塔则处于抽空、再生等步骤，流量大于1~2万标方/小时、温度为50~80℃、H₂S浓度10~15%的富氢气体作为原料气体经进气管道进入全温程变压吸附（FTrPSA）中温变压吸附浓缩系统，将原料气体分为H₂S含量小于100~500ppm的中间气体和富H2S（≥15~30%）的浓缩气体两部分；所述中间气体中脱除了大部分的硫化氢，含硫量低（H₂S≤100~500ppm），但未满足下一工段的硫的浓度要求，还需要进行精脱硫化氢处理，采用变压吸附的方式进一步脱除中间气中H₂S，保证生产的连续性，解吸后得到的解吸气通过解吸气风机送至硫回收装置，避免浪费硫；所述富硫化氢的浓缩气体进入燃烧炉，在燃烧炉内三分之一的H₂S与氧燃烧，生成SO₂，燃烧炉的温度约为1200℃，然后剩余的H₂S与生成的SO₂在催化剂的作用下，进行克劳斯转化反应生成硫磺，为回收热量，燃烧产物在进入转化器之前先经废热锅炉发生蒸汽；转化器为一固定床反应器，内装有氧化铝催化剂，入口温度控制在220～240℃；由于过程为放热反应，出口温度为270～300℃；自转化器出来的反应产物进入冷凝冷却器，液态硫磺流至硫磺罐。硫回收率大于95~96%。

实施例5

如图3所示，一种富氢气源脱除硫化氢的全温程变压吸附（FTrPSA）法，包括如下工序：

A.中温变压吸附浓缩工序，流量小于1000~10,000标方/小时、温度为80~110℃、H₂S浓度4~10%的富氢气体作为原料气体经进气管道进入中温变压吸附浓缩系统，所述中温变压吸附系统中采用多塔串联或并联工艺，交替循环操作，操作温度为80~110℃，吸附完成后抽真空解吸，所述中温变压吸附浓缩系统将原料气体分为含少量硫化氢的中间气体和富硫化氢的浓缩气体两部分；

B.产品气输出工序，先采用一次性吸附法进行精脱硫化氢处理，采用两个吸附塔，一个吸附，一个再生，保持连续操作；吸附剂是一个或多个复合装填床层的吸附材料，中温变压吸附浓缩工序得到的中间气体进入一次性吸附塔，吸附一定时间后产品气从一次性吸附塔顶部流出产品氢气（H₂S≤0.1ppm）进入产品气管道，附着H₂S的吸附剂从一次性吸附塔转出离线再生或更换新的吸附剂；

C.硫回收工序，如图3所示，采用湿法脱硫制硫法，所述富硫化氢解吸气直接进入湿法脱硫制硫装置，回收硫；采用纯碱脱硫制硫，将富硫化氢的浓缩气体中的H₂S脱除至100ppm左右，脱硫工艺生成的单质硫泡沫，使用硫回收装置制成硫磺。

本实施例中，所述中温变压吸附浓缩工序中总有一个或多个处于吸附步骤而其余的塔则处于抽空、再生等步骤，原料气体经进气管道进入全温程变压吸附（FTrPSA）系统的中温变压吸附浓缩工序，将原料气体分为含少量硫化氢的中间气和富硫化氢解吸气两部分；所述中间气体中脱除了大部分的硫化氢，含硫量低（H₂S≤50ppm），但未满足下一工段的硫的浓度要求，还需要进行精脱硫化氢处理，针对原料气体流量以及含硫量较小的工艺，采用一次性脱硫法进行精脱硫化氢处理，所述脱硫剂使用氧化锌，氧化锌吸收H₂S在常温下就可以进行，随温度升高反应速度显著加快，而上一工段的浓缩工序来的中间气温度为80~110℃，更有利于H₂S的吸收。这种脱硫方法脱硫精度高，可使出口硫＜0.1ppm，工艺简单，流程短，装填后无需还原，氮气置换、升温后便可直接使用，适用于含S量较少的情况；所述富硫化氢解吸气直接进入湿法脱硫制硫装置，进行回收浓缩后的富硫化氢解吸气从脱硫塔下部进入第一级脱硫塔，与塔顶喷淋在填料表面的脱硫液逆流接触H₂S被脱硫液吸收，吸收了H₂S的脱硫富液从塔底流出来，经富液泵将其送入自吸空气喷射再生槽，同时利用自动吸入的空气对脱硫液进行再生，空气随脱硫液从喷射器尾管出来，自下而上与脱硫液再次逆流接触，在催化剂作用下，使溶液中的硫化物、硫氢化物氧化为单质硫，并被上行的空气带到再生槽上部液面形成硫泡沫，被氧化再生后的溶液从再生槽底部，利用静压差流入贫液槽，经贫液泵抽出再打入脱硫塔循环使用；脱硫液氧化再生过程中产生的硫磺泡沫，利用位差从再生槽溢流堰自动流入泡沫槽，硫泡沫经泡沫泵，送入熔硫装置；在得到硫磺产品的同时，分离出来的脱硫液，回流到脱硫液中，以减少纯碱和催化剂的损失并维持脱硫系统的水平衡。脱硫率大于95~96%。

实施例6

A.中温变压吸附浓缩工序，流量小于1000~10,000标方/小时、温度为100~120℃、H₂S浓度4~10%的富氢气体作为原料气体经进气管道进入中温变压吸附浓缩系统，所述中温变压吸附系统中采用多塔串联或并联工艺，交替循环操作，操作温度为100~120℃，吸附完成后抽真空解吸，所述中温变压吸附浓缩系统将原料气体分为含少量硫化氢的中间气体和富硫化氢的浓缩气体两部分；

B.产品气输出工序，先采用一次性吸附法进行精脱硫化氢处理，采用两个吸附塔，一个吸附，一个再生，保持连续操作；吸附剂是一个或多个复合装填床层的吸附材料，中温变压吸附浓缩工序得到的中间气体进入一次性吸附塔，吸附一定时间后产品气从一次性吸附塔顶部进入产品气管道，附着H₂S的吸附剂从一次性吸附塔转出离线再生或更换新的吸附剂；

C.硫回收工序，采用克劳斯脱硫制硫法，所述富硫化氢解吸气直接进入克劳斯脱硫制硫装置，回收硫，脱硫率≥95~96%。

本实施例中，所述中温变压吸附浓缩工序中总有一个或多个处于吸附步骤而其余的塔则处于抽空、再生等步骤，原料气体经进气管道进入全温程变压吸附（FTrPSA）系统的中温变压吸附浓缩工序，将原料气体分为含少量硫化氢的中间气和富硫化氢解吸气两部分；所述中间气体中脱除了大部分的硫化氢，含硫量低（H₂S≤50ppm），但未满足下一工段的硫的浓度要求，还需要进行精脱硫化氢处理，针对原料气体流量以及含硫量较小的工艺，采用一次性脱硫法进行精脱硫化氢处理，所述脱硫剂使用氧化锌，氧化锌吸收H₂S在常温下就可以进行，随温度升高反应速度显著加快，而上一工段的浓缩工序来的中间气体温度为100~120℃，更有利于H₂S的吸收。这种脱硫方法脱硫精度高，可使出口硫＜0.1ppm，工艺简单，流程短，装填后无需还原，氮气置换、升温后便可直接使用，适用于含S量较少的情况；所述富硫化氢的浓缩气体进入燃烧炉，在燃烧炉内三分之一的H₂S与氧燃烧，生成SO₂，燃烧炉的温度约为1200℃，然后剩余的H₂S与生成的SO₂在催化剂的作用下，进行克劳斯转化反应生成硫磺，为回收热量，燃烧产物在进入转化器之前先经废热锅炉发生蒸汽；转化器为一固定床反应器，内装有氧化铝催化剂，入口温度控制在220～240℃；由于过程为放热反应，出口温度为270～300℃；自转化器出来的反应产物进入冷凝冷却器，液态硫磺流至硫磺罐。

如上所述即为本发明的实施例。本发明不局限于上述实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下做出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种富氢气源脱除硫化氢的全温程变压吸附法，其特征在于，包括如下工序：

A.中温变压吸附浓缩工序，含硫化氢的富氢原料气体经进气管道进入中温变压吸附浓缩系统，所述中温变压吸附浓缩系统中采用多塔串联或并联工艺，交替循环操作，操作温度为50～150℃，吸附完成后抽真空解吸，所述中温变压吸附浓缩系统将富氢原料气体分为含少量硫化氢的中间气体和富硫化氢浓缩气体两部分；

C.硫回收工序，所述富硫化氢浓缩气体直接进入硫回收装置，回收硫。

2.如权利要求1所述的一种富氢气源脱除硫化氢的全温程变压吸附法，其特征在于，所述中温变压吸附浓缩工序中总有一个或多个吸附塔处于吸附步骤而其余的吸附塔则处于抽空、再生步骤。

3.如权利要求1所述的一种富氢气源脱除硫化氢的全温程变压吸附法，其特征在于，所述产品气输出工序中，所述中间气体在被送出界区前还要进行精脱硫化氢处理。

4.如权利要求3所述的一种富氢气源脱除硫化氢的全温程变压吸附法，其特征在于，所述精脱硫化氢处理采用变压吸附法，产品气从吸附塔顶部转出，解吸后得到的解吸气通过解吸气风机送至硫回收装置利用。

5.如权利要求4所述的一种富氢气源脱除硫化氢的全温程变压吸附法，其特征在于，所述精脱硫化氢处理采用常温吸附、常压解吸的变压吸附法将中间气体中的硫化氢继续深度脱除，采用两个及以上的吸附塔；所述吸附塔包括一个或多个复合装填床层的吸附材料。

6.如权利要求3所述的一种富氢气源脱除硫化氢的全温程变压吸附法，其特征在于，所述精脱硫化氢处理采用一次性吸附法。

7.如权利要求6所述的一种富氢气源脱除硫化氢的全温程变压吸附法，其特征在于，所述一次性吸附法采用两个或以上的吸附塔连续操作；吸附剂是一个或多个复合装填床层的吸附材料，中温变压吸附浓缩工序得到的中间气体进入一次性吸附塔，吸附一定时间后产品气从一次性吸附塔顶部进入产品气管道，附着硫化氢的吸附剂从一次性吸附塔转出离线再生或更换新的吸附剂。

8.如权利要求1-7所述的任意一种富氢气源脱除硫化氢的全温程变压吸附法，其特征在于，所述硫回收工序采用湿法脱硫制硫工艺。

9.如权利要求8所述的任意一种富氢气源脱除硫化氢的全温程变压吸附法，其特征在于，所述湿法脱硫制硫工艺采用碱性溶剂脱硫，将硫化氢脱除至100ppm左右，脱硫工艺生成的单质硫泡沫，使用硫回收装置制成硫磺。

10.如权利要求1-7所述的任意一种富氢气源脱除硫化氢的全温程变压吸附法，其特征在于，所述硫回收工序采用克劳斯法脱硫制硫工艺，富硫化氢浓缩气体进入燃烧炉，在燃烧炉内三分之一的硫化氢与氧燃烧生成二氧化硫，剩余的硫化氢与二氧化硫在催化剂的作用下进行克劳斯转化反应生成单质硫；自转化器出来的反应产物进入冷凝冷却器，液态硫流至硫磺罐制得硫磺。