CN106362550A - 克劳斯尾气处理工艺及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种克劳斯尾气处理工艺及装置，该处理工艺步骤包括：将克劳斯尾气通入SO2吸收装置中利用脱硫吸收剂吸收SO2；将脱除了SO2的尾气通入到络合铁自循环脱硫装置中，通过络合铁药剂将尾气中H2S氧化为单质硫后排出；该处理装置包括SO2吸收装置和络合铁自循环脱硫装置，所述SO2吸收装置通过进气管与尾气连通，所述SO2吸收装置通过第一排气管与络合铁自循环脱硫装置的连通，所述络合铁自循环脱硫装置中装有络合铁药剂。本发明克劳斯尾气处理工艺及装置投资小，能耗低，且整体工艺无SO2和H2S等污染气体排放，有效克服现有SCOT尾气处理技术的不足，该装置结构简单。

Description

克劳斯尾气处理工艺及装置
技术领域
本发明涉及尾气处理技术领域，尤指一种克劳斯尾气处理工艺及装置。
背景技术
克劳斯法是目前炼厂气、天然气加工副产酸性气体及其它含H2S气体回收硫的主要方法，其主要原理为：含有H2S的酸性气与空气混合后在燃烧炉燃烧，生成部分SO2，并使炉膛内的H2S与SO2的体积比为2∶1，使大约50％～70％的H2S与SO2在炉内发生克劳斯反应，主要反应式如下：
H2S+3/2O2＝SO2+H2O；2H2S+SO2＝3S+2H2O
该方法由于受到化学平衡的限制，两级催化转发的常规克劳斯工艺硫回收率为90-95％，三级转化率也只能达到95％-98％，若没有后续的尾气处理系统，不能满足SO2排放的国家标准。
为解决克劳斯工艺尾气排放问题，国际上开发并已实现工业化的工艺有数十种，如尾气还原吸收工艺、低温克劳斯工艺、硫化氢直接氧化等工艺。目前应用最为广泛的为斯科特(SCOT)工艺，该工艺属于尾气还原吸收工艺的一种。SCOT工艺的基本原理是采用特定催化剂将常规克劳斯工艺尾气中的SO2、有机硫、单质硫等所有硫化物，经过加氢还原转化为H2S后，用氨脱硫溶液吸收方法将H2S提浓，再将提浓的H2S返回到克劳斯装置进行再次转化处理，这样经过处理后的尾气中硫化氢含量较低，可以直接燃烧排入大气中。然而，SCOT工艺还原反应器的进气温度须达到280-300℃，以便实现所有硫化物向H2S的完全转化。由于炼油厂和天然气处理厂所具备的加热条件无法将气体加热到这样高的温度，通常情况下加氢还原反应器所需热源和氢源需要采用在线燃烧器来达到这样的温度水平，由此会造成操作工艺复杂和运行费用增加，因此该装置的投资较高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种克劳斯尾气处理工艺及装置，该工艺投资小，能耗低，且整体工艺无SO2和H2S等污染气体排放，有效克服现有SCOT尾气处理技术的不足，该装置结构简单，投资小。
为了实现上述目的，本发明的技术解决方案为一种克劳斯尾气处理工艺，其包括如下步骤：
(1)将克劳斯尾气通入SO2吸收装置中利用脱硫吸收剂吸收SO2；
(2)将脱除了SO2的尾气通入到络合铁自循环脱硫装置中，通过络合铁自循环脱硫装置中的络合铁药剂将尾气中H2S氧化为单质硫后排出。
本发明克劳斯尾气处理工艺，其中所述步骤(1)中脱硫吸收剂为具有胺功能化的离子液体吸收剂。
本发明克劳斯尾气处理工艺，其中将吸收了SO2的脱硫吸收剂送入药剂再生装置中再生，再生完成的脱硫吸收剂重新打回SO2吸收装置中使用。
本发明克劳斯尾气处理工艺，其中在所述药剂再生装置中的吸收了SO2的离子液体通过加热100-120℃后，SO2气体从药剂再生装置顶部逸出，逸出的SO2气体经冷却60-80℃左右后气液分离，得到纯净的SO2副产品。
一种克劳斯尾气处理装置，其中包括SO2吸收装置和络合铁自循环脱硫装置，所述SO2吸收装置通过进气管与尾气连通，所述SO2吸收装置通过第一排气管与络合铁自循环脱硫装置的连通，所述络合铁自循环脱硫装置中装有络合铁药剂。
本发明克劳斯尾气处理装置，其中还包括药剂再生装置，所述药剂再生装置的上部通过进液管与所述SO2吸收装置的底部连通，所述药剂再生装置的底部通过返液管与所述SO2吸收装置的上部连通，所述药剂再生装置的上端连接有第二排气管。
本发明克劳斯尾气处理装置，其中所述SO2吸收装置采用SO2吸收塔，所述药剂再生装置采用再生塔，所述进气管与SO2吸收塔的下部连通，所述SO2吸收塔的上端通过所述第一排气管与所述络合铁自循环脱硫装置连通，所述再生塔的上部通过所述进液管与SO2吸收塔的下端连通，所述再生塔的下端通过返液管与SO2吸收塔的上部连通，所述再生塔的上端连接有所述第二排气管。
本发明克劳斯尾气处理装置，其中所述进液管上设有富液泵，所述返液管上设有贫液泵和贫液冷却器，所述进液管与返液管交叉设置，所述进液管与返液管的交叉处设有换热器，所述再生塔的下部与再沸器连通。
本发明克劳斯尾气处理装置，其中所述第二排气管上连接有冷凝器和气液分离器，所述气液分离器的出液端通过回流管与再生塔的上部连通，所述回流管上设有回流泵。
本发明克劳斯尾气处理装置，其中所述络合铁自循环脱硫装置包括罐体，所述罐体内设置有络合铁药剂，所述罐体底部设有出渣口。
采用上述方案后，本发明克劳斯尾气处理工艺及装置具有以下有益效果：
1、本发明克劳斯尾气处理工艺通过将含有SO2和H2S的克劳斯尾气首先进入SO2吸收装置中与脱硫吸收剂逆向接触，SO2被脱硫吸收剂吸收，净化后的气体去络合铁自循环脱硫装置中脱H2S，吸收了SO2的脱硫吸收剂打入到药剂再生装置中通过加热再生，SO2经加热在塔顶逸出，再经冷却气液分离后，得到纯净的SO2副产品，可用于制酸工艺中，分离出的脱硫吸收剂再打回药剂再生装置中，再生后的脱硫吸收剂经加热再冷却送入SO2吸收装置中继续使用，完成一个循环，从而实现了克劳斯尾气的净化，该工艺比传统的SCOT加氢尾气处理工艺能耗低，且使用的脱硫吸收剂、络合铁自循环脱硫装置的络合铁药剂均可再生循环使用，降低了药剂的消耗量，节约了经济成本；
2、本发明克劳斯尾气处理装置结构简单，投资小。
附图说明
图1是本发明克劳斯尾气处理工艺实施例一所用处理装置的结构示意图；
图2是本发明克劳斯尾气处理工艺实施例二所用处理装置的结构示意图。
下面结合附图，通过实施例对本发明做进一步的说明；
具体实施方式
结合图1所示，本发明克劳斯尾气处理工艺实施例一的工艺步骤包括：
(1)将克劳斯尾气通过进气管4通入SO2吸收塔1中，利用SO2吸收塔1中脱硫吸收剂吸收SO2，脱硫吸收剂为具有胺功能化的离子液体吸收剂，此实施例采用离子液体脱硫剂；
(2)将脱除了SO2的尾气通过第一排气管5通入到络合铁自循环脱H2S装置2中，通过络合铁自循环脱硫装置2中的络合铁药剂将尾气中H2S氧化为单质硫后，固体硫磺通过出渣口7排出。
(3)吸收了SO2的离子液体脱硫剂通过进液管8送入再生塔3中，通过加热100-120℃后，离子液体脱硫剂释放出的SO2气体通过第二排气管10从再生塔3的顶部逸出，逸出的SO2气体经冷却60-80℃后气液分离，得到纯净的SO2副产品，用于制酸，再生完成的离子液体脱硫剂通过返液管9重新打回SO2吸收塔1中使用。
如图1所示，本发明克劳斯尾气处理工艺实施例一所用的处理装置包括SO2吸收塔1、络合铁自循环脱硫装置2和再生塔3，结合上述工艺，SO2吸收塔1的下部通过进气管4与尾气连通。SO2吸收塔1的上端通过第一排气管5与络合铁自循环脱硫装置2连通，络合铁自循环脱硫装置2包括罐体6，罐体6内设置有络合铁药剂，罐体6的下部为上端大下端小的锥体，罐体6的下端即锥体的底部设有出渣口7，SO2吸收塔1的上端通过第一排气管5与罐体6连通。再生塔3的上部通过进液管8与SO2吸收塔1的下端连通，再生塔3的下端通过返液管9与SO2吸收塔1的上部连通，再生塔3的上端连接有第二排气管10。
上述实施例的工艺步骤主要分为三个部分，即SO2的吸收、SO2的再生和H2S的吸收。
其中SO2的吸收过程采用离子液体脱硫剂与尾气中的SO2在SO2吸收塔1中逆流接触，SO2与离子液体脱硫剂之间的反应式入下式(1)、(2)、(3)所示：
SO2溶解在水中：
SO2+H2O→H++HSO3 - (1)
与离子液体脱硫剂反应：
R-NH2+H+→R-NH3 + (2)
过程总反应式：
SO2+H2O+R-NH2→R-NH3 ++HSO3 - (3)
吸收了SO2的离子液体脱硫剂(富液)在再生塔3中加热至100-120℃再生，溶解的SO2解吸出来，得到高纯度的副产品SO2，可用来制硫酸。离子液体脱硫剂饱和蒸汽压低，较难挥发，因此药剂具有损失率低，SO2的吸收量高的特点。
去除SO2的尾气接着进入络合铁自循环脱硫装置2中吸收尾气中的H2S。络合铁药剂中铁离子可以将硫离子直接氧化成硫磺，三价铁离子转化为二价铁离子，随着空气的鼓入，氧气又将二价铁离子氧化为三价铁离子，完成药剂的再生，具体反应式入下(4)、(5)、(6)、(7)。
络合铁自循环脱硫装置2中发生的反应为：
含硫原料气中的H2S溶解到碱性液相：
OH-+H2S→HS-+H2O (4)
铁离子与HS-离子反应生成单质硫：
Fe3+(络和态)+HS-→Fe2+(络和态)+S↓+H+ (5)
通入空气将Fe2+氧化成Fe3+，脱硫液再生：
4Fe2+(络和态)+O2+2H2O→4Fe3+(络和态)+4OH- (6)
总反应式：
2H2S+O2→2S↓+2H2O (7)
结合图2所示，本发明克劳斯尾气处理工艺实施例一的工艺步骤包括：
(1)将克劳斯尾气通过进气管4通入SO2吸收塔1中，利用SO2吸收塔1中脱硫吸收剂吸收SO2，脱硫吸收剂为具有胺功能化的离子液体吸收剂，此实施例采用离子液体脱硫剂；
(2)将脱除了SO2的尾气通过第一排气管5通入到络合铁自循环脱H2S装置2中，通过络合铁自循环脱硫装置2中的络合铁药剂将尾气中H2S氧化为单质硫后，固体硫磺通过出渣口7排出，再通过进液管8上的富液泵11、进液管8及换热器14将吸收了SO2的离子液体脱硫剂送入再生塔3中，再通过再沸器15加热100-120℃后，SO2气体通过第二排气管10从再生塔3的顶部逸出，逸出的SO2气体经冷凝器16冷却60-80℃后经气液分离器17气液分离，得到纯净的SO2副产品，用于制硫酸，17气液分离器分离出的离子液体脱硫剂通过回流泵19返回再生塔3内，通过再生塔3再生的离子液体脱硫剂通过循环泵12经返液管9重新打回SO2吸收塔1中使用。
如图2所示，本发明克劳斯尾气处理工艺实施例二所用的处理装置包括SO2吸收塔1、络合铁自循环脱硫装置2和再生塔3，结合上述工艺，SO2吸收塔1的下部通过进气管4与尾气连通。SO2吸收塔1的上端通过第一排气管5与络合铁自循环脱硫装置2连通，络合铁自循环脱硫装置2包括罐体6，罐体6内设置有络合铁药剂，罐体6的下部为上端大下端小的锥体，罐体6的下端即锥体的底部设有出渣口7，SO2吸收塔1的上端通过第一排气管5与罐体6连通。再生塔3的上部通过进液管8与SO2吸收塔1的下端连通，进液管8上设有富液泵11，再生塔3的下端通过返液管9与SO2吸收塔1的上部连通，返液管9上设有贫液泵12和贫液冷却器13，进液管8与返液管9交叉设置，进液管8与返液管9的交叉处设有换热器14，再生塔3的上端连接有第二排气管10，第二排气管10上连接有冷凝器16和气液分离器17，气液分离器17的出液端通过回流管18与再生塔3的上部连通，回流管18上设有回流泵19。再生塔3的下部与再沸器15连通。
该实施例二的工艺步骤与上述实施例一的工艺步骤基本相同，主要分为三个部分，即SO2的吸收、SO2的再生和H2S的吸收，此处不再赘述。
本发明克劳斯尾气处理工艺通过将含有SO2和H2S的克劳斯尾气首先进入SO2吸收塔1中与离子脱硫吸收剂逆向接触，SO2被离子液体脱硫剂吸收，净化后的气体去络合铁自循环脱硫装置2中脱H2S，吸收了SO2的离子液体脱硫剂打入到再生塔3中通过加热再生，SO2经加热在塔顶逸出，再经冷却、气液分离后，得到纯净的SO2副产品，可用于制酸工艺中，再生后的离子液体脱硫剂经冷却送入SO2吸收装置中继续使用，完成一个循环，从而实现了克劳斯尾气的净化，该工艺比传统的SCOT加氢尾气处理工艺能耗低，且使用的脱硫吸收剂、络合铁自循环脱硫装置的络合铁药剂均可再生循环使用，降低了药剂的消耗量，节约了经济成本；本发明克劳斯尾气处理装置结构简单，投资小。
以上所述实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种克劳斯尾气处理工艺，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将克劳斯尾气通入SO2吸收装置中利用脱硫吸收剂吸收SO2；
(2)将脱除了SO2的尾气通入到络合铁自循环脱硫装置中，通过络合铁自循环脱硫装置中的络合铁药剂将尾气中H2S氧化为单质硫后排出。
2.如权利要求1所述的克劳斯尾气处理工艺，其特征在于，所述步骤(1)中脱硫吸收剂为具有胺功能化的离子液体吸收剂。
3.如权利要求2所述的克劳斯尾气处理工艺，其特征在于，将吸收了SO2的脱硫吸收剂送入药剂再生装置中再生，再生完成的脱硫吸收剂重新打回SO2吸收装置中使用。
4.如权利要求3所述的克劳斯尾气处理工艺，其特征在于，在所述药剂再生装置中的吸收了SO2的离子液体通过加热100-120℃后，SO2气体从药剂再生装置顶部逸出，逸出的SO2气体经冷却60-80℃左右后气液分离，得到纯净的SO2副产品。
5.一种克劳斯尾气处理装置，其特征在于，包括SO2吸收装置和络合铁自循环脱硫装置，所述SO2吸收装置通过进气管与尾气连通，所述SO2吸收装置通过第一排气管与络合铁自循环脱硫装置的连通，所述络合铁自循环脱硫装置中装有络合铁药剂。
6.如权利要求5所述的克劳斯尾气处理装置，其特征在于，还包括药剂再生装置，所述药剂再生装置的上部通过进液管与所述SO2吸收装置的底部连通，所述药剂再生装置的底部通过返液管与所述SO2吸收装置的上部连通，所述药剂再生装置的上端连接有第二排气管。
7.如权利要求6所述的克劳斯尾气处理装置，其特征在于，所述SO2吸收装置采用SO2吸收塔，所述药剂再生装置采用再生塔，所述进气管与SO2吸收塔的下部连通，所述SO2吸收塔的上端通过所述第一排气管与所述络合铁自循环脱硫装置连通，所述再生塔的上部通过所述进液管与SO2吸收塔的下端连通，所述再生塔的下端通过返液管与SO2吸收塔的上部连通，所述再生塔的上端连接有所述第二排气管。
8.如权利要求7所述的克劳斯尾气处理装置，其特征在于，所述进液管上设有富液泵，所述返液管上设有贫液泵和贫液冷却器，所述进液管与返液管交叉设置，所述进液管与返液管的交叉处设有换热器，所述再生塔的下部与再沸器连通。
9.如权利要求8所述的克劳斯尾气处理装置，其特征在于，所述第二排气管上连接有冷凝器和气液分离器，所述气液分离器的出液端通过回流管与再生塔的上部连通，所述回流管上设有回流泵。
10.如权利要求9所述的克劳斯尾气处理装置，其特征在于，所述络合铁自循环脱硫装置包括罐体，所述罐体内设置有络合铁药剂，所述罐体底部设有出渣口。
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