CN106744705A - 一种硫磺尾气超重力脱硫装置 - Google Patents

一种硫磺尾气超重力脱硫装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种硫磺尾气超重力脱硫装置及其工艺，包括碱液储存罐和超重力机，该装置利用碱液对硫磺尾气脱硫，并且提供了独特的超重力机结构，该结构通过在外壳的中轴线上贯通外壳设置具有流体通道的中空转轴，并且在中空转轴外套设具有气体通道功能的套筒，同时在此基础上还成形了与填料区连通的具有螺旋通道的旋转通道，实现了流体经中空转轴后再经旋转通道实现流体的自旋进入填料区内，液体在获的离心力作用下，被填料破碎、撕裂成微小液滴和与液体逆流微小气泡充分接触，提供了快速更新的相界面，实现了在旋转状态下流体利用自己的自旋进一步提高和气体的破碎、撕裂混合，提高了气液接触的充分度，进而获得了更好的硫磺尾气脱硫效果。

Description

一种硫磺尾气超重力脱硫装置
技术领域
本发明涉及一种硫磺尾气超重力脱硫装置，属于脱硫技术领域。
背景技术
酸性气是工业生产中的常见工业排放物，尤其多见于炼油厂中；硫磺尾气是酸性气中的一种，气体组成中含有大量的硫化氢和NH3，直接排放会导致对环境的破坏，根据国家对环境治理的要求，GB31570-2015提出了的排放要求，需要将硫化氢和二氧化硫的含量都控制在50mg/m3以内。
目前，常见的对硫磺尾气进行脱硫处理的工艺包括：热焚烧法、催化焚烧法、还原吸收法、还原催化氧化法。热焚烧法是在600℃的环境下对硫磺尾气进行高温处理，焚烧法处理后的硫磺尾气中二氧化硫含量仍高达400-900mg/m3；催化焚烧法较之热焚烧法的温度较低，是在350-430℃的环境下对硫磺尾气进行加热处理，但是催化焚烧后的硫磺尾气中二氧化硫的含量同样高于400-900mg/m3，仍然不符合国标的排放要求；还原吸收法则是在对尾气中硫和二氧化硫进行加氢处理生成硫化氢，同时进行羰基硫和二硫化碳的水解反应生成硫化氢和二氧化碳，此时硫磺尾气中二氧化硫的含量可以达到400-900mg/m3；还原催化氧化法则是在还原吸收法的基础上，进一步利用选择性氧化催化剂作用，将硫化氢与氧发生反应生成单质硫，但是处理后硫磺尾气中二氧化硫的含量仍然无法控制在100mg/m3以内。
此外，还有喷射文丘里(JEV)湿式洗涤法，该方法以NaOH作为一手机，采用吸收塔脱硫，碱液从塔顶喷入，硫磺尾气由塔底向上流动从而在塔内逆流接触，发生传质和反应，从而达到脱硫的目的，但是该方法对于设备的规模以及投资的要求都很大，普适性不强。EDV湿法洗涤法、有机催化烟气综合治理法也同样存在这个问题。最为重要的是，上述常规方法在对硫磺尾气进行处理后很难将硫化氢和二氧化硫的含量降低到100ppm。
超重力是在比地球重力加速度大的多的环境下物质所受的力。在超重力环境下，不同大小分子间的分子扩散和相间传质过程均比常规重力场下的要快得多。气-液、液-液、液-固两相和气-液-固三相在超重力环境下，在多孔道的填料中产生流动接触，极大的剪切力可将液体撕碎成微米至纳米级的液膜、液滴和液丝，产生巨大的和快速更新的相界面。使相间的传质速率比传统的塔器中提高1-3个数量级，单位设备体积的生产效率提高1-2个数量级。
目前，现有技术中还没有利用超重力进行硫磺尾气脱硫的技术。
发明内容
本发明提供了一种硫磺尾气超重力脱硫装置，旨在使用超重力实现对硫磺尾气的脱硫处理。同时，本发明还提供了一种硫磺尾气超重力脱硫工艺。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种硫磺尾气超重力脱硫装置，设置有燃烧炉，燃烧炉具有酸性气入口；
燃烧炉的气体出口顺次连接有冷却器、一级反应器、二级反应器、捕集器、加氢反应器、吸收器；
还设置有超重力机和碱液储存罐；
所述超重力机具有外壳，在外壳的中轴线上贯通外壳设置有动力驱动的中空转轴，所述转轴上设置有可密封的流体进口，在转轴内具有流体通道；在转轴外部，与所述转轴同轴套设连接有套筒，从而在所述转轴与所述套筒内壁之间成形气体通道，在套筒上设置有多个气孔和气体出口；所述转轴朝向所述套筒延伸设置有多个旋转通道，在旋转通道内设置有凸起或者凹入的螺旋通道；所述旋转通道贯通所述套筒设置；
与所述转轴、套筒同轴套设连接有填料筒，在所述填料筒内成形填料区；所述旋转通道、所述气孔均与所述填料区连通；
在外壳上设置有气体进口、气体出口和流体出口，所述气体进口、流体出口均和填料区连通；吸收器的气体出口和超重力机的气体进口连接；
碱液储存罐的碱液出口和超重力机的流体进口连接。
所述旋转通道垂直于所述转轴设置。
多个所述旋转通道的入口直径之和等于或者小于中空转轴的内径。
多个所述气孔的面积之和大于或者等于气体进口的面积。
气体进口的设置为气体切线进入。
所述填料区设置有多层填料；
所述转轴与电机连接。
与所述超重力机的气体出口连接设置有焚烧炉。
本发明还进一步公开了硫磺尾气超重力脱硫工艺，其包括如下步骤：
(1)硫磺尾气进入燃烧炉，在500-1300℃下，进行燃烧；
(2)对经燃烧后的气体进行降温处理直至气体温度到400-450℃；
(3)降温后的气体进入一级反应器，在催化剂作用下，进行制备硫单质的反应，反应时设置温度为380-480℃；
(4)经一级反应后的气体进入二级反应器再次进行制备硫单质的反应，反应温度设置为350-450℃；
(5)反应后利用捕集器对液态硫进行捕集，气体进入加氢反应器中，在催化剂作用下、于320-420℃进行加氢反应；
(6)利用胺液对经加氢反应后的气体进行洗涤吸收；
(7)在旋转状态下，气体经超重力机气体入口进入填料区，氢氧化钠溶液经流体通道、旋转通道后自旋进入填料区，在填料区内，进行气液交换。
在气液交换后，气体对经气液交换后的气体进行焚烧处理。
在事故状态下或开车状态或停工状态下，硫磺尾气可直接进入步骤(7)进行处理。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
1、本发明所述的硫磺尾气超重力脱硫装置，通过设置燃烧炉，且燃烧炉的气体出口顺次连接冷却器、一级反应器、二级反应器、捕集器、加氢反应器、吸收器以及超重力机；首先，利用燃烧炉实现了对硫磺尾气的部分氧化，最为关键的是一定要对经燃烧处理后的气体进行降温反应，并控制在温度为400-450℃；之后，经二级反应器催化反应后，实现了硫化氢和二氧化硫的催化反应，从而可以捕集获得液态硫；经捕集硫后的气体再经加氢还原，利用胺液对气体中的硫化氢进行吸收，但是还是存在不完全的问题，最后经超重力机对未吸收的气体中的硫化氢进行进一步的吸收处理。处理时，利用碱液对硫磺尾气进一步脱硫，利用了独特的超重力机结构，该结构通过在外壳的中轴线上贯通外壳设置具有流体通道的中空转轴，并且在中空转轴外套设具有气体通道功能的套筒，同时在此基础上还成形了与填料区连通的具有螺旋通道的旋转通道，实现了流体经中空转轴后再经旋转通道实现流体的自旋进入，并在进入填料区的一刻在旋转作用力、剪切力和流体的自旋作用力下，周向速度增加，所产生的离心力将流体推向外缘，在这个过程中流体被填料区内的填料切割、破碎、分散，从而形成微米至纳米级的液膜、液滴和液丝，产生巨大、快速更新的相界面，在众多弯曲孔道的填料中产生流动接触，进一步通过和气体的破碎、撕裂混合提高了气液接触的充分度，使得硫磺尾气中的硫化氢和硫醇与碱液发生传质过程和化学反应，在非常短的时间将硫磺尾气中硫化氢脱除，获得了很好的硫磺尾气脱硫效果，可以使得处理后的硫磺尾气中硫化氢和二氧化硫的含量降低到100ppm以下，从而可以省略常规工艺中必须设置的后续焚烧处理步骤。
2、本发明所述的硫磺尾气超重力脱硫装置，进一步还设置了多个所述旋转通道的入口直径之和等于或者小于中空转轴的内径，从而保证旋转通道的内径在适宜的区间内，保证流体的自旋速度和自旋状态，从而进一步提高填料区内液体和气体的充分接触；此外，设置多个所述气孔的面积之和大于或者等于气体进口的面积，是为了保证气体经流体进口进入后通过足够多的气孔分布实现气体进一步充分顺畅得进入填料区内。
3、本发明所述的硫磺尾气超重力脱硫工艺，可以将硫磺尾气直接连接到超重力机的气体进口内进行处理，从而实现了在脱硫装置出现事故无法正常工作时，可以直接导入超重力机内利用碱液对硫磺尾气进行处理，无需像现有技术中为了处置应急状态存在的问题，必须要设置两套硫磺尾气处理装置，在事故状态下选择备用装置进行工作，进而大大降低了硫磺尾气脱硫的成本。该设置也同样适于于该装置开车以及停工状态，都可以将硫磺尾气直接导入超重力机内。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1是本发明所述超重力机的结构示意图；
图中附图标记表示为：1-外壳，2-转轴，3-流体通道，4-套筒，5-气体通道，6-旋转通道，7-填料筒，8-填料区，9-流体进口，10-气体出口，11-气体进口，12-流体出口，13-气孔。
具体实施方式
本发明所述的硫磺尾气超重力脱硫装置，包括超重力机，其具有外壳1，在外壳1上设置有气体进口11和流体出口12，所述外壳1用以固定超重力机内部的旋转结构，并且和旋转结构相配套。对于旋转结构，即在外壳1的中轴线上贯通外壳1设置有动力驱动的中空转轴2，对于动力的选择，在本实施例中选择通过中空转轴2和电机连接来实现在电机启动后对中空转轴2的驱动旋转。此外，在转轴2上设置有流体进口9，并且与流体进口9配套设置有密封结构，转轴2为中空结构从而在转轴2内的中空部分实现了对流体通道3的成形。在本实施例中，对于气体的通道设置，采用在转轴2外部与转轴2套设连接套筒4来实现，从而在转轴2与套筒4内壁之间形成了气体通道5，并在套筒4上设置有多个气孔13；在所述套筒4上还设置有气体出口10；与转轴2内部连通并且朝向套筒4延伸设置有多个旋转通道6，在旋转通道6内设置有凸起或者凹入的螺旋通道，且旋转通道6贯通所述套筒4设置。
在本实施方式中，优选多个旋转通道6均垂直于所述转轴2设置，从而更加利于流体的流动。
超重力机还设置有与转轴2、套筒4同轴套设的填料筒7，填料筒7设置在套筒4外，在填料筒7内成形填料区8，该填料区8和旋转通道6、气孔13均连通，同时填料区8还和气体进口11、流体出口12均连通。在填料筒7内，根据实际需要设置填料，填料可以整体填充，也可以多层铺设，从而将填料区8设置为多层填料区8，目的只要能够保证在超重力机工作时，利用旋转实现在填料区8作用下对气体、液体的旋转切割。碱液储存罐14的碱液出口15和超重力机的流体进口9连接。超重力机的气体出口10和烟气除雾器16连接。此外，进一步设置烟气除雾器的气体出口和鼓风机连接，流体出口12和碱液缓冲罐连接，超重力机的气体出口10和烟气除雾器6之间具有和碱液缓冲罐进一步连接的管路，从而通过超重力机的气体出口10和烟气除雾器6之间的支路管路平衡了气体出口中进入烟气除雾器的气体中的液体分布，从而保证了烟气除雾器的气液分离效率。
作为优选的实施方式，优选多个所述旋转通道6的入口直径之和等于或者小于中空转轴2的内径。当然，在实际的工程实施中，需要根据处理物、处理效果要求的不同，设置不同的入口直径和中空转轴2的尺寸关系。同样地，优选多个所述气孔13的面积之和大于或者等于气体进口11的面积。
此外，还优选气体进口11的设置为气体切线进入。
更优选，在上述实施例的基础上，碱液储存罐14的碱液出口15和超重力机的流体进口9通过动力泵连接，更顺畅得实现碱液经流体进口9进入超重力机内。
此外，本发明所述的硫磺尾气超重力脱硫装置，还设置有燃烧炉，燃烧炉具有酸性气入口；燃烧炉的气体出口顺次连接有冷却器、一级反应器、二级反应器、捕集器、加氢反应器、吸收器；以及碱液储存罐；
吸收器的气体出口和超重力机的气体进口连接；
碱液储存罐的碱液出口和超重力机的流体进口连接。
作为优选的实施方式，与所述超重力机的气体出口连接设置有焚烧炉，从而可以进一步降低气体排出时内部硫化氢的含量。
实施例1
本实施例公开了硫磺尾气超重力脱硫工艺，其包括如下步骤：
(1)硫磺尾气进入燃烧炉，在500℃下，进行燃烧；
(2)对经燃烧后的气体进行降温处理直至气体温度到400℃；
(3)降温后的气体进入一级反应器，在催化剂作用下，进行制备硫单质的反应，反应时设置温度为400℃；
(4)经一级反应后的气体进入二级反应器再次进行制备硫单质的反应，反应温度设置为380℃；
(5)反应后利用捕集器对液态硫进行捕集，气体进入加氢反应器中，在催化剂作用下、于320℃进行加氢反应；
(6)利用胺液对经加氢反应后的气体进行洗涤吸收；
(7)在旋转状态下，气体经超重力机气体入口进入填料区，氢氧化钠溶液经流体通道、旋转通道后自旋进入填料区，在填料区内，进行气液交换。
在气液交换后，气体对经气液交换后的气体进行焚烧处理。
实施例2
本实施例公开了硫磺尾气超重力脱硫工艺，其包括如下步骤：
(1)硫磺尾气进入燃烧炉，在900℃下，进行燃烧；
(2)对经燃烧后的气体进行降温处理直至气体温度到430℃；
(3)降温后的气体进入一级反应器，在催化剂作用下，进行制备硫单质的反应，反应时设置温度为380℃；
(4)经一级反应后的气体进入二级反应器再次进行制备硫单质的反应，反应温度设置为350℃；
(5)反应后利用捕集器对液态硫进行捕集，气体进入加氢反应器中，在催化剂作用下、于380℃进行加氢反应；
(6)利用胺液对经加氢反应后的气体进行洗涤吸收；
(7)在旋转状态下，气体经超重力机气体入口进入填料区，氢氧化钠溶液经流体通道、旋转通道后自旋进入填料区，在填料区内，进行气液交换。
实施例3
本实施例公开了硫磺尾气超重力脱硫工艺，其包括如下步骤：
(1)硫磺尾气进入燃烧炉，在1300℃下，进行燃烧；
(2)对经燃烧后的气体进行降温处理直至气体温度到450℃；
(3)降温后的气体进入一级反应器，在催化剂作用下，进行制备硫单质的反应，反应时设置温度为480℃；
(4)经一级反应后的气体进入二级反应器再次进行制备硫单质的反应，反应温度设置为450℃；
(5)反应后利用捕集器对液态硫进行捕集，气体进入加氢反应器中，在催化剂作用下、于420℃进行加氢反应；
(6)利用胺液对经加氢反应后的气体进行洗涤吸收；
(7)在旋转状态下，气体经超重力机气体入口进入填料区，氢氧化钠溶液经流体通道、旋转通道后自旋进入填料区，在填料区内，进行气液交换。
在气液交换后，气体对经气液交换后的气体进行焚烧处理。
在事故状态下，硫磺尾气可直接进入步骤(7)进行处理。
对比例1
本对比例公开了硫磺尾气超重力脱硫工艺，其包括如下步骤：
(1)硫磺尾气进入燃烧炉，在500℃下，进行燃烧；
(2)经燃烧后的气体进入一级反应器，在催化剂作用下，进行制备硫单质的反应，反应时设置温度为400℃；
(3)经一级反应后的气体进入二级反应器再次进行制备硫单质的反应，反应温度设置为380℃；
(4)反应后利用捕集器对液态硫进行捕集，气体进入加氢反应器中，在催化剂作用下、于320℃进行加氢反应；
(5)利用胺液对经加氢反应后的气体进行洗涤吸收；
(6)在旋转状态下，气体经超重力机气体入口进入填料区，氢氧化钠溶液经流体通道、旋转通道后自旋进入填料区，在填料区内，进行气液交换。
对比例2
本实施例公开了硫磺尾气超重力脱硫工艺，其包括如下步骤：
(1)硫磺尾气进入燃烧炉，在500℃下，进行燃烧；
(2)对经燃烧后的气体进行降温处理直至气体温度到400℃；
(3)降温后的气体进入一级反应器，在催化剂作用下，进行制备硫单质的反应，反应时设置温度为400℃；
(4)经一级反应后的气体进入二级反应器再次进行制备硫单质的反应，反应温度设置为380℃；
(5)反应后利用捕集器对液态硫进行捕集，气体进入加氢反应器中，在催化剂作用下、于320℃进行加氢反应；
(6)利用胺液对经加氢反应后的气体进行洗涤吸收。
在上述实施例和对比例中，一级反应器和二级反应器中使用的催化剂为PSR硫磺回收催化剂，具体指标为：
本发明所述的超重力硫磺尾气脱硫装置，本发明所述的硫磺尾气处理装置，在工作时，硫磺尾气首先进入燃烧炉，在500-1300℃下，进行燃烧，将部分硫化氢氧化为二氧化硫，之后对气体进行降温处理直至气体温度到400-450℃，进入一级反应器在催化剂作用下进行制备硫单质的反应，反应时设置温度为380-480℃，随后进入二级反应器再次进行制备硫单质的反应，反应温度设置为350-450℃；反应结束后，利用捕集器对液态硫进行捕集，剩余未反应的气体进入加氢反应器中，在催化剂作用下、于320-420℃进行加氢反应，气体中剩余的二氧化硫被还原为硫化氢，利用胺液对气体中的硫化氢进行洗涤吸收，之后气体中的硫含量降低为400-450ppm。最后，将气体引入超重力机中，利用氢氧化钠碱液对气体进行吸收，吸收后的气体中硫化氢和二氧化硫的含量低于50ppm。
在超重力机中，工作时，超重力机开始在电机驱动下利用转轴2进行转轴2、套筒4、填料筒7的统一旋转，硫磺尾气经超重力机的气体进口11以切线形式经气体进口11进入超重力机外壳1内并进一步进入填料区8内，碱液经碱液储存罐14的碱液出口15、超重力机的流体进口9进入中空转轴2内的流体通道3内，并流动至旋转通道6的入口，再次经旋转通道6入口进入旋转通道6内，在旋转通道6内部的凸起或者凹入的螺旋通道的引流作用下，形成流体的旋转流动，并在此作用下进入与通道连通的填料区8内，并在进入填料区8的一刻形成流体的自旋作用力和自旋流向。与此同时，气体则通过气体进口11进入套筒4内，经套筒4这个气体通道5充满整个套筒4，最后通过若干气孔13进入填料区8内。气体和流体均进入填料区8内，并在进入填料区8的一刻在旋转作用力、剪切力和流体的自旋作用力下，周向速度增加，所产生的离心力将流体推向外缘，在这个过程中流体被填料区8内的填料切割、破碎、分散，从而形成微米至纳米级的液膜、液滴和液丝，产生巨大、快速更新的相界面，在众多弯曲孔道的填料中产生流动接触，使得硫磺尾气中的硫化氢和硫醇与碱液发生传质过程和化学反应，在非常短的时间将硫磺尾气中硫化氢脱除。之后，流体汇集后经流体出口12离开超重力机，脱硫后的气体自气体出口10离开超重力机。
测试例
本发明所述的硫磺尾气超重力脱硫装置和工艺，将硫磺尾气导入该装置中，采用对应实施例中的工艺及参数，经测试显示如下，经处理后的硫磺尾气中的硫含量具体为：
实施例 实施例1 实施例2 实施例3 对比例1 对比例2
硫含量 38 32 33 103 138
经上述测试结果可知，本发明所述的超重力脱硫装置，可以通过合理的脱硫装置结构设置和工艺设置，使得硫化氢和二氧化硫的含量可有效降低到50ppm以下。
虽然本发明已经通过上述具体实施例对其进行了详细阐述，但是，本专业普通技术人员应该明白，在此基础上所做出的未超出权利要求保护范围的任何形式和细节的变化，均属于本发明所要保护的范围。

Claims (10)

1.一种硫磺尾气超重力脱硫装置，其特征在于，设置有燃烧炉，燃烧炉具有酸性气入口；
燃烧炉的气体出口顺次连接有冷却器、一级反应器、二级反应器、捕集器、加氢反应器、吸收器；
还设置有超重力机和碱液储存罐；
所述超重力机具有外壳，在外壳的中轴线上贯通外壳设置有动力驱动的中空转轴，所述转轴上设置有可密封的流体进口，在转轴内具有流体通道；在转轴外部，与所述转轴同轴套设连接有套筒，从而在所述转轴与所述套筒内壁之间成形气体通道，在套筒上设置有多个气孔和气体出口；所述转轴朝向所述套筒延伸设置有多个旋转通道，在旋转通道内设置有凸起或者凹入的螺旋通道；所述旋转通道贯通所述套筒设置；
与所述转轴、套筒同轴套设连接有填料筒，在所述填料筒内成形填料区；所述旋转通道、所述气孔均与所述填料区连通；
在外壳上设置有气体进口、气体出口和流体出口，所述气体进口、流体出口均和填料区连通；吸收器的气体出口和超重力机的气体进口连接；
碱液储存罐的碱液出口和超重力机的流体进口连接。
2.根据权利要求1所述的硫磺尾气超重力脱硫装置，其特征在于，所述旋转通道垂直于所述转轴设置。
3.根据权利要求1或2所述的硫磺尾气超重力脱硫装置，其特征在于，多个所述旋转通道的入口直径之和等于或者小于中空转轴的内径。
4.根据权利要求3所述的硫磺尾气超重力脱硫装置，其特征在于，多个所述气孔的面积之和大于或者等于气体进口的面积。
5.根据权利要求1或2或4所述的硫磺尾气超重力脱硫装置，其特征在于，气体进口的设置为气体切线进入。
6.根据权利要求5所述的硫磺尾气超重力脱硫装置，其特征在于，所述填料区设置有多层填料；
所述转轴与电机连接。
7.根据权利要求1或2或4或6所述的硫磺尾气超重力脱硫装置，其特征在于，与所述超重力机的气体出口连接设置有焚烧炉。
8.硫磺尾气超重力脱硫工艺，其包括如下步骤：
(1)硫磺尾气进入燃烧炉，在500-1300℃下，进行燃烧；
(2)对经燃烧后的气体进行降温处理直至气体温度到400-450℃；
(3)降温后的气体进入一级反应器，在催化剂作用下，进行制备硫单质的反应，反应时设置温度为380-480℃；
(4)经一级反应后的气体进入二级反应器再次进行制备硫单质的反应，反应温度设置为350-450℃；
(5)反应后利用捕集器对液态硫进行捕集，气体进入加氢反应器中，在催化剂作用下、于320-420℃进行加氢反应；
(6)利用胺液对经加氢反应后的气体进行洗涤吸收；
(7)在旋转状态下，气体经超重力机气体入口进入填料区，氢氧化钠溶液经流体通道、旋转通道后自旋进入填料区，在填料区内，进行气液交换。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在气液交换后，气体对经气液交换后的气体进行焚烧处理。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，在事故状态下或开车状态或停工状态下，硫磺尾气可直接进入步骤(7)进行处理。
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