CN111252741B

CN111252741B - 一种工业合成硫化氢气体的稳态装置及方法

Info

Publication number: CN111252741B
Application number: CN202010159394.0A
Authority: CN
Inventors: 朱伯麟
Original assignee: 朱伯麟
Current assignee: CHANGSHA HASKY ENVIRONMENTAL PROTECTION TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co.,Ltd.
Priority date: 2019-12-27
Filing date: 2020-03-09
Publication date: 2020-10-02
Anticipated expiration: 2040-03-09
Also published as: CN111252741A

Abstract

本发明公开了一种工业合成硫化氢气体的稳态装置及方法，该装置包括液硫储输单元、H₂输入单元、H₂S合成单元、H₂S净化单元和H₂S冷却储存单元。所述液硫储输单元和H₂输入单元分别与H₂S合成单元连接，所述H₂S净化单元与H₂S合成单元连接，H₂S冷却储存单元与H₂S净化单元连接。本发明从工业生产的连续性、稳定性、系统本质安全为出发点，以氢气和硫磺为原料，通过工艺配置实现了高纯硫化氢的长周期稳态生产。该发明的装置及技术具有系统副产物少、节能环保性强、硫化氢产品的单耗低、系统运行经济型优等特点。

Description

一种工业合成硫化氢气体的稳态装置及方法

技术领域

本发明属于化工技术领域，具体涉及一种工业上合成硫化氢气体的装置、方法。

背景技术

硫化氢是一种剧毒且极其危险的无机化合物，作为一种重要的化学原料，常用于制取有机及无机硫化物，被广泛应用于国防化工、电子工业半导体元件的生产及金属表面的改性处理等领域。近年来随着国家对环保领域的重视，硫化氢作为一种清洁的高效的还原剂，被更多地广泛应用在重金属废水的治理领域，尤其适用于有色金属冶炼产生的多组分、重金属含量高的复杂矿冶废水。

工业上常用硫化钠、硫铁矿等含硫化合物与酸分解制取硫化氢，但由于该工艺存在产气速率不稳定、副反应产生大量盐分、反应后期动力不足等缺点，已逐步被氢气和硫磺直接合成法所代替。为了保证反应朝正方向进行，同时避免分离氢气和硫化氢，工业生产上用氢气和硫磺合成硫化氢的工艺中一般控制液硫过量，但该技术目前仍然存在液硫雾沫夹带堵塞、工业生产连续性差等制约系统长周期运行的关键因素。如何连续稳定合成高浓度硫化氢气体是目前行业内面临的一个工程化难题。

发明内容

本发明的目的在于针对现有氢气和硫磺合成硫化氢系统设备和管路频繁堵塞、装置稳定性差、系统停产检修次数多且检维修量大的问题，提供一种工业合成硫化氢气体的稳态装置。

本发明的另一目的在于提供一种利用上述稳态装置合成硫化氢气体的方法。

本发明的技术方案：一种工业合成硫化氢气体的稳态装置，包括液硫储输单元、H₂输入单元、H₂S合成单元、H₂S净化单元和H₂S冷却储存单元。所述液硫储输单元和H₂输入单元分别与H₂S合成单元连接，所述H₂S净化单元与H₂S合成单元连接，H₂S冷却储存单元与H₂S净化单元连接；

所述液硫储输单元的液硫储槽上设置温度表Ⅰ和液位计Ⅰ，液硫计量泵入口与液硫储槽底阀通过液硫计量泵入口管连接，液硫计量泵出口管上设置液硫开关阀和压力变送器Ⅰ，液硫储槽设有液硫输入管、进硫阀，液硫输入管连接液硫输入管路；所述H₂输入单元的H₂输入管路上沿气流方向依次设置有H₂输入管、止逆阀Ⅰ和H₂进料阀，N₂管路Ⅰ上沿气流方向依次设置有N₂开关阀Ⅰ和止逆阀Ⅱ，N₂管路Ⅰ与H₂输入管路连接；所述H₂S合成单元的H₂S合成塔侧部与液硫计量泵出口管和H₂进料阀连接，也通过排硫阀和排硫管与液硫捕沫器连接，下部通过液硫循环管和液硫循环阀与液硫储槽连接；所述H₂S净化单元的液硫捕沫器进气口与H₂S合成塔出口通过管道连接，管道上设置H₂S进气阀，所述液硫捕沫器出气口通过管道与H₂S冷却器连接，管道上设置H₂S出气阀，N₂吹扫系统进入液硫捕沫器的管路沿进气方向依次设置N₂管Ⅱ、N₂开关阀Ⅱ、电加热器Ⅱ、止逆阀Ⅲ和N₂吹扫进气阀，液硫捕沫器废气体出来后从液硫捕沫器经吹扫排气阀和吹扫排气管后进入尾气处理；所述H₂S冷却储存单元的H₂S冷却器的管程进口H₂S出气管路连接，管程出口与H₂S储罐连接，壳程进出口连接H₂S冷却系统，H₂S储罐的出口通过合格气阀门和合格气管道输送成品H₂S气体，不合格气经不合格气置换阀、不合格气管道去往尾气处理。

所述H₂S净化单元、液硫储槽、H₂S合成塔、液硫捕沫器以及上述与液硫接触的管道和阀门均设置夹套伴热。

所述排硫管设置竖向U型弯，U型弯的高度根据液硫捕沫器的压降确定。

所述H₂S净化单元设置H₂S旁路阀，以备液硫捕沫器异常时系统能够连续稳定运行。

一种利用上述的一种工业合成硫化氢气体的稳态装置的方法，按照下述步骤进行：

步骤1：首先打开H₂S冷却储存单元中H₂S冷却器的循环上水阀和循环回水阀，确保循环水正常供应；

步骤2：关闭液硫循环阀和液硫储槽底阀，打开进硫阀，待液硫储槽液位计Ⅰ到达60%-80%时关闭液硫储槽进硫阀，通过蒸汽夹套监视并控制温度表Ⅰ处于140-150℃时间；

步骤3：依次打开气相系统至废气系统的阀门：不合格气置换阀、H₂S控制阀、H₂S出气阀、H₂S进气阀和H₂S旁路阀，关闭H₂进料阀和H₂S净化单元N₂吹扫系统的所有阀门，然后打开H₂S合成塔入口H₂输入管上的N₂开关阀Ⅰ。用N₂置换系统，直至装置末端取样口分析氮含氧＜0.5%即可；

步骤4：先后打开液硫储槽底阀和液硫开关阀，启动液硫计量泵，使液位计Ⅱ达到80%时停止液硫计量泵并关闭液硫开关阀，启动电加热器Ⅰ使液硫升温至460℃-480℃；

步骤5：关闭H₂S净化单元的H₂S旁路阀和排硫阀，打开H₂输入单元的H₂进料阀，启动液硫计量泵并打开液硫开关阀，控制H₂S合成单元的温度表Ⅱ、温度表Ⅲ、液位计Ⅱ和压力变送器Ⅱ在控制范围内，控制H₂S净化单元液硫捕沫器的差压计的数值在控制10KPa内，使之稳定运行；

步骤6：从H₂S储罐取样分析，H₂S纯度大于99%时关闭不合格气置换阀，合格气储存在缓冲罐中供用户使用；

步骤7：当液硫捕沫器的压降超过10KPa时，先打开H₂S旁路阀，然后依次关闭H₂S出气阀、H₂S进气阀和排硫阀，开启N₂吹扫系统：先后打开吹扫排气阀和N₂开关阀Ⅱ，启动电加热器Ⅱ，待差压计显示正常后先停止电加热器Ⅱ，然后依次关闭吹扫排气阀和N₂开关阀Ⅱ，并依次打开H₂S出气阀、H₂S进气阀和排硫阀，关闭H₂S旁路阀。

本发明的有益效果是：本发明提供的一种工业化连续稳定制取剧毒硫化氢气体的装置，本发明的装置及方法控制合理，安全程度高，生产出的硫化氢气体纯度高、系统副产物少，节能环保性强，更重要的是工业上能够连续稳定运行，从根本上解决了过量的液硫组分堵塞管道和设备的行业瓶颈。

附图说明

图1是本工业合成硫化氢气体的稳态装置组成示意图；

图中各标号表示：

1、液硫储输单元；11、液硫输入管路；111、液硫输入管；112、进硫阀；12、液硫储槽；13、温度表Ⅰ；14、液位计Ⅰ；15、液硫导管；16、液硫储槽底阀；17、液硫计量泵；18、液硫进料管；181、液硫计量泵入口管；182液硫计量泵出口管；183、液硫开关阀；184、压力变送器Ⅰ；19、呼吸气管路；191、呼吸阀、192、呼吸气管道；2、H₂输入单元；21、H₂输入管路；211、H₂输入管；212、止逆阀Ⅰ；213、H₂进料阀；22、N₂管路Ⅰ；221、N₂开关阀Ⅰ；222、止逆阀Ⅱ；223、N₂管Ⅰ；3、H₂S合成单元；31、H₂S合成塔；32、电加热器Ⅰ；33、温度表Ⅱ、34、温度表Ⅲ；35、液位计Ⅱ；36、压力变送器Ⅱ、37、液硫循环管；38、液硫循环阀；4、H₂S净化单元；41、H₂S进气管路；411、H₂S进气阀；412、H₂S进气管；42；液硫捕沫器；43、H₂S出气管路；431、H₂S出气阀；432、H₂S出气管；44、差压计；45、液位计Ⅲ、46、排硫阀；47、排硫管；48、H₂S旁路阀；49、N₂吹扫系统；491、N₂管Ⅱ；492、N₂开关阀Ⅱ；493、电加热器Ⅱ；494、止逆阀Ⅲ；495、N₂吹扫进气阀；496、吹扫排气阀；497、吹扫排气管；5、H₂S冷却储存单元；51、H₂S冷却器；52、H₂S冷却系统；521、循环上水阀；522、循环上水管；523、循环回水管；524、循环回水阀；53、H₂S控制阀；54、H₂S气体管；55、H₂S储存系统；551、H₂S储罐、552、压力变送器Ⅲ；553、安全阀；554、不合格气置换阀；555、不合格气管道；556、合格气阀门；557、合格气管道；56、分析口。

具体实施方式

一种工业合成硫化氢气体的稳态装置，包括液硫储输单元1、H₂输入单元2、H₂S合成单元3、H₂S净化单元4和H₂S冷却储存单元5，所述液硫储输单元1和H₂输入单元2分别与H₂S合成单元3连接，所述H₂S净化单元4与H₂S合成单元3连接，H₂S冷却储存单元5与H₂S净化单元4连接；

所述液硫储输单元1的液硫储槽12上设置温度表Ⅰ13和液位计Ⅰ14，液硫计量泵17入口与液硫储槽底阀16通过液硫计量泵入口管181连接，液硫计量泵出口管182上设置液硫开关阀183和压力变送器Ⅰ184，液硫储槽12设有液硫输入管111、进硫阀112，液硫输入管111连接液硫输入管路11；所述H₂输入单元2的H₂输入管路21上沿气流方向依次设置有H₂输入管211、止逆阀Ⅰ212和H₂进料阀213，N₂管路Ⅰ22上沿气流方向依次设置有N₂开关阀Ⅰ221和止逆阀Ⅱ222，N₂管路Ⅰ22与H₂输入管路21连接；所述H₂S合成单元3的H₂S合成塔31侧部与液硫计量泵出口管182和H₂进料阀213连接，也通过排硫阀46和排硫管47与液硫捕沫器42连接，下部通过液硫循环管37和液硫循环阀38与液硫储槽12连接；所述H₂S净化单元4的液硫捕沫器42进气口与H₂S合成塔31出口通过管道连接，管道上设置H₂S进气阀411，所述液硫捕沫器42出气口通过管道与H₂S冷却器51连接，管道上设置H₂S出气阀431，N₂吹扫系统49进入液硫捕沫器42的管路沿进气方向依次设置N₂管Ⅱ491、N₂开关阀Ⅱ492、电加热器Ⅱ493、止逆阀Ⅲ494和N₂吹扫进气阀495，液硫捕沫器42废气体出来后从液硫捕沫器42经吹扫排气阀496和吹扫排气管497后进入尾气处理；所述H₂S冷却储存单元5的H₂S冷却器的管程进口H₂S出气管路43连接，管程出口与H₂S储罐551连接，壳程进出口连接H₂S冷却系统52，H₂S储罐551的出口通过合格气阀门556和合格气管道557输送成品H₂S气体，不合格气经不合格气置换阀554、不合格气管道555去往尾气处理。

H₂S净化单元4、液硫储槽12、H₂S合成塔31、液硫捕沫器42以及上述与液硫接触的管道和阀门均设置夹套伴热。

排硫管47设置竖向U型弯，U型弯的高度根据液硫捕沫器42的压降确定。

H₂S净化单元4设置H₂S旁路阀48，以备液硫捕沫器42异常时系统能够连续稳定运行。

将上述一种工业合成硫化氢气体的稳态装置应用于某镍冶炼污酸的80kg/h的H₂S合成装置中，装置开车时首先打开H₂S冷却储存单元5中H₂S冷却器51的循环上水阀521和循环回水阀524，确保循环水正常供应；关闭液硫循环阀38和液硫储槽底阀16，打开进硫阀112，待液硫储槽液位计Ⅰ14到达60%-80%时关闭液硫储槽进硫阀112，通过蒸汽夹套监视并控制温度表Ⅰ13处于140-150℃时间；依次打开气相系统至废气系统的阀门：不合格气置换阀554、H₂S控制阀53、H₂S出气阀431、H₂S进气阀411和H₂S旁路阀48，关闭H₂进料阀213和H₂S净化单元N₂吹扫系统49的所有阀门。然后打开H₂S合成塔31入口H₂输入管上的N₂开关阀Ⅰ221。用N₂置换系统，直至装置末端取样口分析氮含氧＜0.5%即可；先后打开液硫储槽底阀16和液硫开关阀183，启动液硫计量泵17，使液位计Ⅱ35达到80%时停止液硫计量泵17并关闭液硫开关阀183。启动电加热器Ⅰ32使液硫升温至460℃-480℃；关闭H₂S净化单元4的H₂S旁路阀48和排硫阀46，打开H₂输入单元2的H₂进料阀213，启动液硫计量泵17并打开液硫开关阀183，控制H₂S合成单元的温度表Ⅱ33、温度表Ⅲ34、液位计Ⅱ35和压力变送器Ⅱ36在控制范围内，控制H₂S净化单元液硫捕沫器的差压计44的数值在控制10KPa内，使之稳定运行；从H₂S储罐551取样分析，H₂S纯度大于99%时关闭不合格气置换阀554，合格气储存在缓冲罐中供用户使用。

某日DCS报警显示H₂S净化单元4的差压计44压差为11.5KPa，需按照以下方法进行处置：先打开H₂S旁路阀48，然后依次关闭H₂S出气阀431、H₂S进气阀411和排硫阀46，然后开启N₂吹扫系统：依次打开吹扫排气阀496和N₂开关阀Ⅱ492，启动电加热器Ⅱ493，待差压计降低至10KPa以下后，先停止电加热器Ⅱ493，再依次关闭吹扫排气阀496和N₂开关阀Ⅱ492，然后依次打开H₂S出气阀431、H₂S进气阀411和排硫阀46，关闭H₂S旁路阀48。

Claims

1.一种工业合成硫化氢气体的稳态装置，其特征是：包括液硫储输单元（1）、H₂输入单元（2）、H₂S合成单元（3）、H₂S净化单元（4）和H₂S冷却储存单元（5），所述液硫储输单元（1）和H₂输入单元（2）分别与H₂S合成单元（3）连接，所述H₂S净化单元（4）与H₂S合成单元（3）连接，H₂S冷却储存单元（5）与H₂S净化单元（4）连接；

所述液硫储输单元（1）的液硫储槽（12）上设置温度表Ⅰ（13）和液位计Ⅰ（14），液硫计量泵（17）入口与液硫储槽底阀（16）通过液硫计量泵入口管（181）连接，液硫计量泵出口管（182）上设置液硫开关阀（183）和压力变送器Ⅰ（184），液硫储槽（12）设有液硫输入管（111）、进硫阀（112），液硫输入管（111）连接液硫输入管路（11）；所述H₂输入单元（2）的H₂输入管路（21）上沿气流方向依次设置有H₂输入管（211）、止逆阀Ⅰ（212）和H₂进料阀（213），N₂管路Ⅰ（22）上沿气流方向依次设置有N₂开关阀Ⅰ（221）和止逆阀Ⅱ（222），N₂管路Ⅰ（22）与H₂输入管路（21）连接；所述H₂S合成单元（3）的H₂S合成塔（31）侧部与液硫计量泵出口管（182）和H₂进料阀（213）连接，也通过排硫阀（46）和排硫管（47）与液硫捕沫器（42）连接，下部通过液硫循环管（37）和液硫循环阀（38）与液硫储槽（12）连接；所述H₂S净化单元（4）的液硫捕沫器（42）进气口与H₂S合成塔（31）出口通过管道连接，管道上设置H₂S进气阀（411），所述液硫捕沫器（42）出气口通过管道与H₂S冷却器（51）连接，管道上设置H₂S出气阀（431），N₂吹扫系统（49）进入液硫捕沫器（42）的管路沿进气方向依次设置N₂管Ⅱ（491）、N₂开关阀Ⅱ（492）、电加热器Ⅱ（493）、止逆阀Ⅲ（494）和N₂吹扫进气阀（495），液硫捕沫器（42）废气体出来后从液硫捕沫器（42）经吹扫排气阀（496）和吹扫排气管（497）后进入尾气处理；所述H₂S冷却储存单元（5）的H₂S冷却器的管程进口H₂S出气管路（43）连接，管程出口与H₂S储罐（551）连接，壳程进出口连接H₂S冷却系统（52），H₂S储罐（551）的出口通过合格气阀门（556）和合格气管道（557）输送成品H₂S气体，不合格气经不合格气置换阀（554）、不合格气管道（555）去往尾气处理。

2.如权利要求1所述的一种工业合成硫化氢气体的稳态装置，其特征是：所述H₂S净化单元（4）、液硫储槽（12）、H₂S合成塔（31）、液硫捕沫器（42）以及上述与液硫接触的管道和阀门均设置夹套伴热。

3.如权利要求1所述的一种工业合成硫化氢气体的稳态装置，其特征是：所述排硫管（47）设置竖向U型弯，U型弯的高度根据液硫捕沫器（42）的压降确定。

4.如权利要求1所述的一种工业合成硫化氢气体的稳态装置，其特征是：所述H₂S净化单元（4）设置H₂S旁路阀（48），以备液硫捕沫器（42）异常时系统能够连续稳定运行。

5.一种利用权利要求4所述的一种工业合成硫化氢气体的稳态装置的方法，其特征是：按照下述步骤进行：

步骤1：首先打开H₂S冷却储存单元（5）中H₂S冷却器（51）的循环上水阀（521）和循环回水阀（524），确保循环水正常供应；

步骤2：关闭液硫循环阀（38）和液硫储槽底阀（16），打开进硫阀（112），待液硫储槽液位计Ⅰ（14）到达60%-80%时关闭液硫储槽进硫阀（112），通过蒸汽夹套监视并控制温度表Ⅰ（13）处于140-150℃时间；

步骤3：依次打开气相系统至废气系统的阀门：不合格气置换阀（554）、H₂S控制阀（53）、H₂S出气阀（431）、H₂S进气阀（411）和H₂S旁路阀（48），关闭H₂进料阀（213）和H₂S净化单元N₂吹扫系统（49）的所有阀门，然后打开H₂S合成塔（31）入口H₂输入管上的N₂开关阀Ⅰ（221），用N₂置换系统，直至装置末端取样口分析氮含氧＜0.5%即可；

步骤4：先后打开液硫储槽底阀（16）和液硫开关阀（183），启动液硫计量泵（17），使液位计Ⅱ（35）达到80%时停止液硫计量泵（17）并关闭液硫开关阀（183），启动电加热器Ⅰ（32）使液硫升温至460℃-480℃；

步骤5：关闭H₂S净化单元（4）的H₂S旁路阀（48）和排硫阀（46），打开H₂输入单元（2）的H₂进料阀（213），启动液硫计量泵（17）并打开液硫开关阀（183），控制H₂S合成单元的温度表Ⅱ（33）、温度表Ⅲ（34）、液位计Ⅱ（35）和压力变送器Ⅱ（36）在控制范围内，控制H₂S净化单元液硫捕沫器的差压计（44）的数值在控制10KPa内，使之稳定运行；

步骤6：从H₂S储罐（551）取样分析，H₂S纯度大于99%时关闭不合格气置换阀（554），合格气储存在缓冲罐中供用户使用；

步骤7：当液硫捕沫器（42）的压降超过10KPa时，先打开H₂S旁路阀（48），然后依次关闭H₂S出气阀（431）、H₂S进气阀（411）和排硫阀（46），开启N₂吹扫系统：先后打开吹扫排气阀（496）和N₂开关阀Ⅱ（492），启动电加热器Ⅱ（493），待差压计显示正常后先停止电加热器Ⅱ（493），然后依次关闭吹扫排气阀（496）和N₂开关阀Ⅱ（492），并依次打开H₂S出气阀（431）、H₂S进气阀（411）和排硫阀（46），关闭H₂S旁路阀（48）。