CN112354330A - 一种高选择性回收硫化氢气体的系统及方法 - Google Patents

一种高选择性回收硫化氢气体的系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及工业气体吸收领域，具体涉及一种高选择性回收硫化氢气体的系统及方法，该系统包括分液罐、吸收塔、吸收剂富液泵、贫富液换热器、吸收剂贫液泵、解析塔、虹吸式再沸器、冷阱和压缩机。采用新型高选择性硫化氢吸收剂，工艺通过吸收和解析的方法，高选择性的将工业气体中的硫化氢分离出来，得到高纯度的硫化氢气体。本发明系统和方法，可以高选择性的回收工业气体中的硫化氢气体，吸收和解析实现连续不间断生产；通过吸收级数的不同，实现吸收后尾气硫化氢含量的不同；原料吸收剂损耗极低，年损耗率1%~2%，运营费用低。

Description

一种高选择性回收硫化氢气体的系统及方法
技术领域
本发明涉及工业气体吸收领域，具体涉及一种高选择性回收硫化氢气体的系统及方法。
背景技术
H2S是一种剧毒的腐蚀性气体，它广泛存在于天然气、合成气和加氢脱硫气等工业气中。H2S的存在会对能源利用过程的安全和效率造成巨大的威胁，因此必须要将其从工业气中进行选择性脱除。
工业上已开发的H2S脱除方法主要可分为干法和湿法。干法包括固体吸附法、催化氧化法等。固体吸附法工艺简单、操作方便，但H2S脱除效率低、吸附剂消耗量大，易产生大量固体废弃物，造成严重二次污染。催化氧化法技术较为成熟，但工艺路线长、设备投资大，且受H2S转化反应的热力学限制，无法解决尾气中2~5%的H2S残留问题。湿法则包括物理吸收法、化学吸收法、吸收氧化法等。物理吸收法的吸收剂易再生，但H2S脱除效率低，通常只能在低温、高压的条件下应用。化学吸收法的H2S脱除效率较高，工业上常用的化学吸收剂是有机醇胺，如乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)、甲基二乙醇胺(MDEA)等。吸收氧化法工艺简单，但吸收剂再生困难、H2S转化产物纯度差。目前，湿法H2S脱除技术的主流仍然是有机醇胺化学吸收法。然而，有机醇胺易挥发而损失，易氧化降解为有机酸而失活，且再生能耗高。因此，迫切需要发展H2S脱除效率高、稳定性好、易再生的绿色、节能的工艺方法。
发明内容
为了克服上述中存在的问题，提供了一种高选择性吸收、解析获得高纯度硫化氢气体，且吸收剂循环使用的工艺系统方法。具体系统如下：
一种高选择性回收硫化氢气体的系统：该系统包括分液罐、吸收塔、吸收剂富液泵、贫富液换热器、吸收剂贫液泵、解析塔、虹吸式再沸器、冷阱和压缩机；
所述分液罐设置是夹套双层罐，夹套内通冷媒，罐体温度保持在5℃以内，罐体内设置挡液板、除沫器和积液包，冷凝的液体在积液包中汇集后排出，气体通过除沫器进入吸收塔；
所述吸收塔下部设置有待回收气体进口，上部设置有吸收剂进口和净化气体出口，底部设置吸收剂富液出口，所述吸收剂富液出口连接至吸收剂富液泵；
所述解析塔上部设置有吸收剂富液进口和硫化氢解析气出口，下部与虹吸式再沸器连接，底部设吸收剂贫液出口；所述吸收剂贫液出口连接至吸收剂贫液泵；
所述吸收剂富液泵和吸收剂贫液泵泵出料液分别进入贫富液换热器，经换热后，吸收剂贫液连接至所述吸收塔上部设置的吸收剂贫液进口，吸收剂富液连接至所述解析塔上部设置的吸收剂富液进口；
所述解析塔的硫化氢气体出口连接至冷阱上部的硫化氢进口，冷阱上部还设置有硫化氢出气口连接至压缩机，冷阱底部设置有吸收剂贫液出口并连接至解析塔回流口，冷阱侧壁上下分别设置有低温水出水口和低温水进水口。
进一步的方案，所述吸收塔采用组装式填料吸收塔，分塔顶段、塔底段、塔中段，塔高根据吸收要求通过塔中段增减调节，各塔段设置压力监测表，塔顶和塔釜分别设置温度监测表。
进一步的方案，所述解析塔采用配置吸收式再沸器的板式解析塔，解析塔采用组装式板式解析塔，分塔顶段、塔底段、塔中段，塔高根据吸收要求通过塔中段增减调节，各塔段设置压力监测表，塔顶和塔釜分别设置温度监测表。虹吸式再沸器可拆卸，根据再沸需求量调换不同规格再沸器。
进一步的方案，该系统还包括工业气体除水分液罐，分液罐设置是夹套双层罐，夹套内通冷媒，罐体温度保持在5℃以内，罐体内设置挡液板、除沫器和积液包，冷凝的液体在积液包中汇集后排出，气体通过除沫器进入吸收塔。
进一步的方案，该系统还包括自动控制系统，解析温度过高，能源浪费且可能损坏吸收剂，解析温度过低，不能解析完全。通过解析塔解析后硫化氢气体温度控制再沸器蒸汽入口通气量，使解析温度适合。
此外，本发明还提供一种采用上述系统吸收硫化氢气体的方法，具体包括如下步骤：
步骤①：含硫化氢的工业气与吸收剂进入分液罐，除去水和烃类物质，净化后的工业气进入下一步骤处理；
步骤②：含硫化氢的工业气与吸收剂进入吸收塔，在吸收塔中进行化学反应，生成净化气和含硫化氢吸收剂的吸收剂富液，净化气排出吸收塔，吸收剂富液进入下一步骤处理；
步骤③：吸收剂富液通过吸收剂富液泵泵打入贫富液换热器换热后进入解析塔，在加热减压条件下解吸出硫化氢和干净的吸收剂即吸收剂贫液；
步骤④：通过解吸，吸收剂贫液通过吸收剂贫液泵泵入贫富液换热器换热后回到吸收塔，循环使用；
步骤⑤：通过步骤③解吸出的硫化氢经过冷阱的处理后排出，硫化氢最终纯度可达99%以上，排出硫化氢气体通过压缩机进入工厂回用。
进一步的方案，所述吸收剂由强碱性质子型离子液体和低挥发性有机溶剂构成，所述强碱性质子型离子液体的阳离子为质子化1,8-二氮杂二环[5.4.0]十一碳-7-烯、质子化1,5-二氮双环[4.3.0]壬烯、质子化1,1,3,3-四甲基胍、质子化7-甲基-1,5,7-三氮杂二环[4.4.0]癸-5-烯中的一种；所述强碱性质子型离子液体的阴离子为咪唑阴离子、1,2,3-三氮唑阴离子、1,2,4-三氮唑阴离子、四氮唑、苯并咪唑阴离子、苯丙三氮唑阴离子、取代苯酚阴离子中的一种；所述低挥发性有机溶剂为乙二醇、环丁砜、N-甲基吡咯中的一种。
1.根据权利要求6所述的方法， 其特征在于：取代苯酚阴离子中R为-H、-CH3、-OCH3、-Cl或-NO2中的一种，R位在邻、间或对位。
进一步的方案，所述吸收剂中强碱性质子型离子液体质量分数为30-80%，低挥发性有机溶剂质量分数为20-70%。
进一步的方案，含硫化氢的工业气预处理为温度40~60℃，压力100~120kPa进入吸收塔，吸收剂与工业气体逆向接触，液气比控制在20~30，以充分吸收硫化氢；吸收剂经换热器换热至60℃以上再进入吸收塔。
进一步的方案，所述解析塔的解析条件为温度80~100℃，压力为1~10kPa。
进一步的方案，还包括除水步骤，工业气体进入分液罐，除去水和烃类物质，净化后的工业气进入吸收塔吸收，滞留下来的水和烃类送污水处理。
本发明采用新型的硫化氢吸收剂，在该吸收剂的基础设计出符合其生产应用的系统。
本发明的效果和优点是：可以高选择性的回收工业气体中的硫化氢气体，吸收和解析可实现连续不间断生产；通过吸收级数的不同，可实现吸收后尾气硫化氢含量的不同；原料吸收剂损耗极低，年损耗率1%~2%，运营费用低。与现有的工业尾气处理技术相比，可大幅降低运营成本，大幅提高硫化氢的吸收效率，不产生二次污染，回收后的硫化氢纯度高，可以将硫化氢气体资源化，变废为宝。
附图说明
图1 本发明工艺系统结构示意图；
附图标记：
1-分液罐、2-吸收塔、3-吸收剂富液泵、4-贫富液换热器、5-吸收剂贫液泵、6-解析塔、7-虹吸式再沸器、8-冷阱、9-压缩机
CWS：循环水上水；CWR：循环水回水；LS：低压饱和蒸汽；SC：蒸汽冷凝水；LWS：低温水上水；LWR：低温水回水。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1所示，一种高选择性回收硫化氢气体的系统，该系统包括分液罐1、吸收塔2、吸收剂富液泵3、贫富液换热器4、吸收剂贫液泵5、解析塔6、虹吸式再沸器7、冷阱8和压缩机9；
所述分液罐1设置是夹套双层罐，夹套内通冷媒，罐体温度保持在5℃以内，罐体内设置挡液板、除沫器和积液包，冷凝的液体在积液包中汇集后排出，气体通过除沫器进入吸收塔2；
所述吸收塔2下部设置有待回收气体进口，上部设置有吸收剂进口和净化气体出口，底部设置吸收剂富液出口，所述吸收剂富液出口连接至吸收剂富液泵3；
所述解析塔6上部设置有吸收剂富液进口和硫化氢解析气出口，下部与虹吸式再沸器7连接，底部设吸收剂贫液出口；所述吸收剂贫液出口连接至吸收剂贫液泵5；
所述吸收剂富液泵3和吸收剂贫液泵5泵出料液分别进入贫富液换热器4，经换热后，吸收剂贫液连接至所述吸收塔上部设置的吸收剂贫液进口，吸收剂富液连接至所述解析塔上部设置的吸收剂富液进口；
所述解析塔6的硫化氢气体出口连接至冷阱8上部的硫化氢进口，冷阱8上部还设置有硫化氢出气口连接至压缩机9，冷阱底部设置有吸收剂贫液出口并连接至解析塔6回流口，冷阱8侧壁上下分别设置有低温水出水口和低温水进水口。
实施例2
采用实施例1系统，处理硫化氢和二氧化碳混合工业气体，硫化氢含量5%和二氧化碳95%，具体步骤如下：
步骤①：含硫化氢的工业气与吸收剂进入分液罐，除去水和烃类物质，净化后的工业气进入下一步骤处理；
步骤②：含硫化氢的工业气与吸收剂进入吸收塔，在吸收塔中进行化学反应，生成净化气和含硫化氢吸收剂的吸收剂富液，净化气排出吸收塔，吸收剂富液进入下一步骤处理；
步骤③：吸收剂富液通过吸收剂富液泵泵打入贫富液换热器换热后进入解析塔，在加热减压条件下解吸出硫化氢和干净的吸收剂即吸收剂贫液；
步骤④：通过解吸，吸收剂贫液通过吸收剂贫液泵泵入贫富液换热器换热后回到吸收塔，循环使用；
步骤⑤：通过步骤③解吸出的硫化氢经过冷阱的处理后排出，硫化氢最终纯度可达99%以上，排出硫化氢气体通过压缩机进入工厂回用。
采用强碱性质子型离子液体作为吸收剂，吸收塔参数为φ800×4000，吸收压力0.1Mpa，吸收温度60℃，吸收量为2.5mol/kg，解析塔参数为φ800×4000，解析压力0.01Mpa，解析温度100℃。吸收后，排出硫化氢含量99%。
上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.一种高选择性回收硫化氢气体的系统，其特征在于：该系统包括分液罐（1）、吸收塔（2）、吸收剂富液泵（3）、贫富液换热器（4）、吸收剂贫液泵（5）、解析塔（6）、虹吸式再沸器（7）、冷阱（8）和压缩机（9）；
所述分液罐（1）设置为夹套双层罐，夹套内通冷媒，罐体温度保持在5℃以内，罐体内设置挡液板、除沫器和积液包，冷凝的液体在积液包中汇集后排出，气体通过除沫器进入吸收塔（2）；
所述吸收塔（2）下部设置有待回收气体进口，上部设置有吸收剂进口和净化气体出口，底部设置吸收剂富液出口，所述吸收剂富液出口连接至吸收剂富液泵（3）；
所述解析塔（6）上部设置有吸收剂富液进口和硫化氢解析气出口，下部与虹吸式再沸器（7）连接，底部设吸收剂贫液出口；所述吸收剂贫液出口连接至吸收剂贫液泵（5）；
所述吸收剂富液泵（3）和吸收剂贫液泵（5）泵出料液分别进入贫富液换热器（4），经换热后，吸收剂贫液连接至所述吸收塔（2）上部设置的吸收剂贫液进口，吸收剂富液连接至所述解析塔（6）上部设置的吸收剂富液进口；
所述解析塔（6）的硫化氢气体出口连接至冷阱（8）上部的硫化氢进口，冷阱（8）上部还设置有硫化氢出气口连接至压缩机（9），冷阱（8）底部设置有吸收剂贫液出口并连接至解析塔（6）回流口，冷阱（8）侧壁上下分别设置有低温水出水口和低温水进水口。
2.根据权利要求1所述的一种高选择性回收硫化氢气体的系统，其特征在于：所述吸收塔采用填料吸收塔；所述解析塔采用虹吸式再沸解析塔。
3.根据权利要求1所述的一种高选择性回收硫化氢气体的系统，其特征在于：该系统还包括除水设备分液罐。
4.采用权利要求1-3任一所述的高选择性回收硫化氢气体的系统吸收硫化氢的方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤①：含硫化氢的工业气与吸收剂进入分液罐，除去水和烃类物质，净化后的工业气进入下一步骤处理；
步骤②：含硫化氢的工业气与吸收剂进入吸收塔，在吸收塔中进行化学反应，生成净化气和含硫化氢吸收剂的吸收剂富液，净化气排出吸收塔，吸收剂富液进入下一步骤处理；
步骤③：吸收剂富液通过吸收剂富液泵泵打入贫富液换热器换热后进入解析塔，在加热减压条件下解吸出硫化氢和干净的吸收剂即吸收剂贫液；
步骤④：通过解吸，吸收剂贫液通过吸收剂贫液泵泵入贫富液换热器换热后回到吸收塔，循环使用；
步骤⑤：通过步骤③解吸出的硫化氢经过冷阱的处理后排出，硫化氢最终纯度可达99%以上，排出硫化氢气体通过压缩机进入工厂回用。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述吸收剂由强碱性质子型离子液体和低挥发性有机溶剂构成，所述强碱性质子型离子液体的阳离子为质子化1,8-二氮杂二环[5.4.0]十一碳-7-烯、质子化1,5-二氮双环[4.3.0]壬烯、质子化1,1,3,3-四甲基胍、质子化7-甲基-1,5,7-三氮杂二环[4.4.0]癸-5-烯中的一种；所述强碱性质子型离子液体的阴离子为咪唑阴离子、1,2,3-三氮唑阴离子、1,2,4-三氮唑阴离子、四氮唑、苯并咪唑阴离子、苯丙三氮唑阴离子、取代苯酚阴离子中的一种；所述低挥发性有机溶剂为乙二醇、环丁砜、N-甲基吡咯中的一种。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：取代苯酚阴离子中R为-H、-CH3、-OCH3、-Cl或-NO2中的一种，R位在邻、间或对位。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述吸收剂中强碱性质子型离子液体质量分数为30-80%，低挥发性有机溶剂质量分数为20-70%。
8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：含硫化氢的工业气预处理为温度40~60℃，压力100~120kPa进入吸收塔，吸收剂与工业气体逆向接触，液气比控制在20~30，以充分吸收硫化氢；吸收剂经换热器换热至60℃以上再进入吸收塔。
9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述解析塔的解析条件为温度80~100℃，压力为1~10kPa。
10.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：还包括除水步骤，工业气体进入分液罐，除去水和烃类物质，净化后的工业气进入吸收塔吸收，滞留下来的水和烃类送污水处理。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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