CN115430260B - 气液液三相连续分离设备及硫化氢去除二硫化碳的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及化工领域，具体涉及气液液三相连续分离设备及硫化氢去除二硫化碳的方法。与现有技术相比，本发明的气液液三相连续分离设备及硫化氢去除二硫化碳的方法，省去精馏工序，利用水降低二硫化碳的蒸汽压和二硫化碳的密度大于水的物理特性，对硫化氢气体进行逆流吸收将二硫化碳分离，在减少80％以上精馏成本获取二硫化碳含量低于0.5v/v％的硫化氢气体。

Description

气液液三相连续分离设备及硫化氢去除二硫化碳的方法

技术领域

本发明涉及化工领域，具体涉及气液液三相连续分离设备及硫化氢去除二硫化碳的方法。

背景技术

硫化氢剧毒，研究人员研究了多种硫化氢的处理方法，比如强碱吸收制备硫化物和硫氢化物，氧化制备二氧化硫、亚硫酸盐或硫磺，甲醇吸收等。因为混合气的组分、浓度和量的问题，这些方法使用受到限制，仅处理硫化氢其余组分废弃的情况下可以对硫化氢进行氧化、吸收处理，不仅处理硫化氢其余组分也需要回收的情况下可选择的处理方法有限，现以物理方法为主。

甲烷和硫磺制备硫化氢是工业化生产硫化氢的方法。硫化氢是重要的化工中间体，可用于取代反应制备硫醇、硫酚和硫醚，氧化反应制备磺酸、磺酰氯和二硫化物。反应气通过冷凝先将过量的液体硫磺分离，再将二硫化碳冷凝并精制，不凝气体即为硫化氢，此方案制备的硫化氢有高达1～5wt％的二硫化碳，对后续使用既造成污染，又造成二硫化碳的损失。

CN101912718A使用高沸点有机溶剂对含二硫化碳的硫化氢气体进行吸收，有机溶剂饱和后在解析塔加热解析出二硫化碳，有机溶剂降温后循环使用，此方案对二硫化碳的吸收率最高可达99％。饱和有机溶剂分两段解析，温度分别为110～130、120～140℃，解析后的贫液再次冷却至30～35℃，操作繁琐、能耗较大，还有可能引入有机溶剂。

CN109502587A使用高度集成包括隔壁塔的精馏设备对硫化氢、二硫化碳和硫磺的混合气进行分离，在能耗节约接近50％的情况下分离硫化氢和二硫化碳。精馏虽是常规且理论成熟的分离手段，但是在实际操作中，待分离组分、压力、温度的变动在高度集成的精馏塔参数调节繁琐甚至难以实现。

CN105129799A对甲烷和硫磺的反应气先脱除硫磺，再将粗品二硫化碳液化脱除大部分硫化氢，之后再次将二硫化碳气化冷凝的精馏手段制备纯品二硫化碳，对硫化氢气体的处理并未提及。

CN1935645A使用三塔连续精馏的方法对甲烷和硫磺的反应气进行精制，粗脱塔分离硫磺和大部分的硫化氢、精脱塔进一步分离硫磺、成品塔再进一步分离硫化氢，获得了含量大于99％的硫化氢和远优于国家优级品的二硫化碳。

硫化氢与二硫化碳的分离一般使用了精馏和物理吸收的方法，使用精馏制备高纯度的硫化氢能耗高，这是二硫化碳高的饱和蒸汽压导致的；使用有机溶剂冷吸收热释放的物理方法操作繁琐能耗仍是居高不下、循环效率不高，在生产中可行性不大。

发明内容

为解决背景技术中提到的问题，本发明的目的在于提供一种气液液三相连续分离设备及硫化氢去除二硫化碳的方法，在减少精馏、减少成本的情况下将硫化氢气体中的二硫化碳脱除，解决了硫化氢气体中二硫化碳较难分离或能耗较大的的问题。

一方面，本发明提供气液液三相连续分离设备，关键在于：包括分离塔及分别与所述分离塔顶部管道连接的分离单元及气液分离器；所述分离塔底部通过循环管路一与所述分离单元连通，所述气液分离器的出液端通过循环管路二与分离单元连通。

优选的，所述分离单元包括管道连接的分层罐和中间罐，所述循环管路一和所述循环管路二的出液端均与所述分层罐连通，所述中间罐与所述分离塔顶部管道连通。

优选的，所述分离塔包括塔体，所述塔体中从上至下平行设有多块塔板，所述塔板的边沿与所述塔体内壁固定连接，所述塔板上正对开设有第一缺口和第二缺口，所述第一缺口处设有止流堰，所述第二缺口处设有竖向分离板，所述竖向分离板的下端与所述塔体内壁之间通过挡板连接，所述竖向分离板、挡板和所述塔体之间形成二硫化碳沉降区，各二硫化碳沉降区对应的塔体上开设有流出孔，各流出孔分别通过管路与塔体的底部连通，所述竖向分离板、塔板和所述止流堰之间形成气液接触区。实际操作时，当分离塔内水对二硫化碳吸收饱和时形成水和二硫化碳两相混合体系，各层的混合体系依靠重力1-5进入下层的二硫化碳沉降区，以及依靠涡流1-1进入下层的二硫化碳沉降区，根据水和二硫化碳两者的密度不同进行分层，二硫化碳沉降至二硫化碳沉降区底部后通过塔体上的管路汇集到分离塔1塔釜，水相由1-1涡流转入同层的气液接触区内，未分离完全的混合体系快速沉降至分离塔1塔釜。

优选的，所述塔板的数量≥6，下层所述塔板的第一缺口位于上层所述板的第二缺口正下方，下层所述塔板的第二缺口位于上层所述板的第一缺口正下方。实际操作时，塔板数量设为8～10，可获取二硫化碳含量低于0.5v/v％的硫化氢。

优选的，所述第二缺口与所述塔板的面积比为0.6～0.9:1。

优选的，所述第一缺口与所述塔板的面积比为0.05～0.3:1。

优选的，所述止流堰的堰高70～500mm。

优选的，所述竖向分离板的中部与所述第二缺口固定连接，位于所述塔板上方的部分为栏栅或打孔结构。实际操作时，用于减少液体流动的应力。

优选的，所述塔板上均布有气孔。

另一方面，本发明提供去除硫化氢中二硫化碳的方法，关键在于包括以下步骤：

S1.含二硫化碳的硫化氢气体从分离塔的最下层塔板通入，吸收液从分离塔的顶部注入，分离塔温度控制在20～50℃、压力控制在0～4bar；实际操作时，硫化氢气体中二硫化碳的体积分数为1～20v/v％，还可能存在甲烷和二氧化碳；吸收液为水，二硫化碳在水中溶解度有限，水的引入降低二硫化碳的蒸汽压，从而达到降低二硫化碳含量的目的，水的密度低于二硫化碳，富集的二硫化碳聚集在水中，并快速沉降至塔釜，分离塔的温度控制优选为30-50℃，在此温度区间内，硫化氢的水合物难以生成；

S2.分离塔的塔顶排出气通入气液分离器进行气液分离，分离的液体转入分层罐中；实际操作时，气液分离器可以进一步降低硫化氢水含量；

S3.分离塔的塔釜液转入分层罐中静置分层，上层液相转入中间罐中，下层二硫化碳粗品转出；实际操作时，由于塔釜液上层为水，下层为二硫化碳，为进一步促进水和二硫化碳的分层，将上层塔釜液转移至分层罐；

S4.分离塔中各二硫化碳沉降区的二硫化碳汇集后从塔底转出。

有益效果：与现有技术相比，本发明的气液液三相连续分离设备及硫化氢去除二硫化碳的方法，省去精馏工序，利用水降低二硫化碳的蒸汽压和二硫化碳的密度大于水的物理特性，对硫化氢气体进行逆流吸收将二硫化碳分离，在减少80％以上精馏成本获取二硫化碳含量低于0.5v/v％的硫化氢气体。

附图说明

图1为本发明的装置结构图；

图2为分离塔的结构示意图；

图3为塔板的结构示意图；

图4为图3的俯视图。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明进行具体描述，在此指出以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术熟练人员可以根据上述发明内容对本发明做出一些非本质的改进和调整。除特殊说明外，本发明所述份数均为重量份，所述百分比均为质量百分比，所述浓度为质量百分比浓度。

实施例1

如图1所示，气液液三相连续分离设备，包括分离塔1及分别与所述分离塔1顶部管道连接的分离单元5及气液分离器4；所述分离塔1底部通过循环管路一6与所述分离单元5连通，所述气液分离器4的出液端通过循环管路二7与分离单元5连通，所述分离单元5包括管道连接的分层罐2和中间罐3，所述循环管路一6和所述循环管路二7的出液端均与所述分层罐2连通，所述中间罐3与所述分离塔1顶部管道连通。

实施例2

如图1-4所示，气液液三相连续分离设备，包括分离塔1及分别与所述分离塔1顶部管道连接的分离单元5及气液分离器4；所述分离塔1底部通过循环管路一6与所述分离单元5连通，所述气液分离器4的出液端通过循环管路二7与分离单元5连通，所述分离单元5包括管道连接的分层罐2和中间罐3，所述循环管路一6和所述循环管路二7的出液端均与所述分层罐2连通，所述中间罐3与所述分离塔1顶部管道连通；

所述分离塔1包括塔体，所述塔体中从上至下平行设有多块圆形塔板1-4，所述塔板1-4的数量≥6，所述塔板1-4上均布有气孔，所述塔板1-4的边沿与所述塔体内壁固定连接，所述塔板1-4上正对开设有第一缺口1-6和第二缺口1-7，下层所述塔板1-4的第一缺口1-6位于上层所述板1-4的第二缺口1-7正下方，下层所述塔板1-4的第二缺口1-7位于上层所述板1-4的第一缺口1-6正下方，所述第一缺口1-6与所述塔板1-4的面积比为0.05～0.3:1，所述第二缺口1-7与所述塔板1-4的面积比为0.6～0.9:1，所述第一缺口1-6处设有止流堰1-5，所述止流堰1-5的堰高70～500mm，第二缺口1-7处设有竖向分离板，所述竖向分离板的中部与所述第二缺口1-7固定连接，位于所述塔板1-4上方的部分1-1为栏栅或打孔结构，位于所述塔板1-4下方的部分1-2的下端与所述塔体内壁之间通过挡板1-3连接，所述竖向分离板、挡板1-3和所述塔体之间形成二硫化碳沉降区，各二硫化碳沉降区对应的塔体上开设有流出孔8，各流出孔8分别通过管路与塔体的底部连通，所述竖向分离板、塔板1-4和所述止流堰1-5之间形成气液接触区。

实施例3

利用实施例2的设备用于硫化氢去除二硫化碳，其中分离塔1参数如下。塔板：8块，吸收塔1直径：1000mm，1-1：300mm，1-2：400mm，挡板1-3：200mm，塔板1-4：600mm，止流堰1-5：200mm。

含二硫化碳8v/v％的硫化氢气体以1000m³/h送入吸收塔1，压力为大气压，吸收塔温度35℃，循环水由中间罐3以5m³/h的流速送入吸收塔1，开始通气时间定为0min，对气液分离后的硫化氢气体取样检测，结果如下表所示。

取样时间/min	5	10	30	60	90	120
							二硫化碳体积分数	0.07	0.13	0.27	0.33	0.47	0.52
取样时间/min	180	240	300	360	540	600
							二硫化碳体积分数	0.36	0.45	0.45	0.39	0.33	0.41

实施例4

与实施例3使用相同的设备。

含二硫化碳8v/v％的硫化氢气体以1000m³/h送入吸收塔1，压力为大气压，吸收塔温度35℃，最上层塔板1-5至塔釜填充水，循环水不开启，开始通气时间定为0min，对气液分离后的硫化氢气体取样检测，结果如下表所示。

取样时间/min	5	10	30	60	90	120	600
								二硫化碳体积分数	0.1	0.22	0.68	0.13	0.62	0.92	0.64

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.气液液三相连续分离设备，其特征在于：包括分离塔（1）及分别与所述分离塔（1）顶部管道连接的分离单元（5）及气液分离器（4）；所述分离塔（1）底部通过循环管路一（6）与所述分离单元（5）连通，所述气液分离器（4）的出液端通过循环管路二（7）与分离单元（5）连通，所述分离单元（5）包括管道连接的分层罐（2）和中间罐（3），所述循环管路一（6）和所述循环管路二（7）的出液端均与所述分层罐（2）连通，所述中间罐（3）与所述分离塔（1）顶部管道连通；所述分离塔（1）包括塔体，所述塔体中从上至下平行设有多块塔板（1-4），所述塔板（1-4）的边沿与所述塔体内壁固定连接，所述塔板（1-4）上正对开设有第一缺口（1-6）和第二缺口（1-7），所述第一缺口（1-6）处设有止流堰（1-5），第二缺口（1-7）处设有竖向分离板，所述竖向分离板的下端与所述塔体内壁之间通过挡板（1-3）连接，所述竖向分离板、挡板（1-3）和所述塔体之间形成二硫化碳沉降区，各二硫化碳沉降区对应的塔体上开设有流出孔（8），各流出孔（8）分别通过管路与塔体的底部连通，所述竖向分离板、塔板（1-4）和所述止流堰（1-5）之间形成气液接触区；下层所述塔板（1-4）的第一缺口（1-6）位于上层所述塔板（1-4）的第二缺口（1-7）正下方，下层所述塔板（1-4）的第二缺口（1-7）位于上层所述塔板（1-4）的第一缺口（1-6）正下方。

2.根据权利要求1所述的气液液三相连续分离设备，其特征在于：所述塔板（1-4）的数量≥6。

3.根据权利要求1所述的气液液三相连续分离设备，其特征在于：所述第二缺口（1-7）与所述塔板（1-4）的面积比为0.6~0.9:1。

4.根据权利要求1所述的气液液三相连续分离设备，其特征在于：所述第一缺口（1-6）与所述塔板（1-4）的面积比为0.05~0.3:1。

5.根据权利要求1所述的气液液三相连续分离设备，其特征在于：所述止流堰（1-5）的堰高70~500mm。

6.根据权利要求1所述的气液液三相连续分离设备，其特征在于：所述竖向分离板的中部与所述第二缺口（1-7）固定连接，位于所述塔板（1-4）上方的部分为栏栅或打孔结构。

7.根据权利要求1所述的气液液三相连续分离设备，其特征在于：所述塔板（1-4）上均布有气孔。

8.采用权利要求1所述的设备去除硫化氢中二硫化碳的方法，其特征在于包括以下步骤：

S1. 含二硫化碳的硫化氢气体从分离塔（1）的最下层塔板通入，吸收液从分离塔（1）的顶部注入，分离塔温度控制在20~50℃、压力控制在0~4bar；

S2. 分离塔（1）的塔顶排出气通入气液分离器（4）进行气液分离，分离的液体转入分层罐（2）中；

S3. 分离塔（1）的塔釜液转入分层罐（2）中静置分层，上层液相转入中间罐（3）中，下层二硫化碳粗品转出；

S4. 分离塔（1）中各二硫化碳沉降区的二硫化碳汇集后从塔底转出。