CN210765211U - 联合氯碱工业脱除气体中硫化氢的绿色生产系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种联合氯碱工业脱除气体中硫化氢的绿色生产工艺及其生产系统，技术方案是，包括换液罐、加氯釜、过滤器、第一吸收塔、第二吸收塔和装有氯化钠溶液的氯碱工业电解槽，第一吸收塔和第二吸收塔顶部的出气口为清洁天然气出口，本实用新型操作简单，生产条件温和，适合各种浓度的含硫化氢气体，完全闭合式生产，在脱除硫化氢气体的同时，产出硫和氢气两种重要产品，无废物产生，无污染，能耗低，运行成本低，且能获得经济利益，有良好的社会效益和经济效益，在煤化工、油气田生产、尾气处理和化工生产领域均有着广阔的应用前景。

Description

联合氯碱工业脱除气体中硫化氢的绿色生产系统

技术领域

本实用新型涉及联合氯碱工业脱除气体中硫化氢的绿色生产系统，属于废气中硫化氢的脱除技术领域。

背景技术

硫化氢(H₂S)是一种具有臭鸡蛋气味的无色气体，具有高毒性、腐蚀性和易燃性。在工业上，硫化氢气体主要产生于油田开采、天然气净化、煤气的净化等，由于其本身具有腐蚀性，常常会破坏泵及管道等工业设备，并能使多种贵金属催化剂中毒；当空气中硫化氢的浓度到达5ppm时会伤害人体器官，并在1000ppm时致人死亡。因此，对硫化氢的脱除有着非常重要的意义。

目前工业生产中用于脱除硫化氢的主流工艺有气固相催化氧化回收硫磺的克劳斯法、气液相催化氧化回收硫磺的LO-CAT法、利用醇胺类分子与硫化氢反应的液相吸收法等。但克劳斯法先将气体中的硫化氢分离出来进行燃烧氧化，再回输到含硫化氢气体中，过程中需要严格控制气体成分比例和反应温度，工艺及流程复杂，反应温度高，仅适合于高含硫化氢气体，且受到反应平衡的影响，脱硫效率有一定的限制；LO-CAT法中催化剂配比复杂，长期受国外技术垄断，且催化剂消耗量大，仅适合于低硫化氢含量的气体，运行成本较高；液相吸收法的吸收剂再生一直是该技术的瓶颈，容易产生大量废液，形成二次污染。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型的目的是提供一种联合氯碱工业脱除气体中硫化氢的绿色生产工艺及其生产系统，可有效解决现有技术的脱除效率低，工艺流程复杂，成本高，产生废物污染等问题。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是：

一种联合氯碱工业脱除气体中硫化氢的绿色生产系统，该绿色生产系统包括换液罐、加氯釜、过滤器、第一吸收塔、第二吸收塔和装有氯化钠溶液的氯碱工业电解槽，氯碱工业电解槽的碱液出口经第一阀门与换液罐的进口相连，换液罐的出口分别经第二阀门与加氯釜上部的进口相连、经第三阀门与第一吸收塔上部的进口相连、经第四阀门与第二吸收塔上部的进口相连，第一吸收塔和第二吸收塔顶部的出气口为清洁天然气出口，第一吸收塔和第二吸收塔下部的进气口为含硫化氢天然气的进气口，第一吸收塔下部的出口经第五阀门与换液罐的进口相连，第二吸收塔下部的出口经第六阀门与换液罐的进口相连，加氯釜下部的出口经第七阀门与过滤器的进口相连，过滤器的滤液出口经第八阀门与氯碱工业电解槽的电解液进口相连，氯碱工业电解槽的氯气出口经第九阀门与加氯釜下部的进气口相连。

优选的，所述氯碱工业电解槽内的电解液为饱和氯化钠溶液。

优选的，所述第一吸收塔和第二吸收塔下部的进气口通入的气体为含硫化氢天然气。

本实用新型一种联合氯碱工业脱除气体中硫化氢的绿色生产工艺，包括以下步骤：

①首先打开氯碱电解槽，使氯碱电解槽中的饱和氯化钠溶液电解为氢气、氯气和氢氧化钠溶液，然后将氢气从氯碱工业电解槽的氢气出口送出收集储存作为能源产品待售，氯气从氯碱工业电解槽的氯气出口送出至加氯釜，氢氧化钠溶液通过氯碱工业电解槽的碱液出口经换液罐送至第一吸收塔和第二吸收塔中；

②将含硫化氢天然气通入第一吸收塔和第二吸收塔中，天然气中的硫化氢可与第一吸收塔和第二吸收塔中的氢氧化钠溶液反应，使氢氧化钠溶液反应生成硫化钠溶液，并得到清洁天然气；

③将生成的硫化钠溶液通过换液罐输送至加氯釜，硫化钠溶液与从氯碱工业电解槽的氯气出口送入加氯釜的氯气反应生成硫沉淀和氯化钠溶液，硫沉淀和氯化钠溶液通过过滤器的分离，分别得到硫磺粉和氯化钠溶液，硫磺粉从过滤器出口送出干燥作为化工原料产品待售，氯化钠溶液从过滤器出口送入氯碱工业电解槽作为电解液循环使用。

本实用新型工艺过程涉及三个化学过程，分别为：

1.用氢氧化钠吸收气体中的硫化氢，反应式为2NaOH+H₂S＝Na₂S+2H₂O

此反应为酸碱中和反应，反应速率快，反应进行的彻底。

2.向生成的硫化钠溶液中通入氯气，反应式为

Na₂S+Cl₂＝2NaCl+S↓

此反应在溶液中为非金属取代反应，在溶液中反应速度很快，且因为有沉淀生成，该反应进行的很彻底。

3.氯化钠溶液的电解反应，电解过程全反应的反应式为

该反应是目前氯碱工业进行电解生产的基本原理反应。

以上三个化学反应均是快速反应，不需要高温和催化剂。而且从三个化学反应的计量数进行衡算，向循环系统中输入的物质是被吸收的硫化氢，而产出的物质是氢气和硫磺，被吸收的硫化氢的量恰好和产出的氢气与硫磺的总量相等，其他所有参与反应的物质均在循环中守衡，无需外加其他原料，也没有任何废物产生，是一个绿色化学生产的闭合循环。

本实用新型的有益效果：

本实用新型联合了氯碱工业和石油化工行业的气体硫化氢处置，使生产条件均在常温下操作，不需要催化剂，循环生产中的每一步都是转化率高，副反应少的可控反应，且每一步反应的原料均来自循环生产过程内部，输出的物质是氢气和硫，二者均可作为重要的产品出售，过程中没有废物产生，不会产生二次污染，是典型的绿色化工生产模式，是硫化氢脱除技术中的工艺技术创新。

附图说明

图1为本实用新型生产系统的结构示意图。

图2为本实用新型的工艺流程框式图。

具体实施方式

以下结合实施例对本实用新型的具体实施方式作进一步详细说明。

由图1可以看出，本实用新型一种联合氯碱工业脱除气体中硫化氢的绿色生产系统，包括换液罐2、加氯釜3、过滤器4、第一吸收塔5a、第二吸收塔5b和装有氯化钠溶液的氯碱工业电解槽1，氯碱工业电解槽1的碱液出口经第一阀门61与换液罐2的进口相连，换液罐2的出口分别经第二阀门62与加氯釜3上部的进口相连、经第三阀门63与第一吸收塔5a上部的进口相连、经第四阀门64与第二吸收塔5b上部的进口相连，第一吸收塔5a和第二吸收塔5b顶部的出气口为清洁天然气出口，第一吸收塔5a和第二吸收塔5b下部的进气口为含硫化氢天然气的进气口，第一吸收塔5a下部的出口经第五阀门65与换液罐2的进口相连，第二吸收塔5b下部的出口经第六阀门66与换液罐2的进口相连，加氯釜3下部的出口经第七阀门67与过滤器4的进口相连，过滤器4的滤液出口经第八阀门8与氯碱工业电解槽1的电解液进口相连，氯碱工业电解槽1的氯气出口经第九阀门69与加氯釜3下部的进气口相连；氯碱工业电解槽1内的电解液为饱和氯化钠溶液，电解产生三种产物，分别为氢气、氯气和氢氧化钠溶液，其中氢气从氯碱工业电解槽1的氢气出口送出收集储存作为能源产品待售，氯气从氯碱工业电解槽1的氯气出口送出至加氯釜3作为与硫化钠溶液反应的原料，氢氧化钠溶液通过氯碱工业电解槽1的碱液出口送至第一吸收塔5a和第二吸收塔5b吸收含硫化氢天然气中的硫化氢，从第一吸收塔5a和第二吸收塔5b顶部得到清洁天然气，氢氧化钠吸收硫化氢饱和后生成硫化钠溶液，生成的硫化钠溶液被输送至加氯釜3，硫化钠溶液与从氯碱工业电解槽1的氯气出口送入加氯釜的氯气反应生成硫沉淀和氯化钠溶液，硫沉淀和氯化钠溶液通过过滤器4的分离，分别得到硫磺粉和氯化钠溶液，硫磺粉从过滤器4出口送出干燥作为化工原料产品待售，氯化钠溶液从过滤器出口送入氯碱工业电解槽1作为电解液循环使用，整个过程形成闭合，产出氢气和硫，并且没有废物产生，除电能之外，也不需消耗外界其他原料，做到了绿色生产，清洁生产。

为保证使用效果，所述第一吸收塔5a下部的进气口上装有第一天然气进气管路，第一天然气进气管路上设置有第十阀门610；所述第二吸收塔5b下部的进气口上装有第二天然气进气管路，第二天然气进气管路上设置有第十一阀门611。

所述第一吸收塔5a顶部的出气口上装有第一天然气出气管路，第一天然气出气管路上设置有第十二阀门612。

所述第二吸收塔5b顶部的出气口上装有第二天然气出气管路，第二天然气出气管路上设置有第十三阀门613；所述氯碱工业电解槽1内的电解液为饱和氯化钠溶液；所述第一吸收塔5a和第二吸收塔5b下部的进气口通入的气体为含硫化氢天然气。

两吸收塔氢氧化钠溶液的装料和饱和硫化钠溶液的卸料通过换液罐2来实现，同时吸收塔有两座，可以一用一备交替作用，即一座吸收，一座换液，也可以通过调节各阀门的开闭实现串联使用，具体工作时，打开第一阀门61，饱和氯化钠溶液电解后产出的氢氧化钠溶液通过氯碱工业电解槽1碱液出口送入换液罐2，装满后，关闭第一阀门61，然后开启第三阀门63和第四阀门64，同时关闭第二阀门62、第五阀门65和第六阀门66，氢氧化钠溶液通过管路送入第一吸收塔5a和第二吸收塔5b，开启第十阀门610和第十一阀门611，含硫化氢天然气分别送入第一吸收塔5a和第二吸收塔5b，两吸收塔内的氢氧化钠溶液吸收含硫化氢天然气中的硫化氢，从两吸收塔顶部得到清洁天然气，通过启闭第十二阀门612和第十三阀门613排出，氢氧化钠吸收硫化氢饱和后生成硫化钠溶液，关闭第三阀门63和第四阀门64，同时开启第五阀门65和第六阀门66，饱和硫化钠溶液被送入换液罐2，开启第二阀门62，关闭第七阀门67，将换液罐内的硫化钠溶液送入加氯釜3，开启第九阀门69，饱和氯化钠溶液电解后产出的氯气从氯碱工业电解槽1的氯气出口送入加氯釜反应生成硫沉淀和氯化钠溶液，开启第七阀门67，硫沉淀和氯化钠溶液进入过滤器4的分离，分别得到硫磺粉和氯化钠溶液，硫磺粉从过滤器4出口送出干燥作为化工原料产品待售，开启第八阀门68，氯化钠溶液送入氯碱工业电解槽1作为电解液循环使用。

本实用新型一种联合氯碱工业脱除气体中硫化氢的绿色生产工艺，包括以下步骤：

①首先打开氯碱电解槽1，使氯碱电解槽中的饱和氯化钠溶液电解为氢气、氯气和氢氧化钠溶液，然后将氢气从氯碱工业电解槽1的氢气出口送出收集储存作为能源产品待售，氯气从氯碱工业电解槽1的氯气出口送出至加氯釜3，氢氧化钠溶液通过氯碱工业电解槽1的碱液出口经换液罐2送至第一吸收塔5a和第二吸收塔5b中；

②将含硫化氢天然气通入第一吸收塔和第二吸收塔中，天然气中的硫化氢可与第一吸收塔和第二吸收塔中的氢氧化钠溶液反应，使氢氧化钠溶液反应生成硫化钠溶液，并得到清洁天然气；

③将生成的硫化钠溶液通过换液罐2输送至加氯釜3，硫化钠溶液与从氯碱工业电解槽1的氯气出口送入加氯釜的氯气反应生成硫沉淀和氯化钠溶液，硫沉淀和氯化钠溶液通过过滤器4的分离，分别得到硫磺粉和氯化钠溶液，硫磺粉从过滤器4出口送出干燥作为化工原料产品待售，氯化钠溶液从过滤器出口送入氯碱工业电解槽1作为电解液循环使用。

所述的第一吸收塔5a和第二吸收塔5b为现有技术，如可采用耐碱腐蚀的高压吸收塔，根据生产气速和规模，可以是填料塔、泡罩塔或者筛板塔等常规的高压耐碱吸收塔。目前天然气脱硫化氢液相吸收法中均使用此类吸收塔。天然气产出压力一般3～10MPa，所述吸收塔也为适应相应压力的吸收塔。

所述换液罐2为常规的耐碱腐蚀高压贮罐，其容积与吸收液体积相匹配，如可采用聚四氟乙烯内衬贮罐，其耐压压力与天然气生产压力相匹配。

所述过滤器4可采用中低转速常压离心过滤器，其为化工生产中的常规设备。

所述氯碱工业电解槽1为氯碱工业生产用的电解槽，是目前电解氯化钠生产氢氧化钠、氯气和氢气的关键设备。主要有单极式离子膜电解槽、强制循环离子膜电解槽和高电流密度自然循环离子膜电解槽等，具体选型视天然气生产规模和硫化氢含量而定。

与现有的脱硫化氢技术相比，本实用新型操作简单，生产条件温和，适合各种浓度的含硫化氢气体，完全闭合式生产，在脱除硫化氢气体的同时，产出硫和氢气两种重要产品，无废物产生，无污染，能耗低，运行成本低，且能获得经济利益，有良好的社会效益和经济效益，在煤化工、油气田生产、尾气处理和化工生产领域均有着广阔的应用前景。

具体应用实施例：

某天然气井采出天然气含硫化氢5000±500ppm，温度15±2℃，压力3±0.1MPa，根据国家标准GB17820-2012中对硫化氢二类气质指标要求，处理后硫化氢浓度≤13ppm，使用本实用新型工艺进行处理。

第一吸收塔5a、第二吸收塔5b均采用耐压5MPa的填料塔，填料为Φ50mm的PVC空心球。单塔吸收液容量2m³。换液罐2采用容积2m³的耐5MPa的压力容器。加氯釜3采用容积3m³的聚四氟乙烯内衬搅拌釜。过滤器4采用3000r/min的离心过滤机。氯碱工业电解槽1采用有效电解容积2m³的隔膜电解槽。电解槽中电解液采用饱和氯化钠溶液。

生产实施过程如下：

1.确定所有阀门均处于关闭状态下，打开第一阀门61，将从氯碱电解槽1电解产生的氢氧化钠溶液装入换液罐2，直至装满，关闭第一阀门61。

2.打开第三阀门63，将换液罐2中的氢氧化钠溶液装入第一吸收塔5a，关闭第三阀门63。

3.打开第四阀门64，将换液罐2中的氢氧化钠溶液装入第二吸收塔5b，关闭第四阀门64。

4.打开第十阀门610和第十二阀门612，使含硫化氢天然气通过第一吸收塔5a，天然气中硫化氢便与第一吸收塔5a中的氢氧化钠发生反应被吸收，监测出口气体中硫化氢含量，当出口气体中硫化氢含量从0开始上升时，表明吸收塔内氢氧化钠已基本反应生成硫化钠，在出口气体中硫化氢含量上升至10ppm之前关闭第十阀门610和第十二阀门612，吸收塔吸收饱和时间约为7h左右，吸收塔内反应液温度约从15℃升至65℃。测算可知硫化氢去除率超过99.8％。出口气体硫化氢含量符合国家标准GB17820-2012中对硫化氢二类气质指标要求。

5.关闭第十阀门610和第十二阀门612，打开第十一阀门611和第十三阀门613，将吸收塔切换至第二吸收塔5b。因为第一吸收塔5a和第二吸收塔5b完全相同，所以其测定和控制条件也完全一样。

6.打开第五阀门65，将第一吸收塔5a中反应生成的硫化钠溶液移入换液罐2中，关闭第五阀门65。

7.打开第二阀门62，将换液罐2中的硫化钠溶液移入加氯釜3中，关闭第二阀门62。

8.打开第九阀门69，将氯碱工业电解槽中生成的氯气通入加氯釜3中，控制氯气流量约275L/min，测定反应液中硫离子含量，硫离子测定值约为0时，关闭第九阀门69，反应约需3h，温度约升至85℃。

9.打开第七阀门67，将加氯釜3中生成的氯化钠和硫的悬浊液移入过滤器4中，关闭第七阀门67，过滤器3000r/min过滤15min，滤渣为硫磺粉，重量约100kg，含水率约30％～40％，移出进行干燥加工待售。

10.打开第八阀门68，将过滤器4中的滤液冷却后移入氯碱工业电解槽1中电解，产生的氢气移入氢气容器待售，产生的氯气通入加氯釜3反应，产生的氢氧化钠溶液移入换液罐2。

11.回到步骤2，进入下一个工作循环。

12.回到步骤5，第二吸收塔5b吸收饱和后，关闭阀门第十一阀门611和第十三阀门613，打开第十阀门610和第十二阀门612，将吸收塔切换至第一吸收塔5a。然后打开第六阀门66，将第二吸收塔5b中反应生成的硫化钠溶液移入换液罐2中，关闭第六阀门66。重复步骤7～10，再回到步骤3，进入下一个工作循环。

从实施例中可看出，利用本实用新型工艺，天然气中硫化氢去除率可达到99.8％。出口气体符合国家标准GB17820-2012中对硫化氢二类气质指标要求，且生产过程无三废排出，无需其他原料输入且能够产出硫磺粉和氢气，是一个闭合循环的绿色生产工艺。

Claims (7)

1.一种联合氯碱工业脱除气体中硫化氢的绿色生产系统，其特征在于，该绿色生产系统包括换液罐(2)、加氯釜(3)、过滤器(4)、第一吸收塔(5a)、第二吸收塔(5b)和装有氯化钠溶液的氯碱工业电解槽(1)，氯碱工业电解槽(1)的碱液出口经第一阀门(61)与换液罐(2)的进口相连，换液罐(2)的出口分别经第二阀门(62)与加氯釜(3)上部的进口相连、经第三阀门(63)与第一吸收塔(5a)上部的进口相连、经第四阀门(64)与第二吸收塔(5b)上部的进口相连，第一吸收塔(5a)和第二吸收塔(5b)顶部的出气口为清洁天然气出口，第一吸收塔(5a)和第二吸收塔(5b)下部的进气口为含硫化氢天然气的进气口，第一吸收塔(5a)下部的出口经第五阀门(65)与换液罐(2)的进口相连，第二吸收塔(5b)下部的出口经第六阀门(66)与换液罐(2)的进口相连，加氯釜(3)下部的出口经第七阀门(67)与过滤器(4)的进口相连，过滤器(4)的滤液出口经第八阀门(8)与氯碱工业电解槽(1)的电解液进口相连，氯碱工业电解槽(1)的氯气出口经第九阀门(69)与加氯釜(3)下部的进气口相连。

2.根据权利要求1所述的联合氯碱工业脱除气体中硫化氢的绿色生产系统，其特征在于，所述第一吸收塔(5a)下部的进气口上装有第一天然气进气管路，第一天然气进气管路上设置有第十阀门(610)。

3.根据权利要求1所述的联合氯碱工业脱除气体中硫化氢的绿色生产系统，其特征在于，所述第二吸收塔(5b)下部的进气口上装有第二天然气进气管路，第二天然气进气管路上设置有第十一阀门(611)。

4.根据权利要求1所述的联合氯碱工业脱除气体中硫化氢的绿色生产系统，其特征在于，所述第一吸收塔(5a)顶部的出气口上装有第一天然气出气管路，第一天然气出气管路上设置有第十二阀门(612)。

5.根据权利要求1所述的联合氯碱工业脱除气体中硫化氢的绿色生产系统，其特征在于，所述第二吸收塔(5b)顶部的出气口上装有第二天然气出气管路，第二天然气出气管路上设置有第十三阀门(613)。

6.根据权利要求1所述的联合氯碱工业脱除气体中硫化氢的绿色生产系统，其特征在于，所述氯碱工业电解槽(1)内的电解液为饱和氯化钠溶液。

7.根据权利要求1所述的联合氯碱工业脱除气体中硫化氢的绿色生产系统，其特征在于，所述第一吸收塔(5a)和第二吸收塔(5b)下部的进气口通入的气体为含硫化氢天然气。

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