从包含低浓度硫化氢气体的混合气体中除去硫化氢的方法及装置

摘要

提供了一种从包含低浓度硫化氢气体的混合气体中除去硫化氢的方法，它包括：提供吸收液，所述吸收液选自N－甲基乙二醇胺溶液、单乙醇胺溶液、二乙醇胺溶液、以及它们的混合物；在0.05－0.30MPa的绝对压力下，将18－42℃的吸收液与20－52℃的包含低浓度硫化氢气体的混合气体接触，对所述混合气体依次进行逆流吸收和旋流吸收，使所述混合气体中的硫化氢浓度降至10ppm或更低；以及对夹带所述吸收液的混合气体进行旋流气液分离。还提供了一种从包含低浓度硫化氢气体的混合气体中除去硫化氢的装置。

说明书

技术领域

本发明涉及吸收低浓度硫化氢气体的方法，具体地说，涉及从包含低浓度硫化氢气体的混合气体中除去硫化氢的方法。本发明还涉及从包含低浓度硫化氢气体的混合气体中除去硫化氢的装置。

背景技术

硫化氢是一种高刺激性的气体，具有强烈的臭鸡蛋气味，对人体的毒性很大，而且易燃易爆，极易腐蚀金属，导致催化剂中毒，堵塞管道。工厂排放的尾气以及天然气里即使含有少量的硫化氢也会对环境造成很大的污染。煤化工、橡胶再生、污水污泥、以及城市垃圾处理等工业过程中都会产生许多低浓度硫化氢恶臭气体，不仅严重影响人们的日常生活，危害人体健康，同时也污染生态环境。由于这类废气中硫化氢的浓度低，已无回收利用价值，但净化处理难度大且费用高，因而是工业废气净化的一个难题。所以硫化氢、尤其是低浓度硫化氢的排除是当前急需解决的问题。

我国对环境大气、车间空气及工业废气中的硫化氢浓度已有严格的规定：居民区环境大气中硫化氢的浓度最高不得超过0.01mg/m³；车间工作地点空气中硫化氢的浓度最高不得超过10mg/m³；城市煤气中硫化氢的浓度不得超过20mg/m³；油品炼厂废气中硫化氢的浓度要求净化至10-20mg/m³。由于硫化氢具有强还原性，本身极易被氧化，有人用过渡金属氧化物及氧化物的混合物来氧化脱除低浓度硫化氢，也有人用活性炭作为催化剂来氧化硫化氢以除去混合气中的硫化氢，也有人用好氧微生物净化工业废气中的低浓度硫化氢恶臭气体。但是，针对一些混合气体排量大而混合气中硫化氢浓度又低的工业装置，以上处理方法及装置主要存在以下问题的一种或多种：

1.气体处理量小、硫化氢脱除率低；

2.吸收液再生困难；

3.占地面积大；

4.吸收液浪费严重；

5.成本较高。

因此，针对现有存在的问题有必要采用新颖的、有效的、适合长周期运行而又经济的低浓度硫化氢的吸收方法及装置。

发明内容

本发明提供了一种去除混合气体中的低浓度硫化氢的方法及装置，从而有效地解决低浓度硫化氢气体的吸收问题，消除了混合气中的恶臭，推进了石油化工业清洁及安全生产的工业化进程。

一方面，本发明提供了一种从包含低浓度硫化氢气体的混合气体中除去硫化氢的方法，它包括：提供吸收液，所述吸收液选自N-甲基乙二醇胺溶液、单乙醇胺溶液、二乙醇胺溶液、以及它们的混合物；在0.05-0.30MPa的绝对压力下，将12-42℃的吸收液与12-52℃的包含低浓度硫化氢气体的混合气体接触，对所述混合气体依次进行逆流吸收和旋流吸收，使所述混合气体中的硫化氢浓度降至10ppm或更低；以及对夹带所述吸收液的混合气体进行旋流气液分离。

在一个优选的实施方式中，所述吸收液还包括添加剂，所述添加剂包括N-甲基呲咯烷酮、三乙醇胺、环丁砜、或者一缩二乙二醇。

在另一个优选的实施方式中，所述吸收液是质量分数为10-50％的N-甲基乙二醇胺溶液。

另一方面，本发明提供了一种从包含低浓度硫化氢气体的混合气体中除去硫化氢的装置，它包括：位于装置底部的用于存储吸收液的储液腔，所述吸收液选自N-甲基乙二醇胺溶液、单乙醇胺溶液、二乙醇胺溶液、以及它们的混合物；位于装置中部的逆流吸收器和旋流吸收器，用于在0.05-0.30MPa的绝对压力下，将12-42℃的吸收液与12-52℃的包含低浓度硫化氢气体的混合气体接触，对所述混合气体依次进行逆流吸收和旋流吸收，使所述混合气体中的硫化氢浓度降至10ppm或更低；以及位于装置顶部的旋流气液分离器，用于对夹带所述吸收液的混合气体进行旋流气液分离。

在一个优选的实施方式中，所述逆流吸收器选自板式塔和填料塔。

在另一个优选的实施方式中，当所述逆流吸收器是板式塔时，使用旋流型塔盘、浮阀型塔盘、或者筛板型塔盘；当所述逆流吸收器是填料塔时，使用拉西环、阶梯环或者鲍尔环作为填料。

在另一个优选的实施方式中，当所述逆流吸收器是填料塔时，所述旋流吸收器的底流出口设置雾化布液器，所述雾化布液器选自超声波雾化布液器和旋流雾化布液器。

在另一个优选的实施方式中，所述旋流气液分离器是三椎体气液旋流分离器。

在另一个优选实施方式中，所述装置还设有硫化氢快速检测仪，用以测量混合气体中硫化氢浓度的变化，通过硫化氢浓度的变化控制变频循环泵的转速；所述变频循环泵通过调整转速来控制所述装置运行过程中的气液比。

在另一个优选的实施方式中，所述装置的运行压力不大于0.6Mpa，和/或吸收温度小于52℃。

在另一个优选的实施方式中，所述装置的气液体积比为60-120。

附图说明

图1是根据本发明一个实施方式的用于吸收冷焦水热水罐排出的混合气体中的硫化氢气体的装置的示意图。

具体实施方式

本发明的发明人经过广泛而深入的研究之后发现，对于从延迟焦化的冷焦水处理系统中的焦炭塔出来的混合气体中脱除低浓度的硫化氢，将逆流吸收技术、旋流吸收技术、以及旋流分离技术有机结合，能有效地解决低浓度硫化氢气体的吸收问题，处理量大、吸收速度快、能耗低，吸收后的尾气达到国家排放标准，并能大大减少吸收液的浪费，降低成本，吸收饱和后的溶液可再生循环利用，从而有效地解决了现有焦化冷焦水密闭循环配套装置中硫化氢浓度超标的问题。基于上述发现，本发明得以完成。

在本发明的第一方面，提供了一种从包含低浓度硫化氢气体的混合气体中除去硫化氢的方法，它包括以下步骤：

提供吸收液，所述吸收液为醇胺水溶液，包括N-甲基乙二醇胺溶液(MDEA)、单乙醇胺溶液(MEA)、二乙醇胺溶液(DEA)、或者它们的混合物；通过选择不同的吸收液来提高硫化氢的选择性、脱硫率、或者降低成本；所述醇胺是借助氮原子上未配对的电子显碱性与酸性气体硫化氢反应的；

在0.05-0.30MPa的绝对压力下，将12-42℃的吸收液与12-52℃的包含低浓度硫化氢气体的混合气体接触，对所述混合气体依次进行逆流吸收和旋流吸收，使所述混合气体中的硫化氢浓度从最大100ppm降至10ppm或更低；以及

对夹带所述吸收液的混合气体进行旋流气液分离。

在一个实施方式中，针对不同的混合气体性质，可选择在吸收液中加入添加剂。所述添加剂包括N-甲基呲咯烷酮(NMP)、三乙醇胺(TEA)、环丁砜(SF)、一缩二乙二醇(DEG)等作为物理溶剂。添加N-甲基呲咯烷酮(NMP)、一缩二乙二醇(DEG)、环丁砜(SF)等物理溶剂后能提高脱硫的选择性，并能使吸收液的再生性能得到改善；添加三乙醇胺(TEA)可提高对硫化氢的脱硫效率，也增加了对混合气体中二氧化碳气体的脱除度，导致脱硫贫液的再生性质量下降。

在另一个实施方式中，所述吸收液优选是质量分数(ωt)为10-50％的N-甲基乙二醇胺溶液。

在本发明的第二方面，提供了一种从包含低浓度硫化氢气体的混合气体中除去硫化氢的装置，它包括：吸收塔、以及任选的硫化氢快速检测仪、变频器和变频循环泵。

所述吸收塔包括：

储液腔：所述储液腔位于吸收塔的底部，选择与下述吸收塔的吸收段相同、或者比吸收段稍大的塔径，储存溶液的容量为15分钟的吸收液循环量(m³)；在储液腔的底部设有吸收液出口，储液腔设有液位计，以便观察储液腔内液体的使用情况；

吸收段：所述吸收段位于吸收塔的中部，包括逆流吸收器和旋流吸收器两部分；其中，逆流吸收采用板式塔或者填料塔的吸收方式；如果混合气体中的固体微粒杂质含量较大，则选用板式塔进行逆流吸收，选用旋流型塔盘、浮阀型塔盘、或者筛板型塔盘；如果混合气体中的固体颗粒杂质含量较小，则选用填料塔进行逆流吸收，选用拉西环、阶梯环或者鲍尔环作为填料；所述旋流吸收器的底流口(吸收液出口)与吸收液进口的口径大小一致，溢流口(混合气出口)与混合气进口的口径大小一致；变频循环泵的出口与吸收液进口相连；其中，在0.05-0.30MPa的绝对压力下，打开塔顶混合气出口，将温度为20-52℃、硫化氢气体浓度≤100ppm的混合气从塔底混合气进口通入吸收塔，与向下流动的吸收液进行逆流接触，在气液接触区发生吸收反应，气体中的硫化氢及少量的二氧化碳等气体溶于吸收液中；气体经逐层吸收反应后进入旋流吸收器中进行二次吸收，吸收后的混合气中硫化氢气体的浓度降至10ppm或更低；同时，在0.05-0.30MPa的绝对压力下，将18-42℃的吸收液从塔顶吸收液进口通入旋流吸收器中与经过逆流吸收器的混合气接触吸收，通过旋流吸收器的底流口流出进入逆流吸收器中与上升的混合气进行逆流接触，吸收液中所含的硫化氢的浓度逐渐升高，最后通过降液管进入储液腔；以及

旋流分离段：所述旋流分离段采用三椎体旋流气液分离器对混合气夹带的吸收液进行回收，该旋流气液分离器采用双进口形式；溢流口为混合气出口，溢流口的截面积等于两个进口截面积之和；底流口为回收的夹带液出口，底流段设计为长而细的管子接入逆流吸收段；混合气体通过旋流气液分离器后，除去了夹带的吸收液的混合气体从吸收塔的气相出口排出，而夹带的吸收液通过旋流气液分离器回收再利用，这样大大降低了吸收液的损耗。

在一个实施方式中，当所述逆流吸收器是填料塔时，所述旋流吸收器的底流出口设置雾化布液器，所述雾化布液器选自超声波雾化布液器和旋流雾化布液器。

所述吸收塔的运行压力不大于0.6Mpa。

在另一个实施方式中，在吸收塔的进口管线上设有硫化氢快速检测仪，用以测量混合气体中硫化氢浓度的变化，通过硫化氢浓度的变化控制变频循环泵的转速。

在另一个实施方式中，变频泵通过调整转速来控制吸收塔运行过程中的气液比。

在另一个实施方式中，所述吸收塔的吸收温度小于52℃。

在另一个实施方式中，所述吸收塔的气液体积比为60-120。

在另一个实施方式中，所述吸收塔还设有人孔、气体辅助出口、安全阀接口、以及吸收液辅助出口。

以下参看附图。图1示出了根据本发明一个实施方式的用于吸收冷焦水热水罐排出的混合气体中的硫化氢气体的装置(吸收塔)。吸收塔的底部设有用于存储吸收液的储液腔14。吸收塔的塔底设有与变频循环泵11连接的吸收液出口13。吸收液从吸收塔的吸收液进口5通入吸收塔中，观察吸收塔塔底的双色液面计10，待吸收液达到15分钟的循环液使用量后停止注入吸收贫液。开启变频循环泵11，气液比选择在80-120之间，吸收塔在稳态运行。在0.15MPa的绝对压力下，打开吸收塔塔顶的混合气出口1，将20-52℃的混合气从吸收塔的混合气进口9通入吸收塔中，混合气通过塔盘进入逆流吸收段8后从旋流吸收器4的气相进口6和17进入，与吸收液进口5进来的吸收液进行旋流吸收后由旋流吸收器4的气相出口3进入吸收塔塔顶的旋流气液分离器18。夹带吸收液的混合气通过进口19通入旋流气液分离器18后，通过旋流分离使混合气体与夹带的吸收液分离，除去吸收液的混合气从旋流气液分离器的上部溢流口21排空，夹带的吸收液则通过旋流气液分离器下部的底流口16返回吸收段，回收继续利用。通过观察塔底的双色液位计10，定期对吸收液进行补给，使循环液始终保持15分钟的用量。此外，所述吸收塔还设有气体辅助出口20和吸收液辅助出口12，以及安全阀接口2，人孔15设在第四和第五块塔板之间。

另外，可在吸收塔的气相进口管线设一硫化氢快速检测仪，根据硫化氢浓度的变化控制变频循环泵，控制气液比以达到降低能耗的作用。

本发明的方法和装置的主要优点在于：

1.有效地解决了低浓度硫化氢气体的吸收问题，吸收速度快、能耗低，吸收后的尾气达到国家排放标准，大大除去了含硫化氢气体的恶臭；

2.大大减少了吸收液的浪费，降低成本，吸收饱和后的溶液可再生循环利用，延长了系统的稳定运行周期。

下面结合具体的实施例进一步阐述本发明。但是，应该明白，这些实施例仅用于说明本发明而不构成对本发明范围的限制。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。除非另有说明，所有的百分比和份数按重量计。

                          实施例

在一个250万吨/年延迟焦化装置冷焦水密闭循环系统中，按照本发明的方法设置一个吸收塔，用以吸收冷焦热水罐排出的混合气体中的硫化氢气体，进而去除混合气中的恶臭，其具体运作过程及效果描述如下：

1.混合气的性质

焦化热水罐的排气量V＝600m³/h，焦化热水罐出气管为DN 400mm；混合气体的组成为空气、水蒸气、以及少量的硫化氢气体，其中，硫化氢的含量不大于100ppm，温度为80-90℃。

2.吸收液的性质

采用的吸收液为30％的N-甲基乙二醇胺溶液(MDEA)，添加浓度为10％的三乙醇胺(TEA)作为添加剂。

3.装置(吸收塔)

吸收塔分为三段，由下到上依次为储液段、吸收段和分离段。塔高约6.3m，该塔为变截面塔，储液段的直径为1.2m，吸收段和分离段的塔径为1m。吸收段由板式吸收和旋流吸收两部分组成，一共有9块F1重型浮阀塔盘；旋流吸收器采用HL/AG-300型号。分离段采用HL/G-300型号的旋流气液分离器。

4.实施过程：

在0.05MPa的绝对压力下，将18-42℃的吸收液从吸收塔的吸收液进口5通入吸收塔中，观察吸收塔塔底的双色液面计10，待吸收液达到15分钟的循环液使用量后停止注入吸收贫液。开启变频循环泵11，气液比选择在80-120之间，吸收塔在稳态运行。在0.15MPa的绝对压力下，打开吸收塔塔顶的混合气出口1，将20-52℃的混合气从吸收塔的混合气进口9通入吸收塔中，混合气进入逆流吸收器8后从旋流吸收器4的气相进口6和17进入，与吸收液进口5进来的吸收液进行旋流吸收后进入吸收塔塔顶的旋流气液分离器18。夹带吸收液的混合气通过进口19通入旋流气液分离器18后，通过旋流分离使混合气体与夹带的吸收液分离，除去吸收液的混合气从旋流气液分离器的上部溢流口21排空，夹带的吸收液则通过旋流气液分离器下部的底流口16返回吸收段，回收继续利用。通过观察塔底的双色液位计10，定期对吸收液进行补给，使循环液始终保持15分钟的用量。

5.结果分析

混合气体通过该装置后，硫化氢气体的含量由89ppm降到8ppm以下，混合气的恶臭也大大降低。根据不同的气液比15分钟的吸收液可用30-50天，通过设置旋流气液分离器后，吸收液损失量也大大降低。

从上述实施例中明显可以看出，采用本发明的方法及装置，能可靠地解决低浓度硫化氢气体的吸收问题，大大地除去含硫化氢气体的恶臭，并能有效地解决吸收液的损失问题，延长了系统的稳定运行周期。

在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。