CN106621796B - 一种同时脱除羰基硫、二硫化碳的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种同时脱除羰基硫、二硫化碳的方法及装置，脱硫装置包括由冷却塔和固定床反应塔组成的换热***，由汽提塔、喷淋塔和连通管组成的助催化***，由两个固定床反应塔组成的连续运行***，由换热***和再生喷淋***组成的催化剂再生***等组成。该方法具有高效的脱硫效率，高温烟气的热量能够得到很好地利用，产物稀硫酸的回用提高了催化反应效率，双反应塔分别处在催化反应和催化剂再生的阶段，通过电磁阀的定时切换能够保证***的连续运行，同时再生过程能够将失活催化剂表面的单质硫转移到液相中，便于后续过程中单质硫的提取，该装置具有高集成度和自动化程度。

Description

一种同时脱除羰基硫、二硫化碳的方法及装置
技术领域
本发明涉及一种同时脱除羰基硫、二硫化碳的方法及装置，属于大气污染控制领域。
背景技术
作为主要的有机硫，COS、CS2广泛存在于工业烟气中，例如黄磷尾气、高炉尾气等。在工业生产和使用过程中排放到大气环境，会对环境和人体造成严重的污染和危害，工业生产中微量的CS2和COS对催化剂有毒害作用，使其催化效果和使用寿命受到严重的影响，CS2和COS还会通过缓慢的水解反应生成H2S，腐蚀生产设备，不仅给工业生产带来了很大的经济损失，而且增加了设备投资和产品成本，同时COS和CS2的排放也是对硫资源的浪费。
催化水解法脱除COS和CS2的原理是：COS和CS2在催化剂上与水蒸气反应转化成H2S，然后H2S在后续工段上被脱除，催化水解的反应温度一般低于200℃，并且能耗较低，副反应较少，且大部分原料气中含有水解过程所需的水蒸气。与此同时，低温催化水解COS和CS2的过程可避免原料气裂解、甲烷化等副反应的发生，所以该法成为目前脱除COS和CS2研究领域中的热点之一。
中国专利CN 102886203A公开了“一种烟气脱硫脱汞的方法”的发明。该发明将含氯离子的水喷入循环流化床干法脱硫脱汞除尘装置中，再对烟气进行净化。该方法具有较高的脱硫效率，但是脱除的含硫化合物为SO2，且无催化剂再生工序。中国专利CN103432861A公开了“烧结脱硫除白烟***及其工艺流程”的发明。该发明按照脱硫、除水、降温的顺序对白烟进行净化。该方法具有较高的脱硫效率和较低的能耗，但是脱除的含硫化合物为SO2，且无催化剂再生工序。中国专利CN 103657368A公开了“一种同时脱硫脱硝脱汞干法烟气净化方法及装置”的发明。该发明采用吸附的方式脱除SO2、还原的方式脱除NOx、氧化的方式脱除Hg。该方法具有较高的脱硫脱硝脱汞效率，但是脱除的含硫化合物为SO2，且无催化剂再生工序。本发明所涉及的同时脱除羰基硫、二硫化碳的方法及装置具有高效的脱硫效率，且自动化程度高、集成度高、可连续运行、热量利用率高、硫回收方便。
目前，关于用稀硫酸增强同时脱除羰基硫、二硫化碳的方法及装置未见到报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种同时脱除羰基硫、二硫化碳的方法，该方法不仅具有高效的脱硫效率，且自动化程度高、集成度高、可连续运行、热量利用率高、硫回收方便，能有效解决有机硫净化的问题，具体步骤如下：
（1）经过预除尘处理后的高温烟气先通过余热锅炉降温至150~200℃，再通过冷却塔进行热交换，使烟气温度降至60~100℃，冷却液升高至60~100℃。
（2）经过降温后的气体再通过汽提塔的作用，将汽提塔中的稀硫酸带入固定床反应塔中。
（3）步骤（1）中吸收热量并升温后的冷却液流入固定床反应塔换热夹套中，将反应塔内催化剂的温度提高到60~100℃。
（4）夹带稀硫酸的气体在固定床反应塔内发生催化水解反应（产生H2S、SO2等产物）。
（5）产生的SO2随气流进入喷淋塔产生硫酸、亚硫酸，硫酸和亚硫酸经过连通管回流至汽提塔，净化后的气体从出口排出。
（6）冷却液在固定床反应塔夹套中放热后重新进入冷却塔循环使用。
（7）再生用水流入固定床反应塔冲洗失活催化剂，将催化剂表面的硫酸盐和单质硫带出进入硫磺回收工序，经过水洗后的催化剂在夹套的加热作用下快速烘干，形成再生催化剂。
本发明所述汽提塔和喷淋塔中稀硫酸摩尔浓度为0.01~0.1mol/L。
本发明所述冷却液为乙醇和水的混合液，乙醇与水的摩尔比为0.5~20:1。
本发明所述固定床反应塔内的催化剂为水解催化剂，例如：改性活性炭催化剂、改性类水滑石催化剂、改性氧化铝催化剂、改性分子筛催化剂、改性金属氧化物催化剂等。
本发明的另一目的在于提供一种同时脱除羰基硫、二硫化碳的装置，包括余热锅炉1、冷却塔2、汽提塔3、固定床反应塔Ⅰ4、固定床反应塔Ⅱ5、喷淋塔6、换热泵Ⅰ7、换热泵Ⅱ8、再生泵9、喷淋泵10、连通管11、搅拌器12、换热夹套13；余热锅炉1与冷却塔2连通，冷却塔2与汽提塔3连通；汽提塔3通过三通电磁阀分别与固定床反应塔Ⅰ4和固定床反应塔Ⅱ5连通；固定床反应塔Ⅰ4和固定床反应塔Ⅱ5通过三通电磁阀与喷淋塔6连通；汽提塔3和喷淋塔6的下端通过连通管11连通，喷淋塔6的下端通过喷淋泵10与喷淋塔6的顶端连通；冷却塔2、固定床反应塔Ⅰ4、固定床反应塔Ⅱ5的内壁均设有换热夹套13；再生水箱通过再生泵9与固定床反应塔Ⅰ4和固定床反应塔Ⅱ5的顶端连通，固定床反应塔Ⅰ4和固定床反应塔Ⅱ5底部与硫磺回收装置连通；换热泵Ⅱ8的出口与冷却塔2内部换热夹套的顶部连通，冷却塔2内部换热夹套的底部通过换热泵Ⅰ7分别与固定床反应塔Ⅰ4和固定床反应塔Ⅱ5内部换热夹套的顶部连通，固定床反应塔Ⅰ4和固定床反应塔Ⅱ5内部换热夹套的底部通过三通电磁阀与换热泵Ⅱ8的入口连通。
本发明所述汽提塔3和喷淋塔6的底部均设置搅拌器12。
本发明所述固定床反应塔Ⅰ4、固定床反应塔Ⅱ5的内部设置再生冲洗装置，底部设置储液槽。
本发明的原理为：采用水解催化剂，借助烟气中微量水蒸气和O2，使COS、CS2同时催化水解为H2S，有氧条件下产生的副产物SO2在喷淋工序中继续氧化为硫酸，产生的稀硫酸随气流进入催化工序，从而增强脱硫效率，脱硫反应温度为：60~100℃，COS和CS2脱除效率高于90%，主要反应如下：
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本发明方法的优点和技术效果：
（1）由冷却塔和固定床反应塔组成的换热***，高效地利用了烟气自身的温度，不需额外热源即可使催化剂达到适宜反应温度；
（2）由汽提塔、喷淋塔和连通管组成的助催化***，能够将副产物SO2再利用，产生的稀硫酸能够对催化水解过程起到增强的作用；
（3）由换热***和再生喷淋***组成的催化剂再生***，能够利用换热***提供的热量对催化剂进行快速烘干，提高了热量的利用效率，再生过后产生的废液中含有的硫磺能够得到再次利用；
（4）喷淋塔和汽提塔底部的搅拌器用于调节储液槽内和储液槽之间的稀硫酸浓度平衡。
（5）由两个固定床反应塔组成的连续运行***，能够利用同一套换热装置和再生装置进行催化和再生过程，可定时切换的特性，使反应***可以连续工作，且自动化程度高、集成度高。
附图说明
图1为本发明所述装置的结构示意图；
图2为本发明工艺流程图。
图中：1-余热锅炉；2-冷却塔；3-汽提塔；4-固定床反应塔Ⅰ；5-固定床反应塔Ⅱ；6-喷淋塔；7-换热泵Ⅰ；8-换热泵Ⅱ；9-再生泵；10-喷淋泵；11-连通管；12-搅拌器；13-换热夹套。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步详细描述本发明，但本发明保护范围并不限于如下所述内容。
本发明实施例所述同时脱除羰基硫、二硫化碳的方法所用装置，包括余热锅炉1、冷却塔2、汽提塔3、固定床反应塔Ⅰ4、固定床反应塔Ⅱ5、喷淋塔6、换热泵Ⅰ7、换热泵Ⅱ8、再生泵9、喷淋泵10、连通管11、搅拌器12、换热夹套13；余热锅炉1与冷却塔2连通，冷却塔2与汽提塔3连通；汽提塔3通过三通电磁阀分别与固定床反应塔Ⅰ4和固定床反应塔Ⅱ5连通；固定床反应塔Ⅰ4和固定床反应塔Ⅱ5通过三通电磁阀与喷淋塔6连通；汽提塔3和喷淋塔6的下端通过连通管11连通，喷淋塔6的下端通过喷淋泵10与喷淋塔6的顶端连通；冷却塔2、固定床反应塔Ⅰ4、固定床反应塔Ⅱ5的内壁均设有换热夹套13；再生水箱通过再生泵9与固定床反应塔Ⅰ4和固定床反应塔Ⅱ5的顶端连通，固定床反应塔Ⅰ4和固定床反应塔Ⅱ5底部与硫磺回收装置连通；换热泵Ⅱ8的出口与冷却塔2内部换热夹套的顶部连通，冷却塔2内部换热夹套的底部通过换热泵Ⅰ7分别与固定床反应塔Ⅰ4和固定床反应塔Ⅱ5内部换热夹套的顶部连通，固定床反应塔Ⅰ4和固定床反应塔Ⅱ5内部换热夹套的底部通过三通电磁阀与换热泵Ⅱ8的入口连通；汽提塔3和喷淋塔6的底部均设置搅拌器12；固定床反应塔Ⅰ4、固定床反应塔Ⅱ5内的设置再生冲洗装置，底部设置储液槽。
冷却塔2和固定床反应塔Ⅰ4和固定床反应塔Ⅱ5组成换热***，冷却塔2吸收烟气的热量并传递到冷却液中，升温后的冷却液流入固定床反应塔Ⅰ4和固定床反应塔Ⅱ5并放热，维持催化剂在一个适宜的反应温度，放热后的冷却液重新返回冷却塔2中再次吸热，从而进行换热循环。
汽提塔3、喷淋塔6和连通管11组助催化***成，从固定床反应塔Ⅰ4和固定床反应塔Ⅱ5产生的副产物SO2在喷淋塔中形成稀硫酸，稀硫酸再经过连通管11回流到汽提塔3中，汽提塔3中的稀硫酸在汽提塔的作用下被带入到固定床反应塔Ⅰ4和固定床反应塔Ⅱ5中增强催化水解作用，从而达到助催化作用。
换热***和再生喷淋***组成再生***，再生用水进入处于再生过程阶段的固定床反应塔Ⅱ5和固定床反应塔Ⅰ4，催化剂表面的硫酸盐和硫磺在喷淋作用下被冲洗至底部的储液槽，同时催化剂在换热***的加热下得到烘干，储液槽中的废液用于后续的硫磺提取工序。
固定床反应塔Ⅰ4和固定床反应塔Ⅱ5组成连续运行***，当一个固定床反应塔Ⅰ4处于反应过程状态时，另一个固定床反应塔Ⅱ5在电磁阀的控制下处于再生过程5状态，每隔一定时间电磁阀会自动切换两塔所处的工作状态，从而达到连续运行的功能。
实施例1
本实施例所述同时脱除羰基硫、二硫化碳的方法包括以下步骤：
（1）经过预除尘处理后的高温烟气先通过余热锅炉1降温至150℃，再通过冷却塔2进行热交换，使烟气温度降至60℃，冷却液升高至60℃。
（2）经过降温后的气体再通过汽提塔3的作用，将汽提塔3中摩尔浓度为0.01mol/L的稀硫酸带入固定床反应塔Ⅰ4和固定床反应塔Ⅱ5中。
（3）步骤（1）中吸收热量并升温后的60℃的冷却液流入固定床反应塔Ⅰ4和固定床反应塔Ⅱ5的换热夹套中，将固定床反应塔Ⅰ4和固定床反应塔Ⅱ5内催化剂的温度提高到60℃。
（4）夹带稀硫酸的气体在固定床反应塔Ⅰ4和固定床反应塔Ⅱ5内发生催化水解反应。
（5）产生的SO2随气流进入喷淋塔6产生硫酸、亚硫酸，硫酸和亚硫酸经过连通管11回流至汽提塔3，净化后的气体从出口排出。
（6）冷却液在固定床反应塔Ⅰ4和固定床反应塔Ⅱ5夹套中放热后重新进入冷却塔2循环使用。
（7）再生用水流入固定床反应塔Ⅰ4和固定床反应塔Ⅱ5冲洗失活催化剂，将催化剂表面的硫酸盐和单质硫带出进入硫磺回收工序，经过水洗后的催化剂在夹套的加热作用下快速烘干，形成再生催化剂。
本实施例所用催化剂为经过硝酸铁改性的活性炭催化剂Fe/AC。
通过该方法和装置对含硫烟气（CS2浓度40ppm，COS浓度500ppm，O2浓度1%，空速80000h-1）进行脱硫实验，100%的CS2去除率和100%的COS去除率分别达到600min和540min。这表明该方法和装置具有很好的脱硫效果。
实施例2
本实施例所述同时脱除羰基硫、二硫化碳的方法包括以下步骤：
（1）经过预除尘处理后的高温烟气先通过余热锅炉1降温至200℃，再通过冷却塔2进行热交换，使烟气温度降至80℃，冷却液升高至80℃。
（2）经过降温后的气体再通过汽提塔3的作用，将汽提塔3中摩尔浓度为0.06mol/L的稀硫酸带入固定床反应塔Ⅰ4和固定床反应塔Ⅱ5中。
（3）步骤（1）中吸收热量并升温后的80℃的冷却液流入固定床反应塔Ⅰ4和固定床反应塔Ⅱ5的换热夹套中，将固定床反应塔Ⅰ4和固定床反应塔Ⅱ5内催化剂的温度提高到80℃。
（4）夹带稀硫酸的气体在固定床反应塔Ⅰ4和固定床反应塔Ⅱ5内发生催化水解反应。
（5）产生的SO2随气流进入喷淋塔6产生硫酸、亚硫酸，硫酸和亚硫酸经过连通管11回流至汽提塔3，净化后的气体从出口排出。
（6）冷却液在固定床反应塔Ⅰ4和固定床反应塔Ⅱ5夹套中放热后重新进入冷却塔2循环使用。
（7）再生用水流入固定床反应塔Ⅰ4和固定床反应塔Ⅱ5冲洗失活催化剂，将催化剂表面的硫酸盐和单质硫带出进入硫磺回收工序，经过水洗后的催化剂在夹套的加热作用下快速烘干，形成再生催化剂。
本实施例所用催化剂为由硝酸铁、硝酸铜、硝酸铝制备成的类水滑石催化剂FeCuAlOx。
通过该方法和装置对含硫烟气（CS2浓度40ppm，COS浓度500ppm，O2浓度1%，空速80000h-1）进行脱硫实验，100%的CS2去除率和100%的COS去除率分别达到840min和630min。这表明该方法和装置具有很好的脱硫效果。
实施例3
本实施例所述同时脱除羰基硫、二硫化碳的方法包括以下步骤：
（1）经过预除尘处理后的高温烟气先通过余热锅炉1降温至180℃，再通过冷却塔2进行热交换，使烟气温度降至95℃，冷却液升高至95℃。
（2）经过降温后的气体再通过汽提塔3的作用，将汽提塔3中摩尔浓度为0.1mol/L的稀硫酸带入固定床反应塔Ⅰ4和固定床反应塔Ⅱ5中。
（3）步骤（1）中吸收热量并升温后的95℃的冷却液流入固定床反应塔Ⅰ4和固定床反应塔Ⅱ5的换热夹套中，将固定床反应塔Ⅰ4和固定床反应塔Ⅱ5内催化剂的温度提高到95℃。
（4）夹带稀硫酸的气体在固定床反应塔Ⅰ4和固定床反应塔Ⅱ5内发生催化水解反应。
（5）产生的SO2随气流进入喷淋塔6产生硫酸、亚硫酸，硫酸和亚硫酸经过连通管11回流至汽提塔3，净化后的气体从出口排出。
（6）冷却液在固定床反应塔Ⅰ4和固定床反应塔Ⅱ5夹套中放热后重新进入冷却塔2循环使用。
（7）再生用水流入固定床反应塔Ⅰ4和固定床反应塔Ⅱ5冲洗失活催化剂，将催化剂表面的硫酸盐和单质硫带出进入硫磺回收工序，经过水洗后的催化剂在夹套的加热作用下快速烘干，形成再生催化剂。
本实施例所用催化剂为经过硝酸铜改性的活性氧化铝催化剂Fe/Al2O3。
通过该方法和装置对含硫烟气（CS2浓度40ppm，COS浓度500ppm，O2浓度1%，空速80000h-1）进行脱硫实验，100%的CS2去除率和100%的COS去除率分别达到720min和570min。这表明该方法和装置具有很好的脱硫效果。

Claims (5)

1.一种同时脱除羰基硫、二硫化碳的方法，其特征在于，具体步骤如下：
（1）经过预除尘处理后的高温烟气先通过余热锅炉降温至150~200℃，再通过冷却塔进行热交换，使烟气温度降至60~100℃，冷却液升高至60~100℃；
（2）经过降温后的气体再通过汽提塔的作用，将汽提塔中的稀硫酸带入固定床反应塔中；
（3）步骤（1）中吸收热量并升温后的冷却液流入固定床反应塔换热夹套中，将反应塔内催化剂的温度提高到60~100℃；
（4）夹带稀硫酸的气体在固定床反应塔内发生催化水解反应；
（5）产生的SO2随气流进入喷淋塔产生硫酸、亚硫酸，硫酸和亚硫酸经过连通管回流至汽提塔，净化后的气体从出口排出；
（6）冷却液在固定床反应塔夹套中放热后重新进入冷却塔循环使用；
（7）再生用水流入固定床反应塔冲洗失活催化剂，将催化剂表面的硫酸盐和单质硫带出进入硫磺回收工序，经过水洗后的催化剂在夹套的加热作用下快速烘干，形成再生催化剂。
2.根据权利要求1所述同时脱除羰基硫、二硫化碳的方法，其特征在于：汽提塔和喷淋塔中稀硫酸摩尔浓度为0.01~0.1mol/L。
3.根据权利要求1所述同时脱除羰基硫、二硫化碳的方法，其特征在于：冷却液为乙醇和水的混合液，乙醇与水的摩尔比为0.5~20:1。
4.根据权利要求1所述的同时脱除羰基硫、二硫化碳的方法，其特征在于：固定床反应塔内的催化剂为水解催化剂。
5.一种同时脱除羰基硫、二硫化碳的装置，其特征在于：包括余热锅炉（1）、冷却塔（2）、汽提塔（3）、固定床反应塔Ⅰ（4）、固定床反应塔Ⅱ（5）、喷淋塔（6）、换热泵Ⅰ（7）、换热泵Ⅱ（8）、再生泵（9）、喷淋泵（10）、连通管（11）、搅拌器（12）、换热夹套（13）；余热锅炉（1）与冷却塔（2）连通，冷却塔（2）与汽提塔（3）连通；汽提塔（3）通过三通电磁阀分别与固定床反应塔Ⅰ（4）和固定床反应塔Ⅱ（5）连通；固定床反应塔Ⅰ（4）和固定床反应塔Ⅱ（5）通过三通电磁阀与喷淋塔（6）连通；汽提塔（3）和喷淋塔（6）的下端通过连通管（11）连通，喷淋塔（6）的下端通过喷淋泵（10）与喷淋塔（6）的顶端连通；冷却塔（2）、固定床反应塔Ⅰ（4）、固定床反应塔Ⅱ（5）的内壁均设有换热夹套（13）；再生水箱通过再生泵（9）与固定床反应塔Ⅰ（4）和固定床反应塔Ⅱ（5）的顶端连通，固定床反应塔Ⅰ（4）和固定床反应塔Ⅱ（5）底部与硫磺回收装置连通；换热泵Ⅱ（8）的出口与冷却塔（2）内部换热夹套的顶部连通，冷却塔（2）内部换热夹套的底部通过换热泵Ⅰ（7）分别与固定床反应塔Ⅰ（4）和固定床反应塔Ⅱ（5）内部换热夹套的顶部连通，固定床反应塔Ⅰ（4）和固定床反应塔Ⅱ（5）内部换热夹套的底部通过三通电磁阀与换热泵Ⅱ（8）的入口连通；
汽提塔（3）和喷淋塔（6）的底部均设置搅拌器（12）；
固定床反应塔Ⅰ（4）、固定床反应塔Ⅱ（5）的内部设置再生冲洗装置，底部设置储液槽。
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