CN106823691A - 一种硫化氢气体提浓的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种硫化氢气体提浓的方法，属于气体净化提浓技术领域。本发明硫化氢提浓方法先用混合溶剂对含硫化氢的原料气体进行吸收，然后经闪蒸，解析后得到提浓的硫化氢产品，并将一部分产品返回至吸收塔增加吸收塔内气相硫化氢的浓度，利用气液平衡的原理，气相硫化氢的浓度提高可以有效促进吸收溶剂对硫化氢的吸收，减少硫化氢吸收溶剂的用量，降低吸收塔内硫化氢吸收溶剂的循环量，进而减低热再生能耗。同时，本发明返回的气体中只有硫化氢，硫化氢在吸收溶剂中的浓度提高显著，进而达到提高产品中硫化氢浓度的目的。本发明是一种操作简单、能耗低、吸收溶剂用量少、生产成本低、硫化氢提浓效果好的硫化氢提浓方法。

Description

一种硫化氢气体提浓的方法
技术领域
本发明属于气体净化提浓技术领域，具体为一种硫化氢气体提浓的方法。
背景技术
化学工业中对天然气、合成气、工业废气等气体的湿法净化工艺主要目的是对气体中酸性气体的净化脱除。脱除后的酸气主要为含有H2S和CO2的废酸性气体，后续主要用克劳斯工艺技术制硫磺处理。实际上，高浓的H2S是一种有用的化学产品气，其可以用于生产硫脲、二甲亚砜、硫化钠、硫氢化钠、乙醇硫等产品，还可以继续精制获得电子级的H2S气体产品。这些产品的附加值都较单产硫磺更高，且也解决了H2S气体尾气治理的问题。
可以采用溶液吸收湿法处理工艺提浓H2S气体。现有技术对硫化氢气体的提浓先采用吸收溶剂对其进行吸收，然后再对主吸收塔中排出的吸收液送入闪蒸器中闪蒸，闪蒸液经再生得到提浓后的产品；闪蒸气经压缩机循环或回到吸收塔中，或与原料气再混合再进入吸收塔中再吸收。采用闪蒸气循环的主要目的是为了提高整个吸收塔***中气相H2S的浓度，进而提高吸收液中H2S的浓度，从而使得后续工段能够热再生出质量更高的H2S气体。但不利之处在于：闪蒸过程中溶液中溶解的CO2是最容易解析出的，由此造成循环闪蒸气的CO2浓度高，这部分CO2被循环回吸收塔中后，也需要大量的溶剂对其进行再吸收，由此造成溶剂循环量会上升。有文献报道，在典型的脱硫装置操作成本构成中，富液再生消耗的能量(蒸汽)占总成本的65％。在如果能够全***地提高H2S含量，充分利用溶剂对H2S具有的、较CO2更强的吸收能力，减低溶剂循环量，并配套解决中高浓度闪蒸气的再利用问题，则可以优化本工艺技术，降低综合运行能耗。
此外，溶液循环、气体和液体的加热和冷却，也需要消耗能量。溶液的挥发还会带走部分溶液，造成损失。对气体处理工艺过程而言，这些能耗和物耗实际就是运行的主要成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种硫化氢气体提浓的方法，本发明方法先用混合溶剂对含硫化氢的原料气体进行吸收，然后经闪蒸，解析后得到提浓的硫化氢产品，并将产品返回至吸收塔增加吸收塔内气相硫化氢的浓度，进而提高吸收液中硫化氢的浓度，从而达到提高产品中硫化氢浓度的目的。本发明相比于现有的利用闪蒸气返回至吸收塔中可以节省吸收溶剂的循环用量，降低热再生能耗。本发明目的通过以下技术方案来实现：
一种硫化氢气体提浓的方法，对含硫化氢、二氧化碳、水蒸汽的原料气进行提浓，使提浓后的硫化氢气体含量达到80％(v/v)以上，包括以下步骤：
1)原料气吸收：将原料气通入一级吸收塔中，与一级吸收塔中的吸收溶剂逆流接触，对原料气中的硫化氢及CO2进行吸收；
2)吸收溶液闪蒸：从一级吸收塔出来的吸收溶液进入一级闪蒸器，闪蒸减压排除部分CO2和H2S闪蒸气；
3)闪蒸液热解析：从闪蒸器出来的闪蒸液进入一级解析塔中，采用加热解析出其中的CO2和H2S，塔顶气体经冷凝除液后得到硫化氢产品气，产品气中H2S的含量为80～97％，解析液加压并冷却后返回至一级吸收塔循环使用；
4)产品气循环：抽取10～50％的产品气经压缩后返回至一级吸收塔与原料气混合后经再次吸收、闪蒸、热解析得到提浓的硫化氢产品气。
本发明方法先用混合溶剂对含硫化氢的原料气体进行吸收，然后经闪蒸，解析后得到提浓的硫化氢产品，并将一部分产品返回至吸收塔增加吸收塔内气相硫化氢的浓度，利用气液平衡的原理，气相硫化氢的浓度提高可以有效促进吸收溶剂对硫化氢的吸收，减少硫化氢吸收溶剂的用量，降低硫化氢吸收溶剂的循环量，进而减低热再生能耗。同时，本发明返回的气体中只有硫化氢，硫化氢在吸收溶剂中的浓度提高，进而达到提高产品中硫化氢浓度的目的。本发明返回吸收塔只有硫化氢，降低现有的吸收塔中用来对CO2进行吸收的溶剂循环量，进一步降低能耗。
作为本发明一种硫化氢气体提浓方法的一个具体实施例，所述返回至一级吸收塔的产品气为产品气总量的15％～40％；进一步优选为20％～35％；更进一步优选为23％～30％。
作为本发明一种硫化氢气体提浓方法的一个具体实施例，所述提浓方法还包括CO2和H2S闪蒸气的提浓，将CO2和H2S闪蒸气压缩升压后通入二级吸收塔中，依次经吸收、热解析获得高浓度的硫化氢产品气。
作为本发明一种硫化氢气体提浓方法的一个具体实施例，所述CO2和H2S闪蒸气的提浓为多级，前一级闪蒸工序排放出的闪蒸气作为后一级提浓的原料，每一级均可产出提浓的硫化氢产品；除最后一级外，每一级均有硫化氢产品气返回至吸收塔中。本发明闪蒸气提浓工序每级均可采出产品气，产品气的组成和流量可不相同。整体工艺运行以能照顾工艺的运行经济性为佳。
作为本发明一种硫化氢气体提浓方法的一个具体实施例，所述每一级返回至吸收塔中的硫化氢产品气为产品气总量的10％～50％。进一步优选为15％～40％或20％～35％；更进一步优选为23％～30％。
作为本发明一种硫化氢气体提浓方法的一个具体实施例，所述吸收溶剂为聚乙二醇二甲醚、哌嗪、N-乙基哌嗪、N-甲/乙酰吗啉、吗啉、MDEA、1，2-环己二酮、N-甲/乙基吡咯烷酮、N-羟乙基哌啶、环丁砜、水中的两种或两种以上；所述吸收溶剂中的水含量不大于3％；所述吸收溶剂在常压下的泡点温度不低于150℃。
作为本发明一种硫化氢气体提浓方法的一个具体实施例，所述吸收塔的温度为5～40℃，压力为0.1MPa～3.5MPa。吸收塔的温度及压力应根据溶剂的挥发性、耐热性来决定，采用本发明设定的吸收温度及吸收压力，塔顶气体中H2S气体的体积浓度可降低到8×10-6以下。当然，也可根据后续工艺要求，将塔顶H2S的浓度处理至小于原料气中H2S的任意浓度。
作为本发明一种硫化氢气体提浓方法的一个具体实施例，所述一级闪蒸器的闪蒸压力为0.1MPa～3.0MPa、闪蒸温度为0℃～40℃。一般为了能达到更好的闪蒸效果，要求闪蒸压力低于一级吸收塔的压力。
作为本发明一种硫化氢气体提浓方法的一个具体实施例，所述一级解析塔加热解析的温度为120～250℃，塔顶压力为-0.02MPa～0.1MPa；所述解析液冷却的温度为5～40℃。加热解析过程中可通入水蒸汽气提以有利于解析。解析液中H2S体积浓度可降到9×10-6以下。
作为本发明一种硫化氢气体提浓方法的一个具体实施例，所述CO2和H2S闪蒸气的提浓所用的吸收溶剂为聚乙二醇二甲醚、哌嗪、N-乙基哌嗪、N-甲/乙酰吗啉、吗啉、MDEA、1，2-环己二酮、N-甲/乙基吡咯烷酮、N-羟乙基哌啶、环丁砜、水、咪唑啉衍生物、莨菪碱、9-甲基石榴皮丹宁醇、N-(3-羟丙基)吡啶、N-(3-羟丙基)吖丁啶中的两种或两种以上；各级吸收溶剂及原料气吸收溶剂可以采用相同组溶剂也可以采用不同组分溶剂。
作为本发明一种硫化氢气体提浓方法的一个具体实施例，所述CO2和H2S闪蒸气的提浓工序中各级吸收塔、闪蒸器及解析塔的压力和温度分别在一级吸收塔、一级闪蒸器及一级解析塔所述的温度和压力范围内。
本发明的有益效果：
1、本发明利用一部分产品气返回至吸收塔代替现有的闪蒸气全部回至吸收塔，增加吸收塔内气相硫化氢的浓度，利用气液平衡的原理，气相硫化氢的浓度提高可以有效促进吸收溶剂对硫化氢的吸收，减少硫化氢吸收溶剂的用量，降低硫化氢吸收溶剂的循环量，进而减低热再生能耗。
2、本发明返回的气体中只有硫化氢，可以避免返回的气体中含有CO2，进而达到提高产品中硫化氢浓度的目的。
3、本发明返回吸收塔只有硫化氢，降低现有的吸收塔中用来对CO2进行吸收的溶剂循环量，进一步降低能耗。
4、本发明采用多级提浓工序对原料气提浓过程中的闪蒸气进行提浓，每级均有产品硫化氢气体产出，增加了硫化氢气体产品的收率。
5、本发明是一种操作简单、能耗低、吸收溶剂用量少、生产成本低的硫化氢提浓方法。
附图说明
图1为本发明二级处理工艺流程示意图；
图2位本发明三级处理工艺流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
本实施例为二级提浓，具体提浓步骤如下：
1)原料气吸收：将原料气(CO265％(v/v)、H2S35％(v/v))通入一级吸收塔中，与一级吸收塔中的吸收溶剂逆流接触，对原料气中的硫化氢进行吸收，同时也吸收了部分CO2，其中，一级吸收塔的塔顶压力为0.35MPa、吸收温度为135℃；
2)吸收溶液闪蒸：从一级吸收塔出来的吸收溶液进入一级闪蒸器，闪蒸减压排除部分CO2和H2S闪蒸气；其中，一级闪蒸器的压力为0.15MPa、闪蒸温度为30℃。
3)闪蒸液热解析：从闪蒸器出来的闪蒸液进入一级解析塔中，采用加热解析出其中的CO2和H2S，塔底温度为135℃、塔顶压力为常压，并采用水蒸汽气提。塔顶气体经冷凝除液后得到硫化氢产品气，产品气中H2S的含量为91％(v/v)，解析液加压并冷却至15℃后返回至一级吸收塔循环使用；
4)产品气循环：抽取17.5％的产品气经压缩后返回至一级吸收塔与原料气混合后经再次吸收，以提高***中整体的硫化氢浓度；
5)闪蒸气提浓：将闪蒸气通过压缩升压后通入二级吸收塔中，依次经吸收、热解析获得高浓度的硫化氢产品气，产品气中H2S含量为89％(v/v)。
本实施例中，一级吸收塔所采用的吸收溶剂为聚乙二醇二甲醚溶液，含有水和2-甲基咪唑啉，其含水量不大于2％；二级吸收塔所采用的吸收溶剂为N-甲/乙酰吗啉、N-乙基哌嗪和环丁砜的混合液。二级吸收塔及二级解析塔的操作条件分别与一级吸收塔和一级解析塔相同或相近。
本实施例与现有的单级吸收－闪蒸－解析(闪蒸气全部压缩循环回吸收塔中)工艺节约综合能耗约9％，吸收溶剂的循环用量节约11％(以传统工艺溶剂循环量100计，新工艺中一级溶剂循环量80，二级溶剂循环量9)。主要由于在第一级吸收、解析***提升了***中H2S浓度、并将部分CO2气体通过闪蒸排放到第二级吸收、解析***处理，可显著降低第一级溶剂循环量，进而减低热再生能耗。同时，在对比相同溶剂、吸收、解析、循环压缩的工艺条件下，单级吸收－闪蒸－解析工艺的产品气中H2S含量为88％(v/v)，本实施例具有一定的产品气H2S浓度提升效果。
实施例2
本实施例为三级提浓，具体提浓步骤如下：
第一级吸收、闪蒸、解析工艺流程及操作参数同实施例1，第二级也包括吸收、闪蒸、热解析操作，操作温度、压力工艺条件同第一级，第三级包括吸收及解析。第三级吸收压力0.28MPa，解析温度同第一级。所有吸收溶剂均采用聚乙二醇二甲醚溶液，含有水和2-甲基咪唑啉，其含水量不大于2％。(以传统工艺溶剂循环量100计，本工艺中第一级溶剂循环量80，第二级溶剂循环量12，第三级溶剂循环量6)。操作能耗与传统工艺流程基本相当(气体压缩能耗增加但溶液循环量及再生能耗降低)。第二级和第三级硫化氢产品气浓度分别提升到96.5％(v/v)和93.0％(v/v)。
实施例3
本实施例采用与实施例1相同的工艺流程，第一级吸收溶剂采用聚乙二醇二甲醚溶液，含有水和2-甲基咪唑啉、1，2-环己二酮，其含水量不大于2％。第二级吸收溶剂采用40％MDEA水溶液，含有莨菪碱和吡啶。第一级工艺各个单元操作温度、压力和实施例1相同。第二级吸收压力0.25MPa，吸收温度35℃，第二级再生塔塔顶压力0.12MPa，塔釜温度112℃，第二级产品气硫化氢浓度85.2％(v/v)。
由于第二级采用MDEA水溶液，其热容较高，再生能耗上升，***总能耗较传统能耗上升10％。
实施例4
采用与实施例1相同的工艺流程，第一级和第二级吸收溶剂都采用N-甲酰吗啉/N-乙酰吗啉溶液，含有环丁砜和N-羟乙基哌啶。与传统工艺相比溶剂循环用量节约7.5％，能耗降低14％，由于溶剂的吸收性能改善、热容降低，其节能效果较为明显。
实施例5
采用与实施例1相同的工艺流程及溶剂。对产品气循环时，抽取25％的产品气经压缩后返回至一级吸收塔与原料气混合后经再次吸收。与传统工艺相比溶剂循环用量节约9％，能耗降低8％，一级和二级产品气中H2S含量分别为91％(v/v)和89％(v/v)。主要由于降低了溶液再生能耗而实现的。
实施例6
采用与实施例1相同的工艺流程及溶剂。对产品气循环时，抽取35％的产品气经压缩后返回至一级吸收塔与原料气混合后经再次吸收。与传统工艺相比溶剂循环用量节约8％，能耗降低9％，一级和二级产品气中H2S含量分别为89.5％(v/v)和88％(v/v)。
实施例7
采用与实施例1相同的工艺流程及溶剂。对产品气循环时，抽取50％的产品气经压缩后返回至一级吸收塔与原料气混合后经再次吸收。与传统工艺相比溶剂循环用量持平时，能耗基本相当，一级和二级产品气中H2S含量分别为91.5％(v/v)和89％(v/v)。继续提高溶剂循环量对产品气质量改善和节能意义都不大。
实施例8
采用与实施例1相同的工艺流程及溶剂。对产品气循环时，抽取7％的产品气经压缩后返回至一级吸收塔与原料气混合后经再次吸收。与传统工艺相比溶剂循环用量增加10％，能耗提高9％，一级和二级产品气中H2S含量分别为89.4％(v/v)和87.8％(v/v)。
实施例9
采用与实施例1相同的工艺流程及溶剂。对产品气循环时，抽取60％的产品气经压缩后返回至一级吸收塔与原料气混合后经再次吸收。与传统工艺相比溶剂循环用量增加10％，能耗提高7％，一级和二级产品气中H2S含量分别为90.5％(v/v)和89％(v/v)。
实施例10
采用与实施例1相同的工艺流程及溶剂。对产品气循环时，抽取70％的产品气经压缩后返回至一级吸收塔与原料气混合后经再次吸收。与传统工艺相比溶剂循环用量增加20％，能耗提高15％，一级和二级产品气中H2S含量分别为88.5％(v/v)和86％(v/v)。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种硫化氢气体提浓的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)原料气吸收：将原料气通入一级吸收塔中，与一级吸收塔中的吸收溶剂逆流接触，对原料气中的硫化氢及CO2进行吸收；
2)吸收溶液闪蒸：从一级吸收塔出来的吸收溶液进入一级闪蒸器，闪蒸减压排除部分CO2和H2S闪蒸气；
3)闪蒸液热解析：从闪蒸器出来的闪蒸液进入一级解析塔中，采用加热解析出其中的CO2和H2S，塔顶气体经冷凝除液后得到硫化氢产品气，产品气中H2S的含量为80～97％，解析液加压并冷却后返回至一级吸收塔循环使用；
4)产品气循环：抽取10～50％的产品气经压缩后返回至一级吸收塔与原料气混合后经再次吸收、闪蒸、热解析得到提浓的硫化氢产品气。
2.如权利要求1所述一种硫化氢气体提浓的方法，其特征在于，还包括CO2和H2S闪蒸气的提浓，将CO2和H2S闪蒸气压缩升压后通入二级吸收塔中，依次经吸收、热解析获得高浓度的硫化氢产品气。
3.如权利要求2所述一种硫化氢气体提浓的方法，其特征在于，所述CO2和H2S闪蒸气的提浓为多级，前一级闪蒸工序排放出的闪蒸气作为后一级提浓的原料，每一级均可产出提浓的硫化氢产品；除最后一级外，每一级均有硫化氢产品气返回至吸收塔中。
4.如权利要求3所述一种硫化氢气体提浓的方法，其特征在于，所述每一级返回至吸收塔中的硫化氢产品气为产品气总量的10％～50％。
5.如权利要求1所述一种硫化氢气体提浓的方法，其特征在于，所述吸收溶剂为聚乙二醇二甲醚、哌嗪、N-乙基哌嗪、N-甲/乙酰吗啉、吗啉、MDEA、1，2-环己二酮、N-甲/乙基吡咯烷酮、N-羟乙基哌啶、环丁砜、水中的两种或两种以上；所述吸收溶剂中的水含量不大于3％；所述吸收溶剂在常压下的泡点温度不低于150℃。
6.如权利要求1所述一种硫化氢气体提浓的方法，其特征在于，所述吸收塔的温度为5～40℃，压力为0.1MPa～3.5MPa。
7.如权利要求1所述一种硫化氢气体提浓的方法，其特征在于，所述一级闪蒸器的闪蒸压力为0.1MPa～3.0MPa、闪蒸温度为0℃～40℃。
8.如权利要求1所述一种硫化氢气体提浓的方法，其特征在于，所述一级解析塔加热解析的温度为110℃～250℃，塔顶压力为-0.02MPa～0.1MPa；所述解析液冷却后的温度为5～40℃。
9.如权利要求2或3所述一种硫化氢气体提浓的方法，其特征在于，所述CO2和H2S闪蒸气的提浓所用的吸收溶剂为聚乙二醇二甲醚、哌嗪、N-乙基哌嗪、N-甲/乙酰吗啉、吗啉、MDEA、1，2-环己二酮、N-甲/乙基吡咯烷酮、N-羟乙基哌啶、环丁砜、水、咪唑啉衍生物、莨菪碱、9-甲基石榴皮丹宁醇、N-(3-羟丙基)吡啶、N-(3-羟丙基)吖丁啶中的两种或两种以上；各级吸收溶剂及原料气吸收溶剂可以采用相同组溶剂也可以采用不同组分溶剂。
10.如权利要求2或3所述一种硫化氢气体提浓的方法，其特征在于，所述CO2和H2S闪蒸气的提浓工序中各级吸收塔、闪蒸器及解析塔的压力和温度分别在一级吸收塔、一级闪蒸器及一级解析塔所述的温度和压力范围内。
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