一种脱除气相中硫化氢的系统装置及应用的制作方法

本发明涉及气体净化技术领域。更具体地，涉及一种脱除气相中硫化氢的系统装置及应用。

背景技术：

无论在工业生产中还是工业尾气中，含硫化氢原料气很常见，如天然气、半水煤气、焦炉气、合成气等。含硫工业气体会引起设备腐蚀、催化剂中毒、设备腐蚀等，含硫废气的排放也会严重造成环境污染问题。大气中含有0.1％硫化氢都会使得人发生头疼、眩晕等症状，严重地影响居民的正常的生活安全。随着社会发展和人们对环保要求的日益增加，对脱硫要求也越来越高。迫切需求具有高效、低投入、资源化和无二次污染脱硫技术，对合理有效利用资源、促进环境保护具有重要意义。

目前国内外处理H2S的方法很多，主要有干法、湿法和生物法三大类。在众多的脱除气体中硫化氢技术中，湿式氧化法因其脱硫彻底、不会造成二次污染、操作弹性较大而得到了较为广泛的应用。通常，湿式氧化法脱硫常用的吸收设备为填料塔、筛板塔等传统塔设备，在传统设备中通过脱硫液与含硫酸性气在吸收塔内部逆流接触，达到净化的目的。因受到常规重力场的限制，气体两相的相对速度很慢，气液更新速度也较慢，因而传质强度不大，吸收效率较低，操作弹性低，设备体积庞大、填料易堵塞，开停车难等缺点。

超重力技术作为一项过程强化的平台技术，已在分离、反应和吸收等方面有很有的应用，而且具有传质效率高、设备体积小、开停车容易、操作简单等优点。

中国专利200310101838.1报道了一种超重力旋转床和有机胺吸收脱除气体中硫化氢和粉尘的方法，但没有涉及后续有机胺的再生方法。

中国专利200710101508.0报道了一种天然气超重力脱硫化氢的方法，该专利在传统有机胺吸收硫工艺的基础上，采用超重力旋转床填料床取代吸收塔，但再生时间长，硫磺的分离设备庞大。

中国专利200910266168.6提出了一种适合于超重力脱硫的络合铁脱硫剂，具有饱和硫容大(可达0.6g/L)，吸收速率快且效率高，溶液性能稳定无降解，硫磺易回收，副反应少。

中国发明专利201110076120.6采用超重力机取代了传统低传质效率反应器，在硫化氢氧化和催化剂再生中均采用超重力旋转填料床，该设备将富液槽合并为一台设备，即沉降槽，尽管如此，采用超重力旋转填料床作为络合铁脱硫的气液接触设备，脱硫过程中产生的硫磺容易富集在丝网填料中，造成转子外层的丝网填料堵塞，尤其是气相中硫化氢浓度较高时，堵塞较为严重。该工艺依然没有解决硫磺堵塞超重力机填料问题，而且再生工艺较为复杂。

中国专利201310060031.1采用预氧化脱硫-超重力氧化脱硫-沉降硫磺-超重力再生的工艺路线也是采用超重力再生装置，再生过程中也会产生硫磺，堵塞超重力填料，并且在进入超重力再生装置前设有过滤膜，增加了工业成本，工艺较为复杂，耗能提高，得不偿失。

因此，本发明提出了一种脱除气相中硫化氢的系统装置，将吸收和再生反应过程同时在同一台超重力机上进行，降低了工业能耗，减小占地面积。该装置脱硫效率高，占地面积小，脱硫液可再生一体化连续运行，并且在再生过程中采用定-转子结构，很大程度上解决了现有超重力法氧化脱硫-再生装置存在硫磺堵塞超重力装置填料问题。

技术实现要素：

本发明的一个目的在于提供一种脱除气相中硫化氢的系统装置。本发明提出了一种脱硫效率高，占地面积小，脱硫液可再生一体化连续运行的硫化氢脱除装置，采用双级旋转填充床，将吸收过程和再生过程同时在同一台超重力机上进行，降低了工业能耗，并且现有超重力法氧化脱硫-再生装置存在硫磺堵塞超重力装置填料问题，本发明采用再生装置的转子采用定-转子结构，在很大程度上解决了超重力填料堵塞硫磺的问题。

本发明的另一个目的在于提供一种脱除气相中硫化氢的系统装置的应用。

为达到上述第一个目的，本发明采用下述技术方案：

一种脱除气相中硫化氢的系统装置，所述系统装置包括原料气入口，空气入口，分离器，双级旋转填充床吸收-再生装置，除雾器，贫液罐，富液罐，尾气排放口，沉降分离系统和硫磺回收系统；

所述双级旋转填充床吸收-再生装置包括底座、电机、联轴器、双级旋转填充床、第一级气体入口、第一级气体出口、第一级液体入口、第一级液体出口、第二级气体出口、第二级液体入口、第二级气体入口和第二级液体出口；所述双级旋转填充床包括第一级转子和第二级转子；

所述原料气入口与分离器的气体入口连接；所述分离器的气体出口与第一级气体入口连接；所述第一级气体出口与除雾器连接；所述第一级液体入口与贫液罐的液体出口连接；所述第一级液体出口与富液罐的液体入口连接；

所述富液罐的液体出口与第二级液体入口连接；所述空气入口与第二级气体入口连接；所述第二级气体出口与尾气排放口连接；所述第二级液体出口与沉降分离系统的液体入口连接；

所述沉降分离系统的上层液体出口与贫液罐的液体入口连接；

所述沉降分离系统与贫液罐之间设有旁路，经管路连接至富液罐液体入口；

所述沉降分离系统的下层液体出口与硫磺回收系统连接。

优选地，所述双级旋转填充床吸收-再生装置为立式安装；所述电机外部设有底座，电机的输出轴与联轴器固定连接，联轴器的输出轴穿过轴承座与双级旋转填充床的旋转轴同轴固定连接；所述第一级转子和第二级转子之间设有分隔板；所述双级转子的每一级内缘处设有液体分布器；所述第一级转子上方的壳体设有第一级气体入口、第一级气体出口和第一级液体入口；所述第一级转子下方一侧的壳体设有第一级液体出口；所述第二级转子上方两侧的壳体设有第二级气体出口和第二级液体入口；所述第二级转子一侧的壳体设有第二级气体入口；所述第二级转子下方的壳体设有第二级液体出口。

优选地，所述第一级转子由转子和填料组成；所述填料选自金属丝网填料、聚四氟填料、陶瓷填料、结构化填料或规整填料。

优选地，所述第二级转子由定-转子组成。所述第二级转子的定-转子由定子和转子构成；所述定子和转子同为同心环结构；所述定子固定在端盖上，转子固定在转子座上，由电机转动带动旋转；所述定子和转子上的同心环在圆周上的通道为直槽、后弯槽或前弯槽，或者为圆孔或长圆孔，或者为柱销；所述柱销的形状为圆形、椭圆形、正方形、长方形、三角形或菱形；所述定子上的多层同心环与转子上的多层同心环的直径不等，交叉安装在一起。

优选地，所述系统装置还包括第一阀门，第一鼓风机，第二鼓风机，第一离心泵，流量计，第二离心泵，第三离心泵，第二阀门，第三阀门，第四离心泵，第三鼓风机和第四阀门。

优选地，所述原料气入口依次通过第一阀门和第一鼓风机与分离器气体入口连接；所述空气入口通过第二鼓风机与第二级气体入口连接；所述贫液罐的液体出口依次通过第一离心泵和流量计与第一级液体入口连接；所述富液罐液体出口通过第二离心泵与第二级液体入口连接；所述沉降分离系统的上层液体出口依次通过第三离心泵和第二阀门与贫液罐入口连接；第三离心泵和第二阀门之间设有旁路，旁路通过第三阀门与富液罐液体入口连接；所述沉降分离系统的下层液体出口通过第四离心泵与硫磺回收系统入口连接；所述硫磺回收系统连接有第三鼓风机和第四阀门。

优选地，在沉降分离系统上设有pH监测点，所述pH监测点与第二阀门和第三阀门相互关联，当pH值在8.15～8.5之间时，第二阀门打开，同时第三阀门关闭，将再生的富液送回到贫液罐中，反之pH值不在上述区间内，第二阀门关闭，同时第三阀门打开，将再生的富液送到富液罐中，最终形成再生循环系统。

本发明中双级旋转填充床的第一级用于去脱除硫化氢，第二级用于富液的再生。

为达到上述第二个目的，本发明采用下述技术方案：

一种脱除气相中硫化氢的系统装置在用于含有硫化氢的工业尾气净化领域的应用，所述气体净化包括如下步骤：

1)含硫化氢的原料气通过原料气入口经过第一阀门和第一鼓风机进入分离器，除去原料气中含有的固相和液相杂质，获得初次提纯的气体；

2)步骤1)获得的初次提纯的气体从分离器的气体出口排出，经第一级气体入口进入双级旋转填充床吸收-再生装置中的第一级转子；同时，贫液罐中贫液从液体出口流出，通过第一离心泵和流量计，经第一级液体入口进入双级旋转填充床吸收-再生装置中的第一级转子；原料气与贫液在第一级转子的丝网填料上充分接触发生硫化氢吸收反应，除去夹带液的气体直接经第一级气体出口由除雾器排放到大气中，吸收硫化氢后的富液经第一级液体出口则进入富液罐；

3)空气通过空气入口，通过第二鼓风机，经第二级气体入口进入双级旋转填充床吸收-再生装置中的第二级转子；步骤2)中的富液罐中的富液通过第二离心泵，经第二级液体入口进入双级旋转填充床吸收-再生装置中的第二级转子，富液与空气在第二级转子内的定-转子内充分混合且发生氧化或解析反应，得到再生后的吸收液，氧化后的空气经第二级气体出口直接排放到大气中；

4)步骤3)中再生后的吸收液经第二级液体出口排出，进入沉降分离系统中并发生沉降分离，上层为再生富液，下层为硫磺；上层再生富液通过沉降分离系统上的pH监测点监测pH值；当pH值在8.15～8.5之间时，第二阀门打开，同时第三阀门关闭，吸收液进入贫液罐，形成再生循环系统；当pH值不在上述区间内，第二阀门关闭，同时第三阀门打开，再生富液经管路进入富液罐中，形成再生循环系统；下层的硫磺经第四离心泵进入硫磺回收系统；所述硫磺在硫磺回收系统中通过第三鼓风机引入空气除去多余的水分，经过第四阀门排出。

优选地，步骤1)中所述含硫化氢的原料气为天然气、油田伴生气、油田尾气、采油废气、油田采出气、焦炉气、合成气或克劳斯尾气。

优选地，步骤2)中所述贫液罐中贫液为络合铁吸收剂、碳酸钠或蒽醌二磺酸钠。

本发明发现，双级旋转填充床吸收-再生装置中第一转子和第二转子的协同作用，不仅使得脱硫液可再生一体化连续运行，强化了过程传质效率，缩短氧化脱硫和脱硫剂再生时间，而且再生过程中采用定-转子结构解决了超重力填料堵塞硫磺的问题。

本发明的有益效果如下：

本发明将传统的吸收设备与再生设备结合在同一台设备中，减少了工业能耗和工业占地面积；吸收过程中转子采用丝网填料结构，强化了过程传质效率，再生过程中转子采用定-转子结构，在很大程度上防止硫磺堵塞，相对以往具有再生装置简单，操作容易，占地面积小等优势。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1示出本发明实施例1中脱除气相中硫化氢的系统装置的示意图。

图2示出本发明实施例1中双级旋转填充床吸收-再生装置中定-转子内部转子结构图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例1

如图1所示，本发明提出了一种脱除气相中硫化氢的系统装置，包括原料气入口1，第一阀门2，第一鼓风机3，分离器4，双级旋转填充床吸收-再生装置5，除雾器6，第一级尾气排放口7，新鲜吸收剂添加口8，贫液罐9，第一离心泵10，流量计11，富液罐12，第二离心泵13，空气入口14，第二鼓风机15，第二级尾气排放口16，沉降分离系统17，第三离心泵18，第二阀门19，第三阀门20，第四离心泵21，硫磺回收系统22，第三鼓风机23，第四阀门24。

所述双级旋转填充床吸收-再生装置5为立式安装，包括底座501、电机502、联轴器503、双级旋转填充床、第一级气体入口506、第一级气体出口507、第一级液体入口508、第一级液体出口509、第二级气体出口510和第二级液体入口511、第二级气体入口512和第二级液体出口513；电机502外部设有底座501，电机502的输出轴与联轴器503固定连接，联轴器503的输出轴穿过轴承座与双级旋转填充床的旋转轴同轴固定连接；双级旋转填充床包括第一级转子504和第二级转子505；双级转子的每一级内缘处设有液体分布器；第一级转子504上方的壳体设有第一级气体入口506、第一级气体出口507和第一级液体入口508；第一级转子504下方一侧的壳体设有第一级液体出口509；第二级转子504上方两侧的壳体设有第二级气体出口510和第二级液体入口511；第二级转子504一侧的壳体设有第二级气体入口512；第二级转子504下方的壳体设有第二级液体出口513；

所述原料气入口1依次通过第一阀门2和第一鼓风机3与分离器4气体入口连接；所述分离器4的气体出口与第一级气体入口506连接；所述第一级气体出口507与除雾器6连接；

所述贫液罐9的液体出口依次通过第一离心泵10和流量计11与第一级液体入口508连接；

所述第一级液体出口509与富液罐12的液体入口连接；

所述富液罐12液体出口通过第二离心泵13与第二级液体入口511连接；

所述空气入口14通过第二鼓风机15与第二级气体入口512连接；所述第二级气体出口510与尾气排放口16连接；所述第二级液体出口513与沉降分离系统17的液体入口连接；

所述沉降分离系统17的上层液体出口依次通过第三离心泵18和第二阀门19与贫液罐9液体入口连接；

第三离心泵18和第二阀门19之间设有旁路，旁路通过第三阀门20与富液罐12液体入口连接；

所述沉降分离系统17的下层液体出口通过第四离心泵21与硫磺回收系统22入口连接；

所述硫磺回收系统22连接有第三鼓风机23和第四阀门24。

在沉降分离系统17上设有pH监测点，所述pH监测点与第二阀门19和第三阀门20相互关联，当pH值在8.15～8.5之间时，第二阀门19打开，同时第三阀门20关闭，将再生的富液送回到贫液罐9中，反之pH值不在上述区间内，第二阀门19关闭，同时第三阀门20打开，将再生的富液送到富液罐12中，最终形成再生循环系统。

所述双级旋转填充床吸收-再生装置中的第一级转子由转子和填料组成；所述双级旋转填充床吸收-再生装置中的第二级转子由定-转子组成；双级旋转填充床吸收-再生装置中定-转子内部转子结构图如图2所示，转子为同心环结构，在圆周上的通道为圆孔。

气体净化包括如下步骤：

1)含硫化氢的原料气通过原料气入口1经过第一阀门2和第一鼓风机3进入分离器4，除去原料气中含有的固相和液相杂质，获得初次提纯的气体；

2)步骤1)获得的初次提纯的气体从分离器4的气体出口排出，经第一级气体入口506进入双级旋转填充床吸收-再生装置5中的第一级转子504；同时，贫液罐9中贫液从液体出口流出，通过第一离心泵10和流量计11，经第一级液体入口508进入双级旋转填充床吸收-再生装置5中的第一级转子504；原料气与贫液在第一级转子22的丝网填料上充分接触发生硫化氢吸收反应，除去夹带液的气体直接经第一级气体出口507由除雾器6排放到大气中，吸收硫化氢后的富液经第一级液体出口509则进入富液罐12；

3)空气通过空气入口14，通过第二鼓风机15，经第二级气体入口512进入双级旋转填充床吸收-再生装置5中的第二级转子505；步骤2)中的富液罐12中的富液通过第二离心泵13，经第二级液体入口511进入双级旋转填充床吸收-再生装置5中的第二级转子505，富液与空气在第二级转子505内的定-转子内充分混合且发生氧化或解析反应，得到再生后的吸收液，氧化后的空气经第二级气体出口510直接排放到大气中；

4)步骤3)中再生后的吸收液经第二级液体出口513排出，进入沉降分离系统17中并发生沉降分离，上层为再生富液，下层为硫磺；上层再生富液通过沉降分离系统17上的pH监测点监测pH值；当pH值在8.15～8.5之间时，第二阀门19打开，同时第三阀门20关闭，吸收液进入贫液罐9，形成再生循环系统；当pH值不在上述区间内，第二阀门19关闭，同时第三阀门20打开，再生富液经过管路进入富液罐12中，形成再生循环系统；下层的硫磺经第四离心泵21进入硫磺回收系统22；所述硫磺在硫磺回收系统22中通过第三鼓风机23引入空气除去多余的水分，经过第四阀门24排出。

实施例2

使用实施例1的装置和工艺进行油田伴生气脱除硫化氢：

处理量：20000Nm³，压力12MPa，硫化氢含量200ppm，气体温度为60℃，贫液槽中络合铁作为吸收液，吸收液用量150m³/h。采用该工艺处理，出口伴生气硫化氢含量为2ppm，再生过程中运行1年进行清理定-转子堵塞。

实施例3

使用实施例1的装置和工艺进行天然气脱除硫化氢：

处理量：60000Nm³，压力1MPa，硫化氢含量6000ppm，气体温度为6℃，贫液槽中选用络合铁作为吸收液，吸收液用量100m³/h。采用该工艺处理，出口伴生气硫化氢含量为3ppm，再生过程中运行1年进行清理定-转子堵塞。

实施例4

使用实施例1的装置和工艺进行半水煤气脱除硫化氢：

处理量：120000Nm³，压力2MPa，硫化氢含量4000ppm，气体温度为50℃，贫液槽中选用络合铁作为吸收液，吸收液用量500m³/h。采用该工艺处理，出口伴生气硫化氢含量为4ppm，再生过程中运行1年进行清理定-转子堵塞。

对比例1

重复实施例2，将双级旋转填料床换成传统的吸收塔装置和再生装置，其他条件不变，结果显示，出口伴生气硫化氢含量为20ppm，并且在再生过程中，容易发生堵塞现象。

对比例2

重复实施例3，采用本装置，将其中第二级转子中的定-转子结构换成丝网填料结构，其他条件不变，结果显示，出口伴生气硫化氢含量为10ppm，在吸收剂再生阶段，反应过程中生成硫磺对丝网填料发生了堵塞，连续运行3个月需要进行清理丝网填料堵塞。

结论：本发明中双级旋转填充床的第一级转子用于去脱除硫化氢，第二级转子用于富液的再生，二者之间相互配合，协同作用，将传统的吸收设备与再生设备结合在同一台设备中，使得脱硫液可再生一体化连续运行，强化了过程传质效率，缩短氧化脱硫和脱硫剂再生时间，解决了超重力填料堵塞硫磺的问题，缺少任一组成都会使得脱除硫化氢的过程在某些方面造成影响。而且本发明的产品在减少工业能耗和工业占地面积，强化过程传质效率，防止硫磺堵塞等方面都具有优良的效果。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。