一种高效硫磺回收及尾气处理装置的制作方法

本发明涉及石油化工、电力、环保等领域，具体涉及一种低压工况下的高效硫磺回收及尾气处理装置。

背景技术：

随着人们环保意识的提高和国家环保法规的日益严格，硫磺回收及尾气处理技术在石油炼制，天然气净化，焦化冶金和煤气化工等多个领域被快速推广。络合铁脱硫技术是一种以液相的铁离子为催化剂的湿式氧化还原脱除硫化物的方法，它的特点是吸收剂无毒、能一步将h2s转变成元素硫，h2s的脱除率可达99％以上。络合铁脱硫通常利用h2s气体与催化剂溶液中的高价fe离子进行反应，通过高价态fe离子还原成低价态fe离子，将hs-转化成硫磺，其反应式为：h2s+2fe³⁺→2fe²⁺+s+2h⁺；然后在再生过程中，低价态的络合铁溶液与空气接触氧化成高价态络合铁溶液，恢复氧化性能，溶液循环吸收硫化氢气体，其反应式为o²+4fe²⁺+2h2o→4fe³⁺+4oh^-。因此高效硫磺回收及尾气处理装置主要有两种方式：(1)h2s吸收和催化剂的再生分别在两个独立的鼓泡塔——吸收塔和氧化塔中进行，脱硫液在两个独立的鼓泡塔间循环，且需要额外增加两组动力源——液压泵，其中一组液压泵将溶液从氧化塔中抽入吸收塔；另外一组液压泵将溶液从吸收塔中抽入氧化塔，成本较高，工艺复杂；(2)h2s吸收和催化剂再生在一个鼓泡塔的不同区域进行，吸收和再生分别在一个内环流鼓泡塔的中央和环隙部分进行。为了提高吸收塔中催化液溶液吸收硫化氢气体的效率，往往会在吸收塔中设置喷淋装置，通过将喷淋装置将催化剂溶液进行喷洒，使喷洒的催化剂溶液来吸收硫化氢气体；这种方式催化剂溶液与来源酸气接触面积和接触时间都不高，因此硫化氢气体的吸收效率也不高。并且，上述两种方式都需要强大的动力源，但是有一些使用环境下，来源气(含h2s酸气)的压力非常低，无法提供强大的动力源，因此现有的高效硫磺回收及尾气处理装置无法使用。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种吸收效率高的高效硫磺回收及尾气处理装置。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种高效硫磺回收及尾气处理装置，包括吸收塔和氧化塔，吸收塔上设有来源气入口和排气口，氧化塔上设有空气入口，氧化塔内设有用于喷洒催化剂溶液的上喷淋装置，其特征在于：所述氧化塔内还设有位于来源气入口上方、上喷淋装置下方的移动吸收装置，该移动吸收装置包括通气承载网板，以及设置在通气承载网板上的若干轻质球体，这些轻质球体能在来源气作用下向上漂浮移动，同时又能在上喷淋装置喷射的催化剂溶液及自身重量作用下向下移动。

为了避免轻质小球在移动过程中往一个方向聚集，进一步提高吸收效率，作为改进，所述移动吸收装置还包括能将氧化塔内部沿径向隔为多个分隔区域的分隔板，每个分隔区域内均设有若干轻质球体。

作为优选方案，所述分隔板俯视呈“十”字或型或字型交叉分布，分隔板与吸收塔内壁之间形成有四个或六个或八个分割区域，每个分割区域内设有若干轻质球体。

为了进一步提高吸收效率，所述移动吸收装置包括上下设置的多段移动吸收装置，每段移动吸收装置均包含通气承载网板和若干轻质球体。

再改进，所述吸收塔设置在氧化塔上方，吸收塔的下部与氧化塔连通；所述氧化塔内设有与空气入口连通的曝气装置，曝气装置位于氧化塔的下部或中下部；所述氧化塔上还连接有溶液出口，溶液出口位于曝气装置下方。将吸收塔设置在氧化塔上方，且使吸收塔的下部与氧化塔连通，在吸收塔内与来源气发生化学反应后的催化剂溶液可以直接在自重作用下流入氧化塔内，进行氧化还原反应，不需要再额外增加动力源，来将氧化塔内的溶液抽入吸收塔内，节省了成本。

再改进，所述曝气装置包括：

空气分布管，空气分布管包括主管和分管，主管的两端封闭，且主管的两侧分别固定在氧化塔内壁；主管上开有若干分布孔，分别用于连接若干分管进行空气分布，若干分管与主管垂直间隔分布；分管的底部开有若干开孔；

曝气管，套设在分管的外部，曝气管上设有密集分布的曝气孔。

再改进，所有分管均与主管垂直设置，且使空气分布管形成“十”字型分布结构；主管的中部与空气入口通过管道连通，主管的两端由封板焊接封堵，两侧由管箍固定在氧化塔的支撑件上；分管包括螺纹管座、螺纹短节、螺纹三通、两段分支管和管帽，其中螺纹管座的一端与主管的分布孔焊接，另一端与螺纹短节的一侧焊接，螺纹短节的另一端与螺纹三通的第一接口连接，两段分支管分别与螺纹三通的第二、第三接口连接，两段分支管的端部用管帽封堵。

空气入口外接自鼓风机，鼓风机将空气吹入氧化塔中，使空气中的氧气与氧化塔中的液体发生氧化还原反应，使低价态的络合铁溶液与空气接触氧化成高价态络合铁溶液，恢复氧化性能，从而为高效硫磺回收及尾气处理装置提供循环利用的催化剂溶液，同时还能使溶液在氧化塔中不断流动，避免硫磺等颗粒因为液静压倒灌入空气分布管和曝气管中。

再改进，所述曝气管套包括设置在内层的塑料管，和设置在外层的弹性橡胶管，塑料管的管壁与弹性橡胶管的管壁均设有密集分布的曝气孔，且塑料管的管壁上的曝气孔与弹性橡胶管的管壁上的曝气孔相互错开，曝气管通过卡箍固定在分管上。通过曝气管的微孔产生一定粒径的气泡由于浮力的作用往上运动，氧化塔内的溶液由于重力作用运动趋势往下，两者互相充分接触，提高了传输反应媒介效率。曝气管需要在液面一定高度以下，确保反应充分进行。

作为优选方案，所述吸收塔的下部连接有沉降管，沉降管的下部位于氧化塔内，从而使吸收塔和氧化塔通过沉降管连通。

再改进，所述沉降管包括第一沉降管，所述吸收塔的底部呈v型或弧形，所述第一沉降管的上端与所述吸收塔的底部连接，所述第一沉降管的下端位于氧化塔内。

再改进，所述来源气入口设置在吸收塔的下部，且吸收塔内还设有位于来源气入口上方的酸气分散装置，该酸气分散装置包括固定底板和若干分布器，其中固定底板呈中部具有开口的环形，固定底板的外侧周壁与吸收塔内壁焊接起固定作用，固定底板的中部具有开口；若干分布器在固定底板上呈圆形均匀分布若干圈数，且若干分布器下部均与固定底板固定连接；每个分布器均包括分布管和盖板，分布管的下部固定在固定底板上，且固定底板与每个分布管连接处均设有导通孔，分布管的上端焊有盖板，分布管的侧壁方向开有通气孔；所述沉降管还包括第二沉降管，第二沉降管的上部与固定底板的中部开口固定连通，第二沉降管的下部直深入氧化塔底端。酸气分散装置能有效将来源酸气进行大部分部分，且分布器内的分布管能制造单方向推动力，使来源酸气与催化剂溶液进行充分接触，增强旋流效果，提高传输反应媒介效率。第二沉降管下端由盖板封住，一侧开孔，保证其中的溶液能引入底部，参杂在溶液中的气体碰到盖板后能继续回升的同时控制流态，有利于硫磺沉降。

再改进，所述固定底板中部开口位置低于外侧周壁位置，使得固定底板呈一定角度倾斜设置。

再改进，所述吸收塔内还设有位于酸气分散装置下方的下喷淋装置，所述吸收塔上还设有下溶液进口，下溶液进口与下喷淋装置的入口连通，且氧化塔上的溶液出口通过液压泵与吸收塔上的溶液进口连通；所述吸收塔内还设有位于酸气分散装置上方的上喷淋装置，上喷淋装置的入口也通过液压泵与氧化塔上的溶液出口连通；氧化塔下方还设有硫磺回收装置。

与现有技术相比，本发明的优点在于：通过在氧化塔内设置位于来源气入口上方、上喷淋装置下方的移动吸收装置，利用通气承载网板通气，设置若干轻质球体，这些轻质球体能在来源气作用下向上漂浮移动，同时又能在上喷淋装置喷射的催化剂溶液及自身重量作用下向下移动，催化剂溶液从上往下经过上喷淋装置喷到轻质球体表面并充分接触，这些轻质球体表面布满催化剂溶液，当来源酸气与轻质球体表面接触后，即可增大两者接触反应面积，若干轻质球体作为传输反应媒介，使得反应时间处于毫秒级别，从而将来源酸气中的硫化氢迅速吸收并转换成单质硫磺，有效提高了吸收效率。

附图说明

图1为本发明实施例中高效硫磺回收及尾气处理装置的结构示意图。

图2为本发明实施例中酸气分散装置、下喷淋装置结构图及沉降管在吸收塔和氧化塔中的位置图。

图3为图2中d-d向俯视图。

图4为本发明实施例中分布器结构图。

图5为图4中g-g向剖视图。

图6为本发明实施例中下喷淋装置的结构图。

图7为图2中e-e向俯视图。

图8为图2中h-h向俯视图。

图9为本发明实施例中上喷淋装置、移动吸收装置在吸收塔内胆结构图。

图10为本发明实施例中上喷淋装置入口的俯视图。

图11为本发明实施例中移动吸收装置的分解图。

图12为本发明实施例中曝气装置在氧化塔中的位置图。

图13为图12中a-a向俯视图。

图14为本发明实施例中曝气装置的主管与分管结构图。

图15为本发明实施例中分管与曝气管结构图。

图16为本发明实施例中分管与曝气管剖视图。

图17为本发明实施例中曝气管结构图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1所示的高效硫磺回收及尾气处理装置，包括吸收塔1和氧化塔2，吸收塔1的下部设有来源气入口11和排气口12，氧化塔2上设有空气入口21，氧化塔2上还设有溶液出口22，吸收塔1设置在氧化塔2上方，且吸收塔1的下部与氧化塔2连通。在具体实现过程中，吸收塔1和氧化塔2可以一体制作完成，也可以单独制作后上下拼接而成。

本实施例中，来源气入口11设置在吸收塔1的下部或中下部，且吸收塔1内还设有位于来源气入口上方的酸气分散装置3，参加图1和图2所示。该酸气分散装置3包括固定底板31和若干分布器32，可参加图2和图3所示，其中固定底板31呈中部具有开口的环形结构，固定底板31的外侧周壁与吸收塔1的内壁焊接起固定作用，固定底板31的中部具有开口311，固定底板31中部开口位置311低于外侧周壁位置，使得固定底板31呈一定角度倾斜设置；若干分布器32在固定底板31上呈圆形均匀分布若干圈数，且若干分布器32下部均与固定底板31固定连接.每个分布器32均包括分布管321和盖板322，参加图4和图5所示，分布管321的下部固定在固定底板31上，且固定底板31与每个分布管321连接处均设有导通孔312，分布管321的上端焊有盖板322，分布管321的侧壁方向开有通气孔323。

吸收塔1内还设有位于酸气分散装置3下方的下喷淋装置4，所述吸收塔1上还设有下溶液进口13，下溶液进口13与下喷淋装置4的溶液进口连通，且氧化塔2上的溶液出口22通过液压泵与吸收塔上的溶液进口13连通。下喷淋装置4与固定底板31的距离l是由下喷淋装置4的喷嘴41的角度和数量以及吸收塔1的直径决定，目的是溶液喷出范围理论上覆盖塔截面。下喷淋装置4包括溶液进口41、固定盲板42、溶液分配组件43及若干喷嘴44，参见图6所示，溶液进口41与下溶液进口13连通，固定盲板42将溶液分配组件43固定在吸收塔1内壁；溶液分配组件43呈直线管状结构，其一端与溶液进口13连通，另一端伸入吸收塔内部，若干喷嘴44通过三通连接件与溶液分配组件43间隔连通；喷嘴44喷射部位采用全锥形，有30，60，90，120度可选。下喷淋装置4可以设置并列设置的两组或多组，参见图7所示。溶液经过下喷淋装置向上喷射，进行来源酸气的预吸收，并通过酸气分散装置3中底板31上的导通孔312进入吸收塔上部。

所述吸收塔1的下部连接有沉降管，沉降管的下部位于氧化塔内，从而使吸收塔和氧化塔通过沉降管连通。本实施例中，沉降管包括第一沉降管5和第二沉降管6，所述吸收塔1的底部呈v型或弧形，所述第一沉降管5的上端与所述吸收塔1的底部连接，所述第一沉降管5的下端伸入氧化塔2的底部。第二沉降管6的上部与固定底板31的中部开口311固定连通，第二沉降管6的下部直深入氧化塔底端至溶液出口22附近，且第二沉降管底端由盖板封住，一侧开孔61，参见图8所示，可保证其中的溶液能引入底部，溶液中的气体碰到盖板继续回升的同时控制流态，有利于硫磺沉降。

吸收塔1上部还设有上喷淋装置7，上喷淋装置7的入口也通过液压泵与氧化塔上的溶液出口22连通。本实施例中，上喷淋装置7设有四组，均匀分布在吸收塔1上部，参见图9、10所示。

本实施例中，上喷淋装置7和酸气分散装置3之间的吸收塔1内设有移动吸收装置8，参见图9所示。移动吸收装置8包括通气承载网板8a，以及设置在通气承载网板8a上的若干轻质球体8b，这些轻质球体8b能在来源气作用下向上漂浮移动，同时又能在上喷淋装置7和自身重量作用下向下移动，若干轻质球体8b作为传输介质，使得来源酸气与上喷淋装置喷出的催化剂溶液瞬间发生充分化学反应，反应时间都是在毫秒级别，从而将来源酸气中的硫化氢迅速吸收并转换成单质硫磺。为了能够使来源酸气能被催化剂溶液充分反应吸收，移动吸收装置8可以分成上下设置的多段移动吸收装置，本实施例为两段，即下段移动吸收装置81和上段移动吸收装置82，参见图9、11所示。下段移动吸收装置81包括通气承载网板8a、若干轻质球体8b和分隔板8c，通气承载网板8a可采用钢丝网板或耐腐蚀的其他材质制成的网板，通气承载网板8a设置在环形底圈8d上，环形底圈8d焊接固定在吸收塔的内壁；分隔板8c包括三片或四片成“十”字交叉焊接的刚性分隔板，分隔板8c与吸收塔1内壁之间形成了四个分割区域，每个分割区域内设有若干轻质球体8b。分隔板俯视呈“十”字交叉分布，可由三片或四片相互交叉焊接的刚性分隔板焊接而成，这些刚性分隔板与吸收塔1内壁之间形成了均匀分布的分割区域。上段移动吸收装置82与下段移动吸收装置81的主体结构相同，区别仅在分隔板8c的上方还设有环形底圈8d和位于环形底圈8d上的通气承载网板8a；以便将上段移动吸收装置82中的轻质球体8b限制在下上两个通气承载网板8a之间。

所述氧化塔2内设有与空气入口21连通的曝气装置9，曝气装置9位于氧化塔的下部或中下部；溶液出口22位于曝气装置9下方，参见图1、12所示。所述曝气装置9包括空气分布管91和曝气管92，可参见12、13、14、15、16、17所示，空气分布管91包括主管911和分管912，主管911的两端封闭，且主管911的两侧分别固定在氧化塔内壁；主管911上开有若干分布孔9111，分别用于连接若干分管912进行空气分布，所有分管912均与主管911垂直设置，且使空气分布管91形成“十”字型分布结构；主管911的中部与空气入口通过管道连通，主管911的两端由封板焊接封堵，两侧由管箍固定在氧化塔2的支撑件上；分管912包括螺纹管座9121、螺纹短节9122、螺纹三通9123、两段分支管9124和管帽9125，其中螺纹管座9121的一端与主管911的分布孔9111焊接，另一端与螺纹短节9122的一侧焊接，螺纹短节9122的另一端与螺纹三通9123的第一接口连接，两段分支管9124分别与螺纹三通9123的第二、第三接口连接，两段分支管9124的端部用管帽9125封堵。所有分管912的底部开有若干开孔9125。曝气管92则套设在分管912的外部，曝气管92套包括设置在内层的塑料管921，和设置在外层的弹性橡胶管922，塑料管921的管壁与弹性橡胶管922的管壁均设有密集分布的曝气孔923，且塑料管921的管壁上的曝气孔与弹性橡胶管922的管壁上的曝气孔相互错开，曝气管92通过卡箍93固定在分管912上。

氧化塔2的下方还设有硫磺回收装置10。

来源酸气通过来源气入口11进入吸收塔后，由于吸收塔内设置上喷淋装置7、移动吸收装置8、下喷淋装置4、酸气分布装置3，使来源酸气中的h2s与由泵打进的催化剂溶液进行充分化学反应，h2s(气体)+2fe³⁺→2fe²⁺+s+2h⁺；氧化塔内部的主要化学反应是o²(气体)+4fe²⁺+2h2o→4fe³⁺+4oh^-，既实现fe³⁺的再生。氧气是通过鼓风机提供的，在氧化塔内经过曝气装置9处理的气泡在上升的过程中，遇到催化剂配比溶液，在此过程中fe²⁺被o2氧化为fe³⁺，富含fe³⁺的催化剂溶液通过上下喷淋装置进入吸收塔内，进行酸气吸收，从而完成循环的三价铁离子的再生和酸气的吸收。生成的硫单质最终在硫磺回收装置10沉降，通过泵打进硫磺成型设备；处理后的酸气达到排放标准，通过吸收塔上方排气口12排出。

来源酸气经过下方喷淋装置4的预吸收及酸气分布装置3的初步碰撞均匀分布后继续上升进入到移动吸收装置8。移动吸收装置8中主体的轻质球体可以采用直径相等的塑料小球，质量非常轻。催化剂溶液从上往下经过上喷淋装置7喷到塑料小球表面并充分接触，均匀分布的来源酸气继续向上运动并与塑料小球表面充分接触，塑料小球受到来源酸气作用向上漂浮移动，同时又有上喷淋装置7喷出的催化剂溶液和自身重量作用向下移动，n多塑料作为传输反应媒介，整个反应时间都是在毫秒级别，从而将来源酸气中的硫化氢迅速吸收并转换成单质硫磺。来自鼓风机的空气给氧化塔中液体循环提供驱动力，使液体在氧化塔中不断流动。本发明曝气装置中的曝气管采用双层设计且曝气孔错开，有利于当空气关闭时，起到更好的关闭和止回的作用，避免硫磺等颗粒因为液静压倒灌入曝气管中。本发明高效低成本的解决了低压力工况下的硫磺回收及尾气处理。本发明吸收塔置于氧化塔上部且一系列配套设计有效的降低了压降，化学反应充分，工艺结构优势明显，成本低，易操作，效率高。