专利名称：吸收硫化氢的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种吸收硫化氢的方法和设备，更具体地说，涉及一种通过液体吸收，从含有硫化氢和二氧化碳的气体中选择地去除硫化氢的方法和设备。
众所周知，硫化氢可以通过被吸收在碱性水溶液中(即pH＞7的水溶液)，比如氢氧化钠，或通过使用乙醇胺，比如单乙醇胺和二乙醇胺，而从含有硫化氢的气体中去除。例如，这吸收可被用于生产纯态的硫化氢，任选地它可用Clans方法被进一步加工成硫。如果气体除了硫化氢外还含有二氧化碳，二氧化碳也会被吸收在碱溶液中。二氧化碳在水中具有与硫化氢大约相同的溶解度，因此二氧化碳会与硫化氢竞争吸收在溶液中。硫化氢和二氧化碳依据下式在碱性水溶液中，如氢氧化钠溶液，被吸收(1)(2)(3)(4)对硫化氢的选择性，即被吸收的硫化氢的摩尔数与被吸收的(硫化氢十二氧化碳)的摩尔数比率，与硫化氢和二氧化碳在气体中的含量成正比。这样，二氧化碳部分的竞争主要发生在当气体含有比硫化氢多的二氧化碳时，大多数情况下都是如此。如果一种气体含有比方说1％体积的硫化氢和10％体积的二氧化碳，试验在氢氧化钠溶液中吸收硫化氢，对于硫化氢的选择性只有10％，即被吸收的气体的90％由二氧化碳组成，这意味着大约90％的氢氧化钠用于吸收二氧化碳。
在努力补救上述的从含有硫化氢和二氧化碳的气体中吸收硫化氢的不便之处中，开发出了选择性吸收硫化氢的方法。例如，已做出努力在强氧化剂，比如高锰酸钾、重铬酸钠或铁盐溶液中选择地吸收硫化氢。在其它的选择性吸收的方法中，使用过碱性溶液，比如碳酸钠或碳酸钾溶液，在吸收过程中操作条件要小心地调节。关于这种现有技术的更详细的介绍见1969年12月5日的Pulp and Paper Magazine of Canada，P.69ff的C.Oloman，F.E.Murray和J.B.Risk的题为“The Selective Absorption ofHydrogen Sulphide from stack Gas”的文章以及1983年1月AICHE Journal(Vol.29 No.1)P.66ff的E.Bendall，R.C.Aiken和K.Mandas的题为“Selective Absorption of H2S from LargerQuantities of CO2by Absorption and Reaction in Fine Sprays”的文章。
通过使用碳酸盐溶液比如碳酸钠溶液，代替氢氧化物溶液比如氢氧化钠溶液，吸收硫化氢的选择性可增加到大约30-50％。在这样的吸收过程中发生的反应通常表达成如下(5)(6)当吸收溶液为碳酸盐溶液时，硫化氢几乎瞬时地被吸收，然而，二氧化碳只是缓慢地与碳酸根离子反应形成碳酸氢根离子。当使用碳酸盐溶液作为吸收介质时，由于产生的碳酸氢根的高含量，对于二氧化碳的吸收由于存在“反压”(Counterpressure)(平衡压力)则产生额外的好处，正如上面的平衡式(b)所见。
当使用碳酸盐溶液作为吸收介质时出现的一个问题是，由于碳酸氢根离子的形成引起的吸收容量的减少，因而只有相当低的硫化氢含量才可以在此溶液中实现吸收。因此，达到超过大约10g/l的硫化氢含量是极其困难的。结果，现有的通过以碳酸盐溶液形式的吸收介质选择地吸收硫化氢的技术方法还没有取得大的成功，尽管在各种产生含有硫化氢和含有二氧化碳气体的领域中对这样一种方法存在极大需求。这种应用领域的例子是石油精炼、煤气生产，特别地，在硫酸盐纸浆工业中进行的黑液的燃烧。
当依据通常的Tomlinson方法在硫酸盐纸浆工业中回收化学品时，黑液在一个碱回收装置中燃烧，导致了蒸汽的产生和一个主要由碳酸钠和硫化钠组成的熔融物的形成。此熔融物然后熔解于水中，苛性化，以致于碳酸钠转化成氢氧化钠，得到白色液体，此液体然后可再次用于溶解木材。由于许多原因，包括当管子在碱回收装置中炸裂时爆炸的危险，近年来已努力开发新的黑液燃烧的方法，其中不形成熔融物。这些方法可被集中地称为“黑液蒸发”，其中的一个例子是所谓的SCA-Billerud方法(E.Hornstedt和J.Gomy，Paper Trade Journal158(1974)16，pp32-34)。在这种方法中，黑液在可形成主要由碳酸钠和碳组成的粉尘和一个特别含有硫化合物的可燃气体的温度条件下在一个反应器中热解。另一个黑液蒸发的例子见瑞典专利申请8605116-0，包括一种黑液热分解的方法，同时供应不足化学计量所需量的氧，在超过10帕的压力和没有熔融物形成的温度下。蒸发结果形成了一个主要由碳酸钠组成的固相和一个主要由硫化氢、一氧化碳、二氧化碳、氢水蒸汽和甲烷组成的气相。
为了能够回收用于上述的黑液蒸发中的化学品和从这些化学品生产用于纸浆制造的白液，必须把硫化氢从产生的气体中去除。既然气体也含有二氧化碳，后者会在液体吸收中与硫化氢竞争，既然气体具有低含量的硫化氢(大约0.5-2％)，二氧化碳含量高大约20倍(大约10-20％)，采用常规的液体吸收方法将会导致硫化氢的不满意回收。
因此有这样的需求，通过液体吸收能够高度分离和高度选择性地从含有硫化氢和二氧化碳的气体中分离硫化氢。
根据1993年2月18日提出申请的，但还没有公开的瑞典专利申请9300533-8，它发现高度分离硫化氢和对硫化氢的高度选择性吸收可以通过使用一个含有碳酸盐的碱溶液作为液体吸收媒介，和在硫化氢吸收过程中通过一个氢氧化物，即不是通过新配制的碳酸盐的加入来调节溶液的pH来达到。这样，达到对硫氢吸收的60-70％的选择性、在吸收溶液中大约30g/l的硫化物含量和大约90-99％的硫化氢的分离度是可能的。
更确切地说，这是通过以导论形式所述的那种类型的方法来达到的，其中气体是在至少一步内与一个含有碳酸盐的碱溶液接触，其pH在吸收过程中通过一个氢氧化物的加入来调节。
本发明的方法可以使用一个设备来完成，设备的特征在于它包括一个具有气体入口和出口的容器，其中含有按许多连续步骤而配置的填料；提供含有碳酸盐的溶液到最后步骤的装置，按气体的进料方向可见，每步均有通过此步逆向地提供含碳酸盐的溶液到气体中和经过此步再循环溶液的装置；按气体的进料方向可见，在各步之间配置的导管，用于从一步到一个前面的步骤提供溶液的部分流量，在至少一步内提供一个氢氧化物到含碳酸盐的溶液中的装置；和按气体的进料方向可见，一个第一步的出口导管，用来排放含有硫化氢的液体。
“含碳酸盐的碱溶液”是指一个含有碳酸根离子(CO32-)的水溶液。最好地，此溶液为一个碱金属碳酸盐溶液，比如碳酸钠、碳酸钾或碳酸锂的溶液。碳酸钠尤其地好，易于使用且相当便宜。溶液的碳酸盐浓度不是关键的，但是方便地是对于碳酸盐大约0.1-3M，较好地大约1-2.5M，最好大约1.7M。
含碳酸盐的碱溶液具有至少大约9的pH是必要的。低于大约9的pH值会导致硫化氢的不满意吸收，甚至有已经被吸收的硫化氢会从溶液中被释放出来的危险。然而，溶液的pH不应太高，因为这会对硫化氢的吸收，与二氧化碳的相比，产生副效应。这样，溶液的pH最好应不超过大约12，以便二氧化碳的吸收不是太大。比较好地，溶液的pH在大约10.0-11.0范围内，最好在大约10.2-10.8范围内。如果溶液的pH在此最后的窄范围内调节，可达到硫化氢的最佳分离。
由平衡反应(5)和(6)可以看出，碳酸氢根离子(HCO3-)是在硫化氢和二氧化碳的吸收中形成的。这意味着吸收溶液的pH随着硫化氢和二氧化碳的吸收继续而下降。当溶液的pH降到大约9时，硫化氢的吸收变得不满意，如上述所示，反而有危险，已被吸收的硫化氢会从溶液中释放出来。如果要避免这些，溶液只得再生，即溶液的pH增加到在气态的H2S和在此温度和pH值下液态硫化物含量之间的平衡状态所允许的较低的限定范围之上。然而，pH值一定不要增加到超过大约12，因为在此情况下，二氧化碳的吸收将会成为主要的。作为通过一个氢氧化物，比如一个碱金属氢氧化物，例如NaOH的加入而引起的溶液的pH增加的结果，形成的碳酸氢根离子再转化为碳酸根离子，依据下述平衡反应(7)这样转化后，碳酸盐溶液可以依据上面的反应(5)吸收更多的硫化氢。由于溶液的pH是通过一个氢氧化物的加入来调节，且保持在给定的大约9-12范围之内，较好地大约10.0-11.0，最好大约10.2-10.8，因而二氧化碳的吸收将可保持在一个相对低的水平上。
如前所述，含碳酸盐的碱溶液是通过一个氢氧化物的加入再生的。基本上，可使用任何一种氢氧化物，只要这种氢氧化物不对硫化氢的吸收产生副作用，并且能够把溶液的pH从给定的大约9的较低限增加到所需的值，比如一个不超过大约12.0的值，较好地不要超过大约11.0，最好不要超过大约10.8。根据本发明，最好使用碱金属或碱土金属氢氧化物，比如氢氧化钠(NaOH)，氢氧化钾(KOH)、氢氧化锂(LiOH)、氢氧化钙(Ca(OH)2)、和氢氧化镁(Mg(OH)2)。出于可得到性和成本的原因，氢氧化钠是最好的。
用于吸收的液体的温度不是特别关键的，可在较宽的范围内变化，但是最好低于大约80℃，由于存在硫化氢的吸收在大约80℃和以上会减少的危险。温度在室温，即大约20℃，到大约80℃的范围内是令人满意的，更好地大约40-70℃，最好大约60-70℃。
为了优化在液体吸收中对硫化氢的选择性，吸收应以这样一种方式进行，气体的流动和吸收液体的流动是对流的，气体的流动应该是湍流和液体的流动是层流。而且，如果吸收液体的体积，与吸收硫化氢的气体的体积的相比是大的，就促进了硫化氢的分离。这样高的液体对气体的比率，是通过与含有硫化氢的气体接触的吸收液体的再循环达到的。
更进一步地说，含硫气体与吸收液体(含碳酸盐的溶液)间的接触可包括一步或更多步，较好地两或三步，最好是三步。这种多步接触具有缩短每个单步长度的优点，以便含碳酸盐溶液的pH没有时间在单个步骤中降到低于大约9，而同时硫化物含量在最初步骤中可以保持在低水平上。最好地，每步有这样一个范围或长度，在该步骤末尾溶液的pH已降到大约10.0-10.2，液体然后被抽出利用一个氢氧化物再生，然后再循环到此步中去。
依据本发明，已发现如果此方法分成两个阶段上述类型的方法中硫化氢的去除可达到更有效，且急剧地减少化学消耗。即一个第一阶段，在此阶段中硫化氢的主要部分依据上述方法去除，和一个第二阶段，在此阶段中残留的硫化氢主要通过燃烧成二氧化硫去除，二氧化硫在一个湿的清洗器(洗气装置)中，在一个碱溶液中被吸收。这样做的原因如下。
随着硫化氢在第一阶段的不同步骤中被吸收，气体的硫化氢含量降低，这引起前面定义的对硫化氢的选择性的减小。当选择性减小时，碱消耗依据上述的反应(5)、(6)和(7)急剧地增加。由这些反应可以看出，每摩尔被吸收的硫化氢消耗1摩尔OH-，每摩尔被吸收的二氧化碳消耗2摩尔OH-。当硫化氢的选择性减小时，二氧化碳的吸收增加，在最后吸收步骤或第一阶段的步骤中情况如此，碱(OH-)消耗大量地增加。这意味着需要相当大量的碱来吸收“最后的”气体中的硫化氢多于吸收“最初的”气体中的硫化氢。通过在第一阶段中不使硫化氢完全吸收，而在由第一阶段排放的气体中故意留出一定量的硫化氢，就可以避免对硫化氢选择性的急剧减小，和因而避免碱的消耗在第一阶段急剧增加。在第一阶段中硫化氢吸收这样进行，硫化氢的大部分，即至少50％，被去除。方便地，在第一阶段中除去大约60-97％，较好地大约80-95％，最好大约90％的硫化氢。这结果导致碱在第一阶段中的低消耗，也包括好的方法经济性。
在由第一阶段的气体被排放到周围的大气中之前，然而残留的硫化氢必须被除去。依据本发明，这可通过燃烧由第一阶段的含有硫化氢的气体而完成，以便硫化氢被氧化成二氧化硫，随后形成的二氧化硫被吸收在一个湿的清洗器(洗气装置)中的水溶液中，溶液的pH是通过碱性溶液或碱性物质的加入来调节的。
这样，本发明提供了一种通过液体吸收选择性地从含有硫化氢和二氧化碳的气体中去除硫化氢的方法，其特征在于气体在为去除气体中硫化氢含量的主要部分的第一阶段中，在至少一步内与一个含有碳酸盐的碱溶液接触，溶液的pH在吸收过程中通过氢氧化物的加入来调节，气体然后在第二阶段中进行燃烧，从而把残留的硫化氢转化成二氧化硫，这样得到的二氧化硫再在一含碱溶液中被吸收。
本发明进一步提供了一种通过液体吸收，由含有硫化氢和二氧化碳的气体中选择地去除硫化氢的设备，其特征在于它包括a)一个具有气体入口和气体出口的容器，容器内含有按许多连续步骤配置的填料；供应含有碳酸盐的溶液到最后步骤中的装置，按气体的进料流向可见，每步均有供应含碳酸盐的溶液通过此步逆流地到气体中和经过此步再循环溶液的装置；按气体进料流向所见，在为供应溶液的一部分流量由一个步骤到一个在前的步骤的各个步骤间配置的导管；在至少步骤之一中供应氢氧化物到含有碳酸盐的溶液中的装置；和按气体的进料流向所见，一个第一步的出口导管，用于排放含有硫化氢的液体。
b)一个具有一个为由容器的气体出口出来的含有硫化氢的气体的入口的燃烧室；燃烧供应的气体并转化其中的硫化氢为二氧化硫的燃烧装置；一个排放由燃烧室出来的含有二氧化硫的气体的出口；c)一个用于吸收经燃烧形成的二氧化硫的湿的清洗器，它包括一个具有一个为由燃烧室出来的含有二氧化硫的气体的入口的容器；一个为清洗过的气体的出口；供应、循环和细分水溶液的装置，溶液的pH是通过碱溶液或碱性物质的加入来调节的，从而使其与供应的含有二氧化硫的气体接触；和用以排放已吸收二氧化硫的溶液的装置。
本发明进一步的区别特征由下面的描述可以看出，且在记在所附权利要求中。
如前面所述，在第一阶段用于硫化氢吸收的含有碳酸盐的碱溶液是一个含有如碱金属碳酸盐的溶液，最好为碳酸钠的碳酸根离子的水溶液。当本发明的方法用于在硫酸盐纸浆工业中去除硫化氢时，例如当燃烧黑液时，发现绿液由本发明被用作为含有碳酸盐的碱溶液，这构成了本发明的一个特殊方面。绿液是一个水溶液，通常含有大约每升1.3-1.4摩尔Na2CO3，大约每升0.4-0.6摩尔Na2S，和大约每升0.3-0.5摩尔NaOH。根据本发明，也已发现当本发明被用于硫酸盐纸浆工业来除去硫化氢时，白液也可在第一阶段用作再生含碳酸盐的碱溶液的氢氧化物。白液是一个水溶液，含有NaOH、Na2S和Na2CO3，通常以比例大约每升2.3-2.6摩尔NaOH、大约每升0.4-0.6摩尔Na2S、大约每升0.25-0.4摩尔Na2CO3。白液也用作再生含碳酸盐的碱溶液的氢氧化物使用构成了本发明的一个特殊的方面。
代替白液，可以使用为再生含碳酸盐的碱溶液的稀液或被氧化的白液。稀液指一个水溶液，此溶液含有NaOH、Na2S和Na2CO3，通常比例为大约每升0.3-0.4摩尔NaOH、大约每升0.05-0.08摩尔Na2S和大约每升0.05-0.07摩尔Na2CO3。
既然绿液、白液以及稀液含有碳酸盐和氢氧化物，它们可被分开或在一起使用，均作为含有碳酸盐的溶液，再生含有碳酸盐的碱溶液。
在第二阶段，当本发明被用在硫酸盐纸浆工业中时含有硫化氢的气体的燃烧在一个已知类型的燃烧设备中以已知的方式发生，比如一个石灰渣再烧炉或一个树皮燃烧锅炉。如果含硫化氢的气体的热含量太低，一个附助燃烧，比如石油或天然气，可被用在燃烧中，导致硫化氢的满意的氧化而成为二氧化硫。当含硫化氢的气体燃烧时，硫化氢在正常的燃烧温度下完全被氧化成二氧化硫，这样，气体经燃烧后只含有小量的硫化氢。
在第二阶段，经过含硫化氢的气体的燃烧之后，形成的二氧化硫应该被除去，依据本发明这通过被吸收在一个湿清洗器(洗气装置)中的一个含碱溶液中发生。通过在一个洗气装置中的一种含碱溶液中的吸收来选择地去除一个另外含有二氧化碳的气体中的二氧化硫是一个众所周知的技术，这儿不必更详细地描述。方便地，使用一个洗气装置，其中吸收的含碱溶液高限度地再循环。在SO2洗气装置中含碱溶液的pH较好地在大约6-8的范围内，最好在大约7-7.5范围内。在这些相当低的pH值下，二氧化碳的吸收是可以忽略不计的，对二氧化硫分离的选择性从而为100％。在吸收过程中，二氧化硫进行下列反应之一(8)(9)(10)从反应式(8)-(10)显示出，每摩尔被吸收的SO2消耗2摩尔OH-。既然没有二氧化碳被吸收，二氧化硫的吸收可进行到几乎现有二氧化硫的100％，而没有任何可注意到的碱消耗的增加。这与当所有的硫在第一阶段作为硫化氢被吸收，结果会导致差的选择性的情况相比，相当大地改善了方法的经济性。
在含碱溶液中的碱方便地是氢氧化物或碱金属或碱土金属的碳酸盐，比如氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钙、氢氧化钙或氢氧化镁。氢氧化钠是最好的，特别是如果硫是直接地在过程中被再循环，例如当此方法被用在硫酸盐纸浆工业中时。如果这样，使用一种氢氧化钠基的喷液涤气器，例如由ABB Flakt Industri AB使用的和指明为MoDo涤气器类型，是方便的。涤气器然后可包括一个或多个热回收步骤，在其中冷水喷淋到热气上，以便获得温度大约45-65℃的热水。二氧化硫吸收之后，离开涤气器的溶液含有五硫酸钠(Na2SO3)、亚硫酸氢钠(NaHSO3)和硫酸钠(Na2SO4)。在硫酸盐纸浆工业中，此溶液可与其它的可燃的过程流体，例如在一个纸浆厂中的黑液，混合。在还原条件下的燃烧结果产生以硫化氢形式的硫，在氧化条件下的燃烧结果产生以二氧化硫形式的硫。
在纸浆工业中，依据本发明的方法是如此方便地被设计，以致于其不同阶段在现有设备中被联合起来。这意味着含有硫化氢的气体的燃烧发生在一个现有的树皮燃烧锅炉或石灰渣再燃炉中。这减少了在这些工艺步骤中对其它燃料的需要。由树皮燃烧锅炉或石灰渣再燃炉出来的含有二氧化硫的燃烧气然后可以被导入一个现有的SO2涤气器中。在此情况下，唯一需要的新设备是一个可分离硫化氢的涤气器。
纸浆厂可能分别为由树皮燃烧锅炉和石灰渣再燃炉以及由碱回收炉的燃料气而配有分离SO2的涤气器。当含有硫化氢的气体在其它地方被燃烧时，例如在一个分离锅炉中，含有二氧化硫的燃料气可以被导入到用于来自碱回收炉的燃料气的现有SO2涤气器。
由上面所述，显然，本发明实现了好的工艺经济性，一个封闭的化学系统，其中所有的硫被再循环，以及很少的到环境大气的排出物。
为明确目的，现在参照附图更详细地说明本发明，其中
图1说明了一个根据本发明的较佳的装置，此装置来完成依据本发明的方法的第一阶段。
图2是一个说明依据本发明的方法的示意流程图。
图1所示的装置包括一个塔或容器1，它具有一个为气体3的入口2，气体3含有硫化氢以及二氧化碳。在此装置的另一端，提供了一个为气体5的出口4，由此气体硫化氢已被通过液体吸收除去。在含有硫化氢的气体和含有碳酸盐的溶液之间的接触涉及6、7的8三个步骤。每步含有填料9，如在图中的步骤6所暗示。为优化在吸收中对硫化氢的选择性，填料9有这样的形状以通过步骤6、7和8产生液体的层流(laminar)流动。已发现以波形板形式的填料特别适于这种用途。例如填料可由塑料或金属制成。
在硫化氢的吸收、含碳酸盐的溶液和含有硫化氢的气体之间的接触以逆流方式进行。为此，每步有工具供应含有碳酸盐的溶液通过此步逆流地到气体以及通过此步再循环溶液。如在图1中所示，这些工具由泵10、11、12组成，经导管13、14和15，把含碳酸盐的碱溶液进料到6、7和8各个步骤，以及从各个步骤引导溶液到19、20和21收集容器的导管16、17和18。从这些收集容器，溶液通过导管22、23和24再循环到各步骤中，导管22、23和24分别与泵10、11和12连接。新鲜的碳酸盐溶液，较好地是碳酸钠溶液，进料到最后步骤6，见气体的进料方向，它是通一个导管25从碳酸钠溶液的供应(没有显示)进料的。
代替供应新鲜的磷酸盐溶液到最后步骤，碳酸盐溶液可以在最后步骤中通过供应氢氧化钠溶液到此步，让氢氧化物吸收气体中的二氧化碳而被再生，这样依据上面的反应(3)-(4)，得到一个含有碳酸盐的溶液。
为了调节(增加)吸收溶液的pH，一种氢氧化物，较佳地氢氧化钠溶液，可以通过管道26、27和28分别地供给到收集容器19、20和21，管道以供应处(没有显示)引导碱，供应处最好是为所有的管道所共有。调节吸收溶液的pH的氢氧化钠溶液的供给是基于在收集容器19、20和21(没有示出)中的溶液的被测的pH值来调节的。
从图1可看出，不同的步骤通过管道29和30进一步被互相连接起来，把吸收溶液的部分流体从一步进料到后续步骤中，即从步骤6到步骤7以及从步骤7到步骤8。
最后，安排出口管道31是为了从收集容器21和步骤8排放含有硫化氢的液体。
图2是一个说明本发明的方法的示意流程图。如在流程图中所示，在第一阶段，含有硫化氢和含有二氧化碳的气体3在一个装置中被处理，此装置包括一个吸收硫化氢的容器1，如前面参照图1所述。由本发明，硫化氢的吸收不是在第一阶段进行到100％，即在第一阶段硫化氢不是全部吸收，但还是吸收如此之大以致于至少硫化氢的主要部分，即至少50％，较好地大约60-97％，更好地大约80-95％，最好地大约90％的硫化氢在第一阶段被吸收。较好地，通过第一和第二阶段，总量至少大约98％的气体的硫化氢的量被吸收。
仍然含有硫化氢和二氧化碳的这样清洗过的气体5然后由第一阶段进料到第二阶段，其中气体首先被燃烧，这是为了把硫化氢转化成二氧化硫，鉴于形成的二氧化硫的吸收，然后气体在一个涤气器中被湿洗涤。
如图2中所示，燃烧在一个燃烧室32中发生，燃烧室32有燃烧装置33，例如一个炉子，来燃烧通过一个入口34供应的气体5，氧化硫化氢成为二氧化硫。如前文提及的，燃烧设备32可由现有装备组成，比如一个树皮燃烧炉或一个石灰渣再燃炉。含有二氧化硫的燃料气体通过一个出口35被排放，导入到一个湿的洗气器36中，洗气器包括一个具有一个为含有二氧化硫的气体的入口38、一个为清洗过的气体40的出口39，和供应一种含碱溶液的装置41。如上面提到的，含碱溶液含有一种碱金属或碱土金属的氢氧化物，较佳地氢氧化钠。溶液通过一个泵42循环到喷射器43，在此处溶液被细分，且逆向地开始与含有二氧化硫的气体接触，以便二氧化硫被溶液吸收。为优化二氧化硫的吸收而没有任何二氧化碳的竞争吸收，溶液的pH调节到大约6-8，较好地7-7.5。已经吸收过二氧化硫的溶液从第二阶段在44被排出。
现在用一个非限制的实例的帮助来进一步阐明本发明。实例为从在黑液蒸发中产生的气体中硫化氢的选择去除而进行了一个试验。使用了在图1和2所示的上述类型的设备。
在本方法的第一阶段，硫化氢的吸收在大气压下发生，进料气温度为大约60℃，含有1.13摩尔百分比的硫化氢和16.9摩尔百分比的二氧化碳。气体在此温度下用水蒸汽饱和，相当于大约18.7摩尔百分比的水。进料气流量是38280Nm3/h，以使气体在吸收塔中的流速是大约3.1m/s。吸收塔高度是6.25m，两个最初步骤，每个高度为1.5m，然而，如气体的进料方向所示，最后步骤高度为1m。每步提供有一个来自Sulzer的型号Mellapack500的填料。塔的直径是2.3m。
由温度大约60℃的8.8m2/h的2M碳酸钠溶液组成的新鲜吸收溶液，在塔中与再循环的吸收溶液一起被供应到最后步骤中，以便总的大约50m3/h的吸收溶液被供应到塔中的最后步骤中。供应的吸收溶液的pH是大约11.0，在通过此步的溶液的流动过程中，由于硫化氢的吸收，溶液pH降到大约10.2。通过此步后，溶液被供应到一个1.5cm2的收集容器中，在这儿溶液通过温度大约60℃的2.5M的氢氧化钠溶液的加入而再生，这样，溶液的pH又增至大约11.0。然后，为重新开始的硫化氢的吸收，再生的溶液通过一个泵被再循环到吸收塔中的最后步骤中。
大约11m3/h的吸收溶液从收集容器被抽到中间步骤的收集容器，由此，大约50m3/h的pH大约11.0的吸收溶液象在前面的步骤中那样被泵抽到中间步骤，由此，吸收溶液以pH大约10.2被抽出，再次循环到收集容器中。在收集容器中，溶液通过加入温度约60℃的2.5M氢氧化钠溶液被再生，象在前面的步骤中那样。
从中间步骤的收集容器，大约13.5m3/h的吸收溶液被抽到最初(最低的)步骤的收集容器中，由此，pH大约11.0的50m3/h的的吸收溶液被泵抽到最初的步骤，如气体的进料流向所示。经过此步，且吸收硫化氢之后，现在pH为大约10.2的溶液被抽出，再次循环到收集容器。在收集容器中，象在前面的步骤中那样，溶液通过加入温度大约60℃的2.5M氢氧化钠溶液被再生，这样被再生的溶液的pH是大约11.0。总之，大约8.6m3/h的2.5M氢氧化钠溶液被加入到三个步骤的收集容器中。
从最初的(最低的)步骤的收集容器中，HS浓度为1摩尔/升的大约17.4m3/h的溶液被抽出。离开吸收塔的气体含有0.113摩尔百分比的硫化氢和16.4摩尔百分比的二氧化碳。在本方法的第一阶段中，硫化氢的分离程度是大约90％，在分离中对硫化氢的选择性是大约0.67％。
然后是本方法的第二阶段。这样，在第一阶段中离开吸收塔的气体在一个炉中被燃烧，往炉中加入31700Nm3/h的空气，结果产生含有650ppmSO2(1930mole/h)的66000Nm3/h的燃料气。这种燃料气被导入一个如前所述的常规型号的SO2涤气器中。在此涤气器中，1.54m3/h的2.5M氢氧化钠溶液被消耗掉，另外，2.0m3/h的新鲜水被供应到涤气器中，以使进来的燃料气冷却到饱和温度。离开涤气器的气体SO2浓度为12ppm，对应于35mole/h(1.12Kg/h的硫)。供应的吸收溶液保持在稳定的pH7.2。吸收溶液在涤气器中以总流速170m3/h被再次循环。总的硫浓度(SO32-＋HSO3+SO42-)为1.05摩尔/升的溶液从涤气器中被抽出。总的硫的分离度，即在第一阶段硫化氢的分离度加上在第二阶段二氧化硫的分离度，这样达到99.8％。在第一阶段中，消耗掉860kg/h的氢氧化钠，在第二阶段中，消耗掉152kg/h的氢氧化钠，即为获得99.8％的硫的分离度而消耗掉总量为1012kg/h的NaOH。
作为比较，重复此方法，但是这次只对第一阶段进行，即不进行硫化氢到二氧化硫的燃烧和形成的二氧化硫在一个湿涤气器中的吸收。在第一阶段中硫化氢的分离反而进行到这样的程度，即98％的硫化氢被分离。在90-98％的硫化氢的分离中，对硫化氢的选择性是0.15。然后，整个过程的总的选择性是大约0.55。尽管事实上总的硫的分离度是较低的，但是这结果导致了1751kg/h的NaOH消耗，即比本发明的方法要多70％的NaOH消耗。
权利要求
1.一个通过液体吸收从含有硫化氢和二氧化碳的气体(3)中选择地去除硫化氢的方法，其特征在于气体(3)在第一阶段中为去除气体的硫化氢含量的主要部分，在至少一步(6、7、8)内与一个含有碳酸盐的碱溶液(25)接触，碱溶液的pH在吸收过程中通过一个氢氧化物(26、27、28)的加入来调节，然后气体在第二阶段中燃烧，以转化残留的硫化氢为二氧化硫，二氧化硫在一个其pH通过碱性溶液或碱性物质的加入来调节的水溶液中被吸收。
2.权利要求1的方法，其特征在于气体(3)在所说的第一阶段与一个含有碳酸钠的溶液(25)接触。
3.权利要求2的方法，其特征在于气体(3)与绿液、白液或稀液接触，特别是绿液。
4.权利要求1的方法，其特征在于含有碳酸盐的碱溶液的pH是在所说的第一阶段中，通过一个含有碱金属氢氧化物的液体(26、27、28)来调节的。
5.权利要求4的方法，其特征在于pH是通过白液、绿液或稀液来调节的，较好地是白液或稀液，特别地是白液。
6.上述权利要求中的任一权利要求的方法，其特征在于气体在所说的第一阶段是与pH大约9-12，较好地大约10-11的含有碳酸盐的溶液(25)接触的。
7.上述权利要求中的任一权利要求的方法，其特征在于气体在所说的第二阶段经燃烧后，被吸收在pH大约6-8，较好地大约7.0-7.5的水溶液中。
8.上述权利要求中的任一权利要求的方法，其特征在于大约60-97％，较好地大约80-95％的气体的硫化氢含量在第一阶段中被去除。
9.上述的权利要求中的任一权利要求的方法，其特征在于至少大约98％的总的气体的硫化氢含量被除去。
10.一个通过液体吸收从含有硫化氢和二氧化碳的气体(3)中选择地去除硫化氢的设备，其特征在于它包括a)一个具有一个气体入口(2)和一个气体出口(4)、含有按许多连续步骤(6、7、8)配置的填料(9)的容器(1)；为供应含有碳酸盐的溶液到最后步骤的装置(25)，按气体进料流向可见，每一步骤均有通过此步逆向地供应含有碳酸盐的溶液到气体中，和经过此步再循环溶液的装置；按气体的进料流向可见，在步骤间配置的导管(29、30)，以供应溶液的部分流量从一个步骤到一个在前的步骤中；在步骤(6、7、8)中至少一个步骤中供应氢氧化物到含有碳酸盐的溶液中的装置(26、27、28)；和按气体的进料流向可见，一个第一步骤的出口导管(31)，用来排放含有硫化氢的液体；b)一个具有一个为含有硫化氢的气体(5)的入口(34)的燃烧室(32)，气体(5)由容器(1)的气体出口(4)而来，用以燃烧供应的气体和转化其中的硫化氢为二氧化硫的燃烧装置(33)，和用来排放燃烧室(32)的含有二氧化硫气体的一个出口(35)；和c)一个用于吸收经燃烧形成的二氧化硫的湿清洗器(36)，它包括一个具有一个为来自燃烧室(32)的含有二氧化硫气体的入口(38)的容器(37)；一个为清洗过的气体(40)的出口(39)；为供应、循环和细分水溶液的装置(41、42、43)，溶液的pH是通过一个碱性溶液或碱性物质的加入来调节的，从而使其与供应的含有二氧化硫的气体接触；和用以排放已经吸收了二氧化硫的溶液的装置(44)。
全文摘要
公开了一种通过液体吸收从含有硫化氢和二氧化碳的气体中选择地去除硫化氢的方法和设备。在本方法的第一阶段，气体(3)在容器(1)中，在至少一步内与一个含有碳酸盐的碱性溶液接触，碱性溶液的pH在吸收过程中通过氢氧化物，比如氢氧化钠的加入来调节。在本方法的第二阶段，气体在一个燃烧室(32)中燃烧，把留在气体中的硫化氢转化成二氧化硫，然后二氧化硫在一个湿的清洗器(36)的含碱溶液比如氢氧化钠溶液中被吸收。通过第一阶段在含碳酸盐溶液中硫化氢的吸收、第二阶段残留的硫化氢的燃烧而成为二氧化硫以及形成的二氧化硫在一个碱性溶液中的吸收这三部分的结合，可达到总的硫化氢分离的高选择性、高度分离效果和好的工艺经济性。
文档编号D21C11/08GK1133568SQ9419393
公开日1996年10月16日 申请日期1994年9月7日 优先权日1993年9月17日
发明者E·西蒙森, E·达尔奎斯特, S·本特森 申请人:Abb.弗拉克特有限公司