一种塔式络合铁脱硫装置以及络合铁脱硫系统的制作方法

本实用新型涉及工业脱硫领域，具体涉及一种塔式络合铁脱硫装置以及包括所述塔式络合铁脱硫装置的络合铁脱硫系统。

背景技术：

炼油与天然气化工生产中，业者常常需要处理一些大流量、硫化氢含量较低的酸性气工况，如合成气、含硫较低的天然气、克劳斯-斯科特工艺脱硫处理后的尾气等，其硫化氢含量已经较低，仅为几百个ppm，但是却无法达到直接应用或者达标排放的技术指标，必须进行深度脱硫。

络合铁液相氧化脱硫技术是一种湿法脱硫技术，利用铁离子的络合物溶液直接将硫化氢氧化成单质硫。由于对硫化氢的脱除效果好，通常处理后净化气中的硫化氢浓度可以达到10ppm以下，因此，该工艺获得了越来越多的应用。

典型的络合铁脱硫装置如中国专利CN 103495333B所示，主要包括圆柱形脱硫反应器和底部的倒锥形排料装置。目前的络合铁脱硫技术均采用鼓泡塔方式，即含硫化氢的酸性气体在压力作用下(通常50～65KPa左右)通入反应器的催化剂溶液中，气体从反应器底部上升直至液面，在这个气液接触过程中，硫化氢被脱除，净化气达标排放。然而，这样的处理装置存在几个缺点，一是对酸性气的进气压力要求较高，二是鼓泡塔式反应器的设计空塔气速通常只有40～120m/hr，对于气体流量较大的脱硫系统来说，需增大反应器的设备尺寸，由此会导致占地大、投资高等一系列成本问题。

基于此，迫切需要一种能够适应深度脱硫要求，且具有投资少、占地面积小等经济优势的脱硫装置和脱硫系统。

技术实现要素：

为克服现有络合铁工艺处理酸性气技术中的上述缺陷，本实用新型的目的之一是提供一种塔式络合铁脱硫装置，能够满足深度脱硫效果并具有显著的经济优势。

本实用新型的另一目的是提供一种络合铁脱硫系统。

本实用新型提供的塔式络合铁脱硫装置主要包括由呈上、下设置的吸收反应塔和再生反应器形成的集成塔，其中，所述吸收反应塔用于使用络合铁催化剂对酸性气进行氧化脱硫，其上部设置有络合铁催化剂进口，下部设置有酸性气进口，底部设置有排料口；所述再生反应器用于再生脱硫后的络合铁催化剂，并分别与所述络合铁催化剂进口和所述排料口连接。

本实用新型所述的塔式络合铁脱硫装置中，所述吸收反应塔的直径和所述再生反应器的直径相同。

本实用新型所述的塔式络合铁脱硫装置中，所述吸收反应塔内设置有与所述络合铁催化剂进口连接的第一溶液分布器。

本实用新型所述的塔式络合铁脱硫装置中，所述第一溶液分布器的下方由上至下依次设置为填料区以及物料缓冲区；其中，所述填料区内设置有填料，所述酸性气进口设置于所述物料缓冲区内。

本实用新型所述的塔式络合铁脱硫装置中，所述填料区内由上至下设置有一个或多个与所述络合铁催化剂进口连接的第二溶液分布器。

本实用新型所述的塔式络合铁脱硫装置中，所述第一溶液分布器的上方设置有除雾层。

本实用新型所述的塔式络合铁脱硫装置中，所述再生反应器内设置有底部开孔的隔离板，将所述再生反应器内部分为底部连通的空气吸收区和催化剂循环区；所述空气吸收区与所述吸收反应塔的排料口连接；所述催化剂循环区与所述吸收反应塔的络合铁催化剂进口连接。

本实用新型所述的塔式络合铁脱硫装置中，所述空气吸收区底部设置有空气分布器。

本实用新型所述的塔式络合铁脱硫装置中，所述塔式络合铁脱硫装置还包括硫磺过滤装置，其分别与所述空气吸收区和所述催化剂循环区连接。

本实用新型还提供了一种络合铁脱硫系统，其包括以上技术方案任一项所述的塔式络合铁脱硫装置。

本实用新型提供的塔式络合铁脱硫装置以及包含所述塔式络合铁脱硫装置的脱硫系统将吸收反应塔和再生反应器呈上、下设置而构成一台集成塔，具有以下优点：

1)本实用新型的塔式络合铁脱硫装置和脱硫系统有利于含有硫磺颗粒的络合铁催化剂溶液顺畅流动，从而可保证络合铁脱硫工艺的深度脱硫效果和脱硫效率，适用于各种酸性气工况，尤其是硫化氢含量较低的工况，脱硫后的气体可达到直接排放标准。

2)本实用新型的塔式络合铁脱硫装置和脱硫系统设备集成度高，工艺接口要求低，能够处理大流量酸性气工况，且无需增压机等辅助设备。

3)本实用新型的塔式络合铁脱硫装置和脱硫系统具有占地面积小、投资少等显著的成本优势，生产操作安全简便，具有非常广阔的应用前景。

附图说明

图1为本实用新型的塔式络合铁脱硫装置的结构示意图；

其中，附图标记说明如下：

1、吸收反应塔；101、络合铁催化剂进口；102、酸性气进口；103、排料口；104、第一溶液分布器；105、除雾层；2、再生反应器；201、隔离板；202、空气分布器；3、硫磺过滤装置；4、循环泵；a、填料区；b、物料缓冲区；c、空气吸收区；d、催化剂循环区；A、酸性气；B、净化气；C、硫磺；D、氧化空气；E、再生尾气。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将进一步描述本实用新型的示例性实施例的技术方案。

如图1所示，本实用新型的一个方面提供了一种塔式络合铁脱硫装置，主体为一集成塔，其由呈上、下设置的吸收反应塔1和再生反应器2形成，其中，吸收反应塔1用于使用络合铁催化剂对酸性气进行氧化脱硫，其上部设置有络合铁催化剂进口101，下部设置有酸性气进口102，底部设置有排料口103，再生反应器2用于还原再生脱硫后的络合铁催化剂，其分别与络合铁催化剂进口101和排料口103连接。

络合铁脱硫工艺主要包括酸性气吸收(即氧化脱硫)和催化剂再生两步，通常设置于一个反应器内，分为不同的功能区，或设置成两个单独的反应器。待处理的酸性气与络合铁催化剂溶液在酸性气吸收的功能区(或反应器)内接触后氧化形成固态单质硫磺而从酸性气中脱除，催化剂溶液中的三价铁离子被还原成二价铁离子，固态硫磺则以颗粒的形式被包含在催化剂溶液之中。然后进入催化剂再生的功能区(或反应器)内，向其中通入空气，将二价铁离子氧化为三价铁离子完成络合铁催化剂的再生过程，再生的络合铁催化剂返回至酸性气吸收的功能区(或反应器)内循环使用，固态硫磺则排出回收。

本实用新型的塔式络合铁脱硫装置将吸收反应塔1和再生反应器2呈上、下设置而构成一台集成塔，既能够保证络合铁脱硫工艺的深度脱硫效果，又大大提高了设备集成度，减小了脱硫装置的占地面积和投资成本。吸收反应塔1为酸性气吸收脱硫的反应装置，待处理的酸性气A由下部酸性气进口102进入吸收反应塔1中并向上流动，液态的络合铁催化剂由上部络合铁催化剂进口101进入吸收反应塔1并与酸性气A逆向接触，由此进行酸性气的脱硫反应过程，脱硫后的净化气B可从吸收反应塔1的塔顶直接排入大气。反应后包裹固态硫磺的二价铁离子催化剂从排料口103排入再生反应器2中，在其中完成催化剂再生后通过络合铁催化剂进口101再返回吸收反应塔1内循环使用。

本实用新型的塔式络合铁脱硫装置中，吸收反应塔1和再生反应器2以上下同轴布置的方式构成集成塔，吸收反应塔和再生反应器可为同径，也可为异径。

在根据本实用新型的一个实施方式中，为方便安装，可将所述吸收反应塔1和再生反应器2设置为相同的直径参数。

在根据本实用新型的一个实施方式中，吸收反应塔1内还设置有用于喷淋络合铁催化剂的第一溶液分布器104，其与络合铁催化剂进口101连接。络合铁催化剂可通过第一溶液分布器104均匀分布，从而可使催化剂与酸性气A的接触更加充分，由此可提高酸性气A的吸收和转化效率。在一个优选的实施方式中，第一溶液分布器104可以采用喷嘴形式，以防止催化剂溶液中夹带的硫磺颗粒沉降在分布器内而造成堵塞。

在根据本实用新型的一个实施方式中，第一溶液分布器104的下方由上至下依次设置为填料区a以及物料缓冲区b，填料区a中装填有填料塔常见的高效填料，可促使气液更加充分接触，加强脱硫效果，脱硫反应后包裹固态硫磺的二价铁离子催化剂经物料缓冲区b后通过排料口103排入再生反应器2。酸性气进口102可设置在物料缓冲区b的区域内，以保证酸性气A经过填料区a与络合铁催化剂充分接触、反应，实现酸性气的高效吸收和高效转化。填料区a的压力降一般为2-3kPa左右，因此本实用新型的塔式络合铁脱硫装置在实际运行时，对于酸性气A的压力要求很低，通常不需要特别设置酸性气增压风机等设备。

在一个优选的实施方式中，可根据酸性气A中硫化氢的浓度情况来设置填料区a中的填料为一层或多层。在另一个优选的实施方式中，填料区a中由上至下还可设置有一个或多个的第二溶液分布器(图1中未标出)，第二溶液分布器与络合铁催化剂进口101连接，也用于喷淋络合铁催化剂，以进一步促使酸性气A与络合铁催化剂充分接触。第二溶液分布器的形式可与第一溶液分布器104相同。在一个更优选的实施方式中，第二溶液分布器可根据填料层的数量设置，例如，设置于每一层填料层的上部。

在根据本实用新型的一个实施方式中，第一溶液分布器104的上方还可设置有除雾层105。脱硫反应完成后的净化气可通过除雾层105除去其中所含有的液滴，再从吸收反应塔1的塔顶排入大气。

与常规的络合铁脱硫装置类似，再生反应器2连接有提供氧化空气D的装置或管路，氧化空气D将二价铁离子氧化为三价铁离子而完成络合铁催化剂的再生，再生尾气E可由再生反应器2的顶部排出。

在根据本实用新型的一个实施方式中，再生反应器2内设置有底部开孔的隔离板201，其可将再生反应器2内的络合铁催化剂分为底部连通的空气吸收区c和催化剂循环区d，空气吸收区c与吸收反应塔1的排料口103连接，催化剂循环区d与吸收反应塔1的络合铁催化剂进口101连接。来自吸收反应塔1的包含硫磺的二价铁离子催化剂进入空气吸收区c，并可通过隔离板201溢流到催化剂循环区d中，再生后的络合铁催化剂从催化剂循环区d返回至吸收反应塔1之中循环使用。

在根据本实用新型的一个实施方式中，空气吸收区c底部设置有空气分布器202，其与氧化空气D相连，空气分布器202可将氧化空气D分布成微小的气泡并分布均匀，由此提高络合铁催化剂的再生效率。

与常规的络合铁脱硫装置类似，再生反应器2还连接有硫磺过滤装置，通过该装置可回收络合铁催化剂体系中的固体硫磺。

在根据本实用新型的一个实施方式中，本实用新型的塔式络合铁脱硫装置还包括硫磺过滤装置3，其分别与空气吸收区c和催化剂循环区d相连。再生后的络合铁催化剂从催化剂循环区d排出再生反应器2，除返回吸收反应塔1循环使用的部分外，另有部分通过硫磺过滤装置3进行过滤从而从络合铁催化剂体系中回收固体硫磺。通过硫磺过滤装置3的过滤，可得到含湿量20％左右的硫磺C的滤饼，滤液则返回再生反应器2的空气吸收区c中。

在根据本实用新型的一个实施方式中，还可包括循环泵4，用以将催化剂循环区d中的物料泵入吸收反应塔1中或硫磺过滤装置3中。

本实用新型的另一个方面提供了一种络合铁脱硫系统，其包括本实用新型的塔式络合铁脱硫装置。此外，针对不同种类或来源的酸性气，本实用新型的络合铁脱硫系统还可包含任意的上游或下游的气体处理单元。

综上所述，本实用新型提供的塔式络合铁脱硫装置和脱硫系统可保证络合铁脱硫工艺的深度脱硫效果和脱硫效率，适用于各种酸性气工况，尤其是大流量、硫化氢含量较低的工况，设备集成度高，工艺接口要求低，且具有占地面积小、投资少等显著的成本优势。

虽然已参照典型实施例描述了本实用新型，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本实用新型能够以多种形式具体实施而不脱离本实用新型的精神或实质，所以还应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在所附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为所附权利要求所涵盖。