从SO2含量暂时非常高的气体中除去SO2的方法与流程

本发明涉及用于从进料气流中去除二氧化硫(so2)的方法。本发明还涉及一种从原料气流中除去二氧化硫的系统。在偶尔需要处理具有相对高so2含量的气流的情况下，该方法和系统特别有用。

背景技术：

so2比进料气体流的许多其它组分更可溶于水。例如，在0℃、1.013巴下测量，so2在水中的溶解度为228g/l，而二氧化碳和硫化氢在水中的溶解度分别为3.369g/l和7.100g/l。

so2在许多其他纯溶剂中的溶解度也得到了广泛的研究。关于so2的文献溶解度数据的总结，参见例如fogg和gerrard，1991(solubilityofgasesinliquids，johnwileyandsons，chichester，u.k.)。

可再生吸收剂可用于从原料气流中除去so2。通常，将包含吸收剂的贫水性介质暴露于含so2的进料气流，然后so2被介质吸收，形成贫so2气流和废吸收介质。从废吸收介质中除去(回收)吸收的so2以再生含水介质并提供气态so2通常通过使用原位产生的蒸汽进行气态汽提来实现。

胺类吸收剂可用于去除so2。参见例如us5019361，其公开了含有水溶性二胺半盐的含水吸收介质的使用。us7214358公开了含有水溶性二胺半盐和高水平热稳定盐(hss)的含水吸收介质的使用。物理溶剂也可用作so2吸收剂。

商业上可用的蒸汽可再生so2捕获技术包括依赖化学溶剂或物理溶剂的技术，如cansolvdstm(含胺类吸收剂的化学溶剂)、labsorbtm(含无机吸收剂的化学溶剂)、clausmastertm(非水性物理溶剂)、和海水处理(化学溶剂)。

还公开了溶剂的组合的使用。印度专利申请2381/del/2006描述了使用包含化学和物理溶剂的溶剂共混物除去so2的方法。us20130039829描述了一种利用可再生二胺吸收剂从气流中捕获二氧化硫的方法，所述二胺吸收剂包含二胺和弱有机酸，例如甲酸。

在一些方法中，so2从吸收区中的进料气流中除去，由此贫so2气体离开吸收区并且富吸收介质被取出并进料到再生区。原料气流可以是例如硫去除单元(sru)例如claussru的尾气。再生的吸收介质可以再循环到吸收区。在再生区中形成的包含so2的流可以进料到sru的反应炉中，例如进料到claussru的反应炉中。

原料气流中的so2含量可能暂时非常高。附加地或替代地，暂时不可能在再生区上游的单元(例如sru)中处理在再生区中形成的包含so2的流。在这种情况下，一种常用的方法是将具有相对高的so2浓度的这种流送到烟囱。然而，这导致相对高的so2排放。

在这种情况下，另一种常用的方法是将这种具有较高so2浓度的流输送到碱洗系统。这种碱洗系统通常不运行。在原料气流中的so2含量非常高的特殊情况下它可以运行。附加地或替代地，在临时需要在替代单元中处理在再生区中形成的包含so2的流的特殊情况下它可以运行。使用这种碱洗系统的需要通常限于两到三年中一次。这是不利的，因为这种碱洗系统具有非常低的可用性，同时它是一种复杂且通常成本高的安装设施。另一个缺点是在长待机时间之后，碱洗系统经常不能正常工作。

技术实现要素：

一个目的是提供一种处理具有不同so2含量的气流的相对简单的方法，特别是用于临时处理具有非常高so2含量的气流。本发明的目的还在于提供一种用于处理具有不同so2含量的气流的成本有效的方法。并且本发明的目的是提供一种处理气流的方法，该方法适用于处理具有so2含量的临时峰值的气流，并且其额外地即使在很少应用时也是可靠的。

此外，目的是提供一种相对简单的设备，用于处理具有不同so2含量的气流，特别是用于临时处理具有非常高so2含量的气流。本发明的目的还在于提供一种具有成本效益的设备，用于处理具有不同so2含量的气流。本发明的目的是提供一种处理气流的设备，该设备适合于处理具有so2含量的临时峰值的气流，并且其额外地即使在长待机时间之后也是可靠的。

在一个方面，本发明涉及从原料气流中除去二氧化硫的方法，该方法包括：

(i)在预洗区中使原料气流与含水流接触；

(ii)使步骤(i)所得的所述预洗气流的至少一部分与水性贫吸收介质在吸收区中接触，以吸收二氧化硫，形成贫二氧化硫的处理气流和废吸收介质；

(iii)从再生区中的步骤(ii)中获得的至少一部分废吸收介质中汽提(优选蒸汽汽提)吸收的二氧化硫，形成再生含水吸收介质和含二氧化硫的气流；

(iv)将步骤(iii)获得的所述再生水性吸收介质的至少一部分再循环至步骤(ii)；

(v)任选地将包含二氧化硫的气流供给硫去除单元，优选供给claus硫去除单元；

其中一系列步骤(i)至(v)与以下互换：

(a)使进料气流在预洗涤区中与包含强碱的水溶液接触以形成贫二氧化硫的处理的气流和包含亚硫酸根和/或亚硫酸氢根离子的水溶液。

另一方面，本发明涉及一种从原料气流中除去二氧化硫的系统，该系统包括：

·预洗涤单元，优选地预洗涤塔，包括气体入口、气体出口、进水口和出水口以及冷却单元；

·吸收单元，包括气体入口、气体出口、用于吸收介质的入口和用于吸收介质的出口，该吸收单元与预洗涤单元流体连通以接收至少部分预洗涤的气流；

·再生单元，包括气体入口、气体出口、用于吸收介质的入口和用于吸收介质的出口，该再生单元与吸收单元流体连通以接收至少一部分废吸收介质；

该系统的特征在于，预洗涤单元包括用于含有强碱的水溶液的入口。

附图说明

附图描绘了根据本教导内容的一个或多个实施方案，仅以举例的方式，并不进行限制。在附图中，相似的附图标记是指相同或类似的元件。

图1是包括本发明系统的布置的图示。所示的布置包括本发明的系统以及另外地sru、脱气机和焚烧炉。箭头表示进出sru、脱气机和焚烧炉的可能流动，以及工艺步骤(i)至(v)的可能流动。

图2是与图1所示相同布置的图示。箭头表示工艺步骤(a)的可能流动。

图3是可用于本发明的具有水循环和湿式静电除尘器(wesp)的预洗涤器的图示。

图4是可用于本发明的具有文丘里管、水循环和wesp的预洗涤器的图示。

具体实施方式

本发明涉及如上“发明内容”部分所述和权利要求中所述的方法和系统。本发明的方法和系统特别适用于偶尔需要处理具有较高so2含量的气流的情况。

所要求保护的方法是有利的，因为它是用于处理具有不同so2含量的气流的相对简单的方法，特别是用于临时处理具有非常高so2含量的气流。此外，这是一个具有成本效益的过程。此外，该方法适用于处理具有so2含量的临时峰值的气流，并且额外地即使在很少应用时也是可靠的。

所要求保护的系统是有利的，因为它是用于处理具有不同so2含量的气体的相对简单的设备，特别是用于临时处理具有非常高so2含量的气流。此外，它是一个具有成本效益的系统。此外，该系统适用于处理具有so2含量的临时峰值的气流，并且额外地即使在长待机时间之后也是可靠的。

本文使用的某些术语定义如下：含水流是包含至少20体积％的水的流，优选包含至少30体积％的水。吸收介质能够吸收so2。它优选能够在水存在下吸收so2。含水吸收介质包含吸收介质和至少20体积％的水。优选的含水吸收介质包括吸收介质在水中的溶液。合适的吸收介质的实例是胺。

强碱是pkb为5或更低，优选为4或更低，更优选为3或更低的碱。优选的本发明的强碱是氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铷、氢氧化铯、氢氧化镁、氢氧化钙、氢氧化锶和氢氧化钡。

骤冷是快速冷却。这可以通过直接或间接冷却来进行。骤冷热或温气流的一种选择是使热或温气流与温度低得多的水接触。

在步骤(a)，形成包括亚硫酸根(so3^2-)和/或亚硫酸氢根(hso3^-)离子的水溶液。亚硫酸氢根也称为氢亚硫酸根。在步骤(a)中形成的水溶液可包含在溶液中的亚硫酸盐和/或亚硫酸氢盐。例如，它可包含溶解的na2so3和/或nahso3。

一系列步骤(i)至(v)与步骤(a)或步骤(a)至(d)互换。步骤(iv)、(v)和(d)是可选的。因此，方法可包括一系列步骤(i)至(iii)，其与步骤(a)或步骤(a)至(c)或步骤(a)至(d)互换。类似地，方法可包括与步骤(a)或与步骤(a)至(c)或步骤(a)至(d)互换的一系列步骤(i)至(iv)、或步骤(i)至(iii)和(v)、或步骤(i)至(v)。

除尘器是一种从气流中去除颗粒和/或液滴的装置。优选地，气流或其一部分流过除尘器。除尘器可商购获得。除尘器可包括电线和/或板。静电除尘器(esp)可用于通过感应静电电荷去除颗粒和/或液滴。湿式静电除尘器(wesp)可用于通过感应静电电荷，以及水蒸气饱和气流、水喷雾、冲洗和/或冷凝来除去颗粒和/或液滴。

原料气流中的so2含量可能暂时非常高。例如，原料气流可以是硫去除单元(sru)例如claussru的尾气。在步骤(i)中，在预洗涤区中使进料气流与含水流(例如水)接触。然后在步骤(ii)中在吸收区中用贫水吸收介质除去so2。当sru关闭时，可以用热气体吹扫。在这种情况下，离开sru的气流可具有非常高的so2含量。如果离开sru的气流不能在吸收区中充分加工。在这种情况下，本发明的方法和系统非常有用。在根据本发明的方法中，具有高so2含量的气流在步骤(a)中与预洗涤区中包含强碱的水溶液接触。可以包含亚硫酸盐和/或亚硫酸氢盐的所得的水流可以认为是废流。当原料气流中的so2含量可能暂时非常高时，本发明的方法和系统因此非常有用。

另外或可替代地，暂时不可能或不希望在再生区上游的单元中处理包含so2的流。在再生区中形成的包含so2的气流可以进料到sru的反应炉中，例如进料到claussru的反应炉中。当送至(claus)sru的反应炉时，可以在根据本发明的方法中作为进料流处理该(claus)sru的尾气。换句话说，so2可以再循环到(claus)sru，其产生在根据本发明的方法的步骤(i)和(ii)中处理的进料流。当(claus)sru关闭时，或由于其他原因，暂时不可能或不希望处理在(claus)sru的反应炉的再生区中形成的包含so2的气流。在根据本发明的方法中，通过在步骤(a)中使sru尾气与在预洗涤区中包含强碱的水溶液接触来避免形成这种包含so2的气流。可以包含亚硫酸盐和/或亚硫酸氢盐的所得的水流可以认为是废流。

当暂时不可能或不希望在再生区上游的单元中处理包含so2的流时，本发明的方法和系统因此是非常有用的。

用本发明方法从中除去so2的原料气流可以是任何含so2的气流。它可以例如是或包含来自脱硫单元(sru)例如claussru的(热)氧化尾气。来自(claus)sru的氧化尾气可在氧化之前或之后在其用于根据本发明的方法之前进一步处理。

从原料气流中除去二氧化硫的方法

在一个方面，本发明涉及一种方法，用于从进料气流中去除二氧化硫。该方法包括步骤(i)至(iii)和任选的步骤(iv)和/或步骤(v)。一系列步骤(i)至(v)与工艺步骤(a)或步骤(a)至(c)或步骤(a)至(d)互换。

步骤(i)

在步骤(i)中，进料气流在预洗涤区中与含水流接触。预洗涤区可以例如在预洗涤单元中。合适的预洗涤单元的实例是塔或管，具有湿式静电除尘器(wesp)的塔或管，以及具有文丘里管和任选的wesp的塔或管。在预洗涤区上可能存在水循环。

如果使用具有文丘里管的塔或管，则可以在步骤(i)期间骤冷文丘里管中的进料气流。附加地或替代地，可以在步骤(i)期间骤冷塔或管中的进料气流。

步骤(ii)

在步骤(ii)中，使步骤(i)所得气流的至少一部分与含水贫吸收介质在吸收区中接触。含水吸收介质对于so2是贫的。在步骤(ii)中，吸收二氧化硫并形成贫二氧化硫的处理气流和废吸收介质。含水吸收介质可包含胺。含水吸收介质包含至少20vol％的水，优选至少30vol％的水。

步骤(iii)

在步骤(iii)中，从在再生区中在步骤(ii)中获得的至少一部分废吸收介质中汽提(优选蒸汽汽提)吸收的二氧化硫。形成再生的含水吸收介质和包含二氧化硫的气流。

可选步骤(iv)

步骤(iv)是可选的。在步骤(iv)中，将步骤(iii)中获得的至少一部分再生的含水吸收介质再循环至步骤(ii)。

可选步骤(v)

步骤(v)是可选的。在步骤(v)中，将包含二氧化硫的气流送入硫去除装置，优选送入claus硫去除装置。优选将其加入(claus)sru的反应炉中。

一系列步骤(i)至(v)与步骤(a)互换。

步骤(a)

在步骤(a)将进料气体流在预洗涤区与包括强碱的水溶液接触。获得贫二氧化硫的处理的气流和包含亚硫酸根和/或亚硫酸氢根离子的水溶液。优选地，该强碱选自氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铷、氢氧化铯、氢氧化镁、氢氧化钙、氢氧化锶和/或氢氧化钡，更优选氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化镁和/或氢氧化钙，甚至更优选氢氧化钠。

优选地，步骤(a)中使用的水溶液包含10至30wt％的naoh，更优选15至25wt％的naoh。

优选通过将包含强碱的水溶液进料到预洗涤区而将强碱提供给预洗涤区。优选地，水在预洗涤区上循环。优选地，在步骤(a)之前和/或期间，将包含强碱的水溶液添加到预洗涤区上的这种水循环中。

进料气流可在步骤(a)之前、期间或之后被骤冷。

在一个实施方案中，当与包含强碱的水溶液接触时，使进料气流骤冷。在另一个实施方案中，原料气流用相对冷的水骤冷，然后使原料气流与包含强碱的水溶液接触。在另一个实施方案中，使进料气流与包含强碱的水溶液接触，然后用水骤冷。在另一个实施方案中，进料气流用包含强碱的水溶液骤冷，然后用包含强碱的水溶液进一步骤冷。

骤冷和腐蚀性处理可在塔或管中进行。

如果使用具有文丘里管的塔或管，则可以在步骤(a)期间骤冷文丘里管中的原料气流。附加地或替代地，可以在步骤(a)期间骤冷塔或管中的进料气流。

骤冷和苛性碱处理可以在文丘里管中同时进行，并且可以在塔或管中进行进一步骤冷和任选的进一步苛性碱处理。在一个优选的实施方案中，原料气流在文丘里管中用包含强碱的水溶液骤冷，然后在塔或管中用水进一步骤冷。

在更优选的实施方案中，原料气流在文丘里管中用水骤冷，然后通过使气流与包含强碱的水溶液接触而在塔或管中进一步骤冷。

在一个非常优选的实施方案中，原料气流在文丘里管中用包含强碱的水溶液骤冷，然后通过使气流与包含强碱的水溶液接触在塔或管中进一步骤冷。

步骤(a)之后可以是步骤(b)至(d)。在那种情况下，系列步骤(i)至(v)与系列步骤(a)至(d)互换。

步骤(b)

在步骤(b)中，使步骤(a)所得气流的至少一部分处理的气流与水性贫吸收介质在吸收区，优选地步骤(ii)中使用的吸收区中接触。吸收二氧化硫并形成贫二氧化硫的处理的气流和废吸收介质。

步骤(c)

在步骤(c)中，从在再生区、优选地步骤(iii)中使用的再生区中在步骤(b)中获得的至少一部分废吸收介质中汽提(优选蒸汽汽提)吸收的二氧化硫。形成再生的含水吸收介质和二氧化硫。

步骤(d)

步骤(d)是任选的。在步骤(d)中，将步骤(c)中获得的至少一部分再生的含水吸收介质再循环至步骤(ii)或步骤(b)。

用于从进料气流中除去二氧化硫的系统

在另一个方面，本发明涉及一种系统，用于从进料气流中除去二氧化硫。该系统包括预洗涤单元、吸收单元和再生单元。该系统的预洗涤单元包括用于含有强碱的水溶液的入口。这也可以称为苛性碱的入口。

预洗涤单元

系统的预洗涤单元优选是预洗涤塔或管。预洗涤单元包括气体入口、气体出口、进水口和出水口，以及冷却单元。

优选地，所述系统包括在预洗涤单元上的水循环。更优选地，该系统包括具有冷却单元的水循环。优选地，该系统的预洗涤单元包括除尘器，更优选静电除尘器，甚至更优选湿式静电除尘器。

吸收单元

系统的吸收单元包括气体入口、气体出口、用于吸收介质的入口以及用于吸收介质的出口。吸收单元与预洗涤单元流体连通，以接收至少部分预洗涤的气流。

再生单元

该系统的再生单元包括气体入口、气体出口、用于吸收介质的入口和用于吸收介质的出口。再生单元与吸收单元流体连通，以接收废吸收介质的至少一部分。

苛性碱的入口

系统的预洗涤单元包括用于含有强碱的水溶液的入口。优选地，预洗涤单元的水入口适合用作包含强碱的水溶液的入口。

本公开不限于如上所述的和所附权利要求书中的实施方案。可以想到许多修改，并且可以组合各个实施方案的特征。

给出图解一些实施方案的某些方面的实例的下面附图，以便于更好地理解本发明。这些附图决不应被理解为限制或限定本发明的范围。

附图

图1是包括本发明系统的布置的图示。所示的布置包括本发明的系统以及另外地sru、脱气机和焚烧炉。箭头表示进出sru、脱气机和焚烧炉的可能流动，以及工艺步骤(i)至(v)的可能流动。

在图1中，将包含硫化氢(h2s)的气流(1)进料至(claus)sru(2)。将包含h2s的(claus)sru尾气(3)送入焚烧炉(8)。将来自(claus)sru(2)的包含硫和h2s的流(4)进料至脱气机(5)。在脱气机(5)中，气体与固体硫分离。从脱气机(5)中除去固体元素硫(6)。从脱气机(5)中除去包含h2s的废气(7)。废气(7)任选地进料到焚烧炉(8)。从焚烧炉(8)中移出含有so2的气流(9)并送入预洗涤器(10)。将水(11)送入预洗涤器(10)。预洗涤器(10)具有用于苛性碱的入口，其在步骤(i)至(v)期间不使用。从预洗涤器(10)中除去流出物(12)。预洗涤器(10)具有用于包含强碱的溶液的入口(13)。从预洗涤器(10)中除去含有so2的气流(14)并送入吸收器(15)。在吸收器(15)中，气流(14)与贫吸收介质接触。从吸收器(15)中除去富吸收介质并送入再生器(16)。从再生器(16)中除去再生的吸收介质并进料到吸收器(15)。从吸收器(15)中除去具有减少量的so2的气流(17)。气流(17)可以被送到烟囱。从再生器(16)中除去含有so2的气流(18)，并任选地加入(claus)sru(2)的反应炉中。

图2是与图1所示相同布置的图示。箭头表示工艺步骤(a)的可能流动。

在图2中，将作为热吹扫气体的气流(19)供给已经关闭的(claus)sru(2)。离开sru的气流(20)具有非常高的so2含量。将气流(20)进料到预洗涤器(10)。将包含强碱，优选约20重量％naoh水溶液的水溶液经入口(13)送入预洗涤器(10)；这是流(21)。从预洗涤器(10)中除去流出物(12)。流出物(12)包含亚硫酸盐和/或亚硫酸氢盐，并且被认为是废流。在图2所示的方法中，在工艺步骤(a)期间不使用以下单元：脱气机(5)、焚烧炉(8)、吸收器(15)和再生器(16)。

图3是可用于本发明的具有水循环和湿式静电除尘器(wesp)的预洗涤器的图示。

预洗涤器(1)包括塔或管(2)、wesp(3)和苛性碱入口(4)。包含气体(5)的so2进入预洗涤器(1)。从预洗涤器(1)中除去包含so2的气流(6)。在预洗涤器(1)上有水循环(7)。可以添加补充水(8)，并且可以将流出物(9)作为废水处理。任选将流出物(9)进料到废水处理单元(未示出)。

图4是可用于本发明的具有文丘里管、水循环和wesp的预洗涤器的图示。

预洗涤器(11)包括塔或管(12)、wesp(13)和苛性碱入口(4)。包含so2的气体(15)进入文丘里管(20)。包含骤冷so2的气体进入塔或管(12)。从预洗涤器(11)中除去包含so2的气流(16)。在塔或管(12)上有水循环(17)。可以添加补充水(18)，并且可以将流出物(19)作为废水处理。任选将流出物(19)进料到废水处理单元(未示出)。从塔(12)到文丘里管(20)有水循环(21)。在入口(4)处加入苛性碱后，水循环(21)可包含苛性碱。流出物(22)可以作为废水处理。任选将流出物(22)供入废水处理单元(未示出)。