本发明涉及一种scot过程气的处理工艺和设备。具体而言，本发明涉及一种利用螯合铁离子配比溶液吸收并脱除硫化氢、生成并回收硫磺的scot过程气的处理工艺和设备。
背景技术：
1、1833年英国化学家claus(克劳斯)开发了利用硫化氢制取硫磺的经典克劳斯反应式：
2、h2s+1/2o2＝h2o+s°+205kj/mol
3、根据这个经典克劳斯反应式开发的各类克劳斯工艺(包括常规克劳斯工艺和各类克劳斯衍生工艺、组合工艺)是处理含硫(硫化氢)酸性气，脱除硫化氢、回收硫磺的主要工艺之一，也是目前含硫酸性气处理中最成熟、应用最广泛的工艺。但由于克劳斯反应式中化学平衡的存在，各类以焚烧为基础的克劳斯工艺，其转化率都受到限制，比如，常规克劳斯工艺的转化率通常约为95％，而各类为了提高转化率而开发的衍生工艺，比如mcrc工艺、superclaus工艺、clinsulf工艺、三级克劳斯工艺、二级克劳斯+scot工艺等，转化率虽有所提高，但最高也不高于99.9％，尾气中，仍有一定量的含硫组分存在，这些残留的含硫组分，足以影响尾气的达标排放。
4、国家环保法规日益健全，环保要求趋严，环保排放标准提高。目前，石油化工行业要求执行的so2的排放标准是100mg/m3，而某些敏感地区，实际上执行的是更严苛的标准。几乎现有所有这些焚烧类克劳斯工艺，尾气都无法直接达标排放，都需要后续尾气处理工艺，即tgu(tail gas unit)，对克劳斯尾气进行处理后，达到规定的环保标准，再进行排放。
5、壳牌公司开发的scot工艺，后续在克劳斯系统后面，用于处理克劳斯尾气，对克劳斯尾气进行加氢还原处理，将所有含硫组分(硫蒸汽、二氧化硫、二硫化碳、羰基硫等)全部转化成硫化氢，得到含硫化氢的scot过程气，然后由溶剂系统回收scot过程气中的硫化氢，再通过前面的克劳斯系统脱除硫化氢，此举可以将硫化氢的总脱除率从95％提高到99.8％左右，提高了硫磺的总回收率。由于scot工艺可以后续在相对简单的常规克劳斯工艺后面，有明显的投资成本优势，运行也相对简单，同时，这种工艺，后续碱洗工艺，可以确保尾气排放达标，故而得到业主的青睐，被广泛采用。目前，克劳斯+scot+硫化氢溶剂吸收和再生系统+尾气焚烧+碱洗，是炼油行业、天然气行业、煤化工行业等含硫化氢酸性气处理的主流工艺。
6、现行的“克劳斯+scot+硫化氢溶剂吸收和再生系统+尾气焚烧+碱洗”工艺中，后续的scot过程气的处理段“硫化氢溶剂吸收和再生系统+尾气焚烧+碱洗”，流程长，工艺复杂，需要建设溶剂吸收和再生系统，包括吸收塔、再生塔和加热换热设施，还需要建设后碱洗设施，涉及设备数量庞大，占地很大，操作复杂，投资大，能耗高，运行成本高，而且，溶剂吸收和再生系统的运行性能，直接影响前端克劳斯系统的运行稳定性，吸收和再生的效率，也直接影响了排放尾气的硫含量，影响达标排放的稳定性。碱洗系统还将产生大量含硫高盐废水，造成二次污染，增加全厂废水处理量和废水处理难度。
技术实现思路
1、本发明的目的，在于提供一种scot过程气的处理工艺和设备，提高硫化氢脱除率到99.99％以上，确保尾气可以直接达标排放，直接脱除硫化氢、净化scot过程气，回收硫磺，无需后续废气处理设施和废水处理设施(后碱洗系统)，不产生废水和废气等二次污染，替代溶剂系统，取消后碱洗系统，简化工艺流程和生产过程，大幅降低投资成本，降低运行成本。
2、本发明的技术原理如下：
3、
4、
5、ho-+h+→h2o (3)
6、将(1)(2)(3)合并，得到如下反应式
7、h2s(气相)+ho-→h2o+hs- (4)
8、由(4)可知，硫化氢气体可以溶于碱性水溶液中，并电离产生负二价硫离子hs-，此hs-具有还原性，可以被强氧化剂氧化。
9、三价铁离子(fe3+)具有强氧化性，氧化负二价硫离子hs-，如下式所示：
10、hs-+2fe3+→2fe2++h++s0 (5)
11、将(4)(5)合并，得到如下反应式
12、h2s(气相)+2fe3++ho-→h++s°+2fe2++h2o (6)
13、由(6)可知，硫化氢气体在碱性水溶液中，可以被水溶性三价铁离子fe3+吸收并氧化生成单质硫磺，同时，三价铁离子fe3+被还原成二价铁离子fe2+。
14、由于(6)为单向不可逆反应，没有反应平衡限制，所以，本工艺的硫化氢脱除率极高，理论上为100％。
15、二价铁离子fe2+具有强还原性，水溶液中，可以被氧气氧化成三价铁离子fe3+：
16、1/2o2+h2o+2fe2+→2oh-+2fe3+ (7)
17、由于在碱性水溶液中，二价铁离子(fe2+)和三价铁离子(fe3+)都不能稳定存在，通常情况下容易经如下反应形成氢氧化铁或硫化铁沉淀：
18、fe3++3oh-→fe(oh)3(固体)
19、fe2++s2-→fes(固体)
20、为了阻止上述沉淀的产生，可以采用螯合剂，使得铁离子在宽泛的ph值范围内，能在碱性水溶液中保持稳定。螯合剂是一种有机化合物，它将金属离子包裹在一个爪状的结构中，使金属离子与两个或多个非金属离子形成化学键，从而阻止该金属离子被其它离子或结构所捕获。
21、将(6)(7)合并，得到总反应式：
22、h2s(气相)+1/2o2→h2o+s° (8)
23、该反应无反应平衡限制，理论上，硫化氢转化率为100％。
24、根据上述技术机理，本发明公开了一种scot过程气的处理工艺和设备，在吸收氧化塔内，利用碱性螯合铁离子配比溶液吸收并氧化、脱除硫化氢，制得硫磺，净化scot过程气，硫化氢脱除率接近于100％，高达99.99％，排放尾气中残留硫化氢含量低于2ppmv，可以直接环保达标排放。
25、本发明所述的一种scot过程气的处理工艺和设备，是通过如下技术方案实现的：
26、本发明所述的一种scot过程气的处理工艺和设备，包含吸收工艺、再生工艺、螯合铁离子配比溶液和吸收氧化塔。所述吸收氧化塔，内设吸收区和再生区，分别完成所述吸收工艺和再生工艺。所述吸收区和所述再生区的底部和上部都是相通的，可以实现所述螯合铁离子配比溶液的互相流通。
27、所述吸收工艺，执行并完成如下反应式：
28、
29、
30、ho-+h+→h2o (3)
31、h2s(气相)+ho-→h2o+hs- (4)
32、hs-+2fe3+→2fe2++h++s0 (5)
33、h2s(气相)+2fe3++ho-→h++s°+2fe2++h2o (6)
34、在所述吸收氧化塔的吸收区，通入scot过程气，常温常压工况下，利用所述螯合铁离子配比溶液，处理scot过程气，将其中的硫化氢吸收并氧化，转变成硫磺，脱除硫化氢，净化处理scot过程气。同时，三价铁离子被还原成二价铁离子，所述螯合铁离子配比溶液失去氧化性，需要再生。
35、所述再生工艺，执行并完成如下反应式：
36、1/2o2+h2o+2fe2+→2oh-+2fe3+ (7)
37、在所述吸收氧化塔的再生区，通过鼓风机鼓入空气或者氧气，利用氧气将二价铁离子氧化成三价铁离子，所述螯合铁离子配比溶液获得再生，循环使用。
38、本发明的实质，是利用氧化性药剂氧化、脱除scot过程气中的硫化氢从而净化scot过程气。本发明的氧化性药剂即为所述螯合铁离子配比溶液，由水溶性三价铁离子、螯合剂、氢氧化钾等，按照一定的浓度配比关系组成，其中水溶性铁离子的浓度为300ppm至950ppm之间，所述螯合铁离子配比溶液的ph值为8.0-9.0，呈弱碱性，由添加氢氧化钾溶液进行调节。
39、所述的螯合铁离子配比溶液呈碱性，铁离子在含硫化氢的碱性水溶液中，极易发生沉淀，为了避免铁离子发生沉淀，使用了各类螯合剂来螯合铁离子，使铁离子在碱性水溶液中保持稳定，不会发生沉淀。使用何种螯合剂，可以通过试验确定。
40、为了保证装置长期稳定运行，减少脱硫药剂的用量，所述吸收工艺和所述再生工艺，应该控制温度在40℃--60℃之间，通过所述吸收氧化塔的夹套通入冷却水或者蒸汽，来进行自动调节。
41、伴随着硫化氢的脱除，在所述吸收氧化塔的吸收区中同时生成硫磺，硫磺以微细颗粒的形态悬浮于所述螯合铁离子配比溶液中，由于固体硫磺的比重约为水的2倍，硫磺颗粒会快速沉淀于所述吸收氧化塔的底部，形成硫磺浆层，并不断提高浓度，达到一定浓度时，移出所述吸收氧化塔，脱水、过滤，回收硫磺。
42、所述吸收氧化塔附有一条硫磺浆回流管，用于将硫磺浆从所述吸收氧化塔的底部抽出，输送至所述吸收氧化塔顶部，返回塔内，随后再次进入所述吸收氧化塔底部，实现硫磺浆的不断循环回流。
43、所述吸收氧化塔附有一条配比溶液循环管，所述配比溶液循环管连接所述吸收氧化塔的中下部位置和塔顶，将所述螯合铁离子配比溶液从所述吸收氧化塔的中下部位置抽出，泵送至塔顶，返回塔内，实现所述螯合铁离子配比溶液在塔内的循环流动。
44、利用本发明所述的一种scot过程气的处理工艺和设备来处理scot过程气，硫化氢被脱除，并被全部转化成硫磺，从所述吸收氧化塔底部移出。理论上，硫化氢脱除率为100％，实际操作中，硫化氢脱除率高于99.99％，排放出的废气中硫化氢含量低于2ppmv，满足最严苛的国家排放标准，可以通过所述吸收氧化塔顶部的废气排空管直接排放。