一种循环脱除H2S和SO2并回收硫的方法技术

本发明专利技术公开一种循环脱除H2S和SO2并回收硫的方法，属于节能减排及气体净化领域。本发明专利技术所述方法将H2S或SO2与进入塔的吸收了SO2或H2S的有机碱‑溶剂反应的同时还会被反应再生的有机碱以及流程中没有利用的有机碱吸收，再生的有机碱及未利用的有机碱吸收了H2S或SO2后经分离塔固液分离后可直接进入下一个反应吸收塔利用。本发明专利技术使得传统的高温气相克劳斯工艺在液相温和的条件下实现，不仅突破了高温对克劳斯反应的热平衡限制从而提高转化率；而且同时解决了工业上利用有机胺脱除H2S和SO2存在的解吸能耗高吸收剂损失严重的问题；其次，该方法将吸收与反应在单个设备中进行，更加符合绿色化学的观念。

A Method of Cyclic Removal of H2S and SO2 and Recovery of Sulfur

The invention discloses a method for cyclically removing H2S and SO2 and recovering sulfur, which belongs to the field of energy saving, emission reduction and gas purification. The method of the invention not only reacts H2S or SO2 with the organic alkali and solvent that has absorbed SO2 or H2S into the column, but also is absorbed by the regenerated organic alkali and the unused organic alkali in the process. After the regenerated organic alkali and the unused organic alkali have absorbed H2S or SO2, they can be directly used in the next reaction absorption tower after solid-liquid separation. The invention enables the traditional high temperature gas phase Claus process to be realized under mild liquid phase conditions, which not only breaks through the heat balance restriction of high temperature on Claus reaction and improves the conversion rate, but also solves the serious problem of desorption energy consumption and high absorbent loss in industrial use of organic amines to remove H2S and SO2; secondly, the method will absorb and react in a single device. More in line with the concept of green chemistry.

【技术实现步骤摘要】
一种循环脱除H2S和SO2并回收硫的方法
本专利技术涉及一种循环脱除H2S和SO2并回收硫的方法，属于节能减排及气体净化领域。
技术介绍
H2S是一种有毒有害有强烈刺激性气味的酸性气体，大量存在于炼油厂和天然气厂脱硫工艺中，而SO2也是一种有刺激性气味有腐蚀性的酸性气体，大量存在于燃煤企业中。H2S和SO2也会同时存在于煤层气中，它们均会对大气环境造成严重污染，因此必须对其捕集净化达到国家排放标准才能排放。目前H2S和SO2主要通过有机胺吸收剂浓缩捕集后再经中温解吸送入下一工艺进行利用。该过程存在吸收剂挥发损失严重能耗较高的问题，而对于H2S的利用是进行克劳斯反应转换成硫单质，传统的气相克劳斯反应需要先将一部分浓缩捕集的H2S高温氧化成SO2然后再在催化剂和高热的条件来进行该反应，高热的条件不仅会带来能耗过高的问题而且还会抑制克劳斯工艺的归中放热反应，造成转化率低下，从而最后尾气还需要精脱硫工艺，整个工艺过程复杂繁琐，流程较长。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种循环脱除H2S和SO2并回收硫的方法，该方法有效改善现有的H2S和SO2脱除技术和气相克劳斯回收硫技术的不足，同时最大程度的统筹配置合理利用废气资源，具体包括以下步骤：（1）含H2S的工业废气从H2S吸收反应塔底部通入，有机碱-溶剂及从后续工艺循环过来的吸收了SO2的有机碱-溶剂从H2S吸收反应塔顶流入，吸收了SO2的有机碱-溶剂和H2S发生液相克劳斯反应产生硫单质并再生有机碱吸收剂，而未利用的有机碱-溶剂及液相克劳斯反应再生的有机碱还会吸收通入的H2S，经处理后的废气从塔顶排，从H2S吸收反应塔底部排出的反应液通入分离罐中，从分离罐底部采出硫单质，从分离罐顶部将吸收了H2S的有机碱-溶剂通入SO2吸收反应塔；（2）含SO2的工业废气从底部通入SO2吸收反应塔，在SO2吸收反应塔内吸收H2S的有机碱-溶剂与通入的SO2发生液相克劳斯反应生成硫单质并再生有机碱，再生的有机碱以及原来体系未利用的有机碱也可吸收SO2，经过处理后的废气从该塔顶排出，而吸收了SO2且含有硫单质的有机碱-溶剂液相体系从SO2吸收塔底部通入分离罐，从分离罐底部采出硫单质，最后再将吸收了SO2的有机碱-溶剂从分离罐顶部泵入H2S吸收反应塔，实现循环反应吸收过程；步骤（1）和（2）中循环反应吸收时间为任意时间。优选的，本专利技术步骤（1）中H2S分压为0.1%～10%atm。优选的，本专利技术所述有机碱-溶剂中的有机碱为：四甲基胍、3-吡啶甲醇、环己胺、N-甲基环己胺、N，N-二甲基环己胺、N，N-二甲基苯胺、1,8-二氮杂二环十一碳-7-烯（DBU）、二甲基乙醇胺、二异丙醇胺中的一种，溶剂为环丁砜、二乙二醇单甲醚、乙醇、水、N-甲基吡咯烷酮中的一种。优选的，本专利技术所述有机碱-溶剂中的有机碱的摩尔百分含量为30%～75%。优选的，本专利技术步骤（2）SO2分压为1%～15%atm。本专利技术原理为：首先，酸性气体H2S或SO2通入含有机碱的液相体系后，有机碱会与酸性SO2或H2S发生中和反应而吸收SO2或H2S；以N，N-二甲基苯胺为例的吸收原理：N，N-二甲基苯胺与SO2或H2S发生中和反应，分别形成：电子转移产物N，N-二甲基苯胺·SO2，以及质子转移产物N，N-二甲基苯胺—硫氢酸盐，具体反应方程式如下：N，N-二甲基苯胺与SO2中和反应生成电子转移产物原理：N，N-二甲基苯胺与H2S中和反应生成质子转移产物原理：然后，基于SO2和H2S的归中反应：，SO2或H2S被有机碱吸收形成相应的产物后，吸收产物会与通入的H2S或SO2气体发生归中反应，生成单质硫和水同时再生吸收剂有机碱；以N，N-二甲基苯胺为例吸收SO2或H2S形成的产物与H2S或SO2反应的方程式如下：N，N-二甲基苯胺吸收SO2形成的电子转移产物与通入的H2S反应方程式：N，N-二甲基苯胺吸收H2S形成的质子转移产物与通入的SO2反应方程式：本专利技术在每个吸收反应塔中存在的吸收了SO2或H2S有机碱-溶剂体系不仅会与通入H2S或SO2反应形成硫单质，而且还会再生吸收剂以继续吸收H2S和SO2，在每一个吸收反应塔中同时进行着反应与吸收过程协同脱除H2S或SO2，而再生出来的有机碱吸收H2S或SO2在分离塔经沉淀固液分离后又泵入SO2或H2S吸收反应塔利用，如此达到循环脱除H2S和SO2回收硫的目的。此外，该专利技术的有机碱-溶剂体系吸收H2S或SO2形成的产物被溶剂溶解后可以看作是对气态的H2S或SO2的一种活化作用，使得该反应不再需要固体催化剂，从而不再需要高温条件；加之该反应本身是一个吉布斯自由能大大减少的放热氧化还原反应，使得该归中反应相比于气相的反应程度更深，条件更加温和。从而反应更快，转化率更高。本专利技术的有益效果为：（1）本专利技术中通入的H2S或SO2与进入塔的吸收了SO2或H2S的有机碱-溶剂反应的同时还会被反应再生的有机碱以及流程中没有利用的有机碱吸收，再生的有机碱及未利用的有机碱吸收了H2S或SO2后经分离塔固液分离后可直接进入下一SO2或H2S反应吸收塔利用；如此循环工艺避免了有机碱的解吸再生过程，有效解决了传统的胺吸收工艺解吸能耗高，吸收剂挥发损失严重的问题。（2）本专利技术所述方法中通入的H2S或SO2在塔中会同时进行反应与吸收两个过程，使通入的H2S或SO2利用方式更多，利用效率更高，从而该工艺的脱除率比传统的胺吸收工艺更高。（3）本专利技术使传统的气相克劳斯反应在液相温和无需再加入任何催化剂情况下实现，打破气相克劳斯反应的热平衡限制，降低反应能耗的同时较大幅度提高H2S转化率；而且由于加入的有机碱对H2S或SO2的活化作用，加之克劳斯反应的△rGm<<0,反应程度较大，不仅使得该体系中的液相克劳斯反应更加快速、高效，而且当H2S或SO2处在较低分压时也具有很好的效果，从而不需要后续的精脱硫工艺，是对传统的气相克劳斯工艺一种极大的该进。（4）传统完整的脱除H2S工艺包括吸收工段和克劳斯回收硫工段，本专利技术所述方法将吸收与反应在单个设备即吸收塔中快速高转化率进行，不仅使繁琐传统的脱除H2S工艺更加简单高效，也更加符合绿色化学的理念。（5）本专利技术所述工艺不仅能在H2S脱除领域应用，而且当某一地域同时存在SO2或H2S两种废气时，例如煤层气开采过程，该工艺便能更大化的发挥其同时高效快速可循环的脱除H2S和SO2的优势，同时解决两类废气脱除的问题。（6）本专利技术所述方法中H2S和SO2分别在0.1%～10%和1%～10%的低分压下，经烟气分析仪分析H2S和SO2的脱除率分别为97.7%～99.8%和98.4%～99.9%；循环一段时间后通过记录进出口烟气的流量以及烟气分析仪分析得到H2S和SO2的出口浓度分别为5ppm～20ppm和300ppm～950ppm，硫单质的回收率为96.2%～99.2%。附图说明图1为本专利技术的工艺流程图。具体实施方式下面结合具体工艺实施方式对本专利技术作进一步详细说明，但本专利技术的保护范围并不限于所述内容。实施例1一种利用液相克劳斯节能高效可循环脱除H2S和SO2回收硫的工艺方法，具体流程如下：（1）含1%atm的H2S废气从H2S吸收反应塔底部通入，有机碱-溶剂组成的液相及从后续工艺循本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种循环脱除H2S和SO2并回收硫的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：（1）含H2S的工业废气从H2S吸收反应塔底部通入，有机碱‑溶剂及从后续工艺循环过来的吸收了SO2的有机碱‑溶剂从H2S吸收反应塔顶流入，吸收了SO2的有机碱‑溶剂和H2S发生液相克劳斯反应产生硫单质并再生有机碱吸收剂，而未利用的有机碱‑溶剂及液相克劳斯反应再生的有机碱还会吸收通入的H2S，经处理后的废气从塔顶排，从H2S吸收反应塔底部排出的反应液通入分离罐中，从分离罐底部采出硫单质，从分离罐顶部将吸收了H2S的有机碱‑溶剂通入SO2吸收反应塔；（2）含SO2的工业废气从底部通入SO2吸收反应塔，在SO2吸收反应塔内吸收H2S的有机碱‑溶剂与通入的SO2发生液相克劳斯反应生成硫单质并再生有机碱，再生的有机碱以及原来体系未利用的有机碱也可吸收SO2，经过处理后的废气从该塔顶排出，而吸收了SO2且含有硫单质的有机碱‑溶剂液相体系从SO2吸收塔底部通入分离罐，从分离罐底部采出硫单质，最后再将吸收了SO2的有机碱‑溶剂从分离罐顶部泵入H2S吸收反应塔，实现循环反应吸收过程。

【技术特征摘要】
1.一种循环脱除H2S和SO2并回收硫的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：（1）含H2S的工业废气从H2S吸收反应塔底部通入，有机碱-溶剂及从后续工艺循环过来的吸收了SO2的有机碱-溶剂从H2S吸收反应塔顶流入，吸收了SO2的有机碱-溶剂和H2S发生液相克劳斯反应产生硫单质并再生有机碱吸收剂，而未利用的有机碱-溶剂及液相克劳斯反应再生的有机碱还会吸收通入的H2S，经处理后的废气从塔顶排，从H2S吸收反应塔底部排出的反应液通入分离罐中，从分离罐底部采出硫单质，从分离罐顶部将吸收了H2S的有机碱-溶剂通入SO2吸收反应塔；（2）含SO2的工业废气从底部通入SO2吸收反应塔，在SO2吸收反应塔内吸收H2S的有机碱-溶剂与通入的SO2发生液相克劳斯反应生成硫单质并再生有机碱，再生的有机碱以及原来体系未利用的有机碱也可吸收SO2，经过处理后的废气从该塔顶排出，而吸收了SO2且含有硫单质的有机碱-溶剂液相体系从SO2吸收...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵文波，谢旭豪，贾庆明，徐志勇，陈媛，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南,53