專(zhuān)利名稱(chēng):含硫化氫氣體的脫硫過(guò)程的制作方法
本發(fā)明關(guān)系到含硫化氫(H2S)氣體用液相克勞斯(Claus)反應(yīng)的選擇脫硫過(guò)程。
在克勞斯反應(yīng)中硫化氫(H2S)與二氧化硫(SO2)，按照下列方程式(Ⅰ)反應(yīng)生成元素硫，此反應(yīng)以前被廣為應(yīng)用于含硫化氫氣體的脫硫。
例如，氣體中低濃度的H2S用如單乙醇胺這種吸收劑吸收，將從吸收到上脫吸的濃縮H2S及SO2在兩段反應(yīng)中進(jìn)行反應(yīng)，第一段為常壓，高溫?zé)o催化劑，然后為常壓，較低溫度有催化劑時(shí)的反應(yīng)，如此回收生成的元素硫。這種氣相克勞斯反應(yīng)在業(yè)上是最可取的。
另一方面，由于液相克勞斯反應(yīng)可望在低溫下進(jìn)行，至今已研究了多種方法。
關(guān)于液相克勞斯過(guò)程，早期曾試驗(yàn)了無(wú)添加劑時(shí)在水中進(jìn)的反應(yīng)，但眾所周知H2S很難消除。其原因可解釋為由于各個(gè)組分的溶解速率不同，即使H2S與SO2同時(shí)加入水中也不能有效地進(jìn)行反應(yīng)。
本發(fā)明的發(fā)明者們進(jìn)行了下列試驗(yàn)確認(rèn)了這個(gè)現(xiàn)象。
將含2，50ppm(百萬(wàn)分之一)SO2及5000ppm H2S(其余為N)的氣體，加入一個(gè)充滿純水的吸收反應(yīng)器中，并維持40公斤/厘米表壓。即使如此，觀測(cè)從反應(yīng)器出口的氣體含H2S4，000ppm，表示H2S的吸收和反應(yīng)幾乎沒(méi)有完成。
為了增加這些組分的溶解度，需要應(yīng)用堿性水介質(zhì)。然而在高pH值的狀態(tài)時(shí)，作為反應(yīng)產(chǎn)品的膠質(zhì)硫難以從系統(tǒng)中分離出來(lái)，而其它產(chǎn)品則適于生成，故推薦具有緩沖作用的適當(dāng)?shù)木彌_溶液或催化劑，以保持水介質(zhì)的pH值在4到5之間。因此，迄今為止，研究液相克勞斯反應(yīng)已注意到選擇有效的緩沖劑。
例如
(1)日本專(zhuān)利公開(kāi)特許公報(bào)Tokkai Sho 48-79789(1973)表明了一個(gè)過(guò)程，此過(guò)程將H2S及SO2同時(shí)加入或接連加入在一個(gè)布朗斯臺(tái)德(Bronsted)堿性溶液中，此溶液含有諸如堿金屬硼酸鹽或堿金屬磷酸鹽的，具有雙鍵氧基團(tuán)的無(wú)機(jī)陰離子。
(2)日本專(zhuān)利特許公報(bào)Tokko Sho 52-28113(1977)表明了一個(gè)過(guò)程，在此過(guò)程中H2S與一個(gè)含有用于(1)的類(lèi)似化合物，其pH值為3-7的水吸收劑與SO2相接觸，可取的壓力為2-10大氣壓，然后將硫分離。
(3)日本專(zhuān)利公開(kāi)特許公報(bào)Tokkai Sho 59-207808(1984)表明了一個(gè)過(guò)程，在此過(guò)程中，SO2首先被吸收于一個(gè)磷酸鹽，檸檬酸鹽等的水溶液中，然后一個(gè)含H2S少于20%的氣體在1-10大氣壓的壓力下，進(jìn)入富含SO2的水溶液中生產(chǎn)硫。
然而，這種應(yīng)用緩沖劑作為添加劑的傳統(tǒng)方法，需要化費(fèi)添加劑的費(fèi)用，并且由于緩沖的反應(yīng)也適于產(chǎn)生副產(chǎn)品硫酸鹽。這些方法也引起一些麻煩，如回收的元素硫被添加劑污染，及必須處理也被添加劑污染的污水。
本發(fā)明的目的是提供一個(gè)含H2S氣體的簡(jiǎn)易有效的脫硫過(guò)程，消除在通常液相克勞斯反應(yīng)中遇到的疑難問(wèn)題。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是為含H2S的天然氣提供一個(gè)選擇脫硫過(guò)程。
本發(fā)明的另一目的是為含H2S及CO2的氣體提供一個(gè)選擇脫硫過(guò)程。
本發(fā)明另一目的是提供一個(gè)含SO2氣體與含H2S氣體在一起的脫硫過(guò)程。
本發(fā)明的另一目的是提供一個(gè)含H2S氣體的脫硫過(guò)程，在那里將一部分從克勞斯反應(yīng)區(qū)得到的水包硫分散相形式的回收硫，與含氧氣體燃燒，生成反應(yīng)時(shí)需要的SO2，以此取消必須從外界提供SO2。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一個(gè)脫硫過(guò)程，在那里當(dāng)大部分H2S從含H2S氣體中用液相克勞斯反應(yīng)脫除后，用吸收劑將氣體中殘余硫化物凈化以獲得高程度的脫硫。
圖1為在水中不含添加劑的克勞斯反應(yīng)中H2S的轉(zhuǎn)化率(脫硫率)說(shuō)明圖，在開(kāi)始階段僅20%，但隨時(shí)間的流逝而逐漸增長(zhǎng)，10小時(shí)后終于達(dá)到理論轉(zhuǎn)化率的90%，上，其后維持此水平。
圖2表示了操作中應(yīng)用本發(fā)明過(guò)程的一個(gè)示范性流程圖。
圖3表示了另一個(gè)過(guò)程的流程圖圖，在此過(guò)程中，按照本發(fā)明方法，用液相克勞斯反應(yīng)生成的水包硫分散相，燃燒生成的SO2，用在克勞斯反應(yīng)中與H2S反應(yīng)。
圖4為水包硫分散相中硫含量與分散相燃燒溫度之間關(guān)系的說(shuō)明圖。
圖5為用于例5按照本發(fā)明提出過(guò)程的流程圖。
圖6表示的流程圖為更可取的脫硫過(guò)程，為本發(fā)明與傳統(tǒng)脫硫過(guò)程相結(jié)合的一個(gè)過(guò)程，提出的具體化過(guò)程的詳細(xì)說(shuō)明
本發(fā)明的發(fā)明者探索了在純水中進(jìn)行的克勞斯反應(yīng)的反應(yīng)速率及反應(yīng)機(jī)理，為了尋找促進(jìn)液相克勞斯反應(yīng)的添加劑。結(jié)果，意外地發(fā)現(xiàn)了傳統(tǒng)研究所認(rèn)識(shí)的現(xiàn)象，即H2S沖破了反應(yīng)區(qū)而沒(méi)有同時(shí)加入水中的SO2進(jìn)行反應(yīng)是不真實(shí)的，僅僅是開(kāi)始反應(yīng)后的某一段時(shí)間，不顧初始的現(xiàn)象當(dāng)反應(yīng)繼續(xù)時(shí)轉(zhuǎn)化率(脫硫率)逐漸增加。
此意外的現(xiàn)象參考圖1解釋如下
含有2，500ppm的SO2和5，000ppm的H2S(其余為N2)的氣體，以50標(biāo)準(zhǔn)立升/小時(shí)(Nl/hr)的速率進(jìn)入充滿50毫升水的吸收反應(yīng)器中，壓力維持在40公斤/厘米2表壓。在此條件下，反應(yīng)器出口氣體中H2S的濃度開(kāi)始為4，000ppm。然而，隨著時(shí)間的推移，出口氣體中H2S的濃度逐漸下降，10小時(shí)后終于變?yōu)?70ppm，并隨后維持此水平。試驗(yàn)結(jié)果持續(xù)了200小時(shí)而并未顯示任何反應(yīng)速率的遞減。
完成本發(fā)明的脫硫過(guò)程是以上述創(chuàng)造性的知識(shí)為基礎(chǔ)的，它的特征是實(shí)質(zhì)上沒(méi)有任何添加劑時(shí)，在加壓水中進(jìn)行的克勞斯反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)含代H2S的氣體與氣態(tài)SO2是同時(shí)和連續(xù)引入的。
提出的本發(fā)明的具體過(guò)程之一公開(kāi)于圖2。
反應(yīng)器1充滿沒(méi)有任何添加劑的加壓水，含H2S的氣體和含SO2的氣體分別通過(guò)管線2及3進(jìn)入，氣體在壓力下在水中鼓泡。如圖1試驗(yàn)結(jié)果所示，隨著時(shí)間的推移，克勞斯反應(yīng)進(jìn)行得更為活躍，元素硫形成水包硫分散相，并聚集于反器1。水包硫分散相由管線4轉(zhuǎn)移到分離器5，并在此分成水和硫。由于硫在120℃左右液化，液體硫可由管線6從分離器5底部取出。從硫中分出的水通過(guò)管線7循環(huán)到反應(yīng)器1去。在穩(wěn)態(tài)操作時(shí)，用從分離器5分出的水循環(huán)回去，以使反應(yīng)器1中的水介質(zhì)維持pH值低于2。根據(jù)我們的觀察，當(dāng)反應(yīng)器中水介質(zhì)的pH值低于2時(shí)，本發(fā)明的克勞斯反應(yīng)最為強(qiáng)烈。
由于克勞斯反應(yīng)生成的水，或引系統(tǒng)洗滌脫硫氣體的水逐漸聚積過(guò)乘，它們從分離器5中被轉(zhuǎn)移到中和缸8，并在中和后通過(guò)管線9排出。由于排放的過(guò)剩水沒(méi)有來(lái)源丁反應(yīng)器的添加劑，污水處理是容易的。這是本發(fā)明的傳統(tǒng)的液相克勞斯反應(yīng)過(guò)程相比的優(yōu)點(diǎn)之一。
消除大部分H2S的脫硫氣體，通過(guò)管線10送到冷卻器11去冷凝并分離混在一起的水蒸汽，然后通過(guò)管線12造入精制塔13去用從管線15來(lái)的水洗滌，以便在排放或經(jīng)管線14回收前除去余留未反應(yīng)的H2S和SO2。
從冷卻器11分離出來(lái)的水與從管線15供給的水一起通過(guò)管線16，此水用來(lái)洗滌，然后進(jìn)入管線17到去反應(yīng)器1的循環(huán)水線7。
含H2S的氣體和氣態(tài)SO2可以分開(kāi)從多根管線引入反應(yīng)器，或者作為一個(gè)混合物從單線引入。反應(yīng)器可由多段反應(yīng)器構(gòu)成。
例1
為了證實(shí)本發(fā)明的效應(yīng)，將規(guī)定量的水裝入一個(gè)27毫米內(nèi)徑的不銹鋼鼓泡塔反應(yīng)器中，其中裝有帶2微米直徑孔的金屬燒結(jié)分散盤(pán)規(guī)定量的H2S-N2和SO2-N2氣體在25℃時(shí)經(jīng)過(guò)流量計(jì)分散進(jìn)入水中。
反應(yīng)器出口氣體的組成，其H2S或SO2濃度大于1，000ppm者用氣相色譜分析，而濃度低于1，000ppm者用檢定管分析，直到氣體組成變?yōu)榉€(wěn)定為止。壓力對(duì)H2S和SO2轉(zhuǎn)化率的影響列于表1。


從表1明顯看出，即使系統(tǒng)壓力低到0.5公斤/厘米表壓時(shí)，得到的H2S和SO2轉(zhuǎn)化率在60%左右;壓力為5公斤/厘米2表壓時(shí)時(shí)轉(zhuǎn)化率約90%。在40公斤/厘米2表壓時(shí)，H2S及SO2的轉(zhuǎn)化率變成98%以上，而當(dāng)60-80公斤/厘米2表壓時(shí)達(dá)到99%以上。
當(dāng)被精制氣體的H2S及SO2濃度較高時(shí)，得到特定轉(zhuǎn)化率時(shí)的壓力會(huì)低些。然而，當(dāng)?shù)玫降拿摿驓怏w的純度為主要時(shí)，寧可設(shè)定壓力的下限高于5公斤/厘米2表壓，從表1所示可得出此時(shí)壓力對(duì)轉(zhuǎn)化率的影響顯著。
根據(jù)本發(fā)明克勞斯反應(yīng)可以隨意在高酸性、pH值低于2的條件下進(jìn)行，但由于沒(méi)用緩沖劑通常pH為1.5～0.1。在使用傳統(tǒng)方法時(shí)，曾設(shè)想液相克勞斯反應(yīng)因此時(shí)SO2的溶解度下降。不應(yīng)當(dāng)在如此低的pH條件下進(jìn)行。
然而由于以下原因(1)在低pH值條件下，反應(yīng)速率相當(dāng)高;(2)在加壓條件下H2S和SO2的溶解度增加;(3)由于H2S和SO2同時(shí)并連續(xù)引入，它們的反應(yīng)(即消耗)和吸收繼續(xù)同步進(jìn)行，相互作為驅(qū)動(dòng)力促使更多的吸收及反應(yīng)，設(shè)想總的反應(yīng)速率可維持在高水平。
例2
應(yīng)用與例1相同的方法。
SO2/H2S的摩爾比對(duì)H2S和SO2轉(zhuǎn)化率的影響示于表2。


進(jìn)入的SO2/H2S的摩爾比接近化學(xué)當(dāng)量值時(shí)幾乎完全轉(zhuǎn)化，對(duì)克勞斯反應(yīng)此比值為0.5。通?？扇≡O(shè)定比值在0.4～0.6范圍內(nèi)。但在某些情況下為遵照聯(lián)合過(guò)程的操作條件，可有意將SO2/H2S的比值與理論值0.5偏離，以便完全地除去一種組分而保留另一種組分。
例3
應(yīng)用與例1相同的方法。接觸時(shí)間對(duì)H2S和SO2轉(zhuǎn)化率的影響示于表3。
接觸時(shí)間0.003小時(shí)(10.8秒)對(duì)反應(yīng)來(lái)說(shuō)是足夠的，從表1及表2可看清，如果能選擇最佳壓力及SO2H2S摩爾比，則即使接觸時(shí)間為0.0017小時(shí)(6.1秒)時(shí)，仍可得到很好的轉(zhuǎn)化率。
例4
應(yīng)用與例1相同的方法。反應(yīng)溫度對(duì)H2S和SO2轉(zhuǎn)化率的影響示于表4。
從表4可清楚看到反應(yīng)溫度對(duì)轉(zhuǎn)化率的影響很小。因此提出可從環(huán)境溫度到160℃之間進(jìn)行操作。當(dāng)反應(yīng)溫度維持在120℃以上時(shí)，生成的硫?yàn)橐簯B(tài)，可以從反應(yīng)器中分離而不必另外安裝單獨(dú)的分離器。
從例3可以理解，即使原料氣體中的H2S濃度低到0.3%(3，000ppm)，本發(fā)明仍具有接近100%的高轉(zhuǎn)化率。
本發(fā)明提出應(yīng)用可用圖及圖解釋。對(duì)含H2S氣體的脫硫，反應(yīng)器所需要的SO2，可以將一部分從克勞斯反應(yīng)區(qū)得到水包硫分散相形式的回收硫，與含氧氣體燃燒生成的SO2來(lái)供給，可調(diào)整水包硫分散相的硫含量以保持燃燒溫度低于2000℃。與硫一起的水汽化的潛熱可用以降低硫燃燒的溫度。


圖3表明了含H2S天然氣脫硫的流程。從硫燃燒爐21來(lái)的SO2氣經(jīng)過(guò)管線3加入到含H2S的天然氣流動(dòng)的管線2中。此混合氣體用熱交換器等控制溫度，然后引入充滿加壓水的反應(yīng)器1。H2S和SO2在反應(yīng)器中進(jìn)行克勞斯反應(yīng)生成元素硫，除去極大部分H2S的脫硫天然氣從管線10引出。
生成的元素硫與水形成的水包硫分散相從反應(yīng)器排出，并通過(guò)管線4及4′引入硫分離器5。水包硫分散相在分離器中加熱到溫度高于120℃以液化硫，硫及水分離成兩個(gè)液相。水相通過(guò)管線7循環(huán)到反應(yīng)器去，而液化硫通過(guò)管線6回收。
一部分(此量可產(chǎn)生足夠SO2，必需去和天然氣中硫化氫反應(yīng))水包硫分散相從反應(yīng)器1排出，由管線4分支到管線22，調(diào)節(jié)水含量可從管線23加入新鮮水。或經(jīng)管線24排出，循環(huán)水通過(guò)管線7進(jìn)入反應(yīng)器，然后引入硫燃燒爐21，硫與從管線25來(lái)的富氧氣體在爐中燃燒，較好在輕微缺氧的條件下燃燒以防止生成SO2。生成的SO2加入到然氣中以使其在反應(yīng)器中反應(yīng)。
調(diào)節(jié)水包硫分散相的硫含量在上述過(guò)程中是很重要的，以使其維持分散相的燃燒溫度在1000～2000℃，較好的溫度為1000～1500℃。
在此，富氧氣表示氣體的含氧濃度大于空氣。例如，這種氣體包括從空氣分離器出來(lái)的高純氧(99.5%或更高)，和從PSA法(變壓吸附)或從薄膜分離設(shè)備得到的高含氧量的氣體混合物(90%)或更高)，低濃度的富氧氣，例如30%含氧氣也可應(yīng)用。
圖4顯示了水包硫分散相中的硫含量(表示在X軸上)與分散相和純氧燃燒溫度(表示在Y軸上)間關(guān)系的說(shuō)明圖。從圖4可看到水中硫分散相中的硫含量必須要約為50%以保持燃燒溫度在2000℃，水包硫分散相中的硫含量必須約為35%以保持燃燒溫度在1500℃。雖然圖4表示了用純氧來(lái)燃燒的情況，當(dāng)應(yīng)用較低氧濃度的富氧氣時(shí)，可用較高硫濃度的分散相以保持相同的燃燒溫度。
硫燃燒爐的壓力沒(méi)有規(guī)定，遵照克勞斯反應(yīng)器的操作壓力，在5～100公斤/厘米2表壓下操作是合適的。
用富氧氣燃燒硫以生成高濃度的SO2是有益的，因?yàn)榕c用空氣作為燃燒氣的情況相比，脫硫氣體的氮污染可以降低。為了生成高濃度的SO2必須使硫與富氧氣燃燒，但另一面，當(dāng)無(wú)水存在時(shí)，用富氧氣作為燃燒氣時(shí)，要考慮到燃燒溫度可如圖4所示高到5000℃，會(huì)引起選擇構(gòu)成硫燃燒爐材料的困難。本發(fā)明的具體情況可使此難題易于解決，因?yàn)榈玫降牧驗(yàn)樗蚍稚⑾?，為過(guò)程的中間產(chǎn)品并且可以就這樣燃燒。
如果脫硫氣中允許氮污染，或者氮污染可在諸如天然氣液化過(guò)程的下一個(gè)過(guò)程中移除，則空氣可以作為水包硫分散相的燃燒氣。由于去燃燒的水包硫分散相中不含添加劑，燃燒操作時(shí)不會(huì)有問(wèn)題，也不會(huì)影響生成SO2的純度，而反應(yīng)器中生成的副產(chǎn)品SO2＝很幸運(yùn)的在燃燒時(shí)分解了。
例5如圖5所示，從管線31來(lái)的壓縮N2，以21標(biāo)準(zhǔn)米3/小時(shí)(Nm/hr)的速就率，進(jìn)入一個(gè)內(nèi)徑10.23厘米、高4米的不銹鋼反應(yīng)器1中以維持30公斤/厘米2表壓，然后裝入24升水并加熱到120℃。
從外面來(lái)的元素硫通過(guò)管線33進(jìn)入漿水貯缸32，備有30%(重量的硫一水的漿水作為SO2的原料。。備用的30%(重量)的硫-水的漿水以1.0公斤/小時(shí)速率進(jìn)入硫燃燒爐21，與從管線25來(lái)的0.21標(biāo)準(zhǔn)米3/小時(shí)速率的氧氣燃燒制備SO2。燃燒溫度決不超過(guò)1500℃。
生成的SO2在冷卻器34中冷到120℃，從分離器35分離出冷凝水，再壓縮到40公斤/厘米2表壓后經(jīng)過(guò)管線3引入反應(yīng)器1。從分離器35分離出的水經(jīng)管線36循環(huán)到漿水貯缸32。當(dāng)反應(yīng)器出口氣體的SO2含量達(dá)到1，000ppm時(shí)，從管線2來(lái)的H2S加入到管線31的N2中，使H2S在N2中的濃度達(dá)到2，0000ppm，然后引入反應(yīng)器去和SO2發(fā)生克勞斯反應(yīng)。反應(yīng)溫度為120℃，反應(yīng)壓力為30公斤/厘米2表壓和接觸時(shí)間為0.024小時(shí)(86.4秒)。
從反應(yīng)器出口的氣體經(jīng)管線10到冷卻器11中冷到40℃，再?gòu)姆蛛x器37中分出冷凝水后經(jīng)管線40排出。分離出的水經(jīng)管線38循環(huán)到反應(yīng)器去。60%重的水包硫分散相，以1490克/小時(shí)的流率經(jīng)管線4從反應(yīng)器1底部取出，其中500克/小時(shí)經(jīng)管線22引入漿水貯缸32。其余的水包硫分散相經(jīng)管線4′排出。最后，260克/小時(shí)的水經(jīng)管線39供應(yīng)系統(tǒng)以保持水平衡。
操作持續(xù)100小時(shí)，反應(yīng)器1出口氣體組成中的H2S在開(kāi)始階段為Oppm，而SO2則逐漸下降。3小時(shí)后檢出3ppm的H2S，然后逐漸增加到35ppm并維持此值穩(wěn)定。SO2的濃度在穩(wěn)態(tài)時(shí)為21ppm。
另一個(gè)應(yīng)用本發(fā)明的可取的脫硫系統(tǒng)接著加以說(shuō)明。
按照本發(fā)明，天然氣等中的H2S大部分作為元素硫而消失，但應(yīng)用克勞斯液相反應(yīng)仍有小量H2S和/或SO2及有機(jī)硫化物余留在脫硫氣中。因此，如要求得到高度脫硫的氣體時(shí)，則推薦一個(gè)與克勞斯反應(yīng)相聯(lián)合的善后過(guò)程。
根據(jù)我們的觀察，在液相勞斯反應(yīng)中，不論H2S組分或SO2組分反應(yīng)幾乎是進(jìn)行完全的，一般來(lái)說(shuō)比另一個(gè)按化學(xué)當(dāng)量比，即H2S/SO2為2要小?？捎幸鉁?zhǔn)備反應(yīng)物使H2S或SO2與另一反應(yīng)組分相比取量較少，然后將沒(méi)有參與反應(yīng)的過(guò)量的組分，在善后過(guò)程中加以消除，例如凈化過(guò)程。少取那一種組分決定于所用氣體的組成及要求脫硫的程度。
以消除剩余H2S為目的的善后過(guò)程，可任選胺吸收過(guò)程、物理吸收過(guò)程、物理一化學(xué)吸收過(guò)程或其它類(lèi)似的過(guò)程。另一方面，以消除剩余SO2為目的時(shí)，可選擇NH3、NaOH洗滌過(guò)程或其它類(lèi)似過(guò)程。
本發(fā)明的脫硫過(guò)程聯(lián)合任一上述善后過(guò)程，不僅有助于進(jìn)一步除去H2S，也可能任意給各過(guò)程分配脫硫的負(fù)荷以使操作費(fèi)用減到最少。
圖6表示了在圖3所示過(guò)程中，加入一個(gè)善后過(guò)程的聯(lián)合系統(tǒng)的例子。圖6中的液相克勞斯反應(yīng)部分與按圖3解釋的相同。已脫除大部分H2S的天然氣，從管線10引入酸性氣體吸收塔41，氣體中剩余的H2S及有機(jī)硫化物，用從管線46來(lái)的物理一化學(xué)水吸收劑(或任何其它溶劑)進(jìn)行吸收。然后吸收劑經(jīng)管線43引入再生器44，吸收的酸性氣體組分在此解吸。解吸的氣體組分經(jīng)管線45循環(huán)至反應(yīng)器1。當(dāng)解吸氣含H2S時(shí)，可循環(huán)到硫燃燒爐21去氧化生成SO2。從酸性氣體組分中分離出的水吸收劑經(jīng)管線46循環(huán)到酸性氣體吸收塔41。用善后過(guò)程高度脫硫的天然氣從管42中得到。
例6
根據(jù)圖6所示流程圖，在40公斤/厘米2表壓時(shí)，含1%(體積H2S的天然氣以10，000千摩爾/小時(shí)的速率從管線2，與以42.92千摩爾/小時(shí)速率的SO2經(jīng)管線3匯合進(jìn)入反應(yīng)器1，相當(dāng)SO2/H2S摩爾比為0.4，H2S為從管線2及管線45米的總量。
在此情況下，如表2所列，H2S轉(zhuǎn)化率約為93.2%而SO2轉(zhuǎn)化率為100%。管線10流出氣體中剩下7.3千摩爾/小時(shí)H2S，但未檢出SO2。經(jīng)管線4流出的元素硫?yàn)?42.92千摩爾(作為Si)，其中100千摩爾從管線6回收。余下的42.92千摩爾/小時(shí)硫經(jīng)過(guò)管線22轉(zhuǎn)移到硫燃燒爐21，與氧氣燃燒生成SO2后經(jīng)管線3循環(huán)到反應(yīng)器1。管線10中含剩余的7.3千摩爾/小時(shí)H2S的天然氣與胺溶液在吸收塔41中接觸，并經(jīng)管線42放出。氣體中的H2S含量變?yōu)榈陀?ppm。胺溶液從吸收塔41經(jīng)管線43轉(zhuǎn)移到再生器44去汽提被吸收的H2S，再生后的胺溶液經(jīng)管線46循環(huán)到吸收塔41。汽提出來(lái)的H2S經(jīng)管線45循環(huán)到反應(yīng)器1。
如上詳述，按照本發(fā)明的脫硫過(guò)程，可以用液相克勞斯反應(yīng)，用SO2將H2S轉(zhuǎn)化為元素硫，而從含H2S的原料氣中脫除H2S，與傳統(tǒng)氣相脫硫過(guò)程相比具有高度的選擇能力。因而按照本發(fā)明的過(guò)程，可能對(duì)制甲醇的合成氣體脫硫特別有利，這種氣體中含有CO2作為原材料中的碳來(lái)源，而CO2不參與克勞斯反應(yīng)故不會(huì)消失或消耗。當(dāng)用于天然氣或其它含H2S的烴類(lèi)時(shí)，氣相勞斯反應(yīng)易于使部分烴類(lèi)與隨同SO2的氧燃燒。相反，按照本發(fā)明的過(guò)程不燃燒烴類(lèi)。
與傳統(tǒng)應(yīng)用添加劑作為緩沖劑的液相克勞斯反應(yīng)相比，本發(fā)明不需化費(fèi)添加劑的費(fèi)用，并且由于無(wú)添加劑污染以便污水處理比較容易。
本發(fā)明還提出應(yīng)用于(1)重油或煤的部分氧化氣體;(2)石油煉制過(guò)程的廢氣。本發(fā)明的特征如下
(1)用一步簡(jiǎn)單處理能使H2S和SO2減少到1000ppm以下。
(2)含H2S和CO2的氣體僅高效率的選擇脫除H2S。
(3)僅用純水作為反應(yīng)介質(zhì)，而不需要作為緩沖劑的添加劑來(lái)促進(jìn)克勞斯反應(yīng)，操作費(fèi)用可望較低。
(4)應(yīng)用從克勞斯反應(yīng)生成的水包硫分散相，即使用富氧氣體生產(chǎn)高濃度的SO2，燃燒爐的火焰溫度顯著降低，因而能用普通可得到的材料來(lái)建造燃燒爐。
(5)應(yīng)用上述方法生產(chǎn)的高濃度SO2還可抑制脫硫氣的N2污染。因此能使天然氣的脫硫進(jìn)行的既合理又經(jīng)濟(jì)。
(6)從過(guò)程中排出的水不含添加劑故易于污水處理。
權(quán)利要求
1、一個(gè)含硫化氫氣體的脫硫過(guò)程，其特征在于將含硫化氫的氣體與二氧化硫一起，同時(shí)并連續(xù)引入實(shí)質(zhì)上無(wú)任何添加劑的加壓水介質(zhì)中，使其進(jìn)行液相克勞斯反應(yīng)以生成水包硫分散相形式的元素硫。
2、按照權(quán)利要求
1所述的含硫化氫氣體的脫硫過(guò)程，其特征是進(jìn)行液相克勞斯反應(yīng)的水介質(zhì)被加壓到高于5公斤/厘米表壓的壓力。
3、按照權(quán)利要求
1所述的含硫化氫氣體的脫硫過(guò)程，其特征是維持用于液相克勞斯反應(yīng)的水介質(zhì)的pH值低于2。
4、按照權(quán)利要求
3所述的含硫化氫氣體的脫硫過(guò)程，其特征是將從液相克勞斯反應(yīng)區(qū)出來(lái)的水包硫分散相分離成硫相及水相，水相循環(huán)到反應(yīng)區(qū)去以維持用于克勞斯反應(yīng)的水介質(zhì)的pH值低于2。
5、按照權(quán)利要求
1所述的含硫化氫氣體的脫硫過(guò)程，其特征是水包硫分散相形式的一部分硫與含氧氣體燃燒生成二氧化硫，調(diào)節(jié)水包硫分散相的水含量以保持燃燒溫度低于2000℃，然后將生成的二氧化硫供給液相克勞斯反應(yīng)。
6、按照權(quán)利要求
1所述的含硫化氫氣體的脫硫過(guò)程，其特征是液相克勞斯反應(yīng)在溫度高于120℃時(shí)進(jìn)行，以回收熔融態(tài)形式的硫。
7、按照權(quán)利要求
1所述的含硫化氫氣體的脫硫過(guò)程，其特征是調(diào)整引入加壓水中的硫化氫或二氧化硫的量，使其與另一組分相比，按克勞斯反應(yīng)的化學(xué)當(dāng)量關(guān)系是過(guò)量的，然后將沒(méi)有參加反應(yīng)的過(guò)量的組合在善后過(guò)程中加以清除。
8、按照權(quán)利要求
7所述的含硫化氫氣體的脫硫過(guò)程，其特征是存在的過(guò)量的組分為硫化氫時(shí)，則在善后過(guò)程中要清除的組分是硫化氫。
9、按照權(quán)利要求
7所述的含硫化氫氣體的脫硫過(guò)程，其特征是存在的過(guò)量的組分為二氧化硫時(shí)，則在善后過(guò)程中要清除的組分是二氧化硫。
專(zhuān)利摘要
人們相信在水中的克勞斯(Claus)反應(yīng)，在無(wú)添加劑時(shí)轉(zhuǎn)化率很低，必須應(yīng)用些添加劑諸如緩沖劑或催化劑以得到滿意的硫化氫轉(zhuǎn)化率。 然而，我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)硫化氫及二氧化硫同時(shí)并連續(xù)引入水中數(shù)小時(shí)后，轉(zhuǎn)化率逐漸增加并在高水平時(shí)趨于穩(wěn)定。本發(fā)明是基于此創(chuàng)造性的知識(shí)上完成的。
文檔編號(hào)C01B17/05GK86101352SQ86101352
公開(kāi)日1986年10月15日 申請(qǐng)日期1986年3月7日
發(fā)明者松岡洋夫, 戶井田努, 浪高男, 竹中, 藤田哲男 申請(qǐng)人:日揮株式會(huì)社導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan