CN108176194A - 一种含硫单质及化合物尾气的处理装置及处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种含硫单质及化合物尾气的处理装置及处理方法，处理装置包括依次连接的焚烧炉、废热锅炉、排放尾气‑烟气换热器、急冷塔、吸收塔、贫富吸收剂换热器和再生塔，所述再生塔底部的热贫液出口依次与贫富吸收剂换热器、贫液冷却器、溶液缓冲罐、吸收塔、气液分离器和排放尾气‑烟气换热器连接。本发明采用含硫尾气焚烧及余热回收、尾气冷却及预洗涤、SO2吸收再生3个主要单元组成尾气处理系统，完全将尾气中的硫单质和化合物氧化成SO2，并通过吸收‑再生单元脱除SO2，使得经过该系统处理之后的尾气排放满足严苛的环保要求，脱除之后的含高浓度SO2的气体可返回克劳斯硫回收装置转化成硫黄，也可送至制酸装置生成硫酸。
Description
技术领域
本发明涉及一种含硫单质及化合物尾气的处理装置及处理方法。
背景技术
大多数原油、原料天然气以及煤矿中都含硫，在石油炼制、天然气净化过程以及煤化工领域中都需要将含硫的杂质组分脱除。脱除后的气体(通常称之为酸气)中含有毒性很大的H2S气体，对人类的生存与环境危害甚大；因此，酸气必须经过处理后才能排放。全世界近几十年应用最广泛的处理工艺技术为克劳斯(Claus)硫黄回收工艺，将酸气中的H2S转化成单质硫进行回收，同时达到脱除酸气中有毒气体的目的。
随着社会的不断发展，人类对自身赖以生存的自然环境的保护意识越来越强，相应的污染物排放标准也越来越严格，中国近几年针对油气行业、煤化工领域都出台了新的更为严格的环保标准。例如国内炼厂新标准规定一般地区的炼厂硫黄回收装置SO2排放浓度为小于400mg/Nm3，环境敏感地区排放限值为100mg/Nm3。国内煤化工行业虽然暂未出台行业标准，但也执行国家标准SO2排放浓度为小于960mg/Nm3，环境敏感地区执行100mg/Nm3。天然气净化处行业目前正在筹备制定新环保标准也将SO2排放浓度初步定在小于500mg/Nm3。
要满足日益严格的环保标准的要求，常规的Claus以及延伸类Claus硫黄回收工艺技术(如MCRC、CBA、CPS、Clinsulf、超级克劳斯等)都不能满足需要，只有带尾气处理的工艺技术才能满足环保排放要求。
就目前全世界现有的含硫尾气处理工艺技术来讲，主要有还原吸收类工艺技术、烟气脱硫技术、液相氧化法技术。
还原吸收法工艺技术主要特点是对含硫尾气通过加氢处理，将尾气中的各种形态的含硫化合物转化为H2S，经冷却后用醇胺溶剂进行脱硫，再将提浓的H2S返回上游酸气处理装置回收元素硫，最具代表性的工艺有荷兰壳牌公司开发的SCOT工艺。此类工艺能够较常规或低温克劳斯硫回收工艺进一步提高硫黄回收率，但无法满足SO2排放浓度为小于400mg/Nm3；该类工艺流程长，若尾气加氢段还原不彻底，二氧化硫穿透易造成下游设备严重腐蚀。
烟气脱硫技术主要特点是利用碱性溶液，如钠碱、氢氧化钙、氨等通过酸碱中和的化学反应脱除尾气中的SO2等其他酸性硫化物，具有代表性的是双碱法、氨-肥法。此类工艺由于是化学反应，速率快、脱除效率高，SO2排放浓度甚至可小于50mg/Nm3，能够满足较为严苛的环保排放指标。尽管如此，由于该类工艺是酸碱中和反应，最终SO2会转化为盐类物质存在，因此该类工艺在脱除SO2的同时会产生石膏等副产品，甚至会产生废水带来二次污染物处理的问题。
液相氧化法技术主要特点是对含硫尾气通过加氢处理，将尾气中的各种形态的含硫化合物转化为H2S，再利用专有的络合铁溶液在液相中将H2S直接氧化成单质硫，最终硫单质以含水硫黄滤饼的形式产出。该工艺开发之初主要是针对含H2S的工艺气体脱硫处理，针对以含SO2为主的尾气处理，该工艺需要增加加氢还原处理。含硫尾气经过该工艺处理之后的排放尾气中几乎没有SO2，只有含量不超过10ppm的H2S。此类工艺虽然也能满足较为严苛的环保排放标准，但是产品硫黄纯度不高，难以处理；同时装置在正常运行过程中易被硫黄颗粒堵塞，影响尾气处理装置的长期平稳运行。
发明内容
为了克服现有技术的缺点，本发明提供了一种含硫单质及化合物尾气的处理装置及处理方法，采用含硫尾气焚烧及余热回收、尾气冷却及预洗涤、SO2吸收再生3个主要单元组成尾气处理系统，完全将尾气中的硫单质和化合物氧化成SO2，并通过吸收-再生单元脱除SO2，使得经过该系统处理之后的尾气排放满足严苛的环保要求(通过工艺参数特殊设置最低SO2排放浓度可为小于100mg/Nm3)，脱除之后的含高浓度SO2的气体可返回克劳斯硫回收装置转化成硫黄，也可送至制酸装置生成硫酸。
本发明所采用的技术方案是：一种含硫单质及化合物尾气的处理装置，包括依次连接的焚烧炉、废热锅炉、排放尾气-烟气换热器、急冷塔、吸收塔、贫富吸收剂换热器和再生塔，所述再生塔底部的热贫液出口依次与贫富吸收剂换热器、贫液冷却器、溶液缓冲罐、吸收塔、气液分离器和排放尾气-烟气换热器连接。
本发明还提供了一种含硫单质及化合物尾气的处理方法，包括如下步骤：
步骤一、含硫单质及化合物尾气进入焚烧炉经过焚烧转化为温度为760～850℃的含SO2尾气后进入废热锅炉预冷至300℃，然后进入排放尾气-烟气换热器与来自气液分离器的35～70℃的排放尾气换热冷却后进入急冷塔中最终冷却至30～65℃后进入吸收塔；
步骤二、在吸收塔中含SO2尾气经过贫液吸收脱除SO2后进入气液分离器分离掉夹带的吸收剂后进入排放尾气-烟气换热器加热至130℃以上后经尾气排放烟囱排入大气；
步骤三、在吸收塔中贫液吸收SO2后变为富液从吸收塔底部进入贫富吸收剂换热器预热之后进入再生塔进行溶剂再生；
步骤四、再生完之后的热贫液从再生塔底部进入贫富吸收剂换热器预冷之后进入贫液冷却器进行最终冷却，然后经溶液缓冲罐进入吸收塔中吸收尾气中的SO2，开始下一个贫液吸收-富液再生-贫液吸收的循环。
与现有技术相比，本发明的积极效果是：
(1)本发明对SO2气体有较高的反应速度和较好的吸收效果，能够进一步降低排放尾气中SO2的浓度，通过工艺参数调整最低SO2排放浓度可为小于100mg/Nm3，满足较为严苛的环保要求。
(2)本发明使用具有超高选择吸收SO2的吸收溶剂，可在较高的气液比下进行操作，有效地减少了装置的溶液循环量，减小了主要设备的尺寸。
(3)本发明除生产高浓度的SO2气体外，不产生难以处理的固体产物，具有较高的环境友好性和可操作性。
(4)本发明采用专门设计的含硫尾气焚烧及余热回收单元，并集成到整个尾气处理工艺流程中，可完全高温氧化掉所有尾气中的H2S，最大程度减少吸收-再生单元SO2吸收剂的降解和损耗。
(5)本发明流程中设置了排放尾气-烟气换热器，将吸收塔顶部排放的尾气再热至130℃以上，保证较高的排放温度致使排放尾气中的水份不冷凝；同时进一步降低进入急冷塔的气体温度，降低急冷塔的操作负荷。
(6)本发明流程中设置吸收塔顶捕集丝网和外置的气液分离器双重分离，最大程度分离出塔顶气体中夹带的SO2吸收剂，减少吸收剂的损耗，降低装置的操作费用。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是本发明的工艺流程图。
具体实施方式
一种含硫单质及化合物尾气的处理装置，如图1所示，包括：含硫尾气焚烧炉1、废热锅炉2、排放尾气-烟气换热器3、急冷塔4、吸收塔5、贫富吸收剂换热器6、再生塔7、热贫液循环泵8、贫液冷却器9、溶液缓冲罐10、贫液循环泵11、气液分离器12和溶液在线净化系统13等，其中：
所述含硫尾气焚烧炉1通过法兰与废热锅炉2连接；所述废热锅炉2的出口通过管线与排放尾气-烟气换热器3的管程入口连接，所述排放尾气-烟气换热器3的管程出口通过管线与急冷塔4下部进口连接，所述急冷塔4顶部出口通过管线与吸收塔5下部进口连接，所述吸收塔5的底部出口通过管线与贫富吸收剂换热器6的管程入口连接，所述贫富吸收剂换热器6的管程出口通过管线与再生塔7中部进口连接，所述再生塔7底部的热贫液出口通过管线与热贫液循环泵8的进口连接，所述热贫液循环泵8的出口通过管线与贫富吸收剂换热器6的壳程进口连接，所述贫富吸收剂换热器6的壳程出口通过管线与贫液冷却器9的进口连接，所述贫液冷却器9的出口通过管线与溶液缓冲罐10的上部进口连接，所述溶液缓冲罐10的底部出口通过管线与贫液循环泵11的进口连接，所述贫液循环泵11的出口通过管线与吸收塔5的上部贫液进口连接，所述吸收塔5的顶部出口通过管线与气液分离器12连接，所述气液分离器12的液相出口通过循环泵接入吸收塔5的上部进口，所述气液分离器12的气相出口通过管线与排放尾气-烟气换热器3的壳程进口连接，所述排放尾气-烟气换热器3的壳程出口通过管线接至尾气排放烟囱；所述溶液缓冲罐10通过管线与溶液在线净化系统13连接。
本发明还公开了一种含硫单质及化合物尾气的处理方法，包括如下步骤：
步骤一、上游含硫尾气通过管线①进入含硫尾气焚烧炉1升温至760～850℃后进入废热锅炉2，将高温气体预冷至300℃；
步骤二、废热锅炉2出口预冷之后的气体再进入排放尾气-烟气换热器3管程，在换热器中与来自气液分离器12的约35～70℃的排放尾气互换热量；
步骤三、冷却之后的气体进入急冷塔4中进行最终冷却至30～65℃，之后进入吸收塔5中进行SO2气体的吸收；
步骤四、吸收之后的富集SO2的吸收溶剂(即富液)从吸收塔5底部出来，先进入贫富吸收剂换热器6预热之后再进入再生塔7进行溶剂再生；
步骤五、再生完之后的热贫液从再生塔7底部出来，进入热贫液循环泵8增压后，进入贫富吸收剂换热器6与从吸收塔5出来的富液进行热交换；
步骤六、经过富吸收剂换热器6初步预冷之后的贫液进入贫液冷却器9进行最终冷却，之后进入溶液缓冲罐10；
步骤七、溶液缓冲罐10中的贫液通过贫液循环泵11增压后送入吸收塔5进行尾气中SO2的吸收，至此完成一个贫液吸收-富液再生-贫液吸收的循环；
步骤八、经过吸收塔5贫液吸收脱除SO2之后的尾气进入气液分离器12进行气液分离，分离掉气相中夹带的吸收剂后经过循环泵进入吸收塔5；
步骤九、出气液分离器12的尾气再进入排放尾气-烟气换热器3，被自废热锅炉2出口来的高温气体加热至130℃以上，最后通过管线③排放至尾气排放烟囱，排入大气；
步骤十、出再生塔7顶部的高含SO2的气体经过冷却、气液分离之后，气相通过管线②可送至克劳斯硫回收装置生成硫黄或送至制酸装置生产硫酸，液相经过循环泵再次进入再生塔7。
本发明的工作原理是：将含硫单质及非SO2形式的化合物经过焚烧炉1进行高温焚烧氧化转化，可使氧化后气体中H2S含量降低至5ppm以下的水平，大大降低了后续流程中由于H2S与吸收溶剂发生不可逆反应带来的溶剂降解损耗，同时保证了溶剂对SO2稳定良好的吸收脱除效果。
高温焚烧之后利用废热回收锅炉2和排放尾气-烟气换热器3对余热进行分级有效地利用，既能副产蒸汽供本装置溶剂再生过程使用，又能同时预热排放尾气，防止排放尾气温度过低导致其中的水份冷凝问题，有效地降低排放尾气管线和烟囱的酸腐蚀问题。
通过高温氧化的方式全部转化成SO2后，利用超高选择吸收SO2的吸收溶剂，进行SO2气体组分的选择吸收，由于吸收溶剂的特性，几乎只吸收混合气体中的SO2组分，因此溶剂再生出来的气体中SO2浓度可高达90％以上，具有良好利用价值。另外，根据含硫尾气中SO2的浓度和尾气排放要求不同，吸收过程可在较宽的气液比范围(1000～5000)和溶液质量浓度(5～30wt％)下进行操作，增强了装置的可操作性。
经过该尾气处理装置处理之后，能够有效地降低排放尾气中SO2的浓度，通过调整吸收塔进塔温度、气液比、溶液浓度等参数可使得经过本装置处理之后的排放尾气SO2浓度小于100mg/Nm3。
Claims (9)
1.一种含硫单质及化合物尾气的处理装置，其特征在于：包括依次连接的焚烧炉、废热锅炉、排放尾气-烟气换热器、急冷塔、吸收塔、贫富吸收剂换热器和再生塔，所述再生塔底部的热贫液出口依次与贫富吸收剂换热器、贫液冷却器、溶液缓冲罐、吸收塔、气液分离器和排放尾气-烟气换热器连接。
2.根据权利要求1所述的一种含硫单质及化合物尾气的处理装置，其特征在于：所述再生塔底部的热贫液出口通过热贫液循环泵接入贫富吸收剂换热器。
3.根据权利要求1所述的一种含硫单质及化合物尾气的处理装置，其特征在于：所述气液分离器的液相出口通过循环泵接入吸收塔。
4.根据权利要求1所述的一种含硫单质及化合物尾气的处理装置，其特征在于：所述溶液缓冲罐的底部出口通过贫液循环泵接入吸收塔。
5.根据权利要求1所述的一种含硫单质及化合物尾气的处理装置，其特征在于：所述再生塔的顶部出口依次与冷却器、气液分离器连接。
6.根据权利要求5所述的一种含硫单质及化合物尾气的处理装置，其特征在于：所述再生塔的顶部出口连接的气液分离器的气相出口接入克劳斯硫回收装置或制酸装置，液相出口经过循环泵接入再生塔。
7.一种含硫单质及化合物尾气的处理方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一、含硫单质及化合物尾气进入焚烧炉经过焚烧转化为温度为760~850℃的含SO2尾气后进入废热锅炉预冷至300℃，然后进入排放尾气-烟气换热器与来自气液分离器的35~70℃的排放尾气换热冷却后进入急冷塔中最终冷却至30~65℃后进入吸收塔；
步骤二、在吸收塔中含SO2尾气经过贫液吸收脱除SO2后进入气液分离器分离掉夹带的吸收剂后进入排放尾气-烟气换热器加热至130℃以上后经尾气排放烟囱排入大气；
步骤三、在吸收塔中贫液吸收SO2后变为富液从吸收塔底部进入贫富吸收剂换热器预热之后进入再生塔进行溶剂再生；
步骤四、再生完之后的热贫液从再生塔底部进入贫富吸收剂换热器预冷之后进入贫液冷却器进行最终冷却，然后经溶液缓冲罐进入吸收塔中吸收尾气中的SO2，开始下一个贫液吸收-富液再生-贫液吸收的循环。
8.根据权利要求7所述的一种含硫单质及化合物尾气的处理方法，其特征在于：在气液分离器中被分离出的吸收剂经循环泵进入吸收塔。
9.根据权利要求7所述的一种含硫单质及化合物尾气的处理方法，其特征在于：溶剂再生过程中产生的含SO2的气体从再生塔顶部出来经过冷却、气液分离之后，气相送至克劳斯硫回收装置生成硫黄或送至制酸装置生产硫酸，液相经过循环泵再次进入再生塔。
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