CN1817410A - 减顶增压脱硫成套设备及其脱硫工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种脱硫设备及其工艺，尤其是一种减顶增压脱硫成套设备及其脱硫工艺，其用于祛除炼油厂高含硫减顶尾气中H₂S。该减顶增压脱硫成套设备包括增压喷射装置、溶液罐、循环泵装置、富液泵装置、冷却器装置，增压喷射装置与溶液罐相连，溶液罐又与循环泵装置、富液泵装置相连，其中循环泵装置再依次与冷却器装置、增压喷射装置相连以构成回路。使用该减顶增压脱硫成套设备的脱硫工艺，用甲基二乙醇胺溶液[(CH3)N(CH2CH2OH) ₂]作为脱硫剂。本发明中的设备结构简单、运行可靠、效率高、成本低，工艺上无需填料、气液充分混合、脱硫效果好。

Description

减顶增压脱硫成套设备及其脱硫工艺

技术领域

本发明涉及了一种脱硫设备及其工艺，尤其是一种减顶增压脱硫成套设备及其脱硫工艺，其用于祛除炼油厂高含硫减顶尾气中H₂S。

背景技术

21世纪是可持续发展的世纪，作为可持续发展重要内容的环保工作，更成为新世纪人们关注的焦点，环保不仅关系人们生活质量，更关系人类的生存和发展。工业气体中的SO₂和H₂S是造成酸雨污染的主要原因，有效方法是控制工业气体脱硫含量，我国政府对此已给予足够重视，开展了多项自主技术攻关，并引进大量发达国家的工业气体脱硫装置，与发达国家开展多项技术合作研究，但是现有技术投资大，成本高。我国能源与环境的矛盾亟待妥善解决，我国不能走发达国家已走过的先污染后治理的老路，中国必须寻找适合国情的能源环保技术。我国在烟气脱硫领域开展了长期的工作，如何研究和开发适合不同工业化生产装置的脱硫技术，成为我国科学技术人员一项重要任务，回收工业气体中的硫，可将其变为工业生产的原料，化害为利、变废为宝。

国外许多科研机构和公司均在研究工业气体的脱硫技术，根据不同的生产装置提出了不同的脱硫技术。如Almatis公司开发了一种克劳斯硫回收催化剂、CANSOLV技术公司专有的SO₂回收工艺、Fluor公司的硫回收技术、GAA公司的COPE和D’GAASS工艺、GTP公司的LO-CAT工艺、哈尔杜-托普索公司的WSA工艺、孟山都环境化学系统公司的DynaWave洗涤器、壳牌公司的Shell-Paques工艺、ADIP工艺、克劳斯工艺、SCOT尾气处理工艺、硫磺脱气工艺和TKK公司的HIGHSULF工艺等等。目前，世界各国研究开发和商业应用的气体脱硫技术估计超过200种。其中按脱硫产物是否回收，气体脱硫可分为抛弃法和再生回收法，前者脱硫混合物直接排放，后者将脱硫副产物以硫酸或硫磺等形式回收。

我国现有的气体脱硫技术主要依赖进口，目前在国内外成功运行的烟气脱硫技术中，湿法脱硫技术占有绝对的优势。在高含硫气体中，硫的祛除和回收技术几乎依赖进口。目前我国在这方面的研究正处于起步阶段，如何选择合理脱硫剂以及减少脱硫剂的二次污染是脱硫技术研究的重要课题。

随着国内炼油工业壮大，炼油装置的不断扩建、新建，对国外原油的需求量越来越大，进口原油量逐年上升，原油的硫含量也越来越高，炼油厂常减压塔顶尾气中的硫含量也在上升，一般H₂S含量高达30～40％，因此必须对现有减顶尾气进行脱硫处理，回收尾气中的硫，使尾气达到环保排放标准。

目前国内减顶尾气脱硫方法是再生回收法，其通常采用塔式吸收工艺，采用压缩机将减顶气进行压缩增压，减顶尾气与胺液(主要为甲基二乙醇胺溶液)在填料塔内逆流接触，达到脱硫目的。但随着开工周期的延长，塔式脱硫装置中填料塔内的填料表面易被降解物堵塞，形成沟流，影响传质效率，严重时整个流通通道被降解物覆盖，造成胺液沉降不下来，需停工清洗处理。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供了一种结构简单、运行可靠、效率高、成本低的减顶增压脱硫成套设备。

本发明所要解决的技术问题还有提供了一种无需填料、气液充分混合、脱硫效果好的脱硫工艺。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：该减顶增压脱硫成套设备包括增压喷射装置、溶液罐、循环泵装置、富液泵装置、冷却器装置，增压喷射装置与溶液罐相连，溶液罐又与循环泵装置、富液泵装置相连，其中循环泵装置再依次与冷却器装置、增压喷射装置相连以构成回路。

本发明还设置有出液流量控制装置、工作液流量控制装置和进液流量控制装置，其中出液流量控制装置与富液泵装置相连，工作液流量控制装置位于冷却器装置和增压喷射装置之间，进液流量控制装置与溶液罐相连。

本发明还设置有甲基二乙醇胺富液再生装置和甲基二乙醇胺溶液进装置，所述的出液流量控制装置通过甲基二乙醇胺富液再生装置、甲基二乙醇胺溶液进装置与溶液罐相连。

使用该减顶增压脱硫成套设备的脱硫工艺，用甲基二乙醇胺溶液[(CH3)N(CH2CH2OH)₂]作为脱硫剂，其具体步骤为，

(1)高压的甲基二乙醇胺溶液通过增压喷射装置吸入未经处理的高含硫减顶尾气，减顶尾气与甲基二乙醇胺溶液在增压喷射装置内充分混合并被增压，使减顶尾气中的H₂S与甲基二乙醇胺溶液产生吸收反应；

(2)减顶尾气与甲基二乙醇胺溶液反应后所产生的气液混合物排到溶液罐中，使减顶尾气中的H₂S再次与溶液罐中的甲基二乙醇胺溶液产生吸收反应后，排放出达到净化标准浓度的气体；

(3)溶液罐中吸收了H₂S的甲基二乙醇胺溶液成为甲基二乙醇胺富液[(CH3)N.H2S.(CH2CH2OH)₂]，甲基二乙醇胺富液通过富液泵装置排出到甲基二乙醇胺富液再生装置中进行再生；

(4)再生后的甲基二乙醇胺溶液再次作为脱硫剂，通过甲基二乙醇胺溶液进装置进入溶液罐内，同时补充新鲜的甲基二乙醇胺溶液，以替换溶液罐内的甲基二乙醇胺溶液富液，并降低了溶液罐中甲基二乙醇胺富液的浓度，混合后的甲基二乙醇胺溶液通过循环泵装置增压、再通过冷却器装置冷却，最后进入增压喷射装置为步骤(1)中吸入未经处理的高含硫减顶尾气提供动力。

本发明步骤(3)中的甲基二乙醇胺富液从富液泵装置排出到甲基二乙醇胺富液再生装置中时通过出液流量控制装置进行流量控制；步骤(4)中的甲基二乙醇胺溶液经过甲基二乙醇胺溶液进装置进入溶液罐中时通过进液流量控制装置进行流量控制；步骤(4)中经冷却器装置冷却后的甲基二乙醇胺溶液进入增压喷射装置时通过工作液流量控制装置进行流量控制。

本发明步骤(1)中的作为脱硫剂的甲基二乙醇胺溶液的质量百分比浓度为30％。

本发明步骤(1)中未经处理的高含硫减顶尾气的体积百分比浓度为30～40％。

本发明步骤(3)中所产生的甲基二乙醇胺富液[(CH3)N.H2S.(CH2CH2OH)2]的质量百分比浓度为15～20％。

本发明步骤(2)中达到净化标准浓度的气体中的H2S浓度≤2000ppm。

本发明步骤(1)中的减顶尾气在增压喷射装置中被增压到0.2MPa。

本发明所述的减顶增压脱硫成套设备与现有技术相比，具有以下有益效果：

1、整套设备由增压喷射装置、溶液罐、循环泵装置、富液泵装置、冷却器装置等组成，结构简单，设备投资小；2、增压喷射装置能够使脱硫剂和减顶尾气充分混合增压，使脱硫剂充分吸收H₂S气体，脱硫效果好，增压和抽气效率高、运行成本低；3、设备不受气体温度和工作介质的限制，适应性强，且无需停工清洗，运行维护费用低。

本发明所述的使用减顶增压脱硫成套设备的脱硫工艺与现有技术相比，具有以下有益效果：1、采用30％浓度的甲基二乙醇胺作为脱硫剂，该脱硫剂对H₂S的吸附效率高，能在常温(40～80℃)高酸气体分压下与酸性气体产生化学吸附反应，然后在低酸气体分压下以蒸汽加温至120℃汽提再生，尤其是甲基二乙醇胺在很短的接触时间操作条件下能快速吸收H₂S，并再生重复利用，其价格为引进湿法脱硫的1/2～2/3，且在汽提再生时没有汽化损失，对热和化学反应所引起的活性退化具有高度的抵抗力，甲基二乙醇胺还具有腐蚀性低、与H₂S的反应热低，汽提蒸汽用量少、对碳氢化合物的溶解度低的优点，所以甲基二乙醇胺是吸收H₂S的最佳溶剂；2、采用的减顶尾气增压喷射脱硫技术，弥补了塔式脱硫工艺的缺点，其利用脱硫剂与减顶尾气充分混合增压，使脱硫剂更充分地吸收H₂S气体，无须填料、吸收效果好，填补了国内采用增压喷射脱硫器对减顶尾气进行的增压脱硫的空白。

附图说明

图1为本发明中减顶增压脱硫成套设备的结构示意图。

图2为本发明中使用减顶增压脱硫成套设备的脱硫工艺的流程图。

具体实施方式

减顶增压脱硫成套设备的实施例：

参见图1，本发明中的减顶增压脱硫成套设备由增压喷射装置I、溶液罐II、循环泵装置III、富液泵装置VI、冷却器装置IV、出液流量控制装置VII、工作液流量控制装置V、进液流量控制装置VIII、甲基二乙醇胺富液再生装置IX和甲基二乙醇胺溶液进装置X组成。

增压喷射装置I包括第一手动阀1-1、第一过滤器2、第一压力变送器3-1、增压喷射器4和第二手动阀5，第一手动阀1-1、第一过滤器2、第一压力变送器3-1和增压喷射器4通过管路依次相连，第二手动阀5的一端与增压喷射器4之间的管路相连，其另一端为减顶尾气进口。

溶液罐II包括甲基二乙醇胺罐6、第十九手动阀7-4、第二十手动阀8、第二压力变送器3-2，第十九手动阀7-4、第二十手动阀8和第二压力变送器3-2与甲基二乙醇胺罐6相连。

进液流量控制装置VIII包括第十七手动阀7-1、第一调节阀24、第十八手动阀7-2、第一流量计25、第十六手动阀7-3，第十七手动阀7-1、第一调节阀24、第十八手动阀7-2、第一流量计25通过管路依次与第十九手动阀7-4相连，第十六手动阀7-3的两端与第十九手动阀7-4的一端、第一流量计25的一端相连。第一流量计25又与甲基二乙醇胺溶液进装置X相连。

富液泵装置VI包括第十一手动阀10、第三过滤器18、甲基二乙醇胺富液泵21、第三压力变送器3-4、第一单向止回阀20、第十二手动阀19-4，第十一手动阀10、第三过滤器18、甲基二乙醇胺富液泵21、第三压力变送器3-4、第一单向止回阀20和第十二手动阀19-4依次通过管路与甲基二乙醇胺罐6相连。

出液流量控制装置VII包括第三流量计22、第十五手动阀19-2、第三调节阀23、第十四手动阀19-1、第十三手动阀19-3，第三流量计22、第十五手动阀19-2、第三调节阀23、第十四手动阀19-1、第十三手动阀19-3依次通过管路与第十二手动阀19-4相连，第十三手动阀19-3的两端与第十五手动阀19-2的一端、第十四手动阀19-1的一端相连。第十四手动阀19-1又与甲基二乙醇胺富液再生装置IX相连。

循环泵装置III包括第十手动阀9、第二过滤器11、甲基二乙醇胺循环泵13、第二单向止回阀12、第九手动阀1-5，第十手动阀9、第二过滤器11、甲基二乙醇胺循环泵13、第二单向止回阀12和第九手动阀1-5依次通过管路与甲基二乙醇胺罐6相连。

冷却器装置IV包括第八手动阀1-7、甲基二乙醇胺冷却器14、第六手动阀1-6、第四压力变送器3-3、第七手动阀15-1，第六手动阀1-6的一端与第九手动阀1-5相连，其另一端与甲基二乙醇胺冷却器14相连，第四压力变送器3-3、第七手动阀15-1、第八手动阀1-7通过管路与甲基二乙醇胺冷却器14相连。

工作液流量控制装置V包括第二流量计16、第五手动阀1-3、第二调节阀17、第四手动阀1-2、第三手动阀1-4，第八手动阀1-7与第二流量计16、第五手动阀1-3、第二调节阀17、第四手动阀1-2、第一手动阀1-1依次通过管路相连，第三手动阀1-4的两端与第五手动阀1-3的一端、第四手动阀1-2的一端相连。

增压喷射器装置I是本发明的关键设备，它的作用是为脱硫剂与减顶尾气反应提供场所，减顶尾气与脱硫剂增压、混合、反应均在增压喷射器4内完成。高压的甲基二乙醇胺溶液通过喷嘴以高速流进入接受室，吸入减顶尾气，并与减顶尾气进行混合和能量交换，甲基二乙醇胺溶液与气体混合后呈现乳化状液体，乳液与与射流汇合沿喷射器混合室进一步混合后进入扩压器，流动状态的气液混合物通过扩压器进行升压后排出增压喷射器4。在整个过程中，当减顶尾气与甲基二乙醇胺接触时，尾气中的H₂S与甲基二乙醇胺产生迅速反应，H₂S被甲基二乙醇胺吸收，随着减顶尾气与甲基二乙醇胺充分混合和增压，减顶尾气中的H₂S充分地被甲基二乙醇胺吸收。

溶液罐II的作用是接受增压喷射器4排出的气液混合物，并与甲基二乙醇胺罐6内的甲基二乙醇胺溶液进一步进行接触反应，除取气体中的H₂S，不能与甲基二乙醇胺吸收反应的气体在罐内与溶液分离后排出。吸收H₂S气体的甲基二乙醇胺变为富液，一部分富液通过富液泵装置VI排出，同时接受装置提供的新鲜甲基二乙醇胺溶液，并与罐内的甲基二乙醇胺溶液混合，降低罐内脱硫剂富液浓度。

富液泵装置VI的作用是将一部分富液从罐内排出到甲基二乙醇胺富液再生装置IX，其流量通过出液流量控制装置VII控制。富液通过蒸汽加热的方式将H₂S从甲基二乙醇胺溶液中分离出来，分离出来的H₂S回收，分离后的溶液作为新鲜液重复使用。

进液流量控制装置VIII的作用是控制添加新鲜脱硫剂的流量，出液流量控制装置VII是控制富液泵装置VI的给出流量，两套流量控制装置共同控制脱硫剂的富液浓度。

循环泵装置III的作用是将脱硫剂增压，为增压喷射器4提供动力，增压后的脱硫剂压力根据不同的工艺进行调整。冷却器装置IV的作用是冷却脱硫剂温度，将脱硫剂与H₂S反应的热量排出装置，保证脱硫剂的温度小于40℃。

工作液流量控制装置V的作用是控制增压喷射器4的工作介质流量，将脱硫剂与减顶尾气的比例控制在最合理的条件下。

甲基二乙醇胺吸收H₂S的化学机理：

在酸性气体中，H₂S是一种提供质子的proton donor Bronsted acid酸，在与甲基二乙醇胺反应时会经由质子转移反应形成硫化氢根离子(hydrosulfide ion)，此反应是相当快速的，几乎是瞬间反应，其反应为缩合反映，其反应式如下：

从以上反应式得知，甲基二乙醇胺吸收H₂S，其吸收负载为每mola的甲基二乙醇胺可以吸收1.0mola的H₂S气体

因减顶尾气的含硫量很高，一般在30～40％，为了保证脱硫净化后的气体中含小于2000ppm，则吸附后的甲基二乙醇胺溶液中富液浓度必须控制在15％～17％内，所以吸收1.0kg的H₂S气体会产生69～78kg的富液。

使用减顶增压脱硫成套设备的脱硫工艺的实施例：

参见图2，该工艺的具体步骤为，

(1)质量百分比浓度为30％的甲基二乙醇胺溶液通过增压喷射装置I吸入未经处理的高含硫减顶尾气，减顶尾气的流量为800kg/h、压力为800mmHg、含H₂S浓度为40％、温度40℃，减顶尾气与甲基二乙醇胺溶液在增压喷射装置I内充分混合并被增压到0.2MPa的压力，减顶尾气中的H₂S与甲基二乙醇胺溶液产生吸收反应；

(2)减顶尾气与甲基二乙醇胺溶液反应后所产生的气液混合物排到溶液罐II(溶液罐体积为45m³)中，减顶尾气中的H₂S再次与溶液罐中的甲基二乙醇胺溶液产生吸收反应后，排放出达到净化标准浓度的气体，净化后气体中的H2S浓度≤2000ppm，净化后的气体排到焚烧炉中；

(3)溶液罐II中吸收了H₂S的甲基二乙醇胺溶液成为质量百分比浓度为18％的甲基二乙醇胺富液[(CH3)N.H2S.(CH2CH2OH)₂]，甲基二乙醇胺富液按30m³/h的流量，通过富液泵装置VI排出到甲基二乙醇胺富液再生装置IX中进行再生，其流量通过出液流量控制装置VII进行控制；

(4)再生后的甲基二乙醇胺溶液再次作为脱硫剂，通过甲基二乙醇胺溶液进装置X进入溶液罐II内，同时按照30m³/h的流量，补充新鲜的甲基二乙醇胺溶液，以替换溶液罐II内的甲基二乙醇胺溶液富液，并降低溶液罐II中甲基二乙醇胺富液的浓度，混合后的甲基二乙醇胺溶液通过循环泵装置III增压到压力为1.9Mpa、再通过冷却器装置IV(冷却器换热面积为160m²)冷却，最后按85m³/h的流量进入增压喷射装置I为步骤(1)中吸入未经处理的高含硫减顶尾气提供动力，其流量通过进液流量控制装置VIII进行控制。

Claims (10)

1、一种减顶增压脱硫成套设备，其特征是：包括增压喷射装置、溶液罐、循环泵装置、富液泵装置、冷却器装置，增压喷射装置与溶液罐相连，溶液罐又与循环泵装置、富液泵装置相连，其中循环泵装置再依次与冷却器装置、增压喷射装置相连以构成回路。

2、根据权利要求1所述的减顶增压脱硫成套设备，其特征是：还设置有出液流量控制装置、工作液流量控制装置和进液流量控制装置，其中出液流量控制装置与富液泵装置相连，工作液流量控制装置位于冷却器装置和增压喷射装置之间，进液流量控制装置与溶液罐相连。

3、根据权利要求1或2所述的减顶增压脱硫成套设备，其特征是：还设置有甲基二乙醇胺富液再生装置和甲基二乙醇胺溶液进装置，所述的出液流量控制装置通过甲基二乙醇胺富液再生装置、甲基二乙醇胺溶液进装置与溶液罐相连。

4、一种使用权利要求1所述减顶增压脱硫成套设备的脱硫工艺，用甲基二乙醇胺溶液[(CH3)N(CH2CH2OH)₂]作为脱硫剂，其特征是：具体步骤为，

(1)高压的甲基二乙醇胺溶液通过增压喷射装置吸入未经处理的高含硫减顶尾气，减顶尾气与甲基二乙醇胺溶液在增压喷射装置内充分混合并被增压，使减顶尾气中的H₂S与甲基二乙醇胺溶液产生吸收反应；

(2)减顶尾气与甲基二乙醇胺溶液反应后所产生的气液混合物排到溶液罐中，使减顶尾气中的H₂S再次与溶液罐中的甲基二乙醇胺溶液产生吸收反应后，排放出达到净化标准浓度的气体；

(3)溶液罐中吸收了H₂S的甲基二乙醇胺溶液成为甲基二乙醇胺富液[(CH3)N.H2S.(CH2CH2OH)₂]，甲基二乙醇胺富液通过富液泵装置排出到甲基二乙醇胺富液再生装置中进行再生；

(4)再生后的甲基二乙醇胺溶液再次作为脱硫剂，通过甲基二乙醇胺溶液进装置进入溶液罐内，同时补充新鲜的甲基二乙醇胺溶液，以替换溶液罐内的甲基二乙醇胺溶液富液，并降低了溶液罐中甲基二乙醇胺富液的浓度，混合后的甲基二乙醇胺溶液通过循环泵装置增压、再通过冷却器装置冷却，最后进入增压喷射装置为步骤(1)中吸入未经处理的高含硫减顶尾气提供动力。

5、根据权利要求4所述的使用减项增压脱硫成套设备的脱硫工艺，其特征是：步骤(3)中的甲基二乙醇胺富液从富液泵装置排出到甲基二乙醇胺富液再生装置中时通过出液流量控制装置进行流量控制；步骤(4)中的甲基二乙醇胺溶液经过甲基二乙醇胺溶液进装置进入溶液罐中时通过进液流量控制装置进行流量控制；步骤(4)中经冷却器装置冷却后的甲基二乙醇胺溶液进入增压喷射装置时通过工作液流量控制装置进行流量控制。

6、根据权利要求4所述的使用减顶增压脱硫成套设备的脱硫工艺，其特征是：步骤(1)中的作为脱硫剂的甲基二乙醇胺溶液的质量百分比浓度为30％。

7、根据权利要求4所述的使用减顶增压脱硫成套设备的脱硫工艺，其特征是：步骤(1)中未经处理的高含硫减顶尾气的体积百分比浓度为30～40％。

8、根据权利要求4所述的使用减顶增压脱硫成套设备的脱硫工艺，其特征是：步骤(3)中所产生的甲基二乙醇胺富液[(CH3)N.H2S.(CH2CH2OH)2]的质量百分比浓度为15～20％。

9、根据权利要求4所述的使用减顶增压脱硫成套设备的脱硫工艺，其特征是：步骤(2)中达到净化标准浓度的气体中的H2S浓度≤2000ppm。

10、根据权利要求4所述的使用减顶增压脱硫成套设备的脱硫工艺，其特征是：步骤(1)中的减顶尾气在增压喷射装置中被增压到0.2MPa。