酸性气中硫化氢的分离提纯方法及系统与流程

本发明涉及煤化工领域，具体涉及一种酸性气中硫化氢的分离提纯方法及系统。

背景技术：

1、工业生产中副产的含硫化氢废气具有较高的回收价值，高纯度硫化氢作为高附加值物质，在化学分析、金属精制及工业试剂等领域应用广泛。但目前从含硫化氢废气中获取高纯度硫化氢的回收技术较为匮乏。

2、现代煤化工装置会产生大量含硫化氢的酸性气，其具有硫化氢浓度低、气量大、co2含量高且含h2、co、重烃等多种杂质的特点。目前，工业上对硫化氢尾气的处理以采用克劳斯法进行硫磺回收为主，但该工艺产品单一、附加值低，尾气仍需焚烧排空。虽有研究尝试采用石灰水碳化沉淀法、位阻醇胺吸收法、高分子聚合溶剂吸收法或低温甲醇吸收法等进行硫化氢提浓，但普遍存在设备易堵塞、能耗高、选择性有限或无法获得高纯度硫化氢等问题。

3、专利申请cn110342471a提出通过多级压缩与精馏提纯硫化氢，其适用于初始纯度较高的气体（硫化氢纯度约为75%~95%），但对高含二氧化碳（二氧化碳浓度为45%~65%）的体系设备投资大、能耗高。专利申请cn118987902a采用mdea吸收结合精馏工艺处理含高浓度二氧化碳的尾气，但对含有重烃及与硫化氢共沸的丙烷等复杂组分的煤化工酸性气，分离效果不理想。专利申请cn219156565u虽涉及硫化氢分离与资源化系统，但其固定压力精馏模式对原料组成波动适应能力差，未能充分利用压力能，难以实现高纯度分离。

4、因此，亟需开发一种适用于低浓度硫化氢、高浓度二氧化碳及复杂烃类杂质的酸性气体系，且投资低、能耗小、能获得高纯度硫化氢的提纯工艺，这具有重要的工业应用价值和环保意义。

技术实现思路

1、针对现有含硫化氢酸性气提纯工艺存在的高浓度co2适应性差、共沸物难分离、系统灵活性不足、设备投资高及能耗过高等问题，提供一种酸性气中硫化氢的分离提纯方法及系统，该方法在得到高纯度硫化氢的前提下，优化了工艺流程，降低了设备投资、操作难度和运行成本。

2、为了实现上述目的，本发明一方面提供一种酸性气中硫化氢的分离提纯方法，该酸性气中二氧化碳和硫化氢的摩尔比大于等于1.7，该分离提纯方法包括：

3、1）酸性气与吸收剂在吸收塔内接触，使所述吸收剂吸收所述酸性气中的硫化氢，得到富硫化氢溶液；

4、2）将所述富硫化氢溶液送至再生塔进行解吸，得到再生吸收剂和富硫化氢气体；

5、3）所述富硫化氢气体经冷却后，送至第一气液分离器进行气液分离，分离得到的气相经升压、冷却后，送至干燥塔；

6、4）物料在所述干燥塔中经干燥后，依次经第三换热器冷却、脱二氧化碳塔脱除二氧化碳以及第一共沸塔脱除重烃后，作为硫化氢采出。

7、优选地，所述吸收塔的塔顶压力为0.5~1mpa，塔顶温度为40~50℃，塔釜温度为45~55℃，塔板数为15~25。

8、优选地，所述吸收剂为n-甲基二乙醇胺与2-氨基-2-甲基-1-丙醇复配的吸收剂和/或n-甲基二乙醇胺与哌嗪复配的吸收剂。

9、优选地，所述再生塔的温度为105~120℃，压力为0.15~0.25mpa，质量回流比为2~4，塔板数为15~25。

10、优选地，所述富硫化氢气体中，硫化氢的含量大于等于68mol%，二氧化碳含量小于等于30mol%。

11、优选地，所述再生吸收剂冷却至35~45℃后送至所述吸收塔。

12、优选地，所述第一气液分离器分离得到的气相经升压至2.5~3.2mpa，冷却至17~20℃后送至干燥塔。

13、优选地，所述气相经第三换热器冷却至10~20℃后送至所述脱二氧化碳塔。

14、优选地，所述脱二氧化碳塔的塔顶温度为-20~-5℃，塔釜温度为30~40℃，质量回流比为4~6，塔顶压力为2.5~3.2mpa。

15、优选地，所述第一共沸塔的塔顶温度为15~25℃，塔釜温度为32~51℃，质量回流比为4~8，塔顶压力为1.6~2mpa。

16、优选地，经所述第一共沸塔脱除重烃后的物料送至第二共沸塔，在所述第二共沸塔中塔顶物料部分返回所述第一共沸塔，剩余部分作为丙烷采出，塔底物料作为硫化氢采出。

17、优选地，所述第二共沸塔的塔顶温度为-45~-35℃，塔釜温度为-43~-36℃，质量回流比为8~13，塔顶压力为0.2~0.8mpa。

18、本发明第二方面提供一种酸性气中硫化氢的分离提纯系统，该系统包括：吸收塔、再生塔、第一换热器、第一气液分离器、压缩装置、第二换热器、干燥塔、第三换热器、脱二氧化碳塔和第一共沸塔；

19、所述吸收塔设置有酸性气进料管线和吸收剂进料管线，塔底与所述再生塔连接；

20、所述再生塔的塔顶依次与所述第一换热器、所述第一气液分离器连接；

21、所述第一气液分离器的气相出口依次与所述压缩装置、所述第二换热器和所述干燥塔连接；

22、所述干燥塔的塔顶依次与所述第三换热器、所述脱二氧化碳塔和所述第一共沸塔连接；

23、所述第一共沸塔的塔底设置重烃采出管线，塔顶设置第一硫化氢采出管线。

24、优选地，所述分离提纯系统还包括第二共沸塔，所述第一硫化氢采出管线与所述第二共沸塔连接，所述第二共沸塔塔底设置第二硫化氢采出管线，塔顶设置有丙烷采出管线，所述丙烷采出管线分别与所述第一共沸塔和界外连接。

25、优选地，所述分离提纯系统还包括第四换热器，所述第四换热器设置在所述吸收塔的塔底与所述再生塔连接的管线上；

26、所述第四换热器分别与所述再生塔的塔底、所述吸收剂进料管线连接。

27、与现有技术相比，本发明具备以下优点：

28、1）适配高co2浓度原料气，分离高效且经济。针对co2含量远高于h2s（co2/h2s>2）的原料气，本发明采用“耦合工艺”替代纯精馏或纯吸收路线，有效解决了纯精馏路线设备规模大、能耗高、经济性差，以及纯吸收路线无法获得高纯h2s产品的问题，可高效将h2s从co2“稀释”中分离提浓。

29、2）高效解决共沸物分离难题，保障产品纯度。本发明通过增设共沸塔并采用连续变压精馏工艺，利用压力变化使h2s与丙烷等轻烃的相对挥发度反转，成功打破二者共沸状态，同时采用低压塔底物料返回高压塔的方式减少物料损失，确保h2s产品纯度达标。

30、3）系统灵活性强，适配原料气组成波动。本发明采用溶剂吸收初步分离、预冷却降温分离重烃的方式，降低后续精馏塔的运行压力，有效解决了传统固定参数精馏塔对进料组成波动敏感、操作稳定性差、产品纯度难以保证的问题，提升了工艺操作弹性和适应性，可稳定产出合格产品。

31、4）降低设备投资成本。本发明通过优化工艺流程设计，减少关键设备的体积和数量，规避了传统工艺高压、低温运行对设备材质、体积的高要求，有效降低了装置一次性投资成本和占地面积。

32、5）显著降低系统综合能耗。本发明采用“耦合工艺”通过吸收剂预浓缩，降低压缩、精馏负荷；同时通过冷却、气液分离先分离部分重烃，减少能耗消耗；同时采用换热冷剂与换热器逆向梯级降温，实现能量充分利用，解决了单一精馏法能耗过高的问题。