一种节能且不易堵塞的硫化氢深度脱除塔及其使用方法与流程

1.本发明涉及废气的化学或生物净化技术领域，特别是涉及一种节能且不易堵塞的硫化氢深度脱除塔及其使用方法。


背景技术：

2.硫化氢（h2s）是一种无色、有臭鸡蛋气味的易燃有毒气体，嗅觉阈值极低，环境中几个ppm硫化氢的浓度即能被人感知并引起人的不适反应。硫化氢对人体危害较大，低浓度的硫化氢会引起发热、头晕、呼吸困难，高浓度的硫化氢则会导致窒息。在工业上，硫化氢的酸性和腐蚀性会对设备和管路造成严重腐蚀。因此目前环保部门对排放的废气中的硫化氢含量的要求极为严格，其浓度不得高于1ppm。
3.合成氨、合成甲醇和其他羰基合成、制氢、城市煤气和天然气脱硫等多种场合存在脱除硫化氢的需求，目前最常用的硫化氢脱除手段为低温甲醇洗工艺，其采用零下50℃的甲醇作为吸收剂物理吸收硫化氢。
4.但低温甲醇洗工艺存在一定的问题，其最大的问题在于能耗。由于低温甲醇洗工艺为物理吸收工艺，由亨利定律可知，若需要将气相中的硫化氢浓度降到足够低，则吸收塔中所需的液气比将会急剧上升，进而导致吸收塔循环泵能耗以及解吸塔能耗急剧上升，且由于解吸塔与吸收塔温差很大，二者之间的制冷和预热的能耗也会急剧上升。实际操作中我们发现，采用低温甲醇洗工艺将废气中的硫化氢降低到10-20ppm是比较经济的，而若采用低温甲醇洗工艺将废气中的硫化氢浓度继续降低到1ppm以下，则整个装置的能耗将提升一个数量级。


技术实现要素：

5.本发明提供一种节能且不易堵塞的硫化氢深度脱除塔及其使用方法。
6.解决的技术问题是：低温甲醇洗工艺为物理吸收工艺，受亨利定律限制，将废气中的硫化氢含量降低到1ppm以下时能耗会迅速上升。
7.为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种节能且不易堵塞的硫化氢深度脱除塔，采用将硫化氢氧化为单质硫的方式对经过低温甲醇洗的废气进行深度硫化氢脱除，待处理的废气和起氧化作用的空气自塔底进入并自塔顶排出，并与含有催化剂的缓冲液在塔内逆流接触；所述脱除塔包括自下而上间隔设置在塔内的文氏棒层和多个填料层、用于将待处理的废气引入釜液的废气鼓泡器、用于将空气引入釜液的空气鼓泡器、进液管通向釜液且出液管通向最顶层的填料层上方的主循环泵、出口沿加药泵通向主循环泵的进液管的缓冲液储罐、出口沿加药泵通向主循环泵的进液管的紧急氧化剂储罐、出口沿加药泵通向主循环泵的进液管的催化剂溶液储罐、以及进口和出口分别通向釜液的硫颗粒过滤系统。
8.进一步，所述缓冲液为碳酸氢钠溶液，所述紧急氧化剂为双氧水或次氯酸钠溶液，所述催化剂溶液为磺化酞菁钴溶液。
9.进一步，所述废气鼓泡器为多个分别与进气管道连通并竖直向下插入釜液的硬管，各硬管下端高于空气鼓泡器设置，所述空气鼓泡器位于塔釜底部。
10.进一步，所述硫颗粒过滤系统包括气浮机以及硫泡沫过滤机，所述气浮机的液相进口和流体出口与釜液连通、气相进口与空气鼓泡器的进气管道连通、且泡沫出口与硫泡沫过滤机的进口连通，所述硫泡沫过滤机的液相出口通向气浮机的液相出口。
11.进一步，所述文氏棒层的上方与下方以及每个填料层的上方与下方均设置有液体分布器，所述液体分布器为布水板，所述主循环泵的出液管在高于最顶部的液体分布器的位置经喷淋装置进入塔内。
12.进一步，所述脱除塔还包括设置在塔内顶部、用于对排出的废气进行除雾的除雾器。
13.进一步，所述脱除塔还包括一端通向釜液、另一端向上延伸后再向下通向地下放空槽的气相中的气相平衡管。
14.进一步，所述脱除塔还包括一端通向文氏棒层与最底层的填料层之间、另一端向上延伸后再向下插入到地下放空槽的液面下的溢流管，所述溢流管侧面最高处通过管道与气相平衡管连通，且最低处与釜液底部通过带有手动阀门的底流管连通。
15.进一步，所述空气鼓泡器的进气管道上设置有自力式调节阀，所述自力式调节阀设置在进气管道分岔通向气浮机和空气鼓泡器之前的位置。
16.一种节能且不易堵塞的硫化氢深度脱除塔的使用方法，利用上述的一种节能且不易堵塞的硫化氢深度脱除塔来脱除废气中的硫化氢，并包括以下步骤：步骤一：向塔釜注入含有催化剂的缓冲液，启动主循环泵，使缓冲液充分浸润填料层与文氏棒层；之后沿空气鼓泡器持续鼓入空气使釜液溶氧；步骤二：沿废气鼓泡器鼓入废气；步骤三：废气和空气混合后顺次向上通过釜液、文氏棒层和填料层，与含有催化剂的缓冲液逆流接触并在缓冲液中被催化氧化，在除雾后从塔顶排出；步骤四：当釜液中出现硫颗粒后，启动气浮机与硫泡沫过滤机对釜液中的硫颗粒进行浓缩富集与分离回收；步骤五：系统运行期间，进行如下维护工作：监测脱除塔出口硫化氢浓度，一旦监测到出口气体中硫化氢含量超标后立即加入紧急氧化剂作为辅助氧化手段强化硫化氢的氧化，紧急氧化剂间歇性单次过量加入；依靠工艺水或压缩空气定期冲洗除雾器，当除雾器差压超过100pa时提高冲洗频次；监测釜液的液位及ph值，通过包括补充缓冲液、补充工艺水、补充紧急氧化剂、补充催化剂溶液、以及排放部分釜液在内的手段维持釜液的液位及ph值稳定。
17.本发明一种节能且不易堵塞的硫化氢深度脱除塔及其使用方法与现有技术相比，具有如下有益效果：本发明中，采用将硫化氢氧化为单质硫的方式对经过低温甲醇洗的废气进行深度硫化氢脱除，氧化还原反应不受亨利定律限制，提升脱除效果不会导致能耗陡然提升，这使低温甲醇洗装置只需要将废气中的硫化氢降低到10-20ppm，从而极大降低了低温甲醇洗装置中吸收塔所需的液气比，进而明显降低了整个装置的能耗；
本发明中，发明人发现，若塔内某处集中发生反应，则该处氧化产生的单质硫易造成堵塞，通过使空气鼓泡器低于废气鼓泡器，空气鼓泡器不易因开口处集中反应产生的硫颗粒而堵塞；废气鼓泡器为硬管，不易像常规的鼓泡器那样因开口处集中反应产生的硫颗粒而堵塞；通过在填料层下设置不易堵塞且湍动剧烈的文氏棒层，使废气中的硫化氢在进入填料层前预先在文氏棒层中被消耗大部分，同时采用多层填料和多层液体分布器的方式，避免填料层中气液分布不均，从而确保了塔内不发生堵塞。
附图说明
18.图1为本发明一种节能且不易堵塞的硫化氢深度脱除塔的结构示意图；其中，11-文氏棒层，12-填料层，21-液体分布器，22-废气鼓泡器，23-空气鼓泡器，31-主循环泵，32-加药泵，41-缓冲液储罐，42-紧急氧化剂储罐，43-催化剂溶液储罐，51-气浮机，52-硫泡沫过滤机，6-除雾器，71-地下放空槽，72-气相平衡管，73-溢流管，74-底流管，8-釜液。
具体实施方式
19.如图1所示，一种节能且不易堵塞的硫化氢深度脱除塔，采用将硫化氢氧化为单质硫的方式对经过低温甲醇洗的废气进行深度硫化氢脱除，待处理的废气和起氧化作用的空气自塔底进入并自塔顶排出，并与含有催化剂的缓冲液在塔内逆流接触；脱除塔包括自下而上间隔设置在塔内的文氏棒层11和多个填料层12、用于将待处理的废气引入釜液8的废气鼓泡器22、用于将空气引入釜液8的空气鼓泡器23、进液管通向釜液8且出液管通向最顶层的填料层12上方的主循环泵31、出口沿加药泵32通向主循环泵31的进液管的缓冲液储罐41、出口沿加药泵32通向主循环泵31的进液管的紧急氧化剂储罐42、出口沿加药泵32通向主循环泵31的进液管的催化剂溶液储罐43、以及进口和出口分别通向釜液8的硫颗粒过滤系统。
20.这里文氏棒层11不仅要确保进入填料层12的硫化氢少，而且还要通过本层强烈的湍动使氧气和硫化氢充分溶于缓冲液。同时，由于这里孔隙均匀且湍动程度大，硫颗粒很难长大，且即使有大颗粒的硫颗粒也不会堵塞。
21.缓冲液为碳酸氢钠溶液，这里缓冲液主要是提供均相催化的反应环境，本身不会和硫化氢反应而被消耗。缓冲液要呈碱性，以促进硫化氢进入缓冲液，这里也可选用碳酸氢钾。缓冲液应从各种弱二元酸的氢盐中选取，但常用的磷酸氢盐不可选用，其长时间使用后会变成磷酸二氢盐，溶液呈酸性，抑制硫化氢进入缓冲液。
22.紧急氧化剂为双氧水或次氯酸钠溶液，这两种都不会向缓冲液引入影响其正常使用的杂质，同时又能在排出的废气中硫化氢含量超标时及时止损。
23.催化剂溶液为磺化酞菁钴溶液，用来催化硫化氢与氧气的反应。
24.废气鼓泡器22为多个分别与进气管道连通并竖直向下插入釜液8的硬管，以免堵塞；各硬管下端高于空气鼓泡器23设置，空气鼓泡器23位于塔釜底部，使空气中的氧气溶于釜液8。实际使用中，在空气鼓泡器23高于废气鼓泡器22时，空气鼓泡器23的开口处很容易因集中发生反应而产生大量硫颗粒，从而被堵塞。
25.硫颗粒过滤系统包括气浮机51以及硫泡沫过滤机52，气浮机51的液相进口和流体
出口与釜液8连通、气相进口与空气鼓泡器23的进气管道连通、且泡沫出口与硫泡沫过滤机52的进口连通，硫泡沫过滤机52的液相出口通向气浮机51的液相出口。这是常见的用法，这里不再赘述。
26.文氏棒层11的上方与下方以及每个填料层12的上方与下方均设置有液体分布器21，液体分布器21为布水板，主循环泵31的出液管在高于最顶部的液体分布器21的位置经喷淋装置进入塔内。这里之所以设置如此多的液体分布器21，并且还将填料层12做成多层，使为了有效杜绝短流、沟流等各种造成气液分布不均的情况，避免因某处集中发生反应而被硫颗粒堵塞，在反应均匀且反应强度较低时，硫颗粒没机会长大，不会堵塞填料层12。
27.脱除塔还包括设置在塔内顶部、用于对排出的废气进行除雾的除雾器6。这是常见的用法，这里同样不再赘述。
28.脱除塔还包括一端通向釜液8、另一端向上延伸后再向下通向地下放空槽71的气相中的气相平衡管72，用于维持脱除塔和放空槽之间的气相平衡，脱除塔还包括一端通向文氏棒层11与最底层的填料层12之间、另一端向上延伸后再向下插入到地下放空槽71的液面下的溢流管73，该管道用于避免釜液8的液位过高，其比较曲折，因此在图1中进行了加粗以与其他管道形成区分；溢流管73侧面最高处通过管道与气相平衡管72连通，这样与倒u形的溢流管73配合，可防止虹吸；溢流管73侧面最低处与釜液8底部通过带有手动阀门的底流管74连通。注意这根连接用到管道以及溢流管73都不与废气进入脱除塔的管道连通，图1上有交叉的地方用专门的符号进行了标记。
29.空气鼓泡器23的进气管道上设置有自力式调节阀，自力式调节阀设置在进气管道分岔通向气浮机51和空气鼓泡器23之前的位置。
30.本技术中的脱除塔一旦断了空气，则塔内的氧化剂来源便被迅速切断，很快出塔的废气中的硫化氢浓度就会超标，因此这里需要确保管路上的自动阀有足够的可靠性。
31.一种节能且不易堵塞的硫化氢深度脱除塔的使用方法，利用上述的一种节能且不易堵塞的硫化氢深度脱除塔来脱除废气中的硫化氢，并包括以下步骤：步骤一：向塔釜注入含有催化剂的缓冲液，启动主循环泵31，使缓冲液充分浸润填料层12与文氏棒层11；之后沿空气鼓泡器23持续鼓入空气使釜液8溶氧；步骤二：沿废气鼓泡器22鼓入废气；步骤三：废气和空气混合后顺次向上通过釜液8、文氏棒层11和填料层12，与含有催化剂的缓冲液逆流接触并在缓冲液中被催化氧化，在除雾后从塔顶排出；步骤四：当釜液8中出现硫颗粒后，启动气浮机51与硫泡沫过滤机52对釜液8中的硫颗粒进行浓缩富集与分离回收；步骤五：系统运行期间，进行如下维护工作：监测脱除塔出口硫化氢浓度，一旦监测到出口气体中硫化氢含量超标后立即加入紧急氧化剂作为辅助氧化手段强化硫化氢的氧化，紧急氧化剂间歇性单次过量加入；这里的加药泵32均为与dcs控制系统电连接的计量泵，同时，废气进出吸收塔的管道上都要设置测量硫化氢浓度的传感器，两处传感器均同dcs系统电连接。进入脱除塔的废气中硫化氢含量升高或者是废气流量提升时，要采用pid控制方式相应地提升作为氧化剂的空气的流量；同时，离开脱除塔的废气中硫化氢含量超标时，要根据超标的程度一次性注
入过量的紧急氧化剂。
32.依靠工艺水或压缩空气定期冲洗除雾器6，当除雾器6差压超过100pa时提高冲洗频次。
33.监测釜液8的液位及ph值，通过包括补充缓冲液、补充工艺水、补充紧急氧化剂、补充催化剂溶液、以及排放部分釜液8在内的手段维持釜液8的液位及ph值稳定。
34.以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。