技术领域
[0001] 本
发明涉及硫化气体
净化脱硫，属于环保领域。更具体地，涉及一种超重力克劳斯尾气脱硫系统装置及应用。
背景技术
[0002] 含硫气体(SO2、COS、SO3、H2S等)是造成大气污染的最主要污染物之一，也是酸雨形成的最主要因素。酸雨使得森林枯萎，
土壤和地表
水酸化，植被破坏，粮食、蔬菜和水果减产，金属和大量建筑被
腐蚀。有关研究表明，我国每排放1吨SO2造成的经济损失约2万元，这就意味着每年我国因SO2排放造成经济损失有数千亿元。因此，我国从2014年起开始实施的－3大气污染物排放标准GB16297-1996明确规定排放烟气中SO2含量小于200mg·m 。为了达到SO2的排放指标，开发更高效的SO2污染控制技术和设备成为大气污染治理的关键。
[0003] 炼油厂过程气中也含有大量的硫化物，如SO2、COS、H2S等。而现如今炼油厂大量采用
克劳斯工艺对其过程气进行回收处理，传统克劳斯工艺是一种比较成熟的多单元处理技术，其本质上是将
硫化氢和二
氧化硫反应生成硫磺而回收硫资源的方法。然而克劳斯反应的转化率一般不超过97％，导致克劳斯尾气会含有一定量未反应H2S和SO2，尾气燃烧后SO2含量远高于200mg·m－3的新标准。因此需要对克劳斯工艺排出的尾气进行脱硫处理。
[0004] 目前工业克劳斯尾气一般以传统吸收塔作为脱硫主体设备，存在以下问题：
[0005] (1)采用塔式设备作为脱硫主体设备，由于受传质过程限制，所以占用空间大、
质量大，安装成本巨大。
[0006] (2)由于塔设备
重心较高，容易发生事故且维修困难。
[0007] (3)传统塔式脱硫装置存在压力降较大的问题，会影响
发动机的性能，必要时还需要增加一
增压风机。
[0008] (4)脱硫效率较低，脱硫燃烧后的尾气SO2含量很难达到新标准规定值。
[0009] 有鉴于此，针对现有克劳斯尾气脱硫系统存在的问题，需要提出一种能够解决上述问题并且具有重要的应用价值和工业化前景的超重力克劳斯尾气脱硫系统装置。
发明内容
[0010] 本发明的一个目的在于提供一种超重力克劳斯尾气脱硫系统装置。该系统装置可有效解决含硫气体净化工艺存在的空间成本及硫回收率低于标准的问题。
[0011] 本发明的另一个目的在于提供一种超重力克劳斯尾气脱硫系统装置的应用。
[0012] 超重力技术是一项强化传质、混合和化学反应的新技术，该技术利用超重力反应器内部
转子旋转产生的
离心力模拟超重力环境来强化传递和反应过程，大幅度地提高传递与反应过程的效率，超重力反应器装置主要包括密闭的壳体，内有一个旋转的转子，转子上有环形填料层，不同的
流体从壳体相应的入口流入旋转床，在旋转的填料层中的离心力场下(即超重力环境)进行传质过程，传质速率比传统的各反应器中提高1-3个数量级。对旋转床强化传质过程原理的一般认识是：流体在离心力场环境下被撕裂成细小的液滴、液丝或液膜，产生大量的快速更新的表面积，大大强化传质和混合过程。
[0013]
现有技术中的
烟气脱硫技术都采用常规吸收塔作为脱硫主体设备，存在背景技术中指出的诸多问题。相对于吸收塔来说，超重力设备具有小型化，轻量化，可撬装、压力降小、效率高、
稳定性高和设备投资和运行成本低等优点。本发明利用超重力技术以及克劳斯工艺的特点，提出一种全新的超重力克劳斯尾气脱硫系统装置。
[0014] 本发明装置在传统克劳斯工艺上采用超重力技术实现深度脱除高浓度硫化氢气体，具有传质效率高，低压降，设备小，运行成本低，在脱硫工艺领域具有重要的应用价值和工业前景。
[0015] 为达到上述第一个目的，本发明采用下述技术方案：
[0016] 一种超重力克劳斯尾气脱硫系统装置，所述系统装置包括气体加热系统1、硫化气体加氢系统2、气体冷却系统3、第一分液系统4、第二分液系统5、超重力吸收反应系统8、
富液系统6以及富液再生系统；克劳斯系统的气体出口与所述气体加热系统1的气体入口相连接；所述气体加热系统1的气体出口以及氢气的出口均与硫化气体加氢系统2的气体入口相连接；所述硫化气体加氢系统2的气体出口与气体冷却系统3的气体入口相连接；所述气体冷却系统3的气体出口与第一分液系统4的气体入口相连接；所述第一分液系统4的气体出口与超重力吸收反应系统8的气体入口相连接；所述超重力吸收反应系统8的气体出口与第二分液系统5的气体入口相连接；所述第二分液系统5的气体出口与尾气焚烧炉17的气体入口相连接；
冷却水的液体出口与所述气体冷却系统3的液体入口相连接；所述超重力吸收反应系统8的液体出口以及第二分液系统5的液体出口均与富液系统6的液体入口相连接；所述富液系统6的液体出口与富液再生系统的液体入口相连接；所述富液再生系统的液体出口与超重力吸收反应系统8的液体入口相连接；所述富液再生系统的气体出口排出的气体送往克劳斯系统。
[0017] 优选地，所述气体加热系统1包括过程加热器，所述过程加热器的出口一侧设有加热器，在脱硫过程中将气体加热到200-260℃。
[0018] 优选地，所述含硫气体主要为含二氧化硫和硫化氢的气体，含硫气体首先经过克劳斯装置的加氢反应器之后采用低压蒸气过程加热和电加热两种加
热处理方式进行热处理使
温度达到200-260℃。
[0019] 优选地，所述超重力吸收反应系统(8)内置吸收液；所述吸收液为醇胺
碱性溶液；所述醇胺选自N-甲基二
乙醇胺(MDEA)、二乙烯三胺(DETA)、乙醇胺(MEA)和哌嗪(PZ)中的一种或多种。
[0020] 优选地，所述吸收液为MDEA溶液，但不限于MDEA溶液。所述吸收液主要作用在于洗涤含H2S气体，吸收H2S并对吸收后的富液再生。所述吸收液吸收含硫气体的反应方程式如下：
[0021] 2R3N+H2S＝＝(R3NH)2S (1)
[0022] (R3NH)2S+H2S＝＝2R3NHHS (2)
[0023] 优选地，所述超重力吸收反应系统8的液体入口设有液体分布器，将吸收液均匀分布在超重力反应器填料内壁；所述超重力吸收反应系统8气体入口处设有压力表，实时监测进气压力。
[0024] 优选地，所述超重力吸收反应系统8包括超重力反应器；所述超重力反应器设有气体进口
阀门，超重力反应器运行时，阀门打开；所述超重力反应器在密闭的壳体中设有转动部件，在壳体和上盖开有液体进、出口及气体进、出口；所述转动部件由转子和填料组成；所述填料选自金属丝网填料、聚四氟填料、陶瓷填料、结构化填料或规整填料；所述超重力反应器的液体进口设有延伸到转子中心空腔区的液体分布器；所述超重力反应器的重力
加速度为10-1500g。
[0025] 优选地，所述超重力吸收反应系统8的液体出口与富液系统6的液体入口相连接，富液系统6的液体出口与富液再生系统的液体入口相连接，富液再生系统的液体出口与超重力吸收反应系统8的液体入口相连接，将经再生后的吸收液重新送入超重力吸收反应系统8，形成一个液相循环系统。
[0026] 优选地，所述富液再生系统中的富液为脱硫吸收处理后的残留液。残留液中富含未脱净的硫化氢以及吸收了含硫气体的吸收液。
[0027] 优选地，所述富液再生系统的原理是
热分解反应。在再生塔或超重力反应器11通过加热器加热，使吸收后含硫气体的吸收液受热分解，收集分解后的H2S。具体反应式如下：
[0028] R3NHHS＝＝R3N+H2S (1)
[0029] (R3NH)2S＝＝2R3N+H2S (2)
[0030] 优选地，所述富液再生系统包括
贫液槽14、
再沸器16、闪蒸罐10、再生塔或再生超重力反应器11、第三分液系统13、冷却器12以及换热器9；所述富液系统6的液体出口依次经过第一
循环泵7和换热器9与闪蒸罐10的液体进口相连接，所述闪蒸罐10的液体出口与再生塔或再生超重力反应器11的液体入口相连接，所述再生塔或再生超重力反应器11的液体出口与贫液槽14的液体入口相连接，所述贫液槽14的液体出口经过第二
循环泵15与再沸器16的液体进口相连接，所述再沸器16的液体出口与再生塔或再生超重力反应器11的液体入口相连接；所述再生塔或再生超重力反应器11的气体出口经
过冷却器12与第三分液罐13的气体入口相连接，所述第三分液罐13的气体出口与克劳斯尾气装置的气体入口相连接；所述第三分液罐13的液体出口与再生塔或再生超重力反应器11的液体入口相连接；所述贫液槽14的液体出口依次经过第二循环泵15和换热器9与超重力吸收反应系统8液体进口相连接。
[0031] 优选地，所述冷却水的液体出口与气体冷却系统3的液体入口之间设有第一阀门；所述硫化气体加氢系统2的气体出口与气体冷却系统3的气体入口之间设有第二阀门；所述第一分液系统4的气体出口与超重力吸收反应系统8的气体入口之间设有第三阀门；所述超重力吸收反应系统8的液体出口与富液系统6的液体入口之间设有第四阀门；所述第二分液系统5的液体出口与富液系统6的液体入口之间设有第五阀门；所述富液再生系统的液体出口与超重力吸收反应系统8的液体入口之间设有第六阀门；所述超重力吸收反应系统8的气体出口与第二分液系统5的气体入口之间设有第七阀门；所述第二分液系统5的气体出口与尾气焚烧炉17的气体入口之间设有第八阀门。
[0032] 优选地，所述超重力吸收反应系统8气体入口与富液系统6连有平衡管，防止液体滞吸和倒吸。
[0033] 优选地，所述克劳斯尾气为含硫气体，所述含硫气体包含硫化氢和二氧化硫；系统装置所处理的气体为克劳斯系统排出的克劳斯尾气；所述氢气来自于氢气发生装置；所述气体加热系统1的加热介质为自装置外来的低压
蒸汽。
[0034] 优选地，所述超重力吸收反应系统8与第二分液系统5相连接；经过超重力吸收反应系统8脱硫后的气体到达第二分液系统5进行气液分离，分离出的液体进入富液系统6循环使用，分离出的气体经过尾气焚烧炉燃烧后达到国家标准后排放到大气。
[0035] 优选地，所述第二分液系统5包括气液分离罐，经过净化的含硫气体在气液分离罐中除去气体中夹带的液滴。所述富液系统6的管路上接有支
流管路连接到气液分离罐的液体出口，气液分离罐分离出的工艺水供给富液系统6循环使用；所述第二分液系统5的气体出口与尾气焚烧炉17连接，达到排放标准的气体经烟囱排出。
[0036] 优选地，所述富液系统6的液体出口处设有第一循环泵7；所述贫液槽14的液体出口处设有第二循环泵15。
[0037] 进一步地，本发明还公开了如上所述的超重力脱硫系统装置在脱除含硫化氢气体领域中的应用。
[0038] 现有技术中，关于克劳斯尾气脱硫技术与本
申请相关性较大的
专利有两篇:专利CN201410025991和CN201410026037，两项专利详述了螯合
铁脱硫剂的配方，并采用超重力反应器作为吸收反应设备，进行克劳斯尾气脱硫。但是，上述两篇专利在脱硫处理过程中仍然存在如下缺点：吸收反应过程为
氧化还原反应，生成的硫单质容易
结垢，造成填料或管路堵塞。针对上述缺点及传统吸收塔作为脱硫主体设备的不足，本发明基于MDEA与硫化氢之间的酸碱反应的原理，实现了气相中硫化氢的脱除，同时结合加热
汽提再生系统，提出一种全新的超重力克劳斯尾气脱硫系统装置。本发明装置在传统克劳斯工艺上采用超重力技术实现深度脱除高浓度硫化氢气体，具有传质效率高，低压降，设备小，运行成本低，在脱硫工艺领域具有重要的应用价值和工业前景。
[0039] 本发明的有益效果如下：
[0040] 本发明利用超重力技术以及克劳斯工艺的特点，将超重力反应器应用于克劳斯工艺脱硫领域，通过对整个系统装置进行改进和设计，提出一种全新的超重力克劳斯尾气脱硫系统装置，该装置体积小，吸收剂简单成本低，完全适用于各种高浓度含硫克劳斯尾气的特点。使用超重力反应器为吸收装置，采用超重力反应器脱除含硫气体中的硫氧化物、硫化氢等，本发明在超重力克劳斯尾气脱硫领域具有重要的应用价值和工业化前景。
[0041] 通过采用超重力技术实现深度脱除克劳斯尾气中的硫化氢，为克劳斯尾气脱硫工艺提供一种传质效率高、低压降的系统装置。同时，该装置具有设备体积小、运行成本低等优点，为提高我国脱硫工业的国际市场竞争力提供技术
支撑，为改善空气环境作出重大贡献。
附图说明
[0042] 下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
[0043] 图1示出本发明的超重力克劳斯尾气脱硫系统装置的示意图。
具体实施方式
[0044] 为了更清楚地说明本发明，下面结合优选
实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
[0045] 实施例1
[0046] 一种超重力克劳斯尾气脱硫系统装置，所述系统装置包括气体加热系统1、硫化气体加氢系统2、气体冷却系统3、第一分液系统4、第二分液系统5、超重力吸收反应系统8、富液系统6以及富液再生系统；克劳斯系统的气体出口与所述气体加热系统1的气体入口相连接；所述气体加热系统1的气体出口以及氢气的出口均与硫化气体加氢系统2的气体入口相连接；所述硫化气体加氢系统2的气体出口与气体冷却系统3的气体入口相连接；所述气体冷却系统3的气体出口与第一分液系统4的气体入口相连接；所述第一分液系统4的气体出口与超重力吸收反应系统8的气体入口相连接；所述超重力吸收反应系统8的气体出口与第二分液系统5的气体入口相连接；所述第二分液系统5的气体出口与尾气焚烧炉17的气体入口相连接；冷却水的液体出口与所述气体冷却系统3的液体入口相连接；所述超重力吸收反应系统8的液体出口以及第二分液系统5的液体出口均与富液系统6的液体入口相连接；所述富液系统6的液体出口与富液再生系统的液体入口相连接；所述富液再生系统的液体出口与超重力吸收反应系统8的液体入口相连接；所述富液再生系统的气体出口排出的气体送往克劳斯系统。
[0047] 所述气体加热系统1包括过程加热器，所述过程加热器的出口一侧设有电加热器，在脱硫过程中将气体加热到200-260℃。
[0048] 所述含硫气体主要包含硫化氢气体，含硫气体首先经过克劳斯反应系统，之后采用低压蒸气过程加热和电加热两种加热处理方式进行热处理使温度达到200-260℃。
[0049] 所述超重力吸收反应系统8内置吸收液；所述吸收液为为MDEA溶液。
[0050] 所述超重力吸收反应系统8的液体入口设有液体分布器，将吸收液均匀分布在超重力反应器填料内壁。
[0051] 所述超重力吸收反应系统8包括超重力反应器；所述超重力反应器设有阀门，超重力反应器运行时，阀门打开；所述超重力反应器在密闭的壳体中设有转动部件，在壳体和上盖开有液体进、出口及气体进、出口；所述转动部件由转子和填料组成；所述填料选自金属丝网填料、聚四氟填料、陶瓷填料、结构化填料或规整填料；所述超重力反应器的液体进口设有延伸到转子中心空腔区的液体分布器；所述超重力反应器的
重力加速度为10-1500g。
[0052] 所述超重力吸收反应系统8的液体出口与富液系统6的液体入口相连接，富液系统6的液体出口与富液再生系统的液体入口相连接，富液再生系统的液体出口与超重力吸收反应系统8的液体入口相连接，将经再生后的吸收液重新送入超重力吸收反应系统8，形成一个液相循环系统。
[0053] 所述富液再生系统包括贫液槽14、再沸器16、闪蒸罐10、再生塔或超重力反应器(11)、第三分液系统13、冷却器12以及换热器9；所述富液系统6的液体出口依次经过第一循环泵7和换热器9与闪蒸罐10的液体进口相连接；所述闪蒸罐10的液体出口与再生塔或超重力反应器(11)的液体入口相连接；所述再生塔或超重力反应器(11)的液体出口与贫液槽14的液体入口相连接；所述贫液槽14的液体出口经过第二循环泵15与再沸器16的液体进口相连接；所述再沸器16的液体出口与再生塔或超重力反应器(11)的液体入口相连接；所述再生塔或超重力反应器(11)的气体出口经过冷却器12与第三分液罐13的气体入口相连接；所述第三分液罐13的气体出口与克劳斯尾气装置的气体入口相连接；所述第三分液罐13的液体出口与再生塔或超重力反应器(11)的液体入口相连接；所述贫液槽14的液体出口依次经过第二循环泵15和换热器9与超重力吸收反应系统8液体进口相连接。
[0054] 所述冷却水的液体出口与气体冷却系统3的液体入口之间设有第一阀门；所述硫化气体加氢系统2的气体出口与气体冷却系统3的气体入口之间设有第二阀门；所述第一分液系统4的气体出口与超重力吸收反应系统8的气体入口之间设有第三阀门；所述超重力吸收反应系统8的液体出口与富液系统6的液体入口之间设有第四阀门；所述第二分液系统5的液体出口与富液系统6的液体入口之间设有第五阀门；所述富液再生系统的液体出口与超重力吸收反应系统8的液体入口之间设有第六阀门；所述超重力吸收反应系统8的气体出口与第二分液系统5的气体入口之间设有第七阀门；所述第二分液系统5的气体出口与尾气焚烧炉17的气体入口之间设有第八阀门。
[0055] 所述克劳斯尾气为含硫气体，所述含硫气体包括二氧化硫气体和硫化氢气体；系统装置所处理的气体包括自装置外来的克劳斯尾气以及再生系统产生的含硫气体；所述氢气来自于氢气发生装置；所述气体加热系统1的加热介质为自装置外来的低压蒸汽。
[0056] 所述超重力吸收反应系统8与第二分液系统5相连接；经过超重力吸收反应系统8脱硫后的气体到达第二分液系统5进行气液分离，分离出的液体进入富液系统6循环使用，分离出的气体经过尾气焚烧炉17燃烧后达到国家标准后排放到大气。
[0057] 本发明超重力克劳斯尾气脱硫系统装置的工作原理为：
[0058] 含二氧化硫的气体和含硫化氢的气体首先进入克劳斯系统装置，产生的克劳斯尾气随后进入本发明的系统装置，首先经过低压蒸气和电加热两种方式结合加热到200-260℃，然后与自装置外来的氢气共同进入加氢反应器，反应将硫氧化物还原为硫化氢，加氢反应器出口气体进入气体冷却系统中的急冷塔冷却后进入第一分液系统中的分液罐，气体从分液罐直接通入超重力反应器气体入口，吸收液同时进入超重力反应器。经过超重力反应器循环吸收后的气体从超重力反应器气体出口进入第二分液系统中的气液分离罐脱除气体中的水蒸气，气液分离罐分离出的气体直接进入尾气焚烧炉焚烧，焚烧后的尾气符合国家二氧化硫排放标准，予以排放。气液分离罐脱除的工艺水以及超重力反应器吸收后的贫液供给富液系统。富液经过第一循环泵输送到富液再生系统进入再生塔或超重力反应器转化为贫液继续输送给超重力反应器作为吸收液。再生塔或超重力反应器脱除出来的含硫气体再次进入本发明装置系统进行再循环。整个系统能够实现良好的循环，保证含硫气体达到排放标准后排放。
[0059] 实施例2
[0060] 将本发明实施例1中的系统装置应用于克劳斯尾气中含硫气体的脱硫处理，具体的工艺参数为：含硫气体气量31024Nm3/h，SO2含量0.82v％，H2S含量0.91v％，温度为198℃，压力0.126MPa，吸收液为含30％MDEA吸收液。采用本发明的系统装置进行脱硫处理并焚烧后SO2含量为38mg/Nm3，装置系统压降为1.6kPa。
[0061] 实施例3
[0062] 将本发明实施例1中的系统装置应用于克劳斯尾气中含硫气体的脱硫处理，具体的工艺参数为：含硫气体气量4017Nm3/h，SO2含量0.88v％，H2S含量0.85v％，温度为189℃，压力0.129MPa。采用本发明的系统装置进行脱硫处理，吸收液为含35％MDEA吸收液。含硫气3
经吸收液吸收后焚烧后SO2含量57mg/Nm，装置系统压降为1.4kPa。
[0063] 实施例4
[0064] 将本发明实施例1中的系统装置应用于克劳斯尾气中含硫气体的脱硫处理，具体的工艺参数为：含硫气体气量5138Nm3/h，SO2含量0.92v％，H2S含量0.87v％，温度为180℃，压力0.132MPa。采用本发明的系统装置进行脱硫处理，吸收液为含35％MDEA吸收液。含硫气经吸收液吸收后焚烧后SO2含量30mg/Nm3，装置系统压降为1.45kPa。
[0065] 对比例1
[0066] 将常规吸收塔作为脱硫主体设备应用于克劳斯尾气中含硫气体的脱硫处理，具体的工艺参数与实施例1中的参数一致：气量31024Nm3/h，SO2含量0.82v％，H2S含量0.91v％，温度为198℃，压力0.126MPa。采用常规吸收塔作为脱硫主体设备进行尾气净化处理，尾气3
经碱液吸收燃烧后SO2含量850mg/Nm，装置系统压降为2.6kPa。
[0067] 显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的
基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
