一種富氫氣源脫除硫化氫的全溫程變壓吸附法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種富氫氣源脫除硫化氫的全溫程變壓吸附法，涉及氣體脫硫提純技術(shù)領(lǐng)域，通過(guò)全溫程變壓吸附濃縮后；脫除掉大部分H2S的富氫氣可選擇變壓吸附法或一次性吸附法繼續(xù)深度脫除硫化氫；富含H2S的解吸氣直接去脫硫制硫裝置，較原料氣量減少80%，減少了脫硫液的循環(huán)量，同時(shí)減少了機(jī)泵的能耗；脫硫制硫裝置可采用純堿脫硫制硫工藝或者克勞斯法，將富硫化氫解吸氣中的H2S脫除至100ppm左右，脫硫工藝生成的單質(zhì)硫泡沫，使用硫回收裝置制成硫磺。
【專利說(shuō)明】
一種富氫氣源脫除硫化氫的全溫程變壓吸附法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及氣體脫硫提純技術(shù)領(lǐng)域，更具體的說(shuō)是涉及一種富氫氣源脫除硫化氫的全溫程變壓吸附法。
【背景技術(shù)】
[0002]硫化氫(H2S)在天然氣、煉廠氣、合成氣等工業(yè)氣體中是一種有害雜質(zhì)。它的存在不僅嚴(yán)重地威脅人身安全，而且會(huì)引起設(shè)備和管道的腐蝕和催化劑中毒，尤其是煉油加氫產(chǎn)生的大量富氫氣干氣中常常伴有H2S。加氫所需的氫氣來(lái)源大多是從含氫干氣中回收氫氣循環(huán)使用，這樣可以降低加氫成本，煉廠干氣也能綜合利用。但是，含氫煉廠干氣中的H2S,會(huì)使加氫過(guò)程中的加氫催化劑中毒，因此必須進(jìn)行脫除。工業(yè)上有效的脫除方法總的可分為濕法和干法兩大類，一般根據(jù)H2S的含量和規(guī)模的大小選擇適宜的脫除方法;無(wú)論是濕法還是干法，這些原料氣在進(jìn)入脫除系統(tǒng)前需要先降低氣體溫度至常溫20?45°C，這樣造成了極大的原料氣體顯熱浪費(fèi)。
[0003]H2S含量大的一般首先經(jīng)過(guò)化學(xué)吸收法，將所有氣體通入吸收液中，將H2S吸收到溶液中，通過(guò)熱再生后送至克勞斯裝置，剩余氣體再進(jìn)入精脫硫環(huán)節(jié);而實(shí)際生產(chǎn)中，生產(chǎn)到了一定規(guī)模，需要處理的氣量龐大，那么需要的化學(xué)溶劑的循環(huán)流量也相應(yīng)的變大，帶動(dòng)化學(xué)溶劑循環(huán)流動(dòng)的能耗相應(yīng)變高，同時(shí)大量氣流會(huì)帶走部分化學(xué)溶劑，造成化學(xué)溶劑損失，進(jìn)而又為脫硫工段增加了成本;而在化學(xué)吸收后的精脫硫環(huán)節(jié)一般是采用干法脫硫，用固體吸收劑來(lái)脫除硫化物，主要適用于低含硫氣體處理，其過(guò)程大多存在脫硫劑再生困難或不可再生等問(wèn)題，一些干法脫硫工藝如鈷鉬加氫轉(zhuǎn)化法、錳礦法、氧化鐵、氧化鋅法等，由于需要定期更換脫硫劑而不能連續(xù)操作，脫硫成本高，脫硫后的廢棄物造成的環(huán)境污染等，因而也主要進(jìn)行低含量H2S的處理;活性炭和分子篩吸附法采用變溫吸附技術(shù)脫硫，需要用蒸汽或惰性氣體來(lái)高溫再生，然而再生能耗大，再生后的蒸汽或惰性氣體被H2S污染無(wú)法使用或需降溫凈化使用，總運(yùn)行成本太高；所以吸附劑壽命長(zhǎng)無(wú)需高溫再生的傳統(tǒng)變壓吸附(PSA)受到青睞，但傳統(tǒng)PSA在常溫下進(jìn)行，一般仍然要求進(jìn)PSA之前H2S的含量不高于400?650mg/Nm3，否貝IjH2S分壓太高而不能解吸。此外，待處理的原料氣中H2S含量過(guò)低，H2S分壓也低，常溫PSA也無(wú)法有效地吸附H2S。因此，一旦原料氣中的H2S含量有所波動(dòng)，常溫PSA方法就難以應(yīng)對(duì)，比如，煉油過(guò)程中的“三頂瓦斯氣”、“催化裂化干氣”、“焦化干氣”，以及煤化工的“焦?fàn)t煤氣”、“合成氣”等，均是富含氫氣或富含甲烷氣源中H2S含量波動(dòng)較大的工況。
[0004]在傳統(tǒng)PSA循環(huán)操作中，通常吸附在常溫進(jìn)行，且溫度越低、壓力越高，越有利于吸附。但是，吸附越容易，一般解吸就越困難，比如，原料氣中的較高濃度的H2S,雖然在常溫或者低溫下能夠很好地吸附但因H2S分壓較大且與吸附劑結(jié)合較緊而難以解吸，甚至?xí)茐拇矊?但是，原料氣中的吸附質(zhì)(H2S)濃度越低，其分壓越低，同樣也會(huì)越難吸附。采用傳統(tǒng)的常溫變壓吸附(PSA)方法對(duì)原料氣脫除其中的H2S雜質(zhì)正是屬于這類復(fù)雜的工況，很難處理。傳統(tǒng)上，一般也可以采用變溫吸附(TSA)加以處理。TSA是在壓力一定下，吸附溫度越低，越有利于吸附。同時(shí)，再生溫度越高，越有利于再生完全。但是，再生溫度要提高，且必須選擇與H2S無(wú)反應(yīng)的惰性熱載體或蒸汽，需要消耗大量的再生氣體及熱量，尤其H2S在高溫下易在吸附劑表面析出單質(zhì)硫時(shí)，需要高達(dá)400°C以上的高溫才能再生完全。若選擇一般的熱載體氮?dú)?N2)或水蒸汽時(shí)，再生氣體熱氮還需降溫凈化及回收!125，消耗增加;若選擇水蒸汽，無(wú)法回收1125，水蒸汽也無(wú)法經(jīng)過(guò)再生而循環(huán)使用。同時(shí)，由于再生加熱需要足夠的時(shí)間，難以匹配短暫的吸附時(shí)間，使得TSA吸附與再生的循環(huán)過(guò)程難于有效實(shí)現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]全溫程變壓吸附(英文全稱:FulI Temperature Range-Pressure SwingAdsorpt1n，簡(jiǎn)稱:FTrPSA)是一種以變壓吸附為基礎(chǔ)并與各種分離技術(shù)相耦合的方法，利用不同物料組分本身在不同壓力與溫度下的吸附分離系數(shù)及物理化學(xué)性質(zhì)的差異性，采取中高溫的變壓吸附(PSA)吸附與解吸易于匹配和平衡的循環(huán)操作來(lái)分離和提純各種氣體(包括含硫化氫的富氫氣源，以下簡(jiǎn)稱“原料氣”)。
[0006]本發(fā)明提供一種富氫氣源脫除硫化氫的全溫程變壓吸附法，采用FTrPSA方法，徹底解決了傳統(tǒng)常溫PSA分離方法或因H2S濃度較低難以吸附，或因H2S濃度較高而再生難以完全，以及傳統(tǒng)TSA吸附與再生循環(huán)難以實(shí)現(xiàn)、再生氣體難以選擇且無(wú)法循環(huán)利用、再生溫度高且耗能、吸附再生循環(huán)中溫差過(guò)大導(dǎo)致吸附劑使用壽命短等技術(shù)瓶頸。
[0007]為解決上述的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
一種富氫氣源脫除硫化氫的全溫程變壓吸附法，包括如下工序:
A.中溫變壓吸附濃縮工序，含H2S富氫原料氣體經(jīng)進(jìn)氣管道進(jìn)入中溫變壓吸附濃縮系統(tǒng)，所述中溫變壓吸附濃縮系統(tǒng)中采用多塔串聯(lián)或并聯(lián)工藝，交替循環(huán)操作，操作溫度為50?150°C，吸附完成后抽真空解吸，所述中溫變壓吸附濃縮系統(tǒng)將原料氣分為含少量H2S的中間氣體和富H2S的濃縮氣體兩部分；
B.產(chǎn)品氣輸出工序，將上述中溫變壓吸附濃縮工序得到的中間氣體通入產(chǎn)品氣管道，送出界區(qū)；
C.硫回收工序，所述富H2S的濃縮氣體直接進(jìn)入硫回收裝置，回收硫。
[0008]更進(jìn)一步的，所述變壓吸附濃縮工序中總有一個(gè)或多個(gè)吸附塔處于吸附步驟而其余的吸附塔則處于抽空、再生步驟。
[0009]更進(jìn)一步的，所述產(chǎn)品氣輸出工序中，所述中間氣體在被送出界區(qū)前還要進(jìn)行精脫硫化氫處理。
[0010]更進(jìn)一步的，所述精脫硫化氫處理采用變壓吸附法，產(chǎn)品氣出從吸附塔頂部轉(zhuǎn)出，解吸后得到的解吸氣通過(guò)解吸氣風(fēng)機(jī)送至硫回收裝置利用。
[0011]更進(jìn)一步的，所述精脫硫化氫處理采用常溫吸附、常壓解吸的變壓吸附法將中間氣體中的H2S繼續(xù)深度脫除，采用兩個(gè)及以上的吸附塔;所述吸附塔包括一個(gè)或多個(gè)復(fù)合裝填床層的吸附材料。
[0012]更進(jìn)一步的，所述精脫硫化氫處理采用一次性吸附法。
[0013]更進(jìn)一步的，所述一次性吸附法采用兩個(gè)或以上的吸附塔連續(xù)操作；吸附劑是一個(gè)或多個(gè)復(fù)合裝填床層的吸附材料，中溫變壓吸附濃縮工序得到的中間氣體進(jìn)入一次性吸附塔，吸附一定時(shí)間后產(chǎn)品氣體H2從一次性吸附塔頂部進(jìn)入產(chǎn)品氣體管道，附著H2S的吸附劑從一次性吸附塔轉(zhuǎn)出離線再生或更換新的吸附劑。
[0014]更進(jìn)一步的，所述硫回收工序采用濕法脫硫制硫工藝。
[0015]更進(jìn)一步的，所述濕法脫硫制硫工藝采用堿性溶劑脫硫，將H2S脫除至10ppm左右，脫硫工藝生成的單質(zhì)硫泡沫，使用硫回收裝置制成硫磺。
[0016]更進(jìn)一步的，所述硫回收工序采用克勞斯法脫硫制硫工藝，富硫化氫解吸氣進(jìn)入燃燒爐，在燃燒爐內(nèi)三分之一的H2S與氧燃燒生成S02，剩余的H2S與SO2在催化劑的作用下進(jìn)行克勞斯轉(zhuǎn)化反應(yīng)生成硫磺；自轉(zhuǎn)化器出來(lái)的反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)入冷凝冷卻器，液態(tài)硫磺流至硫磺罐制得硫磺。
[0017]本發(fā)明人首次提出了在溫度為50?150°C的中溫范圍內(nèi)，先采用中溫變壓吸附濃縮的方法直接對(duì)帶溫帶壓的原料氣進(jìn)行H2S的濃縮處理，使得H2S濃度較高的原料氣分成H2S含量較少的中間氣體(未被吸附的組分)和H2S含量更高的濃縮氣體(H2S被吸附的解吸氣)；同時(shí)，富含H2S的濃縮氣體再進(jìn)入采用堿性溶劑脫硫的濕法脫硫制硫工藝，即，濃縮氣體進(jìn)入燃燒爐，在燃燒爐內(nèi)三分之一的H2S與氧燃燒生成二氧化硫(SO2)，剩余的H2S與SO2在催化劑的作用下進(jìn)行克勞斯轉(zhuǎn)化反應(yīng)生成單質(zhì)硫；自轉(zhuǎn)化器出來(lái)的反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)入冷凝冷卻器，液態(tài)S流至硫磺罐制得硫磺(S)。由于濃縮氣體中H2S被濃縮為濃度更高，使得濕法脫硫制硫效率變得很高，極大地降低了克勞斯法成本，改變了傳統(tǒng)含H2S干氣因H2S濃度過(guò)低而無(wú)法正常操作的困境。而對(duì)于含有微量H2S的中間氣體，進(jìn)入采用一次性吸附的常溫吸附、常壓解吸PSA的精脫硫化氫處理工段，從中得到滿足脫硫指標(biāo)的產(chǎn)品氣體(氫氣)。更進(jìn)一步，精脫工序的再生氣也可以返回到濕法脫硫制硫工序，使得H2S的回收率更高。當(dāng)原料氣中H2S含量較低時(shí)，中間氣體直接就是產(chǎn)品氫氣，無(wú)需采用精脫工序。原料氣(富氫氣源)脫除硫化氫的FTrPSA方法，徹底解決了傳統(tǒng)脫除硫化氫凈化過(guò)程中原料氣中H2S濃度波動(dòng)性大所導(dǎo)致的較高濃度的濕法脫硫制硫與較低濃度的干法精脫之間無(wú)法匹配的技術(shù)難題;FTrPSA方法是利用富氫氣源中H2S與氫氣(H2)、一氧化碳(CO)等其他組分在50?150 °C范圍中不同的物理特性，以及在不同吸附劑上的吸附于解吸機(jī)理的不同，采用不同的工藝設(shè)計(jì)，包括多塔吸附與多塔再生的并串聯(lián)組合方式、不同吸附劑組成的復(fù)合床層，且并與其他分離方法進(jìn)行耦合來(lái)提高中溫變壓吸附循環(huán)過(guò)程中吸附與再生能力以及克服傳統(tǒng)TSA循環(huán)過(guò)程中解吸再生的加溫負(fù)荷或難度并使中溫變壓吸附循環(huán)過(guò)程中吸附與再生解吸步驟容易匹配，克服了傳統(tǒng)PSA與TSA吸附與再生循環(huán)之間的矛盾，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減耗、延長(zhǎng)吸附床層壽命等效果;本發(fā)明所采用FTrPSA方法，正是利用作為原料氣自身一般帶溫帶壓下各種組分不同的物理特性，比如在不同吸附劑上的吸附與解吸機(jī)理的不同，先采用中高溫變壓吸附濃縮工序，將原料氣分成H2S含量較低的中間氣體與H2S含量更高的濃縮氣體，使在中溫下容易被吸附的H2 S得到吸附，而其他組分在中高溫下基本不吸附從而容易地實(shí)現(xiàn)H2S與富集H2(或攜帶微量H2S)的中間氣體分離。被吸附的H2S在中溫下通過(guò)中溫變壓吸附循環(huán)過(guò)程特殊的均壓逆放等步驟所組成的抽真空解吸，使得H2S吸附與解吸過(guò)程容易匹配和平衡，H2S得到濃縮后再進(jìn)行傳統(tǒng)的濕法脫硫制硫回收利用，既減少后續(xù)步驟的負(fù)荷及能耗，又與后續(xù)其他分離工藝容易匹配結(jié)合；同時(shí)，未被吸附的中間氣體通過(guò)精脫H2S工序進(jìn)行一次性固體吸附精脫微量的H2S,得到滿足要求的產(chǎn)品氫氣，且把精脫工序中再生氣返回到濕法脫硫制硫工序，解決了目前原料氣難于一次性精脫達(dá)標(biāo)或無(wú)法回收的問(wèn)題，又減少了整個(gè)原料氣脫硫凈化的能耗與物耗，技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益得到極大改善。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是: (1)原料氣(富氫氣源)脫除硫化氫的FTrPSA方法，徹底解決了傳統(tǒng)脫除硫化氫凈化過(guò)程中原料氣中H2S濃度波動(dòng)性大所導(dǎo)致的較高濃度的濕法脫硫制硫與較低濃度的干法精脫之間串聯(lián)式組合而無(wú)法匹配的技術(shù)難題；
(2)本發(fā)明可以使低壓低濃度H2S的富氫原料氣中的H2S濃縮，一步達(dá)到回收H2S裝置的要求，有效降低下一步深度脫除硫化氫工藝的負(fù)荷，從而降低整個(gè)脫硫裝置的能耗與物耗，解決了現(xiàn)有技術(shù)中由于氣量大造成的化學(xué)溶劑循環(huán)流量大、損耗大、能耗高、流程長(zhǎng)的問(wèn)題；
(3)FTrPSA方法解決了傳統(tǒng)變壓吸附脫硫工藝吸附與再生的矛盾，其中，中溫變壓吸附濃縮工序的吸附劑壽命長(zhǎng)，普通干法脫硫劑再生困難或不可再生以及脫硫廢棄物造成的環(huán)境污染等問(wèn)題；
(4)FTrPSA方法中的中溫變壓吸附濃縮工序的操作溫度為50?150V，利用了原料氣顯熱能量，降低了能耗。而其他技術(shù)需降低氣體溫度至常溫20?45°C，這樣造成了極大的原料氣體顯熱浪費(fèi)；
(5)FTrPSA工藝操作簡(jiǎn)單，工藝穩(wěn)定可靠，由于不需要頻繁更換吸附劑，整個(gè)濃縮和精脫的過(guò)程都采用變壓吸附技術(shù)，可以連續(xù)化生產(chǎn)和全自動(dòng)化操作；
(6)FTrPSA方法中的中溫變壓吸附濃縮系統(tǒng)再生容易，因?yàn)椴捎昧诵碌娜珳爻套儔何郊夹g(shù)，所以能將H2S濃縮，并且容易再生;解決了現(xiàn)有技術(shù)需要通蒸汽或其他高溫氣來(lái)再生，而產(chǎn)生的高能耗和再生氣來(lái)源困難等問(wèn)題。尤其是少量單質(zhì)硫沉積在吸附劑表面時(shí)，變溫吸附再生溫度需要高達(dá)400°C左右，進(jìn)而使得吸附床層受到吸附與再生溫度變化太大，從再生高溫聚降到常溫，對(duì)已被吸附的H2S難以完全解吸而使吸附效率大大下降，吸附劑使用壽命也因吸附再生過(guò)程相應(yīng)的溫差變化過(guò)大而縮短。FTrPSA方法很好地解決了吸附床層使用壽命短的問(wèn)題；
(7)FTrPSA方法中的中溫變壓吸附濃縮工序?qū)⒃蠚怏w分成兩股，一股是適合精制工序的低含量H2S的中間氣體，一股是適合濕法脫硫工序的高含量H2S濃縮氣體，從而改變以往脫硫工藝中傳統(tǒng)的先粗脫后精脫的順序(串聯(lián))模式易將粗脫系統(tǒng)中所采用的吸收液、催化劑等新組分帶入到精脫系統(tǒng)所導(dǎo)致的精脫效率低下等問(wèn)題，也使得FTrPSA方法中的精脫與濕法脫硫操作負(fù)荷進(jìn)一步減少，節(jié)約了能耗；
(8 )FTrPSA方法對(duì)原料氣體中所含H2S濃度較低的工況，中溫變壓吸附濃縮工序產(chǎn)生的非吸附項(xiàng)物料，無(wú)需再經(jīng)過(guò)精脫工序，直接是合格的出產(chǎn)品；
(9)FTrPSA方法中需要精脫工序時(shí)，其精脫工序所產(chǎn)生的解吸氣仍然可以返回到濕法脫硫工序，使得H2S回收率大大提高，達(dá)到93?96%以上。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為本發(fā)明的不含精脫H2S工序的工藝流程圖；
圖2為本發(fā)明含精脫硫化氫工序的工藝流程圖；
圖3為濕法脫硫制硫法的工藝流程圖；
圖4為克勞斯脫硫制硫法的工藝流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]本發(fā)明的應(yīng)用原理、作用與功效，通過(guò)如下實(shí)施方式予以說(shuō)明。
[0021]實(shí)施例1
如圖1所示，一種富氫氣源脫除硫化氫的全溫程變壓吸附法，包括如下工序:
A.中溫變壓吸附濃縮工序，溫度為120?150°C、H2S濃度I?2%(體積比，以下類同)的富氫氣體作為原料氣體經(jīng)進(jìn)氣管道進(jìn)入中溫變壓吸附濃縮系統(tǒng)，所述中溫變壓吸附濃縮系統(tǒng)中采用4塔串聯(lián)工藝，交替循環(huán)操作，吸附的操作溫度為120?150°C，吸附完成后抽真空解吸，所述中溫變壓吸附濃縮系統(tǒng)將原料氣體分為H2S含量小于I?1ppm的中間氣體和富H2S(多10?25%)的濃縮氣體兩部分；
B.產(chǎn)品氣輸出工序，將上述中溫變壓吸附濃縮工序得到的中間氣體作為產(chǎn)品氫氣通入產(chǎn)品氣管道，直接送出界區(qū)；
C.硫回收工序，如圖4所示，采用濕法脫硫制硫法，所述富H2S的濃縮氣體直接進(jìn)入濕法脫硫制硫裝置回收硫;米用純喊脫硫制硫，將畐出3濃縮氣體中的!123脫除至10(^口1]1左右，脫硫工藝生成的單質(zhì)硫泡沫，使用硫回收裝置制成硫磺。
[0022]本實(shí)施例中，所述中溫變壓吸附濃縮工序中總有一個(gè)吸附塔處于吸附步驟而其余3個(gè)塔則處于抽空、再生等步驟，原料氣體經(jīng)進(jìn)氣管道進(jìn)入全溫程變壓吸附工藝中的中溫變壓吸附濃縮系統(tǒng)，將原料氣體分為含H2S小于I?1ppm的中間氣體(即產(chǎn)品氫氣)和H2S濃度大于10?25%的濃縮氣體兩部分;所述中間氣中脫除了大部分的硫化氫，含硫量低，直接滿足產(chǎn)品氫氣質(zhì)量要求，中間氣體作為產(chǎn)品氣體直接經(jīng)產(chǎn)品氣管道送出界區(qū);所述富H2S的濃縮氣體直接進(jìn)入濕法脫硫制硫裝置，進(jìn)行回收濃縮后的富H2S濃縮氣體從脫硫塔下部進(jìn)入第一級(jí)脫硫塔，與塔頂噴淋在填料表面的脫硫液逆流接觸H2S被脫硫液吸收，吸收了 H2S的脫硫富液從塔底流出來(lái)，經(jīng)富液栗將其送入自吸空氣噴射再生槽，同時(shí)利用自動(dòng)吸入的空氣對(duì)脫硫液進(jìn)行再生，空氣隨脫硫液從噴射器尾管出來(lái)，自下而上與脫硫液再次逆流接觸，在催化劑作用下，使溶液中的硫化物、硫氫化物氧化為單質(zhì)硫，并被上行的空氣帶到再生槽上部液面形成硫泡沫，被氧化再生后的溶液從再生槽底部，利用靜壓差流入貧液槽，經(jīng)貧液栗抽出再打入脫硫塔循環(huán)使用；脫硫液氧化再生過(guò)程中產(chǎn)生的硫磺泡沫，利用位差從再生槽溢流堰自動(dòng)流入泡沫槽，硫泡沫經(jīng)泡沫栗，送入熔硫裝置;在得到硫磺產(chǎn)品的同時(shí)，分離出來(lái)的脫硫液，回流到脫硫液中，以減少純堿和催化劑的損失并維持脫硫系統(tǒng)的水平衡。硫回收率大于95%。
[0023]實(shí)施例2
如圖1所示，一種富氫氣源脫除硫化氫的全溫程變壓吸附(FTrPSA)法，包括如下工序:
A.中溫變壓吸附濃縮工序，溫度為80?110°C、H2S濃度1~2%(體積比，以下類同)的富氫氣體作為原料氣體經(jīng)進(jìn)氣管道進(jìn)入中溫變壓吸附系統(tǒng)，所述中溫變壓吸附系統(tǒng)中采用4塔串聯(lián)工藝，I塔吸附，其余3塔處于抽空、解吸等再生階段，交替循環(huán)操作，操作溫度為80?110°C，吸附完成后抽真空解吸，所述中溫變壓吸附濃縮系統(tǒng)將原料氣體分為H2S含量小于I?1ppm的中間氣體和富H2S(彡10?25%)的濃縮氣體兩部分；
B.產(chǎn)品氣輸出工序，將上述中溫變壓吸附濃縮工序得到的中間氣體作為產(chǎn)品氫氣通入產(chǎn)品氣管道，直接送出界區(qū)；
C.硫回收工序，采用克勞斯脫硫制硫法，所述富硫化氫解吸氣直接進(jìn)入克勞斯脫硫制硫裝置，回收硫。
[0024]本實(shí)施例中，所述變壓吸附濃縮工序中總有一個(gè)或多個(gè)處于吸附步驟而其余的塔則處于抽空、再生等步驟，原料氣體分為含H2S小于1ppm的中間氣體(即產(chǎn)品氫氣)和H2S濃度大于10?25%的濃縮氣體兩部分;所述中間氣中脫除了大部分的硫化氫，含硫量低，直接滿足產(chǎn)品氫氣質(zhì)量要求，中間氣體作為產(chǎn)品氣體直接經(jīng)產(chǎn)品氣管道送出界區(qū)；所述富硫化氫的濃縮氣體進(jìn)入燃燒爐，在燃燒爐內(nèi)三分之一的H2S與氧燃燒，生成SO2，燃燒爐的溫度約為1200°C，然后剩余的H2S與生成的SO2在催化劑的作用下，進(jìn)行克勞斯轉(zhuǎn)化反應(yīng)生成硫磺，為回收熱量，燃燒產(chǎn)物在進(jìn)入轉(zhuǎn)化器之前先經(jīng)廢熱鍋爐發(fā)生蒸汽;轉(zhuǎn)化器為一固定床反應(yīng)器，內(nèi)裝有氧化鋁催化劑，入口溫度控制在220?240°C ；由于過(guò)程為放熱反應(yīng)，出口溫度為270?300°C ;自轉(zhuǎn)化器出來(lái)的反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)入冷凝冷卻器，液態(tài)硫磺流至硫磺罐。
[0025]實(shí)施例3
如圖2所示，一種富氫氣源脫除硫化氫的全溫程變壓吸附(FTrPSA)法，包括如下工序:
A.中溫變壓吸附濃縮工序，流量大于I?2萬(wàn)標(biāo)方/小時(shí)、溫度為50?80°C、H2S濃度10~15%的富氫氣體作為原料氣體經(jīng)進(jìn)氣管道進(jìn)入中溫變壓吸附濃縮系統(tǒng)，所述中溫變壓吸附系統(tǒng)中采用10塔工藝，3塔吸附，其余7塔處于抽空、解吸等再生階段，其中，處于吸附的3塔采用I塔串聯(lián)2塔并聯(lián)工藝，由此實(shí)現(xiàn)吸附再生的交替循環(huán)操作，操作溫度為50?80°C，吸附完成后抽真空解吸，所述中溫變壓吸附濃縮系統(tǒng)將原料氣體分為H2S含量小于100?500ppm的中間氣體和富H2S(多15?30%)的濃縮氣體兩部分；
B.產(chǎn)品氣輸出工序，先采用變壓吸附法進(jìn)行精脫硫化氫處理，常溫吸附，常壓解吸，將中間氣體中的硫化氫繼續(xù)深度脫除，采用兩個(gè)及以上的吸附塔;所述吸附塔包括一個(gè)或多個(gè)復(fù)合裝填床層的吸附材料;產(chǎn)品氣體為氫氣(H2S<l~10ppm)從吸附塔頂部轉(zhuǎn)出，通入產(chǎn)品氣管道，直接送出界區(qū)；解吸后得到的濃縮氣體通過(guò)風(fēng)機(jī)送至硫回收裝置；
C.硫回收工序，如圖3所示，采用濕法脫硫制硫法，所述富硫化氫濃縮氣體直接進(jìn)入濕法脫硫制硫裝置，回收硫;采用純堿脫硫制硫，將富硫化氫濃縮氣體中的H2S脫除至10ppm左右，脫硫工藝生成的單質(zhì)硫泡沫，使用硫回收裝置制成硫磺。
[0026]本實(shí)施例中，所述中溫變壓吸附濃縮工序中有3個(gè)塔處于吸附步驟，其中I塔串聯(lián)2塔并聯(lián)方式，其余7塔則處于抽空、再生等步驟，流量大于I?2萬(wàn)標(biāo)方/小時(shí)、溫度為50?80°C、H2S濃度10?15%的富氫氣體作為原料氣體經(jīng)進(jìn)氣管道進(jìn)入全溫程變壓吸附(FTrPSA)中溫變壓吸附濃縮系統(tǒng)，將原料氣體分為H2S含量小于100?500ppm的中間氣體和富H2S(多15?30%)的濃縮氣體兩部分；所述中間氣體中脫除了大部分的硫化氫，含硫量低(H2SS 100?500ppm)，但未滿足下一工段的硫的濃度要求，還需要進(jìn)行精脫硫化氫處理，采用變壓吸附的方式進(jìn)一步脫除中間氣中H2S，保證生產(chǎn)的連續(xù)性，解吸后得到的解吸氣通過(guò)解吸氣風(fēng)機(jī)送至硫回收裝置，避免浪費(fèi)硫;所述富硫化氫的濃縮氣體直接進(jìn)入濕法脫硫制硫裝置，進(jìn)行回收濃縮后的富硫化氫濃縮氣體從脫硫塔下部進(jìn)入第一級(jí)脫硫塔，與塔頂噴淋在填料表面的脫硫液逆流接觸H2S被脫硫液吸收，吸收了 H2S的脫硫富液從塔底流出來(lái)，經(jīng)富液栗將其送入自吸空氣噴射再生槽，同時(shí)利用自動(dòng)吸入的空氣對(duì)脫硫液進(jìn)行再生，空氣隨脫硫液從噴射器尾管出來(lái)，自下而上與脫硫液再次逆流接觸，在催化劑作用下，使溶液中的硫化物、硫氫化物氧化為單質(zhì)硫，并被上行的空氣帶到再生槽上部液面形成硫泡沫，被氧化再生后的溶液從再生槽底部，利用靜壓差流入貧液槽，經(jīng)貧液栗抽出再打入脫硫塔循環(huán)使用;脫硫液氧化再生過(guò)程中產(chǎn)生的硫磺泡沫，利用位差從再生槽溢流堰自動(dòng)流入泡沫槽，硫泡沫經(jīng)泡沫栗，送入熔硫裝置;在得到硫磺產(chǎn)品的同時(shí)，分離出來(lái)的脫硫液，回流到脫硫液中，以減少純堿和催化劑的損失并維持脫硫系統(tǒng)的水平衡。脫硫率大于等于95?96%。
[0027]實(shí)施例4
如圖2所示，一種富氫氣源脫除硫化氫的全溫程變壓吸附(FTrPSA)法，包括如下工序:
A.FTrPSA濃縮工序，流量大于I?2萬(wàn)標(biāo)方/小時(shí)、溫度為50?80°C、H2S濃度10?15%的富氫氣體作為原料氣體經(jīng)進(jìn)氣管道進(jìn)入中溫變壓吸附濃縮系統(tǒng)，所述中溫變壓吸附系統(tǒng)中采用10塔工藝，3塔吸附，其余7塔處于抽空、解吸等再生階段，其中，處于吸附的3塔采用I塔串聯(lián)2塔并聯(lián)工藝，由此實(shí)現(xiàn)吸附再生的交替循環(huán)操作，操作溫度為50?80°C，吸附完成后抽真空解吸，所述中溫變壓吸附濃縮系統(tǒng)將原料氣體分為H2S含量小于100?500ppm的中間氣體和富H2S(彡15?30%)的濃縮氣體兩部分；
B.產(chǎn)品氣輸出工序，先采用變壓吸附法進(jìn)行精脫硫化氫處理，常溫吸附，常壓解吸，將中間氣中的硫化氫繼續(xù)深度脫除，采用兩個(gè)及以上的吸附塔;所述吸附塔包括一個(gè)或多個(gè)復(fù)合裝填床層的吸附材料;產(chǎn)品氣體為氫氣(H2S<l~10ppm)從吸附塔頂部轉(zhuǎn)出，通入產(chǎn)品氣管道，直接送出界區(qū)；解吸后得到的解吸氣通過(guò)解吸氣風(fēng)機(jī)送至硫回收裝置；
C.硫回收工序，采用克勞斯脫硫制硫法，所述富硫化氫濃縮氣體直接進(jìn)入克勞斯脫硫制硫裝置，回收硫。
[0028]本實(shí)施例中，所述中溫變壓吸附濃縮工序中有3個(gè)塔處于吸附步驟，其中I塔串聯(lián)2塔并聯(lián)方式，其余7塔則處于抽空、再生等步驟，流量大于I?2萬(wàn)標(biāo)方/小時(shí)、溫度為50?80°C、H2S濃度10?15%的富氫氣體作為原料氣體經(jīng)進(jìn)氣管道進(jìn)入全溫程變壓吸附(FTrPSA)中溫變壓吸附濃縮系統(tǒng)，將原料氣體分為H2S含量小于100?500ppm的中間氣體和富H2S(多15?30%)的濃縮氣體兩部分；所述中間氣體中脫除了大部分的硫化氫，含硫量低(H2SS 100?500ppm)，但未滿足下一工段的硫的濃度要求，還需要進(jìn)行精脫硫化氫處理，采用變壓吸附的方式進(jìn)一步脫除中間氣中H2S，保證生產(chǎn)的連續(xù)性，解吸后得到的解吸氣通過(guò)解吸氣風(fēng)機(jī)送至硫回收裝置，避免浪費(fèi)硫;所述富硫化氫的濃縮氣體進(jìn)入燃燒爐，在燃燒爐內(nèi)三分之一的H2S與氧燃燒，生成S02，燃燒爐的溫度約為1200°C，然后剩余的H2S與生成的SO2在催化劑的作用下，進(jìn)行克勞斯轉(zhuǎn)化反應(yīng)生成硫磺，為回收熱量，燃燒產(chǎn)物在進(jìn)入轉(zhuǎn)化器之前先經(jīng)廢熱鍋爐發(fā)生蒸汽;轉(zhuǎn)化器為一固定床反應(yīng)器，內(nèi)裝有氧化鋁催化劑，入口溫度控制在220?2400C ；由于過(guò)程為放熱反應(yīng)，出口溫度為270?300°C ；自轉(zhuǎn)化器出來(lái)的反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)入冷凝冷卻器，液態(tài)硫磺流至硫磺罐。硫回收率大于95?96%。
[0029]實(shí)施例5
如圖3所示，一種富氫氣源脫除硫化氫的全溫程變壓吸附(FTrPSA)法，包括如下工序:
A.中溫變壓吸附濃縮工序，流量小于1000?10，000標(biāo)方/小時(shí)、溫度為80~110°(:、!125濃度4?10%的富氫氣體作為原料氣體經(jīng)進(jìn)氣管道進(jìn)入中溫變壓吸附濃縮系統(tǒng)，所述中溫變壓吸附系統(tǒng)中采用多塔串聯(lián)或并聯(lián)工藝，交替循環(huán)操作，操作溫度為80?110°C，吸附完成后抽真空解吸，所述中溫變壓吸附濃縮系統(tǒng)將原料氣體分為含少量硫化氫的中間氣體和富硫化氫的濃縮氣體兩部分；
B.產(chǎn)品氣輸出工序，先采用一次性吸附法進(jìn)行精脫硫化氫處理，采用兩個(gè)吸附塔，一個(gè)吸附，一個(gè)再生，保持連續(xù)操作;吸附劑是一個(gè)或多個(gè)復(fù)合裝填床層的吸附材料，中溫變壓吸附濃縮工序得到的中間氣體進(jìn)入一次性吸附塔，吸附一定時(shí)間后產(chǎn)品氣從一次性吸附塔頂部流出產(chǎn)品氫氣(H2SS0.1ppm)進(jìn)入產(chǎn)品氣管道，附著H2S的吸附劑從一次性吸附塔轉(zhuǎn)出離線再生或更換新的吸附劑；
C.硫回收工序，如圖3所示，采用濕法脫硫制硫法，所述富硫化氫解吸氣直接進(jìn)入濕法脫硫制硫裝置，回收硫;米用純喊脫硫制硫，將畐硫化氣的濃縮氣體中的H2S脫除至10ppm左右，脫硫工藝生成的單質(zhì)硫泡沫，使用硫回收裝置制成硫磺。
[0030]本實(shí)施例中，所述中溫變壓吸附濃縮工序中總有一個(gè)或多個(gè)處于吸附步驟而其余的塔則處于抽空、再生等步驟，原料氣體經(jīng)進(jìn)氣管道進(jìn)入全溫程變壓吸附(FTrPSA)系統(tǒng)的中溫變壓吸附濃縮工序，將原料氣體分為含少量硫化氫的中間氣和富硫化氫解吸氣兩部分;所述中間氣體中脫除了大部分的硫化氫，含硫量低(H2S<50ppm)，但未滿足下一工段的硫的濃度要求，還需要進(jìn)行精脫硫化氫處理，針對(duì)原料氣體流量以及含硫量較小的工藝，采用一次性脫硫法進(jìn)行精脫硫化氫處理，所述脫硫劑使用氧化鋅，氧化鋅吸收H2S在常溫下就可以進(jìn)行，隨溫度升高反應(yīng)速度顯著加快，而上一工段的濃縮工序來(lái)的中間氣溫度為80?IlO0C,更有利于H2S的吸收。這種脫硫方法脫硫精度高，可使出口硫<0.1ppm，工藝簡(jiǎn)單，流程短，裝填后無(wú)需還原，氮?dú)庵脫Q、升溫后便可直接使用，適用于含S量較少的情況;所述富硫化氫解吸氣直接進(jìn)入濕法脫硫制硫裝置，進(jìn)行回收濃縮后的富硫化氫解吸氣從脫硫塔下部進(jìn)入第一級(jí)脫硫塔，與塔頂噴淋在填料表面的脫硫液逆流接觸H2S被脫硫液吸收，吸收了H2S的脫硫富液從塔底流出來(lái)，經(jīng)富液栗將其送入自吸空氣噴射再生槽，同時(shí)利用自動(dòng)吸入的空氣對(duì)脫硫液進(jìn)行再生，空氣隨脫硫液從噴射器尾管出來(lái)，自下而上與脫硫液再次逆流接觸，在催化劑作用下，使溶液中的硫化物、硫氫化物氧化為單質(zhì)硫，并被上行的空氣帶到再生槽上部液面形成硫泡沫，被氧化再生后的溶液從再生槽底部，利用靜壓差流入貧液槽，經(jīng)貧液栗抽出再打入脫硫塔循環(huán)使用;脫硫液氧化再生過(guò)程中產(chǎn)生的硫磺泡沫，利用位差從再生槽溢流堰自動(dòng)流入泡沫槽，硫泡沫經(jīng)泡沫栗，送入熔硫裝置;在得到硫磺產(chǎn)品的同時(shí)，分離出來(lái)的脫硫液，回流到脫硫液中，以減少純堿和催化劑的損失并維持脫硫系統(tǒng)的水平衡。脫硫率大于95?96%。
[0031 ] 實(shí)施例6
如圖3所示，一種富氫氣源脫除硫化氫的全溫程變壓吸附(FTrPSA)法，包括如下工序:
A.中溫變壓吸附濃縮工序，流量小于1000?10，000標(biāo)方/小時(shí)、溫度為100?120°C、H2S濃度4?10%的富氫氣體作為原料氣體經(jīng)進(jìn)氣管道進(jìn)入中溫變壓吸附濃縮系統(tǒng)，所述中溫變壓吸附系統(tǒng)中采用多塔串聯(lián)或并聯(lián)工藝，交替循環(huán)操作，操作溫度為100?120°C，吸附完成后抽真空解吸，所述中溫變壓吸附濃縮系統(tǒng)將原料氣體分為含少量硫化氫的中間氣體和富硫化氫的濃縮氣體兩部分；
B.產(chǎn)品氣輸出工序，先采用一次性吸附法進(jìn)行精脫硫化氫處理，采用兩個(gè)吸附塔，一個(gè)吸附，一個(gè)再生，保持連續(xù)操作;吸附劑是一個(gè)或多個(gè)復(fù)合裝填床層的吸附材料，中溫變壓吸附濃縮工序得到的中間氣體進(jìn)入一次性吸附塔，吸附一定時(shí)間后產(chǎn)品氣從一次性吸附塔頂部進(jìn)入產(chǎn)品氣管道，附著H2S的吸附劑從一次性吸附塔轉(zhuǎn)出離線再生或更換新的吸附劑；
C.硫回收工序，采用克勞斯脫硫制硫法，所述富硫化氫解吸氣直接進(jìn)入克勞斯脫硫制硫裝置，回收硫，脫硫率多95?96%。
[0032]本實(shí)施例中，所述中溫變壓吸附濃縮工序中總有一個(gè)或多個(gè)處于吸附步驟而其余的塔則處于抽空、再生等步驟，原料氣體經(jīng)進(jìn)氣管道進(jìn)入全溫程變壓吸附(FTrPSA)系統(tǒng)的中溫變壓吸附濃縮工序，將原料氣體分為含少量硫化氫的中間氣和富硫化氫解吸氣兩部分;所述中間氣體中脫除了大部分的硫化氫，含硫量低(H2S<50ppm)，但未滿足下一工段的硫的濃度要求，還需要進(jìn)行精脫硫化氫處理，針對(duì)原料氣體流量以及含硫量較小的工藝，采用一次性脫硫法進(jìn)行精脫硫化氫處理，所述脫硫劑使用氧化鋅，氧化鋅吸收H2S在常溫下就可以進(jìn)行，隨溫度升高反應(yīng)速度顯著加快，而上一工段的濃縮工序來(lái)的中間氣體溫度為100-1200C，更有利于H2S的吸收。這種脫硫方法脫硫精度高，可使出口硫<0.lppm，工藝簡(jiǎn)單，流程短，裝填后無(wú)需還原，氮?dú)庵脫Q、升溫后便可直接使用，適用于含S量較少的情況;所述富硫化氫的濃縮氣體進(jìn)入燃燒爐，在燃燒爐內(nèi)三分之一的H2S與氧燃燒，生成SO2，燃燒爐的溫度約為1200°C，然后剩余的H2S與生成的SO2在催化劑的作用下，進(jìn)行克勞斯轉(zhuǎn)化反應(yīng)生成硫磺，為回收熱量，燃燒產(chǎn)物在進(jìn)入轉(zhuǎn)化器之前先經(jīng)廢熱鍋爐發(fā)生蒸汽;轉(zhuǎn)化器為一固定床反應(yīng)器，內(nèi)裝有氧化鋁催化劑，入口溫度控制在220?2400C ；由于過(guò)程為放熱反應(yīng)，出口溫度為270?300°C ;自轉(zhuǎn)化器出來(lái)的反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)入冷凝冷卻器，液態(tài)硫磺流至硫磺罐。
[0033]如上所述即為本發(fā)明的實(shí)施例。本發(fā)明不局限于上述實(shí)施方式，任何人應(yīng)該得知在本發(fā)明的啟示下做出的結(jié)構(gòu)變化，凡是與本發(fā)明具有相同或相近的技術(shù)方案，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種富氫氣源脫除硫化氫的全溫程變壓吸附法，其特征在于，包括如下工序: A.中溫變壓吸附濃縮工序，含硫化氫的富氫原料氣體經(jīng)進(jìn)氣管道進(jìn)入中溫變壓吸附濃縮系統(tǒng)，所述中溫變壓吸附濃縮系統(tǒng)中采用多塔串聯(lián)或并聯(lián)工藝，交替循環(huán)操作，操作溫度為50?150°C，吸附完成后抽真空解吸，所述中溫變壓吸附濃縮系統(tǒng)將富氫原料氣體分為含少量硫化氫的中間氣體和富硫化氫濃縮氣體兩部分； B.產(chǎn)品氣輸出工序，將上述中溫變壓吸附濃縮工序得到的中間氣體通入產(chǎn)品氣管道，送出界區(qū)； C.硫回收工序，所述富硫化氫濃縮氣體直接進(jìn)入硫回收裝置，回收硫。2.如權(quán)利要求1所述的一種富氫氣源脫除硫化氫的全溫程變壓吸附法，其特征在于，所述中溫變壓吸附濃縮工序中總有一個(gè)或多個(gè)吸附塔處于吸附步驟而其余的吸附塔則處于抽空、再生步驟。3.如權(quán)利要求1所述的一種富氫氣源脫除硫化氫的全溫程變壓吸附法，其特征在于，所述產(chǎn)品氣輸出工序中，所述中間氣體在被送出界區(qū)前還要進(jìn)行精脫硫化氫處理。4.如權(quán)利要求3所述的一種富氫氣源脫除硫化氫的全溫程變壓吸附法，其特征在于，所述精脫硫化氫處理采用變壓吸附法，產(chǎn)品氣從吸附塔頂部轉(zhuǎn)出，解吸后得到的解吸氣通過(guò)解吸氣風(fēng)機(jī)送至硫回收裝置利用。5.如權(quán)利要求4所述的一種富氫氣源脫除硫化氫的全溫程變壓吸附法，其特征在于，所述精脫硫化氫處理采用常溫吸附、常壓解吸的變壓吸附法將中間氣體中的硫化氫繼續(xù)深度脫除，采用兩個(gè)及以上的吸附塔;所述吸附塔包括一個(gè)或多個(gè)復(fù)合裝填床層的吸附材料。6.如權(quán)利要求3所述的一種富氫氣源脫除硫化氫的全溫程變壓吸附法，其特征在于，所述精脫硫化氫處理采用一次性吸附法。7.如權(quán)利要求6所述的一種富氫氣源脫除硫化氫的全溫程變壓吸附法，其特征在于，所述一次性吸附法采用兩個(gè)或以上的吸附塔連續(xù)操作;吸附劑是一個(gè)或多個(gè)復(fù)合裝填床層的吸附材料，中溫變壓吸附濃縮工序得到的中間氣體進(jìn)入一次性吸附塔，吸附一定時(shí)間后產(chǎn)品氣從一次性吸附塔頂部進(jìn)入產(chǎn)品氣管道，附著硫化氫的吸附劑從一次性吸附塔轉(zhuǎn)出離線再生或更換新的吸附劑。8.如權(quán)利要求1-7所述的任意一種富氫氣源脫除硫化氫的全溫程變壓吸附法，其特征在于，所述硫回收工序采用濕法脫硫制硫工藝。9.如權(quán)利要求8所述的任意一種富氫氣源脫除硫化氫的全溫程變壓吸附法，其特征在于，所述濕法脫硫制硫工藝采用堿性溶劑脫硫，將硫化氫脫除至10ppm左右，脫硫工藝生成的單質(zhì)硫泡沫，使用硫回收裝置制成硫磺。10.如權(quán)利要求1-7所述的任意一種富氫氣源脫除硫化氫的全溫程變壓吸附法，其特征在于，所述硫回收工序采用克勞斯法脫硫制硫工藝，富硫化氫濃縮氣體進(jìn)入燃燒爐，在燃燒爐內(nèi)三分之一的硫化氫與氧燃燒生成二氧化硫，剩余的硫化氫與二氧化硫在催化劑的作用下進(jìn)行克勞斯轉(zhuǎn)化反應(yīng)生成單質(zhì)硫；自轉(zhuǎn)化器出來(lái)的反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)入冷凝冷卻器，液態(tài)硫流至硫磺罐制得硫磺。
【文檔編號(hào)】C01B17/04GK105858604SQ201610196644
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年3月31日
【發(fā)明人】劉開莉, 陳運(yùn), 鐘雨明, 蔡躍明
【申請(qǐng)人】四川天采科技有限責(zé)任公司