一種利用酸性氣生產碳酸氫鈉的方法及裝置制造方法及圖紙

本發明專利技術提供一種利用酸性氣生產碳酸氫鈉的方法及裝置，所述工藝方法以碳酸鈉為吸收液、以氫氧化鈉溶液為洗滌液、以硫氫化鈉溶液為保護液，經過吸收反應、固液分離、洗滌、風化氣力輸送氣器、氣固分離和裝袋六段過程，實現尾氣達標排放，并生產符合國家產品質量標準的碳酸氫鈉化工產品。所述工藝裝置由液膜吸收反應器、固液分離器、洗滌器、風化氣力輸送、旋風分離器、工藝管線和機泵構成。本發明專利技術的酸性氣處理方法及裝置，實現酸性氣凈化和污染物資源化的雙重目標。

【技術實現步驟摘要】
一種利用酸性氣生產碳酸氫鈉的方法及裝置
本專利技術涉及一種利用酸性氣生產碳酸氫鈉的方法及裝置，屬于化學工程領域，適用于石油化工領域酸性氣體中富含硫化氫和二氧化碳混合氣體的綜合利用，尤其適合酸性氣中含二氧化碳濃度較高的工況。
技術介紹
硫元素普遍存在于化石燃料中，當石油進入精細分餾與深加工過程時，與氫形成硫化氫氣體，該過程往往還伴生二氧化碳氣體、氨氣等。冶金行業的原料中也存在硫元素，但由于其加工過程多為高溫工況，硫元素被氧化，主要生成二氧化硫酸性氣。其它產生酸性氣的工況多發生在化工生產過程或化工產品使用過程。石油化工行業的酸性氣主要來自于天然氣開采、油田伴生氣、煤化工、煉油化工行業。在能源進行加工處理的過程中又會對后續的處理產生不利影響（如催化劑中毒、管道腐蝕），因此必須控制工藝原料和產品中的硫含量。在脫硫的過程中硫元素以硫化氫的形式離開工藝系統外排進入鍋爐焚燒，以二氧化硫的形式排入大氣。我國煙氣脫硫技術起步比較晚，脫硫副產品利用率更低。所以，絕大部分脫硫副產品閑置堆放，占用大量土地資源并造成二次污染。而采用脫硫劑循環再生使用、回收硫資源的脫硫技術，其回收產品為單質硫和硫酸等，均可作為化工原料，相對于其他脫硫工藝而言，其回收產品有更好的市場前景。我國煉廠酸性氣的處理，主要是利用酸性氣制備硫磺，目前比較常用的有兩種工藝技術，一種是二級克勞斯工藝結合尾氣加氫還原工藝，及溶劑吸收工藝技術。另一種工藝技術是美國Merichem公司氣體技術產品公司開發的LO-CAT工藝技術。克勞斯硫磺回收技術經過了一系列的發展和完善，已經形成了一個較為龐大的技術體系。最初的克勞斯法是硫化氫和氧先進行混合，在一定的溫度條件下催化氧化生成單質硫。原始克勞斯法的主要特點是以空氣為氧化劑，反應在一個固定床絕熱反應器中進行。1938年德國法本公司對原始克勞斯法進行改良，將硫化氫的氧化反應分為兩個階段進行：第一階段是1/3的硫化氫氧化為二氧化硫，反應熱用蒸汽回收；第二階段是剩余2/3的硫化氫和二氧化硫反應生成單質硫。這一技術革新解決了原始克勞斯法3個問題：一是克勞斯反應爐主要是硫化氫氧化為二氧化硫的反應，不需要維持低的反應溫度；二是80%的反應熱可以回收，回收方式為蒸汽；三是硫化氫的處理量比原始克勞斯法提高了50倍。這一技術被稱為改良克勞斯法。在實際應用中，為了適應不同的酸性氣組成和滿足日益嚴格的二氧化硫排放要求，改良克勞斯法形成了四種基本的工藝過程：直流法、分流法、硫循環法和直接氧化法。改良克勞斯法被簡稱為克勞斯技術，或者被稱為經典克勞斯法。克勞斯法作為現今應用最廣泛的硫磺回收技術，人們對此技術做了大量的研究。在此基礎上提出了富氧克勞斯技術、超級克勞斯技術（SuperClaus99）、超優克勞斯技術（SuperClaus99.5）等。迄今為止，處理硫化氫最主要的手段是醇胺法吸收工藝和克勞斯硫回收工藝，尤其在超級克勞斯工藝開發以后，硫化氫的脫除率達到了99%以上。目前，該法已在國內外得到廣泛應用。LO-CAT工藝采用多元螯合的鐵催化劑使硫化氫直接轉化為元素硫，硫化氫的脫除率超過99.9%。LO-CAT工藝能夠適合酸性氣量波動較大，以及硫化氫含量在0～100%的各種工況，原料適應條件寬泛，適應酸性氣波動變化的實際情況。且LO-CAT液體氧化還原技術處理方案不使用任何有毒的化學制品，并且不會產生任何有害的廢氣副產品，對環境安全的催化劑可以在處理過程中不斷再生。LO-CAT脫硫工藝運行的穩定性和經濟效益主要取決于脫硫液的穩定性以及化學品的消耗。根據鐵離子和絡合劑之間形成絡合物的不同其穩定性也不同特點，LO-CAT選擇了不同的絡合劑來配置絡合鐵溶液，防止硫化亞鐵沉淀的產生。LO-CAT工藝技術特點是工藝流程簡單，操作彈性大，占地面積小，初次投資費用低；但運行成本過高，化學溶劑消耗大，不適合規模較大的脫硫裝置，含鐵廢水難處理，硫磺產品質量不高。LO-CAT工藝國外主要致力于降低生產成本，減少設備尺寸以及改善硫磺的質量等。國內方面，LO-CAT工藝所使用的主要催化劑和其他化學藥劑均為進口，相關催化劑的研究工作還處于起步階段LO-CAT催化劑的研發還需投入大量工作。硫酸作為基本的化工原料之一，廣泛用于各行各業。用酸性氣中含有的硫化氫作為原料，可以省去許多工藝步驟，即節省了投資，又降低了成本，還可以有效的回收利用硫資源。由于小型煉廠酸性氣氣量較小，只能生產較低濃度的工業硫酸，不能生產價值更高的發煙硫酸，經濟效益不高，同時，由于硫酸的運輸、儲存均有一定難度，因此，煉油廠附近穩定的市場需求是限制其發展的重要因素。專利CN101143714A公開了一種利用高含烴的酸性氣制備硫酸的方法，硫化氫酸性氣體按比例分別進入第一、第二硫化氫燃燒爐中燃燒，從第一燃燒爐出來的高溫爐氣，通過爐氣冷卻器，被空氣冷卻到一定溫度，然后進入第二燃燒爐與補充的含硫化氫酸性氣體繼續與爐氣中剩余空氣一起燃燒，第二燃燒爐出來的高溫爐氣進入余熱鍋爐儲熱，再進入凈化工段、轉化工段、干吸工段進行常規制酸。此工藝方法只能生產98%工業硫酸，不能生產價值更高的發煙硫酸，同時，由于硫酸的運輸、儲存均有一定難度，因此，煉油廠附近穩定的市場需求是限制其發展的重要因素。酸性氣的綜合利用，可以采用投資較少的吸收法脫硫工藝技術，該技術以堿劑為吸收劑，將硫化氫回收制備亞硫酸鹽。該技術將酸性氣進行燃燒生成二氧化硫，然后送入吸收塔進行化學吸收生成亞硫酸鹽溶液，再將溶液與堿性吸收劑反應，制備亞硫酸鹽液體產品，或者生成亞硫酸鹽結晶物，經分離、干燥等工序制備成亞硫酸鹽固體產品。該工藝裝置流程較短，反應簡單，操作彈性大，可適用于中小氣量的酸性氣工況，且氣量波動對生產過程無影響，可通過選擇不同的工序生產固體或者液體產品，選擇不同的吸收劑可生產不同類型的亞硫酸鹽，且通過三段吸收實現尾氣達標排放，實現凈化尾氣的目的。但實際生產過程中存在設備腐蝕嚴重，維修費用較高的確定。酸性氣的綜合利用，也可以采用投資較少的新型吸收法脫硫工藝技術，生產化工產品硫化堿。硫化堿廣泛應用于選礦、農藥、染料、制革生產以及有機合成等工業。其中，染料工業中硫氫化鈉用于合成有機中間體和制備硫化染料的助劑；制革工業用于生皮的脫毛及鞣革，應用于制革工業常規浸泡，能均勻松散皮料纖維組織，使皮料能緩慢膨脹，具有明顯的抗皺和提高革得率作用，并可確保皮料藍皮的顏色，保證皮料的感觀和質量；化肥工業中硫氫化鈉可用于脫去活性炭脫硫劑中的單體硫；農藥工業中是制造硫化銨及農藥乙硫醇半成品的原料；采礦工業中硫氫化鈉大量用于銅礦選礦；人造纖維生產中用于亞硫酸染色等方面；硫氫化鈉還可用于廢水處理。隨著環保法規的日益嚴苛，硫磺產品在市場上的用量降低，價格也日益走低，硫磺價格約600元/噸，而硫化鈉的市場價格為2600元/噸，硫氫化鈉的市場價格更是達到3200元/噸。利用酸性氣生產低濃度溶液產品：低濃度有效避免結晶，但溶液產品沒有使用價值，必須進行多級蒸發濃縮，能耗很高，沒有經濟性。專利CN102515112A《一種利用粘膠纖維生產中生產的硫化氫廢氣制備硫化鈉的方法》設置噴淋吸收、兩級蒸發及冷卻結晶過程，該技術只能生產濃度極低的溶液，存在流程長、生成的低濃度產品液蒸發、濃縮過程能耗高等本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種利用酸性氣生產碳酸氫鈉的方法，所述方法包括吸收反應、固液分離、洗滌、風化氣力輸送、氣固分離和裝袋六個過程，實現尾氣達標排放，并生產碳酸氫鈉產品；所述方法具體步驟如下：（1）酸性氣進入吸收反應器，與吸收液碳酸鈉接觸反應，反應后的酸性氣經凈化達標排放，得到的反應生成液進入固液分離器，分離后得到固相物料和液相物料；（2）步驟（1）得到的液相物料部分經吸收反應器的液相物料入口返回吸收反應器，部分作為產品收集儲存；（3）步驟（1）得到的固相物料進入洗滌器，與氫氧化鈉溶液逆流接觸洗滌，洗滌后得到的洗滌液經洗滌液中間罐后作為吸收液返回吸收反應器；（4）步驟（3）中洗滌器的底部流出物進入風化氣力輸送器，脫除的產品殘液進入洗滌液中間罐，脫除產品殘液后的物料被送至旋風分離器進行分離，分離得到的氣體排空，分離得到的固體碳酸氫鈉送去稱重裝袋，得到碳酸氫鈉產品。

【技術特征摘要】
1.一種利用酸性氣生產碳酸氫鈉的方法，所述方法包括吸收反應、固液分離、洗滌、風化氣力輸送、氣固分離和裝袋六個過程，實現尾氣達標排放，并生產碳酸氫鈉產品；所述方法具體步驟如下：（1）酸性氣進入吸收反應器，與吸收液碳酸鈉接觸反應，反應后的酸性氣經凈化達標排放，得到的反應生成液進入固液分離器，分離后得到固相物料和液相物料，所述吸收反應器由上、中、下三段構成，其中，上段為液膜發生管，中段為反應管，下段為氣液分離管，所述液膜發生管、反應管、氣液分離管呈上、下串聯連接，且為同一軸線布置；所述液膜發生管由外筒體、內筒體、上環形封堵盤和下環形封堵盤構成，液膜發生管的內筒體上開設呈水平、環形分布的若干液相通道，液膜發生管設有氣相入口和液相物料入口；所述反應管由上至下依次為進料段、收縮段、喉管段、擴張段和出料段，所述反應管的進料段上端與液膜發生管的內筒體下端連接，反應管的管壁設有吸收液入口，吸收液入口位于喉管段上部；所述氣液分離管由上蓋板、氣液分離管內筒體、氣液分離管外筒體和下端板構成；氣液分離管的內筒體上部與反應管的出料段下端連接，氣液分離管設有氣相出口和液相出口；（2）步驟（1）得到的液相物料部分經吸收反應器的液相物料入口返回吸收反應器，部分作為產品收集儲存；（3）步驟（1）得到的固相物料進入洗滌器，與氫氧化鈉溶液逆流接觸洗滌，洗滌后得到的洗滌液經洗滌液中間罐后作為吸收液返回吸收反應器；（4）步驟（3）中洗滌器的底部流出物進入風化氣力輸送器，脫除的產品殘液進入洗滌液中間罐，脫除產品殘液后的物料被送至旋風分離器進行分離，分離得到的氣體排空，分離得到的固體碳酸氫鈉送去稱重裝袋，得到碳酸氫鈉產品。2.按照權利要求1所述的方法，其特征在于：所述吸收反應器中的反應溫度為70～100℃。3.按照權利要求2所述的方法，其特征在于：所述吸收反應器中的反應溫度為80～95℃。4.按照權利要求1所述的方法，其特征在于：所述吸收反應器中吸收液與酸性氣的液氣比為3～20L/m3。5.按照權利要求4所述的方法，其特征在于：所述吸收反應器中吸收液與酸性氣的液氣比為5～10L/m3。6.按照權利要求1所述的方法，其特征在于：步驟（2）所述返回吸收反應器的液相物料的體積流量占液相物料總體積流量的30%～70%。7.按照權利要求6所述的方法，其特征在于：步驟（2）所述返回吸收反應器的液相物料的體積流量占液相物料總體積流量的40%～50%。8.按照權利要求1所述的方法，其特征在于：所述洗滌器為常溫操作，氫氧化鈉溶液與產品液為逆流接觸，所述氫氧化鈉溶液與進入洗滌器的固相物料的體積流量比值為1/3~1/1。9.按照權利要求8所述的方法，其特征在于：所述氫氧化鈉溶液與進入洗滌器的固相物料的體積流量比值為2/3~1/2。10.按照權利要求1所述的方法，其特征在于：所述酸性氣包括硫化氫和二氧化碳。11.按照權利要求1所述的方法，其特征在于：所述氫氧化鈉溶液質量濃度為20%～60%。12.按照權利要求11所述的方法，其特征在于：所述氫氧化鈉溶液質量濃度為32%～40%。13.按照權利要求1所述的方法，其特征在于：所述碳酸鈉溶液質量濃度為10%～30%。14.按照權利要求13所述的方法，其特征在于：所述碳酸鈉溶液質量濃度為15%～25%。15.按照權利要求1所述的方法，其特征在于：所述液膜發生管設有氣相入口和液相物料入口，所述氣相入口設置在液膜發生管的內筒體的上端，所述液相物料入口設置在液膜發生管的外筒體的側壁上。16.按照權利要求1所述的方法，其特征在于：所述液相通道為三角形、圓形、長條形或連續環隙中的一種。17.按照權利要求16所述的方法，其特征在于：所述液相通道為連續環隙。18.按照權利要求1所述的方法，其特征在于：所述反應管的吸收液入口連接液相分布器，液相分布器設置在反應管中心線上，由上向下噴射吸收液，液相分布器設置1～10個。19.按照權利要求18所述的方法，其特征在于：所述液相分布器設置4～6個。20.按照權利要求1所述的方法，其特征在于：所述氣液分離管的內筒體底端開設齒槽，齒槽結構為扇形齒槽、方形齒槽、三角形齒槽，齒槽寬度為3mm～20mm，其底部夾角為15～90°。21.按照權利要求20所述的方法，其特征在于：所述齒槽結構為三角形齒槽結構，齒槽寬度為5mm～8mm；其底部夾角為30～60°。22.按照權利要求1所述的方法，其特征在于：所述氣液分離管設有氣相出口和液相出口，氣相出口設置在氣液分離管的外筒體的側壁上，且氣相出口的位置高于氣液分離管的內筒體的下端出口，液相出口位于氣液分離管的外筒體的底部。23.按照權利要求1所述的方法，其特征在于：所述固液分離器包括殼體、主動輪、從動輪、過濾帶、刮板和隔板；所述固液分離器分為進料區、固液分離區和出料區，所述進料區與殼體上部的物料入口連接，所述固液分離區設置在殼體內中部，由主動輪、從動輪、刮板、過濾帶構成，主動輪與從動輪之間通過設有均勻篩孔的過濾帶連接，所述刮板設置殼體內壁上，刮板表面與主動輪表面為相切關系，且刮板與主動輪之間有一定間隙，所述刮板用于刮下過濾帶上的結晶物，所述出料區位于殼體下部，通過隔板分為固相出料區和液相出料區，所述固相出料區底部設有固相物...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王璐瑤，彭德強，孟凡飛，陳新，王巖，陳建兵，齊慧敏，
申請(專利權)人：中國石油化工股份有限公司，中國石油化工股份有限公司撫順石油化工研究院，
類型：發明
國別省市：北京;11