一种硫回收尾气处理方法和装置

技术领域

本发明属于脱硫技术领域，特别涉及一种硫回收尾气处理方法和装置。

背景技术

酸性气是工业生产中的常见工业排放物，随着地球环境的恶化，近年来，世界各国在工业发展的同时都非常注重环境保护。工业中含硫工艺技术对环境污染尤其重大，因此硫回收技术的开发及应用就显得举足轻重，其尾气处理技术也由单一的科学技术转化成兼顾环保效益和经济效益的重要工艺技术。

现有国内天然气厂和炼油厂中硫回收尾气处理技术常用有只有采用还原吸收法和氧化吸收法尾气处理工艺。

现有工艺在实际应用存在以下问题：

①还原吸收法

a.尾气吸收溶液循环量较大，溶液系统设备较大；

b.尾气吸收溶液再生蒸汽耗量较大总体能耗教高；

c.SO

②氧化吸收法

a.正常工艺过程要产生含盐废水，需新建专门污水处理设施处理，处理后的浓水需蒸发干燥，产生一定量的固废，还需设置固废堆场，并交由专业公司外运处理；

b.系统中有酸性介质，设备存在酸腐蚀问题，需要选择较贵的特种不锈钢材质，维护费用较高；

c.需要增设一套胺液在线净化系统用以除去正常生产中的热稳定性盐；

d.专利溶剂单价较贵，若采用进口溶剂存在国际贸易不可控风险。

上述两类工艺装置复杂，投资、操作成本及能耗都相当高，尤其是在潜流含量较小或中小型规模天然气净化厂硫回收尾气处理中应用成本高，因此需要研究出工艺成熟运行成本低的硫回收尾气处理工艺。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种硫回收尾气处理方法，所述方法包括：

经硫磺回收装置处理的尾气经过正压焚烧炉焚烧形成含硫烟气；

含硫烟气经过氢氧化钠碱洗脱硫形成硫酸钠产品溶液；

对硫酸钠产品溶液进行蒸发结晶，形成干燥的硫酸钠盐和凝结水，完成硫回收尾气处理。

进一步的，含硫烟气的形成包括：

将经硫磺回收装置处理的尾气依次经过正压焚烧炉和烟气冷却器形成含硫烟气，所述含硫烟气经烟气冷却器处理还形成饱和蒸汽，其中，

所述焚烧炉前端温度设置在1000℃以上，所述焚烧炉中部和尾部温度设置在700～720℃，所述焚烧炉出口烟气中含氧量设置在3％。

进一步的，含硫烟气经过氢氧化钠碱洗脱硫形成硫酸钠溶液包括：

含硫烟气依次经过洗涤塔、脱硫吸收塔、氧化罐处理形成粗硫酸钠溶液，所述粗硫酸钠溶液经脱色、压滤处理形成硫酸钠溶液，其中，

所述含硫烟气经洗涤塔进行水洗，并控制所述含硫烟气温度降至40～50℃；

洗涤塔进行循环洗涤的过程中，还包括将所述粗硫酸钠溶液循环输送到洗涤塔进行PH调节的步骤。

进一步的，含硫烟气经脱硫吸收塔和氧化罐进行脱硫、氧化具体包括：

脱硫吸收塔底部通入的含硫烟气与顶部喷淋而下的氢氧化钠溶液接触形成亚硫酸钠溶液，所述氢氧化钠溶液浓度小于10wt％；

一部分亚硫酸钠溶液经塔底循环脱硫泵抽出流入脱硫吸收塔顶部进行循环使用，另一部分亚硫酸钠溶液经塔底循环脱硫泵抽出并经PH调节、加热处理流入氧化罐进行氧化处理；

经氧化罐处理的亚硫酸钠溶液进行氧化处理形成粗硫酸钠溶液。

进一步的，对硫酸钠溶液进行蒸发结晶，形成干燥的硫酸钠盐和凝结水包括：

硫酸钠溶液通入结晶分离器形成液相和气相；

所述液相通过出料泵进入增稠器，其中，增稠器产生的固体进入离心机离心分离、沸腾流化干燥后得到硫酸钠盐；

增稠器出来的上清液和离心分离后的离心液进入母液罐，经母液罐沉积后的上清液通入碱洗装置的脱硫吸收塔和氧化罐进行再氧化处理，然后重新进入蒸发结晶装置。

进一步的，所述气相依次经过二级分离器、水浴除尘洗气塔和蒸汽压缩机处理形成升压蒸汽，升压蒸汽进入强制循环换热器加热硫酸钠溶液。

本发明还提供一种硫回收尾气处理装置，所述装置包括：焚烧装置、碱洗装置和蒸发结晶装置，

焚烧装置，用于将经硫磺回收装置处理的尾气经过正压焚烧炉焚烧形成含硫烟气；

碱洗装置，用于将含硫烟气经过氢氧化钠碱洗脱硫形成硫酸钠产品溶液；

蒸发结晶装置，用于对硫酸钠产品溶液进行蒸发结晶，形成干燥的硫酸钠盐和凝结水，完成硫回收尾气处理。

进一步的，所述焚烧装置包括正压焚烧炉和烟气冷却器，

所述焚烧炉前端温度设置在1000℃以上，所述焚烧炉中部和尾部温度设置在700～720℃，所述焚烧炉出口烟气中含氧量设置在3％。

所述烟气冷却器还用于形成饱和蒸汽。

进一步的，所述焚烧炉设置有两组空气进口和尾气进口，两组空气进口和尾气进口独立控制且对称设置在所述焚烧炉炉体两侧。

进一步的，所述碱洗装置包括洗涤塔、脱硫吸收塔和氧化罐，

所述洗涤塔用于将所述含硫烟气进行水洗通入脱硫吸收塔，并控制所述含硫烟气温度降至40～50℃；所述洗涤塔还用于在进行循环洗涤的过程中，将粗硫酸钠溶液循环输送到洗涤塔进行PH调节；

所述脱硫吸收塔，用于将底部通入的含硫烟气与顶部喷淋而下的氢氧化钠溶液接触形成亚硫酸钠溶液，所述亚硫酸钠溶液浓度小于10wt％；

一部分亚硫酸钠溶液经塔底循环脱硫泵抽出流入脱硫吸收塔顶部进行循环使用，另一部分亚硫酸钠溶液经塔底循环脱硫泵抽出并经PH调节、加热处理流入氧化罐进行氧化处理；

所述氧化罐，用于将流入的亚硫酸钠溶液进行氧化处理形成粗硫酸钠溶液。

进一步的，所述蒸发结晶装置包括结晶分离器、增稠器和母液罐，

所述结晶分离器，用于将通入的硫酸钠溶液处理形成液相和气相，所述液相通过出料泵进入增稠器；

所述增稠器，用于将产生的固体进入离心机离心分离、沸腾流化干燥后得到硫酸钠盐；

所述增稠器，还用于将出来的上清液和离心分离后的离心液进入母液罐；

所述母液罐，用于将沉积后的上清液通入碱洗装置的脱硫吸收塔和氧化罐进行再氧化处理。

进一步的，所述蒸发结晶装置还包括洗气塔和蒸汽压缩机，

所述洗气塔，用于通过水浴除尘除去气相内带的液滴和固体杂质；

蒸汽压缩机，用于将经洗气塔处理完成的气相进行升压，升压蒸汽进入强制循环换热器加热硫酸钠溶液。

本发明还提供一种硫回收尾气处理方法在净化天然气的应用。

本发明的硫回收尾气处理方法和装置，采用“尾气正压焚烧+烟气NaOH碱洗脱硫+硫酸钠溶液蒸发结晶”组合式硫回收尾气处理总工艺，对传统的工艺流程、条件和装置进行优化，能够满足不同处理气量工况下H

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本发明实施例中的焚烧炉结构示意图；

图2示出了本发明实施例中的亚硫酸钠溶液浓度与氧化转化率的关系示意图；

图3示出了本发明实施例中的焚烧炉侧视结构示意图；

图4示出了本发明实施例中的尾气正压焚烧工艺流程图；

图5示出了本发明实施例中的烟气NaOH碱洗脱硫工艺流程图；

图6示出了本发明实施例中的硫酸钠溶液蒸发结晶工艺流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例中提供一种硫回收尾气处理方法，所述方法包括：

经硫磺回收装置处理的尾气经过正压焚烧炉焚烧形成含硫烟气；

含硫烟气经过氢氧化钠碱洗脱硫形成硫酸钠产品溶液；

对硫酸钠产品溶液进行蒸发结晶，形成干燥的硫酸钠盐和凝结水，完成硫回收尾气处理。

本发明的目的在于提供一种新型天然气净化厂硫回收尾气处理的方法，以及实施该方法的装置，以适应当前天然气净化厂尾气处理的要求。

本发明提供的方法主要包括内容：

(1)对工艺流程的优化：“尾气正压焚烧+烟气NaOH碱洗脱硫+硫酸钠溶液蒸发结晶”组合式硫回收尾气处理总工艺；

(2)对工艺条件的优化：不同区域焚烧炉温度的确定，保证H

(3)对工艺设备的优化：优化焚烧炉酸气进口设置，满足不同处理气量工况下H

本发明提供的方案(1)中所述的尾气正压焚烧的功能将单质硫、H

本发明提供的方案(1)中所述的烟气NaOH碱洗脱硫功能将烟气中的SO

①确定生产硫酸钠产品的方案，虽然亚硫酸钠售价更高，但是亚硫酸属于危化品，天然气净化厂无相关销售资质，因此结合净化厂的企业性质，确定以生产硫酸钠产品的工艺方案；

②采用“洗涤塔+脱硫吸收塔双塔”碱洗工艺脱除SO

③取消加注浓硫酸流程，当溶液pH值偏高时，将硫酸钠溶液池溶液循环输送至洗涤塔，从而实现降低pH值的目的。

本发明提供的方案(1)中所述的蒸发结晶功能将硫磺回收尾气处理装置中碱洗产生的Na

①采用MVR(mechanical vapor recompression，MVR是重新利用它自身产生的二次蒸汽的能量，从而减少对外界能源的需求的一项技术)蒸发结晶工艺，为响应国家减少碳排放的政策，因此利用清洁电能，同时为适应硫酸钠溶液浓度高的特点，采用MVR蒸发结晶工艺运行费用也较低；

②增设母液罐上清液返回碱洗装置脱硫吸收塔流程，母液罐中上清液主要是颗粒较小的亚硫酸钠，在实际运行中如果不排出，使得结晶装置亚硫酸钠的富集，造成硫酸钠产品不合格，粒径小，堵塞管道的问题，将含有亚硫酸钠的上清液返回脱硫吸收塔再氧化为硫酸钠然后进入蒸发结晶装置；

③干式除尘优化为水浴除尘，在干式除尘的运行过程中，存在被吸入含水汽的高温空气在输送过程温度降低，析出水份，然后硫酸钠固体遇水板结，堵塞管道的问题，因此优化调整为水浴除尘，冲洗水选用原料液，液体返回原料水罐，不增加蒸发结晶负荷。

本发明提供的方案(2)中所述的工艺条件优化是将焚烧炉前端的温度控制在1000℃以上，炉膛中后部的温度控制在720℃左右，本发明实施例中依据不同天然气净化厂的尾气的特点(尾气中含有单质硫和不同浓度的硫化氢)，确定的焚烧温度及焚烧工艺，才能够保证烟气中的H

本发明提供的方案(2)中所述的工艺条件优化是原设计焚烧炉的过氧量6％左右，但是在实际运行中发现氮氧化物超标，同时生成大量的三氧化硫，造成洗涤塔腐蚀严重。依据现场运行试验逐步降至3％左右，《硫磺回收技术与工程》石油工业出版社，书中P140关于焚烧炉烟气中空气过剩系数内容，燃烧后烟气中的O

本发明提供的方案(2)中所述的工艺条件优化是将碱液浓度由15％调整为小于10wt％，依据实验室内试验结果得出结论，详见图2，图2示出了本发明实施例中的亚硫酸钠溶液浓度与氧化转化率的关系示意图，图2中，横坐标为Na

本发明提供的方案(2)中所述的工艺条件优化是将烟气冷却温度由常规的50℃降低至42℃，从而大大降低了烟气排放携带的水汽，从而降低装置的除盐水补水量，节约用水。

本发明提供的方案(3)中所述的工艺设备的优化是尾气焚烧炉的空气进口和尾气进口设置对称布置得两个进口，详见图3，图3示出了本发明实施例中的焚烧炉侧视结构示意图，图3中，焚烧炉炉体设置两组空气进口和尾气进口，第一空气进口、第一尾气进口与第二空气进口、第二尾气进口对称设置。尾气在焚烧炉内形成环流，提高燃烧效果，同时当气量低时可采用单进口，操作弹性大。

本发明实施例中对尾气正压焚烧工艺、碱洗脱硫工艺、硫酸钠溶液蒸发结晶工艺进行具体的说明：

尾气正压焚烧工艺：

图3示出了本发明实施例中的焚烧炉侧视结构示意图，图3中，自硫磺回收装置来的温度为125℃、10KPa的尾气进入尾气焚烧炉，借助于补燃燃料气所产生的高温将尾气中的H

本发明实施例中，选用20℃、0.4MPa的天然气作为补燃燃料气进入焚烧炉中进行补燃，在焚烧的过程中，还通过焚烧炉鼓风机对焚烧炉内部进行吹气，使焚烧过程更加彻底，图4中，FV表示流量调节阀，设置在焚烧炉鼓风机与焚烧炉之间；TIC表示温度指示、调节，设置在天然气输送管道和焚烧炉处；TRCA表示温度记录、调节、报警，设置在天然气输送管道处；PC表示压力控制，设置在烟气冷却器上。

碱洗脱硫工艺：

图5示出了本发明实施例中的烟气NaOH碱洗脱硫工艺流程图，图5中，来自尾气焚烧炉的高温含硫烟气(温度260℃、5kPa)从洗涤塔下部进入，水洗除去烟尘，同时将烟气降温到约42℃；洗涤塔中降温除尘后的含硫烟气从塔顶流出，去脱硫吸收塔。洗涤热水流入洗涤塔底，用循环洗涤泵抽出，经循环洗涤水冷却器冷却降温后从洗涤塔上部送入，循环洗涤，洗涤过程中凝结下来的多余废水通过设置在塔底部的排污管道排出洗涤塔；

来自洗涤塔顶的含硫烟气从脱硫吸收塔下部进入，在塔中，烟气向上流动，与从上喷淋而下的NaOH溶液在填料表面接触，将含硫烟气中的SO

吸收SO

从脱硫吸收塔来的脱硫废液与来自贫液泵的新鲜NaOH溶液在管道中混合，调节PH值至8.0～8.5，经加热至65℃，碱性环境利于氧化，高温利于氧化，Na

从氧化罐来的硫酸钠溶液既直接进中和脱色罐，也可进硫酸钠溶液储罐。根据需要给罐中加入少量除铁剂和脱色剂，继续搅拌约30分钟，停止搅拌，中和、脱色、除铁工作结束。启动加压过滤泵，将中和脱色罐中的溶液抽出，送入板框压滤机压滤，除去其中的固体杂质(包括烟尘、脱铁沉淀物、脱色吸附剂等)，滤液为硫酸钠产品溶液，送入产品溶液池，然后进入下游蒸发结晶装置。

本实施例中，拉运来的碱液经卸碱/配碱泵并与自蒸发结晶来凝结水混合形成碱液，存储在碱液储罐中，经碱液补充泵与亚硫酸钠混合，图5中，LIC表示液位指示、调节，设置在洗涤塔、脱硫吸收塔底部；TIC表示温度指示、调节，设置在洗涤水冷却器、洗涤塔顶部管道、氧气罐进料加热罐处；FIC表示流量指示、调节，设置在部分脱硫吸收塔循环和亚硫酸钠流经氧化罐处；LICA表示液位指示、调节、报警，设置在碱液储罐上；AIRC表示成份分析指示、记录、调节，设置在氧化罐进罐处；PIC表示压力指示、调节，FIR表示流量指示、记录，均设置在氧化空气与氧化罐连通处；FIRQ表示流量指示、记录、累计，设置在硫酸钠产品溶液出系统处。

硫酸钠溶液蒸发结晶工艺：

图6示出了本发明实施例中的硫酸钠溶液蒸发结晶工艺流程图，图6中，从碱洗装置来的Na

液相：原液进入结晶分离器后打开强制循环泵进行强制循环，具体的，原料在强制循环泵的作用下经强制循环换热器进入结晶分离器，浓缩液(温度为96℃，盐含量38％，水含量62％)通过出料泵后进入增稠器，固体产品进入离心机离心分离、沸腾流化干燥后得到硫酸钠盐产品(温度96℃，盐含量99.5％，水含量0.5％)，增稠器出来的上清液和离心分离后的离心液进入母液罐后溢流至清洗罐，母液罐中的中下层清液通过母液泵将母液返回二效蒸发，经过强制循环泵进行循环；从增稠器出来的固体进行干燥时，干燥时产生的气体通过袋式除尘器进行除尘操作，袋式除尘器与吹风机连接，干燥机产生的硫酸钠盐产品通过斗提机进入到料仓，经进一步包装机完成包装去仓库存放。

母液罐中的上清液返回碱洗装置脱硫塔，母液罐中上清液主要是颗粒较小的亚硫酸钠，在实际运行中如果不排出，使得结晶装置亚硫酸钠的富集，造成硫酸钠产品不合格，粒径小，堵塞管道的问题，将含有亚硫酸钠的上清液返回脱硫塔再氧化为硫酸钠然后进入蒸发结晶装置。

气相：蒸汽从结晶分离器出来后先后进入二级分离器、水浴除尘洗气塔除去蒸汽内带的液滴、固体杂质等物质，二次蒸汽(温度90℃，压力-31Pa)随后进入蒸汽压缩机升压至74Pa(温度102℃)，进入强制循环换热器用来加热硫酸钠溶液，蒸汽冷凝后的凝结水输送至储罐，用来配置氢氧化钠溶液。

本发明实施例中还提供一种硫回收尾气处理装置，所述装置包括：焚烧装置、碱洗装置和蒸发结晶装置，

焚烧装置，用于将经硫磺回收装置处理的尾气经过正压焚烧炉焚烧形成含硫烟气；

碱洗装置，用于将含硫烟气经过氢氧化钠碱洗脱硫形成硫酸钠产品溶液；

蒸发结晶装置，用于对硫酸钠产品溶液进行蒸发结晶，形成干燥的硫酸钠盐和凝结水，完成硫回收尾气处理。

具体的，所述焚烧装置包括正压焚烧炉和烟气冷却器，

所述焚烧炉前端温度设置在1000℃以上，所述焚烧炉中部和尾部温度设置在700～720℃，所述焚烧炉出口烟气中含氧量设置在3％。

所述烟气冷却器还用于形成饱和蒸汽。

具体的，所述焚烧炉设置有两组空气进口和尾气进口，两组空气进口和尾气进口独立控制且对称设置在所述焚烧炉炉体两侧。

具体的，所述碱洗装置包括洗涤塔、脱硫吸收塔和氧化罐，

所述洗涤塔用于将所述含硫烟气进行水洗通入脱硫吸收塔，并控制所述含硫烟气温度降至40～50℃；所述洗涤塔还用于在进行循环洗涤的过程中，将粗硫酸钠溶液循环输送到洗涤塔进行PH调节；

所述脱硫吸收塔，用于将底部通入的含硫烟气与顶部喷淋而下的氢氧化钠溶液接触形成亚硫酸钠溶液，所述亚硫酸钠溶液浓度小于10wt％；

一部分亚硫酸钠溶液经塔底循环脱硫泵抽出流入脱硫吸收塔顶部进行循环使用，另一部分亚硫酸钠溶液经塔底循环脱硫泵抽出并经PH调节、加热处理流入氧化罐进行氧化处理；

所述氧化罐，用于将流入的亚硫酸钠溶液进行氧化处理形成粗硫酸钠溶液。

具体的，所述蒸发结晶装置包括结晶分离器、增稠器和母液罐，

所述结晶分离器，用于将通入的硫酸钠溶液处理形成液相和气相，所述液相通过出料泵进入增稠器；

所述增稠器，用于将产生的固体进入离心机离心分离、沸腾流化干燥后得到硫酸钠盐；

所述增稠器，还用于将出来的上清液和离心分离后的离心液进入母液罐；

所述母液罐，用于将沉积后的上清液通入碱洗装置的脱硫吸收塔和氧化罐进行再氧化处理。

具体的，所述蒸发结晶装置还包括洗气塔和蒸汽压缩机，

所述洗气塔，用于通过水浴除尘除去气相内带的液滴和固体杂质；

蒸汽压缩机，用于将经洗气塔处理完成的气相进行升压，升压蒸汽进入强制循环换热器加热硫酸钠溶液。

本发明的硫回收尾气处理方法和装置，采用“尾气正压焚烧+烟气NaOH碱洗脱硫+硫酸钠溶液蒸发结晶”组合式硫回收尾气处理总工艺，对传统的工艺流程、条件和装置进行优化，能够满足不同处理气量工况下H

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。