H2S脱除技术方案(三种)

含硫化氢废气脱除工艺
技术方案
洛阳市天誉环保工程有限公司
2012年9月
目录
第一章工程概况 (1)
第二章设计方案 (1)
第三章工艺介绍 (2)
方案1：氨吸收氧化及副产品回收工艺 (2)
1.工艺原理 (2)
2工艺流程 (2)
3 装置组成 (5)
4 投资预算 (5)
5 经济运行效益 (7)
方案2：焚烧及余热利用工艺 (8)
1工艺原理 (8)
2 装置组成 (9)
3 投资预算 (9)
4 运行费用 (10)
方案3：非水溶液中一步法氧化及硫回收工艺 (11)
1 工艺原理 (11)
2 工艺流程 (11)
第四章工艺对比 (14)
1 氨吸收氧化及副产品回收工艺 (14)
2 原料气焚烧及余热利用工艺 (15)
3 非水溶液中一步法硫回收新工艺 (15)
第一章工程概况
根据甲方提供资料，待处理气体（下称原料气）含H2S 约40%、CO2 约60%，以及其他少量的CO、H2、CH4、N2、CH3OH。

H2S为酸性、恶臭气体，对环境的污染影响极大，而CO2 的环境危害则相对较小。

为了保护环境并改善生产条件，使排放气体达到环保排放标准，需设计配套装置进行净化处理。

要求装置建设完成后，排放的气体指标能够符合国家和地方的环境保护政策及污染物排放标准，无新增“三废”产生，并进行硫回收，以利于企业发展和环境改善。

第二章设计方案
原料气参数：温度：35.55℃，压力：230kPa（绝），流量：175.72kmol/h。

组成（摩尔分率）：CO：0.0094，H2：0.0051，CO2：61.4232，CH4：0.0090，N2：1.9495，H2S：36.5197，CH3OH：0.0841。

根据气体成分并结合我公司技术资源，设计三套技术方案：
1.氨吸收氧化及副产品回收工艺；
2.原料气焚烧及余热利用工艺；
3.非水溶液中一步法氧化及硫回收工艺。

第三章工艺介绍
方案1：氨吸收氧化及副产品回收工艺
1 工艺原理
利用一定浓度的氨水喷淋洗涤原料气，氨水与原料气中的硫化氢发生酸碱中和反应生成多硫化铵，再用一定浓度的硫酸加入吸收了硫化氢的洗涤液中，硫酸与多硫化铵发生氧化还原反应，生成硫酸铵、单质硫等，最后回收单质硫和硫酸铵。

涉及的主要化学反应方程式如下：
H2S + 2NH3•H2O = (NH4)2S + 2H2O
H2S + NH3•H2O = NH4HS + H2O
CO2 + NH3•H2O = NH4HCO3
(NH4)2S + H2SO4 = (NH4)2SO4 + S + H2
2NH4HS + H2SO4 = (NH4)2SO4 + 2S + 2H2
6NH4HS + 5H2SO4 = 3(NH4)2SO4 + 8S + 8H2O
3(NH4)2S + 4H2SO4 = 3(NH4)2SO4 + 4S + 4H2O
2NH4HCO3 + H2SO4 = (NH4)2SO4 +2 H2O + 2CO2
2 工艺流程
本工艺装置可分以下3个部分：
（1）吸收剂配置：使用稀氨水作为吸收剂。

外购浓度较高的氨水由泵卸至氨水储罐中储存，根据使用量用泵打到稀氨水储罐中，加入水稀释到一定浓度。

吸收塔投入使用时，由泵持续或间断送到吸收塔，通过喷淋装置淋洗原料气。

（2）原料气净化：原料气从吸收塔下部进入吸收塔内，与从吸收塔顶部喷淋而下的稀氨水逆向接触，原料气中的硫化氢溶于喷淋液中并与其中的氨发生化学反应，生成多硫化铵，随喷淋液降到吸收塔底部，形成多硫化铵和氨的混合液，而原料气中的不溶或难溶于水的成分则从吸收塔顶部离开。

吸收塔运行初期，底部混合液中多硫化铵浓度较低，再通过循环泵再打到塔顶，进行循环喷淋。

随着原料气的不断通入，混合液中多硫化铵浓度逐渐增大，但达到一定浓度后，从循环泵出口截取，排到氧化反应釜中，而吸收硫化氢消耗的稀氨水则视循环液中的含量补充。

原料气经过吸收塔淋洗后，原料气得到净化，符合环保排放要求，最后排往大气中，也可通过捕液器除去水分后，排到后续工序。

根据原料气中硫化氢气体及其它酸性气体含量，可设计成2台或3台吸收塔连续吸收，并调整稀氨水浓度，以达到要求的脱除效率。

（3）副产品回收：从吸收塔排出的多硫化铵含量较高的溶液进入反应釜中，并加入适量的浓硫酸。

在反应釜中，多硫化铵与硫酸发生氧化还原发应，生成单质硫和硫酸铵及其它副产物，如水、二氧化碳等。

硫酸稀释及氧化还原反应为放热反应，溶液中的水分大部分被蒸发，难溶于水的单质硫逐渐析出，经过离心机分离后，作为副产品硫
磺，而硫酸铵母液则输送到蒸发系统，进行蒸发浓缩结晶，最后再用离心机分离回收，经干燥、包装得到第二种副产品硫酸铵。

通过该工艺，原料气中的硫化氢被吸收、净化后，排放气满足环保排放指标，同时，吸收的硫化氢最终转化为硫磺和硫酸铵，实现较高的环保和经济效益。

工艺流程见图1所示。

本工艺主要有以下两个特点：
（1）硫化氢脱除效率高。

根据原料气硫化氢含量，设计采用三台吸收连续吸收，前两台塔采用稀氨水做吸收剂，吸收硫化氢，第三台用水做吸收剂，以吸收可能逃逸的氨气，确保尾气达标排放。

（2）硫回收率高，原料利用率高。

吸收的硫化氢、吸收剂氨和氧化剂硫酸最终转化为两种副产品：硫磺和硫酸铵，经济价值较高。

（3）适用性强。

对于不同硫化氢含量的原料气，调整吸收塔操作液气比、稀氨水浓度等即可。

3 装置组成
该套装置含有几组吸收塔、氧化反应釜、离心机、蒸发器，以及吸收剂、氧化剂和母液储存罐（槽）以及气体增压风机、液体输送泵、阀门、管道等设备组成。

4 投资预算
主要设备及其他投资项目见表1。

表1主要设备及其他投资项目一览表
注：设备价格非最终报价。

5 经济运行效益
经济运行分析见表2。

表2 运行经济表
注：1.物料单价根据当地行情波动；2.按年运行7500小时计算。

方案2：焚烧及余热利用工艺
1工艺原理
将含硫化氢的原料气引入焚烧炉中进行焚烧，焚烧炉温度为1250℃，使硫化氢及原料气中的可燃成分焚烧充分。

焚烧系统生成的高温烟气通过废热锅炉进行换热，换热后的低温烟气（180~200℃）进入下一级烟气管路系统进入脱硫装置。

当烟气温度偏高时，可通过混兑空气以满足后续设备工艺要求。

废热锅炉产生的饱和蒸汽（~1.1Mpa、187℃）可并入蒸汽总管或至其他需加热设备（如氨法脱硫系统的硫酸铵回收蒸发器）。

工艺流程见图2所示。

图2 原料气高温焚烧工艺流程图
2 装置组成
该套装置主要由焚烧炉、废热锅炉及其相关管道、电气、仪表组成。

（1）焚烧炉。

主要包括燃烧器及炉体两部分。

（2）废热锅炉
3 投资预算
主要设备及其他投资项目见表3所示。

表3主要设备及其他投资项目一览表
4运行费用
运行费用见表4。

表4 运行费用及蒸汽产出表
注：1.物料单价根据当地行情波动；2.按年运行7500小时计算。

方案3：非水溶液中一步法氧化及硫回收工艺
1.工艺原理
采用最新研发的固体分子筛催化剂，选用氧气作为氧化剂，在氧化塔中将H2S直接氧化为单质硫，用某种溶剂溶解生成的硫，经过分离后，溶剂返回系统循环利用，而硫则结晶回收。

化学反应方程式：2H2S + O2 = 2H2O +2S
2.工艺流程
含硫化氢的酸性气体与空气充分混合后，进入氧化塔，在催化剂的作用下硫化氢被氧直接氧化，生成单质硫和水，脱硫的气体经除雾后从塔顶排出。

含有单质硫的非水相溶液从塔底排出，进入闪蒸装置，经闪蒸及气液分离后，回收溶液，不凝气返回氧化塔。

由闪蒸装置出来的非水相溶液经加压、冷却后送入结晶器中。

结晶形成的单质硫晶体经离心分离、干燥后包装。

非水相溶液经加热缓冲，由循环泵打入氧化塔内循环使用。

工艺流程见图3所示。

酸性
图3 非水溶液中一步氧化法及硫回收工艺流程3 投资预算
主要设备及其他投资项目见表5所示。

4运行费用
运行费用见表6。

表6 运行费用表
第四章工艺对比
三种工艺各有其优缺点，具体采用何种工艺应根据现有条件进行综合选择。

1.氨吸收氧化及副产品回收工艺
该工艺脱硫效率高，不使用催化剂，整个工艺建立在基本化学反应的基础上，进行设计、运行时，控制相对简单，操作容易进行。

其缺点是用浓硫酸氧化虽然简便，但用量较大，氧化剂存储空间相对较大。

2 原料气焚烧及余热利用工艺
经过高温焚烧后，酸性气体中可燃性成分经全部燃烧，生产大量热，可进行余热回收。

缺点是设备结构、控制精密，操作有一定安全风险；硫化氢全部转化为SO2，需要有配套的后续处理装置对其进行吸收处理。

按原料气含硫化氢量计算，理论上生成的二氧化硫为4.107t/h，若采用氨法脱除二氧化硫，需要硫酸铵产量为8.471t/h的配套装置。

3.非水溶液中一步法硫回收新工艺
该工艺技术先进，设备、流程结构紧凑，运行费用和产品效益都有相当的优势。

该工艺采用的新型催化剂已试验验证成功，需进一步中试，论证其在实际工程应用上的可行性。