一種以離子液體為介質(zhì)的常溫液相Claus工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種常溫液相Claus工藝，是一種將離子液體作為Claus反應(yīng)的介質(zhì)來 脫除工業(yè)氣體中也S的新方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 工業(yè)生產(chǎn)中所用到的天然氣、加氨脫硫氣W及煉廠氣中含有不同含量的硫化氨氣 體化2S)，也S的存在不僅會(huì)引起設(shè)備和管道腐蝕，還會(huì)使催化劑中毒W(wǎng)致失活，并且對(duì)人體 和環(huán)境有著極大的毒害作用，必須進(jìn)行無害化處理。目前工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用的脫除也S氣 體的方法為有機(jī)胺混合液可逆吸收法，常用的有機(jī)胺有乙醇胺、N-甲基二乙醇胺、二異丙醇 胺及叔下胺基乙氧基乙醇等。但有機(jī)胺溶液對(duì)設(shè)備腐蝕性大、揮發(fā)性強(qiáng)、再生能耗高W及投 資運(yùn)行成本高，運(yùn)些缺陷使其并不能滿足環(huán)境友好型的工業(yè)生產(chǎn)需求，并且使用有機(jī)胺工 藝解吸得到的高毒性也S的儲(chǔ)存和運(yùn)輸是一大難題。
[0003] 由此，Claus工藝應(yīng)運(yùn)而生。Claus反應(yīng)是一個(gè)古老的反應(yīng)，其反應(yīng)形式如下：
[0004] 2也S+S〇2一3/xSx+2也0 Δ H=-230kJ · mol-i
[0005] Claus工藝?yán)靡睸與S〇2的反應(yīng)來將高毒性的也S轉(zhuǎn)化為便于存儲(chǔ)和運(yùn)輸?shù)墓腆w硫 橫。
[0006] 早期的氣相Claus工藝W金屬氧化物為催化劑，為防止生成的硫橫凝結(jié)在固體催 化劑表面，使催化劑失活，其操作溫度需控制在硫橫的露點(diǎn)（445°C似上。如此高溫的操作 需要消耗大量的能量。此外，由于Claus反應(yīng)為放熱反應(yīng)，高溫并不利于反應(yīng)的進(jìn)行。
[0007] 美國專利US57 33516A，US592860A，US6645459B2，US2003/0103884AdP US7381393B2等報(bào)道了一種新型的液相Claus工藝，它通常W聚乙二醇酸為反應(yīng)介質(zhì)，或在 其中加入少量二甲基苯胺、化晚等Ξ級(jí)胺作為催化劑。液相Claus工藝的反應(yīng)溫度一般控制 在硫橫的烙點(diǎn)（120°C) W上，由此液態(tài)硫橫與有機(jī)溶劑形成液-液兩相分離，有利于將產(chǎn)品 硫橫連續(xù)不斷地從反應(yīng)體系中分離出來。但有機(jī)溶劑揮發(fā)性大，耗損大，且產(chǎn)生對(duì)環(huán)境有害 的VOCs，也給實(shí)際操作過程帶來許多難題。因此，現(xiàn)有的Claus工藝過程亟待進(jìn)一步綠色化 改進(jìn)！
[000引離子液體是近年來興起的一種新型"綠色溶劑"，它是一類在室溫到100°C內(nèi)呈液 態(tài)的有機(jī)烙融鹽。其具有幾乎無揮發(fā)性、烙點(diǎn)低、熱穩(wěn)定性高及溶解能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。研究表 明離子液體對(duì)也S和S02等酸性氣體也具有優(yōu)異的吸收性能。運(yùn)些都為離子液體作為Claus反 應(yīng)介質(zhì)準(zhǔn)備了重要的性質(zhì)基礎(chǔ)。
[0009]盡管中國專利CN101961598A、CN101993378A和CN103159632A，美國專利 US2009291872A1和世界專利W02009142663A1也報(bào)道了將離子液體作為可逆吸收劑用于也S 的捕集過程。中國專利CN103961978A、CN101601961A和CN102743952A也報(bào)道了離子液體或 者離子液體復(fù)配溶液作為吸收劑用于S〇2的捕獲過程。但都沒有將離子液體作為Claus工藝 的介質(zhì)的報(bào)道，而將離子液體代替揮發(fā)性有機(jī)溶劑應(yīng)用于常溫液相Claus工藝過程顯然更 具吸引力。本發(fā)明利用離子液體對(duì)也S和S〇2都具有高溶解能力且離子液體的結(jié)構(gòu)具有可設(shè) 計(jì)性的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)出s在離子液體介質(zhì)中的快速、高效轉(zhuǎn)化。
[0010] 所W將離子液體作為Claus反應(yīng)介質(zhì)是本發(fā)明的最大創(chuàng)新之處！

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明的目的在于提供一種W離子液體為介質(zhì)的常溫液相Claus工藝。
[0012] 為了克服傳統(tǒng)此S脫除與轉(zhuǎn)化工藝中所存在的諸多缺陷，本發(fā)明利用離子液體對(duì) 出S和S〇2都具有高溶解能力W及結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)等特點(diǎn)，創(chuàng)新性的提出一種W離子液體作為 Claus反應(yīng)介質(zhì)的常溫液相此S脫除工藝。該工藝流程主要分為Ξ部分:離子液體預(yù)吸收此S 和S〇2部分；W離子液體為介質(zhì)的Claus反應(yīng)部分;硫橫與離子液體再生部分。主要工藝特征 為:將預(yù)吸收此S后的離子液體富液與另一股預(yù)吸收S〇2后的離子液體富液在靜態(tài)混合器預(yù) 混后打入內(nèi)部有擋板與攬拌獎(jiǎng)的反應(yīng)塔中進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)后的含有硫橫固體的離子液體懸 濁液依次通過過濾、洗涂、干燥一體機(jī)和閃蒸罐后，分成兩股物流去兩個(gè)吸收塔吸收此S和 S〇2,吸收出S與S〇2后的離子液體富液再回到反應(yīng)塔中，由此形成循環(huán)。其中此S來源于能源 氣(天然氣、焦?fàn)t氣、加氨脫硫氣等），S〇2來自一部分產(chǎn)品硫橫燃燒所得，其工藝如下：
[OOU] -種W離子液體為介質(zhì)的常溫液相Claus工藝，如附圖1所示，具體包括W下步驟：
[0014] 步驟1、含有此S的待處理氣體1由大型吸收塔A1底部輸入，與由塔頂自上而下的離 子液體逆流接觸，吸收出S后的離子液體富液2由大型吸收塔底累B1打入靜態(tài)混合器C;
[0015] 步驟2、富含S〇2的氣流3由小型吸收塔A2底部處進(jìn)入，與由塔頂自上而下的離子液 體逆流接觸，吸收S〇2后的離子液體4由小型吸收塔底累B2打入靜態(tài)混合器C;
[0016] 步驟3、此S后的離子液體富液2與吸收S〇2后的離子液體4在靜態(tài)混合器C預(yù)混后進(jìn) 入反應(yīng)塔D反應(yīng)生成硫橫固體；
[0017] 步驟4、含有硫橫的離子液體懸濁液5由反應(yīng)塔底累B3從反應(yīng)塔D底部抽出，進(jìn)入過 濾、洗涂、干燥一體機(jī)E，過濾出固體硫橫，用常溫水洗涂后干燥，得到硫橫成品；
[0018] 步驟5、步驟4中得到硫橫產(chǎn)品一部分進(jìn)行儲(chǔ)存，另一部分硫橫11依次進(jìn)入烙硫蓋 J、燃燒爐K燃燒生成S〇2氣體14經(jīng)燃燒爐頂熱交換器H2冷卻后從塔底進(jìn)入小吸收塔A2;
[0019] 步驟6、步驟4中經(jīng)過濾、洗涂、干燥一體機(jī)E分離得到的含水離子液體6進(jìn)入閃蒸罐 F進(jìn)行閃蒸，閃蒸后閃蒸蓋內(nèi)得到的再生離子液體由閃蒸罐底累B4分別打回大型吸收塔A1 和小型吸收塔A2重復(fù)使用；
[0020] 步驟7、步驟6中從閃蒸罐F中解吸出來的氣體7經(jīng)分饋塔G分離出水后重新進(jìn)入大 型吸收塔A1;
[002。 所述的離子液體，其陽離子可W是N，N ' -二烷基咪挫、N-烷基化晚、N，N-二烷基化 咯燒或不對(duì)稱四烷基季錠鹽中的一種，其結(jié)構(gòu)如下所示：
[0022]
[002引式中Ri、R2和化選自Cl~C6直鏈控基，R4~化均選自打~C4的直鏈控基，且R4與Rs選自 不同的控基，所述的離子液體，其陰離子可W氯離子、四氣棚酸根離子、Ξ氣乙酸根、Ξ氣橫 酸根或氯基乙酸根離子中的一種。
[0024] 上述的常溫液相Claus反應(yīng)工藝，步驟1與2所述的大型吸收塔Α1與小型吸收塔Α2 可為板式塔或填料塔，填料可用散堆填料或規(guī)整填料，優(yōu)先使用諸如Mellapak250Y的填料 塔，大型吸收塔A1的操作溫度為常溫，操作壓力為0.1~3MPa;小型吸收塔A2的操作溫度為 常溫，操作壓力為常壓。
[0025] 上述的常溫液相Claus反應(yīng)工藝，所述的反應(yīng)塔D為內(nèi)部有擋板與攬拌獎(jiǎng)的反應(yīng) 塔。
[00%]上述的常溫液相Claus反應(yīng)工藝，步驟1所述的含此S的待處理氣體1的壓力為0.1 ~3MPa，溫度為10~40°。
[0027]上述的常溫液相Claus反應(yīng)工藝，步驟2中進(jìn)入小型吸收塔A2的S〇2氣體的壓力為 常壓，溫度為10~40°C。
[00%]上述的常溫液相Claus反應(yīng)工藝，步驟3所述的反應(yīng)塔D塔頂操作溫度為常溫，操作 壓力為0.1~O.SMPa，出S相對(duì)于SO2W化學(xué)計(jì)量比過量5%~20%。
[0029] 上述的常溫液相Claus反應(yīng)工藝，步驟6所述的閃蒸方式為單效閃蒸或多效閃蒸， 閃蒸溫度為80~140°C，閃蒸壓力為0.05~O.lMPa。
[0030] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：W離子液體為反應(yīng)介質(zhì)和溶劑，提供一種新型的常溫液相Claus 反應(yīng)新工藝，具有操作溫度低，能耗小，無 VOCs排放，無需后續(xù)尾氣處理流程，并可W生產(chǎn)高 純度的硫橫，是一種綠色環(huán)保的液相Claus反應(yīng)的革新工藝。其中離子液體既為溶劑，也為 催化劑，且離子液體可經(jīng)簡單除水后，長期重復(fù)循環(huán)使用。
【附圖說明】
[0031] 附圖1為本發(fā)明提供的一種W離子液體為介質(zhì)的常溫液相Claus工藝流程示意圖， 其中：1為待處理氣體(含出S的天然氣），2為吸收此S后的離子液體富液，3為硫橫燃燒生成的 富含S〇2的氣流(S化體積濃度>10%)，4為吸收S〇2后的離子液體富液，5為含有產(chǎn)品硫橫的 離子液體，6為分離出硫橫后的離子液體，7為未完全反應(yīng)的出S與水蒸氣混合物，8為液態(tài) 水，9為未完全反應(yīng)的少量此S，10為解吸后的新鮮離子液體，11為