专利名称：一种环流泡沫分离硫化氢氧化生成的硫磺的方法
技术领域：
本发明属于气体净化技术和固液分离技术领域。确切的说是涉及一种从溶液中分离H2S氧化吸收时生成的微小硫磺颗粒的方法。
背景技术：
H2S气体是天然气、炼油化工中影响产品质量，造成环境污染的主要气体之一。在 H2S的吸收方法中，有一类湿式氧化吸收法，其特点为采用催化剂在溶液中将H2S氧化为单 质硫，例如钒基氧化吸收脱硫工艺、铁基氧化吸收脱硫工艺等。湿式氧化吸收法至今已发展 到百余种，其中有工业应用价值的就有二十多种。这类方法普遍具有脱硫效率高、运行成本 低、环境友好等特点，日益受到重视。但该类方法在反应过程产生的硫磺粒径非常小(几百 纳米到几微米)，且具有特殊的表面性质，易吸附于反应器壁或填料而不易沉降。现有技术 通过添加分散、絮凝剂等方法，提高硫磺的沉降比，沉降液采用过滤等方法进行分离硫磺。 例如美国专利US 4774071、US05149459报道的液相氧化还原吸收H2S的工艺中，均采用沉 降液过滤的方法回收硫磺。由于沉降液中硫磺的含量低，使得大量的溶液在分离单元和反应器间循环，不仅 增加了能耗和脱硫剂的损耗，而且分离效果不够理想。对于微小固体颗粒的一种高效的分离方法是基于界面差异的泡沫分离技术(Foam separation)。在含有表面活性剂的溶液中，鼓入空气，形成泡沫，基于气泡和液体界面的表 面张力、荷电性质的等的差异，颗粒在气泡表面富集，并随着气泡的聚并而进一步浓集，通 过收集气泡可实现颗粒和液体的分离，对微小颗粒具有较高的分离效率。环流泡沫分离是利用气升式环流反应器进行泡沫分离的技术，由于环流反应器中 气泡分布均勻，气泡湍动激烈，气液接触充分，可使被分离的物质较快的富集在泡沫表面 上，因而可显著提高泡沫分离的效率。环流泡沫分离已经在金属离子、蛋白质分离等方面的 获得了成功应用。H2S氧化生成的硫磺颗粒的大小在几百纳米到几微米范围，表面荷电，具 备环流泡沫分离的可能。利用环流泡沫分离回收硫化氢液相氧化生成的硫磺颗粒，可简化 脱硫剂的组成，降低催化剂成本和消耗，降低过程的操作成本和能耗，在石油天然气和化工 领域具有广阔的应用前景。
发明内容
本发明的目的是开发一种用环流泡沫分离H2S湿法氧化生成的硫磺颗粒的方法， 以提高硫磺的分离效率，降低H2S湿法氧化法的剂耗和能耗。本发明的目的是通过如下技术方案实现的包括一种环流泡沫分离塔，由鼓泡段 和泡沫收集段构成，鼓泡段为气升式内环流反应器，泡沫收集段为溢流槽式的气液分离器； 在所述环流泡沫分离塔中，加入表面活性剂产生泡沫，调节PH为8 10，通入空气，将硫磺 颗粒富集在泡沫表面，通过收集泡沫，将硫磺从溶液中分离。本发明适用于分离各种H2S氧化吸收过程中生成的、满足以下特征的硫磺颗粒平均粒径为0. 5 25μ m，且在pH为8 10的范围内颗粒表面带正电。处理溶液中硫磺颗粒的含量不高于2g/L。所述环流泡沫分离塔，鼓泡段和泡沫收集段的直径比为1 1.4 1 1.7，高度 比为1 0.5 1 0.9;泡沫收集段溢流槽堰和泡沫收集段的直径比为1 1 1 1.4， 高度比为0. 1 1 0. 3 1。所述表面活性剂为阴离子表面活性剂，具体为十二烷基苯磺酸钠(SDBS)或十二 烷基硫酸钠(SDS)。表面活性剂的含量为每含有Ig硫磺颗粒的溶液中含有表面活性剂 0. 05 0. 14g。所述通入空气的量为保持空塔气速为0. 5 2. 5cm/s。本发明的环流泡沫分离H2S氧化生成的硫磺颗粒的技术，可采用连续操作，也可采 取批式操作。连续操作方式为表面活性剂和硫磺颗粒溶液混合后以一定流量入塔，从泡沫 收集段底部连续收集泡沫，过滤后得到硫磺颗粒；从鼓泡段底部排出分离硫磺后的溶液，并 保证塔内装液量不变。间歇操作方式为硫磺颗粒溶液一次性加入塔中，表面活性剂流加入 塔，从泡沫收集段底部连续收集泡沫，过滤后得到硫磺颗粒，当硫磺的分离度达到要求后， 完成一个批次的操作。在本发明的优点和有益效果是1)分离效率高硫磺颗粒一次分离率可达85%以上；2)脱硫液夹带少收集的泡沫中夹带的脱硫溶液小于脱硫溶液总体积的5% ；3)能耗和剂耗低由于泡沫相中硫磺颗粒的含量非常高，而泡沫相中夹带的脱硫 溶液很少，因此过滤后返回装置的滤液量小，从而能耗和剂耗低。
图1环流泡沫分离塔的结构图。1、泡沫收集段2、鼓泡段3、空气进口管4、排液口 5、气体分布器6、环流反应器 导流筒7、溢流堰8、泡沫收集槽9、收集泡沫口
具体实施例方式本发明的具体实施方式
如下环流泡沫分离塔，由鼓泡段2和泡沫收集段1构成，鼓泡段1为气升式内环流反应 器，包括反应器导流筒6和气体分布器5 ；泡沫收集段1为溢流槽式的气液分离器，设有溢 流堰7。鼓泡段和泡沫收集段的直径比为1 1.4 1 1.7，高度比为1 0.5 1 0.9; 泡沫收集段溢流槽堰和泡沫收集段的直径比为1 1 1 1.4，高度比为0.1 1 0. 3 1。连续操作表面活性剂和含有硫磺颗粒的溶液混合后泵入环流泡沫分离塔，空气 经塔底部的空气进口管3和气体分布器5鼓入塔中鼓泡段2的环流反应器导流筒6中，形 成稳定泡沫。在鼓泡段2，硫磺颗粒在气泡和液相不断接触过程中富集在气泡界面，并随泡 沫上升到泡沫收集段1。在泡沫收集段，泡沫中夹带的液相和泡沫分离，泡沫从泡沫收集段 溢流堰7外底部的收集泡沫口 9流出。从收集泡沫口 9收集泡沫并以过滤等方法将泡沫液 和硫磺颗粒分离，硫磺干燥回收，液相返回泡沫分离装置继续使用。分离硫磺后的溶液从塔底部的排液口 4排出，排液时保持塔内的装液量不变。在整个操作过程中通过HCl和NaOH 溶液调整PH，使其保持在8 10。批式操作含有硫磺颗粒的溶液一次性加入环流泡沫分离塔。表面活性剂以一定 速率流加入塔中。空气经塔底部的气体分布器鼓入塔中，形成稳定的泡沫。硫磺颗粒在鼓 泡段富集在气泡界面，并随泡沫不断上升到泡沫收集段。在泡沫收集段，泡沫中夹带的液相 和泡沫分离，从泡沫收集段底部收集口收集泡沫，并通过过滤等方法将泡沫液相和硫磺颗 粒分离，液相返回泡沫分离装置继续使用，硫磺干燥回收。当硫磺的分离度达到要求后，结 束一个批次的操作。实施例1本实施例为采用连续操作方式、环流泡沫分离H2S氧化得到的硫磺颗粒。硫磺颗粒平均粒径21 μ m，在pH为8 10时，硫磺颗粒的表面电位为10 lmV。环流泡沫分离塔 的鼓泡段直径170mm，高1300mm。泡沫收集段直径290mm，高度为660mm，溢流堰直径228mm， 高100mm。采用连续操作，表面活性剂SDBS和含有硫磺颗粒的溶液混合后，从分离塔底部泵 入，泡沫富集后由泡沫收集段底部排出，过滤硫磺后，滤液并入待分离脱硫溶液，硫磺干燥 回收。分离硫磺后的脱硫溶液自分离塔鼓泡段上部排出。溶液中硫磺含量为0.5g/L，进料 速率为lL/min，整个操作过程中，通过调整排液速率，控制分离塔中液体量为27 30L。表 面活性剂的用量为每含有Ig的硫磺颗粒的脱硫溶液中表面活性剂的含量为0. 10g，空气 的空塔气速为l.Ocm/s。在上述条件下稳定操作时，硫磺颗粒的分离率为93%。实施例2本实施例为采用批式操作方式、环流泡沫分离H2S氧化得到的硫磺颗粒。硫磺颗粒 的性质同实施例1。环流泡沫分离塔的鼓泡段结构同实施例1，泡沫收集段直径240mm，高度 为1000mm，溢流堰高240mm。含有硫磺颗粒的溶液(含量为2g/L) —次性加入装置环流泡 沫分离装置，并控制分离塔中液体量为27 30L。表面活性剂SDS以一定速率流加入环流 泡沫分离装置中，保证在每含有Ig的硫磺颗粒的脱硫溶液中表面活性剂的含量为0. 12g， 空气的空塔气速为1. Ocm/s。在上述条件下稳定操作20min后时，硫磺颗粒的分离率达到 89%。实施例3本实施例为采用环流泡沫分离铁基液相氧化H2S得到的硫磺颗粒。分离装置同实 施例2，硫磺颗粒平均粒径0. 5 μ m，在PH为8 10时，硫磺颗粒的表面电位为24 lmV。 采用连续操作，溶液中硫磺的含量为0. 3g/L，进料速率为lL/min，控制分离塔中液体量为 27 30L。表面活性剂SDBS的含量为每含有Ig的硫磺颗粒的脱硫溶液中含表面活性 剂0. lg，空气的空塔气速为1. Ocm/s。在上述条件下稳定操作时，硫磺颗粒的分离率大于 95%。实施例4本实施例为不同表面活性剂含量下的分离效果。分离装置同实施例1，硫磺颗粒性 质同实施例3。采用连续操作，除硫磺含量外，其他操作条件同实施例3，当含有Ig的硫磺 颗粒的脱硫溶液含表面活性剂SDBSO. 05g、0. 08g和0. 14g时，稳定操作时硫磺颗粒的分离 率依次为86%、92%和94%。实施例5
本实施例为不同空气量下的分离效果 。分离装置同实施例1，硫磺颗粒性质同实施 例3。采用连续操作，除空气量外，其他操作条件同实施例3，当空塔气速分别为0. 5cm/s, 1. Ocm/s, 1. 7cm/s和2. 5cm/s时，稳定操作时硫磺颗粒的分离率依次为88%、95%、95%和 93%。
权利要求
一种环流泡沫分离硫化氢氧化生成的硫磺的方法，其特征在于(1)将含有硫磺颗粒的溶液加入环流泡沫分离塔，环流泡沫分离塔由鼓泡段和泡沫收集段构成，鼓泡段为气升式内环流反应器，泡沫收集段为溢流槽式的气液分离器；(2)在环流泡沫分离塔中，加入阴离子表面活性剂，调节pH为8～10，通入空气，表面活性剂产生泡沫，将硫磺颗粒富集在泡沫表面，通过收集泡沫，将硫磺从溶液中分离；表面活性剂的含量为每含有1g硫磺颗粒的溶液中含有表面活性剂0.05～0.14g；空塔气速为0.5～2.5cm/s；(3)硫磺颗粒满足以下特征平均粒径为0.5～25μm，且在pH为8～10的范围内颗粒表面带正电；溶液中硫磺颗粒的含量不高于2g/L。
2.根据权利要求1所述的环流泡沫分离硫化氢氧化生成的硫磺的方法，其特征在于 阴离子表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠或十二烷基硫酸钠。
3.根据权利要求1所述的环流泡沫分离硫化氢氧化生成的硫磺的方法，其特征在 于所述环流泡沫分离塔鼓泡段和泡沫收集段的直径比为1 1.4 1 1.7，高度比为 1 0.5 1 0.9;泡沫收集段溢流槽堰和泡沫收集段的直径比为1 1 1 1.4，高 度比为0. 1 1 0. 3 1。
全文摘要
本发明涉及一种环流泡沫分离硫化氢氧化产生的硫磺颗粒的方法。在环流泡沫分离塔中，加入阴离子表面活性剂，调节pH为8～10，通入空气产生泡沫，将硫磺颗粒富集在泡沫表面，通过收集泡沫，将硫磺从溶液中分离；每含有1g硫磺颗粒的溶液中含有表面活性剂0.05～0.14g；空塔气速为0.5～2.5cm/s，所分离的硫磺颗粒平均粒径为0.5～25μm，且在pH为8～10的范围内颗粒表面带正电；溶液中硫磺颗粒的含量不高于2g/L，该方法可采用连续操作或者批式操作，较以沉降分离为主的硫磺分离，分离率高，硫磺颗粒分离率可达85％以上，溶剂夹带减少，能耗和剂耗低，在湿法氧化吸收硫化氢过程中具有广阔的应用前景。
文档编号C10G7/04GK101870883SQ20091008300
公开日2010年10月27日 申请日期2009年4月24日 优先权日2009年4月24日
发明者丁富新, 江盛阳, 温崇荣, 熊钢, 蒋国强, 赵洲洋, 黄洪发, 黄黎明 申请人:中国石油天然气股份有限公司;清华大学