一种环流泡沫分离硫化氢氧化生成的硫磺的方法

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。

说明书

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匀，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0.5～25μm，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1g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。

附图说明

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21μm，在pH为8～10时，硫磺颗粒的表面电位为10～1mV。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1L/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1g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1.0cm/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)一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1g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1.0cm/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0.5μm，在pH为8～10时，硫磺颗粒的表面电位为24～1mV。采用连续操作，溶液中硫磺的含量为0.3g/L，进料速率为1L/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1g的硫磺颗粒的脱硫溶液中含表面活性剂0.1g，空气的空塔气速为1.0cm/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1g的硫磺颗粒的脱硫溶液含表面活性剂SDBS0.05g、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，1.0cm/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％。