[发明专利]一种从高浓度H2S废气中回收和纯化单质硫的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及利用微生物处理技术与萃取技术资源化结合处理高浓度H₂S废气，具体地说，涉及一种从高浓度H₂S废气中回收和纯化单质硫的方法及装置。本发明可应用于天然气、沼气、石化领域产生的H₂S气体处理工艺。

背景技术

在油气开采、石油炼化、农药、黑药生产等领域产生H₂S废气具有气量低（通常低于100m³/h），H₂S含量高（H₂S浓度约为20～30%）的特点，是典型的高危险性有毒有害气体。

目前针对H₂S废气的处理方法主要有物理吸收法、化学吸收法、氧化法、生物法等。在这些方法中：物理吸收法存在脱硫不彻底，并且其吸附速率相对较慢的问题，因此不适合H₂S浓度高及废气量大的处理体系。化学吸收法相对污泥吸附法处理效果更好，处理速度也更快，但存在工艺运行成本高的问题。相比之下氧化法是目前工业上采用最多的方法，而在氧化法中又以克劳斯法以及其改进方法最为突出。克劳斯法在H₂S废气量大的体系中经济性和运行效果非常理想，但对于石化行业中这类小量H₂S废气的处理并不经济，同时克劳斯法无法彻底脱除废气中的H₂S，往往还需要增加二级处理过程。另一类以铁基氧化剂为基础的氧化技术（LO-CAT工艺）具有较高的脱硫效率，但在处理高浓度H₂S气体时存在处理成本过高的问题。与以上方法相比，生物法具有处理成本低、操作弹性大、并且可回收硫磺等优点，是目前最受关注的技术之一。

尽管生物脱硫技术在学术界得到了很大认可，但目前该技术在实际H₂S废气的处理中仍然应用较少。这其中硫氧化细菌对体系pH和S^2-的耐受性是制约该工艺工业化应用的一个重大因素。常规硫氧化细菌通常能够正常代谢的pH范围为6～9，能耐受S^2-浓度低于1500mg/L。由于硫氧化细菌代谢体系pH和S^2-耐受浓度的限制，迫使H₂S废气碱液吸收过程中吸收液的浓度受到制约，导致吸收液用量和反应器设备投资均增大，增长整个处理工艺的成本。

除了硫氧化物对pH和S^2-耐受性的问题外，对于微生物硫氧化过程产生硫磺的回收和纯化也是一个未解决的问题。以往的生物脱硫技术对于生成硫磺均采用各类沉淀来实现硫磺的分离和回收，但在实际处理系统中，由于生物氧化过程产生的硫磺颗粒本身粒径小（约10～20μm），并且亲水性好，所以采用沉淀法分离硫磺不仅操作周期长，并且分离效果差。特别是在处理废水中硫负荷较低时，由于生成硫磺浓度较低，则分离更加困难。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出一种从高浓度H₂S废气中回收和纯化单质硫的方法及装置。本发明所述工艺具有易操控、工艺经济性好、回收硫磺纯度高等优点。

本发明通过采用萃取方法解决生成硫磺分离难的问题，并同时实现硫磺纯化，通过将萃取提硫后的萃余相液体部分回流作为H₂S废气的吸收液，减少了吸收碱性液的投加量。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的目的之一在于提供一种从高浓度H₂S废气中回收和纯化单质硫的方法，将高浓度H₂S废气通过碱性液吸收和生物脱硫处理后，采用萃取方法使生物脱硫过程产生的单质硫实现回收和纯化，萃取提硫后的萃余相液体部分作为脱硫处理液体外排，部分作为吸收液回用于H2S废气吸收，萃取相通过再生回收萃取剂。

本发明在生物脱硫处理前，采用碱液吸收将废气中的H₂S从气相转移到水相，完成后续的生物脱硫处理，再通过萃取回收和纯化单质硫。

所述高浓度H₂S废气中H₂S的体积浓度为10～30%，例如可选择10.02～29%，13～26.7%，15.6～22%，17～20.4%，18.5%等，优选为20～25%。

所述碱性液吸收所使用的吸收液为新鲜碳酸盐溶液与萃取提硫后的萃余相液体的混合液。利用萃取提硫后的萃余相液体回流与碳酸盐碱性液混合作为H₂S废气吸收液，大大节约了处理成本。