專利名稱：硫回收系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
總體而言，本發(fā)明涉及一種硫回收系統(tǒng)和方法，更具體而言，涉及一種自含硫氣流 回收硫的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
源自煤的合成氣體(“合成氣”)或其他原料如生物氣、廢氣和高爐煤氣可有效用 于應(yīng)用如發(fā)電和化學(xué)品生產(chǎn)。在整體氣化/聯(lián)合循環(huán)(IGCC)工藝中，煤經(jīng)空氣(或氧氣) 氣化和蒸發(fā)產(chǎn)生主要包含一氧化碳、二氧化碳、氫氣、甲烷、水蒸汽和氮?dú)?當(dāng)使用空氣作 為氧化劑時(shí))的可燃?xì)怏w(煤氣)。所述氣體用作燃?xì)廨啓C(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)-蒸汽輪機(jī)聯(lián)合循 環(huán)的燃料以產(chǎn)生電能。IGCC方法的產(chǎn)物也可含小量其他氣態(tài)物類。其他原料如生物氣、廢 氣和高爐煤氣可產(chǎn)生與煤氣不同的氣態(tài)組合物。但如上所述煤氣或其他原料在考慮用于預(yù) 期的最終用途前通常經(jīng)凈化以除去物類如顆粒物質(zhì)、堿金屬和硫化合物。這類氣體中的硫 化合物包括硫化氫(H2S)和較少量的硫化羰(COS)、二硫化羰(CS2)等，具體取決于氣體所 源自的原料的硫含量及所使用的衍生方法。為滿足環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)及防止進(jìn)一步使用所述可燃?xì)?體或其他原料的裝置的損壞，可能有必要從所述氣體去除一些或全部硫化合物和其他污染 物。一種從含硫氣流去除硫化合物的方法包括通過使硫化合物與吸著劑如金屬氧化 物接觸以形成金屬硫化物(在本文中也稱硫化質(zhì))而脫硫。凈硫吸附反應(yīng)以下面的方程式 ⑴為例給出H2S+M0 — MS+H20 (1)其中，M為吸著劑中存在的金屬；MO代表金屬氧化物；MS代表金屬硫化物。為簡單 起見，M以二價(jià)示出，但明顯也可采用其他價(jià)態(tài)的金屬。此外，由于金屬硫化物中硫的實(shí)際 比例常與理論不同，故這些方程式可能不能準(zhǔn)確表示反應(yīng)的化學(xué)計(jì)量關(guān)系。脫硫后，吸著劑在再生器中再生以回收金屬氧化物。再生此吸著劑的標(biāo)準(zhǔn)方法是 通過氧化或焙燒使吸收、吸附或反應(yīng)的硫或硫化合物解吸而產(chǎn)生金屬氧化物和含硫氣體。 氧化可通過向硫化質(zhì)供給再生金屬氧化物的再生氣體而變得容易。再生反應(yīng)可由下面的方 程式(2)表示2MS+302 — 2M0+2S02 (2)其中，Μ、MS和MO的定義同上。很明顯，在此再生過程中，硫或含硫物類的氣態(tài)形 式將隨同其他氣體一起放出并必須加以控制以避免其他污染問題。取決于所采用的再生方法，氣態(tài)硫物類可呈硫氧化物、硫化羰和二硫化羰等形式。 此外，當(dāng)與非氧氣或空氣的再生氣體接觸時(shí)，一些硫化質(zhì)可被再生以產(chǎn)生還原形式的氣態(tài) 硫物類如硫化氫。例如，當(dāng)與蒸汽接觸時(shí)，硫化錫(SnS)將被再生為氧化錫，同時(shí)放出硫化 氫和氫氣。再生器的含硫氣流中氣態(tài)硫物類的濃度常較低，通常低于約10%。有利的是讓含 硫氣流中的氣態(tài)硫含量盡可能高以便在將含硫氣流作為尾氣釋放進(jìn)大氣中前自含硫氣流有效產(chǎn)生或回收適銷形式的硫。本發(fā)明提供了一種自再生器的硫流有效回收硫的系統(tǒng)和方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案為一種硫回收系統(tǒng)。所述系統(tǒng)含脫硫單元、自脫硫單元接 收硫化質(zhì)的再生器、硫回收單元、與再生器和硫回收單元流體連通的硫軌道(track)和硫 軌道上的硫濃縮器。本發(fā)明的另一實(shí)施方案為一種硫回收系統(tǒng)。所述系統(tǒng)含構(gòu)造以接收含硫氣流并形 成硫化質(zhì)的脫硫單元、自脫硫單元接收硫化質(zhì)的再生器、硫回收單元、用于自再生器向硫回 收單元輸送氧化的硫氣體的硫軌道、硫軌道上的硫氧化物濃縮膜、與脫硫單元和硫回收單 元流體連通的滑流(slip-stream)燃料軌道、和布置在滑流燃料軌道上的氫濃縮膜。硫氧 化物濃縮膜包含收集濃縮的硫氧化物的第一部分和收集硫濃縮膜的殘余氣體的第二部分。 氫濃縮膜包含收集濃縮的氫的第一部分和收集氫濃縮膜的殘余氣體的第二部分。所述系統(tǒng) 還含與硫氧化物濃縮膜的第一部分和氫濃縮膜的第一部分相連的吹掃蒸汽軌道。硫回收單 元與硫氧化物濃縮膜的第一部分和氫濃縮膜的第一部分流體連通。本發(fā)明的另一實(shí)施方案為一種硫回收系統(tǒng)。所述系統(tǒng)含構(gòu)造以接收含硫氣流并形 成硫化質(zhì)的脫硫單元；自脫硫單元接收硫化質(zhì)的再生器；硫回收單元；用于自再生器向硫 回收單元輸送還原的硫氣體的硫軌道；硫軌道上的硫化氫濃縮膜，所述硫化氫濃縮膜包含 收集濃縮的硫化氫的第一部分和收集來自硫化氫濃縮膜的殘余氣體的第二部分；自硫軌道 向氫濃縮膜輸送還原的硫氣體的第一滑流硫軌道，其中所述氫濃縮膜包含收集濃縮的氫的 第一部分和收集氫濃縮膜的殘余氣體的第二部分；與硫化氫濃縮膜的第一部分流體連通并 與硫回收單元流體連通的第二滑流硫軌道上的氧化器；和與硫化氫濃縮膜的第一部分和氫 濃縮膜的第一部分相連的吹掃蒸汽軌道。硫回收單元與硫軌道上的氧化器流體連通。本發(fā)明的另一實(shí)施方案為一種硫回收方法。所述方法包括以下步驟在脫硫單元 中用吸著劑自含硫氣流去除硫化合物以形成硫化質(zhì)，在再生器中從硫化質(zhì)解吸氣體以形成 硫流，用硫濃縮器濃縮硫流的硫內(nèi)容物以形成濃縮的硫流，和在硫回收單元中轉(zhuǎn)化濃縮的 硫流以形成硫產(chǎn)品。


通過結(jié)合附圖閱讀下面的詳細(xì)描述，本發(fā)明的這些及其他特征、方面和優(yōu)勢將得 到更好的理解。在整個(gè)附圖中，相似的符號代表相似的部分，其中圖1為現(xiàn)有技術(shù)硫回收系統(tǒng)的示意圖。圖2為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的硫回收系統(tǒng)的示意圖。圖3為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案自氧化的硫流回收硫的系統(tǒng)的示意圖。圖4為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案自還原的硫流回收硫的系統(tǒng)的示意圖。
具體實(shí)施例方式在下面的說明書和附隨的權(quán)利要求書中，除非另有明確指出，否則單數(shù)形式“一 個(gè)”、“一種”和“該”包括復(fù)數(shù)指代。除非明確提及為元素硫，否則說明書中用到的術(shù)語“硫”指元素硫、硫化合物或其組合。本發(fā)明的各種實(shí)施方案描述了從在再生器中自硫化質(zhì)解吸的硫流回收硫的系統(tǒng)和方法。硫可以元素硫或任何硫化合物如硫酸、硫酸銨或有機(jī)硫化合物形式回收。圖1為現(xiàn)有技術(shù)硫回收系統(tǒng)10的簡圖。系統(tǒng)10含脫硫單元12、再生器14和硫回 收單元18。在運(yùn)行過程中，來自氣化器的含硫氣流通過含硫氣體軌道22進(jìn)入脫硫單元12 并接觸脫硫單元12中的吸著劑。除非另有明確提及，否則本文中用到的吸著劑可呈固體形 式或呈液體形式。本文中用到的軌道為允許導(dǎo)管所連接的各種元件之間流體連通并用作運(yùn) 行過程中氣體或吸著劑通行途徑的導(dǎo)管。運(yùn)行過程中，脫硫單元12中的吸著劑從含硫氣體吸收硫而成為硫化質(zhì)。本文中用 到的吸收可指硫的簡單吸收、吸著劑與硫的反應(yīng)或甚至硫的吸附。硫化質(zhì)通過硫化質(zhì)軌道 24被輸送到再生器14并接觸通過再生器氣體軌道26供給的再生氣體。在再生器14中硫 化質(zhì)與再生氣體間的反應(yīng)過程中，吸著劑解吸含硫氣體而在與再生器14相連的硫軌道28 中形成硫流。本文中的“解吸”可指簡單解吸或通過與再生氣體的化學(xué)反應(yīng)形成任何含硫 氣體。再生的吸著劑通過吸著劑軌道30從再生器14被輸送至脫硫單元12以再用來從含 硫氣流吸收硫。與吸著劑反應(yīng)后，含硫氣體被耗盡硫而變?yōu)槊摿驓怏w(燃料氣體)并可用作其他 設(shè)施如能源設(shè)施如燃?xì)廨啓C(jī)(GT) 16或制備化學(xué)品或蒸汽的設(shè)施的進(jìn)氣。燃料氣體通過燃 料軌道32流向GT。燃料氣體的滑流通過滑流燃料軌道34源自燃料軌道32并連接至硫回 收單元18。在硫回收單元18處，硫軌道28中的硫流與滑流燃料軌道34的燃料氣體接觸并 反應(yīng)產(chǎn)生元素硫和尾氣，尾氣通過尾氣軌道36收集。本文中的“硫流”指源自再生器的包 含硫的解吸氣體的流。如果需要減少硫通過尾氣向大氣的排放，則源自尾氣的滑流可通過 滑流尾氣軌道38流回脫硫單元12以進(jìn)一步減少硫。任何廠址許可的尾氣排放取決于流率和尾氣中的硫濃度。希望流率和硫濃度均 低。如果硫流中富含硫，則硫回收單元18中硫去除效率可提高。這可通過例如經(jīng)硫軌道28 的滑流硫軌道40將部分硫流再循環(huán)回再生器14以便流經(jīng)硫軌道28離開再生器的硫流中 的凈硫含量增加來實(shí)現(xiàn)。但硫流再循環(huán)回再生器14將迫使再生器14在較高凈硫流含量下運(yùn)行。這可能不 利地影響再生器14的運(yùn)行并限制吸著劑再生的程度，從而增高吸著劑軌道30中再生的吸 著劑的硫含量，繼而可能不利地影響脫硫單元12中的硫去除效率。在某些情況下，在較高 凈硫含量下運(yùn)行再生器可能伴有風(fēng)險(xiǎn)。例如，如果硫流中有被氧化的硫，則吸著劑材料中存 在通過方程式(3)所代表的反應(yīng)形成金屬硫酸鹽的較高風(fēng)險(xiǎn)M0+S02+l/202 — MSO4. (3)這里形成的硫酸鹽已知會降低脫硫單元12中吸著劑的脫硫能力，從而縮短吸著 劑壽命而需要更頻繁地更換吸著劑，這可能增加運(yùn)行成本。因此需要更有效的硫回收方法 來處理自再生器14出來的硫流。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的含硫濃縮器54的硫回收系統(tǒng)50的示意 圖。硫濃縮器54可為適于硫化合物的氣態(tài)形式的任何濃縮器。濃縮方法的實(shí)例包括通過 膜選擇性滲透、變溫吸收和/或變壓吸收。硫濃縮器54和還原氣體濃縮器70將通過調(diào)節(jié) 最終進(jìn)入硫回收單元18的任何流的濃度和物理狀態(tài)性質(zhì)來確保脫硫單元12、再生器14和硫回收單元18(和/或如下面在附圖4的上下文中將討論的元素硫回收單元108)間正確 的整體運(yùn)行。有利的是硫濃縮器54沿硫軌道28布置為與再生器14和硫回收單元18流體連通 并通過獲取來自硫流的輸入而在富硫軌道66中產(chǎn)生富硫流。硫回收系統(tǒng)50這種其中硫濃 縮器54與再生器14和硫回收單元18 —起運(yùn)行的構(gòu)造將至少部分地例如在氧化的硫的情 況下導(dǎo)致比現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)如圖1中所示系統(tǒng)更高效的硫回收而不引起吸著劑材料中金屬 硫酸鹽的形成。此外，有了富硫流，硫回收單元18可制造為更高效、更緊湊，從而降低硫回 收工廠的基建和運(yùn)行成本。在工廠運(yùn)行過程中，系統(tǒng)50可通過控制再生單元中發(fā)生的硫化 質(zhì)凈分離和硫濃縮器54中的凈硫去除提供調(diào)節(jié)硫軌道28中氣態(tài)硫內(nèi)容物濃度的靈活性， 從而形成富硫流以便于硫回收單元18高效運(yùn)行以從尾氣排放中去除硫。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，在硫回收系統(tǒng)50的運(yùn)行過程中，通過含硫氣體軌道 22進(jìn)入脫硫單元12的含硫氣體如煤氣、合成氣體(合成氣)、生物質(zhì)燃料或任何其他基于 烴的氣體經(jīng)脫硫質(zhì)(吸著劑)脫硫。在一個(gè)特別的實(shí)施方案中，含硫氣體為源自氣化系統(tǒng) 的氣態(tài)輸出的合成氣。如前面的段落中所述，脫硫質(zhì)或吸著劑可為固體或液體吸著劑，其在脫硫單元12 中吸收含硫氣體的硫內(nèi)容物。吸著劑材料可包括過渡金屬如銅、鋅、鐵、鎳、鉻、釩、鎢或其混 合物及堿土金屬如鎂、鍶、鈣和鋇。也可使用金屬氧化物如氧化鐵、氧化鋅、鐵酸鋅、鐵酸銅、 氧化銅、氧化釩及其混合物作為硫的吸著劑。在一個(gè)實(shí)施方案中，鈦酸鋅為用作固體吸著劑 的另一材料。在另一實(shí)施方案中，氧化錫被用作固體吸著劑。液體形式的吸著劑可包括乙 二醇和胺的水溶液以及醇和有機(jī)物。在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明的方法和系統(tǒng)中使用的吸著劑為能從熱含硫氣體去除 硫的吸著劑，因此所述吸著劑能承受熱氣體的溫度。在硫回收系統(tǒng)50中，運(yùn)行溫度可在 接近室溫到至高800°C的范圍內(nèi)，具體取決于位置、所使用的吸收質(zhì)及原料流的類型。在某 些情況下，當(dāng)含硫氣體為熱煤氣時(shí)，熱煤氣的溫度可為至少約400°C。因此可設(shè)計(jì)和使用可 在不同溫度范圍下運(yùn)行的硫濃縮器54。在一個(gè)實(shí)施方案中，硫濃縮器54可在約20°C到約 200°C的溫度范圍下運(yùn)行。在另一實(shí)施方案中，硫濃縮器54設(shè)計(jì)為甚至在超過200°C的溫度 下也可運(yùn)行。在另一實(shí)施方案中，硫濃縮器54可在超過400°C、低于約700°C的溫度下有效 運(yùn)行。在一個(gè)實(shí)施方案中，硫回收系統(tǒng)50中的壓力可為接近大氣壓到60巴。離開脫硫單元的硫化質(zhì)通過硫化質(zhì)軌道24被輸送至再生器14并通過硫化質(zhì)與經(jīng) 再生器氣體軌道26供給的空氣、氧氣、富氧空氣、蒸汽或惰性載氣接觸而再生形成再生的 吸著劑。再生的吸著劑可通過吸著劑軌道30流回脫硫單元12。在一個(gè)實(shí)施方案中，自硫 化質(zhì)解吸的硫化合物在含氧再生氣體的存在下轉(zhuǎn)化為硫的氧化物并生成進(jìn)入硫軌道28的 氧化的硫流。在此實(shí)施方案中，當(dāng)再生氣體富含氧時(shí)，所述硫流將主要包含硫氧化物如二氧 化硫(SO2)和三氧化硫(SO3)。按另一實(shí)施方案，如果再生氣體為惰性載氣或蒸汽，則在硫 軌道28中得到包含硫化氫(H2S)的還原的硫流的機(jī)會將高。硫濃縮器54能在硫濃縮器54 的第一部分56處濃縮硫流的含硫氣體，使硫流成為富硫流并釋放到富硫軌道66，而在硫濃 縮器54的第二部分58中留下來自硫流的含除硫外的氣體的殘余氣體。硫濃縮器可根據(jù)從硫流濃縮或分離硫物類的原理工作。例如，在一個(gè)實(shí)施方案中， 硫濃縮器可含輔助的選擇性吸著劑以吸收硫流中的硫物類并通過解吸將其再生。在另一實(shí)施方案中，硫濃縮器54為硫濃縮膜。在此實(shí)施方案中，硫濃縮器54的第一部分56形成滲 透物側(cè)，第二部分58形成保留物側(cè)。在一個(gè)實(shí)施方案中，硫濃縮器為能選擇性地通過硫氧 化物而保留其他氣體組分的膜。在另一實(shí)施方案中，硫濃縮器為能選擇性地通過硫化氫的 膜。濃縮器膜根據(jù)膜的選擇性氣體分離原理工作。所述膜可為多孔或非多孔的，具體取決 于待分離的氣體和膜所使用的材料。一種用多孔膜分離氣體的方法是通過Knudsen擴(kuò)散。 多孔和非多孔膜也可通過反應(yīng)或非反應(yīng)性擴(kuò)散過膜材料來工作。通過致密的非多孔膜分離 氣體可通過例如選擇性滲透的溶液擴(kuò)散或促進(jìn)輸送過程進(jìn)行。在硫濃縮器54的第二部分58上濃縮的硫濃縮器的殘余氣體可用硫殘余物軌道60 取出。在一個(gè)實(shí)施方案中，硫濃縮器的殘余氣體通常比硫軌道28的硫流貧硫而富含非硫的 再生氣體組分如氧并因此可通過殘余物軌道60被輸送回硫軌道28中的硫流，從而與滑流 硫軌道40合并形成通向再生器的返回軌道64以使脫硫質(zhì)可在再生器中更好地氧化和再 生。本系統(tǒng)50的滑流硫軌道40為硫流的硫濃縮器的旁路，其可用來控制例如在系統(tǒng)50的 起動階段再循環(huán)的再生器氣體中的有效SO2含量。在一個(gè)實(shí)施方案中，流過富硫軌道66的富硫流進(jìn)入硫回收單元18以形成硫產(chǎn)品。 例如，富硫軌道66的含硫氣體可如方程式(4)和方程式(5)的反應(yīng)所示與硫回收單元18 中的氧氣或空氣和/或水化合形成硫酸S02+l/202 = SO3 (4)S03+H20 — H2SO4 (5)在另一實(shí)施方案中，流過富硫軌道66的富硫流在硫回收單元18處與來自還原氣 體軌道68的還原氣體接觸。在硫回收單元18中富硫流與還原氣體流間的反應(yīng)產(chǎn)生硫產(chǎn)品。 所述還原氣體可源自任何還原氣體貯存庫。在一個(gè)實(shí)施方案中，還原氣體源自通過從燃料 軌道32到還原氣體軌道68的滑流軌道34 (后文中稱滑流燃料軌道34)從脫硫單元12出 來的燃料氣體。例如，富硫軌道66的含硫氣體可在硫回收單元18中與通過還原氣體軌道 68來自滑流燃料軌道34的還原氣體如H2或CO按下面的方程式(6)化合形成元素硫S02+2H2 — 2H20+S (6)在一個(gè)實(shí)施方案中，還原氣體濃縮器(也稱還原劑濃縮器)70可用來從燃料氣體 分離還原氣體，從而濃縮還原氣體，所述還原氣體可然后與硫回收單元18中的富硫流反 應(yīng)。還原劑濃縮器70包含兩部分收集濃縮的還原氣體的第一部分72和收集還原氣體耗 盡后燃料氣體的殘余氣體的第二部分，所述殘余氣體可例如通過燃料返回軌道76進(jìn)給到 燃?xì)廨啓C(jī)16中。因此，在另一實(shí)施方案中，還原氣體通過還原劑濃縮器70被濃縮，濃縮的 還原氣體流經(jīng)還原氣體軌道68并在硫回收單元18中與富硫流反應(yīng)形成硫產(chǎn)品。這樣，通 過滑流燃料軌道34從燃?xì)廨啓C(jī)16處引開的有價(jià)值的燃料流的量被最小化，從而保持燃?xì)?輪機(jī)16的高氣體流量和功率輸出。在這種情況下，所形成的硫產(chǎn)品主要包含元素硫。與硫濃縮器54相似，還原劑濃縮器70也可設(shè)計(jì)為可在不同的溫度范圍下運(yùn)行。在 一個(gè)實(shí)施方案中，還原劑濃縮器70可在約20°C到約200°C的溫度范圍下運(yùn)行。在另一實(shí)施 方案中，還原劑濃縮器70設(shè)計(jì)為甚至在超過200°C的溫度下也可有效運(yùn)行。在另一實(shí)施方 案中，還原劑濃縮器70可在超過400°C、低于約700°C的溫度下有效運(yùn)行。在一個(gè)實(shí)施方案中，還原劑濃縮器70為氫濃縮器，在另一實(shí)施方案中，還原劑濃 縮器70包含膜。取決于還原富硫流的優(yōu)選還原氣體的類型，還原劑濃縮器70中可采用膜的組合。例如，氫(H2)濃縮器可采用能通過氫從而濾出燃料氣體中的非氫氣體并允許氫通 過從而形成富H2的還原氣體流的膜(后文中稱氫膜)。還原氣體膜如氫膜可以是任何材料 的，例如金屬、陶瓷、聚合物或復(fù)合材料膜。雖然通常聚合物膜不能足夠長時(shí)間地運(yùn)行來濃 縮從脫硫單元12出來的熱還原氣體，但可設(shè)計(jì)其他材料如無機(jī)材料的氫膜來在高溫下工 作并因此可用來濃縮熱還原氣體。還原氣體膜的實(shí)例包括空心纖維膜、混合傳導(dǎo)陶瓷膜和 鈀膜。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案，如上面所說明的，富硫軌道66中流動的富硫流在硫回收單元 18中反應(yīng)形成或轉(zhuǎn)化為硫產(chǎn)品。轉(zhuǎn)化可在硫回收單元18中通過一個(gè)或多個(gè)催化反應(yīng)完 成。硫回收單元18可基于不同的硫回收方法，例如氧化形成硫、與水或氧氣反應(yīng)形成硫酸、 與其他輸入進(jìn)料如氨反應(yīng)形成硫酸銨、或如方程式6所示直接轉(zhuǎn)化為硫。也可考慮在硫回 收單元18中使用工業(yè)上提供的若干其他方法。在一個(gè)實(shí)施方案中，富硫軌道66的富硫流和富氫還原氣體流在硫回收單元18中 的多孔膜設(shè)備處化合形成元素硫產(chǎn)品。在一個(gè)實(shí)施方案中，多孔膜設(shè)備包含允許硫流和氫 通過的非選擇性膜以便有效混合。在另一實(shí)施方案中，硫回收單元18可例如為氧化還原催 化反應(yīng)器。在一些實(shí)施方案中可能需要多級來獲得所需的硫回收水平。例如，可在多級硫回 收中使用多級、多通道膜構(gòu)造如以串聯(lián)或并行級聯(lián)順序布置或?yàn)椤笆フQ樹”構(gòu)造的膜模塊。硫回收的效率和形成的硫產(chǎn)品的類型將隨富硫流的硫氧化物含量和還原氣體軌 道68中的氫含量而異。在一個(gè)實(shí)施方案中，為了在硫回收單元18中有效回收元素硫，需要 在硫回收單元18處彼此相遇時(shí)還原氣體軌道中富H2還原氣體流中氫分子濃度處于至少為 富硫流中硫氧化物分子濃度的1.5倍的水平。在另一實(shí)施方案中，進(jìn)入硫回收單元的氫與 硫氧化物的分子比為至少2 1。在一個(gè)實(shí)施方案中，為達(dá)到所需的硫氧化物如二氧化硫水平，可在進(jìn)入硫回收單 元18前采用氧化器80來氧化一部分富硫流。因此，在一個(gè)實(shí)施方案中，富硫流通過富硫軌 道66的滑流軌道82進(jìn)入氧化器而被氧化形成二氧化硫(SO2)和硫的其他氧化形式并流進(jìn) 硫氧化物軌道84以在硫回收單元18中形成硫產(chǎn)品如硫酸。在另一實(shí)施方案中，硫氧化物 軌道84可與富硫軌道66接合以確保進(jìn)入硫回收單元18前足夠的硫氧化物水平。圖3示出了本發(fā)明的一個(gè)特定實(shí)施方案中圖2的硫回收系統(tǒng)的變體。硫回收系統(tǒng) 90支持從因向再生器14輸入空氣、氧或富氧空氣作為再生氣體而氧化再生硫化質(zhì)所產(chǎn)生 的硫流有效地回收硫。硫化質(zhì)與富氧再生氣體的反應(yīng)在硫軌道28中形成氧化的硫流。因此 不需通過氧化器進(jìn)一步氧化所述硫流來提高硫回收單元18中回收所需形式的硫產(chǎn)品的 效率。在一個(gè)實(shí)施方案中，硫回收系統(tǒng)90中使用的硫濃縮器54包括硫氧化物濃縮膜。這 樣的膜的實(shí)例包括分別為空心纖維或螺旋纏繞設(shè)計(jì)的氧化鋁或聚酰胺膜。在一個(gè)實(shí)施方案中，可通過硫吹掃軌道94采用來自吹掃流源92的吹掃流來吹掃 硫濃縮器54中的富硫流。在另一實(shí)施方案中，可通過還原劑吹掃軌道96采用吹掃流源92 來吹掃還原劑濃縮器70中的還原氣體流。硫濃縮器54和還原劑濃縮器70的吹掃流可彼 此獨(dú)立地分別采用并可來自相同的源或來自不同的源來工作。在一個(gè)實(shí)施方案中，吹掃流 包含氮?dú)?，而在另一?shí)施方案中，吹掃流包含蒸汽。在再一實(shí)施方案中，來自硫回收單元18 的尾氣可被用作吹掃流。在一個(gè)實(shí)施方案中，吹掃流源92與尾氣軌道36相連以從至少部 分尾氣中取吹掃流。在另一實(shí)施方案中，吹掃流源通過取吹掃流軌道42與滑流尾氣軌道38相連以從滑流尾氣軌道38取吹掃流。吹掃流可有助于從硫濃縮器54帶走富硫流和/或從 還原劑濃縮器70帶走還原氣體流以便提高硫濃縮器54和/或還原劑濃縮器70的效率。圖4示出了圖2的硫回收系統(tǒng)的另一變體，其中再生器28的還原的硫流輸出進(jìn)入 硫軌道28。圖4的硫回收系統(tǒng)100支持從因本發(fā)明的一個(gè)特定的實(shí)施方案中硫化質(zhì)的貧氧 化再生所產(chǎn)生的硫流有效地回收硫。貧氧化再生可在當(dāng)供給再生器14的再生氣體主要包 含惰性氣體或蒸汽時(shí)發(fā)生。例如，如果脫硫單元12使用氧化錫吸著劑而再生器14使用蒸 汽作為再生氧化錫的再生介質(zhì)，則再生器14很可能在硫軌道28中產(chǎn)生富硫化氫(H2S)的 還原的硫流。同樣，如果脫硫單元12使用液體吸收介質(zhì)如胺或二醇水溶液，則再生器14很 可能在硫軌道28中產(chǎn)生富硫化氫(H2S)的還原的硫流。還原的硫流的內(nèi)容物可隨輸入的 再生氣體的量和組成而異。在一個(gè)實(shí)施方案中，還原的硫流含氫和H2S。在一個(gè)實(shí)施方案中，可在硫軌道28中采用包含H2S濃縮膜的硫濃縮器54來濃縮 硫濃縮器54的第一部分56中的H2S百分?jǐn)?shù)而在富硫軌道66中形成H2S濃縮流。濃縮的 H2S流可通過H2S氣體軌道被直接進(jìn)給到元素硫回收單元108中的元素硫回收方法如Claus 方法、改進(jìn)的Claus方法或直接氧化方法中。在另一實(shí)施方案中，可在富硫軌道66上直接 采用氧化器80來氧化從硫濃縮器54出來的富H2S氣體并可通過氧化的硫氣體軌道84進(jìn)給 到硫回收單元18中以如前面的段落中所述形成所需的硫產(chǎn)品如元素硫、硫酸或硫酸銨。在 一個(gè)實(shí)施方案中，元素硫回收單元108和硫回收單元18可同時(shí)運(yùn)行，從而提高硫回收的生 產(chǎn)率和效率。從硫回收單元18的尾氣軌道36和/或元素硫回收單元尾氣軌道44出來的 尾氣可被用來進(jìn)給脫硫單元12或進(jìn)給吹掃流源92以進(jìn)一步利用該尾氣。在一個(gè)實(shí)施方案中，代替或與從脫硫單元12出來的燃料氣體一道，滑流可如圖4 的硫回收系統(tǒng)100中所示通過第二滑流硫軌道62取自硫軌道并經(jīng)過還原劑濃縮器70。在 一個(gè)實(shí)施方案中，還原劑濃縮器70為氫濃縮器。氫濃縮器可使用氫膜來濃縮第一端72中 的氫并在第二端74處濃縮還原氣體的殘余氣體。可采用通過吹掃軌道96的吹掃流來從所 述第一端吹掃濃縮的氫并進(jìn)給到燃?xì)廨啓C(jī)(GT) 16中，并可采用殘余物軌道104來取出還原 氣體的殘余氣體。還原氣體的殘余氣體(通常包含比第二滑流硫軌道62中所存在的氫更 少的氫)可被進(jìn)給到富硫軌道66中以有利地用于進(jìn)一步的反應(yīng)而形成硫產(chǎn)品。例如，可通 過向富硫軌道66中加入還原氣體的殘余氣體進(jìn)料而同時(shí)獲得兩種或更多種硫產(chǎn)品。前面的段落中的各種實(shí)施方案中描述的包含硫濃縮器和任選的還原氣體濃縮器 的系統(tǒng)及使用所述濃縮器的方法使硫回收系統(tǒng)更緊湊、高效、通用且產(chǎn)生硫產(chǎn)品(包括元 素硫)的成本更低。此外，通過使用硫濃縮器來濃縮硫流的硫內(nèi)容物，可在比標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下低 的硫濃度及此外較寬的工藝條件下運(yùn)行再生器，從而在減少形成不希望有的副產(chǎn)物如硫酸 鹽的副反應(yīng)的同時(shí)提供了通過使用液體吸著劑脫硫的機(jī)會。本文中與還原劑濃縮器一起 使用的系統(tǒng)和方法可降低用作還原劑以產(chǎn)生硫產(chǎn)品的有用燃料氣體的量，從而使更多燃料 氣體可用于發(fā)電或制H2。雖然本文中僅示意和描述了本發(fā)明的某些特征，但本領(lǐng)域技術(shù)人員會想到許多變 體和改動。因此應(yīng)理解，附隨的權(quán)利要求涵蓋落在本發(fā)明的真實(shí)精神內(nèi)的所有這類變體和 改動。部件清單10，50，90，100 硫回收體系[005812脫硫單元[005914再生器[006016燃?xì)廨啓C(jī)[006118硫回收單元[006222含硫氣體軌道[006324硫化質(zhì)軌道[006426再生器氣體軌道[006528硫軌道[006630吸著劑軌道[006732燃料軌道[006834滑流燃料軌道[006936尾氣軌道[007038滑流尾氣軌道[007140滑流硫軌道[007242取吹掃流軌道[007354硫濃縮器[007456硫濃縮器的第一部分[007558硫濃縮器的第二部分[007660硫殘余物軌道[007762滑流硫軌道[007864返回軌道[007966，102富硫滑流軌道[008068還原氣體軌道[008170還原氣體濃縮器[008272還原氣體濃縮器的第-[008374還原氣體濃縮器的第[008476燃料返回軌道[008580氧化器[008682滑流氧化器軌道[008784氧化的硫氣體軌道[008892吹掃流源[008994硫吹掃軌道[009096還原劑吹掃軌道[0091104殘余物軌道[0092108元素硫回收單元。
權(quán)利要求
1.一種系統(tǒng)(10)，所述系統(tǒng)(10)包含 脫硫單元(12)；自所述脫硫單元(12)接收硫化質(zhì)的再生器(14)； 硫回收單元(18)；與所述再生器(14)和所述硫回收單元(18)流體連通的硫軌道(28)；和 所述硫軌道(28)上的硫濃縮器(54)。
2.權(quán)利要求1的系統(tǒng)(10)，其中所述硫濃縮器(54)包含硫濃縮膜。
3.權(quán)利要求1的系統(tǒng)(10)，其中所述硫濃縮器(54)包含硫氧化物濃縮器。
4.權(quán)利要求1的系統(tǒng)(10)，其中所述硫濃縮器(54)包含硫化氫濃縮器。
5.一種系統(tǒng)(90)，所述系統(tǒng)(90)包含構(gòu)造以接收含硫氣流并形成硫化質(zhì)的脫硫單元(12)； 自所述脫硫單元(12)接收硫化質(zhì)的再生器(14)； 硫回收單元(18)；用于自所述再生器(14)向所述硫回收單元(18)輸送氧化的硫氣體的硫軌道(28)； 所述硫軌道(28)上的硫氧化物濃縮膜，所述硫氧化物濃縮膜包含收集濃縮的硫氧化 物的第一部分(56)和收集所述硫濃縮膜的殘余氣體的第二部分(58)；與所述脫硫單元(12)和所述硫回收單元(18)流體連通的滑流燃料軌道(34)； 布置在所述滑流燃料軌道(34)上的氫濃縮膜，所述氫濃縮膜包含收集濃縮的氫的第 一部分(72)和收集所述氫濃縮膜的殘余氣體的第二部分(74)；與所述硫氧化物濃縮膜的第一部分(56)和所述氫濃縮膜的第一部分(72)相連的吹掃 蒸汽軌道(94)、(96)； 其中所述硫回收單元(18)與所述硫氧化物濃縮膜的第一部分(56)和所述氫濃縮膜的第一 部分(72)流體連通。
6.一種系統(tǒng)(100)，所述系統(tǒng)(100)包含構(gòu)造以接收含硫氣流并形成硫化質(zhì)的脫硫單元(12)； 自所述脫硫單元(12)接收硫化質(zhì)的再生器(14)； 硫回收單元(18)；用于自所述再生器(14)向所述硫回收單元(18)輸送還原的硫氣體的硫軌道(28)； 所述硫軌道(28)上的硫化氫濃縮膜，所述硫化氫濃縮膜包含收集濃縮的硫化氫的第 一部分(56)和收集來自所述硫化氫濃縮膜的殘余氣體的第二部分(58)；自所述硫軌道向氫濃縮膜輸送還原的硫氣體的第一滑流硫軌道(62)，其中所述氫濃縮 膜包含收集濃縮的氫的第一部分(72)和收集所述氫濃縮膜的殘余氣體的第二部分(74)； 與所述硫化氫濃縮膜的第一部分(72)和所述硫回收單元(18)流體連通的第二滑流硫 軌道(66)上的氧化器(80)；與所述硫化氫濃縮膜的第一部分(56)和所述氫濃縮膜的第一部分(72)相連的吹掃蒸 汽軌道(94)； 其中所述硫回收單元(18)與所述氧化器(80)流體連通。
7.一種方法，所述方法包括以下步驟在脫硫單元(12)中用吸著劑自含硫氣流去除硫化合物以形成硫化質(zhì)； 在再生器(14)中從所述硫化質(zhì)解吸氣體以形成硫流； 用硫濃縮器(54)濃縮所述硫流的硫內(nèi)容物以形成濃縮的硫流；和 在硫回收單元(18)中轉(zhuǎn)化所述濃縮的硫流以形成硫產(chǎn)品。
8.權(quán)利要求7的方法，其中所述濃縮的硫流被至少部分氧化并在所述硫回收單元(18) 處與還原氣體流接觸以形成硫產(chǎn)品。
9.權(quán)利要求8的方法，其中所述還原氣體流源自所述脫硫單元(12)的滑流。
10.權(quán)利要求7的方法，所述方法還包括吹掃流以從還原劑濃縮器(70)和硫濃縮器 (54)中的至少一者吹掃濃縮氣體。
全文摘要
本文中公開了多種類型自含硫氣體高效地產(chǎn)生硫的系統(tǒng)和方法。本文中描述的系統(tǒng)含脫硫單元(12)、自所述脫硫單元(12)接收硫化質(zhì)的再生器(14)、硫回收單元(18)、與所述再生器(14)和所述硫回收單元(18)流體連通的硫軌道(28)、和硫軌道上的硫濃縮器(54)。從再生器(14)出來的硫流用硫濃縮器(54)濃縮并在硫回收單元(18)處轉(zhuǎn)化為硫產(chǎn)品。
文檔編號C01B17/50GK101993049SQ201010255028
公開日2011年3月30日 申請日期2010年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月5日
發(fā)明者H·R·阿查里亞, R·E·阿亞拉 申請人:通用電氣公司