氣體處理的制作方法
【專利說明】氣體處理
[0001]引言
[0002]本發(fā)明涉及氣體處理。具體來說，本發(fā)明涉及含硫化氫氣體流的處理和一種用于進(jìn)行所述方法的設(shè)備。
[0003]背景
[0004]含硫化氫氣體流通常作為許多工業(yè)生產(chǎn)過程的廢產(chǎn)物或副產(chǎn)物而產(chǎn)生。舉例來說，主要含硫化氫的酸性氣體流通常是在從原油中去除硫的煉油廠操作期間產(chǎn)生。有必要在將所述含硫化氫流排放至大氣中之前對其進(jìn)行處理以便減少或完全去除其中含硫氣體的含量。一種眾所周知、被廣泛采用的用于處理含硫化氫氣體流的方法是克勞斯法(Clausprocess)。所述克勞斯法是眾所周知的并且例如在EP 0，237，217中有所討論。
[0005]基于克勞斯法的硫回收裝置通過使用空氣、富氧空氣或純氧作為主要氧化劑對H2S進(jìn)行部分氧化而從含高濃度的H2S的原料氣中產(chǎn)生元素硫。由這種氧化作用所產(chǎn)生的二氧化硫與剩余H2S的一部分進(jìn)行放熱反應(yīng)，從而產(chǎn)生硫蒸氣和水蒸氣。對位于熱克勞斯步驟下游以及位于每個(gè)催化克勞斯反應(yīng)器下游的加工氣體進(jìn)行冷卻會導(dǎo)致由加工氣體所攜帶的大部分硫蒸氣冷凝。這使得液體硫產(chǎn)物與加工氣體分離。將不同的液體硫流收集在容器/硫井中。以這種方式由此獲得的硫含有可觀量(多達(dá)500wt.-ppm)的以物理方式以及化學(xué)方式溶解的1125，其在貯存和運(yùn)輸操作時(shí)具有相當(dāng)大的毒性/爆炸/火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，在所述貯存和運(yùn)輸操作中H2S不可避免地以氣體形式析出至容器/井的頂部空間。為了降低風(fēng)險(xiǎn)，在供應(yīng)鏈中盡可能早地將大部分溶解的H2S從液體硫中去除。通常，從硫井中實(shí)現(xiàn)所述去除。
[0006]根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)所應(yīng)用的各個(gè)技術(shù)使用例如空氣或氮?dú)獾臍怏w來吹掃容器/井的頂部空間或通過使氣體通過液體硫來使液體硫脫氣。這些方法產(chǎn)生廢氣流，例如包含氮?dú)饣蚩諝獠⒑欣鏗2S、S02、C0S、CS2和硫蒸氣的組分的氣態(tài)流。
[0007]這些廢氣(也稱為吹掃氣或井氣)最通常被送至克勞斯裝置的焚化爐/煙囪部分，在那里所有硫組分都會被熱或催化氧化成S02，由此貢獻(xiàn)了硫回收設(shè)備的總S02排放。在需要>99.8%的極高硫回收效率的情況下，必須減少或去除上文所描述的來自硫井的S02貢獻(xiàn)且因此必須應(yīng)用其它方法。
[0008]所述方法包括處理堿洗滌塔系統(tǒng)中的廢氣流，由此通過將其以例如硫化物、亞硫酸鹽、硫代硫酸鹽、硫酸鹽和元素固體硫的形式并入液相中來消除大部分硫組分?？蛇x地，最近，可以使廢氣在克勞斯裝置的熱階段的上游再循環(huán)，而不是處理堿洗滌塔系統(tǒng)中的廢氣，由此避免了對使用例如NaOH水溶液和/或在水性液相中產(chǎn)生S2—或HS—離子的鹽的化學(xué)物質(zhì)的需求。然而，為了使廢氣(其并未在高壓下進(jìn)行脫氣)再循環(huán)，必須對其進(jìn)行加壓，例如借助于蒸汽噴射器，加壓到相當(dāng)大的程度:即從接近大氣壓力至大于加工氣體的壓力(其典型地約1.5巴(0.15MPa))。另外，如果沒有采取足夠的預(yù)防措施，那么來自廢氣的硫蒸氣將會在熱反應(yīng)區(qū)內(nèi)的燃燒器內(nèi)部組件中冷凝并且甚至凝固，這會是非常有害的并且危及可靠的長期操作。這種使廢氣再循環(huán)至位于熱克勞斯階段上游的部分的過程確保了潛在含02廢氣在其離開第一熱反應(yīng)區(qū)時(shí)耗盡所有分子氧。在現(xiàn)有技術(shù)方法中這很重要，因?yàn)橐欢ú荒茏尫肿友踅佑|常用的基于A1203的克勞斯催化劑。
[0009]因此，希望提供一種改良的氣體處理方法和/或設(shè)備，其減輕與現(xiàn)有技術(shù)相關(guān)的問題中的至少一些。
[0010]本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種改良的從含硫化氫氣體流中回收硫的方法和設(shè)備。
[0011]具體來說，本發(fā)明者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)所述方法可以通過使位于第一熱反應(yīng)區(qū)下游和位于催化轉(zhuǎn)爐之一上游的廢氣再循環(huán)至加工氣體管道中來改良。
[0012]發(fā)明陳述
[0013]在第一方面，本發(fā)明提供了一種從含硫化氫氣體流中回收硫的方法，所述方法包括:
[0014](i)提供含硫化氫氣體的氣體流；
[0015](ii)將所述氣體流傳遞至包括第一熱反應(yīng)區(qū)和第一催化區(qū)的設(shè)備中；以及
[0016](1)使所述硫化氫氣體的一部分在所述第一熱反應(yīng)區(qū)中反應(yīng)形成二氧化硫和水蒸氣并且使硫化氫的另一部分反應(yīng)形成硫蒸氣和水蒸氣，從而形成包含水蒸氣、硫蒸氣、二氧化硫和硫化氫的所得氣體混合物；以及
[0017](2)將所得氣體混合物的至少一部分傳遞至所述第一催化區(qū)，借此使硫化氫的至少一部分在催化劑存在下反應(yīng)，從而進(jìn)一步形成硫蒸氣和水蒸氣；以及
[0018]在步驟(1)和/或步驟(2)之后，使所述硫蒸氣的至少一部分冷凝形成液體硫并且將所述液體硫的至少一部分傳遞至硫井;其中
[0019]使所述硫井中所形成或所含的廢氣從硫井再循環(huán)至第一熱反應(yīng)區(qū)下游的方法中。
[0020]在第二方面，本發(fā)明提供了一種從含硫化氫氣體中回收硫的設(shè)備，所述設(shè)備包括:
[0021]第一熱反應(yīng)區(qū)，其具有含硫化氫氣體的氣體流的入口，用于使所述氣體流中的硫化氫反應(yīng)產(chǎn)生第一反應(yīng)氣體的構(gòu)件，和所述第一反應(yīng)氣體的出口，
[0022]第一催化區(qū)，其具有與所述第一熱反應(yīng)區(qū)的出口流體連通的第一反應(yīng)氣體的入口和任選地用于使硫化氫反應(yīng)形成包含硫蒸氣和水蒸氣的第二反應(yīng)氣體的催化劑，和所述第二反應(yīng)氣體的出口，
[0023]任選地，被設(shè)置成接收從第一熱反應(yīng)區(qū)的出口傳遞至所述第一催化區(qū)的入口的第一反應(yīng)氣體并形成液體硫的硫冷凝器，
[0024]任選地，被設(shè)置成接收從第一催化區(qū)的出口傳遞的第二反應(yīng)氣體并形成液體硫的硫冷凝器，
[0025]用于保存所述液體硫的硫井，
[0026]用于將液體硫的至少一部分從第一和/或第二硫冷凝器轉(zhuǎn)移至硫井的構(gòu)件；以及
[0027]用于使氣體從硫井再循環(huán)至第一熱反應(yīng)區(qū)下游的設(shè)備中的構(gòu)件，
[0028]其中所述設(shè)備包括至少一個(gè)硫冷凝器。
[0029]發(fā)明詳述
[0030]現(xiàn)將進(jìn)一步描述本發(fā)明。在以下段落中，更詳細(xì)地定義本發(fā)明的不同方面/實(shí)施方案。除非明確相反地指出，否則如此定義的每個(gè)方面/實(shí)施方案可以與任何其它方面/實(shí)施方案組合。具體來說，指示為優(yōu)選或有利的任何特點(diǎn)可以與指示為優(yōu)選或有利的任何其它特點(diǎn)組合。
[0031]除非另有規(guī)定，否則所有百分比都是按體積計(jì)。
[0032]如本文所使用，術(shù)語“熱反應(yīng)區(qū)”是指包括“燃燒區(qū)”的區(qū)域，其中硫化氫的一部分可以被氧化形成二氧化硫；以及與所述燃燒區(qū)關(guān)聯(lián)的“反應(yīng)爐”，其中硫化氫的一部分可以與二氧化硫反應(yīng)形成硫蒸氣和水蒸氣。燃燒區(qū)可以包括“燃燒器”。
[0033]熱反應(yīng)區(qū)優(yōu)選地具有與其關(guān)聯(lián)的用于降低位于反應(yīng)爐下游的氣體混合物的溫度的熱交換構(gòu)件，例如廢熱鍋爐。所述廢熱鍋爐任選地是多通道廢熱鍋爐。
[0034]“催化區(qū)”是指包括“催化反應(yīng)器”的區(qū)域，其中硫化氫可以與二氧化硫催化反應(yīng)，從而進(jìn)一步形成硫蒸氣和水蒸氣。
[0035]合適的熱反應(yīng)區(qū)、燃燒區(qū)、燃燒器、反應(yīng)爐、廢熱鍋爐和催化反應(yīng)器都是本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的。
[0036]“吹掃氣”是指例如空氣和/或被氮?dú)庀♂尩目諝獾臍怏w，其含氧量小于20%，優(yōu)選地是其含氧量小于15%，或可以被用于吹掃容器/硫井的頂部空間以形成“廢氣”流的氮?dú)狻?br>[0037]“廢氣流”是來自硫容器/硫井的氣態(tài)流，其任選地包含吹掃氣、H2S和/或S02和任選地⑶S和/或CS2和/或硫蒸氣。優(yōu)選地，廢氣包含H2S和/或S02。更優(yōu)選地，廢氣包含吹掃氣、H2S和S02。最優(yōu)選地，廢氣包含吹掃氣和H2S。
[0038]本發(fā)明的方法是針對從含硫化氫氣體流中回收硫物質(zhì)。所述方法可以在岸或離岸進(jìn)行。典型地，氣體流將包含烴、二氧化碳和硫化氫。然而，應(yīng)理解可能會存在其它氣體。本發(fā)明的方法優(yōu)選地是對按氣體總體積計(jì)包含10至99.9體積％硫化氫、更優(yōu)選地30至98體積%且最優(yōu)選地40至95體積%或45至90體積%硫化氫的氣體來源進(jìn)行。
[0039]所述方法從氣體流中去除硫化氫的至少一部分且優(yōu)選地幾乎全部。也就是說，方法優(yōu)選地去除至少96體積％硫化氫，更優(yōu)選地是98%，甚至更優(yōu)選地是99%且最優(yōu)選地99.5%。此外，通過使包含硫化氫的廢氣再循環(huán)至第一熱反應(yīng)區(qū)下游，方法優(yōu)選地去除初始含硫化氫氣體流中的至少99.6體積％硫化氫，更優(yōu)選地是99.7體積％，甚至更優(yōu)選地是99.8體積%且最優(yōu)選地是至少99.9體積%硫化氫。
[0040]本發(fā)明的方法適于從例如天然氣源流和含硫化氫二氧化碳?xì)怏w流的任何含硫化氫氣體流中去除硫化氫。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解方法可以應(yīng)用于其它含硫化氫氣體流。
[0041]天然氣是氣態(tài)化石燃料，其典型地主要包含易燃烴。易燃烴是一種在氧存在下容易點(diǎn)燃的物質(zhì)。所述烴包括甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、烷烴、烯烴和芳族化合物，例如苯、甲苯和二甲苯。忽略硫化氫雜質(zhì)，天然氣優(yōu)選地包含至少50 %雜質(zhì)，更優(yōu)選地是75 %且最優(yōu)選地是90%。天然氣可以包括多達(dá)10%的乙