專利名稱：含硫化氫的可燃氣流的處理的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及處理含硫化氫的可燃氣流的方法和設(shè)備。
含硫化氫的氣流(有時稱作“酸性氣流”)一般是在煉油廠和天然氣加工裝置中生成。因為硫化氫有毒，所以這種氣流不應直接排放到大氣中。處理含硫化氫的氣流(如果需要，已預先濃縮)的常規(guī)方法是采用克勞斯法處理。在這種方法中，部分氣流的硫化氫內(nèi)容物在采用加熱爐形式的加熱階段中燃燒以形成二氧化硫。隨后所述二氧化硫與殘留的硫化氫在加熱爐內(nèi)反應以形成硫蒸氣。硫化氫與二氧化硫之間的反應不完全。將來自加熱爐的廢氣流冷卻并一般通過冷凝從冷卻的廢氣流中抽出硫。所得的氣流仍包含殘留的硫化氫和二氧化硫，使該氣流通過一系列階段，使它們在這些階段中發(fā)生殘留的硫化氫與殘留的二氧化硫之間的催化反應。在每階段的下游抽出所得的硫蒸氣。為了形成能安全排放到大氣中的氣流，可煅燒來自硫抽出處理最下游的廢氣或進行更進一步處理，例如通過殼牌-克勞斯法尾氣硫回收過程(SCOT)或比馮-斯屈萊特福法硫磺回收過程(Beavon)處理。
可用空氣支持硫化氫在所述過程的初始部分的燃燒。發(fā)生的反應所采用的化學計量法為使較大體積量的氮氣(當然是存在于助燃的空氣中)流過所述處理過程并由此設(shè)定在給定大小的加熱爐中可處理含硫化氫氣流的速率的最高限度?？赏ㄟ^使用工業(yè)制造的氧氣或富氧空氣支持硫化氫的燃燒來提高這個最高限度。
通常，根據(jù)氣流中所含硫化氫的濃度而提供的代替空氣的工業(yè)純氧會導致加熱爐中產(chǎn)生過高的溫度，這易于引起破壞，特別是對加熱爐的耐熱襯里產(chǎn)生破壞。已知各種提供空氣的富氧程度而不產(chǎn)生過高溫度的方法。例如，聯(lián)合王國專利申請2 173 780 A公開了通過將液態(tài)水引入到加熱爐的火焰帶中來調(diào)節(jié)所述溫度。美國專利序號5 352 433公開了特別有利的方法，其中通過在兩個獨立的加熱爐中實施硫化氫的燃燒來提高克勞斯法的生產(chǎn)能力或生產(chǎn)量。因此，燃燒產(chǎn)生的總熱量在兩個加熱爐之間分配，不需要使用外部的或循環(huán)的溫度調(diào)節(jié)器。由此生產(chǎn)能力可比其它方法得到更大程度的提高。
一般，當在兩個獨立的加熱爐中實施硫化氫的燃燒時，可通過在現(xiàn)有的裝置中翻新改進另外的加熱爐和適當?shù)臒峤粨Q裝置來實施該方法。
本發(fā)明的目的是提供從含硫化氫的氣流中回收硫的方法和裝置，其中所述方法及裝置可靈活操作、有效控制并還能至少提供一些用工業(yè)純氧或富氧空氣實施的優(yōu)點。
發(fā)明概述根據(jù)本發(fā)明提供了處理大量可燃的含硫化氫氣流的方法，所述方法包括以下步驟(a)操作第一克勞斯裝置從第一種含硫化氫的可燃氣流中回收硫，所述第一克勞斯裝置包括一系列階段，這些階段依次包括第一熱克勞斯階段、第一硫冷凝器和至少一個次系列階段；所述次系列階段包括催化克勞斯階段和其下游的第二硫冷凝器；(b)在至少一個另外的熱克勞斯階段中燃燒部分第二種可燃氣流的硫化氫內(nèi)容物；(c)給所述另外的熱克勞斯階段提供具有氧氣摩爾分數(shù)為至少0.25的助燃氣體以支持在所述階段中硫化氫的燃燒，所述助燃氣體由從空氣中分離出來的純的或不純的氧氣流形成，或由空氣與所述純的或不純的氧氣流的混合物形成；(d)從所述另外的熱克勞斯階段抽出包含硫化氫、二氧化硫、水蒸汽和硫蒸氣的廢氣流并在另外的硫冷凝器中從所述廢氣流中除去硫蒸氣以形成貧硫廢氣流；(e)在所述第一熱克勞斯階段的下游和所述次系列中的催化克勞斯反應的初始部分的上游的區(qū)域中混合所述貧硫廢氣流和經(jīng)過第一克勞斯裝置處理的第一種可燃氣體；(f)產(chǎn)生第一控制信號，該信號為第二種可燃氣體或其至少一種可燃組分進入所述另外的熱克勞斯階段的流速的函數(shù)；(g)產(chǎn)生第二控制信號，該信號為在所述貧硫廢氣流中的硫化氫/二氧化硫的摩爾比的函數(shù)；并且(h)使用所述控制信號設(shè)定供給所述另外的熱克勞斯階段的助燃氣體的速率。
本發(fā)明也提供了用于處理大量含硫化氫的可燃氣流的裝置，該裝置包括a)用于從第一含硫化氫的可燃氣流中回收硫的第一克勞斯裝置，該裝置具有一系列階段，所述階段依次包括第一熱克勞斯階段、第一硫冷凝器和至少一個次系列階段，其中所述次系列階段包括催化克勞斯反應階段和第二硫冷凝器；b)至少一個另外的熱克勞斯階段，該階段用于燃燒部分第二種含硫化氫的可燃氣流的硫化氫內(nèi)容物；c)至少一個用于提供具有至少0.25的氧氣摩爾分數(shù)的助燃氣體進入所述另外的熱克勞斯階段的入口，所述助燃氣體由從空氣中分離出來的純的或不純的氧氣流形成，或由空氣與所述純的或不純的氧氣流的混合物形成；d)用于從所述另外的熱克勞斯階段排出包含硫化氫、二氧化硫、水蒸汽和硫蒸氣的廢氣流的出口；e)用于從所述廢氣流中抽出硫蒸氣以形成貧硫廢氣流的另外的冷凝器，所述冷凝器具有與來自所述另外的熱克勞斯階段的出口相連的入口；f)貧硫廢氣流的出口，該出口與第一克勞斯裝置的一個區(qū)域相連，其中所述區(qū)域位于第一熱克勞斯階段的下游和開始催化克勞斯反應的位置的上游；g)產(chǎn)生第一控制信號的設(shè)備，其中所述信號為進入所述另外的熱克勞斯階段的第二種可燃氣流或其至少一種可燃組分的流速的函數(shù)；h)產(chǎn)生第二控制信號的設(shè)備，其中所述信號為在所述貧硫廢氣中的硫化氫與二氧化硫的摩爾比的函數(shù)；和i)響應所述控制信號，以設(shè)定供給所述另外的熱克勞斯反應階段的助燃氣體的速率的設(shè)備。
本發(fā)明的方法及裝置提供了許多優(yōu)點第一，含硫化氫的可燃氣體通過速率比可對照的裝置的大得多，其中可對照裝置省略了所述另外的熱克勞斯階段和另外的硫冷凝器；第二，產(chǎn)生作為硫化氫與二氧化硫的比例的函數(shù)的第二控制信號有助于實現(xiàn)對本發(fā)明的方法和裝置的穩(wěn)定控制；第三，所述另外的熱克勞斯階段和另外的硫冷凝器可容易地翻新改進成先前標準的一個或多個克勞斯裝置，而不需要對這種裝置和其所用的過程控制設(shè)備做出重大改變。實際上，先前的標準裝置可完全如在添加所述新設(shè)備之前一樣操作；第四，所述另外的熱克勞斯階段可用來為兩個或多個獨立的克勞斯裝置提供貧硫廢氣混合物。
如果形成的助燃氣體為第一種空氣流和第二種從空氣中分離出的純的或不純的氧氣的混合物，則第一種和第二種氣流可在所述另外的熱克勞斯階段中原位混合。不要求所述混合完全。優(yōu)選在所述助燃氣體中的氧氣摩爾分數(shù)為至少大約0.7。將這么一種富氧助燃氣體提供至單一的另外的熱克勞斯階段會易于導致產(chǎn)生過高的溫度，特別是如果第二種含硫化氫的可燃氣體混合物具有高摩爾分數(shù)的硫化氫(例如大于大約0.7)時更是如此。這種傾向可通過向所述單一的另外的熱克勞斯階段提供調(diào)節(jié)流體來抵消。這種調(diào)節(jié)流體可為，例如液態(tài)二氧化碳、取自所述另外的硫冷凝器的下游的循環(huán)流或取自獨立來源的二氧化硫。但是，優(yōu)選串聯(lián)使用兩個另外的熱克勞斯階段以限制在每個獨立的階段中發(fā)生燃燒的硫化氫的量。優(yōu)選在所述兩個另外的熱克勞斯階段中間具有熱交換設(shè)備。如有需要，可在中間熱交換設(shè)備的下游但在所述兩個另外的熱克勞斯階段的更下游的上游使用中間硫冷凝器。
第二種可燃氣流可具有與第一種含硫化氫的可燃氣流相同的組成或與其不同的組成。例如，所述第二種可燃氣流除硫化氫外還可包含氨，但是第一種可燃氣流可基本不含氨。在所述另外的熱克勞斯階段或多個熱克勞斯階段中使用所述具有摩爾分數(shù)為至少大約0.7的助燃氣流使得可以在那里產(chǎn)生一個燃燒領(lǐng)域，所述燃燒領(lǐng)域具有至少一個有局部高溫的特別適合分解氨的燃燒帶。
優(yōu)選在第一克勞斯裝置的一個區(qū)域?qū)⒇毩驈U氣流導入第一種可燃氣體混合物中，其中所述區(qū)域在第一硫冷凝器的下游并在任何再熱爐的上游，所述再熱爐形成部分第一次系列階段或形成唯一一個次系列階段。但是，可以在一個不同的位置進行氣流的混合。例如，貧硫廢氣流可與第一種可燃氣流在正好位于第一硫冷凝器上游的區(qū)域中混合。
產(chǎn)生第一控制信號的設(shè)備一般包含測量助燃氣體進入到所述另外的克勞斯階段的流速的流量計，流量計與第一閥控制器一起進行操作。
優(yōu)選產(chǎn)生第二控制信號的設(shè)備包含分析器(典型的分析器為紅外類型，能夠測量硫化氫與二氧化硫兩者的濃度)、計算硫化氫與二氧化硫摩爾比的設(shè)備以及將計算的硫化氫與二氧化硫的摩爾比和預先設(shè)定的所要求的比例進行對比的設(shè)備。測量出其間任何的偏差都可用做第二控制信號以調(diào)節(jié)助燃氣體到所述另外的一個或多個熱克勞斯階段的流量。優(yōu)選提供給所述另外的一個或多個熱克勞斯階段的助燃氣體的速率主要由用于產(chǎn)生第一控制信號的設(shè)備來控制。為此目的，使所述助燃氣體的總流量的至少較大部分或主要部分流經(jīng)至少一個第一主流速控制閥，所述控制閥與產(chǎn)生第一控制信號的設(shè)備一起操作。如果所述助燃氣體為從空氣中分離出來的純的或不純的氧氣流，則可只有一個第一主流量控制閥。另一方面，如果所述助燃氣體為由空氣流與從空氣中分離出來的純的或不純的氧氣流形成的混合物，則可在第一空氣流的管道上安裝第一主流速控制閥并且在第二氧氣流的管道上安裝第二主流速控制閥。如有需要，可通過分析第二種可燃氣流來增強一級控制。所述第二控制信號對助燃氣體進入所述另外的一個或多個克勞斯階段的流速的一級控制進行微調(diào)。為此目的，優(yōu)選有至少一個與所述控制閥或每個主控制閥平行的二級(或微調(diào))控制閥，所述二級控制閥與產(chǎn)生第二控制信號的設(shè)備一起進行控制。一般，僅有較少部分的助燃氣流通過所述二級控制閥或每個二級控制閥?？刹捎眠@個控制方案的許多不同變體中的任一種，這取決于所述助燃氣體是以單一氣流形式還是以多氣流形式提供給一個或多個所述另外的熱克勞斯階段。如果這種供給是以單一氣流形式，可安裝單一的主控制閥并且部分氣流可從旁路通過主控制閥并流經(jīng)二級控制閥。換句話說，如果助燃氣體是以多氣流的形式供給，每種氣流可具有各自的主控制閥，并且至少一種氣流可流經(jīng)二級控制閥而從旁路通過其相應的主控制閥。
可使用作為選擇的具有第一和第二控制信號的控制方案。例如，在該方案中可具有單一控制閥和具有設(shè)定值的控制裝置，使用所述第二控制信號以重新設(shè)定這個點。在另一種作為選擇的方案中可有一條供應空氣至另外的熱克勞斯階段的管道和另一條供應純或不純氧氣的管道，在每條管道上附加有主流量控制閥并且可安裝產(chǎn)生第二控制信號的設(shè)備，使得第二控制信號到達任一主流量控制閥。總之，優(yōu)選使用二級或微調(diào)閥，因為對單一的、較大的控制閥進行較小的調(diào)節(jié)以實現(xiàn)細調(diào)時可能會出現(xiàn)困難。
優(yōu)選有類似安裝的流量控制閥以控制通入所述第一克勞斯裝置的熱克勞斯階段的空氣或富氧空氣的流量。因此，一個通過了小部分空氣或富氧空氣總量的流量控制閥優(yōu)選響應于由分析器產(chǎn)生的信號，其中通過的空氣或富氧空氣流向第一熱克勞斯階段，而所述分析器具有一個或多個感應器，位于所有次系列的下游。同時另一個通過空氣或富氧空氣的主流量的流量控制閥優(yōu)選根據(jù)預期流向第一克勞斯裝置的第一可燃氣體的流量來設(shè)定并且可根據(jù)任何檢測到的與硫化氫的特定流量和/或特定的摩爾比之間的偏差來調(diào)節(jié)。
優(yōu)選根據(jù)本發(fā)明的方法包括操作至少一個用于從至少三分之一的含硫化氫的可燃氣體中回收硫的第二克勞斯裝置，該裝置包括一系列階段，依次包括第一熱克勞斯階段、第一硫冷凝器和至少一個次系列階段，其中所述次系列階段包括催化克勞斯反應階段和第二硫冷凝器。在正常的操作中，僅有部分貧硫廢氣流與所述第一種可燃氣流混合，剩余的貧硫廢氣流與第三種可燃氣流在第一熱克勞斯階段的下游和催化克勞斯反應中的初始部分的上游的區(qū)域中混合。
這種排列的一個優(yōu)點是當為了進行常規(guī)維護而關(guān)閉第一克勞斯裝置、第二克勞斯裝置和另外的熱克勞斯階段中的任一個時可繼續(xù)生產(chǎn)硫。
附圖簡述現(xiàn)在通過參考附圖由實施例來描述本發(fā)明的方法和裝置，其中

圖1至3分別為用于處理大量含硫化氫的可燃氣流的裝置的第一、第二和第三個實施例的流程示意圖。
所述圖不是按比例繪制。為了容易說明，從圖中省略了各種流量控制閥和截止閥以及其它設(shè)備。在兩個或多個附圖中的相同部分由相同的編號指示。
詳細描述在圖1中，舉例說明了第一克勞斯裝置2、第二克勞斯裝置4以及用于從含硫化氫的氣流中回收硫的另外的設(shè)備6。經(jīng)管道8將第一種含硫化氫的可燃氣流引入第一克勞斯裝置2中。在煉油廠中，第一種含硫化氫的可燃氣流的來源可為所謂的“胺氣”源或所謂“酸性水汽提氣”的來源，其中典型的“胺氣”包含超過80％體積的硫化氫(剩余部分的大多數(shù)為二氧化碳)，典型的“酸性水汽提氣”包含大約20到大約35％體積的硫化氫以及大約30到大約45％體積的氨氣，同時剩余部分包括水蒸汽和二氧化碳。在另一個實施例中，第一種含硫化氫的可燃氣流為酸性水汽提氣和胺氣的混合物。
第一種含硫化氫的可燃氣流從管道8流入燃燒器10(可為軸向或切向尖端混合型(tip mixed kind))，燃燒器10對加熱爐12進行加熱，加熱爐12組成克勞斯裝置的加熱階段。為了支持第一種含硫化氫氣體混合物的可燃組分的燃燒，將空氣或富氧空氣流經(jīng)管道16進料至燃燒器10中。空氣或富氧空氣與第一種含硫化氫的可燃氣流的流量的相對比率為燃燒器10接收每摩爾氧氣同時接收大約2摩爾硫化氫。因此，提供了足夠的氧氣以支持燃燒進入燃燒器10的總流量大約三分之一的硫化氫分子。也提供了足夠的添加的氧分子以確保完全燃燒任何存在于第一種含硫化氫可燃氣體混合物中的氨氣或烴。
在加熱爐12中燃燒硫化氫形成了水蒸汽和二氧化硫。所得的二氧化硫在爐12內(nèi)與殘留的硫化氫反應形成了硫蒸氣和更多的水蒸汽。也發(fā)生了其它的化學反應。例如，一些硫化氫熱離解成氫和硫。發(fā)生各種其它的反應需依賴加熱爐12中具體的操作條件。例如，一氧化碳(由二氧化碳的熱離解作用或由二氧化碳與硫化氫的反應形成)與硫蒸氣反應形成氧硫化碳。也可形成二硫化碳。
氣體混合物包含硫化氫、二氧化硫、硫蒸氣、水蒸汽、二氧化碳、氫和一氧化碳并且也包括痕量的氧硫化碳和二硫化碳，氣體混合物流出加熱爐12進入廢熱鍋爐14，在廢熱鍋爐14中一般將氣體混合物冷卻至大約250至大約350℃。如此冷卻的氣體混合物從廢熱鍋爐14流入硫冷凝器，在其中氣體混合物進一步冷卻，一般冷卻至大約110至大約180℃。所述硫冷凝器18也冷凝了至少一些在氣體混合物中的硫蒸氣。將所得的冷凝物輸送至硫密封槽中(沒有標出)。
因為硫化氫與二氧化硫之間的克勞斯反應沒有進行完全，離開冷凝器18中的氣體混合物包括比例可觀的二氧化硫和硫化氫。為了從其中提取更多的硫，將所述氣體混合物輸送通過第一個階段的次系列20和第二個相似階段的次系列22，其中次系列20包括硫化氫與二氧化硫之間的催化反應，次系列22包括硫化氫與二氧化硫之間的催化反應。次系列20依次為再熱爐24，在再熱爐24中一般將氣體混合物的溫度加熱至大約200至大約250℃。從再熱爐24流出的氣體混合物流經(jīng)第一催化克勞斯反應器26，在反應器26中硫化氫與二氧化硫在例如活化氧化鋁催化劑的作用下發(fā)生反應。結(jié)果形成了更多的硫蒸氣和水蒸汽。所得的氣體混合物流出催化反應器26進入另一個硫冷凝器28，在硫冷凝器28中一般將氣體混合物冷卻至大約110至約150℃并冷凝在催化反應器中形成的硫蒸氣。將所得的冷凝物輸送到硫密封槽中(沒有標出)。將貧硫氣體混合物輸送到第二系列22中。所述第二系列依次由另外的再熱爐30、另外的催化克勞斯反應器32以及另外的硫冷凝器34組成。這些單元操作與在第一系列20中的各個單元的類似。
根據(jù)其中殘留的硫化合物的濃度，離開另外的硫冷凝器34的氣體混合物可輸送至焚化爐(沒有標出)和排放到大氣中?；蛘?，可將氣體混合物輸送至水解反應器(沒有標出)，在所述反應器中水解并氫化存在于氣體混合物中的組分。在所述水解反應器中，用水蒸汽在催化劑作用下水解殘留的氧硫化碳和二硫化碳以制備硫化氫，所述催化劑的例子如用鈷和鉬浸漬的氧化鋁。這種催化劑是本領(lǐng)域所熟知的。同時，將殘留的元素硫和二氧化硫氫化形成二氧化硫。水解與氫化在大約300到大約350℃下通過前述浸漬的氧化鋁催化劑的作用下實施。所得的氣體混合物主要由硫化氫、氮氣、二氧化碳、水蒸汽和氫氣組成，該混合物離開所述水解反應器并首先流到水冷凝單元(沒有標出)，然后流入一個分離單元(沒有標出)，在其中由例如化學吸收分離出硫化氫。適合的吸收劑為甲基二乙基胺。如有必要，可將如此回收的硫化氫循環(huán)至燃燒器10中。
將第二種含硫化氫的可燃氣流輸送至另外的設(shè)備6。第二種含硫化氫的可燃氣流可具有與第一種可燃氣流相同或不同的組成。如果具有獨立的胺氣和酸性水汽提氣體來源，并且如果使用空氣(不含豐富的氧)來支持第一克勞斯裝置2的加熱爐12中的燃燒，則通常優(yōu)選將胺氣輸送至第一克勞斯裝置2和將酸性水汽提氣體輸送至另外的設(shè)備6。
第二種含硫化氫的可燃氣流流經(jīng)管道40到燃燒器42中，其中燃燒器42軸向或切向燃燒對組成熱克勞斯階段的加熱爐44進行加熱。為了支持第二種含硫化氫的可燃氣流的可燃組分的燃燒，將助燃氣體經(jīng)管道45供給燃燒器42，優(yōu)選助燃氣體具有至少為大約0.8的氧氣摩爾分數(shù)。燃燒器42可為尖端混合型。優(yōu)選所述助燃氣體為工業(yè)純氧或富氧空氣。選擇到燃燒器42的氣流的各自的流速，這樣在操作中加熱爐44的耐熱襯里(沒有標出)絕對不會達到大約1650℃或更高溫度。通常，提供助燃氣體的速率會因此明顯小于燃燒第二種可燃氣流的硫化氫內(nèi)含物的三分之一的需求量。
在加熱爐44中發(fā)生的反應基本上與上述那些關(guān)于第一克勞斯裝置2的加熱爐12的反應相同。但是，使用氧氣摩爾分數(shù)為至少0.8的助燃氣體有利于硫化氫的熱離解作用。因此，所得氣體中的氫氣比例一般大于第一克勞斯裝置2中的相應部分。含硫化氫、二氧化硫、硫蒸氣、水蒸汽、氫氣和二氧化碳以及一般的氮氣、一氧化碳及痕量的氧硫化碳和二硫化碳的廢氣流44離開爐44并進入廢熱鍋爐46中，在廢熱鍋爐46中一般將廢氣流冷卻到大約500至大約600℃。
所得的冷卻廢氣流流入第二克勞斯加熱爐48中。將另外的助燃氣體經(jīng)管道50供給加熱爐48，其中管道50為管道45的分支。所述助燃氣體經(jīng)噴槍(沒有標出)進入加熱爐48中。
結(jié)果，燃燒了部分來自加熱爐44的已冷卻的廢氣流的硫化氫內(nèi)容物。由于離開廢熱鍋爐46的廢氣流一般具有比較高的溫度，所以易于發(fā)生硫化氫的燃燒。
設(shè)定硫化氫分子和氧氣分子進入加熱爐44和48的流量的相對比率，使得離開加熱爐48的廢氣流中硫化氫與二氧化硫的摩爾比一般為大約1.5∶1到大約3∶1。在另外的廢熱鍋爐52中一般將廢氣混合物冷卻至大約250到大約350℃。包含與離開廢熱鍋爐46的氣體混合物種類相同(但比例不同)的已冷卻的廢氣混合物現(xiàn)在流入硫冷凝器54中，在硫冷凝器54中其進一步冷卻至大約110到大約150℃并且至少冷凝了部分硫蒸氣。將所得的冷凝物輸送至硫密封槽(沒有標出)。一般將所得的貧硫廢氣流分為兩個子氣流。一個子氣流與從第一克勞斯裝置2流出的氣流在位于冷凝器18的下游但在再熱器24上游的區(qū)域中混合。其余流出硫冷凝器54的貧硫廢氣流以下述方法使用。
第三種含硫化氫的可燃氣流經(jīng)管道60送入第二克勞斯裝置4?？諝饣蚋谎蹩諝饨?jīng)管道62送入第三克勞斯裝置4。所述第二克勞斯裝置4包含燃燒爐64，燃燒爐64對組成熱克勞斯階段的加熱爐66進行加熱。離開加熱爐66的廢氣在廢熱鍋爐68中冷卻。在硫冷凝器70中從已冷卻的廢氣流中冷凝硫并且將所得的冷凝物輸送至硫密封槽(沒有標出)。離開冷凝器70的貧硫氣體混合物依次流到兩個催化克勞斯階段的次系列72和74中。上游系列72依次包含再熱器76、第一催化克勞斯反應器78和硫冷凝器80。第二次系列74同樣包括再熱器82、催化克勞斯反應器84和硫冷凝器86。除了將來自另外的設(shè)備6的硫冷凝器54的貧硫廢氣的另一部分在冷凝器70的下游但在再熱器76的上游區(qū)域中引入所述流經(jīng)克勞斯裝置4的氣體混合物中外，其余第二克勞斯裝置4的操作與第一克勞斯裝置2的相似，在本文中不再描述。
供應另外的設(shè)備6使得可以提高兩個克勞斯裝置的總生產(chǎn)量。通過在另外的設(shè)備6中使用比在克勞斯裝置2和克勞斯裝置4中使用的更富氧的助燃氣體，可以縮減添加的非反應性氣體(具體為氮氣和二氧化碳)的量。另外的設(shè)備6一般可為改進的克勞斯裝置2和4。通過另外的設(shè)備處理更多的進料，并減少進料通過克勞斯裝置2和4的熱階段，可增加整體進料速率同時保持相對穩(wěn)定的通過克勞斯裝置2和4催化階段的流量。
根據(jù)本發(fā)明，通過實施控制使得來自另外的設(shè)備的含硫化氫和二氧化硫的貧硫廢氣混合物添加至克勞斯裝置2和4催化階段不會擾亂其操作。附圖1舉例說明了第一克勞斯裝置2的控制流程圖。分析器90放在冷凝器34的下游并產(chǎn)生傳送到閥控制器92的控制信號，閥控制器92將硫化氫與二氧化硫的真實摩爾比(或其函數(shù))和該比例的預設(shè)值(或這個比例的函數(shù))相比較。如果兩個值之間有差別，就重新設(shè)置微調(diào)閥94以調(diào)節(jié)空氣或富氧空氣經(jīng)微調(diào)管道96到管道16的流量，從而使硫化氫與二氧化硫的摩爾比的感應值回到預設(shè)值。
微調(diào)管道96僅運送了富氧空氣的總流量的一小部分到克勞斯裝置2的管道16中。有一個主流量控制閥98與微調(diào)閥94平行。這個閥可根據(jù)完全氧化任何存在于第一可燃氣流中的氨或烴以及按選擇的比例氧化其硫化氫內(nèi)容物成為二氧化硫和水蒸汽所需的空氣或富氧空氣的計算流量進行設(shè)置。流量計100測量了進入第一克勞斯裝置2的第一種可燃性氣流的流速并產(chǎn)生代表流速的信號給閥，所述信號傳輸?shù)介y控制器中，當測定的流速與指定的不同時，閥控制器就重新設(shè)置主流量控制閥98。所述控制方案可以第一種可燃氣流的組成為基礎(chǔ)，其中所述組成根據(jù)過去的經(jīng)驗或過去的分析作假定，或者通過產(chǎn)生輔助控制信號的運轉(zhuǎn)分析器或運轉(zhuǎn)分析器組(沒有標出)確定。當在沒有添加來自另外的設(shè)備6的硫冷凝器54的貧硫廢氣下操作所述克勞斯裝置2時，上述控制的安排能夠為第一克勞斯裝置2提供穩(wěn)定的操作。
當操作另外的設(shè)備6時，所述氧氣或富氧空氣的主要部分經(jīng)主流量控制閥110流入管道46中。由流量計114測定第二種可燃氣流的流速，其中該流量計將代表第二種可燃氣流流速的信號傳輸?shù)介y控制器112。閥控制器112產(chǎn)生了決定主流量控制閥狀態(tài)的第一控制信號，結(jié)果根據(jù)第二種可燃氣流的供應速率的任何變化自動調(diào)整供應到另外的設(shè)備6的氧氣或富氧空氣的速率。其中設(shè)置分析器104使得能夠立即在硫冷凝器54的下游測定在貧硫廢氣流中硫化氫和二氧化硫兩者的濃度。分析器104將代表硫化氫與二氧化硫的摩爾比的信號傳輸?shù)介y控制器106。所述閥控制器產(chǎn)生了第二控制信號并傳輸給管道109中的“微調(diào)”流量控制閥108。微調(diào)流量控制閥108能響應第二控制信號以對流入另外的設(shè)備6的氧氣或富氧空氣的總流速做小的調(diào)節(jié)，這樣貧硫廢氣流中的硫化氫與二氧化硫的摩爾比保持在選定值。
結(jié)果，可滿意地維持催化克勞斯階段的運轉(zhuǎn)并且離開硫冷凝器34(與催化克勞斯反應器32相連)的尾氣中的硫化合物的比例不會超過設(shè)定的最大值。如果與所需的摩爾比有任何偏差，所述分析器可探測到這個偏差，相應地調(diào)節(jié)與第一克勞斯裝置2有關(guān)的微調(diào)閥94?？紤]到離開硫冷凝器54的貧硫廢氣流中的硫化氫與二氧化硫的較高的濃度，如果沒有分析器104和閥控制器106，則很難實現(xiàn)穩(wěn)定操作整個裝置的目的。
一般，提供另外的流量的控制閥120和122使得能夠讓離開所述冷凝器54的貧硫廢氣流適當?shù)卦诘谝豢藙谒寡b置2與第二克勞斯裝置4之間分配。雖然沒有顯示，但是第二克勞斯裝置4與其閥控制設(shè)備的聯(lián)系類似于與克勞斯設(shè)備2與其閥控制器的聯(lián)系。
可對附圖1中顯示的裝置和設(shè)備做各種改變和修改。例如，可在廢熱鍋爐46和附加設(shè)備6的第二熱克勞斯段48中間安裝中間硫冷凝器(沒有標出)并且操作廢熱鍋爐46以使從中通過的氣體混合物降低至更低的溫度。在另一個實施例中將空氣和氧氣分別進料到另外的設(shè)備6中，可用來自所述分析器的控制信號來控制與空氣供應管道或與氧氣供應管道相連的微調(diào)閥。
圖2舉例說明了另一個修改，其中將第二熱克勞斯階段48和與其相連的廢熱鍋爐52從附加設(shè)備6中省略。相反，將離開硫冷凝器54的貧硫廢氣流由泵200循環(huán)至第二種含硫化氫的可燃氣體混合物中。所述循環(huán)氣流改變了在沒有循環(huán)氣流時將在第一克勞斯加熱爐44中產(chǎn)生的溫度，并由此使使用具有高氧氣摩爾分數(shù)的助燃氣體比在沒有循環(huán)氣流的情況時更有可能。此外，廢熱鍋爐46在比圖1所顯示的設(shè)備更低的溫度下操作。在其它方面，圖2中顯示的裝置和設(shè)備與那些在圖1中顯示的相似。
現(xiàn)在參考圖3，其中顯示了進一步的改進，其中再次省略了圖1中顯示的附加設(shè)備6的第二熱克勞斯加熱爐48和廢熱鍋爐52。在這種情況下，通過管道300直接注射例如液態(tài)水的流體到加熱爐44的火焰帶(沒有標出)內(nèi)以改變降低第一加熱爐44的溫度的目的。
權(quán)利要求
1.一種處理大量含硫化氫的可燃氣流的方法，所述方法包括以下步驟(a)操作第一克勞斯裝置從第一種含硫化氫的可燃氣流中回收硫，所述第一克勞斯裝置包括一系列階段，這些階段依次包括第一熱克勞斯階段、第一硫冷凝器和至少一個次系列階段；所述次系列階段包括催化克勞斯階段和其下游的第二硫冷凝器；(b)在至少一個另外的熱克勞斯階段中燃燒部分第二種含硫化氫的可燃氣流的硫化氫內(nèi)容物；(c)給所述另外的熱克勞斯階段提供具有氧氣摩爾分數(shù)為至少0.25的助燃氣體以支持在所述階段中硫化氫的燃燒，所述助燃氣體由從空氣中分離出來的純的或不純的氧氣流形成，或由空氣與所述純的或不純的氧氣流的混合物形成；(d)從所述另外的熱克勞斯階段抽出包含硫化氫、二氧化硫、水蒸汽和硫蒸氣的廢氣流，并在另外的硫冷凝器中從所述廢氣流中除去硫蒸氣以形成貧硫廢氣流；(e)在所述第一熱克勞斯階段的下游和所述次系列中的催化克勞斯反應的初始部分的上游的區(qū)域中混合至少部分貧硫廢氣流和經(jīng)過所述第一克勞斯裝置處理的第一種可燃氣體；(f)產(chǎn)生第一控制信號，所述信號為第二種可燃氣體或其至少一種可燃組分進入所述另外的熱克勞斯階段的流速的函數(shù)；(g)產(chǎn)生第二控制信號，所述信號為在所述貧硫廢氣流中的硫化氫/二氧化硫的摩爾比的函數(shù)；并且(h)使用所述控制信號設(shè)定供給所述另外的熱克勞斯階段的助燃氣的速率。
2.權(quán)利要求1的方法，其中所述助燃氣具有大約0.7的氧氣摩爾分數(shù)。
3.權(quán)利要求1或權(quán)利要求2的方法，其中具有單一的另外的熱克勞斯階段。
4.權(quán)利要求4的方法，其中將選自液態(tài)水、液態(tài)二氧化碳、二氧化硫以及取自所述另外的硫冷凝器下游的循環(huán)流的溫度調(diào)節(jié)流體供給所述單一的另外的熱克勞斯階段。
5.前述權(quán)利要求中任一項的方法，其中將所述貧硫氣流在位于所述另外的硫冷凝器下游的區(qū)域中引入到經(jīng)過第一克勞斯裝置處理的第一種可燃氣體中。
6.前述權(quán)利要求中任一項的方法，所述方法還包括操作第二克勞斯裝置以從第三種含硫化氫的可燃氣流中回收硫，所述第二克勞斯裝置具有一系列階段，所述階段依次包括第一熱克勞斯階段、第一硫冷凝器和至少一個次系列階段；其中所述次系列階段包括催化克勞斯反應階段和第二硫冷凝器，并且僅有部分所述貧硫廢氣流與所述第一種可燃氣流混合，所述貧硫廢氣流的剩余部分在第一熱克勞斯階段的下游和催化克勞斯反應的初始部分的上游的區(qū)域中與經(jīng)過第二克勞斯裝置處理的第三種可燃氣流混合。
7.用于處理大量含硫化氫的可燃氣流的裝置，所述裝置包括a)用于從第一含硫化氫的可燃氣流中回收硫的第一克勞斯裝置，所述裝置具有一系列階段，所述階段依次包括第一熱克勞斯階段、第一硫冷凝器和至少一個次系列階段，其中所述次系列階段包括催化克勞斯反應階段和第二硫冷凝器；b)至少一個另外的熱克勞斯階段，所述階段用于燃燒部分第二種含硫化氫的可燃氣流的硫化氫內(nèi)容物；c)至少一個用于提供具有至少0.25的氧氣摩爾分數(shù)的助燃氣體進入所述另外的熱克勞斯階段的入口，所述助燃氣體由從空氣中分離出來的純的或不純的氧氣流形成，或由空氣與所述純的或不純的氧氣流的混合物形成；d)用于從所述另外的熱克勞斯階段排出包含硫化氫、二氧化硫、水蒸汽和硫蒸氣的廢氣流的出口；e)用于從所述廢氣流中抽出硫蒸氣以形成貧硫廢氣流的另外的冷凝器，所述冷凝器具有與來自所述另外的熱克勞斯階段的出口相連的入口；f)貧硫廢氣流的出口，該出口與所述第一克勞斯裝置的一個區(qū)域相連，其中所述區(qū)域位于所述第一熱克勞斯階段的下游和開始催化克勞斯反應的位置的上游；g)產(chǎn)生第一控制信號的設(shè)備，其中所述信號為進入所述另外的熱克勞斯階段的第二種可燃氣流或其至少一種可燃組分的流速的函數(shù)；h)產(chǎn)生第二控制信號的設(shè)備，其中所述信號為在所述貧硫廢氣中的硫化氫與二氧化硫的摩爾比的函數(shù)；和i)響應所述控制信號，以設(shè)定供給所述另外的熱克勞斯反應階段的助燃氣體的速率的設(shè)備。
8.權(quán)利要求7的裝置，其中所述用于產(chǎn)生所述第一控制信號的設(shè)備包括用于測量進入所述另外的克勞斯階段的助燃氣體流速的流量計，所述流量計與第一閥控制器一起操作。
9.權(quán)利要求7的裝置，其中所述用于產(chǎn)生第二控制信號的設(shè)備包含用于測量貧硫廢氣中硫化氫和二氧化硫的濃度的分析器、用于從測定的濃度計算硫化氫與二氧化硫摩爾比的設(shè)備以及將計算出的硫化氫與二氧化硫摩爾比與預先設(shè)定的摩爾比進行對比的設(shè)備。
10.權(quán)利要求7到9中任一項的裝置，所述裝置還包括至少一個能使所述助燃氣流的主要部分流過的主流量控制閥和能使所述助燃氣流的次要部分流過的微調(diào)流量控制閥，其中所述主流量控制閥與用于產(chǎn)生所述第一控制信號的設(shè)備一起操作并且所述微調(diào)流量控制閥與用于產(chǎn)生所述第二控制信號的設(shè)備一起操作。
全文摘要
在包括第一熱克勞斯階段的第一克勞斯裝置中處理第一種含硫化氫的可燃氣流。在至少一個另外的熱克勞斯階段中燃燒部分第二種含硫化氫的可燃氣流的硫化氫內(nèi)容物。燃燒是在具有氧氣摩爾分數(shù)為至少大約0.25的富氧空氣或在氧氣助燃下進行。所得的二氧化硫與殘留的硫化氫反應形成硫化物蒸氣,所述硫化物蒸氣從另外的熱克勞斯階段的廢氣中冷凝出來形成貧硫廢氣流。產(chǎn)生的第一個控制信號為第二種氣體流速的函數(shù)。也產(chǎn)生了作為貧硫廢氣流中的硫化氫/二氧化硫的摩爾比的函數(shù)的第二個控制信號?？刂菩盘柨蓱糜谠O(shè)定供給第二熱克勞斯階段的助燃氣的速率。
文檔編號B01D53/52GK1353671SQ00808456
公開日2002年6月12日 申請日期2000年4月4日 優(yōu)先權(quán)日1999年4月7日
發(fā)明者R·L·申德爾 申請人:美國Boc氧氣集團有限公司