用于硫回收裝置的需氣反饋控制系統(tǒng)和方法
【專利說明】用于硫回收裝置的需氣反饋控制系統(tǒng)和方法
[0001 ] 本申請是申請日為2008年6月19日，申請?zhí)枮?00880103532.0(國際申請?zhí)枮镻CT/US2008/007725)，發(fā)明名稱為“用于硫回收裝置的需氣反饋控制系統(tǒng)和方法”的發(fā)明專利申請的分案申請。
[0002]本申請要求2007年6月21提交的同時(shí)待審美國臨時(shí)專利申請60/945495的優(yōu)先權(quán)。發(fā)明領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明的領(lǐng)域是用于克勞斯硫回收裝置的控制系統(tǒng)，尤其是用于具有多個(gè)熱級的克勞斯裝置的控制系統(tǒng)。
[0004]發(fā)明背景
[0005]—般在排入大氣之前，使用包括熱級且在后面串聯(lián)一個(gè)或多個(gè)催化級的一個(gè)或多個(gè)克勞斯硫回收裝置從廢氣除去硫化合物(尤其是硫化氫)。雖然使用克勞斯裝置回收硫在概念上簡單，并且在本領(lǐng)域熟知，但由于很多可變參數(shù)，有效操作克勞斯裝置并不簡單。除了其他因素外，進(jìn)入克勞斯裝置的進(jìn)料流的化學(xué)組成(例如硫化氫、二氧化碳和水的含量和相對比例)可根據(jù)設(shè)備類型和在克勞斯裝置上游使用的方法顯著改變。因此，根據(jù)克勞斯反應(yīng)的具體化學(xué)計(jì)量要求，嚴(yán)格控制用于熱級的氧量對有效操作克勞斯裝置關(guān)鍵。
[0006]在具有單一熱級的大多數(shù)目前已知結(jié)構(gòu)中，為了控制熱級中所需的氧量，假定廢氣進(jìn)料化學(xué)組成不變。為了適應(yīng)進(jìn)料氣體中硫化氫濃度的很小變化，也考慮到熱級控制儀器的不精確性，一般實(shí)行在此裝置中安裝反饋控制儀器，以精細(xì)調(diào)節(jié)熱級需氣邏輯。此系統(tǒng)中的反饋邏輯一般包括離開最終催化級的尾氣中硫化氫與二氧化硫的摩爾比的氣體分析。然后用來自廢氣分析儀的控制信號很小改變輸送到熱級的空氣或其他含氧氣體的量，以達(dá)到流出物流中硫化氫與二氧化硫的所需比率。此結(jié)構(gòu)的一般實(shí)例描述于美國專利4，100，266，其中含氧氣體流用控制器調(diào)節(jié)，控制器基于含氧氣體中測定氧濃度和尾氣和排出氣流中不同組分的測定濃度操作。RE028864類似描述一種系統(tǒng)，其中調(diào)節(jié)氧或含氧氣體流的控制信號產(chǎn)生于(a)在熱級入口的硫化氫和氧的測定濃度和校正值，和(b)尾氣中組分的測定濃度。
[0007]在另一個(gè)已知結(jié)構(gòu)中(例如，W0 2006/005155或美國專利3，026,184),用在熱級和催化級兩者下游測定形成合并控制信號，然后用合并控制信號直接調(diào)節(jié)含氧氣體到熱級的流量，從而達(dá)到過程控制。合并控制信號允許提高精細(xì)調(diào)節(jié)基于兩種過程點(diǎn)的氧流，然而，一般不允許在兩種過程點(diǎn)有不平衡差異。
[0008]或者，可用熱級溫度控制優(yōu)化克勞斯裝置的總體性能，如美國專利4，543，245所述，在另一種已知方法中，通過校準(zhǔn)響應(yīng)克勞斯裝置尾氣中硫化氫/二氧化硫比率的烴代表響應(yīng)信號(而不是硫化氫代表響應(yīng)信號)，可控制對熱級的氧進(jìn)料，如美國專利4，836，999所述。
[0009]雖然此類已知尾氣控制電路傾向于在很多情況下滿意操作，但仍有各種難題，尤其在需要處理很大量酸進(jìn)料的相對較大克勞斯裝置中。此類裝置通常包括并聯(lián)操作的多個(gè)熱級，隨后為串聯(lián)操作的一個(gè)或多個(gè)催化級。遺憾的是，具有并聯(lián)熱級的此類已知結(jié)構(gòu)表現(xiàn)利用從尾氣分析儀(一般測定硫化氫與二氧化硫的比率)反饋控制的問題。例如，在熱級之一利用太多空氣或氧操作，而其他熱級用合適量或太少空氣操作時(shí)，達(dá)不到所需的尾氣比率。由于在此裝置中尾氣分析儀位于共同催化級的下游，下游分析儀對獨(dú)立操作的熱級之間的差異不敏感。因此，分析儀的反饋控制信號對熱級之一采取合適動作，但對其他熱級采取不合適動作，從而可能使問題加劇。因此，控制克勞斯裝置可連續(xù)使太高的尾氣硫化氫與二氧化硫比率改變到太低比率。
[0010]為了避免至少一些與具有多個(gè)并聯(lián)熱級的裝置有關(guān)的問題，可實(shí)行這樣一種克勞斯裝置結(jié)構(gòu)，其中可通過測定可燃?xì)怏w進(jìn)入另外熱級的流速和來自另外熱級的貧硫氣流中硫化氫與二氧化硫的比率，實(shí)現(xiàn)到另外熱級的氧流量控制，如美國專利6，287，535所述。雖然這種結(jié)構(gòu)和方法有利地允許顯著增加可燃酸氣的通過量，但仍有幾個(gè)問題。同樣，尾氣中硫化氫與二氧化硫的所需比率的任何偏離不能追溯到產(chǎn)生或促成偏差的具體熱級。
[0011]因此，雖然在本領(lǐng)域已知克勞斯裝置操作控制的很多方法，但所有或幾乎所有方法都有一個(gè)或多個(gè)缺點(diǎn)。因此，仍需要提供用于克勞斯裝置中控制的改善結(jié)構(gòu)和方法。
[0012]發(fā)明概述
[0013]本發(fā)明涉及具有多個(gè)并聯(lián)熱級的克勞斯裝置的控制的結(jié)構(gòu)和方法，其中用測定來自熱級和來自催化級的流出物組成產(chǎn)生控制信號，控制信號獨(dú)立允許改變一個(gè)或多個(gè)熱級的一個(gè)或多個(gè)操作參數(shù)。
[0014]在本發(fā)明主題的一個(gè)方面，控制克勞斯裝置操作的方法包括以下步驟，監(jiān)測第一熱級流出物和第二熱級流出物的化學(xué)組成，其中第一熱級和第二熱級并聯(lián)操作;并監(jiān)測催化級流出物的化學(xué)組成，其中催化級連接到第一熱級和第二熱級，以接收第一熱級流出物和第二熱級流出物。在另一個(gè)步驟中，根據(jù)從測定熱級流出物和催化級流出物得到的結(jié)果，獨(dú)立調(diào)節(jié)第一熱級和第二熱級的至少一個(gè)熱級中的操作參數(shù)。
[0015]最優(yōu)選監(jiān)測熱級流出物和/或催化級流出物的化學(xué)組成的步驟包括測定硫化氫和/或二氧化硫濃度，最一般包括測定硫化氫與二氧化硫的比率。根據(jù)測定的濃度，一般優(yōu)選計(jì)算第一控制信號和/或第二控制信號，并用第一控制信號和/或第二控制信號調(diào)節(jié)第一熱級和第二熱級的至少一個(gè)熱級的一個(gè)或多個(gè)操作參數(shù)。另外可設(shè)想測量在第一熱級和第二熱級的至少一個(gè)熱級中的溫度。因此，適合的操作參數(shù)包括空氣流速、含氧氣體流速、酸氣進(jìn)入第一熱級和/或第二熱級的流速和/或在第一熱級和/或第二熱級的溫度。
[0016]因此并且從不同的觀點(diǎn)看，克勞斯裝置控制系統(tǒng)具有操作性連接到克勞斯裝置的第一熱級的第一流出物分析儀，和操作性連接到克勞斯裝置的第二熱級的第二流出物分析儀，其中第一熱級和第二熱級構(gòu)成并聯(lián)操作。在此類裝置中，第一控制器操作性連接到第一熱級，并且構(gòu)成控制第一熱級的第一操作參數(shù)，第二控制器操作性連接到第二熱級，并且構(gòu)成控制第二熱級的第二操作參數(shù)。第三流出物分析儀操作性連接到克勞斯裝置的催化級，其中催化級構(gòu)成接收來自第一熱級和第二熱級的合并流出物?？刂茊卧B接到第一流出物分析儀、第二流出物分析儀和第三流出物分析儀，并程序化或另外構(gòu)成允許獨(dú)立調(diào)節(jié)第一控制器和第二控制器的第一操作參數(shù)和第二操作參數(shù)。
[0017]最一般第一流出物分析儀、第二流出物分析儀和/或第三流出物分析儀構(gòu)成測定硫化氫與二氧化硫的比率，并且第一溫度分析儀和第二溫度分析儀可連接到第一控制器和第二控制器。在尤其涵蓋的裝置中，使控制單元程序化，以將第一控制信號和第二控制信號分別提供到第一控制器和第二控制器，從而獨(dú)立調(diào)節(jié)第一熱級和第二熱級的硫化氫與二氧化硫的比率的設(shè)定點(diǎn)?；蛘呋蛄硗?，也可使控制單元程序化，以將第一控制信號和第二控制信號分別提供到第一控制器和第二控制器，從而獨(dú)立調(diào)節(jié)第一熱級和第二熱級的操作溫度。合乎需要時(shí)，可使控制單元與第一控制器結(jié)合。
[0018]通過以下本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案的詳細(xì)描述與附圖，本發(fā)明的不同目的、特征、方面和優(yōu)點(diǎn)將變得更加顯而易見。
[0019]附圖簡述
[0020]圖1為根據(jù)本發(fā)明的主題的示例性克勞斯裝置控制結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0021]發(fā)明詳述
[0022]發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，可執(zhí)行在一系列共同催化級的上游具有多個(gè)并聯(lián)熱級的克勞斯裝置的控制系統(tǒng)，使得能夠單獨(dú)控制各熱級的操作，以提供具有所需硫化氫與二氧化硫比率的流出物。因此，在特別涵蓋的結(jié)構(gòu)和方法中，將氣體分析儀提供到各熱級的出口，并構(gòu)成分析離開相應(yīng)級的氣流中硫化氫與二氧化硫的比率。根據(jù)共同下游催化級尾氣中硫化氫與二氧化硫的預(yù)定和所需比率并根據(jù)克勞斯裝置的單獨(dú)熱級中硫化氫與二氧化硫的實(shí)際比率，處理單元計(jì)算上游熱級各出口的所需相應(yīng)校正比率。因此，來自尾氣分析儀的計(jì)算反饋控制信號在各熱級的氣體分析儀控制器重新設(shè)定硫化氫與二氧化硫比率設(shè)定點(diǎn)。因此，用各自熱級的各氣體分析儀控制器少量加入或消除輸送到那個(gè)熱級的一定量空氣(或其他含氧氣體)，以便在那個(gè)級的流出物流中達(dá)到硫化氫與二氧化硫的所需比率。
[0023]在如圖1示意顯示的本發(fā)明的主題的一個(gè)示例方面，克勞斯裝置100包括并聯(lián)操作的兩個(gè)熱級110A和110B，和接收上游熱級110A和110B的組合流出物并且串聯(lián)操作的兩個(gè)催化級120A和120B。熱級流出物112A和112B通過相應(yīng)的傳感器130A和130B和相關(guān)的分析儀/控制器132A和132B分析。最優(yōu)選來自分析儀/控制器132A和132B的分析儀信號作為來自相應(yīng)傳感器的信號的函數(shù)產(chǎn)生，并傳