用于处理克劳斯工艺中的一种富含二氧化碳的酸性气体的方法及装置的制作方法

专利名称：用于处理克劳斯工艺中的一种富含二氧化碳的酸性气体的方法及装置的制作方法
用于处理克劳斯工艺中的一种富含二氧化碳的酸性气体的方法及装置本发明涉及一种用于处理克劳斯工艺中的一种富含二氧化碳的酸性气体的方法。本发明还涉及一种用来实现该方法的设备，该设备包括由闪蒸阶段和再生柱以及具有下游克劳斯反应器的一个克劳斯燃烧器组成的一个混合体，藉由该再生柱，从用于气体洗涤的吸收剂中除去富含二氧化碳的酸性气体。许多工艺气体，例如天然气，合成气，炼厂气，或者焦炉煤气，在使用前必须除去包含在其中的酸性气体，因为所述物质妨碍进一步工序。妨碍进一步工序并且因而必须从待得到的气体中分离的典型酸性气体是硫化氢(H2S )，羰基硫(COS )，有机硫化合物，氨(NH3)，或者氢氰酸(HCN)。这些气体具有腐蚀效应并且是有毒的。从待得到的气体中除去这些气体的一种方法是使用物理吸收溶剂进行气体洗涤。吸收酸性气体的合适的溶剂例如是碳酸丙烯酯、N-甲基吡咯烷酮、烷基化的聚乙二醇醚，以及甲醇。化学吸收溶剂也可以使用，但它们对有机硫化合物的吸收能力较弱。化学吸收溶剂的实例是乙醇胺或碱金属盐溶液。为了回收包含在酸性气体中的硫化合物，来自气体洗涤工序的再生单元的这些酸 性气体通常被供应到一个克劳斯装置中，在该克劳斯装置中，根据克劳斯反应，分离出的硫化氢的一个部分流燃烧以产生二氧化硫，然后二氧化硫与残留的硫化氢流转化以形成硫。该硫可以进一步以各种方式来使用。通常，除了硫组分，例如硫化氢(H2S),羰基硫(COS)以及硫醇，待处理的这些工艺气体也包含较大比例的二氧化碳(CO2)。较大比例的二氧化碳形成于例如一个合成气体工艺中，在该工艺中，在合成气体生产中形成的一氧化碳藉由CO分子的转化而被转化形成二氧化碳，从而这些工艺气体通常包含较大含量的二氧化碳。二氧化碳在已转化的合成气体中可以占到体积(vol. _%)的百分之50。另一方面，在已转化的合成气体中的硫组分的比例可以是非常低的，这取决于用于合成气体生产的原料，比例可能是低于O. Ivol. -%。在气体洗涤过程中，无论是物理或是化学的，不可避免地，除了从合成气体中除去硫组分，通过气体洗涤，包含在待处理的气体中的二氧化碳的很大的比例也从原料气中除去，从而在气体洗涤段的再生单元中重新释放出的酸性气体的大部分通常由二氧化碳组成。后者对酸性气体在一个克劳斯装置中的进一步工序具有妨碍效应，因为由于惰性二氧化碳的稀释，这些可燃烧的酸性气体具有仅仅很小的热值，结果是，不可能或很难达到稳定的克劳斯炉操作所需的、至少850° C至900° C的高温。为此，现有技术中有工艺来促进从含硫的酸性气体中分离二氧化碳。DE 10332427Al传授了一种使用物理洗涤剂从加压工艺气体中除去硫化氢以及其他酸性气体组分以及用于在一个克劳斯装置中从硫化氢中回收硫的方法。在该工艺中，通过使用合适的吸收溶剂并且将有负载的吸收剂穿过以再生的气体洗涤过程，待处理的这些工艺气体得以除去原本包含在其中的这些酸性气体。该气体洗涤段是多阶段类型的，这些不同的再生阶段具有不同的压力等级以及比吸收步骤更低的压力，从而得到一种富含硫组分的酸性气体。得到的该含硫的酸性气流被供应给一个克劳斯工艺，其中的尾气在氢化后循环到，例如，用于完全脱硫的再生阶段。
特别地，如果一种具有高二氧化碳含量例如30-50vol. _%C02、同时低硫含量例如
O.1-lvol. -%H2S的工艺气体待脱硫，在酸性气体洗涤以生产一种具有足够高的硫含量以用于在克劳斯装置中进一步工艺的酸性气体的过程就需要非常高的花费，因为，在选择性洗涤剂的情况下，这种洗涤剂的物理或化学选择性不足以在该酸性气体部分中实现在这种情形下可接受的高硫浓度。因此该目的是提供一种具有成本效益的工艺，该工艺从一种富含二氧化碳的工艺气体中除去硫组分并且以这样的方式将它们传送到克劳斯工艺它们仍然可以在该克劳斯装置中的稳定操作中被处理。本发明通过一种方法来达到这个目的，该方法首先使待处理的该工业工艺气体经历使用对硫组分、特别是硫化氢(H2S)具有选择性的一种物理或化学溶剂的气体洗涤过程，从该气体洗涤过程中得到一种酸性气体部分，该酸性气体部分被供应给一个再生单元并且该再生单元将在该再生过程中释放出的酸性气体分成至少一种耗尽硫组分的酸性气体部分，该富含硫组分的酸性气体部分接着被供应给该克劳斯工艺的热反应阶段，在这里，该富 含硫组分的酸性气体部分燃烧以根据该克劳斯工艺的要求提供二氧化硫，并且来自该再生单元的该富含二氧化碳但耗尽硫组分的酸性气体部分与离开燃烧器以及该克劳斯工艺的热反应阶段的热燃烧气体混合。该分离成至少两种酸性气体部分的过程优选地如下进行先将来自该气体洗涤段的负载有酸性气体的溶剂供应给一个闪蒸阶段，以用于在将该溶剂供应给一个再生柱前将二氧化碳耗尽，从而得到一种富含二氧化碳的酸性气体部分以及一种负载有残留酸性气体的溶剂，从而得到另外一种供应给该克劳斯燃烧器以用于与一种含氧气体进行燃烧的、二氧化碳耗尽并且富含硫组分的酸性气体部分。富含二氧化碳并且低硫的酸性气体与高硫的酸性气体的比率可以通过该闪蒸容器的操作参数确定。该比率可以有利地用来控制该克劳斯工艺。一个克劳斯反应器的第一阶段通常设计成没有任何其他伴随物质，从而二氧化硫(SO2)与硫化氢(H2S)之间的反应通过高反应温度来启动。这也被称为热克劳斯反应阶段。因为这种反应通常不完全，该反应经常在一个下游反应阶段在一个较低的温度下反应完全。因为，为此需要一个催化克劳斯反应器，这也被称作催化克劳斯反应阶段。主权利要求特别涉及一种用于含硫化氢以及含二氧化碳的酸性工艺气体的脱硫的方法，根据该方法
(a)将被除去硫组分并且包含至少以硫化氢以及二氧化碳作为酸性气体组分的一种工艺气体首先经历使用一种酸性气体吸收溶剂的气体洗涤过程，该酸性气体吸收溶剂对硫组分比对二氧化碳的吸收更强烈，并且
(b)该有负载的溶剂被供应给一个再生单元以用于再生，并且
(C)在该再生过程中释放出的、并且由硫组分以及二氧化碳(CO2)组成的该酸性气体被分离成至少两个酸性气体部分，并且得到至少一种具有高含量的硫组分的酸性气体部分，并且
(d)硫化氢(H2S)含量最高的部分被供应给一个克劳斯反应器的克劳斯燃烧器，包含的这些硫组分与一种含氧气体至少部分地转化成一种含二氧化硫(SO2)的气体，并且
(e)这些热的燃烧性气被排放进入该燃烧器的下游的反应室，在这里它们与来自该再生单元的至少一种富含二氧化碳的酸性气体部分混合。特别地，对于富含二氧化碳的原料气体，因为该富集的硫部分，本发明给在燃烧区域中的稳定操作提供了便利，这与现有技术的方法相反，在现有技术的方法中，一种常规部分被供应给该克劳斯工艺的燃烧阶段。如果，在本发明的框架内，纯氧被用作高硫部分的燃烧的氧化剂，若该常规酸性气体部分由一种不再能够燃烧的混合物组成，那么该酸性气体燃烧过程中的稳定的操作也将得到保证。该克劳斯反应室经常被设计成配备有一个耐火衬里的一种简单的反应室，因为该热克劳斯反应在大约900° C的高温下、在该燃烧器的下游、在没有任何另外的伴随物质的情况下进行。就该原料气体而言，转化为硫的比率大约是40%-60%。根据现有技术，离开该克劳斯反应室的该含硫气体被供应给通常由一个冷却段、一个用于硫以及后续克劳斯反应器的冷凝段组成的一个克劳斯工艺阶段，在该后续克劳斯反应器中，未转化的二氧化硫(SO2)与硫化氢(H2S)发生转化。在本发明的一个实施方案中，离开该反应室的该含硫气体作为克劳斯工艺气体 被供应给一个催化克劳斯装置的下一个工艺步骤，以完成该克劳斯工艺气体中的硫化氢(H2S)与二氧化硫(SO2)之间的未完成的反应。在本发明的另外实施方案中，该富含二氧化碳但硫组分耗尽的酸性气体气流的一个部分流从该克劳斯装置中排放。该富含二氧化碳但硫组分耗尽的酸性气体气流的这种分流可以例如是被排放以用于任何类型的另外的工艺。在本发明的一个实施方案中，该分离成至少两种酸性气体部分的过程按照如下进行先将来自该气体洗涤过程的负载有酸性气体的溶剂供应给一个闪蒸阶段，用于在将该溶剂供应给一个再生柱前将二氧化碳耗尽，从而得到一种富含二氧化碳的酸性气体部分以及一种负载有残留酸性气体的溶剂，从而在该再生柱中得到另外一种供应给该克劳斯燃烧器以用于与一种含氧气体进行燃烧的、二氧化碳耗尽并且富含硫组分的酸性气体部分。该有负载的溶剂的二氧化碳的消耗优选地在流动方向安排在该再生柱的上游的二至四个闪蒸阶段中进行。然而，闪蒸阶段的数量可以是任选的。用于吸收、在该闪蒸阶段的闪蒸、以及再生的工艺是任意的并且是在现有技术中已知的。供应给该克劳斯反应器的该燃烧器的、该富含硫组分的部分流中硫组分的量通常占该原料气的硫中的20%至40%。这样，有可能以一种稳定的方式来操作该燃烧器并且不需要另外的燃烧性气体的供应。在本发明方法的框架内，如果需要满足该克劳斯工艺的要求，应可以改变这个比率。该克劳斯燃烧器在一种含氧气体如空气的参与下进行操作。取决于设计，使用富含氧的空气或纯氧作为该克劳斯燃烧器内的含氧气体总是可能的，以弥补该高硫酸性气体部分的暂时性或永久性的低热值。来自该酸性气体的这些硫组分的燃烧提供该克劳斯燃烧器中的该克劳斯工艺所需要的二氧化硫(SO2)的量。在本发明的的另外一个实施方案中，该空气、该富氧的燃烧空气、或该二氧化碳耗尽且富含硫化氢的酸性气体在被供应给该燃烧器之前藉由一个热交换器进行预热。这用来进一步减少供应给该克劳斯燃烧器的该酸性气体部分中的硫组分的含量。在本发明的这个实施方案中，该高硫的酸性气体部分藉由使用空气、富氧的空气或纯氧的一个燃烧器得以完全地燃烧，Lambda值是I或者接近I。Lambda值指的是燃料与氧气的化学计算比率，大于I的Lambda值意味着氧过量。
在本发明的一个实施方案，有可能从该高硫的酸性气体中永久性地或暂时性地分支出一个部分流并且将其传送到该克劳斯反应器的气体混合室以用于提高该硫化氢比例。供应给该克劳斯燃烧器并且与氧气完全转化成二氧化硫的硫组分的量通过一个支路控制系统控制，从而供应给该克劳斯燃烧器的硫组分的量接近所有酸性气体部分的总硫量的三分之一，硫组分的多余量被供应给该克劳斯燃烧器的下游的工艺气体气流中的该克劳斯工艺气体。如果例如含氨蒸气包含在该工艺中，该高硫的酸性气体部分也可以与一种燃烧性气体混合，以提高供应给该燃烧器的该酸性气体部分的该热值，因而进一步提高该克劳斯燃烧器中的温度。在这种情形下，需要1300° C至1400° C的燃烧气体温度来完全分解该氨。因此，确保了在该后续克劳斯工艺中不形成氨盐。该燃烧性气体可以是任何类型。该燃烧性气体优选天然气，合成气和氢气。该燃烧性气体也可以与富含二氧化碳的酸性气体混合，如果需要这样做以保证最优的工艺控制。该克劳斯燃烧器也可以供应有一种燃烧性气体。这种燃烧性气体可以是烃类。对 于供应给该克劳斯燃烧器的燃烧性气体，一种含氧气体例如是以相同摩尔比供应的并且保证所供应的燃烧性气体恰好完全燃烧。待处理的工艺气体也可以是任何希望的类型。原则上，根据本发明能够处理包含二氧化碳和硫组分的各种气体。这特别适合应用于来自一种“酸性”⑶转化的合成气体。待处理的气体的另外的实例是天然气或焦炉煤气。用于进行吸收的该溶剂优选一种与二氧化碳(CO2)相比较而言对硫组分、特别是硫化氢(H2S)具有高选择性的物理溶剂。合适的物理溶剂的实例是Morphysorb (N-甲酰基吗啉和N-乙酰基吗啉的混合物XSelexorii (聚乙二醇二甲醚混合物)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、甲醇或碳酸丙烯酯。然而，与二氧化碳(CO2)相比较而言，合适用来选择性除去硫组分的一种化学溶剂也可以在水性溶液中使用。化学溶剂的实例是甲基二乙醇胺(MDEA)、Flexsorb (空间位阻性胺的混合物)或碱金属盐溶液(如钾盐溶液)。待处理的该工艺气体的二氧化碳含量可以是任何希望的等级。原料气中的二氧化碳含量因而可以是例如是按体积计30%至50%。如果硫组分的含量相比于该二氧化碳含量很少，则本发明方法的应用将会特别有利。因而，有可能将这些气体视作是含有O. 1%至1%范围之间(或摩尔当量)的硫化氢的硫组分含量。待处理的该工艺气体也可以包含氨。在这种情况下，该氨也可以被供应给该克劳斯燃烧器并且因为1300° C至1400° C的设定温度(取决于氧的含量)而转化成氮气和水。通常地，该气体洗涤工艺的该吸收柱的温度和压力在5巴至100巴范围之间和50° C至80° C范围之间。通常，用于在该闪蒸阶段的闪蒸的压力和温度在I巴至5巴范围之间和60° C至150° C范围之间。该克劳斯工艺可以因改变这些值而受到影响。例如，闪蒸阶段中的温度的升高或压力的降低提供了富含二氧化碳的酸性气体部分中较高的硫比例。在供应给该克劳斯反应器之前，除了该富含硫组分的酸性气体部分、该含氧气体、以及在适当情况下该燃烧性气体之外，该含氨排气也可以被供应给富含二氧化碳气流或该克劳斯燃烧器。这些气体可以是例如来自废水闪蒸容器的蒸气或含氨排气。该热克劳斯反应器也可以是任何希望的类型。这些实例在现有技术中是已知的。来自该热克劳斯反应器的排气根据现有技术通常在后续的催化克劳斯反应器阶段被转化成硫。来自该克劳斯装置的排气可以进一步被处理、处置或甚至是部分地返回本发明的工艺。离开该反应室的该克劳斯工艺气体也可以被供应给一个常规克劳斯装置以及一个另外的下游氢化阶段，从而得到氢化的克劳斯尾气。该富含二氧化碳但硫组分耗尽的酸性气体气流的一个部分流也可以在该完成的克劳斯工艺的下游供应给该氢化的克劳斯工艺气体，这在该克劳斯工艺气体已经被供应给一个氢化阶段使该克劳斯工艺气体中的全部硫组分氢化以形成硫化氢(H2S)之后进行。在另一个实施方案中，该氢化的克劳斯工艺气体被供应给另外的选择性气体洗涤段。残留的硫化氢，除非痕量，接着从在这个下游气体洗涤段的合并气体气流中得以从该克劳斯尾气中分离。离开该气体洗涤段的该克劳斯尾气几乎不含硫。为了除去硫化氢的痕量残留，该脱硫的克劳斯尾气可以被供应给一个后燃烧单元并且得到的排气被排放进入大气。后燃烧通常在一个燃烧器中发生。该后燃烧单元的该燃烧器也可以在一种另外的燃烧性气体的参与下操作并且得到的排气被排放进入大气。在本发明的一个实施方案中， 该后燃烧单元的该燃烧器在一种另外的燃烧性气体的参与下操作。在本发明的一个实施方案中，从来自另外的选择性气体洗涤过程的、有负载的溶剂的再生过程中得到的该富含硫组分的气体被供应给该克劳斯装置的该燃烧器。另外的选择是将该富含二氧化碳的部分流直接供应给一个压缩机以用于气体循环，该压缩机将该氢化的克劳斯尾气与这种部分流一起循环以提供给该脱硫单元上游的主工艺气体流。权利要求也提出保护一种设备，在该设备的帮助下，本发明方法得以执行。权利要求特别提出一种用于对含硫化氢并且含二氧化碳的酸性工艺气体进行脱硫的设备，该设备由几下各项组成
一个吸收柱，
一个设计成闪蒸阶段的填充柱，
一个再生柱，
一个配备有支路控制的克劳斯燃烧器，
一个克劳斯反应室，
该吸收柱、该闪蒸阶段、该再生柱、该克劳斯燃烧器以及该克劳斯反应室沿着流动方向呈串联地安排，并且该克劳斯燃烧器在工艺流程中连接至该再生柱，该设备允许该溶剂从该闪蒸阶段供应给该再生柱，并且再生的溶剂循环至该吸收柱，并且该酸性气体部分从该闪蒸阶段供应给该克劳斯反应室，并且该酸性气体部分从该再生柱供应给该克劳斯燃烧器。在一个优选的实施方案中，来自该再生柱的该溶剂的回流管配备有一个热交换器，在该热交换器的帮助下，来自该吸收柱的冷溶剂通过来自该再生柱的、有负载的热溶剂进行预热。用于该高硫的酸性气体部分的燃烧的该克劳斯燃烧器可以是希望的任何类型。为了能够将该克劳斯燃烧器设定至工艺参数，有利地，该燃烧器配备有用于一种燃烧性气体的一个另外的供应喷嘴。该喷嘴可以调整成适合烃类燃烧性气体。为了运行该克劳斯工艺，有利地，该燃烧器也配备有用于一种富氧气体或用于氧气的一个供应喷嘴。该克劳斯燃烧器配备有支路控制。该克劳斯反应室也可以是任何希望的类型，并且在一个最简单的情形中，是一种空的砖衬室。这些实施方案在现有技术中是充分已知的。为了能够执行本发明的方法，该反应室设置有用于富含二氧化碳的酸性气体的供应的一个喷嘴以及从该克劳斯燃烧器至该反应室的一个连接。该反应室也可以设置有用于含氨气体或蒸气的供应喷嘴。其他设备部件，例如吸收柱、闪蒸阶段以及再生柱也可以是任何希望的类型并且在现有技术中是已知的。本发明的设备也包括阀、泵、压缩机、加热以及冷却装置、热交换器以及该装置的所描述的操作所需的所有设备专用的部件。这些部件可以被安排在该工艺流程中的任何位置。当然这也包括必要的控制装置。本发明的方法具有便于富含二氧化碳的酸性气体的完全并且简单地脱硫的优点。即使在该酸性气体硫组分量较小时，该富含硫化氢的酸性气体部分的燃烧也可以达到用于该克劳斯工艺所需的最小的温度，而这个最小温度在该克劳斯工艺只使用一种酸性气体部分时是不能达到的。

本发明的装置藉由三个附图
详细示出，这些附图仅是本发明设备的设计实例。图I示出一种本发明的实施方案，在该实施方案中，得到一个用于下游工艺的克劳斯工艺，并且没有任何另外的中间步骤。图2示出一种本发明的实施方案，在该实施方案中，离开该热反应阶段的该克劳斯工艺气体被供应给一个常规的催化克劳斯阶段、一个氢化阶段以及一个循环系统。图3示出一种实施方案，在该实施方案中，得到的该克劳斯工艺气体离开该反应室并且穿过一个常规克劳斯阶段、一个氢化以及一个气体洗涤阶段。图I示出一种本发明的工艺流程。一种待处理的含硫工艺气体(la)，例如天然气，穿过一个吸收柱(2)，在此它与藉由一个热交换器(2a)冷却下来的一种吸收溶剂相接触。这产生了一种处理后的产品气体(lb)，该产品气体(Ib)不含有或几乎不含有硫化合物，包含在该原料气体(Ia)中的大部分二氧化碳也保留在该产品气体(Ib)中，并且该溶剂负载有酸性气体(3)。根据本发明，该有负载的溶剂藉由热交换器(4a，4b)预热并且传到一个闪蒸容器(5)。在该闪蒸容器(5)中的闪蒸产生一种负载有二氧化碳、耗尽硫化氢、硫化合物贫乏的酸性气体部分(6)，以及一种二氧化碳耗尽、富含硫组分的有负载的溶剂(7)。它被传送到一个再生柱(8)，在这里，在一个示例性的模式中，藉由一个再沸器(8a)加热，该溶剂通过加热以及闪蒸得以除去富含硫组分的酸性气体。这样产生一种二氧化碳耗尽、富含硫组分的酸性气体(9)以及一种再生的溶剂(10)。该酸性气体(9)通过一个冷凝器(9a)被供应给该克劳斯燃烧器(11)。闪蒸流冷凝物(9b)被循环至该再生柱(8)。来自该闪蒸容器
(5)的该负载有二氧化碳、耗尽硫化氢的酸性气体部分(6)，相比于来自该再生柱(8) (X2,(H2S))的硫组分(9)较富集的该酸性气体部分，具有一个较低的硫组分浓度(Xi (H2S))。除去酸性气体组分(10)的该再生的溶剂藉由一个泵(IOa)通过一个热交换器(4a)循环至该吸收柱(2)。根据本发明，该二氧化碳耗尽、富含硫组分的酸性气体(9)被用于该克劳斯燃烧器(11)的操作，硫组分被供应给该热反应阶段的该克劳斯反应室(12)。该克劳斯燃烧器(11)在氧气或一种含氧气体(13)的参与下操作。在一个典型的实施方案中，该克劳斯燃烧器
(11)的温度是1300° C，并且在将来自该克劳斯燃烧器(11)的热排气与该负载有二氧化碳、耗尽硫化氢的酸性气体部分(6)混合后，该克劳斯反应室(12)中达到接近900° C的混合温度。含氨蒸气(14)可以在该克劳斯燃烧器(11)内被供应给该二氧化碳耗尽、富含硫化氢的酸性气体(9)。离开该克劳斯反应室(12)的产品是一种克劳斯工艺气体(15)。如果需要，该负载有二氧化碳、耗尽硫化氢的酸性气体(6)的一个部分流(6a)可以通过一个阀(6b)从该装置排放并且传到另外的工艺步骤。图2示出与图I相同的工艺，其包括一个后续的硫回收阶段(16)，一个后续的常规克劳斯反应段(17)以及一个氢化阶段(18)。根据本发明，该耗尽二氧化碳、富含硫组分的酸性气体(9)被用于该克劳斯燃烧器(11)的操作，并且该负载有二氧化碳、硫化氢耗尽、硫组分耗尽的酸性气体(6)被供应给该克劳斯反应室(12)。然后，该克劳斯工艺气体(15)从该克劳斯反应室(12)排出。从那里开始，它被供应给由一个冷却段(16a)和一个硫冷凝段(16b)组成的一个硫回收阶段(16)。结果是得到了液态的硫(16c)。通过该冷却工艺产生了蒸气(16d)。该部分脱硫的克劳斯工艺气体(19)藉由一个下游硫分离器(19a)得以除去硫滴(19b )。得自该硫回收阶段(16 )的、部分地脱硫的克劳斯工艺气体(19 )被供应给一个下游的催化克劳斯反应阶段(17)。在那里，该部分脱硫的克劳斯工艺气体(19)在一个下游的 常规克劳斯反应阶段(17)中被进一步转化成硫(17e),该下游的常规克劳斯反应阶段(17)典型地由继续将残留硫化氢与二氧化硫转化成硫的一个催化克劳斯反应器(17a)、一个另 外的硫冷凝段(17c)以及一个硫分离器(17d)组成，得到了液态硫(17e)和蒸气(17f)。通过这种后续的转化，例如在一个两阶段催化克劳斯反应阶段(17)中实现了在总克劳斯反应中96%的转化率(相比于该原料气体(la))。该克劳斯尾气(20)接着被供应给分别配备有所需的气体预热器的一个氢化阶段(18)。由此得到的、氢化的克劳斯尾气(21)只包含处于硫化氢(H2S)形式的硫。如果需要，该氢化的克劳斯尾气(21)与该负载有二氧化碳、硫化氢耗尽的酸性气体(6a)的一个部分流通过一个阀(6b)混合并且藉由一个循环压缩机(21a)循环到该主工艺气体流中的该原料气体(la)。图3示出与图I相同的工艺，其包括一个后续的硫回收阶段(16)、一个后续的常规克劳斯反应阶段(17)以及一个氢化阶段(18)。根据本发明，该二氧化碳耗尽、富含硫组分的酸性气体(9)被用于该克劳斯燃烧器(11)的操作，并且该负载有二氧化碳、耗尽硫化氢、硫组分耗尽的酸性气体(6)被供应给该热反应阶段的该克劳斯反应室(12)。然后，该克劳斯工艺气体(15)从该克劳斯反应室(12)排出。从那里开始，它被供应给由一个冷却段(16a)和一个硫冷凝段(16b)组成的一个硫回收阶段(16)。结果是得到了液态的硫(16c)。通过该冷却过程产生了蒸气(16d)。该部分地脱硫的克劳斯工艺气体(19)藉由一个下游硫分离器(19a)得以除去硫滴。得自该硫回收阶段(16)的、部分地脱硫的克劳斯工艺气体(19)被供应给一个下游的催化克劳斯反应阶段(17)。在那里，该部分地脱硫的克劳斯工艺气体(19)在一个下游的常规克劳斯反应阶段(17)中被进一步转化成硫(17e)，该下游的常规克劳斯反应阶段(17)典型地由继续将残留硫化氢与二氧化硫转化成硫的一个催化克劳斯反应器(17a)、一个另外的硫冷凝段(17c)以及一个硫分离器(17d)组成，得到了液态硫(17e)和蒸气(17f)。通过这种后续的转化，例如在一个两阶段催化克劳斯反应阶段(17)中实现了在总克劳斯反应中96%的转化率(相比于该原料气体(la))。由此得到的该克劳斯尾气(20)接着被供应给一个氢化阶段(18)，在那里，所有硫组分被氢化成硫化氢(H2S)。该氢化的克劳斯尾气(21)接着被供应给一个选择性气体洗涤段(22)。包含在该氢化的克劳斯尾气中的该残留硫化氢(H2S)通过在一个下游的气体洗涤阶段中经由一个吸收柱(22)的洗涤得以几乎完全除去，并且在一个相关的再生柱(22b)内从该有负载的溶剂(22a)中作为酸性气体部分(22c)得以回收。这种酸性气体部分(22c)作为另外的酸性气体部分被供应给该克劳斯装置的该热反应阶段的该燃烧器(11)并且燃烧以产生二氧化硫(S02)。该再生的溶剂(22d)在一个环路中循环。该负载有二氧化碳、耗尽硫化氢的酸性气体的一个部分流(6c)也可以被供应给该吸收柱(22)的上游。与该克劳斯尾气(21)—起，这种工艺气体流在该选择性气体洗涤段(22)中除去硫化氢(H2S),并且得到的该脱硫的克劳斯尾气(22e)被供应给一个后燃烧单元(23)。如果 需要，在那里，它在加入一种燃烧性气体(23b)的情况下与一种含氧气体(23a)燃烧。该排气(24)只包含很少量的二氧化硫(SO2)并且可以被排放进入大气中。 参考标号清单
Ia待处理的含硫工艺气体，天然气
Ib处理过的产品气体
2吸收柱 2a 热交换器
3有负载的溶剂 4a, 4b 热交换器
5闪蒸容器
6负载有二氧化碳、耗尽硫化氢的酸性气体
6a负载有二氧化碳、耗尽硫化氢的酸性气体的部分流
6b阀
7耗尽二氧化碳、富含硫组分、有负载的溶剂
8再生柱 8a 再沸器
9耗尽二氧化碳、富含硫组分的酸性气体 9a 冷凝器
9b循环的部分流
10再生的溶剂 IOa 泵
11克劳斯燃烧器/燃烧室
12克劳斯反应室
13氧气或含氧气体
14含氨蒸气
15热的克劳斯工艺气体
16硫回收阶段 16a 冷却段
16b硫冷凝段
16c硫
16d蒸气
17常规的克劳斯反应阶段17a催化克劳斯反应器
17b冷却段
17c冷凝段
17d硫分离器
17e硫
17f蒸气
18氢化阶段18a氢
19脱硫的克劳斯工艺气体 19a硫分离器
19b硫
20克劳斯尾气
21氢化的克劳斯尾气21a循环压缩机
22气体洗涤段的吸收柱22a 有负载的溶剂22b 再生柱
22c酸性气体部分
22d再生溶剂
22e脱硫的克劳斯尾气
23后燃烧单元23a 含氧气体23b 燃烧气
24废气
X1 (H2S) 在富含二氧化碳的酸性气体中的H2S的浓度X2 (H2S) 在富含H2S的酸性气体部分中的H2S的浓度
权利要求
1.用于处理克劳斯工艺中的一种富含二氧化碳的酸性气体(6)的方法， (a)待除去硫组分并且至少包含硫化氢以及二氧化碳作为酸性气体组分的一种工艺气体(Ia)首先经历使用一种酸性气体吸收溶剂的气体洗涤过程(2)，该酸性气体吸收溶剂对硫组分比对二氧化碳的吸收更强烈，并且 (b)该有负载的溶剂(3)被供应给一个再生单元(5)以用于再生，并且 (c)在该再生过程中释放的并且由硫组分以及二氧化碳(CO2)组成的该酸性气体被分离成至少两个酸性气体部分(6，9)，并且得到至少一种具有较高硫组分含量的酸性气体部分(9)，并且 (d)硫化氢(H2S)含量最高的部分(9)被供应给一个克劳斯反应器(12)的热反应段的上游的克劳斯燃烧器(11)，并且所包含的这些硫组分被至少部分地转化以与一种含氧气体(13)形成一种含二氧化硫(SO2)的气体，并且 (e)这些热的燃烧性气体被排放进入该燃烧器的下游的该反应室(12)，在这里这些热的燃烧气体与来自该再生单元(5)的至少一个富含二氧化碳的酸性气体部分(6)混合。
2.如权利要求I所述的用于处理克劳斯工艺中的一种富含二氧化碳的酸性气体(6)的方法，其特征在于离开该反应室(12)的该克劳斯工艺气体(15)在一个另外的工艺步骤中被供应给一个催化克劳斯装置(17)。
3.如权利要求I或2所述的用于处理克劳斯工艺中的一种富含二氧化碳的酸性气体(6)的方法，其特征在于该富含二氧化碳但耗尽硫组分的酸性气体气流(6)的一个部分流(6a)被排放以用于任何类型的另外的处理过程。
4.如权利要求I至3中所述的用于处理克劳斯工艺中的一种富含二氧化碳的酸性气体(6)的方法，其特征在于该分离成至少两个酸性气体部分(6，9)的过程优选地如下进行先将来自气体洗涤段(2)的负载有酸性气体的该溶剂(3)供应给一个闪蒸阶段(5)，以用于在将该溶剂供应给一个再生柱(8)之前进行二氧化碳的消耗，从而得到一种富含二氧化碳的酸性气体部分(6)以及一种载有残留酸性气体的溶剂(7)，其中在该再生柱(8)中得到另外一种供应给该克劳斯燃烧器(11)以用于与一种含氧气体(13)进行燃烧的二氧化碳耗尽并且富含硫组分的酸性气体部分(9)。
5.如权利要求I至4中至一所述的用于处理克劳斯工艺中的一种富含二氧化碳的酸性气体(6)的方法，其特征在于该有负载的溶剂(3)的二氧化碳的耗尽过程沿着流动方向在该再生柱(8)的上游安排的二至四个闪蒸阶段(5)中进行。
6.如权利要求I至5中之一所述的用于处理克劳斯工艺中的一种富含二氧化碳的酸性气体(6)的方法，其特征在于供应给该克劳斯反应器的该燃烧器(11)的该富含硫组分的部分流(9)中的硫组分的量占来自该原料气(Ia)中的总硫的20%至40%。
7.如权利要求I至6中之一所述的用于处理克劳斯工艺中的一种富含二氧化碳的酸性气体(6)的方法，其特征在于用于使该克劳斯燃烧器(11)工作的该含氧气体(13)是空气。
8.如权利要求I至6中之一所述的用于处理克劳斯工艺中的一种富含二氧化碳的酸性气体(6)的方法，其特征在于用于使该克劳斯燃烧器(11)工作的该含氧气体(13)是富氧空气。
9.如权利要求I至6中之一所述的用于处理克劳斯工艺中的一种富含二氧化碳的酸性气体(6)的方法，其特征在于用于使该克劳斯燃烧器(11)工作的该含氧气体(13)是纯氧气。
10.如权利要求I至9中之一所述的用于处理克劳斯工艺中的一种富含二氧化碳的酸性气体(6)的方法，其特征在于用于操作该克劳斯燃烧器(11)的该二氧化碳耗尽、富含硫化氢的酸性气体(9)在被供应给该燃烧器(11)之前藉由一个热交换器(9a)预热。
11.如权利要求I至10中之一所述的用于处理克劳斯工艺中的一种富含二氧化碳的酸性气体(6)的方法，其特征在于一种燃烧性气体被混入该二氧化碳耗尽、富含硫化氢的酸性气体(9)。
12.如权利要求I至11中之一所述的用于处理克劳斯工艺中的一种富含二氧化碳的酸性气体(6 )的方法，其特征在于一种燃烧性气体被供应给该克劳斯燃烧器(11)。
13.如权利要求11或12所述的用于处理克劳斯工艺中的一种富含二氧化碳的酸性气体(6)的方法，其特征在于该含烃的燃烧性气体是天然气或合成气。
14.如权利要求11或12所述的用于处理克劳斯工艺中的一种富含二氧化碳的酸性气体(6)的方法，其特征在于供应给该克劳斯燃烧器(11)该燃烧性气体与一种含氧气体(13)以等摩尔的比例供应，该比例保证该供应的燃烧性气体正好完全燃烧。
15.如权利要求I至14中之一所述的用于处理克劳斯工艺中的一种富含二氧化碳的酸性气体(6)的方法，其特征在于除了该富含硫组分的酸性气体部分(9)、该含氧气体(13)以及在适当情况下该燃烧性气体之外，含氨的排气(14)也可以被供应到该克劳斯燃烧器(11)。
16.如权利要求I至15中之一所述的用于处理克劳斯工艺中的一种富含二氧化碳的酸性气体(6)的方法，其特征在于一种选择性地作用的化学洗涤剂被用于酸性气体洗涤。
17.如权利要求I至15中之一所述的用于处理克劳斯工艺中的一种富含二氧化碳的酸性气体(6)的方法，其特征在于一种物理作用的洗涤剂被用于酸性气体洗涤。
18.如权利要求I至17中之一所述的用于处理克劳斯工艺中的一种富含二氧化碳的酸性气体(6)的方法，其特征在于有待脱硫处理的该工艺气体(Ia)是来自一种CO转化过程的合成气。
19.如权利要求I至17中之一所述的用于处理克劳斯工艺中的一种富含二氧化碳的酸性气体(6)的方法，其特征在于有待脱硫处理的该工艺气体(Ia)是一种天然气。
20.如权利要求I至19中之一所述的用于处理克劳斯工艺中的一种富含二氧化碳的酸性气体(6)的方法，其特征在于该富含二氧化碳但硫组分耗尽的酸性气体气流(6)的一个部分流(6b)藉由一个压缩机被循环以用于使气体循环(21a)至该脱硫单元上游的该主工艺气体路径(Ia)中。
21.如权利要求I至20中之一所述的用于处理克劳斯工艺中的一种富含二氧化碳的酸性气体(6)的方法，其特征在于离开该反应室(12)的该克劳斯工艺气体(15)被供应给一个常规的克劳斯反应阶段(17)以及另一个的下游的氢化阶段(18)，因而得到一种氢化的克劳斯尾气(21)。
22.如权利要求21所述的用于处理克劳斯工艺中的一种富含二氧化碳的酸性气体(6)的方法，其特征在于该富含二氧化碳但硫组分耗尽的酸性气体气流(6)的一个部分流(6c)被供应给该氢化的克劳斯尾气(21)。
23.如权利要求21或22所述的用于处理克劳斯工艺中的一种富含二氧化碳的酸性气体(6)的方法，其特征在于该氢化的克劳斯尾气(21)被供应给另一个选择性气体洗涤段(22)。
24.如权利要求23所述的用于处理克劳斯工艺中的一种富含二氧化碳的酸性气体(6)的方法，其特征在于该脱硫的克劳斯尾气(22e)被供应给一个后燃烧单元(23)并且所得到的该排气(24)被排放进入大气。
25.如权利要求24所述的用于处理克劳斯工艺中的一种富含二氧化碳的酸性气体(6)的方法，其特征在于该后燃烧单元(23)的该燃烧器在另一种燃烧性气体(23b)的参与下工作。
26.用于处理克劳斯工艺中的一种富含二氧化碳的酸性气体(6)的设备，包括 一个吸收柱(2)， 一个设计成闪蒸阶段的填充柱(5)， 一个再生柱(8)， 一个配备有支路控制的克劳斯燃烧器(11)， 一个克劳斯反应室(12)， 该吸收柱(2)、该闪蒸阶段(5)、该再生柱(8)、该克劳斯燃烧器(11)以及该克劳斯反应室(12)沿着流动方向呈串联地安排，并且该克劳斯燃烧器(11)在工艺流程中连接至该再生柱(8)，该溶剂能够从该闪蒸阶段(5)供应给该再生柱(8)，并且该再生的溶剂能够循环至该吸收柱(2)，并且该酸性气体部分(6)能够从该闪蒸阶段(5)供应给该克劳斯反应室(12),并且该酸性气体部分(9)能够从该再生柱(8)供应给该克劳斯燃烧器(11)。
27.如权利要求26所述的用于处理克劳斯工艺中的一种富含二氧化碳的酸性气体(6)的设备，其特征在于该克劳斯反应室(12)配备有用于一种富含二氧化碳的酸性气体(6)的一个另外的供应喷嘴。
28.如权利要求26或27所述的用于处理克劳斯工艺中的一种富含二氧化碳的酸性气体(6)的设备，其特征在于该克劳斯燃烧器(11)配备有用于一种燃烧性气体的一个另外的供应喷嘴。
29.如权利要求26至28中之一所述的用于处理克劳斯工艺中的一种富含二氧化碳的酸性气体(6)的设备，其特征在于该克劳斯燃烧器(11)配备有用于含氨蒸气(14)的一个另外的供应喷嘴。
全文摘要
本发明涉及一种用于处理克劳斯工艺中的一种富含二氧化碳的酸性气体的方法，通过该方法，从工艺气体中除去了不希望的硫化合物，在该方法中，该硫组分藉由一个气体洗涤段的一种选择性溶剂得以除去，并且在再生过程中释放、并且由硫组分以及二氧化碳组成的该酸性气体被分离成至少两种酸性气体部分，其中得到至少一种具有高硫组分含量的酸性气体部分，并且具有最高的硫化氢含量的部分与含氧气体藉由一个燃烧器引入克劳斯炉的热反应阶段中，并且在克劳斯炉的热反应阶段中转化成二氧化硫，并且热燃烧排气被排放至该燃烧器的下游的、封闭的克劳斯反应室，并且来自再生单元的残留的硫组分耗尽的酸性气体部分被供应给克劳斯反应室并且与离开该燃烧器的燃烧气体混合。本发明还涉及一种设备，这种方法在该设备的帮助下得以实现，该设备包括一个吸收柱，至少一个闪蒸阶段，一个再生柱，一个配备有支路控制的克劳斯燃烧器以及一个克劳斯反应器。
文档编号B01D53/14GK102821830SQ201180015071
公开日2012年12月12日 申请日期2011年3月22日 优先权日2010年3月29日
发明者J·曼泽尔 申请人:蒂森克虏伯伍德公司