用于硫回收装置的需气反馈控制系统和方法
【专利说明】用于硫回收装置的需气反馈控制系统和方法
[0001 ] 本申请是申请日为2008年6月19日，申请号为200880103532.0(国际申请号为PCT/US2008/007725)，发明名称为“用于硫回收装置的需气反馈控制系统和方法”的发明专利申请的分案申请。
[0002]本申请要求2007年6月21提交的同时待审美国临时专利申请60/945495的优先权。发明领域
[0003]本发明的领域是用于克劳斯硫回收装置的控制系统，尤其是用于具有多个热级的克劳斯装置的控制系统。
[0004]发明背景
[0005]—般在排入大气之前，使用包括热级且在后面串联一个或多个催化级的一个或多个克劳斯硫回收装置从废气除去硫化合物(尤其是硫化氢)。虽然使用克劳斯装置回收硫在概念上简单，并且在本领域熟知，但由于很多可变参数，有效操作克劳斯装置并不简单。除了其他因素外，进入克劳斯装置的进料流的化学组成(例如硫化氢、二氧化碳和水的含量和相对比例)可根据设备类型和在克劳斯装置上游使用的方法显著改变。因此，根据克劳斯反应的具体化学计量要求，严格控制用于热级的氧量对有效操作克劳斯装置关键。
[0006]在具有单一热级的大多数目前已知结构中，为了控制热级中所需的氧量，假定废气进料化学组成不变。为了适应进料气体中硫化氢浓度的很小变化，也考虑到热级控制仪器的不精确性，一般实行在此装置中安装反馈控制仪器，以精细调节热级需气逻辑。此系统中的反馈逻辑一般包括离开最终催化级的尾气中硫化氢与二氧化硫的摩尔比的气体分析。然后用来自废气分析仪的控制信号很小改变输送到热级的空气或其他含氧气体的量，以达到流出物流中硫化氢与二氧化硫的所需比率。此结构的一般实例描述于美国专利4，100，266，其中含氧气体流用控制器调节，控制器基于含氧气体中测定氧浓度和尾气和排出气流中不同组分的测定浓度操作。RE028864类似描述一种系统，其中调节氧或含氧气体流的控制信号产生于(a)在热级入口的硫化氢和氧的测定浓度和校正值，和(b)尾气中组分的测定浓度。
[0007]在另一个已知结构中(例如，W0 2006/005155或美国专利3，026,184),用在热级和催化级两者下游测定形成合并控制信号，然后用合并控制信号直接调节含氧气体到热级的流量，从而达到过程控制。合并控制信号允许提高精细调节基于两种过程点的氧流，然而，一般不允许在两种过程点有不平衡差异。
[0008]或者，可用热级温度控制优化克劳斯装置的总体性能，如美国专利4，543，245所述，在另一种已知方法中，通过校准响应克劳斯装置尾气中硫化氢/二氧化硫比率的烃代表响应信号(而不是硫化氢代表响应信号)，可控制对热级的氧进料，如美国专利4，836，999所述。
[0009]虽然此类已知尾气控制电路倾向于在很多情况下满意操作，但仍有各种难题，尤其在需要处理很大量酸进料的相对较大克劳斯装置中。此类装置通常包括并联操作的多个热级，随后为串联操作的一个或多个催化级。遗憾的是，具有并联热级的此类已知结构表现利用从尾气分析仪(一般测定硫化氢与二氧化硫的比率)反馈控制的问题。例如，在热级之一利用太多空气或氧操作，而其他热级用合适量或太少空气操作时，达不到所需的尾气比率。由于在此装置中尾气分析仪位于共同催化级的下游，下游分析仪对独立操作的热级之间的差异不敏感。因此，分析仪的反馈控制信号对热级之一采取合适动作，但对其他热级采取不合适动作，从而可能使问题加剧。因此，控制克劳斯装置可连续使太高的尾气硫化氢与二氧化硫比率改变到太低比率。
[0010]为了避免至少一些与具有多个并联热级的装置有关的问题，可实行这样一种克劳斯装置结构，其中可通过测定可燃气体进入另外热级的流速和来自另外热级的贫硫气流中硫化氢与二氧化硫的比率，实现到另外热级的氧流量控制，如美国专利6，287，535所述。虽然这种结构和方法有利地允许显著增加可燃酸气的通过量，但仍有几个问题。同样，尾气中硫化氢与二氧化硫的所需比率的任何偏离不能追溯到产生或促成偏差的具体热级。
[0011]因此，虽然在本领域已知克劳斯装置操作控制的很多方法，但所有或几乎所有方法都有一个或多个缺点。因此，仍需要提供用于克劳斯装置中控制的改善结构和方法。
[0012]发明概述
[0013]本发明涉及具有多个并联热级的克劳斯装置的控制的结构和方法，其中用测定来自热级和来自催化级的流出物组成产生控制信号，控制信号独立允许改变一个或多个热级的一个或多个操作参数。
[0014]在本发明主题的一个方面，控制克劳斯装置操作的方法包括以下步骤，监测第一热级流出物和第二热级流出物的化学组成，其中第一热级和第二热级并联操作;并监测催化级流出物的化学组成，其中催化级连接到第一热级和第二热级，以接收第一热级流出物和第二热级流出物。在另一个步骤中，根据从测定热级流出物和催化级流出物得到的结果，独立调节第一热级和第二热级的至少一个热级中的操作参数。
[0015]最优选监测热级流出物和/或催化级流出物的化学组成的步骤包括测定硫化氢和/或二氧化硫浓度，最一般包括测定硫化氢与二氧化硫的比率。根据测定的浓度，一般优选计算第一控制信号和/或第二控制信号，并用第一控制信号和/或第二控制信号调节第一热级和第二热级的至少一个热级的一个或多个操作参数。另外可设想测量在第一热级和第二热级的至少一个热级中的温度。因此，适合的操作参数包括空气流速、含氧气体流速、酸气进入第一热级和/或第二热级的流速和/或在第一热级和/或第二热级的温度。
[0016]因此并且从不同的观点看，克劳斯装置控制系统具有操作性连接到克劳斯装置的第一热级的第一流出物分析仪，和操作性连接到克劳斯装置的第二热级的第二流出物分析仪，其中第一热级和第二热级构成并联操作。在此类装置中，第一控制器操作性连接到第一热级，并且构成控制第一热级的第一操作参数，第二控制器操作性连接到第二热级，并且构成控制第二热级的第二操作参数。第三流出物分析仪操作性连接到克劳斯装置的催化级，其中催化级构成接收来自第一热级和第二热级的合并流出物。控制单元连接到第一流出物分析仪、第二流出物分析仪和第三流出物分析仪，并程序化或另外构成允许独立调节第一控制器和第二控制器的第一操作参数和第二操作参数。
[0017]最一般第一流出物分析仪、第二流出物分析仪和/或第三流出物分析仪构成测定硫化氢与二氧化硫的比率，并且第一温度分析仪和第二温度分析仪可连接到第一控制器和第二控制器。在尤其涵盖的装置中，使控制单元程序化，以将第一控制信号和第二控制信号分别提供到第一控制器和第二控制器，从而独立调节第一热级和第二热级的硫化氢与二氧化硫的比率的设定点。或者或另外，也可使控制单元程序化，以将第一控制信号和第二控制信号分别提供到第一控制器和第二控制器，从而独立调节第一热级和第二热级的操作温度。合乎需要时，可使控制单元与第一控制器结合。
[0018]通过以下本发明优选实施方案的详细描述与附图，本发明的不同目的、特征、方面和优点将变得更加显而易见。
[0019]附图简述
[0020]图1为根据本发明的主题的示例性克劳斯装置控制结构的示意图。
[0021]发明详述
[0022]发明人已发现，可执行在一系列共同催化级的上游具有多个并联热级的克劳斯装置的控制系统，使得能够单独控制各热级的操作，以提供具有所需硫化氢与二氧化硫比率的流出物。因此，在特别涵盖的结构和方法中，将气体分析仪提供到各热级的出口，并构成分析离开相应级的气流中硫化氢与二氧化硫的比率。根据共同下游催化级尾气中硫化氢与二氧化硫的预定和所需比率并根据克劳斯装置的单独热级中硫化氢与二氧化硫的实际比率，处理单元计算上游热级各出口的所需相应校正比率。因此，来自尾气分析仪的计算反馈控制信号在各热级的气体分析仪控制器重新设定硫化氢与二氧化硫比率设定点。因此，用各自热级的各气体分析仪控制器少量加入或消除输送到那个热级的一定量空气(或其他含氧气体)，以便在那个级的流出物流中达到硫化氢与二氧化硫的所需比率。
[0023]在如图1示意显示的本发明的主题的一个示例方面，克劳斯装置100包括并联操作的两个热级110A和110B，和接收上游热级110A和110B的组合流出物并且串联操作的两个催化级120A和120B。热级流出物112A和112B通过相应的传感器130A和130B和相关的分析仪/控制器132A和132B分析。最优选来自分析仪/控制器132A和132B的分析仪信号作为来自相应传感器的信号的函数产生，并传