气体处理的制作方法
【专利说明】气体处理
[0001]引言
[0002]本发明涉及气体处理。具体来说，本发明涉及含硫化氢气体流的处理和一种用于进行所述方法的设备。
[0003]背景
[0004]含硫化氢气体流通常作为许多工业生产过程的废产物或副产物而产生。举例来说，主要含硫化氢的酸性气体流通常是在从原油中去除硫的炼油厂操作期间产生。有必要在将所述含硫化氢流排放至大气中之前对其进行处理以便减少或完全去除其中含硫气体的含量。一种众所周知、被广泛采用的用于处理含硫化氢气体流的方法是克劳斯法(Clausprocess)。所述克劳斯法是众所周知的并且例如在EP 0，237，217中有所讨论。
[0005]基于克劳斯法的硫回收装置通过使用空气、富氧空气或纯氧作为主要氧化剂对H2S进行部分氧化而从含高浓度的H2S的原料气中产生元素硫。由这种氧化作用所产生的二氧化硫与剩余H2S的一部分进行放热反应，从而产生硫蒸气和水蒸气。对位于热克劳斯步骤下游以及位于每个催化克劳斯反应器下游的加工气体进行冷却会导致由加工气体所携带的大部分硫蒸气冷凝。这使得液体硫产物与加工气体分离。将不同的液体硫流收集在容器/硫井中。以这种方式由此获得的硫含有可观量(多达500wt.-ppm)的以物理方式以及化学方式溶解的1125，其在贮存和运输操作时具有相当大的毒性/爆炸/火灾风险，在所述贮存和运输操作中H2S不可避免地以气体形式析出至容器/井的顶部空间。为了降低风险，在供应链中尽可能早地将大部分溶解的H2S从液体硫中去除。通常，从硫井中实现所述去除。
[0006]根据现有技术所应用的各个技术使用例如空气或氮气的气体来吹扫容器/井的顶部空间或通过使气体通过液体硫来使液体硫脱气。这些方法产生废气流，例如包含氮气或空气并含有例如H2S、S02、C0S、CS2和硫蒸气的组分的气态流。
[0007]这些废气(也称为吹扫气或井气)最通常被送至克劳斯装置的焚化炉/烟囱部分，在那里所有硫组分都会被热或催化氧化成S02，由此贡献了硫回收设备的总S02排放。在需要>99.8%的极高硫回收效率的情况下，必须减少或去除上文所描述的来自硫井的S02贡献且因此必须应用其它方法。
[0008]所述方法包括处理碱洗涤塔系统中的废气流，由此通过将其以例如硫化物、亚硫酸盐、硫代硫酸盐、硫酸盐和元素固体硫的形式并入液相中来消除大部分硫组分。可选地，最近，可以使废气在克劳斯装置的热阶段的上游再循环，而不是处理碱洗涤塔系统中的废气，由此避免了对使用例如NaOH水溶液和/或在水性液相中产生S2—或HS—离子的盐的化学物质的需求。然而，为了使废气(其并未在高压下进行脱气)再循环，必须对其进行加压，例如借助于蒸汽喷射器，加压到相当大的程度:即从接近大气压力至大于加工气体的压力(其典型地约1.5巴(0.15MPa))。另外，如果没有采取足够的预防措施，那么来自废气的硫蒸气将会在热反应区内的燃烧器内部组件中冷凝并且甚至凝固，这会是非常有害的并且危及可靠的长期操作。这种使废气再循环至位于热克劳斯阶段上游的部分的过程确保了潜在含02废气在其离开第一热反应区时耗尽所有分子氧。在现有技术方法中这很重要，因为一定不能让分子氧接触常用的基于A1203的克劳斯催化剂。
[0009]因此，希望提供一种改良的气体处理方法和/或设备，其减轻与现有技术相关的问题中的至少一些。
[0010]本发明的一个目的是提供一种改良的从含硫化氢气体流中回收硫的方法和设备。
[0011]具体来说，本发明者已经发现所述方法可以通过使位于第一热反应区下游和位于催化转炉之一上游的废气再循环至加工气体管道中来改良。
[0012]发明陈述
[0013]在第一方面，本发明提供了一种从含硫化氢气体流中回收硫的方法，所述方法包括:
[0014](i)提供含硫化氢气体的气体流；
[0015](ii)将所述气体流传递至包括第一热反应区和第一催化区的设备中；以及
[0016](1)使所述硫化氢气体的一部分在所述第一热反应区中反应形成二氧化硫和水蒸气并且使硫化氢的另一部分反应形成硫蒸气和水蒸气，从而形成包含水蒸气、硫蒸气、二氧化硫和硫化氢的所得气体混合物；以及
[0017](2)将所得气体混合物的至少一部分传递至所述第一催化区，借此使硫化氢的至少一部分在催化剂存在下反应，从而进一步形成硫蒸气和水蒸气；以及
[0018]在步骤(1)和/或步骤(2)之后，使所述硫蒸气的至少一部分冷凝形成液体硫并且将所述液体硫的至少一部分传递至硫井;其中
[0019]使所述硫井中所形成或所含的废气从硫井再循环至第一热反应区下游的方法中。
[0020]在第二方面，本发明提供了一种从含硫化氢气体中回收硫的设备，所述设备包括:
[0021]第一热反应区，其具有含硫化氢气体的气体流的入口，用于使所述气体流中的硫化氢反应产生第一反应气体的构件，和所述第一反应气体的出口，
[0022]第一催化区，其具有与所述第一热反应区的出口流体连通的第一反应气体的入口和任选地用于使硫化氢反应形成包含硫蒸气和水蒸气的第二反应气体的催化剂，和所述第二反应气体的出口，
[0023]任选地，被设置成接收从第一热反应区的出口传递至所述第一催化区的入口的第一反应气体并形成液体硫的硫冷凝器，
[0024]任选地，被设置成接收从第一催化区的出口传递的第二反应气体并形成液体硫的硫冷凝器，
[0025]用于保存所述液体硫的硫井，
[0026]用于将液体硫的至少一部分从第一和/或第二硫冷凝器转移至硫井的构件；以及
[0027]用于使气体从硫井再循环至第一热反应区下游的设备中的构件，
[0028]其中所述设备包括至少一个硫冷凝器。
[0029]发明详述
[0030]现将进一步描述本发明。在以下段落中，更详细地定义本发明的不同方面/实施方案。除非明确相反地指出，否则如此定义的每个方面/实施方案可以与任何其它方面/实施方案组合。具体来说，指示为优选或有利的任何特点可以与指示为优选或有利的任何其它特点组合。
[0031]除非另有规定，否则所有百分比都是按体积计。
[0032]如本文所使用，术语“热反应区”是指包括“燃烧区”的区域，其中硫化氢的一部分可以被氧化形成二氧化硫；以及与所述燃烧区关联的“反应炉”，其中硫化氢的一部分可以与二氧化硫反应形成硫蒸气和水蒸气。燃烧区可以包括“燃烧器”。
[0033]热反应区优选地具有与其关联的用于降低位于反应炉下游的气体混合物的温度的热交换构件，例如废热锅炉。所述废热锅炉任选地是多通道废热锅炉。
[0034]“催化区”是指包括“催化反应器”的区域，其中硫化氢可以与二氧化硫催化反应，从而进一步形成硫蒸气和水蒸气。
[0035]合适的热反应区、燃烧区、燃烧器、反应炉、废热锅炉和催化反应器都是本领域技术人员所熟知的。
[0036]“吹扫气”是指例如空气和/或被氮气稀释的空气的气体，其含氧量小于20%，优选地是其含氧量小于15%，或可以被用于吹扫容器/硫井的顶部空间以形成“废气”流的氮气。
[0037]“废气流”是来自硫容器/硫井的气态流，其任选地包含吹扫气、H2S和/或S02和任选地⑶S和/或CS2和/或硫蒸气。优选地，废气包含H2S和/或S02。更优选地，废气包含吹扫气、H2S和S02。最优选地，废气包含吹扫气和H2S。
[0038]本发明的方法是针对从含硫化氢气体流中回收硫物质。所述方法可以在岸或离岸进行。典型地，气体流将包含烃、二氧化碳和硫化氢。然而，应理解可能会存在其它气体。本发明的方法优选地是对按气体总体积计包含10至99.9体积％硫化氢、更优选地30至98体积%且最优选地40至95体积%或45至90体积%硫化氢的气体来源进行。
[0039]所述方法从气体流中去除硫化氢的至少一部分且优选地几乎全部。也就是说，方法优选地去除至少96体积％硫化氢，更优选地是98%，甚至更优选地是99%且最优选地99.5%。此外，通过使包含硫化氢的废气再循环至第一热反应区下游，方法优选地去除初始含硫化氢气体流中的至少99.6体积％硫化氢，更优选地是99.7体积％，甚至更优选地是99.8体积%且最优选地是至少99.9体积%硫化氢。
[0040]本发明的方法适于从例如天然气源流和含硫化氢二氧化碳气体流的任何含硫化氢气体流中去除硫化氢。然而，本领域技术人员将理解方法可以应用于其它含硫化氢气体流。
[0041]天然气是气态化石燃料，其典型地主要包含易燃烃。易燃烃是一种在氧存在下容易点燃的物质。所述烃包括甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、烷烃、烯烃和芳族化合物，例如苯、甲苯和二甲苯。忽略硫化氢杂质，天然气优选地包含至少50 %杂质，更优选地是75 %且最优选地是90%。天然气可以包括多达10%的乙