專利名稱：含硫化氫的可燃?xì)饬鞯奶幚淼闹谱鞣椒?br> 背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及處理含硫化氫的可燃?xì)饬鞯姆椒ê驮O(shè)備。
含硫化氫的氣流(有時(shí)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?yàn)榱蚧瘹溆卸荆赃@種氣流不應(yīng)直接排放到大氣中。處理含硫化氫的氣流(如果需要，已預(yù)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(yīng)以形成硫蒸氣。硫化氫與二氧化硫之間的反應(yīng)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(yīng)。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(jìn)行更進(jìn)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(yīng)所采用的化學(xué)計(jì)量法為使較大體積量的氮?dú)?當(dāng)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(gè)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(dǎo)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(gè)獨(dú)立的加熱爐中實(shí)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(gè)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(dāng)在兩個(gè)獨(dú)立的加熱爐中實(shí)施硫化氫的燃燒時(shí)，可通過在現(xiàn)有的裝置中翻新改進(jìn)另外的加熱爐和適當(dāng)?shù)臒峤粨Q裝置來實(shí)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(shí)施的優(yōu)點(diǎn)。
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?xì)饬髦谢厥樟?，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(gè)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(gè)另外的熱克勞斯階段中燃燒部分第二種可燃?xì)饬鞯牧蚧瘹鋬?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?jǐn)?shù)為至少0.25的助燃?xì)怏w以支持在所述階段中硫化氫的燃燒，所述助燃?xì)怏w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(yīng)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?xì)怏w；(f)產(chǎn)生第一控制信號，該信號為第二種可燃?xì)怏w或其至少一種可燃組分進(jìn)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?xì)怏w的速率。
本發(fā)明也提供了用于處理大量含硫化氫的可燃?xì)饬鞯难b置，該裝置包括a)用于從第一含硫化氫的可燃?xì)饬髦谢厥樟虻牡谝豢藙谒寡b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(gè)次系列階段，其中所述次系列階段包括催化克勞斯反應(yīng)階段和第二硫冷凝器；b)至少一個(gè)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?xì)饬鞯牧蚧瘹鋬?nèi)容物；c)至少一個(gè)用于提供具有至少0.25的氧氣摩爾分?jǐn)?shù)的助燃?xì)怏w進(jìn)入所述另外的熱克勞斯階段的入口，所述助燃?xì)怏w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(gè)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(yīng)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(jìn)入所述另外的熱克勞斯階段的第二種可燃?xì)饬骰蚱渲辽僖环N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(yīng)所述控制信號，以設(shè)定供給所述另外的熱克勞斯反應(yīng)階段的助燃?xì)怏w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(diǎn)第一，含硫化氫的可燃?xì)怏w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(shí)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(jìn)成先前標(biāo)準(zhǔn)的一個(gè)或多個(gè)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(shí)際上，先前的標(biāo)準(zhǔn)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(gè)或多個(gè)獨(dú)立的克勞斯裝置提供貧硫廢氣混合物。
如果形成的助燃?xì)怏w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?xì)怏w中的氧氣摩爾分?jǐn)?shù)為至少大約0.7。將這么一種富氧助燃?xì)怏w提供至單一的另外的熱克勞斯階段會易于導(dǎo)致產(chǎn)生過高的溫度，特別是如果第二種含硫化氫的可燃?xì)怏w混合物具有高摩爾分?jǐn)?shù)的硫化氫(例如大于大約0.7)時(shí)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(dú)立來源的二氧化硫。但是，優(yōu)選串聯(lián)使用兩個(gè)另外的熱克勞斯階段以限制在每個(gè)獨(dú)立的階段中發(fā)生燃燒的硫化氫的量。優(yōu)選在所述兩個(gè)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(gè)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?xì)饬骺删哂信c第一種含硫化氫的可燃?xì)饬飨嗤慕M成或與其不同的組成。例如，所述第二種可燃?xì)饬鞒蚧瘹渫膺€可包含氨，但是第一種可燃?xì)饬骺苫静缓?。在所述另外的熱克勞斯階段或多個(gè)熱克勞斯階段中使用所述具有摩爾分?jǐn)?shù)為至少大約0.7的助燃?xì)饬魇沟每梢栽谀抢锂a(chǎn)生一個(gè)燃燒領(lǐng)域，所述燃燒領(lǐng)域具有至少一個(gè)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(gè)區(qū)域?qū)⒇毩驈U氣流導(dǎo)入第一種可燃?xì)怏w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(gè)次系列階段。但是，可以在一個(gè)不同的位置進(jìn)行氣流的混合。例如，貧硫廢氣流可與第一種可燃?xì)饬髟谡梦挥诘谝涣蚶淠魃嫌蔚膮^(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?xì)怏w進(jìn)入到所述另外的克勞斯階段的流速的流量計(jì)，流量計(jì)與第一閥控制器一起進(jìn)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(jì)算硫化氫與二氧化硫摩爾比的設(shè)備以及將計(jì)算的硫化氫與二氧化硫的摩爾比和預(yù)先設(shè)定的所要求的比例進(jìn)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?xì)怏w到所述另外的一個(gè)或多個(gè)熱克勞斯階段的流量。優(yōu)選提供給所述另外的一個(gè)或多個(gè)熱克勞斯階段的助燃?xì)怏w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?xì)怏w的總流量的至少較大部分或主要部分流經(jīng)至少一個(gè)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?xì)怏w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(gè)第一主流量控制閥。另一方面，如果所述助燃?xì)怏w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?xì)饬鱽碓鰪?qiáng)一級控制。所述第二控制信號對助燃?xì)怏w進(jìn)入所述另外的一個(gè)或多個(gè)克勞斯階段的流速的一級控制進(jìn)行微調(diào)。為此目的，優(yōu)選有至少一個(gè)與所述控制閥或每個(gè)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(jìn)行控制。一般，僅有較少部分的助燃?xì)饬魍ㄟ^所述二級控制閥或每個(gè)二級控制閥?？刹捎眠@個(gè)控制方案的許多不同變體中的任一種，這取決于所述助燃?xì)怏w是以單一氣流形式還是以多氣流形式提供給一個(gè)或多個(gè)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?xì)怏w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(yīng)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(gè)點(diǎn)。在另一種作為選擇的方案中可有一條供應(yīng)空氣至另外的熱克勞斯階段的管道和另一條供應(yīng)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(dá)任一主流量控制閥?？傊?，優(yōu)選使用二級或微調(diào)閥，因?yàn)閷我坏?、較大的控制閥進(jìn)行較小的調(diào)節(jié)以實(shí)現(xiàn)細(xì)調(diào)時(shí)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(gè)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(yīng)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(gè)或多個(gè)感應(yīng)器，位于所有次系列的下游。同時(shí)另一個(gè)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(yù)期流向第一克勞斯裝置的第一可燃?xì)怏w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(gè)用于從至少三分之一的含硫化氫的可燃?xì)怏w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(gè)次系列階段，其中所述次系列階段包括催化克勞斯反應(yīng)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?xì)饬骰旌希Ｓ嗟呢毩驈U氣流與第三種可燃?xì)饬髟诘谝粺峥藙谒闺A段的下游和催化克勞斯反應(yīng)中的初始部分的上游的區(qū)域中混合。
這種排列的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)為了進(jìn)行常規(guī)維護(hù)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(gè)時(shí)可繼續(xù)生產(chǎn)硫。
附圖簡述現(xiàn)在通過參考附圖由實(shí)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?xì)饬鞯难b置的第一、第二和第三個(gè)實(shí)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(gè)或多個(gè)附圖中的相同部分由相同的編號指示。
詳細(xì)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?xì)饬饕氲谝豢藙谒寡b置2中。在煉油廠中，第一種含硫化氫的可燃?xì)饬鞯膩碓纯蔀樗^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(shí)剩余部分包括水蒸汽和二氧化碳。在另一個(gè)實(shí)施例中，第一種含硫化氫的可燃?xì)饬鳛樗嵝运釟夂桶窔獾幕旌衔铩?br> 第一種含硫化氫的可燃?xì)饬鲝墓艿?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(jìn)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(jìn)料至燃燒器10中?？諝饣蚋谎蹩諝馀c第一種含硫化氫的可燃?xì)饬鞯牧髁康南鄬Ρ嚷蕿槿紵?0接收每摩爾氧氣同時(shí)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(jìn)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?xì)怏w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(yīng)形成了硫蒸氣和更多的水蒸汽。也發(fā)生了其它的化學(xué)反應(yīng)。例如，一些硫化氫熱離解成氫和硫。發(fā)生各種其它的反應(yīng)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(yīng)形成)與硫蒸氣反應(yīng)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(jìn)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(jìn)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(biāo)出)。
因?yàn)榱蚧瘹渑c二氧化硫之間的克勞斯反應(yīng)沒有進(jìn)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(gè)階段的次系列20和第二個(gè)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(yīng)，次系列22包括硫化氫與二氧化硫之間的催化反應(yīng)。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(yīng)器26，在反應(yīng)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(yīng)。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(yīng)器26進(jìn)入另一個(gè)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(yīng)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(biāo)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(yīng)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(gè)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(biāo)出)和排放到大氣中?；蛘?，可將氣體混合物輸送至水解反應(yīng)器(沒有標(biāo)出)，在所述反應(yīng)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(yīng)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(shí)，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(shí)施。所得的氣體混合物主要由硫化氫、氮?dú)?、二氧化碳、水蒸汽和氫氣組成，該混合物離開所述水解反應(yīng)器并首先流到水冷凝單元(沒有標(biāo)出)，然后流入一個(gè)分離單元(沒有標(biāo)出)，在其中由例如化學(xué)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?xì)饬鬏斔椭亮硗獾脑O(shè)備6。第二種含硫化氫的可燃?xì)饬骺删哂信c第一種可燃?xì)饬飨嗤虿煌慕M成。如果具有獨(dú)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?xì)饬髁鹘?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(jìn)行加熱。為了支持第二種含硫化氫的可燃?xì)饬鞯目扇冀M分的燃燒，將助燃?xì)怏w經(jīng)管道45供給燃燒器42，優(yōu)選助燃?xì)怏w具有至少為大約0.8的氧氣摩爾分?jǐn)?shù)。燃燒器42可為尖端混合型。優(yōu)選所述助燃?xì)怏w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(biāo)出)絕對不會達(dá)到大約1650℃或更高溫度。通常，提供助燃?xì)怏w的速率會因此明顯小于燃燒第二種可燃?xì)饬鞯牧蚧瘹鋬?nèi)含物的三分之一的需求量。
在加熱爐44中發(fā)生的反應(yīng)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(yīng)相同。但是，使用氧氣摩爾分?jǐn)?shù)為至少0.8的助燃?xì)怏w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(yīng)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?dú)?、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(jìn)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?xì)怏w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?xì)怏w經(jīng)噴槍(沒有標(biāo)出)進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(biāo)出)。一般將所得的貧硫廢氣流分為兩個(gè)子氣流。一個(gè)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?xì)饬鹘?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(jìn)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(biāo)出)。離開冷凝器70的貧硫氣體混合物依次流到兩個(gè)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(yīng)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(yīng)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(yīng)另外的設(shè)備6使得可以提高兩個(gè)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?xì)怏w，可以縮減添加的非反應(yīng)性氣體(具體為氮?dú)夂投趸?的量。另外的設(shè)備6一般可為改進(jìn)的克勞斯裝置2和4。通過另外的設(shè)備處理更多的進(jìn)料，并減少進(jìn)料通過克勞斯裝置2和4的熱階段，可增加整體進(jìn)料速率同時(shí)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(shí)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(shí)摩爾比(或其函數(shù))和該比例的預(yù)設(shè)值(或這個(gè)比例的函數(shù))相比較。如果兩個(gè)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(yīng)值回到預(yù)設(shè)值。
微調(diào)管道96僅運(yùn)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(gè)主流量控制閥98與微調(diào)閥94平行。這個(gè)閥可根據(jù)完全氧化任何存在于第一可燃?xì)饬髦械陌被驘N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(jì)算流量進(jìn)行設(shè)置。流量計(jì)100測量了進(jìn)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(dāng)測定的流速與指定的不同時(shí)，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?xì)饬鞯慕M成為基礎(chǔ)，其中所述組成根據(jù)過去的經(jīng)驗(yàn)或過去的分析作假定，或者通過產(chǎn)生輔助控制信號的運(yùn)轉(zhuǎn)分析器或運(yùn)轉(zhuǎn)分析器組(沒有標(biāo)出)確定。當(dāng)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(shí)，上述控制的安排能夠?yàn)榈谝豢藙谒寡b置2提供穩(wěn)定的操作。
當(dāng)操作另外的設(shè)備6時(shí)，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(jì)114測定第二種可燃?xì)饬鞯牧魉?，其中該流量?jì)將代表第二種可燃?xì)饬髁魉俚男盘杺鬏數(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?xì)饬鞯墓?yīng)速率的任何變化自動調(diào)整供應(yīng)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(yīng)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(yùn)轉(zhuǎn)并且離開硫冷凝器34(與催化克勞斯反應(yīng)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(gè)偏差，相應(yīng)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(shí)現(xiàn)穩(wěn)定操作整個(gè)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(dāng)?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(biāo)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(gè)實(shí)施例中將空氣和氧氣分別進(jìn)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(yīng)管道或與氧氣供應(yīng)管道相連的微調(diào)閥。
圖2舉例說明了另一個(gè)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?xì)怏w混合物中。所述循環(huán)氣流改變了在沒有循環(huán)氣流時(shí)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?jǐn)?shù)的助燃?xì)怏w比在沒有循環(huán)氣流的情況時(shí)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(jìn)一步的改進(jìn)，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(biāo)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?xì)饬鞯姆椒?，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?xì)饬髦谢厥樟?，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(gè)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(gè)另外的熱克勞斯階段中燃燒部分第二種含硫化氫的可燃?xì)饬鞯牧蚧瘹鋬?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?jǐn)?shù)為至少0.25的助燃?xì)怏w以支持在所述階段中硫化氫的燃燒，所述助燃?xì)怏w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(yīng)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?xì)怏w；(f)產(chǎn)生第一控制信號，所述信號為第二種可燃?xì)怏w或其至少一種可燃組分進(jìn)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?xì)獾乃俾省?br> 2.權(quán)利要求1的方法，其中所述助燃?xì)饩哂写蠹s0.7的氧氣摩爾分?jǐn)?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(xiàng)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?xì)怏w中。
6.前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)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?xì)饬髦谢厥樟?，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(gè)次系列階段；其中所述次系列階段包括催化克勞斯反應(yīng)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?xì)饬骰旌希鲐毩驈U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(yīng)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?xì)饬骰旌稀?br> 7.用于處理大量含硫化氫的可燃?xì)饬鞯难b置，所述裝置包括a)用于從第一含硫化氫的可燃?xì)饬髦谢厥樟虻牡谝豢藙谒寡b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(gè)次系列階段，其中所述次系列階段包括催化克勞斯反應(yīng)階段和第二硫冷凝器；b)至少一個(gè)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?xì)饬鞯牧蚧瘹鋬?nèi)容物；c)至少一個(gè)用于提供具有至少0.25的氧氣摩爾分?jǐn)?shù)的助燃?xì)怏w進(jìn)入所述另外的熱克勞斯階段的入口，所述助燃?xì)怏w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(gè)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(yīng)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(jìn)入所述另外的熱克勞斯階段的第二種可燃?xì)饬骰蚱渲辽僖环N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(yīng)所述控制信號，以設(shè)定供給所述另外的熱克勞斯反應(yīng)階段的助燃?xì)怏w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(jìn)入所述另外的克勞斯階段的助燃?xì)怏w流速的流量計(jì)，所述流量計(jì)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(jì)算硫化氫與二氧化硫摩爾比的設(shè)備以及將計(jì)算出的硫化氫與二氧化硫摩爾比與預(yù)先設(shè)定的摩爾比進(jìn)行對比的設(shè)備。
10.權(quán)利要求7到9中任一項(xiàng)的裝置，所述裝置還包括至少一個(gè)能使所述助燃?xì)饬鞯闹饕糠至鬟^的主流量控制閥和能使所述助燃?xì)饬鞯拇我糠至鬟^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?xì)饬?。在至少一個(gè)另外的熱克勞斯階段中燃燒部分第二種含硫化氫的可燃?xì)饬鞯牧蚧瘹鋬?nèi)容物。燃燒是在具有氧氣摩爾分?jǐn)?shù)為至少大約0.25的富氧空氣或在氧氣助燃下進(jìn)行。所得的二氧化硫與殘留的硫化氫反應(yīng)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(gè)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(gè)控制信號?？刂菩盘柨蓱?yīng)用于設(shè)定供給第二熱克勞斯階段的助燃?xì)獾乃俾省?br> 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(tuán)有限公司