硫回收單元和工藝制造技術

一種用于處理酸性氣體原料以回收單質硫的硫回收單元，所述硫回收單元包括：配置為用于燃燒酸性氣體原料、氧氣源和燃料氣體以產生出爐氣流的反應爐，所述酸性氣體原料包含將轉化為單質硫的硫化氫；配置為用于捕獲出爐氣流中的熱能以產生冷卻氣流的廢熱鍋爐；配置為用于冷凝冷卻氣流以產生廢氣流和包含單質硫的冷凝氣流的冷凝器；配置為用于燃燒廢氣流以產生富含二氧化硫的氣流的熱氧化器；以及配置為用于從富含二氧化硫的氣流中去除一定量的二氧化硫以產生流出氣流和將回流到反應爐中的再循環氣流的二氧化硫洗滌單元。本發明專利技術還要求保護一種從酸性氣體原料中回收單質硫的工藝。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及回收單質硫的裝置和工藝。具體說來，本專利技術提供了一種從酸性氣流中回收單質硫并去除含硫雜質的裝置和工藝。
技術介紹
自20世紀40年代以來，硫回收工業一直應用克勞斯(Claus)氣體反應作為從硫化氫(H2S)中回收單質硫的基礎。作為該行業內長期使用的“重負荷機器(workhorse)”，克勞斯設備利用克勞斯化學法從而實現從酸性氣流中的H2S回收96％至98％的單質硫。克勞斯設備中的氣相單質硫隨后冷凝并以液態形式回收。全世界絕大多數在用的克勞斯設備包括熱反應段(thermalstage)(即無焰反應爐和廢熱鍋爐)、后接2或3級催化轉化器或催化反應段(catalyticstage)，其中設計后接2級催化器的回收率達96％，設計后接3級催化器的回收率達98％。世界上僅有少量4級催化器的設計，這是因為在硫回收工業早期就已經認識到4級催化反應段僅能使回收率略微增加到98％以上，因此是不經濟的。因大氣中高水平的二氧化硫(SO2)而形成的酸雨具有負面影響，所以排放控制需要限制從克勞斯設備中排放的SO2的量。為了應對該要求，工業上已經開始研發在克勞斯設備下游直接連接的尾氣處理(TGT)工藝，從而在從廢氣中去除SO2的同時，將硫回收單元的回收率進一步提高至超過99％，或在某些情況下提高至超過99.9％。到目前為止最為常見的實現回收率高于99.9％的克勞斯設備和TGT的組合為：克勞斯設備后接還原/吸收胺類工藝。這項工藝需要將含硫化合物還原并水解成H2S的形式，以便在胺吸收塔內吸收。吸收至胺中的H2S隨后再生并輸送回克勞斯設備的前端作為回收再利用的酸性氣流。除了回收單質硫，克勞斯設備也破壞了存在于酸性氣流中的雜質。這些雜質包括C1-C6+碳氫化合物、苯、甲苯、乙苯和二甲苯(BTEX)、甲醇(CH3OH)和氨(NH3)。克勞斯設備的熱反應段在破壞這些雜質的過程等中起到關鍵的作用。如果這些雜質在熱反應段中破壞不當，則將對硫產物的純度具有負面影響并對下游單元造成問題，甚至可能導致雜質最終被排放到大氣中。克勞斯設備確實為回收硫提供了一種途徑，然而也不是沒有缺點。由于催化劑結垢和堵塞，催化反應段需要再生。再生可能需要很長的停工時間，有可能使整個處理單元脫機。催化反應段對雜質的存在敏感，也對催化進料氣流的溫度敏感。這些敏感的問題可能會使控制催化反應段變得繁瑣。在不存在催化反應段的條件下實現超過99％的硫回收率的工藝是人們所期望的。另外，能夠提供最低設備清單、更小的布置圖(reducedplotplan)且便于操縱(包括可靠性高)的工藝是人們所期望的。
技術實現思路
本專利技術涉及一種回收單質硫的裝置和工藝。更具體地說，本發明提供了一種從酸性氣流中回收單質硫并去除含硫化合物的裝置和工藝。在本專利技術的第一方面中，提供了一種用于處理酸性氣體原料以回收單質硫的硫回收單元。該硫回收單元包括反應爐，所述反應爐配置為用于燃燒酸性氣體原料、氧氣源和燃料氣體以產生出爐氣流，所述反應爐包括主燃燒器和反應室，所述主燃燒器配置為用于將酸性氣體原料、氧氣源和燃料氣體加熱至最低反應溫度，其中所述酸性氣體原料包含硫化氫，其中所述硫化氫在反應室內被轉化為單質硫。所述硫回收單元進一步包括：以流體連通的方式連接至反應爐的廢熱鍋爐，所述廢熱鍋爐配置為用于從出爐氣流捕獲熱能以產生冷卻氣流，其中由出爐氣流捕獲的熱能能夠有效地加熱原料水以產生水蒸汽；以流體連通的方式與所述廢熱鍋爐相連的冷凝器，所述冷凝器配置為用于使經過冷卻的氣流冷凝以產生廢氣流和冷凝氣流，其中所述廢氣流包含含硫雜質，并且其中所述冷凝氣流包含單質硫；以流體連通的方式與所述冷凝器相連的熱氧化器，所述熱氧化器配置為用于燃燒廢氣流、氧氣源和燃料氣體以產生富含二氧化硫的氣流，其中能夠有效地在所述熱氧化器中進行含硫雜質向二氧化硫的轉化，其中所述富含二氧化硫的氣流包含二氧化硫；和以流體連通的方式與所述熱氧化器相連的二氧化硫洗滌單元，所述二氧化硫洗滌單元配置為用于從富含二氧化硫的氣流中去除一定量的二氧化硫，以產生流出氣流和再循環氣流，所述再循環氣流包含一定量的二氧化硫，所述再循環氣流被循環至反應爐中。在某些實施方案中，最低反應溫度在1000℃至1250℃之間。在某些實施方案中，所述氧氣源選自由空氣、富氧空氣和純氧構成的組。在某些實施方案中，所述冷卻氣流的溫度為300℃。在某些實施例中，所述廢氣流的溫度在125℃至150℃之間。在某些實施方案中，在熱氧化器中氧氣源提供化學計量上過量的氧氣，其中所述化學計量上過量的氧氣促進含硫雜質轉化為二氧化硫。在某些實施方案中，所述二氧化硫的量大于再循環氣流的99.9體積％。在某些實施方案中，再循環氣流使所述反應爐內的硫化氫與二氧化硫的化學計量比為2:1。在本專利技術的第二個方面中，提供了一種從酸性氣體原料回收單質硫的硫回收工藝。所述硫回收工藝包括：向反應爐的主燃燒器中送入酸性氣體原料、氧氣源和燃料氣體的步驟，所述主燃燒器配置為用于將酸性氣體原料、氧氣源和燃料氣體加熱至最低反應溫度，所述酸性氣體原料含有硫化氫；在最低反應溫度下將酸性氣體原料、氧氣源和燃料氣體轉化以產生出爐氣流，所述出爐氣流包含單質硫和含硫雜質；在廢熱鍋爐中回收出爐氣流中的熱能以產生冷卻氣流，所述廢熱鍋爐配置為用于捕獲出爐氣流中的熱能以加熱原料水，從而產生氣流；在冷凝器中使經過冷卻的氣流冷凝以產生冷凝氣流和廢氣流，所述冷凝氣流含有單質硫，所述廢氣流含有含硫雜質；在熱氧化器中燃燒廢氣流、氧氣源和燃料氣體以產生富含二氧化硫的氣流，所述富含二氧化硫的氣流含有二氧化硫，其中能夠有效地進行所述廢氣流中的所述含硫雜質向二氧化硫的轉化；將所述富含二氧化硫的氣流送入二氧化硫洗滌單元，所述二氧化硫洗滌單元配置為用于從富含二氧化硫的氣流中去除一定量的二氧化硫以產生再循環氣流和流出氣流，其中所述再循環氣流包含一定量的二氧化硫；以及將所述再循環氣流再循環至反應爐的主燃燒器中。在本專利技術的某些方面中，所述最低反應溫度在1000℃至1250℃之間。在本專利技術的某些方面中，所述氧氣源選自由空氣、富氧空氣和純氧構成的組。在本專利技術的某些方面中，所述冷卻氣流的溫度為300℃。在本專利技術的某些方面中，所述廢氣流的溫度在125℃至150℃之間。在本專利技術的某些方面中，在熱氧化器中所述氧氣源提供化學計量上過量的氧氣，本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種硫回收單元，用于處理酸性氣體原料以回收單質硫，所述硫回收單元包括：反應爐，所述反應爐配置為用于燃燒酸性氣體原料、氧氣源和燃料氣體以產生出爐氣流，所述反應爐包括主燃燒器和反應室，所述主燃燒器配置為用于將所述酸性氣體原料、所述氧氣源和所述燃料氣體加熱至最低反應溫度，其中所述酸性氣體原料包含硫化氫，其中在所述反應室中所述硫化氫被轉化為單質硫；以流體連通的方式與所述反應爐相連的廢熱鍋爐，所述廢熱鍋爐配置為用于從所述出爐氣流中捕獲熱能以產生冷卻氣流，其中從所述出爐氣流中捕獲的熱能能夠有效地加熱原料水以產生水蒸汽，以流體連通的方式與所述廢熱鍋爐相連的冷凝器，所述冷凝器配置為用于使所述冷卻氣流冷凝以產生廢氣流和冷凝氣流，其中所述廢氣流包含含硫雜質，并且其中所述冷凝氣流包含單質硫；以流體連通的方式與所述冷凝器相連的熱氧化器，所述熱氧化器配置為用于燃燒廢氣流、氧氣源和燃料氣體以產生富含二氧化硫的氣流，其中能夠在所述熱氧化器中有效進行所述含硫雜質向二氧化硫的轉化，其中所述富含二氧化硫的氣流包含二氧化硫；以及以流體連通的方式與所述熱氧化器相連的二氧化硫洗滌單元，所述二氧化硫洗滌單元配置為用于從所述富含二氧化硫的氣流中去除一定量的二氧化硫以產生流出氣流和再循環氣流，所述再循環氣流包含一定量的二氧化硫，其中所述再循環氣流被再循環至所述反應爐中。...

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2013.11.08 US 61/901,5151.一種硫回收單元，用于處理酸性氣體原料以回收單質硫，所
述硫回收單元包括：
反應爐，所述反應爐配置為用于燃燒酸性氣體原料、氧氣源和
燃料氣體以產生出爐氣流，所述反應爐包括主燃燒器和反應室，所述
主燃燒器配置為用于將所述酸性氣體原料、所述氧氣源和所述燃料氣
體加熱至最低反應溫度，
其中所述酸性氣體原料包含硫化氫，
其中在所述反應室中所述硫化氫被轉化為單質硫；
以流體連通的方式與所述反應爐相連的廢熱鍋爐，所述廢熱鍋
爐配置為用于從所述出爐氣流中捕獲熱能以產生冷卻氣流，其中從所
述出爐氣流中捕獲的熱能能夠有效地加熱原料水以產生水蒸汽，
以流體連通的方式與所述廢熱鍋爐相連的冷凝器，所述冷凝器
配置為用于使所述冷卻氣流冷凝以產生廢氣流和冷凝氣流，
其中所述廢氣流包含含硫雜質，并且
其中所述冷凝氣流包含單質硫；
以流體連通的方式與所述冷凝器相連的熱氧化器，所述熱氧化
器配置為用于燃燒廢氣流、氧氣源和燃料氣體以產生富含二氧化硫的
氣流，
其中能夠在所述熱氧化器中有效進行所述含硫雜質向二氧化硫
的轉化，
其中所述富含二氧化硫的氣流包含二氧化硫；以及
以流體連通的方式與所述熱氧化器相連的二氧化硫洗滌單元，
所述二氧化硫洗滌單元配置為用于從所述富含二氧化硫的氣流中去
除一定量的二氧化硫以產生流出氣流和再循環氣流，所述再循環氣流
包含一定量的二氧化硫，
其中所述再循環氣流被再循環至所述反應爐中。
2.如權利要求1所述的硫回收單元，其中所述最低反應溫度在

\t1000℃至1250℃之間。
3.如權利要求1或2所述的硫回收單元，其中所述氧氣源選自
由空氣、富氧空氣和純氧構成的組中。
4.如權利要求1至3中任一項所述的硫回收單元，其中所述冷
卻氣流的溫度為300℃。
5.如權利要求1至4中任一項所述的硫回收單元，其中所述廢
氣流的溫度在125℃至150℃之間。
6.如權利要求1至5中任一項所述的硫回收單元，其中在所述
熱氧化器中所述氧氣源提供化學計量上過量的氧氣，其中所述化學計
量上過量的氧氣促進所述含硫雜質向二氧化硫的轉化。
7.如權利要求1至6中任一項所述的硫回收單元，其中所述二
氧化硫的量大于所述再循環氣流的99.9體積％。
8.如權利要...

【專利技術屬性】
技術研發人員：約翰·P·奧康奈爾，
申請(專利權)人：沙特阿拉伯石油公司，
類型：發明
國別省市：沙特阿拉伯;SA