專利名稱：提純含硫化氫和二氧化碳的氣體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氣體提純方法，該氣體含有可燃?xì)怏w成分以及二氧化碳和硫化合物、尤其是H2S，該氣體在一洗滌區(qū)中經(jīng)一種洗滌液洗滌，該洗滌液經(jīng)再生并重新使用，待再生的洗滌液經(jīng)減壓、汽提以及在一個(gè)熱再生區(qū)加熱處理，熱再生區(qū)產(chǎn)生的富含H2S的干氣經(jīng)加工形成元素硫和含H2S的殘氣，該殘氣再與洗滌液接觸。
歐洲專利0054772敘及了一種類似的方法，其中，向按Claus法處理裝置提供的干氣中，除含有H2S外，還含有相當(dāng)數(shù)量的CO2。這種干氣在成本較高的、具有兩個(gè)或三個(gè)催化段的Claus法處理裝置中作進(jìn)一步加工，其中經(jīng)H2S部分燃燒生成SO2后，干氣按Claus反應(yīng)盡可能完全地催化轉(zhuǎn)化成元素硫和水在每一個(gè)所述的催化段之前和之后，元素硫從混合氣中冷凝出來并移去。該已知方法中的催化轉(zhuǎn)化階段借助了加氫過程，此后干氣被再循環(huán)到洗滌器中。
這些催化工藝段要求相當(dāng)大的花費(fèi)，同時(shí)還具有如下缺陷它們常使裝置處于開-停的不穩(wěn)定狀態(tài)，同時(shí)還耗費(fèi)時(shí)間。在頻繁的開車和關(guān)車以及出現(xiàn)很大的負(fù)荷變化時(shí)，還要面臨催化劑很快失活的危險(xiǎn)。
本發(fā)明的目的之一是加工處理在熱再生區(qū)形成的、富含H2S氣的干氣，以使得可用簡(jiǎn)便方式使工廠從停工狀態(tài)快速啟動(dòng)開工，即使是負(fù)荷的頻繁改變也不會(huì)引起問題。
此前描述的本發(fā)明方法是按如下實(shí)現(xiàn)的在熱再生區(qū)產(chǎn)生的富含H2S氣的干氣在一燃燒室內(nèi)與氧氣、含氧氣體或空氣作部分燃燒;燃燒室中生成一種混合氣體，它的溫度處于1000-2000℃范圍，送入燃燒室中的硫，在燃燒后的混合氣中至少30%(摩爾)是元素硫，且還含有摩爾比為4∶1-1∶1的H2S和SO2成分;該混合氣被冷卻至硫的露點(diǎn)以下;移去冷凝出來的元素硫;隨后將混合氣加熱至180-280℃，再催化加氫和/或水解，借此使殘余SO2成分轉(zhuǎn)化成H2S;至少部分經(jīng)上述處理的氣體作為含H2S殘氣與洗滌液接觸。本發(fā)明的該方法尤其適用于燃?xì)饣蚱?蒸汽發(fā)電機(jī)的燃料氣體的脫硫。
按照本發(fā)明的方法，送入燃燒室中的干氣中30-80%的硫被轉(zhuǎn)化成元素硫。
在本發(fā)明的該方法中，要注意保證使供給燃燒室的富含H2S的氣體經(jīng)過了H2S的高度富集，以便大部分硫化氫在燃燒室中和剛離開燃燒室時(shí)按下列反應(yīng)式生成元素硫
這樣，混合氣體就毋需再按Claus反應(yīng)進(jìn)行H2S和SO2的催化反應(yīng)來對(duì)其進(jìn)行處理。
H2S的一個(gè)較低程度的反應(yīng)被有意保留，這也將增加加氫過程對(duì)氫的需求。但在本發(fā)明的方法中，較高的加氫速率要求冷卻加氫催化劑，這可通過輸入冷卻氣而實(shí)現(xiàn)，同時(shí)也可補(bǔ)充加氫過程的氫不足。
在加氫和/或水解段生成的H2S含量高的殘氣可被循環(huán)至例如洗滌區(qū)或再生段。作為另一種選擇，部分殘氣可直接送到燃燒室，當(dāng)氧和高度富集了H2S的干氣被送到燃燒室時(shí)，這種作法尤其值得推薦。
熱再生區(qū)產(chǎn)生低CO2含量的干氣，其量不超過10%(體積)，若從洗滌區(qū)排出的洗滌液在熱再生之前經(jīng)至少兩個(gè)再生塔減壓，則熱再生區(qū)生成的干氣中CO2含量將更要低得多。在這種情況下，把部分閃蒸出的氣體作為汽提氣送到前置段中將是值得推薦的作法。此外，惰性氣體可用作熱再生區(qū)的汽提氣。
對(duì)于具有高熱值并試圖用于汽輪-蒸汽發(fā)電機(jī)的氣體的脫硫，本發(fā)明方法是尤其適宜的。有高熱值的這些氣體可通過如已知的固體燃料氣化獲得。
氣體可用多種洗滌液提純，這些洗滌液對(duì)H2S具有選擇性，且它們是已知的并具有例如物理吸收作用，舉例有甲醇、N-甲基吡咯烷酮、甲基二乙醇胺或也可以是聚乙二醇的二甲基醚。在大多數(shù)情況下，氣體在5-100bar下帶壓洗滌，其溫度為所用洗滌液的公知常用溫度，其值為-80℃-+100℃之間。元素硫在1-30bar或更高壓力下帶壓生成。本發(fā)明優(yōu)選的壓力為1-10bar。
該方法的其它特征將參照附圖進(jìn)行描述。

圖1、3和4是本方法的多種變通方案的流程圖。圖2是Claus法處理裝置一個(gè)實(shí)例的簡(jiǎn)化流程，它也可用于本發(fā)明中。泵和壓縮機(jī)在圖中均略去了，以使流程圖簡(jiǎn)化和清晰化。
在圖1描述的方法中，待脫硫的氣體從管線1送到洗滌區(qū)2，再生后的洗滌液經(jīng)管線3送到2中。提純了的氣體經(jīng)管線4抽出。排出的含H2S和CO2的洗滌液在管線5中部分減壓，送到再吸收器6。該再吸收器為一個(gè)再生塔，其中含有已知的傳質(zhì)促進(jìn)單元如可滲透液體和氣體的塔板。再吸收器6中，CO2基本上被汽提出來，而盡可能多的H2S留在洗滌液中。為達(dá)此目的，再生后的洗滌液經(jīng)管線8從頂部送入再吸收器中，它有利地從上升氣體中提取硫化合物。來自于管線10和11的含H2S氣體送入再吸收器的較低部位，在再吸收器6中它們作為汽提氣特定地提取出CO2。富含CO2的干氣經(jīng)管線12從再吸收器抽出，因已基本上脫硫，因此它可與來自管線4的氣體合并，以供多種應(yīng)用。
來自再吸收器6的洗滌液從管線13送到一個(gè)換熱器14中并于其中加熱，然后從管線15流入熱再生器16，在16中再沸器17使其溫度升至趕走其中攜帶的雜質(zhì)如H2S所需的溫度。在需要時(shí)，額外的汽提氣可經(jīng)管線18輸入，它由虛線表示。該汽提氣可以是如氫、氮或脫硫干氣。
再生后的洗滌液從管線20離開熱再生區(qū)16，于換熱器14中冷卻，再經(jīng)管線21再循環(huán)到洗滌區(qū)2和再吸收器6。富含H2S的干氣從熱再生器16的頂部經(jīng)管線23抽出。該物流一部分經(jīng)管線24送入一個(gè)Claus處理裝置，該裝置有一個(gè)燃料器部分B和隨后的一個(gè)加氫部分H。以下將參照?qǐng)D2詳細(xì)敘述由B和H兩部分構(gòu)成的Claus處理裝置，同時(shí)還將說明加氫部分H包含一個(gè)加氫和/或水解段。其余部分的干氣從熱再生器16頂部經(jīng)管線23抽出，并經(jīng)一個(gè)冷卻器26和管線11送入到再吸收器6。
如圖1中所示，除了富含H2S且從管線24導(dǎo)入的干氣外，Claus處理裝置中還要從管線28導(dǎo)入氧氣或空氣或富氧空氣;元素硫從管線30導(dǎo)出;含H2S和SO2的干氣從管線45導(dǎo)入加氫部分H;部分來自加氫部分的含H2S的干氣經(jīng)管線10a作循環(huán)，以便控制加氫反應(yīng)器的溫度。洗滌區(qū)2、再吸收器6和熱再吸收器16可含有已知的用于促進(jìn)傳質(zhì)的單元，如塔板。
在圖2中得到詳細(xì)示意的Claus處理裝置基本上由燃燒器部分B(標(biāo)號(hào)24至40之間)和加氫部分H(標(biāo)號(hào)45至50之間)組成，它按如下操作來自管線24的干氣和來自管線28的含氧氣體開始送入一個(gè)Claus處理裝置的、配置有整體化的燃燒室的燃燒器31或是一批燃燒器之中。這種燃燒器已詳敘于公開的德國專利申請(qǐng)3735002和美國專利4，632，819中。經(jīng)燃燒后，生成一種溫度為1000-2000℃的混合氣體，管線28中的氧經(jīng)計(jì)量，以保證混合氣中的H2S對(duì)SO2的摩爾比處于4∶1至1∶1之間，最好為2∶1，后接的間接式冷卻器32配有一根進(jìn)水管線34和一根水蒸汽抽出管線33，32用于使混合氣冷卻到元素硫的露點(diǎn)以下，以便將元素硫冷凝出來。元素硫從管線30a送入到收集器35中。
冷卻后的混合氣經(jīng)管線37流入下一個(gè)間接冷卻器38中，它旨在增加元素硫的產(chǎn)量。管線30b中的元素硫亦流入收集器35中。管線40中的氣體溫度仍在約125-135℃之間，并在一間接換熱器43中加熱。經(jīng)此步預(yù)熱的氣體溫度為180-280℃。它經(jīng)管線45輸送到催化加氫反應(yīng)器46中，若在燃燒室31中產(chǎn)生的氫不夠，還將經(jīng)管線46a向該反應(yīng)器補(bǔ)充含氫氣體。加氫反應(yīng)器或整個(gè)地或部分地用作水解反應(yīng)器，它按已知方法主要是將SO2轉(zhuǎn)化為H2S，為實(shí)現(xiàn)所述轉(zhuǎn)化，可采用如鈷-鉬催化劑。來自加氫反應(yīng)器46的混合氣體在冷卻器47中開始預(yù)冷，然后輸入到直接式冷卻器48中以除去水。冷卻器48中輸入經(jīng)過間接式冷卻器49循環(huán)的冷卻水。多余的水從管線50中排出。溫度為20-40℃的含H2S殘氣經(jīng)管線10離開冷卻器48，該殘氣的一部分經(jīng)管線10a再循環(huán)到加氫反應(yīng)器46，以便控制該反應(yīng)器的溫度。管線10a和46a可交替地向管線45開啟。流經(jīng)管線10的殘氣按圖1、3和4所示方式作進(jìn)一步處理。
在圖3和4中敘及的變通方法與圖1方法部分相同，故采用了部分相類同的代號(hào)，同時(shí)可參照對(duì)圖1所作的相應(yīng)敘述來理解它們。按照?qǐng)D3，待脫硫的氣體送入管線1a，待它與流經(jīng)管線10的氣體混合后，它經(jīng)管線1送入洗滌區(qū)2。在圖3和4描述的方法中，再生器也包括兩個(gè)再生塔7和51，在其中，洗滌液部分減壓并用汽提氣處理，用于塔7的汽提氣來自管線52，它是來自于再生塔51的干氣并已流經(jīng)冷卻器53。按照?qǐng)D3，來自塔7的干氣的一部分經(jīng)管線60送入洗滌區(qū)2，其余部分則流經(jīng)管線61進(jìn)入Claus處理裝置的加氫部分H。含氫氣體經(jīng)管線46a加入H中，若該氣體純度滿足使用要求，則也可從管線4排出這種純凈氣體。
汽提氣經(jīng)管線18也輸入熱再生器16，來自再生器16的干氣的一部分流經(jīng)控制閥66和管線67，它用作第二個(gè)再生塔51的汽提氣。來自管線15的洗滌液流經(jīng)減壓閥15a并隨后進(jìn)入塔51。來自加氫部分H的含H2S殘氣由管線10與流經(jīng)管線1的待提純氣體混合。
圖4所述方法與圖3所示類似。按照?qǐng)D4，來自管線10的含H2S殘氣用作第一個(gè)再生塔7的額外的汽提氣，來自塔7的所有干氣經(jīng)管線60送入洗滌區(qū)2。來自熱再生器16的富含H2S的所有干氣經(jīng)管線24送到Claus處理裝置。氮?dú)饪捎米鞯诙€(gè)再生塔51的汽提氣的例子，它經(jīng)管線62送入塔51中。通常來自外源的氫氣作為加氫氣體經(jīng)管線46a送入到加氫部分H。作為另一種選擇，管線4中經(jīng)洗滌的氣體的一部分可用作加氫氣體。
實(shí)施例1如圖3所示，在一個(gè)包含如圖2所示的Claus處理裝置的處理系統(tǒng)中，一股來自煤的氣化過程的除塵后氣體以NMP作為洗滌液進(jìn)行處理。下表清楚地列出了各個(gè)管線中的速率、壓力和氣體組分的數(shù)據(jù)。在各實(shí)施例中，所有速率以及各組分都以每小時(shí)千摩爾表示。
管線 1a 4 5 10 60 61速率 10000 10039.4 395.7 192.5 247 119.9壓力(bar) 37 36 37 1.1 1.4 1.4組分CO21650 1656.4 294 104.3 196.8 95.7H2S 33 - 75 22.7 19.3 9.4H24317 4314.4 11 2.8 7.5 3.5CO 4000 3993.6 15.5 0.4 10.5 5.0N2- 75 0.2 62.3 12.9 6.3管線 13 24 46a 52 54 67速率 124.4 103.8 4.4 95.6 65.9 37.1壓力(bar) 1.5 1.8 36 1.6 1.8 1.8組分CO249.2 1.5 0.7 47.7 2 0.5H2S 74.9 46.3 - 28.6 63 16.7H2- - 1.9 - - -CO - - 1.8 - - -N20.3 56 - 19.3 0.9 19.9氮?dú)庖?5千摩爾/小時(shí)的速率經(jīng)管線18作為汽提氣導(dǎo)入。純氧氣以21千摩爾/小時(shí)的速率經(jīng)管線28導(dǎo)入燃料室31中，管線5中排出的洗滌液的溫度為37℃。元素硫以33千摩爾/小時(shí)的速率收集在收集器35中。加氫反應(yīng)器46中使用了一種鈷-鉬催化劑，該催化劑中含有活化氧化鋁載體。管線4中的純凈氣體的一部分作為附加的加氫氣體經(jīng)管線-46a提供。從管線50中每小時(shí)排出35.6千摩爾70℃的水。
實(shí)施例2一個(gè)與圖2的Claus處理裝置相結(jié)合的圖4所示處理系統(tǒng)被用作進(jìn)行氣體加工，該氣體是煤的氣化過程中產(chǎn)生的并由管線1a提供。洗滌液是NMP。氮?dú)庾鳛槠釟?，從管線62以45千摩爾/小時(shí)的速率輸入。燃燒室31中以12.1千摩爾/小時(shí)的速率導(dǎo)入純O2進(jìn)行燃燒，元素硫以19千摩爾/小時(shí)的速率收集在收集器35中。從管線50中每小時(shí)排出24.1摩爾的水。其它數(shù)據(jù)列于下面的表中，其中所有的速率以及各組分的單位均為千摩爾/小時(shí)。
管線 1 4 5 10 13 24速率 10000 10026.8 372.6 9 128.1 27.2壓力(bar) 37 36 37 1.4 1.5 1.8溫度(℃) 30 38 36 30 31組分CO21650 1650 300 - 27 -H2S 19 - 46.3 6.3 100.5 25.3H2+CO 8331 8331.8 26.3 0.8 - -N2- 45 - 1.9 0.6 1.9管線 46a 52 54 60速率 6 145.9 27.2 399.4壓力(bar) 2.5 1.4 1.8 1.3溫度(℃) 30 30 31
組分CO2- 27 - 300H2S - 75.2 25.3 27.3H2- - - 27.1N2- 43.7 1.9 45.0
權(quán)利要求
1.提純含有可燃成分以及二氧化碳和硫化合物、尤其是H2S的氣體的方法，在該方法中，氣體在洗滌區(qū)中用洗滌液洗滌，洗滌液經(jīng)再生并重新使用，在再生過程中，待再生的洗滌液被減壓、汽提并在一個(gè)熱再生區(qū)中加熱，熱再生區(qū)中產(chǎn)生的富含H2S的干氣被加工成元素硫和含H2S的殘氣，該殘氣再與洗滌液接觸，該方法的特征在于，在熱再生區(qū)產(chǎn)生的富含H2S的干氣在一燃燒室中與氧氣、含氧氣體或空氣進(jìn)行部分燃燒；燃燒室中生成一種混合氣體，它的溫度為1000-2000℃，送入燃燒室中的硫在燃燒后的混合氣中至少有30%(摩爾)是元素硫，同時(shí)還含有H2S和SO2成分，其摩爾比為4∶1至1∶1；該混合氣被冷卻至硫的露點(diǎn)以下；冷凝出來的元素硫被移去；混合氣隨后加熱到180-280℃并直接進(jìn)行催化加氫和/或水解，借此把殘余的SO2基本上轉(zhuǎn)化成H2S；然后，至少部分經(jīng)如此處理的氣體作為含H2S的干氣與洗滌液接觸。
2.權(quán)利要求1的方法，其特征在于，來自加氫和/或水解階段的含H2S的干氣被送到洗滌區(qū)。
3.權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，富含H2S且二氧化碳含量不超過10%(體積)的干氣被送入燃燒室中。
4.權(quán)利要求1至3之一權(quán)利要求的方法，其特征在于，來自加氫和/或水解段的殘氣的一部分被再循環(huán)到加氫或水解段之前的一個(gè)位置上。
5.權(quán)利要求1至4之一權(quán)利要求的方法，其特征在于，來自洗滌區(qū)且含雜質(zhì)的洗滌液在第一個(gè)含有促進(jìn)傳質(zhì)的元件的再生塔中經(jīng)部分減壓，從中排出第一股含CO2干氣并把它至少部分地送入洗滌區(qū)，來自第一個(gè)再生塔的洗滌液被加熱并在第二個(gè)含有促進(jìn)傳質(zhì)的元件的再生塔中部分地減壓，來自第二個(gè)再生塔的部分再生的洗滌液被送入熱再生區(qū)，向第二個(gè)再生塔送入一種汽提氣，從第二個(gè)再生塔排出第二股干氣，并把它作為汽提氣送入第一個(gè)再生塔中。
6.權(quán)利要求5的方法，其特征在于，來自加氫和/或水解段的含H2S的殘氣作為汽提氣送入第二個(gè)再生塔中。
7.權(quán)利要求5的方法，其特征在于，含氮?dú)怏w作為汽提氣送入熱再生區(qū)，且來自熱再生區(qū)的干氣的一部分被作為汽提氣送入第二個(gè)再生塔中。
8.權(quán)利要求5的方法，其特征在于，來自加氫和/或水解段的含H2S的殘氣被作為汽提氣送入第一個(gè)再生塔中。
9.權(quán)利要求1至8之一權(quán)利要求的方法，其特征在于，一部分來自加氫和/或水解區(qū)的含H2S的干氣被送入燃燒室中。
10.權(quán)利要求5至9之一權(quán)利要求的方法，其特征在于，來自第一個(gè)再生塔的第一股干氣的一部分被送入催化加氫和/或水解區(qū)。
11.權(quán)利要求1至10之一權(quán)利要求的方法，其特征在于，送入燃燒室的干氣中的30-80%的硫被轉(zhuǎn)化成元素硫。
12.權(quán)利要求1至11之一權(quán)利要求的方法，其特征在于，從洗滌區(qū)排出的提純后氣體被送入燃?xì)饣蚱?蒸汽發(fā)電機(jī)。
全文摘要
含有可燃?xì)怏w及二氧化碳和硫化合物尤其是H
文檔編號(hào)B01D53/52GK1056064SQ9110267
公開日1991年11月13日 申請(qǐng)日期1991年4月29日 優(yōu)先權(quán)日1990年5月1日
發(fā)明者曼弗雷德·克里布爾, 格哈德·格呂內(nèi)瓦爾德, 赫伯特·菲舍爾 申請(qǐng)人:金屬股份有限公司