專利名稱:氣流處理的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及含硫化氫氣流的處理。
一些工業(yè)過程特別是在精煉石油和天然氣中,會(huì)產(chǎn)生含硫化氫的廢氣流,由于硫化氫特別有毒,所以必須處理這種氣流,從而提取被排放到大氣中去的氣流中的硫值。一個(gè)處理含硫化氫氣流的公知方法是Claus法。在Claus法中,氣流中大約三分之一的硫化氫在爐中燒掉,進(jìn)而形成二氧化硫和水蒸汽。然后,二氧化硫在爐中與剩余的硫化氫反應(yīng)形成硫蒸汽和水蒸汽。這些反應(yīng)的化學(xué)計(jì)量如下列反應(yīng)式所示
生成的硫蒸汽在不同溫度下以不同分子數(shù)存在。例如,在800℃以上,硫蒸汽主要是以二聚物S2存在。除了這些反應(yīng)之外,還存在著在高溫條件下硫化氫離解成氫和硫蒸氣的趨勢(shì)。這個(gè)反應(yīng)是可逆反應(yīng),在冷卻條件下,大多數(shù)氫和硫蒸汽又重新締合形成硫化氫。再者,如果氣流中(尤其該氣流來源于煉油廠時(shí))存在著二氧化碳和碳?xì)浠衔?,還會(huì)形成少量的硫化羰(Carbonyl Sulphide)和二硫化碳。
在爐中形成的溫度條件下,硫化氫與二氧化硫間的反應(yīng)不會(huì)達(dá)到完全反應(yīng)。通常在爐中,此反應(yīng)實(shí)際上只能達(dá)到完全反應(yīng)的大約60%至70%。因此工業(yè)上通常是在如廢熱鍋爐內(nèi),冷卻爐子下游生成的氣流,再?gòu)囊牙鋮s的氣體混合物中冷凝出硫,接著重新將氣流加熱到200到260℃的溫度范圍,然后將重新加熱過的氣流流過硫化氫與二氧化硫的反應(yīng)的如礬土的催化劑,以促進(jìn)生成硫蒸汽和水蒸汽。隨后將得到的硫蒸汽冷凝。在經(jīng)過這種催化步驟連續(xù)兩次或三次之后,一般可使原始?xì)饬髦辛蚧瘹滢D(zhuǎn)變達(dá)到97%。由于隨著每步催化反應(yīng)氣流中硫化氫和二氧化硫的濃度逐漸降低,從而增加了每步催化步驟中獲得足夠的轉(zhuǎn)化率的難度,所以一般不采用更進(jìn)一步的催化步驟。與環(huán)境保護(hù)有關(guān)的嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)日益使得簡(jiǎn)單的排放或燒盡最終氣流變成一種不值得提倡或不允許的選擇。因此工業(yè)上已日益采取將最終氣流通過所述的“尾氣凈化”裝置,此裝置能有效地處理氣流中的硫化氫和二氧化硫成分,即使其濃度很低。工業(yè)上已有許多“尾氣凈化”方法,如SCOT法。
近年來,Claus法已引起從空氣中分離出氧氣的承制廠的興趣??諝馔ǔS脕碇С譅t中硫化氫的燃燒。因此大量氮?dú)獗灰氲娇諝獠⒘鬟^該方法的每個(gè)步驟。氮?dú)庹紦?jù)了反應(yīng)器空間。這樣有人建議在工業(yè)上使用純氧氣代替部分或全部空氣用來支持硫化氫的燃燒,從而,由爐子所容許的含原料氣的硫化氫的轉(zhuǎn)化率增加,盡管與原料氣中的確切成分有關(guān),但是用于增強(qiáng)燃燒空氣中氧氣的程度也是有限制的。此限制是這樣的,由于燃燒在爐襯中產(chǎn)生的溫度隨著燃燒空氣中氧氣的濃度增加而增加,直到溫度高到使?fàn)t襯破壞。盡管現(xiàn)在已經(jīng)清楚,硫化氫的分解(隨著火焰溫度增加,分解速率會(huì)更高)具有緩和作用并允許在一些燃燒器和爐子某些結(jié)構(gòu)的情況下采用純氧氣操作,但是,當(dāng)被處理的原料流中可燃物相對(duì)濃縮即硫化氫的體積含量大于大約70%時(shí),認(rèn)為此溫度極限將阻止燃燒空氣全部被純氧氣所代替。人們已提出了放多建議來修改Claus法,以促進(jìn)它使用純氧氣或富氧空氣支持硫化氫的燃燒。其中一些建議包括在硫化氫燃燒區(qū)中引入溫度緩和介質(zhì),正如在EP-A-165609中所公開的,有時(shí)是通過從處理過程的下流階段來的氣體的再循環(huán)。又如在EP-A-237216和EP-A-237217中所描述的,其中的另一些建議包括硫化氫在兩個(gè)或多個(gè)步驟中進(jìn)行燃燒。
然而,為了促進(jìn)所得氣流的下流處理,還需要提高Claus法的有效轉(zhuǎn)化率。本發(fā)明的一個(gè)目的就是提供一種滿足此要求的方法和設(shè)備。
本發(fā)明提供了一種處理含硫化氫的原料氣流的方法,該方法包括如下步驟(a)將原料氣流中的部分硫化氫在第一反應(yīng)器中轉(zhuǎn)變成二氧化硫,并將所形成的二氧化硫與剩余的硫化氫反應(yīng)而生成硫蒸汽和水蒸汽,從而生成含有硫化氫、二氧化硫、水蒸汽和硫蒸汽的含硫氣流;
(b)從含硫氣流中提取硫蒸汽;
(c)將已被提取了硫蒸汽的氣流至少部分二氧化硫在第二反應(yīng)器中還原成硫化氫;
(d)提取還原氣流中的水蒸汽,從而形成含硫化氫的第二氣流;以及(e)或者(ⅰ)將至少部分第二氣流返回到第一反應(yīng)器和取自中間步驟(b)和(c)的部分氣流或者另一部分第二氣流、或者這兩種氣流作為凈化氣流;和/或?qū)⒌谝环磻?yīng)器中含硫化氫、二氧化硫、硫蒸汽和水蒸汽的氣流取作凈化氣流。
或者(ⅱ)取至少部分第二種氣流作為凈化氣流而不用返回它到第一反應(yīng)器;并且兩種情況都有;
(f)排放凈化氣流。
根據(jù)凈化氣流的成分,最好在排放到大氣去的上流的至少一個(gè)進(jìn)一步的反應(yīng)器內(nèi)使凈化氣流中的硫化氫與二氧化硫反應(yīng)。
本發(fā)明還提供了處理含硫化氫的原料氣流的設(shè)備或裝置,包括(a)一第一反應(yīng)器,該反應(yīng)器用來將原料氣流中的部分硫化氫轉(zhuǎn)變成二氧化硫以及將所生成的二氧化硫與剩余的硫化氫反應(yīng)生成硫蒸汽和水蒸汽,從而生成含硫化氫、二氧化硫、水蒸汽和硫蒸汽的含硫氣流;
(b)用于提取含硫氣流中硫蒸汽的裝置;
(c)一第二反應(yīng)器,該反應(yīng)器位于硫蒸汽提取裝置的下游,它用來將氣流中的至少部分二氧化硫還原成硫化氫;
(d)用于提取還原氣流中水蒸汽而形成含硫化氫的第二氣流的裝置;
(e)或者(ⅰ)用于將至少部分第二氣流返回第一反應(yīng)器,和取自中間硫提取裝置和第二反應(yīng)器的部分氣流或者另一部分第二氣流、或者這兩種氣流作為凈化氣流,和/或?qū)⒌谝环磻?yīng)器中含硫化氫、二氧化硫,硫蒸汽和水蒸汽的氣流作為凈化氣流的裝置;
或者(ⅱ)用于在不將任何氣流返回第一反應(yīng)器的情況下取至少部分(全部為優(yōu)選)第二氣流作為凈化氣流的裝置;而且兩種情況都有;
(f)排放凈化氣流的裝置。
從還原氣流中提取水的步驟能夠使水蒸汽進(jìn)入任何進(jìn)一步的反應(yīng)器的速率保持很慢。這帶來了很多好處,特別是在原料氣流中可燃物含量相對(duì)較高(如體積比大于70%)以及采用純氧氣或富氧空氣支持燃燒而使所述部分硫化氫轉(zhuǎn)化成二氧化硫之時(shí)。對(duì)于給定原料氣流流速和成分,與通常使用的方法以及任何上述專利申請(qǐng)中描述的方法相比,本發(fā)明的方法能使進(jìn)一步的反應(yīng)器和任何“尾氣凈化”裝置的尺寸減小,再者,還是與常規(guī)方法或上述專利申請(qǐng)中描述的方法相比,進(jìn)一步反應(yīng)器內(nèi)或反應(yīng)器中反應(yīng)物的濃度增加了,從而使硫化氫轉(zhuǎn)變成硫的總的轉(zhuǎn)化率的提高成為可能。如果至少部分第二氣流作為循環(huán)氣流返回所述第一反應(yīng)器,那么在原料氣流混合物中,供給第一反應(yīng)器的硫化氫轉(zhuǎn)化成硫的總轉(zhuǎn)化率可達(dá)大于70%,即“有效轉(zhuǎn)化”率大于70%。相應(yīng)地,有效轉(zhuǎn)化隨著循環(huán)氣流與凈化氣流的比例的增加而增加。
第一反應(yīng)器優(yōu)選地為一耐火材料襯里的爐子,有一延伸通過爐子一端壁的燃燒器,氧氣或富氧空氣和原料氣通入上述的燃燒器內(nèi)。另一方面,在有些情況下,燃燒器可成切線地安裝通過爐子的側(cè)壁。爐子可優(yōu)選地在接近爐襯能承受的最大溫度條件下工作,從而使?fàn)t內(nèi)硫化氫和二氧化硫之間的反應(yīng)量最大。由于硫化氫的分解生成的氫氣量以及因此離開硫提取裝置的氣體混合物中保留的氫氣量也達(dá)到了最大。這些氫氣在第二反應(yīng)器中用來還原二氧化硫(和任何剩余的硫),因此進(jìn)入到第二反應(yīng)器中的氣流中的氫氣是所希望的。
本發(fā)明的方法有三種。在頭兩種方法中,所有氣體都從相同的區(qū)域離開第一反應(yīng)器。在第三種方法中,凈化氣流從第一反應(yīng)器的中間區(qū)域取出,凈化氣流中硫化氫與二氧化硫的摩爾比小于第一反應(yīng)器下游端氣流中的摩爾比。
本發(fā)明的第一種方法中,硫化氫與進(jìn)入到第一反應(yīng)器的“有效”氧氣的摩爾比是“化學(xué)計(jì)量的”。這里使用的“有效”氧氣是指用于與硫化氫反應(yīng)的有效氧氣,而與原料氣中更容易的可燃物成分如氨和碳?xì)浠衔?如果存在)優(yōu)先反應(yīng)的氧氣不在考慮范圍之內(nèi)。在本文的上下文中,“化學(xué)計(jì)量的”是指所述摩爾比在1.8-2.2∶1范圍之內(nèi)。
相應(yīng)地,離開硫提取裝置的氣流中硫化氫與二氧化硫的比例大約為2~1,因此與硫化氫與二氧化硫反應(yīng)生成硫蒸汽與水蒸汽的化學(xué)計(jì)量相對(duì)應(yīng)。相應(yīng)地,按照本發(fā)明如果凈化氣流從該過程中間步驟(b)和(c)取出,那么它可經(jīng)受一個(gè)或最好多個(gè)硫化氫和二氧化硫間的催化反應(yīng)步驟,以進(jìn)一步回收硫并生成適合的(如果需要)氣體混合物用于如SCOT法的常規(guī)“凈化”方法的處理。在本發(fā)明的第一種方法中,已提取了水的氣流再循環(huán)到第一反應(yīng)器內(nèi)可使第一反應(yīng)器中硫化氫轉(zhuǎn)變成硫的有效轉(zhuǎn)化率比采用常規(guī)方法可達(dá)到的轉(zhuǎn)化率更高。
在本發(fā)明的第二種方法中,進(jìn)入到第一反應(yīng)器的硫化氫與有效氧氣的摩爾比超過了這里“化學(xué)計(jì)量”所指定的比例。在該第二種方法中,這種摩爾比典型地在3∶1~5∶1的范圍之內(nèi)。相應(yīng)地,相對(duì)于離開硫提取裝置的氣流中的二氧化硫,硫化氫也是化學(xué)計(jì)量過量的。因此,從本發(fā)明方法的中間步驟(b)和(c)取出凈化氣流不是優(yōu)選的方案。相反地,優(yōu)選的方案是將離開硫提取裝置的全部氣流送入第二反應(yīng)器,從而使該氣流的二氧化硫被逆轉(zhuǎn)變?yōu)榱蚧瘹?。相?yīng)地,將凈化氣流從水蒸汽提取裝置的下流中取出。在有些實(shí)施例中,凈化氣流中的部分硫化氫優(yōu)選地在第一進(jìn)一步的反應(yīng)器中燃燒而生成二氧化硫和水蒸汽。氧氣或富氧空氣優(yōu)選地用來支持這種燃燒。生成的二氧化硫在第一進(jìn)一步的反應(yīng)器中與剩余硫化氫反應(yīng)而生成水蒸汽和硫蒸汽。優(yōu)選地,硫化氫與進(jìn)入發(fā)生進(jìn)一步反應(yīng)的第一進(jìn)一步的反應(yīng)器的有效氧氣的摩爾比是“化學(xué)計(jì)量的”,以使在硫提取步驟下流生成的氣體混合物,首先進(jìn)行一個(gè)步驟、最好為多個(gè)步驟的硫化氫和硫蒸汽之間的催化反應(yīng),并且如果需要,可再利用如SCOT法的方法常規(guī)凈化。當(dāng)采用第二種方法時(shí),反應(yīng)催化步驟上流的可達(dá)到的硫化氫總轉(zhuǎn)化率大于類似常規(guī)Claus法的催化步驟上流可達(dá)到的轉(zhuǎn)化率。
本發(fā)明的第二種方法可以用或不用循環(huán)部分第二氣流至第一反應(yīng)器的運(yùn)行。沒有這種循環(huán)的操作可使裝置的必要的項(xiàng)目較少并且更簡(jiǎn)單。盡管如此,這種循環(huán)與用第一種方法或沒有循環(huán)的第二種方法相比,循環(huán)能使硫化氫轉(zhuǎn)變成硫的總轉(zhuǎn)化率更高。相應(yīng)地,第一反應(yīng)器中的有效轉(zhuǎn)化率隨著循環(huán)與凈化比的增加而增加。如果需要達(dá)到高的有效轉(zhuǎn)化率,優(yōu)選地將原料氣流和循環(huán)氣流中的一種氣流或兩種氣流都預(yù)熱到一優(yōu)選的100~500℃溫度范圍,以使可提高循環(huán)與凈化比而不會(huì)引起在不在能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定燃燒的第一反應(yīng)器中的大焰溫度降低。實(shí)際上,用含有至少90%體積比的硫化氫的原料氣流,我們認(rèn)為第一反應(yīng)器中的獲得的有效轉(zhuǎn)化率大于95%是可能的,典型地可達(dá)98%。在本發(fā)明的第二種方法中,將凈化氣流直接輸送至如分離和回收硫化氫的裝置(最好循環(huán))或燃燒爐而沒有該氣流的任意的硫化氫與二氧化硫進(jìn)一步反應(yīng),這種高效轉(zhuǎn)化是可能的。因此,對(duì)于凈化氣流的處理中所要求的,如用在常規(guī)Claus法中的那些催化反應(yīng)器和類似于第一反應(yīng)器的第二爐均不需要。
在本發(fā)明的第三種方法中,至少部分第二氣流被返回至第一反應(yīng)器。至少部分返回氣體優(yōu)選地由旁路越過第一反應(yīng)區(qū)中的火焰區(qū)或燃燒區(qū),并且凈化氣流優(yōu)選地從火焰區(qū)下游的第一反應(yīng)器區(qū)域取出,而不是從第一反應(yīng)器的返回氣體與由火焰區(qū)流出的氣體相混合的區(qū)域的上流取出。這種旁路有助于降低第二反應(yīng)器入口處氣體混合物中二氧化硫的摩爾分?jǐn)?shù),因而有助于限制溫升,此溫升是由于第二反應(yīng)器中二氧化硫的還原而引起的。
按照第三種方法,凈化氣流中硫化氫與二氧化硫的摩爾比小于2.2∶1為優(yōu)選,2∶1為更優(yōu)選。如果此摩爾比實(shí)質(zhì)上小于2∶1,通過混合部分第二氣流與凈化氣流使其增加至2∶1為優(yōu)選。
優(yōu)選的在本發(fā)明第三種方法中,硫蒸汽通過如冷凝的方法從凈化氣流中提取出來。將所得凈化氣流進(jìn)行至少一步硫化氫與二氧化硫間的催化反應(yīng)生成硫蒸汽和水蒸汽,硫蒸汽通過如冷凝方法從該氣流中提取出來。如果催化反應(yīng)第一步中的進(jìn)口處硫化氫與二氧化硫的摩爾比為2∶1,那么就沒有必要燃燒凈化氣流中的部分硫化氫,而當(dāng)此摩爾比超過2∶1時(shí)燃燒部分硫化氫卻是有必要的。相應(yīng)地,所述第三種方法能夠在單個(gè)燃燒步驟的條件下進(jìn)行,即在第一反應(yīng)器中進(jìn)行。
為了維持整個(gè)質(zhì)量守恒并避免原料氣中非反應(yīng)成分(如二氧化碳)的增加,應(yīng)該選擇凈化氣流從第一反應(yīng)器取出的速率。
在第三種方法中,如果原料氣中不含有氨,那么部分原料氣可優(yōu)選地由旁路越過第一反應(yīng)器的火焰區(qū)以及取出凈化氣流的區(qū)域。存在在第一反應(yīng)器中的剩余氨將流進(jìn)第二反應(yīng)器并在那里使催化劑失去活性。如果有兩種分開的含硫化氫的原料氣流,一種含有氨,另一種不含氨,(如“酸水汽提氣”和“胺氣”)所有含氨的原料氣流流入第一反應(yīng)器的火焰區(qū),至少有些不含氨的原料氣流優(yōu)選地由旁路越過第一反應(yīng)器的火焰區(qū)以及取出凈化氣體的區(qū)域。一些返回第一反應(yīng)器旁路越過火焰區(qū)的第二氣流,使進(jìn)入火焰區(qū)的非可燃物的比例減少,這樣就能促進(jìn)產(chǎn)生足夠高的火焰溫度以保證所有氨全被氧化。
硫蒸汽優(yōu)選地通過從氣流中冷凝出來而從含硫氣流中提取出來。
本發(fā)明方法步驟(C)中的氣流中的二氧化硫的還原優(yōu)選地在有氫氣的催化反應(yīng)中進(jìn)行。任何存在的微量硫也被還原。如果有外源氫氣供給還原反應(yīng),那么氫氣的消耗量部分地取決于提取硫的氣流中二氧化硫含量,也部分地取決于還原反應(yīng)就地生成的氫氣量。我們認(rèn)為,這里有二種主要的氫氣就地生成機(jī)理。一些氫氣是由第一反應(yīng)器中硫化氫可逆熱分解生成的,存在在提取硫的氣流中。如果原料氣中存在二氧化碳,那么第一反應(yīng)器中可發(fā)生某種程度的二氧化硫分解成一氧化碳和氧氣。所得的一氧化碳可在催化劑作用下在第二反應(yīng)器中與水蒸汽反應(yīng)而進(jìn)一步生成氫氣。一般地,如果第一反應(yīng)器中所采用的硫化氫與有效氧氣的摩爾比遠(yuǎn)超過其化學(xué)計(jì)量比,我們認(rèn)為可在沒有外部還原劑供應(yīng)的條件下啟動(dòng)第二反應(yīng)器。相應(yīng)地,我們認(rèn)為可在具有外源氫氣供給第二反應(yīng)器的條件下操作本發(fā)明的第一種方法,而在不具有外源氫氣供給第二反應(yīng)器的條件下運(yùn)行本發(fā)明的第二種方法。二氧化硫催化還原反應(yīng)的溫度在大約300℃時(shí)進(jìn)行為優(yōu)選。最好將待還原的氣流預(yù)熱到第二反應(yīng)器的上流的一選擇的溫度。利用氫氣將二氧化硫催化還原成硫化氫是一公知的方法。并形成了例如SCOT法部分。適宜的催化劑在市場(chǎng)上能夠得到,如一種基于鈷和鉬的催化劑。如果需要的話,為了控制第二反應(yīng)器的溫度,可在第二反應(yīng)器中引入蒸汽。
優(yōu)選,通過從還原氣流中冷凝出來而由該氣流中提取水蒸汽。例如,冷凝步驟可在填充塔中將還原氣流與水流逆流接觸而進(jìn)行。
如果需要的話,可將提取了水的氣流承受步驟(e)的上流程序以進(jìn)一步處理,從而將硫化氫從其它成分中分離出來。例如,該氣流利用胺清洗而完成這種分離。胺是優(yōu)選地能將硫化氫從二氧化碳中分離出來。如果原料氣流中總的非可燃物比例相對(duì)地高,這種處理被認(rèn)為是唯一有價(jià)值的。因此該處理可將本發(fā)明處理的那些含硫化氫的原料氣流延伸到含體積比僅僅為20%的硫化氫的氣流,或在有些情況下,如果需要的話,可以省去本發(fā)明方法中的硫化氫與二氧化硫間的進(jìn)一步反應(yīng)的步驟。
本發(fā)明的方法和設(shè)備,借助于實(shí)施例并參考附圖進(jìn)行描述。其中
圖1為處理含硫化氫原料氣流第一裝置的示意流程圖;
圖2為處理含硫化氫原料氣流第二裝置的示意流程圖;
圖3為處理含硫化氫原料氣流第三裝置的示意流程圖;
圖4為處理含硫化氫原料氣流第四裝置的示意流程圖;
圖5為處理含硫化氫氣流第五裝置的示意流程圖。
參考附圖1,含有至少70%體積比的可燃物及另外包括二氧化碳的含硫化氫的原料氣流由管道1進(jìn)料至燃燒器2,上述燃燒器通過第一反應(yīng)器的一端壁,其火焰進(jìn)入具有耐火襯層的第一反應(yīng)器內(nèi)。原料氣流在其進(jìn)入燃燒器2的入口處的上流與同樣含有硫化氫和二氧化碳的循環(huán)氣流混合,其生成物如下所述。由管道3獨(dú)立地向燃燒器2供給氧氣流(已從空氣中分離出來)或富氧的空氣流。硫化氫的供給速度與有效氧氣分子供給速度之比是“化學(xué)計(jì)量”比。相應(yīng)地,由燃燒器產(chǎn)生的火焰區(qū)(未示出)中,大約三分之一的硫化氫進(jìn)入量被燃燒而生成二氧化硫和水蒸汽。如果原料氣中含有優(yōu)先于硫化氫與氧氣反應(yīng)的如氨和碳水化合物等成分,那么就應(yīng)供給充足的額外的氧氣以使這些成分完全消耗掉。在爐4中,由于燃燒硫化氫而生成的二氧化硫與剩余的硫化氫反應(yīng)生成硫蒸氣和水蒸汽。在爐4中,尤其在其火焰區(qū)中,大量的其它化學(xué)反應(yīng)發(fā)生了。例如,存在著一些硫化氫分解成氫和硫蒸汽,還存在著一些二氧化硫分解生成一氧化碳和氧氣,每種分解的程度取決于溫度。另外,在高溫條件下,硫與原料氣中含有的任何碳水化合物之間反應(yīng)可生成少量的二硫化碳,一氧化碳與硫之間反應(yīng)可生成少量的氧硫化碳(CarbonOxysulphide)(硫化羰(CarbonylSulphide))。一般地,優(yōu)選采用高火焰溫度(如1250~1650℃);以促進(jìn)硫化氫與二氧化硫之間的反應(yīng),也促進(jìn)硫化氫的分解,因而生成氫氣;該氫氣用于下游的二氧化硫還原,同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生所需要的外部供給的氧氣的一些少量還原。因此,優(yōu)選在Claus法的范圍內(nèi),與氧氣同時(shí)引入到爐4中去的氮?dú)夂推渌欠磻?yīng)氣體的量減至最小。氧氣中含體積比小于5%的其它雜質(zhì)為優(yōu)選,而小于1%為更優(yōu)選。
在操作燃燒器2和爐4時(shí),當(dāng)然必須注意以免造成爐襯的過渡損壞。考慮到硫化氫原料氣流的成分,特別是由石油提煉而形成的原料氣流,穿過爐4端壁5的燃燒器2的安裝位置(“成切線”安置為優(yōu)先)和/或使用短火焰將在許多情況下避勉這種損壞。應(yīng)注意硫化氫和二氧化碳的熱分解具有冷卻作用,而且有些非可燃物如氬和氮循環(huán)到爐4中。盡管考慮到這些因素,不論是使用低純度的氧氣,還是向燃燒器2的火焰區(qū)引入如液態(tài)水或水蒸汽的外部緩沖劑,其火焰的計(jì)算溫度是非常高的。
用為發(fā)生在爐4中反應(yīng)的結(jié)果,含有硫化氫,二氧化硫,水蒸汽,硫蒸汽,氫氣,二氧化碳和一氧化碳及少量氬氣,氮?dú)?,氧硫化碳和二硫化碳的氣流通過出口管6離開爐4,此時(shí)一般的溫度范圍為1200~1600℃。在此溫度下,氣流中的一些成分相互之間仍發(fā)生反應(yīng),所以很難確定氣體混合物中的具體成分。通過出口6由爐4排出的氣流流入廢熱鍋爐8或其它形式的換熱器、氣流在其中被冷卻至250~400℃。在氣流通過廢熱鍋爐期間,一些氫氣具有與硫重新結(jié)合生成硫化氫的趨勢(shì)。冷卻后的氣流從廢熱鍋爐8流入硫冷凝器10,氣流在冷凝器10中進(jìn)一步冷卻,硫蒸汽被冷凝并通過出口11將硫提取出來。所得的液態(tài)硫一般流入硫密封槽(未示出),它提取了硫的氣流一般含有原料氣流中硫含量的約15~20%,這取決于循環(huán)流的量。所述氣流在大約190℃溫度時(shí)離開硫冷凝器10,并分成循環(huán)流和凈化流。
循環(huán)硫在一加熱器12中加熱到大約300℃,該加熱器可以是以蒸汽為換熱介質(zhì)的換熱器。加熱過的第一輔助氣流由加熱器12流入含有催化劑如鈷和鉬的第二反應(yīng)器14,上述催化劑利用氫氣將二氧化硫和任何剩余的微量硫還原成硫化氫的反應(yīng)中起催化作用。在此催化劑作用下,一氧化碳可在第二反應(yīng)器14中與水蒸汽發(fā)生反應(yīng)而生成氫氣和二氧化碳。盡管如此,二氧化硫與氫氣的摩爾比一般要超過根據(jù)下列反應(yīng)式中二氧化硫完全還原所需要的摩爾比。
如果這樣,通過管道15外源(未示出)供給第二反應(yīng)器14的氫氣速率應(yīng)能足夠地將所有存在的硫和二氧化硫完全還原成硫化氫。氫氣可通過優(yōu)選地采用純氧或富氧空氣支持燃燒而就地產(chǎn)生,如碳水化合物的亞-化學(xué)計(jì)量燃燒。
除了循環(huán)氣流中的硫和二氧化硫的還原反應(yīng)之外,在第二反應(yīng)器中還會(huì)發(fā)生其它反應(yīng)。尤其是存在的硫化羰(Carbonyl Sulphide)(COS)或二硫化碳(CS2)發(fā)生如下列反應(yīng)式所示的水解反應(yīng)
此時(shí)主要由硫化氫、水蒸汽、二氧化碳、氮?dú)夂蜌鍤獾倪€原過的循環(huán)氣流離開第二反應(yīng)器14而流入水冷凝器16,水冷凝器16含有液一氣接觸構(gòu)件填充物20的塔18組成。氣流通過進(jìn)口22流入填充物20下方的塔18底部區(qū)域。氣流一般通過填充物20向上流動(dòng),并進(jìn)入與下行水流緊密接觸。氣流中的水蒸汽因此冷凝而進(jìn)入下行液體相。相應(yīng)地,相對(duì)不含水的氣流離開塔18的頂部。水離開塔18的底部而通過泵24流過換熱器26,水在換熱器26中通過由進(jìn)口25流入和出口27流出的冷水間接熱交換而使其冷卻至大約25~35℃。生成的已冷卻水被循環(huán)至填充物20上方的塔18的上部區(qū)域并向下再通過填充物。
循環(huán)氣流中很小比例的硫化氫溶解在水中,水與硫化氫在冷凝器16中接觸。在一般的石油提煉中,通過將部分循環(huán)水經(jīng)管道29送入酸水汽提塔(未示出)回收硫化氫。
為了使從水冷凝器16頂部流出的氣流中不夾帶液滴,應(yīng)優(yōu)選地對(duì)該氣流進(jìn)行處理。因此將此氣流流經(jīng)加熱器28,氣流在加熱器中例如通過采用蒸汽進(jìn)行間接熱交換而被加熱至50℃。另一種方法或除此之外,可使用“分離鍋”(′KnockoutPot′)(未示出)來分離出氣流中的液滴。
將循環(huán)氣流返回燃燒器2。除了硫化氫之外,該原料氣流中其它成分如氬氣,碳的氧化物和氮?dú)獾谋壤哂谶M(jìn)料流中的比例。循環(huán)氣是通過一風(fēng)扇30流動(dòng)的,此風(fēng)扇位于加熱器28的下游。
雖然在附圖中的圖1中將循環(huán)氣流表示成返回燃燒器2,但是如果需要的話,該氣流可不經(jīng)過燃燒器2而直接返回至爐4。
凈化氣流流過如圖1中數(shù)字32通常所示的一系列步驟,首先,將氣流重新加熱到硫化氫與二氧化硫催化反應(yīng)適宜的溫度,其次,該催化反應(yīng)在適當(dāng)?shù)拇呋瘎?如礬土或鋁土礦)作用下進(jìn)行,第三,將由硫化氫和二氧化硫反應(yīng)產(chǎn)生的硫蒸汽通過硫冷凝器從氣流中提取出來,冷凝器的出口溫度為130~170℃。一般,將二或三個(gè)這種步驟串連使用。各次重新加熱的溫度在200~250℃范圍。在經(jīng)述系列催化反應(yīng)步驟32的下游,凈化氣流可流過常規(guī)的“尾氣凈化裝置”34,該裝置可進(jìn)行如SCOT法。然后由經(jīng)出口35流出裝置34的氣體可以焚燒并排放到大氣中去。
在處理過程中,對(duì)于如圖1所示的裝置能實(shí)現(xiàn)在爐4中硫化氫轉(zhuǎn)變成硫蒸汽的轉(zhuǎn)化量可達(dá)氣流中硫化氫總量的70%。但是,如果循環(huán)流被打折扣,那么有效轉(zhuǎn)化率會(huì)大大增加。事實(shí)上,從總體上來分析此方法,根據(jù)原料氣的成分,在進(jìn)行三次催化步驟系列32之后所得到的總轉(zhuǎn)化率要比采用可比較的具有類似三次催化步驟系列的以常規(guī)空氣為基礎(chǔ)的裝置所獲得的轉(zhuǎn)化率一般高達(dá)1%。再者,在具有相同硫產(chǎn)量的條件下,流過催化步驟32的氣體流速約為以空氣為基礎(chǔ)的裝置的25%。類似地,尾氣凈化裝置34的尺寸約為用于處理由可比較的常規(guī)空氣為基礎(chǔ)的裝置流出的廢氣的凈化裝置尺寸的25%。
為使由爐4流出的非可燃物(氬氣,氮?dú)夂吞嫉难趸?凈化氣流維持恒定,應(yīng)選擇循環(huán)氣流與凈化氣流的相對(duì)比例,該非可燃物相當(dāng)于原料氣流和氧氣中非可燃物的流入量與原料氣流中如氨和碳水化合物成分燃燒所產(chǎn)生的非可燃物流量之和。凈化氣流中硫量也應(yīng)等于原料氣流中所含的硫量減去在冷凝器10中所回收的硫量。循環(huán)氣流與凈化氣流的比例一般是通過初始計(jì)算機(jī)模擬確定的,或通過以預(yù)側(cè)最佳比例的該方法的操作計(jì)算來確定的。實(shí)際上,對(duì)于給定所發(fā)生的適當(dāng)數(shù)量的不同化學(xué)反應(yīng),實(shí)際氣流組合物必將在所預(yù)測(cè)的成分內(nèi)變化。無(wú)論如何,在希望的條件下調(diào)整循環(huán)氣流以獲得恒定氣流還是一件容易的事情。
在修正圖1所示的裝置中,循環(huán)氣流可從中間重新加熱部分與系列32的第一步驟的催化反應(yīng)器區(qū)域取出,而不是如圖所示的系列32的催化步驟的上游取出。
參照附圖2,圖中所示的裝置與圖1有許多相似之處,盡管多個(gè)部件的操作不同或與不同的上流區(qū)相連接,但兩個(gè)圖中相同的部件采用了相同的標(biāo)號(hào)。圖2所示的裝置中安裝的燃燒器2和爐4與圖1所示的基本相同,然而,操作是不同的,這是由于與氧氣流量相比,流入圖2所示的燃燒器2的硫化氫總流量中一般有15~28%體積比的硫化氫被燃燒生成二氧化硫和水蒸汽。由于剩余的硫化氫(高于常規(guī)量)具有溫度緩和作用,即使是當(dāng)原料氣流中可燃物的含量較高,也優(yōu)選地使用氧氣來支持圖2所示的爐4中的硫化氫的燃燒。硫化氫的量適當(dāng)超過其與燃燒部分硫化氫生成的二氧化硫反應(yīng)所需的化學(xué)計(jì)量的另一結(jié)果就是這有助于提高反應(yīng)的二氧化硫比例。
圖2所示的裝置具有一廢熱鍋爐8和硫冷凝器10,其結(jié)構(gòu)及工作情況與圖1所示的相應(yīng)單元完全類似。因此,它們的工作情況不再描述。但是,在圖2所示的冷凝器10下游,所有已提取硫的氣流都流入加熱器12,氣流在加熱器被加熱到大約300℃的溫度,然后流入第二反應(yīng)器14,該第二反應(yīng)器除了一點(diǎn)之外,其它方面均與圖1所示的反應(yīng)器14類似。此不同點(diǎn)是,進(jìn)入爐4燃燒生成二氧化硫的硫化氫比例相對(duì)較低,進(jìn)入圖2所示的裝置中第二反應(yīng)器14的氣流中硫化氫與二氧化硫的摩爾比足以在不向第二反應(yīng)器14引入外源氫氣條件下,利用氣流中的氫氣將二氧化硫完全還原成硫化氫。因此,圖2所示的裝置中省略了管道15。
還原過的氣流從圖2所示的第二反應(yīng)器14中流出,流進(jìn)水冷凝器16,該水冷凝器與圖1所示的冷凝器各方面均類似。所以其工作情況這里不再描述。與此相同,加熱器18或分離鍋(或兩者)與圖1所描述的也類似,其工作情況這里也不再描述。
僅有部分由加熱器28處理過不夾帶液滴的氣流由風(fēng)扇30返回燃燒器2用作循環(huán)氣流。其余氣流流出加熱器28,它被作為凈化氣流流進(jìn)第二燃燒器36,一般通過用于硫化氫與二氧化硫反應(yīng)的第二耐火襯里的爐38的端壁39燃燒。純氧氣或富氧空氣通過與含硫化氫氣流分開的管道3引入到燃燒器36中。供給燃燒器36的氧氣或富氧空氣的流量可用來燃燒大約三分之一的由加熱器28流入燃燒器36的氣流中的硫化氫。結(jié)果生成了水蒸汽和二氧化硫。生成的二氧化硫與剩余的硫化氫反應(yīng)生成硫蒸汽和進(jìn)一步的水蒸汽。另外,燃燒器36的火焰區(qū)中有些硫化氫分解生成氫氣和硫蒸汽。爐38中還會(huì)發(fā)生其它反應(yīng)。如二氧化碳分解生成一氧化碳和氧氣。另外在高溫下,一氧化碳與硫化氫反應(yīng)會(huì)生成少量的氧硫化碳。這些反應(yīng)發(fā)生的程度取決于原料氣混合物中的成分以及在爐38內(nèi)產(chǎn)生的火焰溫度。一般地,所用的火焰溫度通常為1000~1600℃范圍為優(yōu)選最好,在Claus法的范圍內(nèi),與氧氣一起引入到爐子38內(nèi)的氮?dú)?,其它非反?yīng)氣體應(yīng)減至最小。因此,氧氣中含低于5%體積比的雜質(zhì)為優(yōu)選,低于1%為更優(yōu)選。但是,避勉損壞爐38的耐火爐襯是很重要的,因此,燃燒器36的工作火焰應(yīng)為短火焰,從而降低爐38的耐火爐襯損失的危險(xiǎn)性。無(wú)論如何,如果從加熱器28進(jìn)入到燃燒器36的氣流中硫化氫的含量超過70%的硫化氫體積。那么就有必要通過外源引入如水蒸汽到火焰中去以緩和火焰溫度或者選擇純度低些的氧氣。另一方面,正如EP-A-237216或EP-A-237217所描述的,硫化氫的燃燒可在兩個(gè)分開的步驟(而不在單個(gè)爐38中)中進(jìn)行。
作為發(fā)生在爐38內(nèi)的反應(yīng)結(jié)果,含有硫化氫、二氧化硫、水蒸汽,硫蒸氣,氫氣,一氧化碳和二氧化碳以及少量氬氣,氮?dú)夂脱趿蚧嫉臍饬饕话阍?000~1600℃的溫度范圍內(nèi)通過出口40流出爐38。在此溫度,氣流中的有些成分還會(huì)相互反應(yīng),因此很難確定氣體混合物中的精確成分。通過出口40由爐子38流出的氣流流入廢熱鍋爐42或其它形式的換熱器,氣流在鍋爐42內(nèi)冷卻至300~400℃。在氣流通過廢熱鍋爐時(shí),還存在著一些氫氣與硫重新結(jié)合生成硫化氫的趨勢(shì)。冷卻的氣流從廢熱鍋爐42流入硫冷凝器44,氣流在其中進(jìn)一步冷卻,硫蒸汽冷凝并通過出口45提取出來。所得的液態(tài)硫一般流入硫密封槽(未示出)。已提取硫的氣流中一般含有大約10~15%的硫原子,該硫原子存在在流入燃燒器2的初始原料氣流中。在大約190℃溫度下,氣流離開冷凝器44,順序流過催化步驟系列32及尾氣凈化裝置34,催化步驟系列32及凈化裝置34與圖1所示裝置中對(duì)應(yīng)部件相類似。因此,尾氣凈化裝置34下游產(chǎn)生的氣流可被焚燒并排放到大氣中去。
流入圖2所示裝置中催化步驟32和裝置34的凈化氣流的流量甚至還小于流入圖1所示裝置中同樣步驟的氣流流量。前一種氣流一般是流入以可比較的空氣為基礎(chǔ)的Claus裝置催化步驟的氣流的5~15%。因此,如果需要的話,步驟32和裝置34的尺寸以及使用的催化劑量可能要比圖1所示裝置小一些或少一些。
以與參照?qǐng)D1所描述的類似方法選擇循環(huán)氣流與凈化氣流的相對(duì)比例。增加循環(huán)氣流會(huì)使凈化氣流和循環(huán)氣流中的非可燃物(氬氣,氮?dú)饧疤嫉难趸?與硫化氫的比例都增加,也會(huì)使所需的凈化氣流總量減小。實(shí)際上,為了如給出向第二反應(yīng)爐38中供給氣流中的所需硫化氫與非可燃物的比例,或者給出第一反應(yīng)爐4中的溫度,應(yīng)選擇循環(huán)氣流的量。
參照附圖3,所示的裝置及其工作情況與圖2所示相類似。因此兩圖中相同部件由相同參考標(biāo)號(hào)標(biāo)明。圖2和圖3所示的裝置間唯一的不同,基本上是,在圖2的裝置中,部分離開加熱器28的氣流循環(huán)至燃燒器36,而在圖3的裝置中,所有離開加熱器28的氣流傳送至燃燒器36。因此,圖3所示的裝置中省略了風(fēng)扇30及相關(guān)的循環(huán)管線。在其它方面圖3所示的裝置操作與圖2所示的裝置操作都相似,所以進(jìn)一步的描述在這里是不必要的。
盡管不是優(yōu)選的,但對(duì)圖2或圖3所示的裝置的一個(gè)可能的改變就是由硫冷凝器10流出的部分氣流可旁路繞過加熱器12,第二反應(yīng)器14,水冷凝器16及重新加熱器18,而直接流入燃燒器36。
適用于處理含胺氣的原料氣流如圖4所示的裝置與圖2所示的裝置相似,兩圖中相同的部件以相同的參考標(biāo)號(hào)標(biāo)明。兩個(gè)裝置中一個(gè)主要的不同就在于在圖4所示的裝置中,凈化氣流可直接流入焚燒爐(未示出)。因此,圖2中的燃燒器36,爐38,硫冷凝器44,催化步驟32,尾氣凈化裝置34及出口35在圖4所示的裝置中均不采用。為了在省略上述部件的同時(shí)又能在一些時(shí)候產(chǎn)生適合于焚燒的凈化氣流51,必須采用高循環(huán)氣流與原料氣流比及高循環(huán)氣流與凈化氣流比,而且循環(huán)氣流和原料氣流都需預(yù)熱到100~300℃。預(yù)熱循環(huán)氣流是在換熱器48中優(yōu)選地通過過熱蒸汽熱交換而進(jìn)行的,預(yù)熱原料氣流是在換熱器50中完成的,該換熱器與管道1和燃燒器2的上游相連,利用過熱蒸汽進(jìn)行熱交換為優(yōu)選。另一方面圖4所示裝置的操作與圖2所示裝置操作類似。
在用于處理由胺氣組成的原料氣流的圖4所示的裝置操作的一個(gè)實(shí)施例中,所說的胺氣含有如下組合物采用90%體積的H2S,6%體積的H2O,3%體積的CO2和1%體積的碳?xì)浠衔?。在爐4內(nèi),為了達(dá)到大約98%的有效轉(zhuǎn)化率,循環(huán)氣流的體積流量約為流入燃燒器2的原料氣流體積流量的175%。對(duì)于每100摩爾的原料氣流,凈化氣流含有大約5摩爾CO2及大約1.5摩爾的H2S,這樣給出的硫化氫的轉(zhuǎn)化率約為98%。進(jìn)入燃燒器2的總H2S的25%被燃燒而生成二氧化硫和水蒸汽。
隨著高于98%的轉(zhuǎn)化率的增加,循環(huán)氣流與原料氣流的比例會(huì)迅速地增加,這樣就增加了循環(huán)氣流的預(yù)熱,也使增加爐4尺寸的要求增加。
圖4所示的裝置可以改變,包括硫化氫分離階段中間加熱器28和取出凈化氣流形成已提取了水的氣流的位置。此分離可利用適當(dāng)?shù)陌非逑礆饬鱽硗瓿伞A硪环N改變方法是從凈化氣流中分離硫化氫,而不是從被處理氣體混合物被分成凈化氣流和循環(huán)氣流的上游區(qū)域分離硫化氫。
附圖5所示的裝置與附圖2所示的裝置有許多相似之處。在圖2所示的裝置中有兩個(gè)爐子4和38。硫化氫在爐中燃燒時(shí)各有一個(gè)火焰區(qū)。圖5所示的裝置中沒有直接相當(dāng)于圖2所示的下游的爐子38。參照?qǐng)D5,含硫化氫的第一原料氣流一般含有至少60%體積的可燃物,一般還包括二氧化碳,該氣流通過管道1流進(jìn)燃燒爐52,并在以耐火襯爐54形式存在的第一反應(yīng)器的上游區(qū)域燃燒。第一原料氣流在燃燒器52入口的上游與含二氧化碳和硫化氫的第一循環(huán)氣流相混合,其中循環(huán)氣流的組成如下所述。用純氧氣流或富氧空氣流供給燃燒器52。硫化氫的供給流量與用于同它反應(yīng)的氧氣分子的供給流量之比等于“化學(xué)計(jì)量”的。因此,在燃燒器產(chǎn)生的上游火焰區(qū)(未示出)中,大約三分之一流進(jìn)的硫化氫被燃燒而生成二氧化硫和水蒸汽。一些生成的二氧化硫與剩余的硫化氫反應(yīng)生成硫蒸汽和水蒸汽。正如這里在圖1中所描述的,一般在火焰區(qū)上游中發(fā)生了許多其它化學(xué)反應(yīng)。部分生成氣流通過擋板60流進(jìn)爐54的下游區(qū)58。含硫化氫的第二原料氣流直接通過管道53流進(jìn)爐54的下游區(qū)58,因此由旁路繞過上游區(qū)56及那里的火焰區(qū)。第二原料氣流與含硫化氫和二氧化碳的第二循環(huán)氣流相混合,其中循環(huán)氣流組成如下所述。
在石油提煉中,硫化氫的來源主要有兩個(gè)胺氣和酸水汽提氣。后者含有很高比例的氨。在第二原料氣流中沒有任何酸水汽提氣。根據(jù)本發(fā)明,如果需要處理酸水汽提氣,酸性提氣在含有胺氣的混合物中一般用來形成第一原料氣流而第二原料氣流基本由胺氣組成。由于氨對(duì)用在該方法下游步驟中的所用的催化劑具有不利的作用,所以為了保證所有的氨全被燃燒掉,第一火焰區(qū)中的溫度應(yīng)維持足夠高,一般至少1200℃。
凈化氣流從爐54的上游區(qū)56中取出。此凈化氣流再經(jīng)過一系列步驟,這些步驟包括廢熱鍋爐42,硫冷凝器44和催化步驟系列32,所有這些都分別與圖2所示的裝置中對(duì)應(yīng)步驟相類似并已在上述圖2中描述過?;旌蠚饬麟x開系列32,然后流進(jìn)焚燒爐70,任何剩余的硫化氫都在該爐中燃燒。從焚燒爐70中流出的氣體通過出口71被排放到大氣中去。
爐54的下游火焰區(qū)流出的氣流從其下游區(qū)58流出進(jìn)入廢熱鍋爐8。從廢熱鍋爐8,氣體借助于風(fēng)扇30的操作分別流經(jīng)一系列步驟硫冷凝器10,加熱器12,第二反應(yīng)器14,水冷凝器16及加熱器28。這些步驟及其它們的操作與圖2所示裝置的對(duì)應(yīng)步驟是類似的。一般地沒有氣流從中間加熱器28和風(fēng)扇30被引入到取自爐54下游區(qū)56的凈化氣流中,相反地該氣體從風(fēng)扇30被循環(huán)至爐54,分別分成先前描述過的第一和第二循環(huán)氣流,雖然氣體循環(huán)到爐54可含相對(duì)高比例的非可燃物,通過將氣體以適當(dāng)比例優(yōu)選于燃燒器52而直接引入到下游區(qū)58,以使在爐54的上游區(qū)56中維持可接受的火焰溫度是可能的。
如果需要。以低于化學(xué)計(jì)量的硫化氫與用于反應(yīng)的氧氣分子的比例,又以凈化氣流中硫化氫與二氧化硫的摩爾比小于2∶1的條件下操作燃燒器52也是可能的。這種操作方法可提高爐54的上游區(qū)56中所得的火焰溫度。為了保證進(jìn)入催化步驟系列32的氣體混合物中具有適宜的硫化氫與二氧化硫的摩爾比,如2∶1,流出加熱器28的硫化氫氣流以適當(dāng)比例通過旁路管道64被引入到廢熱鍋爐42上游的凈化氣流中去。
一般地,凈化氣流為通過相同總?cè)萘康某R?guī)空氣為基礎(chǔ)的Claus裝置氣流的大約10~20%。另外,我們認(rèn)為將原料氣流流入的硫的重量的98%以上轉(zhuǎn)化為焚燒爐70上游可回收的硫是可能的。
權(quán)利要求
1.一種處理含硫化氫原料氣流的方法,包括步驟a)在第一反應(yīng)器中將原料氣流中的部分硫化氫轉(zhuǎn)變成二氧化硫,并將所生成的二氧化硫與剩余的硫化氫反應(yīng)而生成硫蒸汽和水蒸汽,以便生成含硫化氫,二氧化硫,水蒸汽和硫蒸汽的含硫氣體;b)從含硫氣流中提取硫蒸汽;c)在第二反應(yīng)器中將已提取硫蒸汽的氣流中的至少部分硫還原成硫化氫;d)提取還原氣流中的水蒸汽,以便生成含硫化氫的第二氣流;e)或者(i)將至少部分第二氣流返回到第一反應(yīng)器,并取部分中間步驟(b)和(c)的氣流或者另一部分第二氣流或者這兩種氣流作為凈化氣流或者(ii)在不將任何氣流返回第一反應(yīng)器的情況下以至少部分第二氣流作為凈化氣流,而且兩種情況都有(f)排放凈化氣流。
2.一種處理含硫化氫原料氣流的方法,包括步驟;a)在第一反應(yīng)器中將部分原料氣流中的硫化氫轉(zhuǎn)變成二氧化硫,并將所生成的二氧化硫與剩余的硫化氫反應(yīng)而生成硫蒸汽和水蒸汽,以便生成含硫化氫,二氧化硫,水蒸汽和硫蒸氣的含硫氣流;b)從含硫氣流中提取硫蒸汽;c)在第二反應(yīng)器中將至少部分已提取硫蒸汽的氣流中的硫還原成硫化氫;d)提取還原氣流中的水蒸汽,以便生成含硫化氫的第二氣流;e)將至少部分第二氣流返回到第一反應(yīng)器,并將第一反應(yīng)器中含硫化氫,二氧化硫,硫蒸汽和水蒸汽的氣流作為凈化氣流;f)排放凈化氣流。,
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法,其中所述的原料氣流中的部分硫化氫通過由氧氣或富氧空氣支持燃燒而轉(zhuǎn)變成二氧化硫,硫化氫與進(jìn)入到第一反應(yīng)器的有效氧氣之間的摩爾比為1.8~2.2∶1。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法,其中凈化氣流由所述中間步驟(b)和(c)取出,并使凈化氣流至少再進(jìn)行一步硫化氫與二氧化硫之間的催化反應(yīng),以便生成所述的進(jìn)一步的硫蒸汽。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法,其中所述的原料氣流中的部分硫化氫通過由氧氣或富氧空氣支持燃燒而轉(zhuǎn)變成二氧化硫,硫化氫與進(jìn)入到第一反應(yīng)器的有效氧氣之間的摩爾比大于2.2∶1,而且凈化氣流含有所述的另一部分第二氣流。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法,其中至少部分第二氣流流入所述至少一個(gè)進(jìn)一步反應(yīng)器,在該反應(yīng)器中,部分硫化氫被轉(zhuǎn)化成二氧化硫,所生成的二氧化硫與硫化氫反應(yīng)生成進(jìn)一步的硫蒸汽;氧氣或富氧空氣被用來支持第二氣流中所述部分硫化氫的燃燒,以便硫化氫轉(zhuǎn)變成二氧化硫;提取所述進(jìn)一步的硫蒸汽,并將含硫化氫和二氧化硫的剩余氣流進(jìn)行至少一步硫化氫和硫蒸汽之間的催化反應(yīng),從而生成更進(jìn)一步的硫蒸汽。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的方法,其中凈化氣流中的硫化氫與二氧化硫之間不發(fā)生進(jìn)一步的反應(yīng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法,其中返回到第一反應(yīng)器的一種或兩種原料氣流及部分第二氣流被預(yù)熱至100~500℃。
9.根據(jù)權(quán)利要求2的方法,其中凈化氣流從第一反應(yīng)器的中間區(qū)域取出,凈化氣流中硫化氫與二氧化硫的摩爾比小于第一反應(yīng)器下游端處的摩爾比。
10.根據(jù)權(quán)利要求2或9的方法,其中返回到第一反應(yīng)器的至少一些第二氣流由旁路繞過硫化氫燃燒的火焰區(qū)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法,其中凈化氣流從第一反應(yīng)器中火焰區(qū)的下游和第一反應(yīng)器的上游的區(qū)域取出,第二氣體混合物在此與從火焰區(qū)流出的氣體相混合。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11的方法,其中一些原料氣流旁路繞過火焰區(qū)。
13.根據(jù)權(quán)利要求2和9-12中任一方法,其中一些第二氣流被引入到凈化氣流中。
14.根據(jù)上述任一個(gè)權(quán)利要求的方法,其中在步驟(c)中,二氧化硫的還原是由氫氣在催化反應(yīng)中進(jìn)行的,至少有些氫氣是就地生成的。
15.根據(jù)上述任一個(gè)權(quán)利要求的方法,其中水是在步驟(d)中通過從還原氣流中冷凝出來而提取出來的。
16.處理原料氣流的設(shè)備或裝置,包括a)一第一反應(yīng)器,該反應(yīng)器用來將原料氣流中的部分硫化氫轉(zhuǎn)變成二氧化硫以及將生成的二氧化硫與剩余的硫化氫反應(yīng)生成硫蒸汽和水蒸汽,以便生成含硫化氫,二氧化硫,水蒸汽和硫蒸汽的含硫氣流,b)用于提取含硫氣流中硫蒸汽的裝置;c)一第二反應(yīng)器,該反應(yīng)器位于硫蒸汽提取裝置的下游,它用來將至少部分氣流中的二氧化硫還原成硫化氫;d)用于提取還原氣流中水蒸汽而形成含硫化氫的第二氣流的裝置;e)或者(ⅰ)用于將至少第二氣流返回到第一反應(yīng)器的裝置,該裝置還用于將中間硫提取裝置和第二反應(yīng)器部分氣流或者另一部分第二氣流或者這兩種氣流作為凈化氣流,和/或?qū)⒌谝环磻?yīng)器中含硫化氫,二氧化硫,硫蒸汽和水蒸汽的氣流作為凈化氣流;或者(ⅱ)用于在不將任何氣流返回第一反應(yīng)器的情況下以至少部分第二氣流作為凈化氣流的裝置,而且這兩種情況都有;f)排放凈化氣流的裝置。
全文摘要
原料氣流中的部分硫化氫被燃燒器2燃燒而傳入爐4,由氧氣或富氧空氣支持燃燒,生成二氧化硫在爐5與剩余硫化氫反應(yīng)生成硫蒸汽。硫在冷凝器10中冷凝。至少部分不含硫氣體混合物通過反應(yīng)器14,其中的二氧化硫在反應(yīng)器中還原成硫化氫。在冷凝器16中從生成的氣流中除去水蒸汽,基本不含水蒸汽的氣流至少部分循環(huán)至爐4,凈化氣流立即從硫冷凝器10的上游取出,或從中間水冷凝器16和爐4取出,或從爐4取出。若需要,將凈化氣流進(jìn)一步處理除去含硫氣體。
文檔編號(hào)B01D53/34GK1086459SQ9310569
公開日1994年5月11日 申請(qǐng)日期1993年4月6日 優(yōu)先權(quán)日1992年4月6日
發(fā)明者R·W·沃特森 申請(qǐng)人:英國(guó)氧氣集團(tuán)有限公司