專利名稱：：氣體分離的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及的是分離氣體混合物的方法和裝置。具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及的是利用分餾作用處理含有硫化氫、二氧化硫以及二氧化碳的原料氣體流的方法和裝置。含有硫化氫和二氧化碳的所謂酸性氣體流為廢氣流，例如是煉油廠產(chǎn)生的廢氣流。要求在把酸性氣體流排放到大氣中以前對(duì)其進(jìn)行處理，以便把它所含的硫化氫基本全部除去。通常，用克勞斯(Claus)法除去硫化氫，在該方法中，燃燒部分硫化氫，生成二氧化硫和水蒸汽，生成的二氧化硫與剩余的硫化氫反應(yīng)生成含有硫化氫，二氧化硫，二氧化碳，水蒸汽和硫蒸汽的氣體混合物，用冷凝法提取氣體混合物中的硫蒸汽，再把不含有硫蒸汽的氣體混合物進(jìn)行幾級(jí)催化反應(yīng)，進(jìn)一步在二氧化硫和硫化氫之間進(jìn)行反應(yīng)，從而再次生成硫蒸汽。在各催化反應(yīng)級(jí)下游再除去氣體混合物中的其余硫蒸汽，這樣生成的尾氣中通常含有占酸性氣體總量為2-6％的原硫。進(jìn)一步處理尾氣后則可基本除去所有的剩余硫化合物。已經(jīng)提出過(guò)各種建議來(lái)改進(jìn)克勞斯法。例如可以在過(guò)程的初始級(jí)中用氧或富氧空氣幫助硫化氫燃燒。這種采用氧或富氧空氣的方法的優(yōu)點(diǎn)在于提高了在給定容量裝置中處理酸性氣體的速率。在EP-A-0565316所述的方法中，最初提取硫蒸汽以后，并不是把至少部分生成的不含硫蒸汽的氣體混合物送到催化級(jí)中進(jìn)一步在硫化氫和二氧化硫之間進(jìn)行反應(yīng)，而是把這些氣體混合物送到催化反應(yīng)器中，所有二氧化硫在該反應(yīng)器中還原生成硫化氫。然后從生成的氣體混合物中除去水蒸汽。至少一部分氣體混合物再循環(huán)到起燃爐中。EP-A-0565316中公開(kāi)了許多這類方法的不同例子。其中在一個(gè)例子中，不是把所有無(wú)硫蒸汽的氣體混合物送到催化反應(yīng)器中，而是把其一部分送到至少另一個(gè)讓硫化氫和二氧化硫進(jìn)行反應(yīng)的反應(yīng)級(jí)中。這樣就生成另外的硫蒸汽，然后在另一個(gè)冷凝器中提取這些硫蒸汽。離開(kāi)該冷凝器的氣體混合物生成純凈氣體。在EP-A-0565316的另一例子中，把所有無(wú)硫蒸汽的氣體混合物送到把二氧化硫還原成硫化氫的催化反應(yīng)器中。再把從該反應(yīng)器中得到的氣體流重新循環(huán)到起燃爐中，然后送到使硫化氫和二氧化硫進(jìn)行再反應(yīng)的反應(yīng)級(jí)中，生成硫蒸汽和純凈氣體。在另一個(gè)例子中，通過(guò)從起燃爐上游區(qū)域提取氣體混合物，再把它送到至少另一個(gè)使硫化氫和二氧化硫進(jìn)行再反應(yīng)的反應(yīng)級(jí)中以生成硫蒸汽，然后再將其送到至少一個(gè)用于提取這些硫蒸汽的提取級(jí)中即可得到純凈氣體。在最后一個(gè)例子中，通過(guò)把一部份氣流從再循環(huán)氣體中轉(zhuǎn)移開(kāi)，并把這部份氣流直接送到焚化爐中即可得到純凈氣流。EP-A-9065316還描述了一種方法，在提取水蒸汽以后，可以進(jìn)一步處理再循環(huán)或純凈氣體，以便把它的硫化氫與其他混合物分開(kāi)，該文表明，用氨可以洗滌氣體流，以便進(jìn)行這種分離。氨可以把硫化氫和二氧化碳分離開(kāi)。這表明如果原料氣流中總的不燃?xì)怏w的比例較高，或者在某些情況下若需要省去在硫化氫和二氧化硫之間進(jìn)行反應(yīng)的其他反應(yīng)級(jí)，則認(rèn)為這種處理是最有價(jià)值的。EP-A-0500320描述的方法與EP-A-0565316中所述的那些方法基本類似，但該方法不是還原無(wú)硫蒸汽的氣體混合物中的全部二氧化硫，而是把該氣體混合物的所有硫化物氧化成二氧化硫。因此就生成了含有二氧化硫和二氧化碳的再循環(huán)氣體混合物。EP-A-0500320和EP-O-565316的方法的優(yōu)點(diǎn)在于提高了起燃爐中硫化氫向硫蒸汽轉(zhuǎn)化的效率，大大減少了硫化氫和二氧化硫之間的催化反應(yīng)的需求。不過(guò)，上述方法所生成的純凈氣流并不能認(rèn)為基本上沒(méi)有硫化合物，如果要求嚴(yán)格遵守環(huán)境污染的有關(guān)規(guī)定，就需要在尾氣凈化設(shè)備中對(duì)該氣流作進(jìn)一步的處理，以除去硫化合物。EP-A-0212297所述的克勞斯法是在高壓下使水蒸汽冷凝，并在克勞斯?fàn)t下游用硫蒸汽提取水蒸汽。把生成的大量氣體流再循環(huán)到克勞斯?fàn)t中。剩余氣體流通過(guò)包括焚化爐和分餾器的尾氣凈化設(shè)備。從分餾器中出來(lái)的二氧化硫再循環(huán)到克勞斯?fàn)t中。本發(fā)明的目的在于提供一種能把含有硫化氫、二氧化硫和二氧化碳的氣體混合物分離成基本不含硫化合物的純凈氣流和富集硫化氫或二氧化硫的氣流的方法和裝置。根據(jù)本發(fā)明，提供了一種處理含有硫化氫和二氧化碳的原料氣流的方法，該方法包括如下步驟(i)把原料氣體流中的部分硫化氫氧化成二氧化硫，使生成的二氧化硫與硫化氫反應(yīng)，生成硫蒸汽和水蒸汽；(ii)從反應(yīng)的原料氣流中提取所生成的硫蒸汽而不提取水蒸汽，以致形成含有硫化氫，二氧化硫，二氧化碳和水蒸汽的中間氣流；(iii)通過(guò)把中間氣流的所有二氧化硫轉(zhuǎn)化成硫化氫，或把中間氣流的所有硫化氫轉(zhuǎn)化成二氧化硫，生成一種含有二氧化碳及僅一種選自硫化氫和二氧化硫的硫化合物的轉(zhuǎn)化氣流；(iv)干燥和壓縮轉(zhuǎn)化氣流；(v)對(duì)至少一部份干燥和壓縮過(guò)的轉(zhuǎn)化氣流進(jìn)行分餾，從而生成基本上沒(méi)有所選擇的硫化合物的第一餾份和富集所選擇的硫化合物的第二餾份；(vi)從過(guò)程中排出第一餾份氣流。本發(fā)明還提供了用于對(duì)含有硫化氫和二氧化碳的原料氣流進(jìn)行處理的裝置，該裝置包括(a)一個(gè)爐子，該爐用于使原料氣流中的部分硫化氫氧化成二氧化硫和水蒸汽，并讓生成的二氧化硫與剩余的硫化氫進(jìn)行反應(yīng)，從而生成硫蒸汽和水蒸汽；(b)一個(gè)硫冷凝器，該冷凝器用于從反應(yīng)的氣流中提取所生成的硫蒸汽，但不同時(shí)提取水蒸汽，從而生成含有硫化氫，二氧化硫，二氧化碳和水蒸汽的中間氣流；(c)一個(gè)反應(yīng)器，該反應(yīng)器用以通過(guò)把中間氣流的所有二氧化硫轉(zhuǎn)化成硫化氧，或把中間氣流中的所有硫化氫轉(zhuǎn)化成二氧化硫，生成含有二氧化碳和選自硫化氫和二氧化硫中的一種硫化合物的轉(zhuǎn)化氣體流；(d)干燥轉(zhuǎn)化氣流的設(shè)備和壓縮轉(zhuǎn)化氣流的設(shè)備；(e)至少一臺(tái)分餾塔，該分餾塔用以分餾至少一部份經(jīng)干燥壓縮的轉(zhuǎn)化氣流，從而生成基本沒(méi)有所選硫化合物的第一餾份和富集所選硫化合物的第二餾份；(f)一個(gè)分餾塔出口，該出口用以將第一餾份氣流排出裝置。這兒所用的術(shù)語(yǔ)“基本沒(méi)有所選的硫化合物”指的是第一餾份含有按體積計(jì)少于1％的所選硫化合物。第一餾份含有少于1‰體積百分比的所選硫化合物更好，而含有少于0.1‰體積百分比的所選硫化物最好。所以就能把第一餾份氣流排到大氣中，也可將其燒掉。如果上述硫化合物是硫化氫，最好在排放前將該第一餾份氣流焚化掉。最好把所有經(jīng)干燥壓縮的轉(zhuǎn)化氣流送入分餾塔中，將第二餾份氣流再循環(huán)到所述步驟(i)。(再循環(huán)氣流可以預(yù)先與原料氣流進(jìn)行混合和/或單獨(dú)將該再循環(huán)氣流引入爐中?？梢詥为?dú)引入燃燒區(qū)或下游的熱反應(yīng)區(qū)，也可送入二者中)。另外，只將一部份經(jīng)干燥壓縮的轉(zhuǎn)化氣體流送入分餾塔中，而將其剩余部份再循環(huán)到所述步驟(i)。雖然再循環(huán)會(huì)使進(jìn)入爐內(nèi)的原料氣流中的硫化氫轉(zhuǎn)化率較高，即步驟(ii)中萃取硫的速率相對(duì)于步驟(i)中硫化氫進(jìn)入燃料氣體流內(nèi)(而不是再循環(huán)氣流內(nèi))的速率之間的比值較大，所有進(jìn)入步驟(i)的硫化合物的轉(zhuǎn)化率仍保持在常規(guī)值上，例如約70％。如果想要免去再循環(huán)到步驟(i)的程序，最好把經(jīng)干燥壓縮的轉(zhuǎn)化氣體流送到克勞斯分離設(shè)備中，或者如果所選化合物是二氧化硫，則可以把氣流送到接觸步驟生成硫酸?？梢园芽諝猓谎蹩諝饣蚣冄跤米鞑襟E(i)中的氧化劑。最好將氧化劑中的各成分(除了氧以外)比例保持最小值，因此氧化劑中至少按體積計(jì)含有90％的氧則最佳。最好在至少一個(gè)爐中完成步驟(i)的反應(yīng)。如果需要，在該爐的下游與該爐分開(kāi)的一個(gè)反應(yīng)器中，可以讓二氧化硫與硫化氫進(jìn)行部分催化反應(yīng)。在這類實(shí)施例中，在硫化氫與二氧化硫之間進(jìn)行催化反應(yīng)之前或之后提取硫。本發(fā)明方法和裝置的好處在于在硫化氫和二氧化硫之間沒(méi)有任何催化反應(yīng)的情況下，一般來(lái)講都能實(shí)施。但如果要求將再循環(huán)的速率降低到步驟(i)的速率，例如若原料氣中的可燃物濃度較低，再循環(huán)氣體含有二氧化硫的話，為了保持合適的燃燒溫度，最好能有催化反應(yīng)。如果氧化劑為富氧，例如該氧化劑至少含有體積百分比為90％的氧，或是如果燃料氣體的可燃物比例較高，例如占體積百分比為70％或更高，特別是如果上述兩種條件均具備的話，可以要求在兩個(gè)單獨(dú)的爐中進(jìn)行步驟(i)的氧化，這兩個(gè)爐最好串接，如果需要的話，兩爐之間可以設(shè)一個(gè)硫冷凝器，以便把熱負(fù)載分布在兩個(gè)爐上，并防止在爐壁上出現(xiàn)局部過(guò)熱。此外，如果原料氣流的可燃物較少，或者如果氧化劑的氧氣較少，例如，如果氧化劑是貧氧空氣，特別是如果以上兩種條件均具備的話，就希望對(duì)流入步驟(i)的一種或多種流體預(yù)熱，以確保步驟(i)中能進(jìn)行燃燒，即使原料氣流中有氨，也可保證步驟(i)中具有足夠的溫度把氨完全除去。如果原料氣流中沒(méi)有氨，則可使部分原料氣流繞過(guò)爐的火焰區(qū)。如果選擇的硫化合物是硫化氫，則中間氣流中的硫化氫相對(duì)于二氧化硫的摩爾比最好是超化學(xué)計(jì)量的，即高于2∶1的化學(xué)計(jì)量比。超化學(xué)計(jì)量摩爾比的起因在于二氧化硫向硫的轉(zhuǎn)化率高于用化學(xué)計(jì)量比得到的結(jié)果，并起因于硫化氧向步驟(i)的再循環(huán)。超化學(xué)計(jì)量摩爾比使步驟(iii)中的還原量降低。通常上述摩爾比范圍是2.5∶1到4∶1。此外，如果選擇的硫化合物是二氧化硫，則中間氣流中的硫化氫相對(duì)于二氧化硫的摩爾比最好是超化學(xué)計(jì)量的，即低于2∶1。超化學(xué)計(jì)量摩爾比是硫化氫向二氧化硫的轉(zhuǎn)化率高于用化學(xué)計(jì)量比得到的結(jié)果，它起因于二氧化硫向步驟(i)的再循環(huán)。超化學(xué)計(jì)量摩爾比使步驟(iii)中的氧化量減少，但增加了送入步驟(i)中進(jìn)行燃燒的硫化氫量。盡管步驟(iii)和步驟(i)中對(duì)硫化氫的氧化總量基本保持恒定，但仍可自由選擇步驟(iii)和步驟(i)中硫化氫的相對(duì)氧化量。如果所選的硫化合物是二氧化硫，則原料氣流中的硫化氫相對(duì)于進(jìn)入步驟(i)中的克分子氧的摩爾比最好為2.5∶1-4∶1。如果所選的硫化合物是硫化氫，通過(guò)用氫作為還原劑的催化還原法可以比較理想地對(duì)本發(fā)明方法步驟(iii)中的二氧化硫進(jìn)行還原。如果步驟(i)中的氧化劑為富氧氣體，則產(chǎn)生的火焰的中心溫度很高，在該溫度下硫化氫熱分解成氫和硫。由于氫和硫的再聯(lián)合反應(yīng)(reassociationreaction)并不完全，包括硫化氫，二氧化硫和二氧化碳的氣流通常也含有一些氫。在某些例子中，這些氫足以滿足步驟(iii)中還原二氧化硫所需的絕大多數(shù)或全部氫的需求。同樣通過(guò)對(duì)二氧化碳進(jìn)行熱分解也能在爐中生成一氧化碳。這種一氧化碳會(huì)導(dǎo)致在步驟(iii)期間生成氫，這將在下面作描述，而且一氧化碳可以作為步驟(iii)中還原二氧化硫的氫源。如果所選的硫化合物是硫化氫，含有硫化氫，二氧化硫和二氧化碳的氣流最好在至少250℃的溫度下進(jìn)入本發(fā)明方法的步驟(iii)中。該溫度范圍為275-350℃更佳。適于還原二氧化硫的催化劑是本領(lǐng)域中公知的。例如催化劑可以是鈷-鉬催化劑。這類催化劑還使一氧化碳和水蒸汽之間進(jìn)行水氣轉(zhuǎn)化反應(yīng)。所以氣流中的水蒸汽和所有一氧化碳都可以進(jìn)行反應(yīng)，進(jìn)一步生成氫和二氧化碳。如果所選的硫化合物是二氧化硫，最好以至少部分催化的方法，使氣流中的硫化氫氧化成二氧化硫。最好在催化氧化反應(yīng)之前先把含有硫化氫，二氧化硫和二氧化碳的氣流預(yù)熱到至少200℃的溫度。氧化劑可以是含有克分子氧，(例如純氧，富氧空氣或空氣)的氣體。如果步驟(iii)中所用的氧化劑不是純氧而是空氣(貧氧)，則進(jìn)行步驟(i)的爐的容量也不受影響，這是因?yàn)樵诜逐s塔中進(jìn)行第一次分餾時(shí)已經(jīng)把氮和二氧化碳分離開(kāi)，因而氮和二氧化碳也就不進(jìn)入爐中。一氧化碳也可以氧化成二氧化碳。通常，用分餾方法分離二氧化硫和二氧化碳的混合物要比分離硫化氫和二氧化碳的混合物容易，為了獲得規(guī)定的分離程度，需要較少的理論塔盤(pán)。因此，一般最好把二氧化硫作為所選的硫化合物。由于選擇了二氧化硫，就可以生成第一餾分的排氣氣流，該排氣氣流中所含的二氧化硫的體積百分比在萬(wàn)分之一的以下。在分餾塔的上游有一個(gè)最好是由防腐(酸)材料制成的設(shè)備，該設(shè)備或是控制含有二氧化硫和水蒸汽的氣體混合物，或是讓含有二氧化硫的氣體混合物與液體水流接觸。干燥轉(zhuǎn)化氣流最好有把氣流中的水蒸汽進(jìn)行吸附的步驟。在吸附步驟之前最好還有冷卻轉(zhuǎn)化氣流的步驟，使水蒸汽冷凝，并除去冷凝液。在后面較佳的步驟中，轉(zhuǎn)化氣體流按順序通過(guò)一個(gè)蒸汽蒸發(fā)換熱器，一個(gè)過(guò)熱降溫器，直接接觸器，水冷凝器和一個(gè)含有吸附劑的吸附床，該吸附床可有選擇地吸附轉(zhuǎn)化氣流中的水蒸汽。特別是如果所選的硫化合物是二氧化硫時(shí)，最好在對(duì)轉(zhuǎn)化氣流進(jìn)行壓縮之前對(duì)它進(jìn)行干燥。步驟(i)的氧化最好在絕對(duì)壓力為1.2-2巴的壓力下進(jìn)行，使它容易通過(guò)本發(fā)明的裝置。分餾最好在絕對(duì)壓力高于5.3巴，即高于二氧化碳三相點(diǎn)的壓力的單級(jí)塔中進(jìn)行。選擇壓力是為了防止形成固體二氧化碳，并防止固體二氧化碳堆積。單級(jí)塔的工作壓力越高，塔頂?shù)睦淠郎囟仍礁?，塔底的再沸騰溫度也越高。在分離二氧化碳和硫化氫的例子中，這些溫度通常均比室溫低，因此如果需要去掉與塔頂相連的冷凝器的冷卻，就必需讓單級(jí)塔在較高的壓力下運(yùn)行。但是，單級(jí)塔可以運(yùn)行的最大壓力受到與壓縮機(jī)容量相關(guān)的一些條件限制。根據(jù)本發(fā)明的方法，由于單級(jí)塔的流量比原料氣的流量低，如果單級(jí)塔的工作壓力特別高，難度就在于找到一臺(tái)容量足夠低的壓縮機(jī)。但是，如果單級(jí)塔的工作壓力不超過(guò)20巴(絕對(duì)壓力)，這種困難通常不會(huì)出現(xiàn)。最好使要分餾的原料氣體與第一餾份氣流間接進(jìn)行熱交換而被預(yù)冷，如果所選的硫化合物是硫化氫，則也可通過(guò)與第二餾份氣流進(jìn)行間接熱交換把待分餾的原料氣體預(yù)冷。送入單級(jí)塔的原料氣體最好在其中間位置進(jìn)入該塔。根據(jù)各冷凝溫度和再沸騰溫度，可以選擇流體來(lái)冷卻與單級(jí)塔塔頂相連的冷凝器和加熱與級(jí)塔塔底相連的再沸騰器。如果所選的硫化合物是硫化氫，可以用丙烷來(lái)加熱再沸騰器，用乙烷來(lái)冷卻冷凝器。如果需要，通過(guò)利用取自低溫空分設(shè)備并返回到該設(shè)備中的冷卻流體，也可通過(guò)與取自空分設(shè)備并返回該設(shè)備中的流體進(jìn)行間接熱交換而對(duì)所選冷卻流體預(yù)冷，就可容易地獲得必要的低冷凝溫度。如果需要，可以用若干分餾塔而不是單個(gè)分餾塔進(jìn)行分餾。如果需要，通過(guò)對(duì)具有對(duì)外作功能力(例如發(fā)電)的透平膨脹機(jī)內(nèi)的氣流進(jìn)行膨脹，可以從第一餾份的氣流中回收能量。第一餾份的氣流最好在膨脹機(jī)的上游處預(yù)熱到200℃以上。本發(fā)明方法和裝置提供了已知的克勞斯法不具有的許多本質(zhì)優(yōu)點(diǎn)。特別是既不需要克勞斯反應(yīng)的催化級(jí)，也不需要尾氣凈化設(shè)備，即使在出口氣流的硫迫切需要它的情況下也是如此。此外，在本發(fā)明的一些優(yōu)選實(shí)施例中，可以有效地將硫化氫幾乎百分之百地轉(zhuǎn)化成硫(即原料氣中的硫原子與離開(kāi)步驟(i)后的硫產(chǎn)品中的硫原子之比)，該轉(zhuǎn)化溫度可以通過(guò)把第二餾份再循環(huán)到步驟(i)實(shí)現(xiàn)。此外，只需要風(fēng)機(jī)或風(fēng)扇把第二餾份的氣流送到本發(fā)明方法的步驟(i)中。下面參照附圖實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的方法和裝置進(jìn)行描述，該附圖是硫回收設(shè)備的流程圖。附圖并不成比例。現(xiàn)在參照附圖，把含有原料氣體流的硫化氫由管線2送到燃燒室4，原料氣體流主要含有至少40％體積百分比的易燃物(其至少70％(體積百分比)由硫化氫組成)，其他主要還有碳?xì)浠衔?，氨，二氧化碳和水蒸汽，通常通過(guò)爐6的一個(gè)端壁8或通過(guò)一個(gè)側(cè)壁，在靠近端壁8的某一部位，燃燒器以與爐軸垂直的方向?qū)δ蜔嵋r里爐(6)式的熱反應(yīng)器中進(jìn)行點(diǎn)火。還通過(guò)管線10向燃燒器4單獨(dú)提供氧氣流(已從空氣中分離出的)或富氧空氣。氧氣流通常含有至少90％體積百分比的氧，例如可以利用變壓吸附或低溫分餾法從空氣中將其分離出來(lái)。在爐6中進(jìn)行一系列化學(xué)反應(yīng)。首先，進(jìn)行若干與原料氣體的化合物有關(guān)的不同的燃燒反應(yīng)。如果原料氣體含有一種或多種碳?xì)浠衔?，這些組份就與氧反應(yīng)生成二氧化碳和水蒸汽。如果有氨，只要在爐6中產(chǎn)生合適的溫度(最好在1300℃以上)，氨就被氧化成氮和水蒸汽。重要的是，由于任意剩余氨都會(huì)參與不希望的邊側(cè)反應(yīng)，這種反應(yīng)所生成的物質(zhì)使固體沉積在催化反應(yīng)器下游的催化劑上，由此降低了效率，增加了氣流通過(guò)所述設(shè)備時(shí)所承受的壓降，所以就要確保基本全部消除掉氨。主要燃燒反應(yīng)是硫化氫在火焰區(qū)(未示出)的燃燒，以生成水蒸汽和二氧化硫。供應(yīng)到爐6中的氧和易燃物的相對(duì)速率應(yīng)能保證全部消除氨和氫氧化碳(如果有的話)，使原料氣體中的所選比例的硫化氫燃燒。爐6火焰區(qū)中的其它一些重要反應(yīng)是把部分硫化氫熱分解成氫和硫蒸汽，而且還把二氧化碳(主要在供應(yīng)的原料氣中)部分熱分解成一氧化碳和氧，各分解程度與溫度有關(guān)。此外，通過(guò)硫和原料氣體中的所有碳?xì)浠衔镏g的反應(yīng)，生成少量二硫化碳，而且通過(guò)一氧化碳和硫之間的反應(yīng)還生成少量的硫氧化碳(硫化羰)。另外，通過(guò)水氣反應(yīng)可以使一氧化碳與水蒸汽反應(yīng)，生成二氧化碳和氫。爐6中生成的二氧化硫用克勞斯反應(yīng)法與剩余硫化氫反應(yīng)以生成水蒸汽和硫蒸汽。通常所生成的二氧化硫的60-70％與爐6中的硫化氫進(jìn)行反應(yīng)。一般用高的燃燒溫度(例如1300-1650℃)才有利于硫化氫和二氧化硫之間的反應(yīng)，而且也有利于硫化氫的熱分解。運(yùn)行時(shí)要注意控制燃燒器4和爐6，以免損壞爐內(nèi)襯。要選擇燃燒器4相對(duì)于爐6的入口角度和位置以及火焰形狀，以防止這種損壞。硫化氫的熱分解有冷卻效應(yīng)，所以在選擇燃燒器4的入口位置和角度時(shí)需要考慮到這一點(diǎn)。由于爐6中的反應(yīng)，主要含有硫化氫，二氧化硫，水蒸汽，硫蒸汽，氫，二氧化碳，一氧化碳，氬和氮，和微量的硫氧化碳和二硫化碳的氣體流從出口12離開(kāi)爐6，離開(kāi)爐時(shí)溫度通常為1300-1650℃。在這種溫度下，氣體流的某些組份仍相互反應(yīng)，從而難以精確地說(shuō)明氣體混合物在此處的成份。氣流從出口12直接進(jìn)入廢熱沸騰器14或其他形式的熱交換器，氣流在該沸騰器中冷到250-400℃的溫度。氣流通過(guò)廢熱沸騰器14時(shí)，可能有部分氫在重與硫結(jié)合生成硫化氫。冷卻氣流(這里稱為中間氣流)從廢熱沸騰器14到硫冷凝器16，在冷凝器中該氣流進(jìn)一步冷卻，硫蒸汽被冷凝后從出口18排出。生成的液態(tài)硫通常放入硫密封槽(未示出)中。被冷卻的氣流離開(kāi)冷凝器16時(shí)的溫度一般在140℃左右。在冷凝器16的下游，例如在再加熱器20中經(jīng)與過(guò)熱氣流進(jìn)行間接熱交換把該氣流加熱到約300℃的溫度。然后加熱過(guò)的氣流流入催化反應(yīng)器22中，在本發(fā)明方法的一個(gè)實(shí)施例中，該反應(yīng)器裝有例如為鈷和鉬的催化劑，催化劑通過(guò)氫把二氧化硫還原成硫化氫和所有剩余微量硫蒸汽。通過(guò)反應(yīng)器22中的催化劑使所有一氧化碳與水蒸汽進(jìn)行反應(yīng)，以形成氫和二氧化碳。氣體混合物本身至少需要一些氫用來(lái)在反應(yīng)器22中進(jìn)行還原反應(yīng)。但是如果有過(guò)量的二氧化硫，就通過(guò)管線24從外部源中(未示出)把氫按照一定的速率引入催化反應(yīng)器22中，該速率足以把所有的硫和二氧化硫全部還原成硫化氫。氫可以就地生產(chǎn)，例如最好用純氧或富氧空氣作為氧化劑使碳?xì)浠衔锊糠盅趸瘉?lái)生產(chǎn)氫。如果中間氣流中有硫化羰和二硫化碳。則可以根據(jù)下述方程將它們?cè)诖呋磻?yīng)器22中進(jìn)行水解現(xiàn)在的還原氣流(主要包括硫化氫，水蒸汽，二氧化碳，氮和氬)離開(kāi)催化反應(yīng)器22后進(jìn)入氣化蒸發(fā)換熱器26中，氣流在該換熱器中通過(guò)與水和/或氣流進(jìn)行間接熱交換后被冷卻到100-200℃的溫度范圍。再把冷卻過(guò)的氣流送入過(guò)熱降溫器，即直接接觸水冷凝器28。在該冷凝器28中，氣流上行與向下的水流接觸。這樣氣流被冷卻，大部分水蒸汽被冷凝，冷凝液進(jìn)入向下的液流中。冷凝器28最好充填有不規(guī)則或一定結(jié)構(gòu)的填料(未示出)，從而便于下行液體和上行蒸汽之間的大量換熱。所得的含有少量水蒸汽的氣流通過(guò)吸附設(shè)備30，該吸附設(shè)備包括若干吸附床，利用變壓或變溫吸附，吸附床從氣流中分離出剩余水蒸氣。這種布局在于當(dāng)一個(gè)或多個(gè)吸附床從氣流中吸附水蒸汽時(shí)，對(duì)其余床進(jìn)行再生。所以可以連續(xù)干燥氣流。這類變壓吸附和變溫吸附干燥器是本領(lǐng)域中的公知裝置，通常它們可用活性鋁或硅膠作為吸附劑。為了除去冷凝器16中的硫蒸汽和冷凝器28及吸附設(shè)備30中的水蒸汽，從吸附設(shè)備30中出來(lái)的氣流的流速應(yīng)遠(yuǎn)小于通過(guò)入口流進(jìn)的原料氣體的流速。氣流流出吸附設(shè)備30，該設(shè)備中的絕對(duì)壓力上升到5.3巴以上。壓縮機(jī)32把該吸附設(shè)備與一個(gè)用于除去壓縮熱的后冷卻器34相連。壓縮氣體流經(jīng)后冷卻器34流過(guò)一個(gè)主換熱器36，壓縮氣體在該換熱器中被冷卻到適于用分餾能對(duì)它進(jìn)行分離的溫度。然后冷卻氣流從塔中部的入口40流入分餾塔38中，塔中設(shè)有液體—蒸汽接觸件，接觸件通常為處于入口40下部和上部的填充結(jié)構(gòu)。分餾塔38具有一個(gè)與分餾塔38的頂部相連的冷凝器42和一個(gè)與塔底相連的再沸器44。分餾塔38的運(yùn)行應(yīng)使它能獲得第一或頂部餾份，該餾份包括二氧化碳，氮和基本上沒(méi)有硫化氫的氬，并獲得第二或底部餾份，該餾份通常包括至少50％體積百分比的硫化氧，其余的基本上是二氧化碳。選擇分餾塔38的工作壓力，保證該壓力大于二氧化碳的三相點(diǎn)壓力(5.3巴)，并保證冷凝器42中的冷凝溫度比第一餾份中的二氧化碳的固相點(diǎn)溫度高幾度。例如，冷凝溫度通?？梢詾?50℃的量級(jí)，它取決于第一餾份的成份和分餾塔38的工作壓力。一部份第一餾份作為蒸汽從塔38的頂部流入冷凝器42。這部份餾份經(jīng)與蒸發(fā)液體，例如與液態(tài)乙烯間接換熱后受到冷凝。蒸發(fā)的液態(tài)乙烯所具有的壓力應(yīng)使其沸點(diǎn)溫度比二氧化碳的三相點(diǎn)溫度至少高2℃，而其沸點(diǎn)溫度至少比冷凝器42中的第一餾份的冷凝溫度低2℃。汽化乙烯流入第二冷凝器46中，通過(guò)間接換熱被冷凝。所生成的液體返回冷凝器42，這樣乙烯就在一個(gè)閉合回路中流動(dòng)。由來(lái)自空分設(shè)備(未示出)的液氮或液氧的蒸發(fā)氣流的冷量供給第二冷凝器46。再把汽化的氧或氮返回到空分設(shè)備(未示)。經(jīng)冷凝的第一餾份作為回流返回到分餾塔38的頂部區(qū)域。一部份沒(méi)有進(jìn)入冷凝器42的第一餾份旁路后以與流入分餾塔38的氣流相反的方向流過(guò)主換熱器36。所以這至少有利于對(duì)進(jìn)入分餾塔38的供應(yīng)氣體進(jìn)行部分預(yù)冷，并把該部份旁路氣流本身加熱到接近室溫。第二餾份從分餾塔38的底部流入再沸騰器44，在該再沸騰器中，經(jīng)與換熱流體，例如n-丙烷的冷凝氣流間接換熱后，該餾份被再沸騰。通常再沸騰溫度約為-18℃左右，該溫度取決于第二餾份的成份和分餾塔38的工作壓力。再沸騰器44與第二沸騰器48相連，在該第二沸騰器中，液態(tài)丙烷通過(guò)與例如環(huán)境空氣或氣流間接換熱后又被汽化。然后所生成的蒸汽流回再沸騰器44。一部份再沸騰的第二餾份返回分餾塔38，形成在分餾塔中向上流動(dòng)的蒸汽。沒(méi)有返回到分餾塔38中的那部份再沸騰的第二餾份在以與流入分餾塔38的供應(yīng)氣流相反的方向流過(guò)至少部分主換熱器36以后被加熱到室溫。被加熱的第二餾份氣流再經(jīng)膨脹裝置50返回到爐4中，如圖所示，上述膨脹裝置是一個(gè)膨脹閥。萬(wàn)一膨脹裝置50是一個(gè)膨脹透平，則最好例如通過(guò)與主換熱器36熱端和膨脹設(shè)備50之間的換熱器(未示出)內(nèi)的過(guò)熱氣流進(jìn)行間接熱交換后，把該第二餾份加熱到環(huán)境溫度以上。通過(guò)把第二餾份氣流返回到爐4中，硫化氫向爐的總的傳送速率顯著增加。第二餾份的返回氣流可以與管線2中進(jìn)入的硫化氫預(yù)混，也可以將其引入到爐4的燃燒區(qū)(未示出)，或?qū)⑵湟霠t4燃燒區(qū)下游區(qū)的某個(gè)區(qū)域。此外，可以組合使用其中的兩種方法或多種方法。選擇進(jìn)入爐4的硫化氫，別的易燃物和氧的相對(duì)流速，從而保證在爐壁上不產(chǎn)生過(guò)高溫度(約1650℃以上)的情況下消除所有的氨和碳?xì)浠衔?，上述過(guò)高溫度有可能損壞作為爐內(nèi)襯的耐火材料。由于下游沒(méi)有克勞斯催化反應(yīng)級(jí)，按傳統(tǒng)方法要求調(diào)節(jié)流速使進(jìn)入冷凝器16的氣體混合物中的硫化氫相對(duì)于二氧化硫的摩爾比大體為2∶1的化學(xué)計(jì)量比的要求已不再需要遵守。實(shí)際上，通常更愿意選擇進(jìn)入爐4中的各個(gè)氣流的流速，使進(jìn)入冷凝器16的氣體混合物內(nèi)的硫化氫相對(duì)于二氧化硫的摩爾比大于2∶1的化學(xué)計(jì)量摩爾比。結(jié)果，即使進(jìn)入爐4的原料氣體中的不燃物的比例少于30％(體積百分比)，送入爐4的氧即使很純，也很難避免爐4中出現(xiàn)過(guò)高溫度，除非把爐4分成兩個(gè)分離級(jí)，每級(jí)本身均能輸入包括硫化氫的氣體和氧，同時(shí)有一個(gè)余熱沸騰器(未示出)，如果需要，在兩級(jí)之間還可設(shè)硫冷凝器(未示出)?？梢园阎鲹Q熱器36中加熱過(guò)的第一餾份氣流送去燃燒或排到大氣中。如有必要，可以在把它送去燃燒或排到大氣中以前，把該氣流在一個(gè)換熱器(未示出)中加熱到200℃以上，并在一個(gè)能夠?qū)ν庾鞴Φ耐钙街信蛎?，例如?duì)外作功可以用于發(fā)電機(jī)的發(fā)電。重要的是應(yīng)該保證第一餾份基本沒(méi)有硫化氫。因此，為完成該任務(wù)，分餾塔38中的填料應(yīng)足夠高?？梢詫?duì)用于設(shè)備各組件和其運(yùn)行作出各種變型。例如除了從分餾塔38生產(chǎn)出的第二餾份中取出的再循環(huán)氣流外，(當(dāng)然也可以不用從分餾塔38生產(chǎn)出的第二餾份中取出的再循環(huán)氣流))爐6的再循環(huán)氣流可以用作一個(gè)支流，支流出來(lái)的位置在吸附設(shè)備30的下游，但在壓縮機(jī)32的上游，也可以在后冷卻器34的下游。如果再循環(huán)氣流出自上述兩個(gè)位置的前者，可以用風(fēng)機(jī)(未示出)來(lái)產(chǎn)生所需要的氣流。如果它取自另一位置，用一個(gè)膨脹裝置(未示出)來(lái)將再循環(huán)氣流的壓力降到上述爐的工作壓力(通常為1.5-2巴)。但這種再循環(huán)對(duì)增加爐6的非反應(yīng)氣體的流速有影響，所以就使得為控制含硫化氫原料氣體的設(shè)定流速所需的爐容量增加。在用所示設(shè)備的另一種變型中，催化反應(yīng)器22的運(yùn)行應(yīng)使它能把再加熱氣流中的所有硫化氫氧化成二氧化硫。為了進(jìn)行這種氧化，把空氣或氧通過(guò)管線24引入到該催化反應(yīng)器22中。即使把純氧用作氧化劑，該催化反應(yīng)器也是單級(jí)式的。進(jìn)入反應(yīng)器22的氣體溫度通常為250℃左右。例如催化劑可以是本領(lǐng)域公知的傳統(tǒng)氧化催化劑。由于在反應(yīng)器22中把氣體流中的所有硫化氫和硫氧化成了二氧化硫，所以離開(kāi)反應(yīng)器的氣體中主要含有二氧化硫，水蒸汽，二氧化碳，氮和氬。在該氣體混合物中存在二氧化硫而不是硫化氫，這主要對(duì)換熱器36以及分餾塔38和與該塔相連的再沸騰器44的運(yùn)行有作用。由于再沸騰器44中所用的加熱流體可以是熱水或熱氣流而不是丙烷，所以再沸騰溫度顯著增加，直至室溫以上，這樣也就不需使用第二再沸騰器48。另外，由于第二餾份氣流的溫度高于室溫，所以該氣流的支流不經(jīng)過(guò)主換熱器36，而是直接流到膨脹裝置5?？梢詮纳鲜鋈我徊课坏玫皆傺h(huán)氣流，但再循環(huán)氣流最好是第二餾份氣流。因進(jìn)入反應(yīng)器22的氣體流中的所有硫化氫和硫蒸汽均已氧化成二氧化硫，所以如果該反應(yīng)器是氧化反應(yīng)器，則通常比較理想的情況在于，選擇進(jìn)入爐4中的各氣流的流速，使進(jìn)入冷凝器的氣體混合物內(nèi)的硫化氫相對(duì)于二氧化硫之間的摩爾比大大小于2∶1的化學(xué)計(jì)量比。由于進(jìn)入爐4的絕大部份二氧化硫均是取自分餾塔38出來(lái)的再循環(huán)氣流，所以即使原料氣流中含有70％體積百分比以上的易燃物和氧原料，該氧原料的純度又至少為90％時(shí)，也可以很容易地避免爐4中出現(xiàn)過(guò)高溫度。在另一種變型中，可以把第一餾份的氣流用作設(shè)備30的吸附床再生的純氣體。用表1和2所示的實(shí)施例進(jìn)一步描述本發(fā)明的方法。表1指的是所選硫化合物為硫化氫時(shí)的運(yùn)行方式，表2表示的是所選硫化合物為二氧化硫時(shí)的運(yùn)行方式。在表1所示的實(shí)施例中，爐4包括兩級(jí)，在這兩級(jí)之間有輸入氧、包括氣體混合物的硫化氫以及已分離出的再循環(huán)氣體的裝置，在這兩級(jí)之間還有一個(gè)余熱沸騰器(未示出)。以便冷卻從上游級(jí)流到下游級(jí)的氣體混合物。在氣體混合物在余熱沸騰器14和冷凝器16中被冷卻期間，還有足量的在爐4中所產(chǎn)生的氫留在該氣體混合物中，所以不需要從外源向反應(yīng)器20引入氫氣流，這樣就可省去管線24。在表2所示的實(shí)施例中，爐4為圖1所示的單級(jí)，其出口溫度為1440℃。表中的所有流量(即流速)為kgmol/hr。表1*來(lái)自換熱器36的熱端表2</tables>*來(lái)自換熱器36的熱端權(quán)利要求1.一種處理含有硫化氫和二氧化碳的原料氣體流的方法，該方法包括如下步驟i)把原料氣體流中的部分硫化氫氧化成二氧化硫，使生成的二氧化硫與硫化氫反應(yīng)，生成硫蒸汽；和ii)從反應(yīng)的原料氣流中提取所生成的硫蒸汽而不提取水蒸汽，以致形成含有硫化氫，二氧化硫，二氧化碳和水蒸汽的中間氣流；iii)通過(guò)把中間氣流的所有二氧化硫轉(zhuǎn)化成硫化氫或把中間氣流的所有硫化氫轉(zhuǎn)化成二氧化硫，生成一種含有二氧化碳及僅一種選自硫化氫和二氧化硫的硫化合物的轉(zhuǎn)化氣流；iv)干燥和壓縮上述轉(zhuǎn)化氣流；v)讓至少一部份經(jīng)干燥和壓縮的轉(zhuǎn)化氣流進(jìn)行分餾，從而生成基本上沒(méi)有所選擇的硫化合物的第一餾份和富集上述所選擇的硫化合物的第二餾份；vi)排出第一餾份氣流。2.如權(quán)利要求1的方法，其中把所有中間氣體流經(jīng)受步驟(iii)的轉(zhuǎn)化反應(yīng)。3.如權(quán)利要求1的方法，其中把所有經(jīng)干燥和壓縮的轉(zhuǎn)化氣流送到分餾塔中，而第二餾份的氣流再循環(huán)到所述步驟i)。4.如權(quán)利要求1的方法，其中只把一部份干燥和壓縮過(guò)的轉(zhuǎn)化氣體流送到分餾塔中，而將其剩余部份再循環(huán)到所述步驟i)。5.如權(quán)利要求1的方法，其中所選擇的化合物是硫化氫，步驟(ii)結(jié)束時(shí)反應(yīng)氣體流中的硫化氫和二氧化硫之間的摩爾比為2.5∶1-4∶1。6.如權(quán)利要求1的方法，其中所選擇的化合物是二氧化硫，進(jìn)入步驟(i)中的原料氣體流中的硫化氫相對(duì)于分子氧之間的摩爾比為2.5∶1-4∶1。7.如權(quán)利要求1的方法，其中干燥轉(zhuǎn)化氣體流包括從該氣流中吸附水蒸汽的步驟。8.如權(quán)利要求1的方法，其中把進(jìn)入分餾塔中的原料氣流經(jīng)與第一餾份氣流間接換熱后進(jìn)行預(yù)冷。9.處理含有硫化氫和二氧化碳的原料氣體流的裝置，該裝置包括a)一個(gè)爐子，該爐用于使原料氣流中的部份硫化氫氧化成二氧化硫和水蒸汽，并讓生成的二氧化硫與剩余的硫化氫反應(yīng)，從而生成硫蒸汽和水蒸汽；b)一個(gè)硫冷凝器，該冷凝器用于從反應(yīng)的氣流中提取所生成的硫蒸汽，但不同時(shí)提取水蒸汽，從而生成含有硫化氫，二氧化硫，二氧化碳和水蒸汽的中間氣流；c)一個(gè)反應(yīng)器，該反應(yīng)器用于把中間氣流的所有二氧化硫轉(zhuǎn)化成硫化氫，或把中間氣流的所有硫化氫轉(zhuǎn)化成二氧化硫，從而生成含有二氧化碳和僅一種選自硫化氫和二氧化硫的硫化合物的轉(zhuǎn)化氣體流，d)干燥上述轉(zhuǎn)化氣體流的設(shè)備和壓縮上述轉(zhuǎn)化氣體流的設(shè)備；e)至少一個(gè)分餾塔，該分餾塔用于分餾至少一部份經(jīng)干燥壓縮的轉(zhuǎn)化氣體，從而生成基本沒(méi)有所選硫化合物的第一餾份和富集所選硫化合物的第二餾份；和f)一個(gè)分餾塔出口，該出口用以將第一餾份氣流排出裝置。10.如權(quán)利要求9的裝置，該裝置包括把所有干燥壓縮過(guò)的轉(zhuǎn)化氣體流送入分餾塔的設(shè)備以及使第二餾份氣流再循環(huán)到爐中的設(shè)備。11.如權(quán)利要求9的裝置，該裝置包括只把一部份干燥壓縮過(guò)的轉(zhuǎn)化氣體流送入分餾塔的設(shè)備以及使其剩余的氣體流再循環(huán)到爐中的設(shè)備。12.如權(quán)利要求9的裝置，該裝置還有一個(gè)熱交換器，該熱交換器在分餾塔上游，該熱交換器通過(guò)使干燥壓縮過(guò)的轉(zhuǎn)化氣體流與第一餾份氣流進(jìn)行間接換熱，對(duì)上述轉(zhuǎn)化氣體流進(jìn)行預(yù)冷。全文摘要燃燒器4和爐6的運(yùn)行能從含有硫化氫和二氧化碳的原料氣體流中生產(chǎn)出包括硫化氫,二氧化硫,二氧化碳,水蒸氣和硫蒸氣的氣體混合物。從冷凝器16中抽出硫蒸氣但不抽出水蒸氣。在反應(yīng)器22中把所有的硫化氫氧化成二氧化硫(或把所有的二氧化硫還原成硫化氫)。將生成的氣體混合物在干燥器30中進(jìn)行干燥,并在壓縮機(jī)32中壓縮。然后在分餾塔38中將其分餾。在排出基本沒(méi)有硫化合物的頂部餾份的同時(shí)可將底部餾份再循環(huán)到爐6中。文檔編號(hào)G01N27/416GK1170625SQ9710968公開(kāi)日1998年1月21日申請(qǐng)日期1997年3月29日優(yōu)先權(quán)日1996年3月29日發(fā)明者D·M·斯圖爾特,R·W·沃森申請(qǐng)人:英國(guó)氧氣集團(tuán)有限公司