СПОСОБ ОБРАБОТКИ СБРОСОВЫХ ГАЗОВ В ПРОЦЕССАХ ПО УДАЛЕНИЮ СЕРЫ И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2006 года по МПК B01J8/04 

Настоящая заявка имеет приоритет временной заявки США номер 60/333938 от 28 ноября 2001, включенной в настоящее описание путем ссылки.

Областью изобретения является обработка сбросовых газов из процессов по удалению серы, а более конкретно сбросового газа из процесса S Zorb (Технология удаления серы, используемая компанией Филипс Петролеум).

Удаление серы из сбросовых газов стало чрезвычайно важным, поскольку законодательство требует от нефтеперерабатывающих заводов и других нефтехимических предприятий сократить выбросы содержащих серу соединений ниже ранее допустимых концентраций. В области техники известны различные технологии, предусматривающие извлечение серы из множества технологических газов.

Например, в типичном устройстве установки Клауса для восстановления серы сероводород окисляют каталитически до элементарной серы в реакции сероводорода с диоксидом серы, который обычно получают в этом же процессе за счет сжигания сероводорода в присутствии воздуха в реакторной печи. Поскольку реакция Клауса представляет собой равновесную химическую реакцию, в установке Клауса нельзя превратить все поступающие соединения серы в элементарную серу. Для повышения, по меньшей мере, в некоторой степени восстановления серы можно соединить последовательно две или более стадии. Однако в зависимости от устройства и начальной концентрации соединений серы, многочисленные стадии не могут в достаточной степени ограничить выход сероводорода и/или диоксида серы на таких установках.

Следовательно, для дополнительного снижения выхода сероводорода и/или диоксида веры можно использовать блоки дополнительной обработки хвостовых газов. Например, в некоторых процессах устройства включают нагревание и восстановление всех соединений серы до сероводорода, охлаждение и гашение и абсорбцию сероводорода, отгонку легких фракций и рециркуляцию, как изображено на фиг.1. В данном случае компоненты серы в хвостовых газах Клауса восстанавливают до сероводорода в реакторе гидрирования. Образованный таким образом сероводород затем удаляют в установке для удаления амином, или в иной установке для удаления сероводорода. Поскольку такие процессы относительно просто и эффективно удаляют серу из питающего газа до значительной степени, они обычно ограничены концентрациями диоксида серы в питающем газе, равными менее 1 процента (в данном случае хвостовой газ Клауса). При концентрации диоксида серы выше, чем приблизительно 1,5 процента, температура в сечении реактора гидрирования будет повышаться до неприемлемых уровней и может повредить, или даже полностью разрушить, слой катализатора. Более того, для надлежащей работы ректора гидрирования требуется, чтобы питающий газ для таких процессов практически не содержал кислорода.

В качестве альтернативы серу можно удалить в процессе, при котором серу и ее соединения, захваченные хвостовыми газами установки Клауса, превращают в сероводород при одновременном гидрировании и гидролизе (DelaMora и другие, 1985). Образованный таким образом сероводород затем превращают в элементарную серу в процессе Стретфорда, используя щелочной раствор солей на основе оксида ванадия (V₂O₅) и дисульфоната антрахинона для абсорбции и окисления сероводорода до серы. Операция гидрирования по существу такая же, как в описанном выше процессе, поэтому на нее накладывают такие же ограничения. Отсюда, несмотря на относительно высокую степень удаления серы, питающий газ в целом ограничен концентрациями диоксида серы менее 1 процента в питающем газе (в данном случае: хвостовой газ Клауса).

Хотя известны различные устройства и способы снижения концентраций серы в сбросовых потоках, все, или почти все, они страдают одним или несколькими недостатками. Среди прочего известные процессы часто ограничены по существу не содержащим кислорода питающим газом и концентрациями диоксида серы менее 1 процента в питающем газе. Поэтому все еще сохраняется необходимость найти усовершенствованные способы и устройства для снижения содержания серы в сбросовых газах.

Настоящее изобретение относится к установке, которая включает технологический блок, производящий сбросовый газ, включающий диоксид серы, реактор гидрирования, который соединен по текучей среде с технологическим блоком и получает смешанный питающий газ, включающий по меньшей мере часть сбросового газа и производящий гидроочищенный питающий газ, включающий сероводород. Контактор соединен по текучей среде с реактором гидрирования и использует растворитель, который удаляет сероводород, производя, таким образом, обедненные сероводородом отходящие газы; а трубопровод рециркуляции соединен по текучей среде с контактором и реактором гидрирования, причем по меньшей мере часть обедненного сероводородом отходящего газа из контактора объединяют со сбросовым газом для получения смешанного питающего газа с концентрацией диоксида серы не более 2,5%.

В соответствии с одним из аспектов изобретения, технологический блок включает регенератор катализатора в процессе S Zorb, и сбросовый газ является сбросовым газом регенератора катализатора с концентрацией диоксида серы приблизительно от 0% до 5%. Дополнительно предпочтительно, чтобы концентрация диоксида серы в смешанном питающем газе не превышала 1,7% и даже еще предпочтительнее не превышала 1,5%. В частности, рассматриваемые реакторы гидрирования включают кобальто-молибденовый катализатор, а особо предусмотренные растворители включают аминосодержащий растворитель.

В соответствии с другим аспектом изобретения, рассматриваемые установки дополнительно включают генератор восстановительного газа, в который поступает по меньшей мере часть сбросового газа, причем генератор восстановительного газа устроен таким образом и работает в условиях, что сбросовый газ существенно обедняется кислородом. При этом реактор гидрирования получает смешанный газ, включающий обедненный сероводородом отходящий газ из контактора и существенно обедненный кислородом сбросовый газ из генератора восстановительного газа, и дополнительно производит гидроочищенный существенно обедненный кислородом сбросовый газ, включающий сероводород. Контактор удаляет сероводород из гидроочищенного, существенно обедненного кислородом сбросового газа, образуя, таким образом, обедненный сероводородом газ. Также предпочтительно приблизительно от 20% до 40% обедненного сероводородом отходящего газа из контактора объединить со сбросовым газом для получения смешанного газа, питающего реактор гидрирования.

Различные цели, особенности, аспекты и преимущества настоящего изобретения станут более очевидными из нижеследующего подробного описания предпочтительных воплощений изобретения, сопровождаемого чертежами, где одни и те же номера имеют сквозное обозначение компонентов.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 представляет собой схематическое изображение известного в уровне техники устройства для обработки хвостовых газов.

Фиг.2 представляет собой схематическое изображение одного из примеров устройства согласно изобретению.

Фиг.3 представляет собой схематическое изображение известного в уровне техники устройства для процесса S Zorb.

Изобретатель обнаружил, что для эффективного снижения концентрации диоксида серы в сбросовом газе до уровня, который позволяет осуществлять гидроочистку без выделения избыточного тепла в реакторе гидрирования, сбросовые газы с относительно высокими концентрациями диоксида серы (т.е. свыше 1,5%) можно обрабатывать по технологии, включающей реактор гидрирования, путем смешивания сбросового газа с другим газом, который по существу не содержит (т.е. содержит менее 0,1%) соединений, содержащих серу.

В наиболее предпочтительном аспекте изобретатели рассмотрели устройство, изображенное на фиг.2, где сбросовым газом является регенерационный газ из процесса S Zorb (в данном случае сбросовый газ из регенератора катализатора, см. предшествующий уровень техники на фиг.3) с типичным содержанием диоксида серы, составляющим приблизительно от нуля до 3%, и содержанием кислорода, составляющим приблизительно от нуля до 4%. Содержание кислорода предпочтительно снижают путем введения сбросового газа в генератор восстановительного газа, который работает на природном газе и воздухе, и подачей водорода, если требуется подать достаточное количество восстановительного газа в сбросовый газ. Типовые рабочие условия выбирают таким образом, чтобы кислород по существу полностью удалить из сбросового газа. При этом типичная рабочая температура будет лежать между 537,78°С и 815,56°С (1000° и 1500°F), a более предпочтительно будет составлять приблизительно 648,89°С (1200°F). Альтернативно предполагается, что концентрация кислорода может быть снижена также иными способами, чем использование генератора восстановительного газа, и особенно желательно включать каталитическое преобразование или разрушение кислорода. Затем полученный, по существу не содержащий кислорода и нагретый сбросовый газ охлаждают и смешивают с рециркулирующим потоком для образования питающего реактор гидрирования потока, который вводят в генератор гидрирования. Дополнительный реактор охлаждения охлаждает сбросовый поток из реактора гидрирования, а сероводород, образующийся в реакторе гидрирования, затем абсорбируется в контакторе, содержащем амин. Растворитель, включающий амин, подают рециклом, при этом сбросовый газ, по существу не содержащий теперь сероводорода (т.е. содержащий менее 0,1%), разделяют на первый газовый поток и второй газовый поток, причем первый газовый поток покидает установку, а второй газовый поток используют в качестве рециркулирующего потока (смотри выше) для снижения эффективной концентрации диоксида серы в газе, питающем реактор гидрирования.

Особенно предпочтительно в альтернативных аспектах изобретения сбросовый газ не ограничивать только регенерационным газом по технологии S Zorb (Филипс Петролеум), и предполагается, что подходят все газовые потоки, содержащие диоксид серы в концентрациях свыше 1,5%. Например, альтернативные газовые потоки могут включать 2,5% или 3,7% и даже больше диоксида серы. Таким образом, в тех случаях, когда рассматриваемые сбросовые газы имеют по существу низкое содержание кислорода, предполагается, что подходящие устройства не обязательно должны включать генератор восстановительного газа.

Что касается реактора гидрирования, предполагается, что можно использовать все известные реакторы гидрирования в сочетании со здесь представленными наставлениями, и что подходящие реакторы гидрирования могут включать разнообразные катализаторы, а могут и не включать их. Однако особо предпочтительные реакторы гидрирования включают кобальто-молибденовый катализатор. Более того, предпочтительно удаление сероводорода, образующегося в реакторе гидрирования, не ограничивать только основанным на аминосодержащем растворителе контактором/отпарной секцией, а следует понимать, что подходят все устройства для удаления сероводорода при условии, что такие устройства производят по существу не содержащий сероводорода (т.е. содержащий менее 0,1%) поток отходящего газа, который можно использовать в качестве рециркулирующего газового потока для снижения эффективной концентрации диоксида серы в газе, питающем реактор гидрирования.

Поскольку в целом предпочтительно выводить поток рециркулирующего газа из по существу не содержащего сероводорода отходящего газа из контактора в количестве приблизительно от 20 до 40%, следует понимать, что обычно точное количество зависит от концентрации диоксида серы в сбросовом газе. Соответственно, подразумеваются как количества свыше 40%, так и ниже 20%. Более того, предпочтительно, чтобы по меньше мере часть рециркулирующего газа можно было получать из альтернативных источников внутри установки, при условии, что такие источники дают газ, который по существу не содержит кислород и диоксид серы. В еще одном аспекте осуществления изобретения предполагается, что смешивание сбросового газа, богатого диоксидом серы, с потоком рециркулирующего газа можно осуществлять в различных точках, при условии, что смешанный поток будет формироваться выше реактора гидрирования по ходу потока, или в нем. Например, по меньшей мере, часть потока рециркулирующего газа может быть направлена в реактор гидрирования.

В следующих альтернативных аспектах изобретения предполагается, что сбросовый газ из процесса S Zorb может включать SO₂ в концентрации приблизительно 1,5%, или даже менее, особенно если процесс регенерации катализатора проходит в непрерывном режиме. В таких устройствах (и в других устройствах, где сбросовый газ имеет концентрацию SO₂ менее 1,5%) предполагается, что сбросовый газ все еще будет до некоторой степени содержать кислород, который может нанести вред слою катализатора в реакторе гидрирования. Следовательно, предпочтительно, чтобы в альтернативных устройствах регенерации по технологии S Zorb для снижения концентрации SO₂ сбросовый газ не требовалось смешивать с рециркулирующим газом, но чтобы сбросовый газ подавали в генератор восстановительного газа, в который поступает по меньшей мере часть сбросового газа, причем генератор восстановительного газа устроен таким образом и работает в условиях, которые существенно обедняют кислородом сбросовый газ. Таким образом, в тех случаях, когда сбросовый газ включает относительно низкие концентрации SO₂ (т.е. ниже 1,5%), предполагается, что сбросовый газ обрабатывают в генераторе восстановительного газа (по меньшей мере частично) для удаления кислорода из сбросового газа.

Дополнительно предпочтительно удалять диоксид серы из сбросового газа, а особенно из регенерационного газа из процесса S Zorb с помощью реактора гидрирования в обычном промышленном применении, попутно снижая концентрацию моноксида углерода в отходящем газе за счет реакции моноксида углерода с водой до образования диоксида углерода и водорода.

Таким образом, предполагается, что установка может включать технологический блок, производящий сбросовый газ, включающий диоксид серы, и реактор гидрирования, соединенный по текучей среде с технологическим блоком, получающий смешанный питающий газ, включающий по меньшей мере часть сбросового газа и производящий гидроочищенный питающий газ, включающий сероводород. Рассматриваемые установки могут дополнительно включать контактор, соединенный по текучей среде с реактором гидрирования, и использовать растворитель, который удаляет сероводород, таким образом, производя отходящий газ, обедненный сероводородом, и дополнительно включать трубопровод рециркуляции, соединенный по текучей среде с контактором и реактором гидрирования, где по меньшей мере часть отходящего газа, обедненного сероводородом, из контактора объединяют со сбросовым газом для образования смешанного питающего газа с концентрацией диоксида серы не более 2,5%, предпочтительно не более 1,7%, еще предпочтительнее не более 1,5%. Не с целью ограничения настоящего изобретения, предполагается, что концентрация диоксида серы в сбросовом газе составляет менее 5%, и более типично составляет менее 3%. Предпочтительные устройства могут дополнительно включать генератор восстановительного газа, в который поступает по меньшей мере часть сбросового газа, причем генератор восстановительного газа устроен таким образом и работает в условиях, что сбросовый газ существенно обедняется кислородом; а особенно предполагается, что приблизительно от 20% до 40% отходящего газа, обедненного сероводородом, из контактора объединяют со сбросовым газом для получения смешанного газа, питающего реактор гидрирования.

Таким образом, описаны конкретные воплощения предлагаемого изобретения и использование устройств и способов усовершенствованной обработки сбросового газа. Однако для специалистов, очевидно, что помимо уже описанных возможны многие другие модификации, не выходящие за пределы концепций изобретения, которые здесь упомянуты. Поэтому предмет изобретения не должен ограничиваться, если он не противоречит духу заявленных патентных притязаний. Более того, при толковании как описания, так и патентных притязаний, вся терминология должна толковаться в самом широком смысле, если это не противоречит контексту. В частности, термины «включает» и «включающий» следует принимать как относящиеся к элементам, компонентам или операциям в неисключительном смысле, означающем, что упомянутые элементы, компоненты или операции могут присутствовать или использоваться, или сочетаться с другими элементами, компонентами или операциями, которые не упоминаются специально.

Способ и устройства предназначены для обработки сбросовых газов в процессах по удалению серы. Способ предусматривает производство в технологическом блоке сбросового газа, имеющего концентрацию диоксида серы, по меньшей мере 1,5%, соединение по текучей среде реактора гидрирования с технологическим блоком и обеспечение реактора гидрирования смешанным питающим газом, содержащим, по меньшей мере, часть сбросового газа и, по меньшей мере, часть обедненного сероводородом отходящего газа из контактора с получением гидроочищенного питающего газа, обедненного сероводородом, объединение, по меньшей мере части отходящего газа, обедненного сероводородом, из контактора со сбросовым газом из технологического блока для образования смешанного питающего газа, имеющего концентрацию диоксида серы не более 2,5%. Технический результат - снижение выхода сероводорода и/или диоксида серы. 3 н. и 20 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Установка для обработки сбросовых газов в процессах по удалению серы, включающая:

технологический блок, производящий сбросовый газ, включающий диоксид серы;

реактор гидрирования, соединенный по текучей среде с технологическим блоком, получающий смешанный питающий газ, включающий, (1) по меньшей мере, часть сбросового газа, и (2), по меньшей мере, часть обедненного сероводородом отходящего газа из контактора и производящий гидроочищенный питающий газ, включающий сероводород, при этом контактор соединен по текучей среде с реактором гидрирования и использует растворитель, который удаляет сероводород, производя таким образом обедненный сероводородом отходящий газ; и

трубопровод рециркуляции, соединенный по текучей среде с контактором и реактором гидрирования, при этом трубопровод рециркуляции обеспечивает подачу, по меньшей мере, части обедненного сероводородом отходящего газа из контактора в сбросовый газ, чтобы при этом образовать смешанный питающий газ, причем смешанный питающий газ имеет концентрацию диоксида серы не более 2,5%.

обеспечение технологического блока, производящего сбросовый газ, который имеет концентрацию диоксида серы, по меньшей мере, 1,5%;

соединение по текучей среде реактора гидрирования с технологическим блоком и обеспечение реактора гидрирования смешанным питающим газом, содержащим (1), по меньшей мере, часть сбросового газа и (2), по меньшей мере, часть обедненного сероводородом отходящего газа из контактора, получая таким образом гидроочищенный питающий газ, включающий сероводород;

соединение по текучей среде контактора с реактором гидрирования и применение растворителя, который удаляет сероводород, получая таким образом отходящий газ, обедненный сероводородом; и

объединение, по меньшей мере, части отходящего газа, обедненного сероводородом, из контактора со сбросовым газом из технологического блока, чтобы таким образом образовать смешанный питающий газ, имеющий концентрацию диоксида серы не более 2,5%.

технологический блок, производящий сбросовый газ, содержащий диоксид серы и кислород;

генератор восстановительного газа, в который поступает, по меньшей мере, часть сбросового газа, причем генератор восстановительного газа устроен таким образом и работает в условиях, что сбросовый газ существенно обедняется кислородом;

реактор гидрирования, соединенный по текучей среде с технологическим блоком, получающий смешанный газ, включающий обедненный сероводородом отходящий газ из контактора и дополнительно включающий существенно обедненный кислородом сбросовый газ из генератора восстановительного газа, при этом реактор гидрирования дополнительно производит гидроочищенный существенно обедненный кислородом сбросовый газ, включающий сероводород; и

контактор, соединенный по текучей среде с реактором гидрирования и использующий растворитель, который удаляет сероводород из гидроочищенного, существенно обедненного кислородом сбросового газа, образуя таким образом обедненный сероводородом газ.