ОБРАБОТКА ГАЗОВ Российский патент 2018 года по МПК C01B17/04 B01D53/86 B01D19/00 F02M27/02 

ВВЕДЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к обработке газов. В частности, изобретение относится к обработке потока газа, содержащего сероводород, и к устройству для выполнения такого способа.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Потоки газа, содержащие сероводород, обычно образуются в виде отходов или побочных продуктов во многих промышленных процессах. Например, потоки кислых газов, содержащие, в основном, сероводород, как правило, образуются во время операций нефтепереработки, в ходе которых из сырой нефти удаляют серу. Необходимо обрабатывать такие содержащие сероводород потоки перед их сбросом в атмосферу для уменьшения количества или полного удаления входящих в их состав серосодержащих газов. Одним хорошо известным, широко распространенным способом обработки потока газа, содержащего сероводород, является процесс Клауса. Упомянутый процесс Клауса общеизвестен и описан, например, в документе ЕР 0237217.

Установки для восстановления серы, основанные на процессе Клауса, производят элементарную серу из исходных газов с высокой концентрацией H₂S путем частичного окисления последнего с использованием воздуха, обогащенного кислородом воздуха, или чистого кислорода в качестве основного окислителя. Диоксид серы, образованный путем упомянутого окисления, экзотермически реагирует с остальной частью H₂S с получением пара серы и водяного пара. Охлаждение обрабатываемого газа ниже по потоку от этапа термического процесса Клауса, а также ниже по потоку от каждого каталитического реактора Клауса приводит к конденсации большей части пара серы, содержащегося в обрабатываемом газе. Это обеспечивает отделение продукта жидкого серы от технологического газа. Различные потоки жидкой серы собирают в контейнер/серную яму. Соответственно, сера, полученная таким образом, содержит значительные количества (до 500 массовых частей на миллион) физически и химически растворенного H₂S, который представляет значительную токсическую/взрыво-/пожароопасность при операциях хранения и транспортировки, при которых H₂S неизбежно выделяется в виде газа в свободное пространство контейнера/ямы. Для снижения этой опасности большую часть растворенного H₂S удаляют из жидкой серы как можно раньше в цепи поставок. Как правило, удаление производят из серной ямы (серных ям).

Соответствующие технологии, применяемые в соответствии с существующим уровнем техники, используют газы, такие как воздух или азот, либо для продувки свободного пространства емкости/ямы, либо для дегазации жидкой серы путем пропускания упомянутого газа через жидкую серу. Эти способы обеспечивают образование потока отходящего газа, например газового потока, содержащего азот или воздух и такие компоненты, как H₂S, SO₂, COS, CS₂ и пар серы.

Указанные отходящие газы (также известные как продувочный газ или газ для ямы) наиболее часто направляют в секцию печи сжигания/ствола установки Клауса, где все сернистые компоненты термически или каталитически окисляются до SO₂, тем самым внося долю в общий выброс SO₂ установки для восстановления серы. В случаях, когда требуется очень высокая эффективность восстановления серы (>99,8%), описанная выше доля SO₂ из серной ямы должна быть уменьшена или исключена, и, следовательно, необходимо применять другие способы.

Такие способы включают в себя обработку потоков отходящего газа в щелочной системе очистки, благодаря чему устраняют большинство серосодержащих компонентов путем включения их в жидкую фазу в форме, например, сульфидов, сульфитов, тиосульфатов, сульфатов и элементарной комовой серы. Альтернативно в последнее время вместо обработки отходящего газа в щелочной системе очистки отходящий газ может быть возвращен выше по потоку от термической стадии установки Клауса, таким образом устраняя необходимость использования химикатов, таких как водный NaOH и/или солей, которые генерируют ионы S₂^- или HS^- в водной жидкой фазе. Тем не менее, для возвращения отходящего газа (который не дегазировали при повышенном давлении), его давление должно быть повышено, например, с помощью парового эжектора, в значительной степени, то есть от почти атмосферного давления до давления, более высокого, чем давление технологического газа (которое обычно составляет около 1,5 бар (0,15 МПа). В дополнение, при отсутствии достаточных мер предосторожности пар серы из отходящего газа может конденсироваться и даже затвердевать во внутренних компонентах горелки в области термической реакции, что может быть очень вредно и вызывать нарушение надежной долговременной работы. Это возвращение отходящего газа в секцию выше по потоку от термической ступени Клауса гарантирует, что отходящий газ, потенциально содержащий О₂, лишается всего молекулярного кислорода к тому времени, когда он покидает первую область термической реакции. В известных из уровня техники способах это является важным, потому что контакт молекулярного кислорода с обычно используемым катализатором Клауса на основе Al₂O₃ не должен быть допущен.

Таким образом, существует потребность в создании усовершенствованного способа обработки газа и/или устройства, которые уменьшает, по меньшей мере некоторые из недостатков, связанных с уровнем техники.

Задача настоящего изобретения заключается в создании усовершенствованного способа и устройства для восстановления серы из потока газа, содержащего сероводород.

В частности, авторы настоящего изобретения обнаружили, что этот способ может быть улучшен путем возвращения отходящего газа в трубопровод обрабатываемого газа ниже по потоку от первой области термической реакции и выше по потоку одним из каталитических конвертеров.

ФОРМУЛИРОВКА ИЗОБРЕТЕНИЯ

В первом аспекте настоящее изобретение обеспечивает способ для восстановления серы из содержащего сероводород потока газа, причем упомянутый способ включает в себя:

(i) создание потока газа, содержащего газ сероводорода;

(ii) пропускание упомянутого потока газа в устройство, содержащее первую область термической реакции и первую каталитическую область; и

(1) вступление в реакцию части газа сероводорода в первой области термической реакции для образования диоксида серы и водяного пара и вступление в реакцию дополнительной части сероводорода для образования пара серы и водяного пара, для образования результирующей газовой смеси, содержащей водяной пар, пар серы, диоксид серы и сероводород; и

(2) пропускание по меньшей мере части результирующей газовой смеси к первой каталитической области, причем, по меньшей мере, часть сероводорода вступает, в присутствии катализатора, в реакцию для дополнительного образования пара серы и водяного пара; и

после этапа (1) и/или этапа (2), конденсацию по меньшей мере части упомянутых пара серы для образования жидкой серы и пропускание по меньшей мере части упомянутой жидкой серы в серную яму; причем

отходящий газ, образующийся или содержащийся в серной яме, возвращают из серной ямы в способ ниже по потоку от первой области термической реакции.

Во втором аспекте настоящее изобретение обеспечивает устройство для восстановления серы из содержащего сероводород газа, причем упомянутое устройство содержит:

первую область термической реакции, имеющую впускное отверстие для потока газа, содержащего газ сероводорода, средство для вступления в реакцию с сероводородом в упомянутом потоке газа для образования первых реакционных газов, и выпускное отверстие для первых реакционных газов;

первую каталитическую область, имеющую впускное отверстие для первых реакционных газов, соединенное с возможностью переноса текучей среды с выпускным отверстием первой области термической реакции, и, опционально, катализатор для вступления в реакцию сероводорода для образования вторых реакционных газов, содержащих пар серы и водяной пар, и выпускное отверстие для упомянутых вторых реакционных газов;

опционально, конденсатор серы, выполненный с возможностью приема первых реакционных газов, проходящих через выпускное отверстие первой области термической реакции к впускному отверстию первой каталитической области, и образования жидкой серы;

опционально, конденсатор серы, выполненный с возможностью приема вторых реакционных газов, проходящих от выпускного отверстия первой каталитической области, и образования жидкой серы,

серную яму для удержания жидкой серы;

средство для передачи, по меньшей мере, части жидкой серы из первого и/или второго конденсаторов серы в серную яму; и

средство для возвращения газов из серной ямы в устройство ниже по потоку от первой области термической реакции;

при этом устройство содержит, по меньшей мере, один конденсатор серы.

ПОДРОБНОЕ РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение дополнительно описано ниже. В нижеследующем описании более детально определены различные аспекты/варианты осуществления настоящего изобретения. Каждый аспект/ вариант осуществления, определенный таким образом, может быть объединен с любым(и) другим(и) аспектом/вариантом или аспектами/вариантами осуществления, кроме тех случаев, когда явно указано иное. В частности, любой признак, указанный как предпочтительный или преимущественный, может быть объединен с любым(и) другим(и) признаком (признаками), указанными как предпочтительные или преимущественные.

Если не указано иное, все процентные доли являются объемными.

Используемый в данном описании термин "область термической реакции" относится к области, которая содержит "зону горения", в которой часть сероводорода может быть окислена для образования диоксида серы, и "реакционную печь", связанную с упомянутой зоной горения, в которой часть сероводорода может быть подвергнут реакции с диоксидом серы для образования пара серы и водяного пара. Зона горения может содержать "горелку".

Область термической реакции предпочтительно имеет средство теплообмена, такое как связанный с упомянутой областью котел-утилизатор, для понижения температуры газовой смеси ниже по потоку от реакционной печи. Котел-утилизатор опционально является многоходовым котлом-утилизатором.

Термин "каталитическая область" относится к области, содержащей "каталитический реактор", в котором сероводород может быть подвергнут каталитической реакции с двуокисью серы для образования дополнительного пара серы и водяного пара.

Подходящие области термической реакции, зоны горения, горелки, реакционные печи, котлы-утилизаторы и каталитические реакторы хорошо известны специалисту в данной области техники.

Термин "продувочный газ" относится к газам, таким как воздух и/или разбавленный азотом воздух с содержанием кислорода менее 20%, предпочтительно с содержанием кислорода менее 15%, или азот, которые могут использоваться для продувки свободного пространства емкости/серной ямы для образования потока "отходящего газа".

"Поток отходящего газа" является газовым потоком, возникающим из серной емкости/серной ямы, опционально содержащим продувочный газ, H₂S и/или SO₂ и опционально COS и/или CS₂ и/или пар серы. Предпочтительно отходящий газ содержит H₂S и/или SO₂. Более предпочтительно отходящий газ содержит продувочный газ, H₂S и SO₂. Наиболее предпочтительно отходящий газ содержит продувочный газ и H₂S.

Способ в соответствии с настоящим изобретением направлен на восстановление соединений серы из содержащего сероводород потока газа. Упомянутый способ может быть осуществлен либо на суше, либо на море. Обычно поток газа может содержать углеводороды, двуокись углерода и сероводород. Тем не менее подразумевается, что могут присутствовать и другие газы. Способ в соответствии с настоящим изобретением предпочтительно выполняют на источниках газа, имеющих объемное содержание сероводорода от 10 до 99,9%, более предпочтительно от 30 до 98%, и наиболее предпочтительно от 40 до 95%, или от 45 до 90% относительно общего объема газа.

Упомянутый способ обеспечивает удаление по меньшей мере части, а предпочтительно практически всего, сероводорода из потока газа. То есть, упомянутый способ предпочтительно обеспечивает удаление по меньшей мере 96% сероводорода по объему, более предпочтительно 98%, еще более предпочтительно 99%, и наиболее предпочтительно 99,5%. Кроме того, благодаря возвращению отходящего газа, содержащего сероводород, ниже по потоку от первой области термической реакции, упомянутый способ предпочтительно обеспечивает удаление по меньшей мере 99,6% сероводорода по объему, более предпочтительно 99,7%, еще более предпочтительно 99,8%, и наиболее предпочтительно по меньшей мере 99,9% относительно объема сероводорода в исходном содержащем сероводород потоке газа.

Способ в соответствии с настоящим изобретением пригоден для удаления сероводорода из любого содержащего сероводород потока газа, такого как потоки производных природного газа и содержащие сероводород потоки углекислого газа. Тем не менее, специалисту в данной области техники следует понимать, что упомянутый способ обработки может быть применен к другим содержащим сероводород потокам газа.

Природный газ представляет собой газообразное ископаемое топливо, как правило содержащее, в первую очередь, горючие углеводороды. Горючим углеводородом является такой углеводород, который легко горит при воспламенении в присутствии кислорода. Углеводороды включают в себя метан, этан, пропан, бутан, алканы, алкены и ароматические соединения, такие как бензол, толуол и ксилолы. Не принимая во внимание примесей сероводорода, природный газ предпочтительно содержит по меньшей мере 50% метана, более предпочтительно 75% и наиболее предпочтительно 90%. Природный газ может содержать до 10% каждого из этана, пропана, бутана, и пентана. Кроме того, он может содержать некоторые небольшие количества (менее 2%) летучих тяжелых углеводородов, хотя их удаляют из газа перед продажей. Природный газ обычно находят с примесями, в том числе с двуокисью углерода, азотом, гелием и сероводородом. Природный газ находят в нефтяных скважинах, газовых скважинах, конденсатных скважинах и в угольных пластах.

Способ обработки в соответствии с настоящим изобретением включает в себя ряд этапов.

Этап (i) включает в себя получение содержащего сероводород газового потока. Такой поток газа может быть получен, например, из сероводородного скруббера. Предпочтительно поток газа находится под давлением 0,15 МПа и имеет температуру окружающей среды или выше. Этот этап может включать в себя получение, бурение на добычу, хранение и/или обработку потока газа, содержащего сероводород, и направление газа в упомянутое устройство для выполнения упомянутого способа обработки. Газ пропускают через устройство в виде потока. Предпочтительно газ обрабатывают в непрерывном способе, а не в виде периодического процесса.

Этап (ii) включает в себя пропускание потока газа в устройство, содержащее первую область термической реакции и первую каталитическую область и (1) вступление в реакцию части газа сероводорода в упомянутой первой области термической реакции для образования диоксида серы и водяного пара, и вступление в реакцию дополнительной части сероводорода для образования пара серы и водяного пара, чтобы образовать результирующую газовую смесь, содержащую водяной пар, пар серы, диоксид серы и сероводород. Предпочтительно этот этап включает в себя получение некоторого турбулентного потока газов для поддержки тщательного перемешивания.

Предпочтительно условия реакции в первой области термической реакции следующие: температура от 950 до 1450°С и давление по меньшей мере 0,15 МПа.

Соответствующие условия реакции для реакции Клауса описаны в документе ЕР 0237217.

Этап (ii) включает в себя (2) пропускание по меньшей мере части результирующей газовой смеси (содержащей водяной пар, пар серы, диоксид серы и сероводород) к первой каталитической области, в результате чего по меньшей мере часть сероводорода подвергают реакции, в присутствии катализатора, для дополнительного образования пара серы и водяного пара.

После этапа (ii) (1) и/или этапа (2), по меньшей мере часть упомянутого пара серы конденсируют для образования жидкой серы и по меньшей мере часть этой жидкой серы подают в серную яму. Впоследствии, отходящий газ, образующийся или содержащийся в серной яме, возвращают из серной ямы в способ обработки ниже по потоку от первой области термической реакции.

Возвращение (т.е. удаление) отходящего газа из серной ямы является предпочтительным, поскольку это улучшает безопасность способа обработки, так как в противном случае отходящий газ вызывал бы значительную опасность взрыва/возгорания при выполнении операций хранения и транспортировки серосодержащего продукта. Кроме того, возвращение отходящего газа, а не просто удаление его из серной ямы и его окисление, является предпочтительным потому, что это улучшает эффективность восстановления серы в способе обработки и уменьшает выбросы вредных газов, таких как SO₂, в окружающую среду. Кроме того, возвращение отходящего газа, а не отдельная его обработка в отдельной щелочной системе очистки, позволяет устранить необходимость использования химикатов, таких как водный NaOH и/или солей, которые генерируют ионы S₂- или HS- в водной жидкой фазе. В частности, возвращение отходящего газа в способ обработки ниже по потоку от первой области термической реакции является предпочтительным, так как давление отходящего газа не должно быть повышено до, по меньшей мере, того давления, при котором находится обрабатываемый газ (и которое обычно составляет около 1,5 бар (0,15 МПа)). Действительно, необходимое повышение давления отходящего газа является незначительным (предпочтительно необходимое давление составляет от 0,1 бар (0,01 МРа) до 0,5 бар (0,05 МПа), более предпочтительно от 0,1 бар (0,01 МПа) до 0,4 бар (0,04 МПа), наиболее предпочтительно менее 0,4 бар (0,04 МПа) или менее 0,3 бар (0,03 МПа)) и, следовательно, такое повышение давления гораздо легче выполнить, при этом способ обработки требует меньших затрат энергии. Возвращение отходящего газа в способ обработки ниже по потоку от первой зоны термической реакции предпочтителен еще и потому, что намного легче принимать меры предосторожности при нагреве для предотвращения конденсации/кристаллизации серы, поскольку необходимо нагревать только какие-либо соединительные трубопроводы, а не более чувствительное устройство, например, первую область термической реакции, зону горения и/или горелку. Таким образом, нет опасности нарушения надежной долговременной работы.

Упомянутое устройство для восстановления серы из содержащего сероводород газа предпочтительно содержит:

первую область термической реакции, имеющую впускное отверстие для потока газа, содержащего газ сероводорода, средство для вступления в реакцию с сероводородом в упомянутом потоке газа для образования первых реакционных газов, и выпускное отверстие для первых реакционных газов;

первую каталитическую область, имеющую впускное отверстие для первых реакционных газов, соединенное с возможностью переноса текучей среды с выпускным отверстием первой области термической реакции, и, опционально, катализатор для вступления в реакцию сероводорода для образования вторых реакционных газов, содержащих пар серы и водяной пар, и выпускное отверстие для вторых реакционных газов;

опционально, конденсатор серы, выполненный с возможностью приема первых реакционных газов, проходящих от выпускного отверстия первой области термической реакции к впускному отверстию первой каталитической области, и образования жидкой серы;

опционально, конденсатор серы, выполненный с возможностью приема вторых реакционных газов, проходящих от выпускного отверстия первой каталитической области, и образования жидкой серы;

серную яму для удержания жидкой серы;

средство для передачи, по меньшей мере, части жидкой серы из первого и/или второго конденсаторов серы в серную яму; и

средство для возвращения газов из серной ямы в устройство ниже по потоку от первой области термической реакции;

при этом устройство содержит, по меньшей мере, один конденсатор серы.

Подразумевается, что термин "первые реакционные газы" относится к газам, которые выходят из первой области термической реакции и содержат сероводород, двуокись серы, водяной пар и пар серы. Тем не менее подразумевается, что могут присутствовать и другие газы.

Подразумевается, что термин "вторые реакционные газы" относится к газам, которые выходят из первой каталитической области и содержат пар серы и водяной пар. Тем не менее подразумевается, что могут присутствовать и другие газы, например, не вступившие в реакцию сероводород и двуокись серы.

Использование устройства со средством возвращения газов из серной ямы в устройство ниже по потоку от первой области термической реакции является предпочтительным по причинам, рассмотренным выше в отношении возвращения отходящего газа в способ обработки ниже по потоку от первой области термической реакции.

Предпочтительно катализатор, присутствующий в первой каталитической области, является стойким к кислороду катализатором. Более предпочтительно катализатор представляет собой стойкий к кислороду катализатор Клауса, такой как TiO₂. Использование такого катализатора является предпочтительным по сравнению с использованием одних лишь не стойких к кислороду катализаторов, таких как оксид алюминия (Al₂O₃), поскольку такие стойкие к кислороду катализаторы не взаимодействуют с кислородом и менее подвержены отложению на них сульфата, и, тем самым, являются менее подверженными быстрой потере активных свойств. Наиболее предпочтительно катализатор содержит TiO₂. Это связано с тем, что, в частности, при применении в первой ступени каталитической реакции Клауса, катализатор, содержащий TiO₂, обладает высокой активностью и обеспечивает наилучшие условия для гидролиза COS и CS₂, тем самым способствуя повышению степени восстановления серы.

Альтернативно и/или предпочтительно, катализатор содержит Al₂O₃, при этом обеспечено, что первая каталитическая область содержит также поглощающий кислород материал, предпочтительно верхний слой из подходящего поглощающего кислород материала. Предпочтительно поглощающий кислород материал содержит железо. Например, предпочтительно, первая каталитическая область содержит верхний слой из материала на основе железа на Al₂O₃. Более предпочтительно, поглощающий кислород материал нанесен в виде слоя на впускное отверстие для первых реакционных газов (т.е. газов из первой области термической реакции или из дополнительных областей термической реакции) в первой каталитической области. Такой материал и/или его конфигурация предпочтительно предотвращает потерю активных свойств катализатора под действием кислорода и предотвращает отложение сульфата.

Предпочтительно отходящий газ содержит по меньшей мере 0,001%, более предпочтительно 0,01% или 0,1%, наиболее предпочтительно по меньшей мере 1% сероводорода по объему относительно общего объема отходящего газа.

Предпочтительно отходящий газ содержит менее 5%, более предпочтительно менее 4% или 3% или 2%, наиболее предпочтительно менее 1% двуокиси серы по объему относительно общего объема отходящего газа.

В одном варианте осуществления, по меньшей мере, часть отходящего газа возвращают из серной ямы в первую каталитическую область. Альтернативно, по меньшей мере, часть отходящего газа возвращают из серной ямы к одной или более дополнительным каталитическим областям ниже по потоку от первой каталитической области. Предпочтительно имеется одна, две или три дополнительные каталитические области. Наиболее предпочтительно имеются две дополнительные каталитические области. Компоненты, такие как сероводород и двуокись серы, которые в ином случае были бы отброшены, могут быть, таким образом, с успехом подвержены каталитической реакции для образования требуемого продукта серы.

В одном крайне предпочтительном варианте осуществления, по меньшей мере, часть отходящего газа возвращают из серной ямы к одной или более дополнительным областям термической реакции ниже по потоку от первой области термической реакции. Предпочтительно имеется одна, две или три дополнительные области термической реакции. Наиболее предпочтительно имеется одна дополнительная область термической реакции. Поскольку отходящий газ возвращают из серной ямы к одной или более дополнительным областям термической реакции ниже по потоку от первой области термической реакции, упомянутый отходящий газ из серной ямы не возвращают в первую область термической реакции. Преимущества возвращения отходящего газа в одну или более, предпочтительно в одну, дополнительную область термической реакции ниже по потоку от первой области термической реакции состоят в том, что в результате преимущественной утилизации все еще потенциально опасного отходящего газа тем самым повышают общую эффективность и/или производительность и/или безопасность способа обработки в целом:

1) не вводят газы-разбавители в первую область термической реакции, что позволяет обеспечивать надлежащую температуру, которую необходимо поддерживать в первой области термической реакции;

2) поток отходящего газа не будет оказывать отрицательное воздействие (или будет оказывать минимальное отрицательное воздействие) на общую производительность первой области термической реакции и одной или более дополнительных областей термической реакции, по сравнению с ситуацией, в которой отходящий газ возвращают в первую область термической реакции; и

3) кислород, содержащийся в потоке отходящего газа, будет влиять на производительность установки, обеспечивая возможность работы воздуходувок в одной или более дополнительных областях термической реакции с более низкой нагрузкой.

Предполагается, что распределение сопел/впускных отверстий отходящего газа в одной или более дополнительных областях термической реакции будет зависеть от размера и формы упомянутых одной или более дополнительных областей термической реакции и направления потока из упомянутых одной или более дополнительных областей термической реакции, например, направления потока к котлу-утилизатору.

Предпочтительно способ обработки включает в себя возвращение по меньшей мере части отходящего газа во вторую область термической реакции ниже по потоку от первой области термической реакции, причем упомянутая первая область термической реакции размещена в первом одном блоке вместе с первым котлом-утилизатором, и при этом вторая область термической реакции размещена во втором одном блоке вместе со вторым котлом-утилизатором, причем поток газа этапа (i), пропускают через первую область термической реакции, через первый котел-утилизатор ко второй области термической реакции, где этот поток объединяют, по меньшей мере, с частью возвращаемого отходящего газа, после чего упомянутый объединенный поток пропускают через второй котел-утилизатор. Преимущества такого устройства, содержащего первую и вторую области термической реакции, подробно описаны в документе ЕР 0237217.

Предпочтительно способ обработки включает в себя возвращение по меньшей мере части отходящего газа ко второй области термической реакции ниже по потоку от первой области термической реакции, причем первая и вторая области термической реакции расположены в одном блоке вместе с многоходовым котлом-утилизатором, при этом газовый поток этапа (i) пропускают через первую область термической реакции, через многоходовой котел-утилизатор ко второй области термической реакции, где этот поток объединяют, по меньшей мере, с частью возвращаемого отходного газа, после чего упомянутый объединенный поток пропускают через многоходовой котел-утилизатор. Использование одного блока, вмещающего первую и вторую области термической реакции вместе с многоходовым котлом-утилизатором, является предпочтительным, так как один блок (включающий в себя только один (многоходовой) котел-утилизатор) является более компактным и, следовательно, пригоден для обрабатывающих установок при наличии ограничений по занимаемому пространству. Кроме того, использование такого многоходового котла-утилизатора повышает энергетическую эффективность путем генерации полезного пара высокого давления. Другие преимущества включают в себя уменьшение потока обрабатываемого газа через обрабатывающую установку, снижение затрат на повторный нагрев в конвертере и на топливный газ печи сжигания. Это приводит к значительному сокращению выбросов углекислого газа.

Предпочтительно способ обработки включает в себя введение продувочного газа в серную яму для образования отходящего газа. Предпочтительно продувочный газ является азотом и/или воздухом.

Предпочтительно упомянутый способ обработки включает в себя дегазацию жидкой серы в серной яме для образования отходящего газа. Предпочтительно жидкую серу дегазируют при давлении от 0,5 до 1 МПа. Более предпочтительно жидкую серу дегазируют при давлении от 0,6 до 0,9 МПа, или от 0,7 до 0,8 МПа. Предпочтительно при таких давлениях не требуется компрессор, в связи с чем уменьшаются энергоемкость и экономические затраты способа обработки при удалении возвращаемого опасного отходящего газа от серосодержащего продукта.

Предпочтительно способ обработки дополнительно включает в себя объединение отходящего газа с потоком газа, содержащего О₂, перед тем как отходящий газ возвращают в способ обработки ниже по потоку от первой области термической реакции. Это является предпочтительным, потому что этим обеспечивается значительное завихрение/смешивание газов перед входом в способ обработки для предотвращения поступления свободного/молекулярного кислорода в котел-утилизатор. Это связано с тем, что, при таких условиях в котле-утилизаторе, свободный (не вступивший в реакцию) кислород преобразуется в опасный триоксид серы, который быстро разрушил бы трубы в котле-утилизаторе.

Предпочтительно упомянутое устройство содержит средство для возвращения газов из серной ямы в первую каталитическую область. Альтернативно и/или предпочтительно устройство содержит одну или более дополнительных каталитических областей ниже по потоку от первой каталитической области.

Предпочтительно устройство содержит одну или более дополнительных областей термической реакции ниже по потоку от первой области термической реакции. Более предпочтительно устройство содержит средство для возвращения газов из серной ямы к упомянутым одной или более дополнительным областям термической реакции ниже по потоку от первой области термической реакции.

ЧЕРТЕЖИ

Настоящее изобретение дополнительно описано ниже со ссылкой на представленные в качестве примера прилагаемые чертежи, на которых:

На фиг. 1 показана блок-схема способа обработки для восстановления серы из содержащего сероводород потока газа и устройства в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения. Стрелками показано направление потока газа.

Пояснение к фиг. 1

5. Первая область термической реакции

10. Первая каталитическая область

15. Конденсатор серы

20. Конденсатор серы

25. Впускное отверстие для потока газа, содержащего газ сероводорода

30. Выпускное отверстие для первых реакционных газов

35. Впускное отверстие для первых реакционных газов

40. Выпускное отверстие для вторых реакционных газов

45. Серная яма

50. Средство для возвращения газов из серной ямы в устройство ниже по потоку от первой области термической реакции

На фиг. 2 показана блок-схема для альтернативного варианта осуществления настоящего изобретения, в котором способ обработки включает в себя возвращение по меньшей мере части отходящего газа во вторую область термической реакции ниже по потоку от первой области термической реакции, причем упомянутые первая и вторая области термической реакции расположены в одном блоке вместе с многоходовым котлом-утилизатором, при этом поток газа на этапе (i) пропускают через первую область термической реакции, через многоходовой котел-утилизатор ко второй области термической реакции, содержащей по меньшей мере часть возвращаемого отходящего газа, затем еще раз пропускают, по меньшей мере с частью возвращаемого отходящего газа, через многоходовой котел-утилизатор. Стрелками показано направление потока газа.

Пояснение к фиг. 2

5. Первая область термической реакции

10. Первая каталитическая область

15. Конденсатор серы

20. Конденсатор серы

25. Впускное отверстие для потока газа, содержащего газ сероводорода

30. Выпускное отверстие для первых реакционных газов

35. Впускное отверстие для первых реакционных газов

40. Выпускное отверстие для вторых реакционных газов

45. Серная яма

50. Средство для возвращения газов из серной ямы в устройство ниже по потоку от первой области термической реакции

55. Многоходовой котел-утилизатор

60. Вторая область термической реакции

Предшествующее подробное описание было представлено для объяснения и иллюстрации и не предназначено для ограничения объема прилагаемой формулы изобретения. Многие изменения представленных в данном описании предпочтительных вариантов, очевидные для любого среднего специалиста в данной области техники, будут оставаться в пределах объема прилагаемой формулы изобретения и ее эквивалентов.

Изобретение относится к обработке газов. Для восстановления серы из содержащего сероводород потока газа осуществляют следующие стадии. Создают поток газа, содержащий сероводород, и пропускают поток газа в устройство, содержащее области термической и каталитической обработки. Каталитическая область содержит поглощающий кислород материал, содержащий железо. В термической области часть сероводорода вступает в реакцию для образования диоксида серы и водяного пара, и оставшаяся часть сероводорода вступает в реакцию для образования пара серы и водяного пара. Пропускают газовую смесь к каталитической области. Часть сероводорода вступает в реакцию для дополнительного образования пара серы и водяного пара. После термической и каталитической области осуществляют конденсацию пара серы для образования жидкой серы и пропускание жидкой серы в серную яму. Отходящий газ, образующийся или содержащийся в серной яме, возвращают в процесс ниже по потоку от области термической реакции. Обеспечивается повышение эффективности обработки сероводородсодержащего газа и увеличение степени извлечения серы. 15 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ восстановления серы из содержащего сероводород потока газа, причем способ включает в себя:

(i) создание потока газа, содержащего газ сероводорода;

(ii) пропускание потока газа в устройство, содержащее первую область термической реакции и первую каталитическую область, причем первая каталитическая область содержит поглощающий кислород материал, содержащий железо; и

(1) вступление в реакцию части газа сероводорода в первой области термической реакции для образования диоксида серы и водяного пара и вступление в реакцию дополнительной части сероводорода для образования пара серы и водяного пара для образования результирующей газовой смеси, содержащей водяной пар, пар серы, диоксид серы и сероводород; и

(2) пропускание по меньшей мере части результирующей газовой смеси к первой каталитической области, причем по меньшей мере часть сероводорода вступает, в присутствии катализатора, в реакцию для дополнительного образования пара серы и водяного пара; и

после этапа (1) и/или этапа (2) конденсацию по меньшей мере части упомянутого пара серы для образования жидкой серы и пропускание по меньшей мере части жидкой серы в серную яму; причем

отходящий газ, образующийся или содержащийся в серной яме, возвращают из серной ямы в процесс ниже по потоку от первой области термической реакции.

2. Способ по п.1, в котором катализатор, присутствующий в первой каталитической области, является стойким к кислороду катализатором.

3. Способ по п.2, в котором упомянутый катализатор содержит TiO₂.

4. Способ по п.1, в котором катализатор содержит Al₂O₃.

5. Способ по п.1, в котором отходящий газ содержит по меньшей мере 0,001% сероводорода по объему относительно общего объема отходящего газа.

6. Способ по п.1, в котором отходящий газ содержит менее 1% двуокиси серы по объему относительно общего объема отходящего газа.

7. Способ по п.1, в котором по меньшей мере часть отходящего газа возвращают из серной ямы в первую каталитическую область.

8. Способ по п.1, в котором по меньшей мере часть отходящего газа возвращают из серной ямы к одной или более дополнительным каталитическим областям ниже по потоку от первой каталитической области.

9. Способ по п.1, в котором по меньшей мере часть отходящего газа возвращают из серной ямы к одной или более дополнительным областям термической реакции ниже по потоку от первой области термической реакции.

10. Способ по п.1, в котором отходящий газ из серной ямы не возвращают к первой области термической реакции.

11. Способ по п. 9 или 10, причем способ включает в себя возвращение по меньшей мере части отходящего газа во вторую область термической реакции ниже по потоку от первой области термической реакции, при этом первая область термической реакции размещена в первом одном блоке вместе с первым котлом-утилизатором, причем вторая область термической реакции размещена во втором одном блоке вместе со вторым котлом-утилизатором, при этом поток газа этапа (i) пропускают через первую область термической реакции, через первый котел-утилизатор ко второй области термической реакции, где этот поток объединяют по меньшей мере с частью возвращаемого отходящего газа, затем упомянутый объединенный поток пропускают через второй котел-утилизатор.

12. Способ по п. 9 или 10, причем способ включает в себя возвращение по меньшей мере части отходящего газа ко второй области термической реакции ниже по потоку от первой области термической реакции, при этом первая и вторая области термической реакции расположены в одном блоке вместе с многоходовым котлом-утилизатором, причем газовый поток этапа (i) пропускают через первую область термической реакции, через многоходовой котел-утилизатор ко второй области термической реакции, где этот поток объединяют по меньшей мере с частью возвращаемого отходного газа, затем упомянутый объединенный поток пропускают через многоходовой котел-утилизатор.

13. Способ по п.1, включающий в себя введение продувочного газа в серную яму для образования отходящего газа.

14. Способ по п.1, включающий в себя дегазацию жидкой серы в серной яме для образования отходящего газа.

15. Способ по п. 14, в котором жидкую серу дегазируют при давлении от 0,5 до 1 МПа.

16. Способ по п.1, дополнительно включающий в себя объединение отходящего газа с потоком газа, содержащим O₂, перед тем как отходящий газ возвращают в процесс ниже по потоку от первой области термической реакции.