СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ГАЗА, ВКЛЮЧАЮЩИЙ ПРОЦЕСС ОКИСЛЕНИЯ С ГЕНЕРАЦИЕЙ ОТВОДИМОГО ТЕПЛА, И СООТВЕТСТВУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2022 года по МПК B01D53/14 B01D53/34 C01B17/04 

Настоящее изобретение относится к способу переработки газа, включающему процесс окисления с генерацией отводимого тепла, и к соответствующему устройству в соответствии с ограничительными частями независимых пунктов формулы изобретения.

Предшествующий уровень техники

Способы и устройство для переработки смесей кислых газов на основе процесса Клауса известны из предшествующего уровня техники. См., например, ссылку на статью Natural Gas в Ullmann’s Encyclopaedia of Industrial Chemistry, публикация в Интернете от 15 июля 2006 г., DOI: 10.1002/14356007.a17_073.pub2, особенно глава 2.4 Removal of Carbon Dioxide and Sulfur Components.

В US 4,684,514 A описан способ извлечения серы из потока газа, содержащего сероводород, в котором одновременно с конденсацией серы удаляют воду и который можно осуществлять при высоком давлении.

US 2013/0071308 A1 относится к способу и установке для извлечения серы из кислого газа, содержащего сероводород и диоксид углерода, включающим окисление кислого газа, причем часть сероводорода окисляется до диоксида серы и воды, реакцию полученного диоксида серы с остаточным сероводородом с образованием элементарной серы и удаление элементарной серы. Диоксид углерода и/или диоксид углерода, образующийся в результате окисления кислого газа, сжимаются, и по меньшей мере часть диоксида углерода закачивается в нефтяную скважину.

В US 5635541 раскрыто, что природный газ можно частично окислять с получение синтез-газа, содержащего монооксид углерода и водород, при этом осуществляют каталитическую реакцию синтез – газа с получением углеводородных продуктов с более высокой молекулярной массой, где в процессе конверсии образуются избыточный пар, и кислород, используемый для частичного окисления природного газа, получают в процессе разделения воздуха.

Первоначально в процессе Клауса смешивали только сероводород или соответствующую смесь кислых газов и кислород и смесь пропускали через предварительно нагретый слой катализатора. Позднее он был модифицирован путем включения пламенного окисления выше по потоку от слоя катализатора в так называемой печи Клауса. Большинство используемых в настоящее время установок производства серы (УПС) работают на основе соответствующим образом модифицированного процесса. Таким образом, если ниже по тексту для краткости говорится о «процессе Клауса» или соответствующем устройстве, речь идет об описанном выше модифицированном пламенным окислением процессе Клауса.

Так называемое обогащение кислородом является хорошо известным экономичным и надежным способом устранения узких мест существующих установок производства серы методом Клауса, требующим минимальных капиталовложений. Однако обогащение кислородом, как подробно описано ниже, не сводится только к переоборудованию существующих установок производства серы методом Клауса, но может с пользой применяться и при проектировании новых установок. Ниже по тексту термин «обогащение кислородом» будет относиться к любому способу, в котором в установке производства серы методом Клауса или в соответствующем способе по меньшей мере часть подаваемого в печь Клауса воздуха заменяют на кислород или газовую смесь, которая по сравнению с воздухом окружающей среды обогащена кислородом или, в более общем смысле, имеет более высокое содержание кислорода, чем воздух окружающей среды.

Кислород или обогащенные кислородом газовые смеси для установок производства серы методом Клауса можно, как правило, обеспечивать криогенными способами разделения воздуха и соответствующими установками разделения воздуха (ASU), как это известно из предшествующего уровня техники, см., например, Haering, H.-W., "Industrial Gases Processing", Wiley-VCH, 2008, особенно главу 2.2.5 "Cryogenic Rectification". Криогенные установки разделения воздуха обычно содержат так называемую теплую секцию, выполненную с возможностью сжатия, предварительного охлаждения, сушки и предварительной очистки подаваемого воздуха, и так называемую холодную секцию, выполненную с возможностью теплообмена и ректификации.

В то время как настоящее изобретение ниже по тексту описано с упором на криогенное разделение воздуха, оно может быть успешно использовано также в сочетании с некриогенными способами и установками разделения воздуха, например, основанными на адсорбции при переменном давлении (АПД), особенно с уровнями давления десорбции ниже атмосферного давления (вакуумная АПД, ВАПД). Это применительно в том случае, если такие способы или установки используют роторное оборудование, приводимое в действие или имеющее возможность приведения в действие с помощью пара, в частности паровую турбину.

Настоящее изобретение также не ограничено процессом Клауса, но в равной степени может быть использовано в других способах переработки газа, включающих процесс окисления с генерацией отводимого тепла, при условии, что кислород, например чистый кислород или кислород, содержащийся в смеси компонентов, обогащенной кислородом, по меньшей мере временно обеспечивает установка разделения воздуха указанного типа, в частности, когда в ходе запуска такого процесса генерируется меньше отводимого тепла или оно не генерируется совсем.

Цель настоящего изобретения заключается в предложении усовершенствованных способов такого типа, в частности в целях сокращения капитальных и эксплуатационных расходов.

Описание изобретения

В свете изложенного выше, в настоящем изобретении предложен способ переработки газа, включающий процесс окисления с генерацией отводимого тепла, и соответствующее устройство, включающее признаки, описанные в независимых пунктах формулы изобретения, соответственно. Преимущественные варианты осуществления являются объектом зависимых пунктов формулы изобретения и представленного ниже описания.

Прежде чем конкретно рассматривать признаки и преимущества настоящего изобретения, будут определены и кратко объяснены некоторые термины, используемые в настоящем документе. Кроме того, будет дано дополнительное объяснение принципа работы установки удаления серы методом Клауса. Хотя ниже по тексту настоящее изобретение и его технические основы описаны с упором на процесс Клауса, настоящее изобретение можно в равной степени использовать в других способах переработки газа, включающих процесс окисления с генерацией отводимого тепла.

Согласно используемой в настоящем документе терминологии, смесь компонентов, например газовая смесь, может быть богата или бедна одним или более компонентами, где термин «богатый» может означать содержание более 75%, 80%, 85%, 90%, 95%, 99%, 99,5 или 99,9%, а термин «бедный» — содержание менее 25%, 20%, 15%, 10%, 5%, 1%, 0,5% или 0,1% в молярном, массовом или объемном измерении. В сфере переработки кислых газов смесь кислых газов с содержанием сероводорода более 80% обычно называется «богатой», а смесь кислых газов с меньшим содержанием сероводорода обычно называется «бедной». Согласно используемой в настоящем документе терминологии, смесь может быть также обогащенной или обедненной в отношении одного или более компонентов, особенно при сравнении с другой смесью, при этом «обогащенная» может означать содержание, по меньшей мере в 1,5 раза, 2 раза, 3 раза, 5 раз, 10 раз или 100 раз превышающее содержание в другой смеси, а «обедненная» — не более чем в 0,75 раза, 0,5 раза, 0,25 раза, 0,1 раза или 0,01 раза меньше содержания в другой смеси.

Согласно используемой в настоящем документе терминологии, термин «смесь кислых газов» относится к газовой смеси, содержащей сероводород и диоксид углерода в общем количестве по меньшей мере 50%, 75%, 80% или 90% по объему. В смеси кислых газов могут присутствовать также другие компоненты, в частности вода, углеводороды, бензол, толуол и ксилолы (БТК), монооксид углерода, водород, аммиак и меркаптаны.

Термины «уровень давления» и «уровень температуры» используются в настоящем документе для того, чтобы выразить, что для реализации изобретения и его преимущественных вариантов осуществления не могут быть использованы точные значения давления, но могут использоваться диапазоны давлений. Различные уровни давления и температуры могут находиться в разных диапазонах или в перекрывающихся друг с другом диапазонах. Они также охватывают ожидаемые и неожиданные, особенно непреднамеренные, изменения давления или температуры, например неизбежные потери давления или температуры. Выраженные в барах значения уровней давления являются значениями абсолютного давления.

Компрессоры для использования в установках разделения воздуха, будь то установки криогенного или некриогенного типа, могут быть выполнены в виде турбомашин или объемных гидравлических машин, которые отличаются своими рабочими характеристиками. При использовании турбомашин количество сжатого газа уменьшается при повышении давления, а в объемных гидравлических машинах может быть достигнут почти постоянный массовый расход независимо от давления нагнетания компрессора. Наиболее часто используемыми для криогенного разделения воздуха машинами являются многоступенчатые турбокомпрессоры. Турбокомпрессоры могут быть радиального или осевого типа. Они отличаются друг от друга направлением, в котором сжатый газ выходит из рабочего колеса. Радиальный турбокомпрессор состоит из нескольких ступеней, которые расположены на одном или более валах. Эти валы приводятся в действие через привод либо электрическим двигателем, либо паровой турбиной. Воздух, сжатый в главном воздушном компрессоре (ГВК), например турбокомпрессорного типа, установки разделения воздуха обычно нагревается за счет сжатия до приблизительно 100°C, и поэтому перед охлаждением посредством теплообмена с продуктами разделения воздуха его, как правило, предварительно охлаждают водой.

Если ниже по тексту используется термин «главный воздушный компрессор», то данный термин предназначен для обозначения того компрессора или тех компрессоров криогенной или некриогенной установки разделения воздуха, который (-ые) сжимает (-ют) весь подлежащий разделению воздух до определенного уровня давления. За главным воздушным компрессором может следовать дожимной воздушный компрессор (ДВК) или несколько дожимных компрессоров, приводимых в действие турбинами. Однако машины последнего типа используют только для частей воздуха, предварительно сжатых главным воздушным компрессором. В настоящем документе главный воздушный компрессор и дожимной воздушный компрессор следует понимать как машины, полностью или по меньшей мере частично приводимые в действие внешней энергией, при этом термин «внешняя энергия» относится к энергии, которая не получена за счет расширения технологических потоков, возникающих в самой установке разделения воздуха, например, с использованием турбодетандеров.

В классических криогенных установках разделения воздуха, как показано на фиг. 2.3A в Haering, весь подаваемый в систему ректификационных колонн воздух сжимают до давления, которое равно или немного выше рабочего давления колонны высокого давления в главном воздушном компрессоре, и только часть сжатого таким образом воздуха дополнительно сжимают до более высокого давления в так называемом дожимном воздушном компрессоре. Такие классические конфигурации зачастую называются также конфигурациями «ГВК/ДВК». В то же время в более поздних конфигурациях, так называемых конфигурациях с «высоким давлением воздуха» (ВДВ), весь подаваемый воздух сжимается в главном воздушном компрессоре до давления, значительно превышающего рабочее давление в колонне высокого давления, т.е. по меньшей мере 2, 3, 4, 5 или 10 бар и до 20 бар или более. Однако это не исключает того, что части сжатого таким образом воздуха дополнительно сжимают в дожимных воздушных компрессорах или других дополнительных машинах. Конфигурации с высоким давлением воздуха известны из EP 2 466 236 A1, EP 2 458 311 A1 и US 5,329,776 A.

Источником смеси кислых газов, используемой в качестве сырья для установки производства серы методом Клауса, обычно является установка очистки кислых газов, например природного газа или газа с нефтехимического или нефтеперерабатывающего завода. Смесь кислых газов, содержащая различные количества сероводорода и диоксида углерода, насыщена водой и часто содержит также небольшие количества углеводородов и других примесей помимо основных компонентов. В типичной установке производства серы методом Клауса смесь кислых газов поступает под давлением приблизительно 0,5 бар (изб.) или приблизительно 0,8 бар (изб.) и при температуре 50°С. В классических установках производства серы методом Клауса воздух для сжигания сжимается до эквивалентного давления центробежными воздуходувками. Затем оба входных потока поступают в горелку, которая загорается в печи Клауса, причем в горелку подается дополнительное топливо.

Газовая смесь из печи Клауса, обычно имеющая температуру до 1400°C, как правило, охлаждается при производстве пара в котле утилизации отводимого тепла и дополнительно охлаждается при производстве пара низкого давления в отдельном теплообменнике. При этом горячие газы охлаждаются до температуры приблизительно 160°C, конденсируя большую часть серы, которая уже образовалась к этому моменту. Полученная жидкая сера удаляется в сепараторной секции конденсатора и самотеком поступает в емкость для хранения серы. Здесь она сохраняется в расплавленном состоянии с помощью паровых змеевиков при температуре приблизительно 140°C. Накопленную в этом резервуаре серу перекачивают в грузовые автомобили или железнодорожные вагоны для транспортировки.

Любую дальнейшую конверсию сернистых газов, все еще содержащихся в поступившей из печи Клауса газовой смеси, необходимо выполнять при помощи каталитической реакции, поэтому газовую смесь повторно нагревают одним из нескольких средств, а затем подают в слой катализатора. Каталитическая реакция Клауса высвобождает дополнительную энергию и преобразует более половины оставшихся сернистых газов в пары серы. Эти пары конденсируются при производстве пара низкого давления и удаляются из газовой смеси. Оставшуюся газовую смесь повторно нагревают и подают в следующий слой катализатора. Этот цикл повторного нагрева, каталитической конверсии и конденсации серы повторяют на двух-четырех каталитических ступенях. Типичная установка производства серы методом Клауса содержит одну ступень реакции на открытом пламени, т.е. одну печь, и три ступени каталитической реакции. На каждой ступени реакции в пары серы превращается все меньшая доля оставшихся сернистых газов.

Если трехступенчатая или четырехступенчатая установка производства серы не может обеспечить требуемые уровни выбросов в газовой смеси, полученной после последней ступени каталитической реакции, т.е. в так называемом хвостовом газе, необходима дополнительная обработка. Она включает так называемую установку очистки хвостовых газов (УОХГ), которая обычно может быть выполнена с возможностью реализации процессов газоочистки сухим слоем и мокрой газоочистки. Способы мокрой газоочистки, такие как BSR (процесс «Бивон» для удаления серы)/аминовый процесс компании WorleyParsons, включают в себя секцию предварительной обработки для конверсии обратно в сероводород всех соединений серы, все еще содержащихся в хвостовом газе. После охлаждения содержащий сероводород хвостовой газ приводят в контакт с растворителем для удаления сероводорода, что очень похоже на традиционную установку для очистки газа. Затем растворитель регенерируют для удаления сероводорода, который затем рециркулируют в находящуюся выше по потоку установку удаления серы методом Клауса для последующей конверсии и извлечения.

Так называемое обогащение кислородом, как упоминалось, является хорошо известным экономичным и надежным способом устранения узких мест существующих установок производства серы методом Клауса, требующим минимальных капиталовложений. Оно также может устранить необходимость в совместном сжигании топливного газа в реакционной печи, что требуется для поддержания правильной температуры для разрушения загрязняющих веществ, например для разрушения бензола, толуола и ксилолов в кислотной газовой смеси. Как правило, для поддержания стабильного пламени необходимы более высокие температуры (выше приблизительно 1000°C), еще более высокие температуры необходимы для разрушения БТК и/или аммиака (присутствующих в газе, поступающем из стриппера кислой воды на нефтеперерабатывающих предприятиях). Требуется ли соответствующее совместное сжигание, зависит прежде всего от содержания сероводорода в обработанной смеси кислых газов и от того, можно ли получить достаточную температуру и стабильное пламя путем сжигания только смеси кислых газов.

Концепция обогащения кислородом предполагает замену части или всего подаваемого в печь Клауса воздуха обогащенным воздухом или чистым кислородом. Соответственно, объемный поток через установку производства серы методом Клауса уменьшается, что позволяет подавать в систему больше смеси кислых газов. Это приводит к повышению производительности по получению серы без необходимости в значительной модификации существующего оборудования или существенном изменении динамики давления технологической установки.

Применение обогащения кислородом не сводится только к переоборудованию существующих установок производства серы методом Клауса или устранению их узких мест, но может также обеспечивать преимущества и при проектировании новых установок, в которых получаемые смеси кислых газов являются бедными и содержат бензол, толуол и ксилолы. Для таких установок традиционно требуется предварительный нагрев сырьевого газа и/или воздуха для сжигания, а также совместное сжигание топливного газа, и их применение по традиции не рассматривается для операций с участием обогащенного кислорода. Однако и для таких установок использование технологии, включающей обогащение кислородом, приводит к сокращению физических размеров всех основных единиц оборудования и связанному с этим значительному сокращению капитальных затрат. В частности, может быть достигнуто значительное снижение потребности в топливе при совместном сжигании в печи Клауса и других установках, поэтому большее количество топлива, например природного газа, можно использовать для других целей или поставлять в качестве продукции всей установки.

Кроме того, особое преимущество обогащения кислородом заключается в том, что хвостовой газ ниже по потоку от установки очистки хвостовых газов меньше «разбавляется» азотом из воздуха для сжигания, используемого в традиционной схеме. Если в процесс поступает мало дополнительного азота или он вообще не поступает, то основной компонент смеси кислых газов после десульфурации, т.е. диоксид углерода, и другие компоненты, такие как водород, могут быть получены более простым и экономичным способом, например с помощью только криогенной технологии и без энергоемкой мокрой технологии.

Независимо от того, основаны установки разделения воздуха на криогенных процессах или адсорбционных процессах, им требуются компрессоры для подготовки воздуха, используемого в качестве сырья. Установки удаления серы методом Клауса традиционно работают за счет подачи воздуха окружающей среды в печь Клауса через воздуходувки с целью поступления кислорода, содержащегося в воздухе окружающей среды, в качестве компонента реакции. Улучшенный способ, как упоминалось, представляет собой применение обогащения кислородом, когда по меньшей мере часть воздуха окружающей среды заменяют на чистый кислород или газовую смесь с более высоким содержанием кислорода, чем в воздухе окружающей среды. Например, чистый кислород или обогащенную кислородом газовую смесь можно смешивать с воздушным потоком, подаваемым в печь Клауса воздуходувкой, при этом количество воздуха соответственно уменьшается, чтобы поддерживался установленный массовый расход. Альтернативно воздуходувку больше не используют для подачи воздуха в печь Клауса, а для того, чтобы обеспечить кислород для горения, могут использовать только кислород или обогащенную кислородом газовую смесь. В этом случае отпадает необходимость в воздуходувке для подачи основного воздуха в печь Клауса. Значительно меньшие по размеру воздуходувки для генератора восстановительного газа и печи дожига хвостовых газов (при их наличии, соответственно), можно дополнительно уменьшить.

В частности в последнем случае во время нормальной работы печи Клауса воздуходувка вообще не требуется. Однако и в первом случае во время нормальной работы требуется подавать меньше воздуха в печь Клауса, что снижает требуемую мощность воздуходувки. Однако техническая потребность в воздуходувке все еще может сохраняться на этапе запуска процесса, поскольку процесс запускается с воздухом окружающей среды и затем постепенно усиливается путем обогащения кислородом до желаемого уровня, например до 100% или подачи по меньшей мере 100-процентного кислорода. В частности, соответствующая установка должна быть разогрета перед розжигом основной горелки, чтобы избежать термического удара и т.д. Для этого при запуске в печи Клауса будет сжигаться топливный газ с воздухом (подаваемым воздуходувкой). Подаваемый воздух, топливный газ и/или кислый газ можно дополнительно предварительно нагревать с использованием теплообменников, применяя пар.

Иными словами, в ходе процесса удаления серы методом Клауса с обогащением кислородом («обогащение кислородом», как упоминалось, относится также и к работе с использованием чистого кислорода), мощность воздуходувки можно было бы существенно снизить или можно было бы обойтись вообще без воздуходувки. Однако для запуска установки удаления серы методом Клауса по-прежнему требуется воздух окружающей среды, поэтому можно установить воздуходувку.

Установка разделения воздуха, используемая в настоящем изобретении, предназначена для подачи кислорода в установку удаления серы методом Клауса с целью обеспечить работу установки удаления серы методом Клауса на обогащенном кислородом воздухе или 100-процентном кислороде. Однако во время запуска установки удаления серы методом Клауса кислород не требуется, поскольку, как упоминалось, содержание кислорода в сырье, подаваемом в установку удаления серы методом Клауса, будет постепенно увеличиваться. В соответствии с настоящим изобретением, главный воздушный компрессор, необходимый для установки разделения воздуха, в течение этого периода можно использовать для подачи воздушного потока в установку Клауса. Требуемый уровень давления воздуха для подачи в установку удаления серы методом Клауса, называемый здесь уровнем давления подачи, составляет 0,5–3,5 бар (изб.) (бар манометрического давления).

На данном этапе запуска установки удаления серы методом Клауса разделение воздуха может быть отключено или может выполняться в минимальном допустимом режиме. По мере того как уровень обогащения кислородом в установке удаления серы методом Клауса постепенно растет, объем воздуха, необходимый для установки удаления серы методом Клауса, может соответствующим образом постепенно уменьшаться. Таким образом, главный воздушный компрессор может обеспечивать постепенно растущий объем воздуха для процесса разделения воздуха, который, в свою очередь, может обеспечивать постепенно растущие количества продуктов разделения воздуха. Как правило, «продукт разделения воздуха» относится к любой текучей среде, которая может быть получена путем криогенного или некриогенного разделения воздуха и которая содержит один или более компонентов воздуха окружающей среды с более высоким или более низким содержанием, чем воздух окружающей среды, т.е. являющейся обогащенной или обедненной в указанном выше смысле. В частности, продуктом разделения воздуха в контексте настоящего изобретения является богатый или обогащенный кислородом продукт разделения воздуха или (по существу) чистый кислород.

Преимущества изобретения

Как указано выше, настоящее изобретение имеет особое преимущество в связи с переработкой кислого газа, включающей процесс Клауса, но в равной степени подходит и для других процессов упомянутого типа.

Установки по переработке газов и способы переработки, в частности для переработки кислого природного газа, являются довольно сложными и, как правило, включают различные технологические установки, такие как, например, установки удаления кислых газов (например, так называемые установки аминовой очистки, в которых выполняют аминовую очистку, как описано ниже), установки переработки природного газа (например, для так называемого регулирования точки росы или дегидратации), установки удаления серы и установки удаления хвостовых газов, как описано выше. В таких установках и способах установки разделения воздуха можно использовать для обеспечения как кислорода (например, для процессов Клауса с обогащением кислородом, как также описано выше), так и азота для продувки и создания газовой подушки. Более подробное описание можно найти по ссылкам на профессиональную литературу, приведенным в начале.

Процессы, применяемые в таких интегрированных установках переработки и способах, включают последовательные запуски различных технологических установок. В частности, если в одной или нескольких из этих установок генерируется отводимое тепло, например тепло, содержащееся в газовой смеси, перерабатываемой в печи Клауса, в процессе Клауса, то в качестве побочного продукта может генерироваться пар, и этот пар можно применять в других интегрированных установках, т.е. в потребителях пара. В данном контексте проблемы возникают в том случае, когда генерирующие отводимое тепло установки запускаются или могут быть запущены только после того, как потребители пара уже запущены, и им уже необходим пар для работы. В соответствующих интегрированных процессах установку удаления серы, работающую на основе процесса Клауса, можно рассматривать как экспортер пара (например, в нефтеперерабатывающем или газоперерабатывающем заводе), который обеспечивает другие технологические установки паром в нормальном режиме работы. Однако в ходе запуска такой пар еще недоступен.

Пар, генерируемый с использованием отводимого тепла в процессе Клауса, можно, например, направлять в установку аминовой очистки для регенерации аминового растворителя. Типичный аминовый процесс обработки газа включает абсорбционную установку и установку восстановления, а также вспомогательное оборудование. В абсорбционной установке поступающий сверху вниз аминовый раствор поглощает сероводород и диоксид углерода из поступающей снизу вверх газовой смеси, например кислого природного газа, для получения «обессеренного» потока газа (т.е. потока газа, не содержащего сероводород и диоксид углерода) в качестве продукта и аминового раствора, богатого поглощенными кислыми газами. Затем полученный «богатый» амин направляют в установку восстановления, представляющую собой стриппер с ребойлером, для получения восстановленного, или «бедного», амина, который направляется обратно для повторного использования в абсорбционную установку. Отогнанная газовая смесь из установки восстановления обогащена или богата сероводородом и диоксидом углерода. Она представляет собой смесь кислых газов, которую можно перерабатывать в процессе Клауса. В частности, ребойлер установки восстановления в установке аминовой очистки может работать с паром, полученным с использованием отводимого тепла процесса Клауса.

Однако следует понимать, что установка аминовой очистки, производящая кислый газ для переработки в процессе Клауса и тем самым поставляющая газ для переработки в процессе Клауса, должна быть запущено до процесса Клауса. Однако на момент запуска установки аминовой очистки никакого отводимого тепла от нее еще не поступает. Эта же проблема возникает и в том случае, если другим установкам в соответствующей интегрированной установке или способе требуется пар, например, для целей нагрева, который на момент запуска еще не доступен.

Установка очистки хвостовых газов может в целом представлять собой потребителя пара, которому необходим пар, особенно во время предварительного нагрева и во время запуска. Обычно использование отводимого тепла процесса Клауса дает пар высокого и низкого давления. Установка очистки хвостовых газов обычно потребляет пар низкого давления. Таким образом, можно генерировать дополнительный пар и использовать его в других целях. В указанном выше процессе BSR/аминовой технологии очистки хвостовых газов основное применение пара заключается в повторном кипячении аминового растворителя в регенераторе растворителя, как упомянуто. Кроме того, пар можно использовать для подогрева хвостовых газов до температуры реакции перед их подачей в реактор гидрогенизации. (Последнего также можно достичь путем сжигания топливного газа в «генераторе восстановительного газа» (ГВГ)).

Поэтому в интегрированных установках и способах описанного типа стандартно используют отдельную паровую установку, включающую паровой котел, который обычно нагревается газом или нефтью и временно генерирует пар для обслуживания потребителей пара на стадии запуска установки, когда еще не поступает отводимого тепла. После полного запуска комплекса, включающего установку производства серы, устанавливается паровой баланс, поэтому паровой котел можно отключать, когда становится возможно генерировать достаточно пара с использованием отводимого тепла от установки производства серы. Поэтому отдельную паровую установку или котел используют только временно, и, следовательно, с очень низким коэффициентом использования.

В настоящем изобретении на стадии запуска вместо пара от отдельной паровой установки или котла предлагается использовать пар, который генерирует дополнительная паровая установка или котел, используемый для приведения в действие одного или более компрессоров, в частности главного воздушного компрессора, в установке разделения воздуха, которая также входит в состав интегрированной установки или способа. Установка разделения воздуха, как отмечалось в начале, может представлять собой криогенную или некриогенную установку разделения воздуха, содержащую соответствующий компрессор. В соответствии с изобретением, связанную с установкой разделения воздуха паровую установку или котел запускают первым для временной подачи пара в другие установки переработки газа, такие как установка аминовой очистки, на время их запуска, пока еще не поступает отводимого тепла, например, от процесса Клауса. После запуска последнего и с началом выработки пара паровой котел переключается на подачу пара для запуска и затем непрерывной работы установки разделения воздуха вместо него. Эти концепции, обладающие признаками изобретения, очевидным образом также могут быть перенесены и на другие процессы окисления.

Настоящее изобретение имеет особое преимущество в связи с процессами Клауса с обогащением кислородом, поскольку такие процессы, как упоминалось, обычно запускают с воздухом окружающей среды, а затем обогащением кислородом постепенно доводят до требуемого уровня, например до 250%, путем обогащения кислородом вплоть до 100-процентного кислорода. Такой постепенный запуск можно выполнять, например, для прогрева технологического оборудования и чтобы избежать термического удара, поэтому при запуске процесса Клауса кислород или обогащенный кислородом воздух из установки разделения воздуха в процессе Клауса еще не требуется, и компрессор (-ы) установки разделения воздуха еще не задействован (-ы). Как упомянуто, паровую установку или котел для подачи пара в компрессор (-ы) установки разделения воздуха можно вместо этого использовать для подачи пара в дополнительные установки переработки газа. Однако сразу после запуска процесса Клауса, а также в случае продолжения подачи в него воздуха окружающей среды, появляется отводимое тепло. Как упомянуто, чтобы избежать термического удара, при запуске топливный газ в печи Клауса будут сжигать с воздухом.

Иными словами, в соответствии с настоящим изобретением, генерирующий отводимое тепло процесс окисления интегрирован с приводимой в действие паром установкой разделения воздуха и генератором пара, причем генератор пара временно генерирует пар для других установок, когда установка удаления серы не функционирует или еще не запущена (и потому не генерирует пар). Когда после этого установку удаления серы и связанный с ней генератор пара запускают, и они выдают пар, отдельный генератор пара переключают на запуск и приведение в действие установки разделения воздуха, причем установка разделения воздуха генерирует кислород, который применяют в установке удаления серы для осуществления обогащенного кислородом или питаемого кислородом процесса Клауса.

В свете описанных выше аспектов в настоящем изобретении предложен способ переработки газа, включающий процесс окисления с генерацией отводимого тепла, в котором обеспечена первая газовая смесь, содержащая окисляемый компонент, причем первую газовую смесь и кислород вводят в окислительную установку, причем по меньшей мере часть окисляемого компонента в первой газовой смеси окисляется в окислительной установке, при этом первую газовую смесь и/или вторую газовую смесь, используемую для получения первой газовой смеси, и/или третью газовую смесь, полученную из по меньшей мере части первой газовой смеси с использованием окислительной установки, перерабатывают в одной или более установок переработки газа, работающих с использованием первого количества пара. Согласно изобретению, обеспечивают первый режим работы и второй режим работы, при этом второй режим работы представляет собой режим запуска, а первый режим работы представляет собой нормальный режим работы, реализуемый в период времени после второго режима работы. Процесс окисления с генерацией отводимого тепла задействован в работе и обеспечивает отводимое тепло в количестве, равном первому количеству отводимого тепла, в первом режиме работы, и не задействован в работе или задействован в работе и обеспечивает отводимое тепло в количестве, равном второму количеству отводимого тепла, которое меньше первого количества отводимого тепла, во втором режиме работы. В первом режиме работы вводимый в окислительную установку кислород по меньшей мере частично обеспечен установкой разделения воздуха в форме кислорода, содержащегося в продукте разделения воздуха. Продукт разделения воздуха представляет собой чистый кислород или смесь компонентов, обогащенную кислородом по сравнению с атмосферным воздухом. В первом режиме работы установка разделения воздуха производит первое количество продукта разделения воздуха и во втором режиме работы установка разделения воздуха производит второе количество продукта разделения воздуха, которое меньше первого количества продукта разделения воздуха, или вовсе не производит продукта разделения воздуха. Установка разделения воздуха характеризуется тем, что содержит компрессор, работающий с использованием второго количества пара. В первом режиме работы первое количества пара обеспечивает первый генератор пара, работающий с использованием по меньшей мере части отводимого тепла, и при этом в первом режиме работы второе количество пара обеспечивает второй генератор пара, выполненный с возможностью работы независимо от отводимого тепла.

Вторая газовая смесь может, в частности, представлять собой бедную смесь кислых газов, т.е. смесь кислых газов, содержащую менее 80%, менее 60% или менее 50% и более 10%, более 20%, более 30% или более 40% сероводорода. Настоящее изобретение имеет особое преимущество в данном контексте, поскольку бедные смеси кислых газов содержат меньше окисляемых компонентов и поэтому отводимое тепло генерируется в меньшем количестве, чем в случае богатых смесей кислых газов. Таким образом, важно тщательно организовать управление отводимым теплом.

В соответствии с настоящим изобретением, указанная работа компрессора с использованием второго количества пара включает расширение второго количества пара в паровой турбине, которая механически соединена с компрессором. Это означает, что в соответствии с настоящим изобретением имеет место прямая передача вращательной энергии от паровой турбины к компрессору. В соответствии с настоящим изобретением, используемое механическое соединение может включать соединение с использованием равных скоростей ведущего вала паровой турбины и ведомого вала компрессора или соединение посредством трансмиссии или коробки передач, обеспечивающее фиксированную или варьируемую разность скоростей. Механическое соединение в соответствии с настоящим изобретением не включает непрямое соединение, в котором, например, вращательная энергия паровой турбины превращается в другой вид энергии, такой как электрическая энергия, и в котором указанный другой вид энергии превращается во вращательную энергию для приведения в действие компрессора. Механическое соединение, обеспечиваемое в соответствии с настоящим изобретением, устраняет имеющиеся в других случаях потери на преобразование энергии.

Как упомянуто, работа компрессора с использованием второго количества пара включает расширение второго количества пара в паровой турбине, которая механически соединена с компрессором. Однако это не исключает возможности того, что работа компрессора также может использовать дополнительную энергию, которая обеспечена не в форме пара, расширяемого в паровой турбине.

В соответствии с настоящим изобретением во втором режим работы по меньшей мере часть первого количества пара, обеспечиваемого первым генератором пара в первом режиме работы, вместо этого обеспечивает второй генератор пара, и в частности, первый генератор пара обеспечивает общее количество пара, которое меньше чем второе количество пара, или он не обеспечивает пара совсем. Иными словами, второй генератор пара, который в первом режиме работы используют для приведения в действие компрессора установки разделения воздуха, во втором режиме работы используют для работы указанной по меньшей мере одной установки переработки газа.

Конкретные преимущества и дополнительные признаки способа в соответствии с настоящим изобретением уже обсуждались ранее. В частности, посредством интеграции процесса окисления, например процесса Клауса, могут быть снижены капитальные затраты (CAPEX), а также эксплуатационные расходы (OPEX, в особенности расходы на ремонт и техническое обслуживание) для всего процесса, поскольку дополнительный (только временно используемый) паровой котел становится не нужен. Более того, упрощается процедура запуска соответствующего способа, поскольку меньшее количество оборудования позволяет использовать сокращенный график запуска. Кроме того, в соответствии с настоящим изобретением, требуется меньшая площадь для размещения оборудования. Кроме того, установки разделения воздуха с паровым приводом обычно оказываются более эффективными с учетом общей стоимости владения. Таким образом, улучшаются общие экономические показатели процесса Клауса с обогащением кислородом.

В соответствии с настоящим изобретением, первый режим работы представляет собой нормальный режимом работы, реализуемый в период времени после второго режима работы. Второй режим работы представляет собой режим запуска.

В целом не исключена возможность генерации отводимого тепла также и во втором режиме работы, однако, как отмечено, количество отводимого тепла во втором режиме работы по меньшей мере меньше.

Иными словами, процесс окисления с генерацией отводимого тепла предпочтительно задействован в работе и обеспечивает отводимое тепло в количестве, равном первому количеству отводимого тепла, в первом режиме работы, и предпочтительно не задействован в работе или задействован в работе и обеспечивает отводимое тепло в количестве, равном второму количеству отводимого тепла, которое меньше первого количества отводимого тепла, во втором режиме работы.

Как также обсуждалось ранее, настоящее изобретение имеет особое преимущество в связи с процессом Клауса и соответствующей переработкой газа. Таким образом, преимуществом является то, что первая газовая смесь представляет собой смесь кислых газов, окисляемый компонент представляет собой сероводород, процесс окисления представляет собой процесс Клауса, окислительная установка представляет собой печь Клауса, а часть сероводорода в смеси кислых газов окисляется пламенным окислением в печи Клауса. Изложение конкретных преимуществ, в том числе для данного предпочтительного варианта осуществления, можно найти в представленных выше объяснениях.

Установка разделения воздуха может обеспечивать, как также упомянуто, подачу кислорода или обогащенного кислородом воздуха в процесс Клауса, или в печь Клауса, или в иной процесс окисления. Таким образом, способ в соответствии с настоящим изобретением предполагает, как отмечено, что обеспечиваемый установкой разделения воздуха кислород представляет собой кислород, содержащийся в продукте разделения воздуха, причем продукт разделения воздуха представляет собой чистый кислород или смесь компонентов, обогащенную кислородом по сравнению с атмосферным воздухом.

Как правило, продукт разделения воздуха имеет содержание кислорода выше, чем воздух окружающей среды. Он может содержать по меньшей мере 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90% или 95% кислорода по объему. Иными словами, возможны различные уровни обогащения кислородом. Также возможно использование по существу чистого кислорода. Установка разделения воздуха может также обеспечивать частично обогащенные кислородом продукты в зависимости от конкретных потребностей установки удаления серы методом Клауса, и, таким образом, можно соответственно оптимизировать энергопотребление установки разделения воздуха. В частности, для этой цели можно использовать криогенную установку разделения воздуха, включающую в себя смесительную колонку, как, например, описано в документе EP 3 179 187 A1 и приведенных в нем ссылках.

Как уже отмечено ранее, в первом режиме работы установка разделения воздуха обеспечивает первое количество продукта разделения воздуха, а во втором режиме работы установка разделения воздуха обеспечивает второе количество продукта разделения воздуха, которое меньше первого количества продукта разделения воздуха, или вовсе не обеспечивает продукта разделения воздуха. Иными словами, во время запуска способа, обладающего признаками изобретения, работа установки разделения воздуха может быть полностью или частично приостановлена.

В соответствии с наиболее предпочтительным вариантом осуществления в первом режиме работы в печь Клауса вводят третье количество продукта разделения воздуха, которое меньше первого количества продукта разделения воздуха, и в первом режиме работы сохраняют четвертое количество продукта разделения воздуха и вводят его по меньшей мере частично в печь Клауса во втором режиме работы. Иными словами, также во время режима запуска кислород или обогащенный кислородом воздух можно подавать в процесс окисления из кислорода или обогащенного кислородом воздуха, обеспеченного во время нормального режима работы и, например, хранящегося в резервной емкости. В этом случае, в частности, можно использовать жидкий кислород. Это дает преимущество в виде возможности выполнять по меньшей мере частичное обогащение кислородом уже во время запуска.

В соответствии с настоящим изобретением, например, температура в печи Клауса установки производства серы, как правило, может быть дополнительно повышена с использованием дополнительного кислорода, и в результате этого можно обеспечивать поступление большего количества пара. Таким образом можно оптимизировать общий паровой баланс. В случае если данный дополнительный пар, образовавшийся за счет различия в стандартном процессе Клауса на основе воздуха и процессе с обогащением кислорода, не используют другие технологические установки, данный избыточный пар можно по меньшей мере частично использовать для приведения в действие паровых приводов установки разделения воздуха. С точки зрения технологической перспективы это означает, что на стадии запуска установки производства серы разделение воздуха сначала может работать на меньшем количестве пара (генерируемого из или независимо от отводимого тепла) в частичном режиме. При увеличении поступления пара от установки производства серы (благодаря обогащению кислородом) установка разделения воздуха может работать на 100%. Таким образом можно оптимизировать размер парового котла.

Как было упомянуто, первое количество пара можно использовать для работы одной или более установок переработки газа, перерабатывающих первую газовую смесь и/или вторую газовую смесь, используемую для обеспечения первой газовой смеси, и/или третью газовую смесь, полученную из по меньшей мере части первой газовой смеси с использованием окислительной установки. Как упомянуто, третью газовую смесь можно перерабатывать в установке очистки хвостовых газов. Как более подробно изложено выше, установка очистки хвостовых газов, как правило, потребляет пар, поэтому установка очистки хвостовых газов может работать с использованием некоторого количества пара или его части; в частности, можно использовать тепло от первого количества пара или его части для нагрева хвостовых газов до температуры реакции перед их подачей в реактор гидрогенизации в установке очистки хвостовых газов, или можно восстановить нагруженный аминовый раствор с использованием тепла от первого количества пара или его части. Более подробное изложение можно найти в представленных выше объяснениях.

Как упомянуто, настоящее изобретение также можно использовать с установкой аминовой очистки, как объяснялось выше, для переработки второй газовой смеси, используемой для получения первой газовой смеси. Как также упомянуто, установка очистки хвостовых газов, выполненная с возможностью обработки третьей газовой смеси или ее части, может содержать установку аминовой очистки. Иными словами, преимущество заключается в том, что вторую газовую смесь, используемую для обеспечения первой газовой смеси, и/или третью газовую смесь, полученную из по меньшей мере части первой газовой смеси, перерабатывают в или одной из установок переработки газа, причем вторая и/или третья газовая смесь представляет собой газовую смесь, содержащую сероводород и диоксид углерода, причем установка переработки газа или одна из установок переработки газа содержат установку аминовой очистки (или установку аминовой промывки), причем в установке аминовой очистки сероводород и диоксид углерода по меньшей мере частично удаляют из второй и/или третьей газовой смеси с использованием аминового раствора и получают аминовый раствор, нагруженный сероводородом и диоксидом углерода, и при этом сероводород и диоксид углерода по меньшей мере частично отделяют от нагруженного аминового раствора с использованием тепла от первого количества пара или его части. В частности, могут быть обеспечены две установки переработки газа, каждая из которых включает в себя установку аминовой очистки, для обработки второй или третьей газовой смеси соответственно.

Настоящее изобретение также относится к устройству для реализации способа переработки газа, включающего процесс окисления с генерацией отводимого тепла, содержащему средства, выполненные с возможностью обеспечения первой газовой смеси, содержащей окисляемый компонент, окислительную установку, выполненную с возможностью окисления по меньшей мере части окисляемого компонента в первой газовой смеси, средства, выполненные с возможностью введения первой газовой смеси и кислорода в окислительную установку, одну или более установок переработки газа, выполненных с возможностью переработки с использованием первого количества пара первой газовой смеси и/или второй газовой смеси, используемой для получения первой газовой смеси, и/или третьей газовой смеси, полученной из по меньшей мере части первой газовой смеси с использованием окислительной установки.

Устройство выполнено с возможностью выполнения первого режима работы и второго режима работы, при этом второй режим работы представляет собой режим запуска, а первый режим работы представляет собой нормальный режим работы, реализуемый в период времени после второго режима работы, процесс окисления с генерацией отводимого тепла задействован в работе и обеспечивает отводимое тепло в количестве, равном первому количеству отводимого тепла, в первом режиме работы, и не задействован в работе или задействован в работе и обеспечивает отводимое тепло в количестве, равном второму количеству отводимого тепла, которое меньше первого количества отводимого тепла, во втором режиме работы. Кроме того, согласно настоящему изобретению, обеспечена установка разделения воздуха, которая выполнена с возможностью обеспечения в первом режиме работы по меньшей мере части кислорода, вводимого в окислительную установку, в форме кислорода, содержащегося в продукте разделения воздуха, причем продукт разделения воздуха представляет собой чистый кислород или смесь компонентов, обогащенную кислородом по сравнению с атмосферным воздухом. Установка разделения воздуха выполнена с возможностью производить в первом режиме работы первое количество продукта разделения воздуха и во втором режиме работы второе количество продукта разделения воздуха, которое меньше первого количества продукта разделения воздуха, или вовсе не производить продукт разделения воздуха. Кроме того, установка разделения воздуха содержит компрессор, выполненный с возможностью работы с использованием второго количества пара, расширяемого в паровой турбине, механически соединенной с компрессором, обеспечен первый генератор пара, который выполнен с возможностью работы с использованием по меньшей мере части отводимого тепла и генерации первого количества пара во втором режиме работы, и второй генератор пара, который выполнен с возможностью работы независимо от отводимого тепла и обеспечения второго количества пара в первом режиме работы. В соответствии с настоящим изобретением, во втором режиме работы по меньшей мере часть первого количества пара, обеспечиваемого первым генератором пара в первом режиме работы, вместо этого обеспечивает второй генератор пара, и в частности, первый генератор пара обеспечивает общее количество пара, которое меньше, чем второе количество пара, или он не обеспечивает пара совсем.

В частности, первая газовая смесь представляет собой смесь кислых газов, окисляемый компонент представляет собой сероводород, процесс окисления представляет собой процесс Клауса, окислительная установка представляет собой печь Клауса, а часть сероводорода в смеси кислых газов окисляется пламенным окислением в печи Клауса.

Что касается конкретных дополнительных признаков и вариантов осуществления такого устройства, для них даны ссылки на приведенные выше пояснения, относящиеся к способу в соответствии с изобретением и его преимущественными вариантами осуществления. Это в равной степени применимо к соответствующему устройству, выполненному с возможностью реализации соответствующего способа, или одному из его вариантов осуществления.

Настоящее изобретение будет дополнительно описано со ссылкой на прилагаемые чертежи, которые относятся к предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 в целом схематически показан способ переработки газа, включающий процесс окисления с генерацией отводимого тепла.

На фиг. 2A схематически показан способ переработки газа, включающий процесс окисления с генерацией отводимого тепла, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения в первом режиме работы.

На фиг. 2B схематически показан способ переработки газа согласно фиг. 2A в первом режиме работы.

Подробное описание чертежей

На чертежах функционально или технически идентичные или эквивалентные компоненты обозначены одинаковыми номерами позиций и для краткости не объясняются повторно. Если даны пояснения в отношении способов, они в той же мере относятся и к соответствующему устройству.

На фиг. 1 в целом схематически показан способ переработки газа, включающий процесс 4 окисления с генерацией отводимого тепла. Процесс показан как включающий в качестве процесса 4 окисления процесс Клауса. Однако, как неоднократно упоминалось, в контексте настоящего изобретения также можно использовать другие процессы 4 окисления.

Поток кислого природного газа с газового месторождения 1 вводят в установку 2 удаления кислых газов, в данном конкретном случае включающую в себя установку 21 аминовой очистки, как упомянуто выше. Установка 21 аминовой очистки работает так, как широко известно специалистам в данной области; в настоящем примере она работает с использованием потока пара b, который используют для нагрева ребойлера в установке 21 аминовой очистки (не показана). При этом может образовываться поток c пара меньшей температуры или поток c конденсата.

Поток обессеренного газа выводят из установки 2 удаления кислых газов и необязательно подвергают дополнительной обработке 3, что дает дополнительный поток e переработанного газа, который, например, можно подавать в газовый трубопровод. Поток f кислого газа также выводят из установки 2 удаления кислых газов и вводят в процесс 4 окисления, который осуществлен как процесс 4 Клауса, или, более конкретно, в печь 41 Клауса в процессе 4 Клауса. Часть потока f кислого газа также может быть закачана обратно в газовое месторождение 1, как показано пунктирной стрелкой на фиг. 1. Поток g серы выводят из процесса 4 Клауса и подвергают обработке 5 серного продукта. Отсюда поток h серного продукта выводят или получают иным образом.

В установке 6 очистки хвостовых газов поток i хвостовых газов, также выводимый из процесса 4 Клауса, обрабатывают известным образом. Установка 6 очистки хвостовых газов позволяет получать очищенный отходящий газовый поток k, который содержит малые количества серных соединений или вовсе их не содержит. Компоненты с установки 6 очистки хвостовых газов могут также повторно направлять в процесс 4 Клауса или печь 41 Клауса, как показано пунктирной стрелкой. Установка 6 очистки хвостовых газов также может содержать установку, работающую от тепла, например установку 61 аминовой очистки, причем тепло поступает в форме пара. Однако также возможно использование и иных установок помимо установки аминовой очистки, таких как установки предварительного нагрева, нагревающие поток хвостовых газов i до температуры реакции, и т.д. В эту установку подают поток b' пара, и при этом может образовываться поток c' пара меньшей температуры или поток c конденсата. Могут быть предусмотрены одна или обе из установки 21 аминовой очистки в установке 2 удаления кислых газов и установки 61 в установке 6 очистки хвостовых газов и/или одна или обе из них могут работать от пара.

Процесс 4 Клауса проводят с обогащением кислородом. Таким образом, используя установку 7 разделения воздуха, генерируют поток кислорода или обогащенный кислородом поток l, который также вводят в процесс 4 Клауса или печь 41 Клауса. Установка 7 разделения воздуха, которая также может генерировать поток азота или обогащенный азотом поток и иные продукты и в которую подведен воздух (не показано), содержит компрессор 71, работающий на турбине 72 с паровым приводом, в которую поступает поток m пара. Турбина 72 механически соединена с компрессором 71. При этом может образовываться поток n пара меньшей температуры или поток n конденсата. Потоки c, n пара или конденсата можно повторно использовать для генерации пара.

На фиг. 2A схематически показан способ 100 переработки газа, включающий процесс 4 окисления с генерацией отводимого тепла, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения в первом режиме работы.

В дополнение к фиг. 1 на фиг. 2A и 2B показаны также первый генератор 10 пара и второй генератор 20 пара. Первый генератор 10 пара показан находящимся поблизости от процесса 4 Клауса (но он не должен быть обязательно размещен поблизости от процесса 4 Клауса). Он работает с использованием по меньшей мере части отводимого тепла процесса 4 Клауса. Второй генератор 20 пара показан находящимся поблизости от установки 7 разделения воздуха (но он не должен быть обязательно размещен поблизости от установки 7 разделения воздуха). Он работает независимо от отводимого тепла процесса 4 Клауса.

В показанном на фиг. 2A первом режиме работы установка 2 переработки газа, или, более точно, установка 21 аминовой очистки, и/или установка 6 очистки хвостовых газов, или, более точно, установка 61, работают с использованием первого количества пара, причем первое количество пара обеспечивает первый генератор 10 пара, работающий с использованием по меньшей мере части отводимого тепла процесса 4 Клауса. Как показано на фиг. 2A, первый генератор 10 пара соответственно обеспечивает поток b пара.

В показанном на фиг. 2A первом режиме работы компрессор 71 установки 7 разделения воздуха работает с использованием второго количества пара в паровой турбине 72, механически соединенной с компрессором 72, причем второе количество пара обеспечивает второй генератор 20 пара. Как показано на фиг. 2A, второй генератор 20 пара соответственно обеспечивает поток m пара.

В показанном на фиг. 2B втором режиме работы по меньшей мере часть первого количества пара, обеспечиваемого первым генератором 10 пара в первом режиме работы, как показано на фиг. 2B, вместо этого генерируется вторым генератором 20 пара (см. поток b пара, причем это также возможно для потока b' пара, но не показано для целей ясности). От второго генератора 10 пара пар не поступает. Кроме того, пар не поступает в паровую турбину 72, механически соединенную с компрессором 71 установки 7 разделения воздуха, и установка 7 разделения воздуха не работает.

Тепло, полученное от процесса 4 Клауса, обычно поступает из двух разных источников. Тепло, полученное от печи 41 Клауса, может представлять собой пар высокого давления (пар ВД). Он может иметь давление до 45 бар (изб.) и подходит для повторного нагрева кислого газа перед его вводом в каталитические реакторы и для привода турбин (он также может быть перегрет в шахте печи сжигания). Пар низкого давления (пар НД) генерируется в конденсаторах серы; его можно использовать для повторного кипячения растворителя в установке (-ах) аминовой очистки, но он не подходит для приведения в действие турбин.

Группа изобретений относится к способу переработки газа, включающему процесс окисления с генерацией отводимого тепла, и к соответствующему устройству. Способ переработки газа включает процесс окисления с генерацией отводимого тепла, в котором обеспечена первая газовая смесь, содержащая окисляемый компонент. Первую газовую смесь и кислород вводят в окислительную установку. Причем по меньшей мере часть окисляемого компонента в первой газовой смеси окисляется в окислительной установке. Первую газовую смесь и/или вторую газовую смесь, используемую для обеспечения первой газовой смеси, и/или третью газовую смесь, полученную из по меньшей мере части первой газовой смеси с использованием окислительной установки, перерабатывают в одной или более установок переработки газа, работающих с использованием первого количества пара, характеризующимся первым режимом работы и вторым режимом работы. Второй режим работы представляет собой режим запуска, а первый режим работы представляет собой нормальный режим работы, реализуемый в период времени после второго режима работы. Процесс окисления с генерацией отводимого тепла задействован в работе и обеспечивает отводимое тепло в количестве, равном первому количеству отводимого тепла, в первом режиме работы, и не задействован в работе или задействован в работе и обеспечивает отводимое тепло в количестве, равном второму количеству отводимого тепла, которое меньше первого количества отводимого тепла, во втором режиме работы, в первом режиме работы вводимый в окислительную установку кислород по меньшей мере частично обеспечен установкой разделения воздуха в форме кислорода, содержащегося в продукте разделения воздуха. Продукт разделения воздуха представляет собой чистый кислород или смесь компонентов, обогащенную кислородом по сравнению с атмосферным воздухом, в первом режиме работы установка разделения воздуха производит первое количество продукта разделения воздуха и во втором режиме работы установка разделения воздуха производит второе количество продукта разделения воздуха, которое меньше первого количества продукта разделения воздуха, или вовсе не производит продукта разделения воздуха. Установка разделения воздуха содержит компрессор, работающий с использованием второго количества пара, расширяемого в паровой турбине, механически соединенной с компрессором, в первом режиме работы первое количество пара обеспечивается первым генератором пара, работающим с использованием по меньшей мере части отводимого тепла, и в первом режиме работы второе количество пара обеспечивается вторым генератором пара, выполненным с возможностью работы независимо от отводимого тепла, и во втором режиме работы по меньшей мере часть первого количества пара, обеспечиваемого первым генератором пара в первом режиме работы, вместо этого обеспечивает второй генератор пара. Также описано соответствующее устройство для реализации способа. Группа изобретений обеспечивает усовершенствование способа переработки газа, в частности, в целях сокращения капитальных и эксплуатационных расходов. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ (100) переработки газа, включающий процесс (4) окисления с генерацией отводимого тепла, в котором обеспечена первая газовая смесь, содержащая окисляемый компонент, причем первую газовую смесь и кислород вводят в окислительную установку (41), причем по меньшей мере часть окисляемого компонента в первой газовой смеси окисляется в окислительной установке (41), причем первую газовую смесь и/или вторую газовую смесь, используемую для обеспечения первой газовой смеси, и/или третью газовую смесь, полученную из по меньшей мере части первой газовой смеси с использованием окислительной установки (41), перерабатывают в одной или более установок (2) переработки газа, работающих с использованием первого количества пара, характеризующийся первым режимом работы и вторым режимом работы, второй режим работы представляет собой режим запуска, а первый режим работы представляет собой нормальный режим работы, реализуемый в период времени после второго режима работы, процесс (4) окисления с генерацией отводимого тепла задействован в работе и обеспечивает отводимое тепло в количестве, равном первому количеству отводимого тепла, в первом режиме работы, и не задействован в работе или задействован в работе и обеспечивает отводимое тепло в количестве, равном второму количеству отводимого тепла, которое меньше первого количества отводимого тепла, во втором режиме работы, в первом режиме работы вводимый в окислительную установку (41) кислород по меньшей мере частично обеспечен установкой (7) разделения воздуха в форме кислорода, содержащегося в продукте разделения воздуха, причем продукт разделения воздуха представляет собой чистый кислород или смесь компонентов, обогащенную кислородом по сравнению с атмосферным воздухом, в первом режиме работы установка (7) разделения воздуха производит первое количество продукта разделения воздуха и во втором режиме работы установка (7) разделения воздуха производит второе количество продукта разделения воздуха, которое меньше первого количества продукта разделения воздуха, или вовсе не производит продукта разделения воздуха, при этом установка (7) разделения воздуха содержит компрессор (71), работающий с использованием второго количества пара, расширяемого в паровой турбине (72), механически соединенной с компрессором (71), в первом режиме работы первое количество пара обеспечивается первым генератором (10) пара, работающим с использованием по меньшей мере части отводимого тепла, и в первом режиме работы второе количество пара обеспечивается вторым генератором (20) пара, выполненным с возможностью работы независимо от отводимого тепла, и во втором режиме работы по меньшей мере часть первого количества пара, обеспечиваемого первым генератором (10) пара в первом режиме работы, вместо этого обеспечивает второй генератор (20) пара.

2. Способ (100) переработки газа по п. 1, в котором первая газовая смесь представляет собой смесь кислых газов, причем окисляемый компонент представляет собой сероводород, при этом процесс (4) окисления представляет собой процесс Клауса, причем окислительная установка (41) представляет собой печь Клауса, и при этом часть сероводорода в смеси кислых газов окисляется сжиганием в печи Клауса.

3. Способ (100) по п. 1, в котором в первом режиме работы в печь (41) Клауса вводят третье количество продукта разделения воздуха, которое меньше первого количества продукта разделения воздуха, и в котором в первом режиме работы сохраняют четвертое количество продукта разделения воздуха и вводят его по меньшей мере частично в печь (41) Клауса во втором режиме работы.

4. Способ (100) по любому из предшествующих пунктов, в котором третью газовую смесь, полученную из по меньшей мере части первой газовой смеси с использованием окислительной установки (41), перерабатывают в одной или одной из установок переработки газа, причем установка переработки газа представляет собой установку (6) очистки хвостовых газов, и при этом установка (6) очистки хвостовых газов работает с использованием некоторого количества пара или его части.

5. Способ (100) по любому из предшествующих пунктов, в котором вторую газовую смесь, используемую для обеспечения первой газовой смеси, и/или третью газовую смесь, полученную из по меньшей мере части первой газовой смеси, перерабатывают в или в одной из установок (2, 6) переработки газа, причем вторая и/или третья газовая смесь представляет собой газовую смесь, содержащую сероводород и диоксид углерода, причем установка переработки газа или одна из установок (2, 6) переработки газа содержит установку (21, 61) аминовой очистки, причем в установке (21, 62) аминовой очистки сероводород и диоксид углерода по меньшей мере частично удаляют из второй и/или третьей газовой смеси с использованием аминового раствора и получают аминовый раствор, нагруженный сероводородом и диоксидом углерода, и при этом сероводород и диоксид углерода по меньшей мере частично отделяют от нагруженного аминового раствора с использованием тепла от первого количества пара или его части.

6. Устройство для реализации способа (100) переработки газа, включающего процесс (4) окисления с генерацией отводимого тепла, включающее средства, выполненные с возможностью обеспечения первой газовой смеси, содержащей окисляемый компонент, окислительную установку (41), выполненную с возможностью окисления по меньшей мере части окисляемого компонента в первой газовой смеси, средства, выполненные с возможностью введения первой газовой смеси и кислорода в окислительную установку (41), одну или более установок (2) переработки газа, выполненных с возможностью переработки с использованием первого количества пара первой газовой смеси и/или второй газовой смеси, используемой для получения первой газовой смеси, и/или третьей газовой смеси, полученной из по меньшей мере части первой газовой смеси с использованием окислительной установки (41), отличающееся тем, что устройство выполнено с возможностью выполнения первого режима работы и второго режима работы, при этом второй режим работы представляет собой режим запуска, а первый режим работы представляет собой нормальный режим работы, реализуемый в период времени после второго режима работы, процесс (4) окисления с генерацией отводимого тепла задействован в работе и обеспечивает отводимое тепло в количестве, равном первому количеству отводимого тепла, в первом режиме работы, и не задействован в работе или задействован в работе и обеспечивает отводимое тепло в количестве, равном второму количеству отводимого тепла, которое меньше первого количества отводимого тепла, во втором режиме работы,

установку (7) разделения воздуха, являющуюся частью устройства и выполненную с возможностью обеспечения в первом режиме работы по меньшей мере части кислорода, вводимого в окислительную установку (41), в форме кислорода, содержащегося в продукте разделения воздуха, причем продукт разделения воздуха представляет собой чистый кислород или смесь компонентов, обогащенную кислородом по сравнению с атмосферным воздухом, установка (7) разделения воздуха выполнена с возможностью производить в первом режиме работы первое количество продукта разделения воздуха и во втором режиме работы второе количество продукта разделения воздуха, которое меньше первого количества продукта разделения воздуха,

или вовсе не производить продукт разделения воздуха, установка разделения воздуха содержит компрессор (71), выполненный с возможностью работы с использованием второго количества пара, расширяемого в паровой турбине (72), механически соединенной с компрессором (71),

первый генератор (10) пара, выполненный с возможностью работы с использованием по меньшей мере части отводимого тепла и генерации первого количества пара во втором режиме работы, и второй генератор (20) пара, выполненный с возможностью работы независимо от отводимого тепла и обеспечения второго количества пара в первом режиме работы, и во втором режиме работы по меньшей мере часть первого количества пара, обеспечиваемого первым генератором (10) пара в первом режиме работы, вместо этого обеспечивает второй генератор (20) пара.

7. Устройство по п. 6, в котором первая газовая смесь представляет собой смесь кислых газов, причем окисляемый компонент представляет собой сероводород, причем процесс (4) окисления представляет собой процесс Клауса, причем окислительная установка (41) представляет собой печь Клауса, и при этом часть сероводорода в смеси кислых газов окисляется сжиганием в печи Клауса.