用于硫回收的先进的富氧的配置和方法技术

本发明专利技术呈现了用于克劳斯装置的先进的富氧技术，其为热阶段的克劳斯燃烧器提供了富氧气体物流并且为至少一个催化阶段提供了一个或多个富氧旁路气体物流，从而增加所述装置的能力，同时减少火焰温度缓和所需的再循环气体的量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本申请要求2014年2月28日提交的题为“CONFIGURATIONS AND METHODS FOR ADVANCED OXYGEN ENRICHMENT FOR SULFUR RECOVERY”的美国临时申请序列号61/946298和2015年2月26日提交的题为“CONFIGURATIONS AND METHODS FOR ADVANCED OXYGEN ENRICHMENT FOR SULFUR RECOVERY”的PCT申请第PCT/US2015/017836号的优先权的权益，将两者以其整体并入。专利
本专利技术的领域是使用克劳斯装置的气体处理，特别是它涉及用于增加具有富氧的克劳斯硫回收/尾气处理单元(SRU/TG​​TU)的能力的系统和方法。专利技术背景该背景描述包括可用于理解本专利技术的信息。这不是承认本文所提供的任何信息是现有技术或与目前要求保护的专利技术相关，也不是承认明确引用或隐式引用的任何出版物是现有技术。所有本文中的出版物都通过引用并入，其并入程度如同每个单独的出版物或专利申请被特别地且单独地指出以通过引用并入。当并入的参考文献中的术语的定义或用法与本文中提供的该术语的定义不一致或相反时，适用本文中提供的该术语的定义，而不适用参考文献中的该术语的定义。硫回收单元通常用于精炼厂、天然气厂和/或气化厂中，并且随着原油、天然气和/或煤的酸性物质（sourness）的增加，存在对现有的硫回收单元(SRU)的处理能力的增加的需求和/或对新SRU的需求。传统的克劳斯技术通常采用空气作为在反应炉中的燃烧介质以促进用于硫回收的克劳斯反应。尽管空气中的氮气组分不参与克劳斯反应，但是它占用了显著量的设备处理能力，因此导致了增加的设备尺寸。为了减少这样的缺点，至少一些氮气可以用氧气来代替，这实现了增加的酸性气体处理能力，并且转而实现了新SRU/TG​​TU(尾气处理单元)设施的较小的设备尺寸和现有SRU/TG​​TU的增加的酸性气体处理能力。然而，使用这样的富氧通常被限制，因为燃烧器的操作火焰温度随着氧气水平的增加而增加，并且可以达到或者甚至超过耐火材料的设计温度。因此，火焰温度通常是控制富氧空气中的最大可容许的氧气水平的限制因素，这转而限制了现有设备的处理能力的增加。例如，在精炼厂里的SRU进料气体中的H2S水平通常在70%-90%的范围内，并且火焰温度通常将达到或超过在40-45%以及更大的氧气水平下的耐火设计温度限值，将处理能力的增加限制为原有的设备设计能力的约50-70%。最近，富氧中的进步已经能够实现高水平的富氧以使现有的SRU的处理能力的增加最大化(例如，其原有的设计能力的50%-200%)，并且这样的改进的实例被商业化为SURE™技术(富氧BOC，Guildford，Surrey，England)以及COPE™技术(克劳斯基于氧气的工艺扩展，Goar，Allison＆Associates)。所述SURE技术使用新的反应炉/废热锅炉(RF/ WHB)以容纳所需的额外的氧气，然而仍限制了在现有反应炉中待使用的氧气的量使得火焰保持低于耐火设计温度限值。因此，在现有的SRU中需要新的反应炉/废热锅炉(RF/WHB)，并且在大多数情况下，需要新的硫冷凝器以实现期望的处理能力增加。所述COPE技术采用了从第一硫冷凝器出口回到反应炉的再循环冷却气体物流，从而将火焰温度缓和至低于耐火材料的设计温度限值。然而，由于缓和火焰温度需要相对大量的再循环气体，因此通常需要新的且更大的反应炉/WHB以实现期望的处理能力增加。因此，尽管已针对SRU/TG​​TU中的富氧作出了若干改进，但是仍然存在各种缺点。除其他事项外，相对大量的再循环气体或新设备以处理火焰温度上升往往在​​经济上没有吸引力。因此，仍然存在对于在SRU/TG​​TU中提供改进的富氧的需求。专利技术概述本专利技术的主题涉及在克劳斯装置中的硫回收的各种装置、系统和方法，其中将以其它方式供应到克劳斯燃烧器的氧气的一部分旁路运输(bypass)至一个或多个下游硫转化器，而将来自至少一个催化反应器的冷却的气体再循环回反应炉用于温度缓和。优选的配置和方法将有利地使再循环气体的量最小化，从而使新的克劳斯反应炉、废热锅炉和/或第一硫冷凝器的尺寸最小化，或甚至完全消除升级或替换现有设备的需要。在本专利技术的主题的一个方面中，气体处理装置包括具有热阶段和具有一个或多个催化反应器的催化阶段的克劳斯反应器系统，并且将硫冷凝器流体连接在所述热阶段和所述催化阶段之间。所设想的装置还将包括产生或提供富氧气体物流的氧气源。最典型地，所述热阶段接收酸性气体物流、空气物流（根据需要）、再循环物流和富氧气体物流的第一部分，而所述催化反应器接收来自所述硫冷凝器的气态流出物和富氧物流的第二部分，从而产生第一催化反应器流出物。在所设想的装置中，所述再循环物流是来自所述硫冷凝器的第一气态流出物的一部分，并且将第二硫冷凝器连接至所述催化反应器以接收催化反应器流出物并产生第二气态流出物。尽管不限制本专利技术的主题，但是可包括关联硫冷凝器的第二催化反应器和第三催化反应器。在这样的配置中，应当理解的是，可以将所述富氧气体物流的其它部分供应到附加的催化反应器，使得附加的催化反应器接收所述富氧气体物流的一部分和上游硫冷凝器流出物。进一步设想来自氧气源的所述富氧气体物流具有至少30摩尔%的氧气含量，和/或实施控制单元以调节所述富氧气体物流和所述再循环物流的流量（flow），从而在所述热阶段中保持预定的温度。因此，本专利技术人还设想了操作克劳斯装置的方法，所述方法包括提供具有热阶段（具有燃烧器和反应炉）、催化阶段（具有第一催化反应器）、流体连接在所述热阶段和所述催化阶段之间的第一硫冷凝器以及提供富氧气体物流的氧气源的克劳斯反应器系统的步骤。在另一步骤中，将酸性气体物流、空气物流、再循环物流和所述富氧气体物流的第一部分进料到所述热阶段，并在进一步的步骤中，将来自所述第一硫冷凝器的第一气态流出物和所述氧气物流的第二部分进料到所述第一催化反应器，从而产生第一催化反应器流出物。然后，将来自所述第一硫冷凝器的第一气态流出物的一部分用作所述再循环物流。在又一个步骤中，将第二硫冷凝器连接至所述第一催化反应器以接收第一催化反应器流出物并产生第二气态流出物。当期望或需要时，所设想的方法还将包括将来自所述第二硫冷凝器的第二气态流出物和所述富氧气体物流的第二部分进料到第二催化反应器以产生第二催化反应器流出物，并将所述第二催化反应器流出物进料到第三硫冷凝器以产生第三气态流出物的步骤，并且当进一步期望或需要时，所设想的方法还将包括将来自所述第三硫冷凝器的第三气态流出物和所述富氧气体物流的第三部分进料到第三催化反应器以产生第三催化反应器流出物，并将所述第三催化反应器流出物进料到第四硫冷凝器以产生第四气态流出物的进一步的步骤。在本专利技术的主题的所设想方面中，操作所述热阶段以在所述第一气态流出物中产生大于2:1的H2S:SO2比，和/或所述第一催化反应器包含一种或多种催化H2S直接氧化成元素硫或SO2以及催化H2S转化成元素硫的克劳斯反应的催化剂。在其他选项中，所述第一催化反应器包含铁促进的活性氧化铝催化剂或氧化钛催化剂本文档来自技高网...

【技术保护点】
气体处理装置，其包括：克劳斯反应器系统，其具有包括燃烧器和反应炉的热阶段、包括第一催化反应器的催化阶段、流体连接在所述热阶段和所述催化阶段之间的第一硫冷凝器以及配置以提供富氧气体物流的氧气源；其中将所述热阶段配置以接收酸性气体物流、空气物流、再循环物流和所述富氧气体物流的第一部分；其中将所述第一催化反应器配置以接收来自所述第一硫冷凝器的第一气态流出物和所述氧气物流的第二部分并产生第一催化反应器流出物；其中所述再循环物流是来自所述第一硫冷凝器的第一气态流出物的一部分；和第二硫冷凝器，将其流体连接至所述第一催化反应器并配置以接收所述第一催化反应器流出物并产生第二气态流出物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.02.28 US 61/9462981.气体处理装置，其包括：克劳斯反应器系统，其具有包括燃烧器和反应炉的热阶段、包括第一催化反应器的催化阶段、流体连接在所述热阶段和所述催化阶段之间的第一硫冷凝器以及配置以提供富氧气体物流的氧气源；其中将所述热阶段配置以接收酸性气体物流、空气物流、再循环物流和所述富氧气体物流的第一部分；其中将所述第一催化反应器配置以接收来自所述第一硫冷凝器的第一气态流出物和所述氧气物流的第二部分并产生第一催化反应器流出物；其中所述再循环物流是来自所述第一硫冷凝器的第一气态流出物的一部分；和第二硫冷凝器，将其流体连接至所述第一催化反应器并配置以接收所述第一催化反应器流出物并产生第二气态流出物。2.权利要求1的气体处理装置，其进一步包括第二催化反应器，将其配置以接收来自所述第二硫冷凝器的第二气态流出物和所述富氧气体物流的第二部分，并且进一步包括第三硫冷凝器，将其流体连接至所述第二催化反应器并配置以产生第三气态流出物。3.权利要求2的气体处理装置，其进一步包括第三催化反应器，将其配置以接收来自所述第三硫冷凝器的第三气态流出物和所述富氧气体物流的第三部分，并且进一步包括第四硫冷凝器，将其流体连接至所述第三催化反应器并配置以产生第四气态流出物。4.权利要求1的气体处理装置，其中所述第一催化反应器包括具有催化硫化氢直接氧化成硫或H2S的第一催化剂的上游催化剂床，和具有催化克劳斯反应的第二催化剂的下游催化剂​​床。5.权利要求1的气体处理装置，其中来自所述氧气源的富氧气体物流具有至少30摩尔%的氧气含量。6.权利要求1的气体处理装置，其进一步包括控制单元，将其配置以调节所述第一富氧气体物流和第二富氧气体物流以及所述再循环物流的流量，从而在所述热阶段中保持预定温度。7.操作克劳斯装置的方法，所述方法包括：提供具有热阶段、催化阶段、流体连接在所述热阶段和所述催化阶段之间的第一硫冷凝器以及提供富氧气体物流的氧气源的克劳斯反应器系统，所述热阶段具有燃烧器和反应炉，所述催化阶段具有第一催化反应器；将酸性气体物流、空气物流、再循环物流和所述富氧气体物流的第一部分进料到所述热阶段；将来自所述第一硫冷凝器的第一气态流出物和所述氧气物流的第二部分进料到所述第一催化反应器，从而产生第一催化反应器流出物；使用来自所述第一硫冷凝器的第一气态流出物的一部分作为所述再循环物流；和将第二硫冷凝器连接至所述第一催化反应器以接收所述第一催化反应器流出物并产生第二气态流出物。8.权利要求7的方法，其进一步包括将来自所述第二硫冷凝器...

【专利技术属性】
技术研发人员：R周，T周，
申请(专利权)人：氟石科技公司，
类型：发明
国别省市：美国;US