冷床吸附回收硫的方法
【专利说明】冷床吸附回收硫的方法
[0001]发明背景发明领域
[0002]提供了回收硫设备，其包括主克劳斯(Claus)反应器和多个下游反应器单元，反应器单元各自包括可选择性地在克劳斯反应条件和冷床吸附(CBA)反应条件下操作的反应器，由此允许设备获得大于99.5%的平均除硫效率。通过对反应器单元进行排序，从而使具有最冷的催化剂的反应器单元位于一系列反应器单元中的最终位置，来获得高的除硫效率。反应器单元在排序中的顺序周期性的改变，从而允许催化剂再生。但是，将包括刚刚再生的催化剂的反应器单元切换到中部位置，其与反应器单元顺序中的最终位置相对。在设备中以这种方式切换反应器单元顺序，为最近再生的催化剂提供额外的冷却时间，由此确保这一系列单元中的最终反应器单元能进行高度有效的冷床吸附操作。
[0003]现有技术说明
[0004]天然气或石油产品的加工常常导致产生包括酸气流，该酸气流常常包括大量的硫(通常是H2S的形式)。这些酸气流价值有限，且通常通过焚烧来处理。但是，环境法规限制了可排放到大气的硫的量。因此，在焚烧之前，必须将在这些废弃产品流中存在的大部分的硫除去。
[0005]除硫的方法之一是通过使用扩展的克劳斯回收硫设备，例如美国专利号5，015，459和5，015，460所批露的那些。在这些设备中，一种催化反应器在高温克劳斯条件下操作，其与一种或更多种催化反应器相连，后者各自周期性地在高温克劳斯条件和冷床吸附(CBA)条件下操作。在克劳斯条件和CBA条件下交替的各催化反应器与硫冷凝器相连，组成反应器单元。周期性地改变反应器单元的排序，从而具有刚刚再生的催化剂的反应器位于排序的最后位置。
[0006]所述CBA设备表明其平均除硫效率最高达99.2%。但是，因为环境法规变得甚至更加严格，CBA设备(例如在上述专利中描述的那些)到目前为止不能实现大于或等于99.5%的平均除硫效率。为了实现这个水平的效率，常规的CBA设备需要安装额外的尾气处理单元，例如氢化/胺处理单元，由此还增加资金和操作支出。因此，如果CBA设备能构造成实现大于或等于99.5%的平均除硫效率却无需额外的尾气处理，将是非常理想的。
【发明内容】
[0007]根据本发明的一种实施方式包括用于从气流回收硫的方法。使包括H2S和502的加工气体通过主克劳斯反应器，该克劳斯反应器操作以将加工气体中存在的H2S和SO2的至少一部分的转化成单质硫。接下来，使排出主克劳斯反应器的气体依次通过至少第一、第二和第三反应器单元，各反应器单元包括催化反应器和硫冷凝器。催化反应器能选择性地在克劳斯反应条件和冷床吸附条件下操作。在反应器单元操作第一时段后，重新排布反应器单元的排序，从而排出主克劳斯反应器的气体首先通过第三反应器单元，然后通过第一和第二反应器单元。
[0008]根据本发明的另一种实施方式包括用于从气流回收硫的方法。使包括H2S和SO2的加工气体通过主克劳斯反应器，该克劳斯反应器操作以将加工气体中存在的至少一部分的H2S和SO2的转化成单质硫。接下来，使排出主克劳斯反应器的气体依次通过一系列反应器单元，各反应器单元包括催化反应器和硫冷凝器。操作在这一系列单元中的最后反应器单元的冷凝器，从而排出冷凝器的气体的温度也小于或等于(at or below)硫的凝固点。
[0009]还根据本发明的另一种实施方式包括用于从气流回收硫的方法。使包括H2S和SO2的加工气体通过主克劳斯反应器，该克劳斯反应器操作以将加工气体中存在的至少一部分的H2S和SO2的转化成单质硫。接下来，使排出主克劳斯反应器的气体依次通过一系列反应器单元，各反应器单元包括催化反应器和硫冷凝器。在这一系列单元中的最后反应器单元的催化反应器的进口温度在硫的凝固点10 °F之内。
[0010]根据本发明的另一实施方式包括回收硫单元。回收硫单元包括主克劳斯反应器和位于该主克劳斯反应器下游的一系列反应器单元。该主克劳斯反应器构造成接收包括H2S和SO2的加工气体，并将至少一部分的H 2S和SO2的转化成单质硫。各下游反应器单元包括硫冷凝器和催化反应器。这一系列单元中的最后反应器单元的催化反应器操作的平均温度在这一系列单元中所有催化反应器中最低。
[0011]还根据本发明的另一实施方式包括回收硫单元。回收硫单元包括主克劳斯反应器和位于该主克劳斯反应器下游的一系列反应器单元。该主克劳斯反应器构造成接收包括H2S和SO2的加工气体，并将至少一部分的H 2S和SO2的转化成单质硫。各下游反应器单元包括硫冷凝器和催化反应器。这一系列单元中的最后反应器单元的冷凝器在小于或等于硫的凝固点的温度下操作。
【附图说明】
[0012]图1是除硫设备的加工流程图，其中将排出主克劳斯反应器的加工气体导向通过一系列的冷床吸附反应器单元，加工气体在导向通过第一单元的反应器之前首先通过第一单元的冷凝器；
[0013]图2是如图1所示的除硫设备的加工流程图，但排出主克劳斯反应器的加工气体绕过第一单元的冷凝器并直接导向第一单元的反应器；
[0014]图3是除硫设备的加工流程图，其中首先将排出主克劳斯反应器的加工气体导向第三CBA反应器单元，且特别是在导向通过第三单元的反应器之前首先通过第三单元的冷凝器，且其中在图1和2中的第二反应器单元现在位于一系列反应器单元的最后位置；
[0015]图4是如图2所示的除硫设备的流程图，但排出主克劳斯反应器的加工气体绕过第三单元的冷凝器并直接导向第三单元的反应器；
[0016]图5是除硫设备的加工流程图，其中首先将排出主克劳斯反应器的加工气体导向第二 CBA反应器单元，且特别是在导向通过第二单元的反应器之前首先通过第二单元的冷凝器，且其中在图1和2中的第一反应器单元现在位于一系列反应器单元的最后位置；以及
[0017]图6是如图5所示的除硫设备的加工流程图，但排出主克劳斯反应器的加工气体绕过第二单元的冷凝器并直接导向第二单元的反应器。
[0018]优选实施方式的详细描述
[0019]参考附图，示意性地显示了示例除硫设备10。应指出各图同时包括实线和虚线加工线路。实线指加工气体流动的导管，虚线指目前被阀关闭的导管。设备10包括主克劳斯反应器12，其构造成通过导管14接收加工气体流。加工气体流可包括热反应步骤的产物，其中将氧引入来自天然气或石油加工的副产物例如酸气流，并在例如热反应器中燃烧。通过导管14携带的这种热反应步骤的产物包括硫化合物，例如H2S,和一种或更多种气体组分例如CO2和水。反应器12包括克劳斯催化剂例如活化的Al 203或T1 2，其催化地将H2S和SO2 (由H2S在反应器中的燃烧产生)转化成单质硫。但是，在反应器12中将H2S转化成单质硫常常没有环境法规要求的那么完全。因此，必须实施其它的反应。
[0020]反应的加工气体流通过导管16排出反应器12，并导向多个反应器单元(其在图1中表示为单元18，20和22)，用于进一步的H2S转化。如下文所更加详细描述，反应器单元的排序是可变的，从而将循环的平均除硫效率优化到至少99.5%的水平。具体来说，使用用于反应器单元18，20，22循环的“前-中-后”排序。各反应器单元分别包括硫冷凝器24，28，32和反应器26，30，34。反应器单元自身具有类似的功能，各自将在设备10内通过不同的操作位置来循环。
[0021]在一些实施方式中，冷凝器24，28，32分别位于反应器26，30, 34上游，且包括管/壳式换热器，其包括例如在壳侧的水作为冷却流体用于冷凝硫。然后，从冷凝器回收液化硫。反应器26，30，34是包括类似于主反应器12的克劳斯催化剂的催化反应器。但不像反应器12，反应器26，30，34选择性地在克劳斯反应条件和冷床吸附条件下操作。在克劳斯反应条件，因为与反应相关的较高温度，将在克劳斯催化剂存在下形成的硫连续地在蒸汽相中从反应器去除。在冷床吸附条件下，形成的硫沉积和累积在克劳斯催化剂上，其必须不时地再生。但是，在两组条件下，反应器催化将H2S和SO2R化成单质硫的克劳