[发明专利]同时制造氢的零排放硫回收方法

说明书

发明领域

本发明涉及一种从含H₂S气流中回收硫的方法，并涉及一种硫回收设备(plant)。具体地，本发明涉及与硫回收方法相关联的氢气制造。

背景技术

硫回收设备被设计为从来自胺再生系统和酸性水汽提塔的含H₂S酸性气体中除去H₂S而产生硫，这种无毒产物可以以液体形式或以固体形式存储并出售给若干不同工业应用的不同用户。来自胺再生系统和酸性水汽提塔的酸性气体含有可变量的H₂S，将其在硫回收单元(SRU)通常基于改良的Claus法(Claus process)进行处理，用以回收大量硫，随后将其在尾气处理(TGT)段处理，用以深度硫回收。酸性气体中含有的其他杂质，包括氨和烃，均在Claus段中被分解。

改良的Claus法本身回收原料中大约94～96％(2催化阶段)或95～98％(3阶段)的硫。因此当需要有更高的硫回收效率(SRE)时，对Claus尾气的进一步处理是必需的。

改良的Claus法包括酸性气体气流在热反应器中的亚化学计量(sub-stoichiometric)燃烧(热阶段)，然后是在Claus反应器中的催化转化(催化阶段)。在Claus段中，根据以下反应，H₂S总量的三分之一被氧化成SO₂，其与剩余H₂S反应，形成硫和水：

H₂S+1.5O₂→H₂O+SO₂(氧化反应) (1)

该方法的目的是驱动总反应接近完全。在Claus热反应器中，酸性气体中含有的H₂S在特定的燃烧器中与空气(或者在一些特定情况下用富氧空气)燃烧，全部H₂S仅有三分之一被氧化成SO₂，而剩余三分之二未发生反应。总的空气量是恰好足以使全部H₂S的三分之一氧化并使原料中含有的所有烃和氨完全氧化的量；因此原料中的H₂S/O₂摩尔比为大约2:1，以便在Claus尾气中达到恰好或尽可能接近于2:1的H₂S/SO₂比，该比例是Claus反应的化学计量比，使得硫回收效率得以最大化。在酸性气体燃烧过程中，小部分的H₂S(通常为5～7％)根据以下反应离解为氢和硫：

根据Alberta Sulphur Research Ltd.(ASRL)的Clark等人，还根据以下反应发生氢的形成：

另外还涉及到几个副反应，导致氨和烃的分解(destruction)，并导致形成硫化羰COS和二硫化碳CS₂。为了完成Claus反应，在热反应器中高温下适当的停留时间(residence time)是必需的。

Claus热反应器通常后接废热锅炉和硫冷凝器，在废热锅炉中将炉流出物冷却至大约300℃并通过产生高压蒸汽而回收热，在硫冷凝器处通过产生低压蒸汽将工艺气体冷却至硫的露点，并分离液体硫。

Claus热阶段通常后接两个或三个催化阶段，每一个均由以下组成：气体再热器，使气体达到最佳反应温度；催化反应器，在此发生Claus反应；硫冷凝器，在此将气体冷却，并冷凝和分离液体硫。Claus反应是在热力学上由低温促进的放热平衡反应。第一Claus催化反应器部分地填有Claus催化剂(基于氧化铝)，以促进Claus反应，并部分填有特定的高转化率催化剂(基于二氧化钛)，以促进COS和CS₂的水解。如果有任何第二和第三Claus催化反应器的话，其通常填有Claus催化剂(基于氧化铝)，以促进Claus反应。