[发明专利]用于处理克劳斯单元中含有BTEX的低至中摩尔百分比的硫化氢气体供料的改进的硫回收工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种处理酸性气流的系统和方法。具体而言，本发明提供一种用于处理含有低摩尔百分比硫化氢的酸性气流的系统和方法。更具体而言，本发明提供一种用于处理含有低摩尔百分比硫化氢和BTEX污染物的酸性气流的系统和方法。

背景技术

克劳斯单元(Claus unit)是用于从含有硫化氢的酸性气流中以元素硫的形式回收硫的基本工艺系统。硫化氢气体自然存在于天然气中，或者以副产物的形式形成于一些气体工艺系统中。硫化氢是高毒性的，因此需要从气体流中回收和处理。有效地处理硫化氢和其它含硫化合物的需求对于减少排放以符合日益严格的燃料规定和增长的环境问题而言是重要的。元素硫是从含硫物质中回收的最终状态。

在克劳斯单元中，含有硫化氢的酸性气体供料流和氧源(如空气)被供给至熔炉。酸性气体供料流具有宽范围的组成。许多酸性气体供料流源自于溶剂吸收工艺，如胺吸收。

吸收工艺从石油精炼、天然气加工和其它工业过程的副产物气体中提取硫化氢。可供替代地，酸性气体供料流可来自于酸性污水汽提单元。

一旦硫化氢被供给至熔炉，其就进行部分燃烧从而生成硫、二氧化硫和水。为了确保克劳斯反应的有效性能，熔炉的温度曲线保持在850-1200℃的范围内。为了保证污染物的完全燃烧，温度需要高于950℃。所达到的温度取决于存在于供料中的其它组分，如二氧化碳(CO₂)、水(H₂O)、烃和其它含硫化合物。可燃气体往往通过燃烧而增加温度，而惰性气体往往通过稀释而降低温度。温度是一个重要的工艺参数，因为硫化氢转化为硫是温度的作用，压力的作用较小。熔炉中的停留时间通常在0.5秒的数量级。

燃烧产物的比例取决于熔炉中可利用的氧的量。熔炉中所形成的其它产物可包括氢气、羰基硫化物和二硫化碳。熔炉还分解酸性气流中存在的诸如硫醇之类的污染物。

反应产物被供给至第一冷凝器中，其中元素硫凝结、分离并收集在硫槽中，然后气体产物再次加热并供给至催化转化器中。催化转化器的平均温度保持在约305℃。根据限定出口温度以避免催化床损坏的需要限定催化转换器的温度。在催化转化器中，硫化氢与二氧化硫在催化剂的存在下发生反应并生成元素硫和水。来自于催化转化器的产物被再次供给至冷凝器，其中元素硫凝结并收集于硫槽中。在工艺的最后，引入焚化炉。

加热、催化和冷凝阶段可以重复进行。在常规的克劳斯单元中，这些阶段最多重复进行三次，硫化氢气体的转化率为96-98％(取决于供料的组成)。在改进的克劳斯单元中，工艺的最后在最终催化转化器和焚化炉之间具有尾气处理单元。在具有尾气处理单元的配置中，加热、催化和冷凝阶段通常只重复进行两次。具有尾气处理单元的改进克劳斯单元可将硫化氢转化为元素硫的转化率提升至99.9％。尾气处理单元将从焚化炉排放的二氧化硫降至最少。

为了提高总体能量效率，可将热俘获工艺与克劳斯单元组合，如在废热锅炉和冷凝器中产生蒸汽。

保持熔炉的温度对于保证元素硫的反应和其它污染物的破坏是重要的。如上所指出，熔炉温度受供料流的组成影响，并显著地受供料流中硫化氢浓度的影响。当酸性气流中硫化氢的浓度低于约55体积％时，熔炉的温度曲线降低。硫化氢的浓度受酸性气体中存在的污染物的量的影响。污染物的种类和数量受产生酸性气体的来源、以及产生在克劳斯单元中处理的酸性气体的工艺步骤的影响。

供料流中的污染物包括烃类。烃类给克劳斯单元带来了几个问题。首先，不清楚烃是否会完全燃烧，因为C-H键通常比S-H键强，因此部分烃就会经过熔炉到催化单元。其次，烃可能促成竞争的副反应从而生成一氧化碳(CO)、二硫化碳(CS₂)、羰基硫化物(COS)和元素碳。再次，对于部分烃的燃烧过程，如那些包含苯、甲苯、乙苯或二甲苯(BTEX或BTX)，熔炉必须保持高温。如果熔炉温度太低，由于硫化氢的浓度低，导致温度可能不足以发生BTEX降解反应。除去BTX很重要，因为BTX在催化转化器中对催化剂具有堵塞效果。催化床中碳化合物造成的催化剂毒化会导致活性损失和高的压降，这要求频繁再生和更换催化剂。

目前，存在一些工艺用于解决这些问题，但是它们都有缺点。当供料流中硫化氢的浓度低时，使用酸性气体支路或分流。在分流操作中，部分物流送入克劳斯单元的熔炉，而其余物流部分直接送入催化转化器。分流有两个缺点。首先，用于支路的供料气体的上限为2/3，这要求熔炉在还原条件下运行。其次，污染物的增加降低了催化转化器的效率，导致催化剂的失活和堵塞。