[发明专利]利用二氧化硫选择性膜技术增强克劳斯尾气处理

说明书

一种提高酸性气体进料中硫回收率的方法，该方法包括以下步骤：将所述酸性气体进料和富含二氧化硫的空气流引入克劳斯工艺以产生产物气流，将所述产物气流引入热氧化器以产生烟道气流，冷却所述烟道气流以产生经冷却的排出流；将所述经冷却的排出流分离成饱和气流，加热所述饱和气流以产生膜气流；将所述膜气流引入膜吹扫单元，膜吹扫单元包括膜，膜气流中的二氧化硫渗透所述膜吹扫单元的所述膜，引入吹扫空气流，吹扫空气流收集二氧化硫以产生富含二氧化硫的空气流。

技术领域

本发明涉及用于改进克劳斯(Claus)单元的硫回收的系统和方法。更具体地说，本发明提供了一种用于处理酸性气体料流并使其中的二氧化硫排放最小化的系统和方法。

背景技术

作为天然气加工和石油馏分加氢处理的一部分，产生了大量的硫化氢(H₂S)。H₂S是有毒的，因此被转化为单质硫(S)，单质硫对于处理和运输是更实用和更安全的状态。随着更严格的燃料法规和日益增长的环境关注，以及处理高硫原油和天然气的需要，硫回收已经成为减排中的主要问题之一。单质硫是硫物质回收的最终状态。

在硫回收单元(SRU)中进行H₂S向单质硫的转化。由于需要减少从回收单元释放到大气中的硫化合物的量以满足法定限制，所以硫回收的水平越来越重要。对于这种转化，世界上最常用的方法被称为改良的克劳斯处理工艺，或替代地称为克劳斯单元或改良的克劳斯单元。

改良的克劳斯处理工艺是用于将气态H₂S转化成单质硫的热反应工序和催化反应工序的组合。

克劳斯单元进料气具有宽范围的组成。大部分进料气源自使用各种溶剂(胺、物理的或混合的溶剂)从石油炼制、天然气加工以及沥青砂、煤气化和其他工业的副产物气体中提取硫化氢的吸收过程。H₂S的其他气体装置或精炼厂源是酸性水汽提塔单元。

第一工序是在反应炉中的热反应工序(即，在没有催化剂的情况下)。在反应炉中使用足够的燃烧空气或富氧空气燃烧供给至克劳斯单元的进料气，以燃烧化学计量的三分之一的所含H₂S。在“非预热”运行条件下，反应炉的压力保持在约1.5巴(高于大气压35kPa至70kPa)，温度保持在约900℃至1250℃。来自进料气的H₂S与二氧化硫(SO₂)一起被热转化成单质硫。硫产率为约65％至72％，这取决于SRU的运行模式。提高反应炉和随后的冷凝器中的单质硫产率是有利的，因为这降低了催化反应器上的后续负荷。考虑到进料组成，通过调节空气/氧气进料、反应温度、压力和停留时间，设计反应炉的运行以使硫回收最大化。此外，反应炉可以破坏存在于进料气流中的污染物，例如烃。这些污染物通过发展碳-硫化合物而对催化反应器造成问题，所述碳-硫化合物可能导致催化剂床的堵塞或失活。

来自反应炉的含有硫蒸气的热反应产物气体用于在废热锅炉中产生高压蒸汽，这也使得产物气体得以冷却。然后，产物气体在热交换器中进一步冷却和冷凝，同时产生额外的低压蒸汽。冷凝的液态硫在冷凝器的出口端与剩余的未反应气体分离，并被送至液硫槽或其他收集区。

分离出的气体然后进入克劳斯单元的催化反应工序。催化反应工序包含两个至三个催化反应器。在硫冷凝器之后，分离出的气体被再加热并进入第一催化反应器，该第一催化反应器保持在约305℃的平均温度。在第一催化反应中，进料气中约20％的H₂S通过与SO₂的反应而转化为单质硫。为了避免催化床损坏并出于热力学考虑，温度受限于出口温度。在第二冷凝器中冷却来自第一催化反应器的出口产物气体，其也可以产生蒸汽。再次，冷凝的液态硫在第二冷凝器的出口端与剩余的未反应气体分离，并被送至硫储存装置。将第二冷凝器中分离出的气体送至另一个再热器，并且在连续较低的反应器温度下，对第二和第三催化反应器重复地依次进行气体再加热、催化反应、冷凝以及从未反应的气体中分离出液态硫的过程。进料气中约5％的H₂S在第二反应器中转化成单质硫，并且进料气体中约3％的H₂S在第三反应器中转化成单质硫。