利用膜和还原步骤强化克劳斯尾气处理制造技术

一种从硫回收单元(SRU)尾气流中除去含硫化合物的方法，该方法包括以下步骤：将SRU尾气流引入还原单元以产生膜进料，还原单元被配置为将含硫化合物还原成硫化氢；将膜进料引入硫化氢膜单元，硫化氢膜单元包括膜，其中膜进料包含硫化氢；使膜进料接触膜的进料侧，从而使得硫化氢渗透通过膜到达渗透物侧；以及收集未渗透通过膜的渗余气体以产生烟囱进料，其中烟囱进料包含渗余气体。

Enhancement of Claus tail gas treatment by membrane and reduction process

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】利用膜和还原步骤强化克劳斯尾气处理
本专利技术涉及用于提高硫回收单元的硫回收率的系统和方法。更具体而言，本专利技术提供了一种用于处理酸性气流并使其中的二氧化硫排放最小化的系统和方法。
技术介绍
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而言是更实用且更安全的状态。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规定的法律限制，所以越来越强调硫回收的水平。对于这种转化，世界上最常用的方法被称为改良的克劳斯(Claus)处理工艺，或可供选择的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。克劳斯单元进料气体具有宽范围的组成。大部分进料气体源自使用各种溶剂(胺、物理或混合溶剂)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处理。H2S的其他气体装置或炼油厂来源为含硫水汽提塔单元。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含氧气的空气来燃烧化学计量为三分之一的所含的H2S，从而对克劳斯单元的进料气体进行燃烧。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)，并且温度保持在约900℃至1350℃。来自进料气体的H2S连同二氧化硫(SO2)一起被热转化成单质硫。硫产率通常为约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、压力和停留时间来设计反应炉的运行，以使硫回收最大化。此外，反应炉可以破坏进料气流中存在的污染物，如烃类。这些污染物通过产生可能导致催化剂床堵塞或失活的碳-硫化合物而使催化反应器出现问题。来自反应炉的含有硫蒸气的热反应产物气体可以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，同时产生另外的低压蒸汽。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。然后，分离出的气体进入克劳斯单元的催化反应工序。催化反应工序包括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，进料气体中约20％的H2S通过与SO2反应而转化成单质硫。为了避免催化床损坏并出于热力学考虑，温度受限于排气温度。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，第二冷凝器也可以产生蒸汽。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。将第二冷凝器的分离出的气体送至另一个再加热器，并且在连续降低的反应器温度下，对于第二催化反应器和第三催化反应器重复地依次进行气体再加热、催化反应、冷凝以及将液态硫与未反应的气体分离。进料气体中约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。最后，气流在通过焚烧炉之后，通过烟道释放到大气中，焚烧炉将所有剩余的硫物质氧化成SO2。此外，烟道气化合物包含水、氮气、氧气、二氧化硫和最终的二氧化碳。最终存在的二氧化碳来自酸性气体组合物(在诸如胺方法之类的脱硫方法中，CO2和H2S回收自天然气)。焚烧炉温度和耐火材料衬里的烟囱中的气体温度足够高(远高于气体露点)，以避免腐蚀并有助于SO2在周围空气中的快速扩散。此外，将烟囱设计成确保地面的SO2浓度低于当地的规章限制。对于设计良好且运行良好的具有三个催化反应器的克劳斯硫回收装置，根据进料气体组成，总的硫转化率可以达到96％至98％。为了实现更高的转化率，必须添加尾气处理单元以进一步处理焚烧炉上游的废气或作为焚烧炉的替代物。尾气处理单元为精制单元。目前可获得的尾气处理单元可以有效实现高达99.2％的回收率，但是会显著增加克劳斯处理单元的资本成本，通常与克劳斯单元本身的数量级相同。已经开发的尾气处理技术包括，但不限于，工艺、HighsulfTM、BSR/MDEATM、SultimateTM、BechtelTGTU和TechnipTGTU。所安装的尾气处理单元的选择取决于目标转化率，因为成本与所需的转化率水平直接相关。虽然Scot工艺的硫回收率可以达到99.9％，但是当克劳斯进料没有高浓度硫化氢时，例如除非大于55％，否则增加的成本和单元复杂性使得该方法不可行。除了会提高运行成本和资本成本之外，这些技术可能需要大量的物理占地面积以用于运行所必需的各种处理容器、塔、泵和存储容器。因此，需要一种使释放到大气中的SO2最小化，而不需要过量的能量、设备和材料或工艺停工的方法。优选地，这种方法将保持克劳斯装置的总的硫生产力(overallsulfurcapacity)，同时提高总的硫回收效率。
技术实现思路
本专利技术涉及用于提高硫回收单元的硫回收率的系统和方法。更具体而言，本专利技术提供了一种用于处理酸性气流并使其中的二氧化硫排放最小化的系统和方法。在本专利技术的一个方面，提供了一种从硫回收单元(SRU)尾气流中除去含硫化合物的方法。该方法包括以下步骤：将SRU尾气流引入还原单元以产生膜进料，该还原单元被配置为将含硫化合物还原成硫化氢；将膜进料引入硫化氢膜单元，该硫化氢膜单元包括膜，膜进料包含硫化氢；使膜进料接触膜的进料侧，从而使得硫化氢渗透通过膜到达渗透物侧；收集未渗透通过膜的渗余气体以产生烟囱进料，其中该烟囱进料包含渗余气体。在某些方面，膜选自由硫化氢选择性膜和酸性气体选择性膜组成的组。在某些方面，将SRU尾气流引入还原单元以产生膜进料的步骤还包括以下步骤：将SRU尾气流引入还原单元的还原反应器；将还原剂引入还原反应器；使含硫化合物与还原剂在还原反应中进行反应，以产生经还原的料流，其中还原反应将含硫化合物还原成硫化氢，其中经还原的料流包含非冷凝气体和水蒸气；将经还原的料流引入还原分离器；以及在还原分离器中将非冷凝气体与水蒸气分离，以产生膜进料和废水流，其中膜进料包含非冷凝气体，非冷凝气体包含硫化氢，并且废水流包含冷凝水。在某些方面，该方法还包括以下步骤：将吹扫空气进料供应至膜的渗透物侧；收集吹扫空气进料中渗透通过膜的硫化氢，以产生富含硫化氢的空气；以及将富含硫化氢的空气引入硫回收单元，硫回收单元被配置为产生SRU尾气流。在某些方面，该方法还包括以下步骤：将酸性气体进料引入富集单元，其中酸性气体进料包含硫化氢和二氧化碳；使硫化氢与二氧化碳分离以产生经富集的进料和富含二氧化碳的料流，其中经富集的进料包含硫化氢，其中富含二氧化碳的料流包含二氧化碳；以及将经富集的进料引入硫回收单元。在某些本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种从硫回收单元(SRU)尾气流中除去含硫化合物的方法，该方法包括以下步骤：/n将所述SRU尾气流引入还原单元以产生膜进料，所述还原单元被配置为将所述含硫化合物还原成硫化氢；/n将所述膜进料引入硫化氢膜单元，该硫化氢膜单元包括膜，其中所述膜进料包含硫化氢；/n使所述膜进料接触所述膜的进料侧，从而使得硫化氢渗透通过所述膜到达渗透物侧；以及/n收集未渗透通过所述膜的渗余气体以产生烟囱进料，其中所述烟囱进料包含渗余气体。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170313 US 15/457,3381.一种从硫回收单元(SRU)尾气流中除去含硫化合物的方法，该方法包括以下步骤：
将所述SRU尾气流引入还原单元以产生膜进料，所述还原单元被配置为将所述含硫化合物还原成硫化氢；
将所述膜进料引入硫化氢膜单元，该硫化氢膜单元包括膜，其中所述膜进料包含硫化氢；
使所述膜进料接触所述膜的进料侧，从而使得硫化氢渗透通过所述膜到达渗透物侧；以及
收集未渗透通过所述膜的渗余气体以产生烟囱进料，其中所述烟囱进料包含渗余气体。


2.根据权利要求1所述的方法，其中所述膜选自由硫化氢选择性膜和酸性气体选择性膜组成的组。


3.根据权利要求1或2的任一项所述的方法，其中将所述SRU尾气流引入还原单元以产生膜进料的步骤还包括以下步骤：
将所述SRU尾气流引入所述还原单元的还原反应器；
将还原剂引入所述还原反应器；
使所述含硫化合物与所述还原剂在还原反应中进行反应，以产生经还原的料流，其中所述还原反应将所述含硫化合物还原成硫化氢，其中所述经还原的料流包含非冷凝气体和水蒸气；
将所述经还原的料流引入还原分离器；以及
在所述还原分离器中将所述非冷凝气体与所述水蒸气分离，以产生所述膜进料和废水流，其中所述膜进料包含所述非冷凝气体，其中所述非冷凝气体包含硫化氢，并且其中所述废水流包含冷凝水。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，还包括以下步骤：
将吹扫空气进料供应至所述膜的所述渗透物侧；
收集所述吹扫空气进料中渗透通过所述膜的硫化氢，以产生富含硫化氢的空气；以及
将所述富含硫化氢的空气引入硫回收单元，所述硫回收单元被配置为产生所述SRU尾气流。


5.根据权利要求4所述的方法，还包括以下步骤：
将酸性气体进料引入富集单元，其中所述酸性气体进料包含硫化氢和二氧化碳；
使所述硫化氢与所述二氧化碳分离以产生经富集的进料和富含二氧化碳的料流，其中所述经富集的进料包含硫化氢，其中所述富含二氧化碳的料流包含二氧化碳；以及
将所述经富集的进料引入所述硫回收单元。


6.根据权利要求5所述的方法，还包括以下步骤：
将酸性气体进料引入富集单元，其中所述酸性气体进料包含硫化氢和二氧化碳；
将膜再循环料流引入所述富集单元，其中所述膜再循环料流包含硫化氢和二氧化碳；
在所述富集单元中使所述硫化氢与所述二氧化碳分离，以产生经富集的进料和富含二氧化碳的料流，其中所述经富集的进料包含硫化氢，其中所述富含二氧化碳的料流包含二氧化碳；
将所述富含二氧化碳的料流供应至所述硫化氢膜单元的所述膜的所述渗透物侧；
收集所述富含二氧化碳的料流中渗透通过所述膜到达所述渗透物侧的硫化氢，以产生所述膜再循环料流；以及
将所述经富集的进料引入硫回收单元，所述硫回收单元被配置为产生所述SRU尾气流。


7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，还包括以下步骤：
由渗透通过所述硫化氢膜单元的所述膜的硫化氢形成硫化氢再循环料流，其中所述硫化氢再循环料流包含硫化氢。


8.根据权利要求7所述的方法，还包括以下步骤：
将所述硫化氢再循环料流与空气进料混合以形成经稀释的再循环料流，其中所述经稀释的再循环料流包含硫化氢和空气；以及
将所述经稀释的再循环料流引入硫回收单元，所述硫回收单元被配置为产生所述SRU尾气流。


9.根据权利要求7所述的方法，还包括以下步骤：
将所述硫化氢再循环料流引入富集单元；
将酸性气体进料引入所述富集单元，其中所述酸性气体进料包含硫化氢和二氧化碳；
在所述富集单元中使所述硫化氢与所述二氧化碳分离，以产生经富集的进料和富含二氧化碳的料流，其中所述经富集的进料包含硫化氢，其中所述富含二氧化碳的料流包含二氧化碳；以及
将所述经富集的进料引入硫回收单元，所述硫回收单元被配置为产生所述SRU尾气流。


10.根据权利要求7所述的方法，还包括以下步骤：
将所述硫化氢再循环料流与酸性气体进料混合，以产生混合进料，其中所述混合进料包含硫化氢和二氧化碳；
将所述混合进料引入富集单元；以及
在所述富集单元中使所述硫化氢与所述二氧化碳分离，以产生经富集的进料和富含二氧化碳的料流，其中所述经富集的进料包含硫化氢，其中所述富含二氧化碳的料流包含二氧化碳。


11.根据权利要求7所述的方法，还包括以下步骤：
将酸性气体进料引入富集单元，其中所述酸性气体进料包含硫化氢和二氧化碳；
在所述富集单元中使所述硫化氢与所述二氧化碳分离，以产生经富集的进料和富含二氧化碳的料流，其中所述经富集的进料包含硫化氢，其中所述富含二氧化碳的料流包含二氧化碳；
将所述硫化氢再循环料流与所述经富集的进料混合以产生混合的经富集的进料；以及
将所述混合的经富集的进料引入硫回收单元，所述硫回收单元被配置为产生所述SRU尾气流。


12.根据权利要求7所述的方法，还包括以下步骤：
将酸性气体进料引入二氧化碳膜单元，所述二氧化碳膜单元包括二氧化碳选择性膜，其中所述酸性气体进料包含二氧化碳和硫化氢；
使所述酸性气体进料接触所述二氧化碳选择性膜的进料侧，从而使得二氧化碳渗透通过所述二氧化碳选择性膜到达渗透物侧；
收集渗透通过所述二氧化碳选择性膜的二氧化碳，以形成二氧化碳渗透物，其中所述二氧化碳渗透物包含二氧化碳和硫化氢；
收集未渗透通过所述二氧化碳选择性膜的进料气体，以形成硫化氢渗余物，其中所述硫化氢渗余物包含硫化氢；
将所述二氧化碳渗透物引入富集单元；
在所述富集单元中使所述硫化氢与所述二氧化碳分离，以产生经富集的进料和富含二氧化碳的料流，其中所述经富集的进料包含硫化氢，其中所述富含二氧化碳的料流包含二氧化碳；
将所述硫化氢再循环料...

【专利技术属性】
技术研发人员：让皮埃尔·R·巴拉盖，米林德·M·维迪雅，费拉斯·哈马德，塞巴斯蒂安·A·杜瓦尔，伊朗·D·查里普拉达，
申请(专利权)人：沙特阿拉伯石油公司，
类型：发明
国别省市：沙特阿拉伯;SA