用于生产单质硫和硫酸的方法技术

在一个广义方面，本发明专利技术涉及一种由包含15vol％、20vol％、30vol％、40vol％或50vol％至99vol％或100vol％的H2S的原料气和硫酸的料流生产单质硫的方法，所述方法包括以下步骤：a.提供包含一定量的所述原料气、一定量的氧气和任选的一定量的燃料的Claus反应炉进料流，其中氧气的量相对于Claus反应是亚化学计量的；b.将所述Claus反应炉进料流引导至在高温例如高于900℃下运行的反应炉区，以提供反应炉区产物；c.将所述反应炉区产物和一定量的硫酸引导至所述反应炉区下游的硫酸蒸发区，以提供Claus转化器进料气；d.将所述Claus转化器进料气冷却，以提供经冷却的Claus转化器进料气，并任选地从气体中提取单质硫；e.引导所述经冷却的Claus转化器进料气与在Claus反应中有催化活性的材料接触；f.任选地通过冷却来自所述在Claus反应中有催化活性的材料的流出物而提取Claus尾气和单质硫；g.将包含所述Claus尾气的料流引导至Claus尾气处理设备，在硫酸蒸发区中注入硫酸的方法具有的相关益处在于，允许所述原料气(包括杂质)进行高温燃烧，而没有蒸发冷却以及硫酸分解。有蒸发冷却以及硫酸分解。有蒸发冷却以及硫酸分解。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于生产单质硫和硫酸的方法


[0001]本专利技术涉及一种用于将H2S转化为单质硫和硫酸的方法，任选地，其中单质硫与硫酸之间具有可调节的比例。

技术介绍

[0002]H2S是许多工艺(包括炼油厂料流的加氢脱硫、天然气加工和粘胶纤维生产)中常见的副产品。理想的是在将H2S排放到大气中之前将其转化，因为H2S具有剧毒、有气味并且对环境造成挑战。
[0003]在炼油工艺中，除了生产众所周知的高浓度H2S气体外，通常还可能产生所谓的酸水汽提气，其包含几乎等量的H2S、H2O和NH3。
[0004]特别是在炼油厂中，用于减少H2S的所选工艺一直是Claus工艺，该工艺在过去的八十年中广为人知并经过了优化。Claus工艺通过H2S在Claus反应炉中的亚化学计量燃烧生成SO2，从而提供Claus转化器进料气。随后的Claus工艺阶段将H2S和SO2转化以形成单质硫，其可以被冷凝并提取。
[0005]通常，Claus工艺的去除效率为95％至98％，这不足以满足环境要求。因此，通常的做法是在Claus工艺之后进行尾气处理，以减少99％以上的硫。尾气处理通常是硫酸设备，这就引入了对于处理硫酸的要求。
[0006]现已确定，可以将硫酸再循环到Claus反应炉中，在其中可以促进单质硫的形成，此外还提供了优化Claus工艺和Claus尾气工艺设备尺寸和运行成本的机会。
[0007]在WO2012/152919A1中，提出了一种用于处理Claus尾气的硫酸工艺，其中描述了Claus尾气中的H2S向H2SO4的转化。该工艺的步骤为：
[0008]1.亚化学计量氧化
[0009]2.Claus转化
[0010]3.在富含氧气的气氛中于400
‑
700℃下使Claus尾气中经还原的硫物质(H2S)氧化
[0011]4.SO2催化氧化为SO3[0012]5.硫酸的冷凝
[0013]已经认识到，H2SO4产物并不总是期望的，并且建议将硫酸再循环到如上所述的上游Claus反应炉或H2S氧化步骤。但是，硫酸的再循环仅被认为是对硫酸的一种减少，并且尚未评估H2SO4再循环对湿式硫酸或Claus工艺的后果，即，未认识到H2SO4再循环需要减少引导至Claus反应炉的O2量，也未实现对Claus工艺和硫酸工艺的有利影响。
[0014]在WO2012/152919A1中还认识到，在Claus反应炉和H2S氧化步骤中可能都需要辅助燃料以获得所需的操作温度，而没有意识到在硫酸工艺中使用原料气作为H2S氧化的辅助燃料的有益效果。
[0015]因此，将H2SO4再循环至Claus反应炉的提议本身不能提供可执行的工艺，而是需要进行其他工艺修改。

技术实现思路

[0016]根据本专利技术，提出了一种具有增加的效率的将H2S转化为单质硫的方法，其中Claus工艺与硫酸工艺相结合。根据该方法，将在处理Claus尾气的硫酸工艺中产生的硫酸再循环到Claus反应炉中或其后的硫酸蒸发区以进行分解和产生单质硫。
[0017]为了本申请的目的，应在假设进料气体中源自N、H、C、S和O的产物为N2、H2O、CO2和SO2的情况下定义氧气的化学计量。如果存在少于化学计量的氧气(也称为亚化学计量)，则意味着并非所有进料组分都被完全氧化。对于Claus气体进料，这意味着在亚化学计量燃烧/反应后，工艺气体可能包含来自进料流的未转化的H2S、NH3和烃以及在O2不足的环境中形成的H2、CO、COS和CS2。
[0018]为了本申请的目的，燃料应被定义为具有这样一种组成，其当被O2氧化时将形成N2、H2O、CO2和SO2作为反应产物并通过反应释放大量能量。烃(例如天然气、CH4和C2H6)以及H2S的混合物是典型的燃料气，但该燃料气也可以包含CO、NH3和H2。
[0019]为了本申请的目的，氧气(O2)被理解为包含O2的料流，例如空气、富含氧气的空气和纯氧气，但是也可以是包含O2的工艺气体。
[0020]为了本申请的目的，硫酸段被理解为用于将包含硫(例如H2S、SO2、COS、CS2和单质硫)的工艺气体转化为硫酸的设施。硫酸段可以作为将硫物质氧化为SO2的催化或热工段来实施，然后是将SO2氧化为SO3的工段，然后是通过冷凝水合SO3提供硫酸的冷凝器，或通过在硫酸中吸收SO3以提供硫酸的吸收器，但是本领域技术人员也已知用于生产硫酸的其他装置，例如H2O2洗涤器。
[0021]为了本申请的目的，硫氧化装置应理解为任何接收还原硫或单质硫并将其转化为SO2的工艺设备。这种用于硫氧化的装置可以是燃烧器、催化设备或其组合。
[0022]为了本申请的目的，Claus反应炉可被描述为包括两个区；反应炉区和硫酸蒸发区。这些区的名称仅仅是各个区的称谓，并不是对其中发生的化学反应的唯一描述。这两个区应理解为不重叠，其中硫酸蒸发区位于反应炉区的下游。
[0023]硫酸蒸发区可以是单独的室，也可以是Claus反应炉单个室的一部分，定义为最上游硫酸注入下游的体积，终止于Claus反应炉出口，通常在废热锅炉的管板处。这个体积可以进一步定义为Claus反应炉在由最上游硫酸注入所定义的平面下游的体积，并且与Claus反应炉火焰中产物流动所定义的轴正交。
[0024]为了本申请的目的，单位mbarg中指示的压力应理解为相对于大气压的表压。
[0025]在广义的方面，本专利技术涉及一种用于由包含15vol％、20vol％、30vol％、40vol％或50vol％至99vol％或100vol％的H2S的原料气和硫酸的料流生产单质硫的方法，所述方法包括以下步骤：
[0026]a.提供包含一定量的所述原料气、一定量的氧气和任选的一定量的燃料的Claus反应炉进料流，其中氧气的量相对于Claus反应是亚化学计量的；
[0027]b.将所述Claus反应炉进料流引导至在高温例如高于900℃下运行的反应炉区，以提供反应炉区产物；
[0028]c.将所述反应炉区产物和一定量的硫酸引导至所述反应炉区下游的硫酸蒸发区，以提供Claus转化器进料气；
[0029]d.将所述Claus转化器进料气冷却，以提供经冷却的Claus转化器进料气，并任选
地从气体中提取单质硫；
[0030]e.引导所述经冷却的Claus转化器进料气与在Claus反应中有催化活性的材料接触；
[0031]f.任选地通过冷却来自所述在Claus反应中有催化活性的材料的流出物而提取Claus尾气和单质硫；
[0032]g.将包含所述Claus尾气的料流引导至Claus尾气处理设备，
[0033]在硫酸蒸发区中注入硫酸的方法具有的相关益处在于，允许所述原料气(包括杂质)进行高温燃烧，而没有蒸发冷却以及硫酸分解。
[0034]在另一个实施方案中，反应炉区出口的温度比所述硫酸蒸发区出口处的温度高50℃或100℃至200℃或500℃，相关益处在于，减少对热交换设备本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于由包含15vol％、20vol％、30vol％、40vol％或50vol％至99vol％或100vol％的H2S的原料气和硫酸的料流生产单质硫的方法，所述方法包括以下步骤：a.提供包含一定量的所述原料气、一定量的氧气和任选的一定量的燃料的Claus反应炉进料流，其中氧气的量相对于Claus反应是亚化学计量的；b.将所述Claus反应炉进料流引导至在高温例如高于900℃下运行的反应炉区，以提供反应炉区产物；c.将所述反应炉区产物和一定量的硫酸引导至所述反应炉区下游的硫酸蒸发区，以提供Claus转化器进料气；d.将所述Claus转化器进料气冷却，以提供经冷却的Claus转化器进料气，并任选地从气体中提取单质硫；e.引导所述经冷却的Claus转化器进料气与在Claus反应中有催化活性的材料接触；f.任选地通过冷却来自所述在Claus反应中有催化活性的材料的流出物而提取Claus尾气和单质硫；g.将包含所述Claus尾气的料流引导至Claus尾气处理。2.根据权利要求1所述的方法，其中反应炉区产物的温度比所述硫酸蒸发区出口处的温度高50℃或100℃至200℃或500℃。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中原料气被分流为导向反应炉区的反应炉区原料和导向硫酸蒸发区的硫酸蒸发区原料。4.根据权利要求3所述的方法，其中控制反应炉区原料和硫酸蒸发区原料之间的比率为最大限度地热破坏反应炉区中存在的杂质。5.根据权利要求1、2、3或4所述的方法，其中反应炉区和/或硫酸蒸发区包含湍流增强器。6.根据权利要求1、2、3、4或5所述的方法，其中硫酸蒸发区包括撞击装置。7.根据权利要求1、2、3、4、5或6所述的方法，其中所述Claus尾气处理包括以下步骤：h.将包含所述Claus尾气的料流、氧气和燃料作为原料气引导至在高于900℃的温度下运行的Claus尾气燃烧器或催化氧化装置，提供SO2转化器进料气，i.引导所述SO2转化器进料气与在将SO2氧化成SO3中有催化活性的材料接触，提供富含SO3的气体，j.通过将SO3吸收到硫酸中或将SO3水合，将所述富含SO3的气体转化为浓硫酸，冷却和冷凝硫酸；k.将所生产的硫酸的至少一部分再循环到硫酸蒸发区。8.根据权利要求1、2、3、4、5或6所述的方法，其中所述Claus尾气处理包括以下步骤：i.将所述Claus尾气引导至在高于900℃的温度下运...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：托普索公司，
类型：发明
国别省市：