[发明专利]高压氧化还原脱硫工艺

说明书

相关申请案的交叉参照

本申请案主张2010年10月27日提出的美国申请案第12/913,448号的权益，其整体内容以引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明涉及用于处理含有硫化氢的酸气体流的经改进的氧化还原(Redox)工艺。特别地，高压氧化器与高压吸收器组合使用。

背景技术

硫化氢是气体流污染的主要来源，因为其在许多化学工艺(例如硫酸盐或牛皮纸浆制造、粘液制造、污水处理、有机硫化合物的生产)中以及在石油精制期间和在从煤生产天然气和可燃气体中(例如在炼焦操作中)作为废副产物释放。硫化氢还存于地热蒸汽中，其被捕获用于发电厂中。

为消除这些污染硫气体，本技术已研发许多使用螯合金属催化剂水溶液从气体流移除硫化氢的种氧化还原(“redox”)工艺。在那些先前技术工艺中，使含有硫化氢的气体(称作“酸气”)与螯合金属催化剂接触以实现吸收。还随后将硫化氢氧化成元素硫且同时金属还原成较低氧化态。接着通过使催化剂溶液与含氧气体接触以将金属氧化返回到较高氧化态来使催化剂溶液再生以重新利用。元素硫作为高纯度固体产物连续地从所述工艺移除。这些氧化还原工艺的说明性而非排除性描述包含在美国专利第4,622,212号和其中引用的参考文献中。

为使“用过的”液体氧化还原催化剂溶液返回至其原始氧化程度以使其可在工艺中再循环用于后续应用，必须将氧供应给用过的氧化还原催化剂溶液。此通常使用氧化工艺完成，其中各种机械设备(包括众所周知的罐喷雾器)使用压缩空气作为氧来源。通常，所述氧化工艺是在低于工艺的还原部分(即吸收器)的压力的压力下、更通常在约大气压力下操作。使用低压氧化器是试图通过消除对较昂贵高压设备的需要来最小化资本成本的结果。尽管设备的初始资本成本可较低，但在吸收器与氧化器之间的大压力差下操作具有许多其它固有问题。举例来说，在这些先前已知的工艺中，离开吸收器的较高压力氧化还原溶液在进入氧化器之前必须降低压力。此通常通过一个闪蒸罐或一系列闪蒸罐来完成。降低氧化还原溶液的压力具有不好的结果，例如起泡、气体产物损失和由于悬浮的固体硫颗粒而快速腐蚀控制阀。所有这些问题降低总体工艺经济性和工艺的操作性。

直到现在，本技术仍未能提出消除以上问题、但仍提供从烃工艺流移除硫的成本有效工艺的高压氧化还原工艺。这些和其它优点从以下本发明的更详细说明将变得显而易见。

发明内容

本发明涉及用于处理含有硫化氢的气体流的改进的氧化还原工艺。所述改进的工艺在比还原区段(即，吸收器)高的操作压力下操作所述工艺的氧化器区段。此较高压力差会消除对减压设备(例如闪蒸罐)的需要。氧化器的设计对本申请案的工艺并不重要，吸收器的设计也不重要，前提是两个单元操作可在高于100psig的内部压力和约125°F的温度下操作。尽管本发明中可使用任一含氧气体，但为简明起见下文将提及最众所周知且最可用的空气。

引入到氧化器内部的加压空气维持高于吸收器的操作压力的操作压力，所述吸收器在高于100psig的压力下操作。优选地，控制氧化器以在比吸收器的操作压力高约5psi到约10psi的压力下操作以使压缩成本最小化。优选使用高压空气作为氧化气体来维持氧化器中的较高压力，以使金属催化剂溶液再生，如下文所解释。在超过大气压的压力下操作可在氧化器内产生较高氧分压，且由于重新氧化催化剂所需要的氧的量与氧分压成反比，因此随着氧化器压力增加，所需要的空气减少。