[发明专利]利用膜和还原步骤强化克劳斯尾气处理

说明书

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。

技术领域

本发明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，本发明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。

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。