Способ и устройство для обработки обогащенного диоксидом углерода кислого газа в процессе клауса
Группа изобретений относится к способу обработки обогащенного диоксидом углерода кислого газа в процессе Клауса, с помощью которого промышленные газы очищают от нежелательных соединений серы, в котором серусодержащие компоненты удаляют с помощью селективного поглощающего растворителя в скрубберной секции, а высвобождаемый в результате регенерации кислый газ, содержащий серусодержащие компоненты и диоксид углерода, разделяют по меньшей мере на две фракции кислого газа, где по меньшей мере одна полученная фракция кислого газа имеет более высокое содержание серусодержащих компонентов, а серусодержащие компоненты, содержащиеся во фракции с самым высоким содержанием сероводорода, преобразуют с помощью горелки на термической реакционной стадии печи Клауса с образованием диоксида серы, используя кислородсодержащий газ; горячие дымовые газы отводят в закрытую реакционную камеру Клауса, находящуюся ниже горелки по технологическому потоку; оставшиеся обедненные диоксидом углерода фракции кислого газа, поступающие из установки регенерации, подают в реакционную камеру Клауса, где их смешивают с отходящими из горелки дымовыми газами. Группа изобретений также относится к устройству, с помощью которого осуществляют данный способ, причем устройство содержит абсорбционную колонну, по меньшей мере одну стадию флэш-десорбции, колонну регенерации, горелку Клауса, оборудованную байпасным контролем, и реактор Клауса. 2 н. и 27 з.п. ф-лы, 3 ил.
[0001] Группа изобретений относится к способу обработки обогащенного диоксидом углерода кислого газа в процессе Клауса. Группа изобретений также относится к устройству, которое предназначено для осуществления данного способа, причем указанное устройство включает комбинацию стадии мгновенной флэш-десорбции и колонну регенерации, с помощью которых поглотительный раствор, используемый для очистки газа, освобождают от насыщенного диоксидом углерода кислого газа, а также горелку Клауса с расположенным ниже по технологическому потоку реактором Клауса.
[0002] Многие промышленные газы, например природный газ, синтез-газ, нефтезаводские газы или коксовые газы, должны быть очищены от содержащихся в них кислых газов перед дальнейшим использованием, поскольку указанные вещества мешают последующей переработке. Типичными кислыми газами, которые мешают последующей переработке и поэтому должны быть удалены из получаемых газов, являются сероводород (H2S), сероокись углерода (COS), органические соединения серы, аммиак (NH3) и цианистый водород (HCN). Эти газы являются коррозионными и токсичными. Одним способом удаления этих веществ из получаемых газов является промывка газов с использованием физической абсорбции растворителями. Подходящими растворителями для абсорбции кислых газов являются, например, пропиленкарбонат, N-метилпирролидон, алкилированный эфир полиэтиленгликоля и метанол. Можно использовать химическую абсорбцию растворителями, но их абсорбционная емкость по органическим соединениям серы довольно низкая. Примерами химических абсорбирующих растворителей являются этаноламины или растворы щелочных солей.
[0003] С целью выделения соединений серы, содержащихся в кислых газах, кислые газы, выходящие из установки регенерации процесса промывки газа, обычно направляют на установку Клауса, в которой часть потока выделенного сероводорода сжигают с образованием диоксида серы, который в свою очередь превращают путем взаимодействия с оставшимся потоком сероводорода в серу в соответствии с реакцией Клауса. Серу затем можно использовать самыми разнообразными способами.
[0004] Подлежащие обработке промышленные газы также часто содержат значительные количества диоксида углерода (CO2) в дополнение к серусодержащим компонентам, таким как сероводород (H2S), сероокись углерода (COS) и меркаптаны. Большие количества диоксида углерода образуются, например, в процессе получения синтез-газа, в котором образующийся монооксид углерода CO превращают в диоксид углерода, и, таким образом, эти промышленные газы часто содержат большие количества диоксида углерода. Содержание диоксида углерода может соответственно составлять вплоть до 50 объемных процентов (% (об.)) в преобразованном синтез-газе. С другой стороны, содержание серусодержащих соединений в преобразованном синтез-газе в зависимости от исходного сырья производства синтез-газа может быть очень низким, при этом возможно содержание ниже 0,1% (об.).
[0005] При промывке газа, физической или химической, невозможно избежать того, что, помимо подлежащих удалению серусодержащих компонентов синтез-газа, из сырьевого газа путем промывки также удаляют значительное количество диоксида углерода, содержащегося в подлежащем обработке газе, так что основная часть кислых газов, высвобождаемых в установке регенерации скрубберной секции, часто состоит из диоксида углерода. Последний имеет негативный эффект на последующую обработку кислого газа на установке Клауса, потому что горючие кислые газы имеют очень низкую теплотворную способность вследствие разбавления инертным диоксидом углерода, в результате чего невозможно или почти невозможно получить высокие температуры не ниже 850-900°С, необходимые для стабильной работы реакторной печи процесса Клауса.
[0006] По этой причине в данном уровне техники известны процессы, в которых осуществляют разделение диоксида углерода и серусодержащих кислых газов. Патент DE 10332427 А1 раскрывает способ удаления сероводорода и других составляющих кислых газов из промышленных газов под давлением с использованием физического поглотителя, а также извлечение серы из сероводорода на установке Клауса. В этом способе подлежащие обработке промышленные газы освобождают от содержащихся в них кислых газов путем промывки газа подходящими абсорбирующими растворителями, а отработанный поглотитель отправляют на регенерацию. Скрубберная секция представляет собой многостадийный процесс, причем на различных стадиях регенерации применяют различное давление и более низкое давление, чем на стадии абсорбции, таким образом получают обогащенный серусодержащими компонентами кислый газ. Полученный технологический поток серусодержащего кислого газа направляют в процесс Клауса, хвостовой газ которого после гидрогенизации возвращают, например, на стадию регенерации для полной десульфуризации.
[0007] Особенно в случае промышленного газа с высоким содержанием диоксида углерода, например 30-50%(об.) CO2, при одновременном низком содержании серы, например 0,1-1%(об.) H2S, проведение десульфуризации сопряжено с очень высокими расходами, вызванными очисткой кислого газа для получения кислого газа с достаточно высоким содержанием серы для дальнейшей обработки на установке Клауса, т.к. при применении селективных поглотителей химическое или физическое селективное действие такого поглотителя обычно недостаточно для достижения концентрации серы во фракции кислого газа, которая была бы приемлемо высокой для такого применения.
[0008] Поэтому целью данного изобретения является предоставление экономически эффективного способа, который позволяет удалять серусодержащие компоненты из обогащенного диоксидом углерода промышленного газа и направлять их в процесс Клауса таким образом, который позволяет переработать их в устойчивом режиме работы установки Клауса.
[0009] Изобретение достигает поставленной цели с помощью способа, согласно которому подлежащий обработке промышленный технологический газ сначала промывают физическим или химическим поглотительным раствором, имеющим селективное действие по отношению к серусодержащим компонентам, в частности к сероводороду (H2S), в результате чего получают фракцию кислого газа, которую направляют на установку регенерации, где высвобождаемый в результате регенерации кислый газ разделяют на фракции с получением по меньшей мере одной обедненной серусодержащими компонентами фракции кислого газа, а обогащенную серусодержащими компонентами фракцию кислого газа направляют на термическую реакционную стадию процесса Клауса, где обогащенную серусодержащими компонентами фракцию кислого газа сжигают с образованием диоксида серы в соответствии с требованиями процесса Клауса, а обогащенную диоксидом углерода, но обедненную серусодержащими компонентами фракцию кислого газа после установки регенерации смешивают с горячими дымовыми газами, поступающими с горелки и термической реакционной стадии процесса Клауса.
[0010] Разделение по меньшей мере на две фракции кислого газа выполняют путем сначала подачи насыщенного кислыми газами поглотительного раствора после промывки газа по меньшей мере на одну стадию флэш-десорбции (мгновенного испарения) для снижения содержания диоксида углерода перед подачей растворителя в колонну регенерации, с получением обогащенной диоксидом углерода фракции газа и поглотительного раствора с высоким содержанием остаточных кислых газов, и, таким образом, получая другую обедненную диоксидом углеродом и обогащенную серусодержащими компонентами фракцию кислого газа, которую отправляют на горелку Клауса для сжигания с использованием кислородсодержащего газа. Соотношение между фракцией кислого газа с высоким содержанием диоксида углерода и низким содержанием серы и кислым газом с высоким содержанием серы можно задать с помощью рабочих параметров емкости мгновенного испарения. Это соотношение можно с успехом использовать для контролирования процесса Клауса.
[0011] Первую стадию реактора Клауса обычно проводят без применения каких-либо дополнительных веществ, и, таким образом, реакция между диоксидом серы (SO2) и сероводородом (H2S) инициируется за счет высокой реакционной температуры. Этот процесс также называют термической реакционной стадией Клауса. Поскольку эта реакция обычно не идет до конца, реакцию часто завершают в реакционной стадии ниже по технологическому потоку при более низкой температуре. Поскольку для этого требуется каталитический реактор Клауса, этот процесс также называют каталитической реакционной стадией Клауса.
[0012] Основное утверждение в особенности относится к способу десульфуризации кислого технологического газа, содержащего сероводород и диоксид углерода, согласно которому
(a) подлежащий очистке от серусодержащих компонентов промышленный газ, содержащий, по меньшей мере, сероводород и диоксид углерода в качестве компонентов кислого газа, сначала подвергают промывке с использованием поглощающего кислый газ растворителя, который абсорбирует серусодержащие компоненты более селективно, чем диоксид углерода, и
(b) отработанный растворитель подают на установку регенерации для регенерации, и
(c) высвобождаемый при регенерации кислый газ, содержащий серусодержащие компоненты и диоксид углерода (CO2), разделяют по меньшей мере на две фракции кислого газа, при этом получая по меньшей мере одну фракцию кислого газа с более высоким содержанием серусодержащих компонентов, и
(d) фракцию с самым высоким содержанием сероводорода (H2S) подают на горелку Клауса установки Клауса, в которой серусодержащие компоненты, по меньшей мере, частично превращают в содержащий диоксид серы (SO2) газ с помощью кислородсодержащего газа, и
(е) горячие дымовые газы подают в реакционную камеру, расположенную по технологическому потоку ниже горелки, где их смешивают по меньшей с одной обогащенной диоксидом углерода фракцией кислого газа из установки регенерации.
[0013] В случае обогащенных диоксидом углерода сырьевых газов изобретение обеспечивает устойчивую работу в зоне горения благодаря обогащенной серой фракции, в отличие от известного в данном уровне техники способа, в котором общую фракцию подают на стадию сжигания процесса Клауса. Если в рамках данного изобретения в качестве окислителя для сжигания фракции с высоким содержанием серы используют чистый кислород, то устойчивая работа при сжигании кислого газа также будет обеспечена, даже если общая фракция кислого газа состоит из смеси, которая больше не является горючей.
[0014] Реакционную камеру Клауса обычно конструируют как простую реакционную камеру, оборудованную огнеупорной футеровкой, поскольку термическая реакция Клауса проходит без каких-либо дополнительных сопутствующих веществ при высоких температурах приблизительно 900°С в потоке ниже горелки. Степень конверсии в серу составляет приблизительно 40-60% в пересчете на сырьевой газ. В соответствии с существующим уровнем техники серусодержащий газ, отходящий из реакционной камеры Клауса, направляют на стадию обработки Клауса, в основном состоящую из секции охлаждения, секции конденсации серы и последующих реакторов Клауса, в которых не прошедший превращение диоксид серы (SO2) вводят во взаимодействие с сероводородом (H2S).
[0015] В варианте осуществления данного изобретения серусодержащий газ, отходящий из реакционной камеры, направляют в качестве технологического газа Клауса на следующие стадии процесса каталитической установки Клауса с целью завершения не полностью прошедшей реакции между сероводородом (H2S) и диоксидом серы (SO2) в технологическом газе Клауса.
[0016] В другом осуществлении данного изобретения часть потока обогащенного диоксидом углерода, но обедненного серусодержащими компонентами кислого газа отводят с установки Клауса. Эту часть потока обогащенного диоксидом углерода, но обедненного серусодержащими компонентами кислого газа можно, например, направлять на любую дальнейшую переработку.
[0017] В варианте осуществления данного изобретения разделение по меньшей мере на две фракции кислого газа проводят путем сначала подачи насыщенного кислыми газами поглотительного раствора после промывки газа на стадию флэш-десорбции для снижения содержания диоксида углерода перед подачей растворителя в колонну регенерации, с получением обогащенной диоксидом углерода фракции кислого газа и поглотительного раствора с высоким содержанием остаточных кислых газов, и, таким образом, получая в колонне регенерации другую обедненную диоксидом углеродом и обогащенную серусодержащими компонентами фракцию кислого газа, которую отправляют на горелку Клауса для сжигания с использованием кислородсодержащего газа.
[0018] Снижение содержания диоксида углерода в отработанном поглотительном растворе предпочтительно проводят на двух-четырех стадиях флэш-десорбции, расположенных по направлению технологического потока перед колонной регенерации. Однако количество стадий флэш-десорбции может быть различным. Способы, используемые для поглощения, десорбции на стадии флэш-десорбции и регенерации, могут быть любыми и хорошо известны в уровне техники. Количество серусодержащих компонентов в обогащенной серусодержащими компонентами части потока, подаваемого на горелку в реакторе Клауса, обычно составляет 20-40 процентов от общего содержания серы в сырьевом газе. Таким путем можно осуществлять устойчивый режим работы горелки без дополнительного введения топливного газа. Можно изменять это соотношение, не выходя за рамки способа по данному изобретению, если это необходимо для выполнения условий процесса Клауса.
[0019] Горелка Клауса работает с использованием кислородсодержащего газа, например воздуха. В зависимости от конструкции всегда есть возможность применять обогащенный кислородом воздух или чистый кислород в качестве кислородсодержащего газа в горелке Клауса для компенсации временной или постоянной низкой теплотворной способности фракции кислого газа с высоким содержанием серы. Сжигание серусодержащих компонентов кислого газа обеспечивает диоксид серы (SO2) в количестве, необходимом для процесса Клауса в горелке Клауса. В другом осуществлении данного изобретения воздух, обогащенный кислородом воздух для сжигания или обедненный диоксидом углерода, обогащенный сероводородом кислый газ предварительно нагревают в теплообменнике до его подачи в горелку. Этим обеспечивают дополнительное снижение содержания серусодержащих компонентов во фракции кислого газа, подаваемого на горелку Клауса.
[0020] В этом варианте осуществления изобретения фракцию с высоким содержанием серы полностью сжигают на горелке, используя воздух, обогащенный кислородом воздух или чистый кислород, причем значение Лямбда равно единице или близко к единице. Значение Лямбда характеризует стехиометрическое соотношение топлива к кислороду, а значение Лямбда выше единицы говорит об избытке кислорода.
[0021] В варианте осуществления изобретения возможно временно или постоянно отводить часть потока кислого газа с высоким содержанием серы и направлять его в газовую смесительную камеру реактора Клауса для повышения содержания сероводорода. Количество серусодержащих компонентов, направляемых на горелку Клауса и полностью прореагировавших с кислородом с образованием диоксида серы, контролируют с помощью байпасной системы контроля таким образом, чтобы количество серусодержащих компонентов, подаваемых на горелку Клауса, составляло приблизительно одну треть от общего количество серы во всех фракциях кислого газа, причем избыток серусодержащих компонентов направляют в технологический газ Клауса в технологический газовый потоке после горелки Клауса.
[0022] Фракцию кислого газа с высоким содержанием серы можно также смешивать с топливным газом с целью повышения теплотворной способности фракции кислого газа, подаваемого на горелку, и, таким образом, дополнительно увеличивая температуру на горелке Клауса, если, например, в процесс включены пары, содержащие аммиак. В этом случае для практически полного разложения аммиака требуется температура топливного газа в интервале 1300-1400°С. Таким путем добиваются предотвращения образования аммонийных солей в последующем процессе Клауса. Пригоден любой тип топливного газа. Топливный газ предпочтительно представляет собой природный газ, синтез-газ и водород. Топливный газ также можно смешивать с обогащенным диоксидом углерода кислым газом, если это необходимо для обеспечения оптимального контроля над процессом.
[0023] Топливный газ можно также подавать на горелку Клауса. Такой топливный газ может иметь углеводородную природу. На горелку Клауса вместе с топливным газом подают, например, кислородсодержащий газ в эквимолярном соотношении, что точно обеспечивает полное сгорание подаваемого топливного газа.
[0024] Подлежащий обработке промышленный газ может быть любого типа. В принципе, в соответствии с данным изобретением возможно обрабатывать любой содержащий диоксид углерода и серусодержащие компоненты газ. Это особенно относится к синтез-газам, полученным кислотной конверсией CO. Другим примером газа, подлежащего переработке, является природный газ или коксовый газ.
[0025] Используемый для абсорбции растворитель предпочтительно представляет собой поглотитель физического действия, имеющий высокую селективность в отношении серусодержащих компонентов, в частности сероводорода (H2S), по сравнению с диоксидом углерода (CO2). Примерами подходящих физических поглотителей являются Morphysorb® (смесь N-формилморфолина и N-ацетилморфолина), Selexol® (смесь диметиловых эфиров полиэтиленгликолей), N-метилпирролидон (NMP), метанол или пропиленкарбонат. Однако химический поглотитель, пригодный для селективного удаления серусодержащих компонентов по сравнению с диоксидом углерода (CO2), также можно использовать в водном растворе. Примерами химических поглотителей являются метилдиэтаноламин (МДЭА), Flexsorb® (смесь пространственно затрудненных аминов) или растворы щелочных солей (например, растворы поташа).
[0026] Содержание диоксида углерода в подлежащем обработке промышленном газе может быть любого заданного уровня. Содержание диоксида углерода в сырьевом газе может таким образом составлять, например, 30-50 объемных процентов. Применение способа изобретения будет особенно успешным, если содержание серусодержащих компонентов невелико по сравнению с содержанием диоксида углерода. Так можно обрабатывать те газы, в которых содержание серусодержащих компонентов варьируется между 0,1 и 1 объемным процентом сероводорода (или молярным эквивалентом). Подлежащий обработке промышленный газ также может содержать аммиак. В таком случае аммиак также подают на горелку Клауса и превращают в азот и воду благодаря установленным в интервале 1300-1400°С температурам, в зависимости от содержания кислорода.
[0027] Обычно давление и температуру в абсорбционной колонне процесса очистки газа варьируют в интервалах 5-100 бар и 50-80°С. Обычно давление и температуру для мгновенного испарения на стадии флэш-десорбции изменяют в интервалах 1-5 бар и 60-150°С. На процесс Клауса можно влиять, изменяя эти параметры. Например, повышение температуры или понижение давления на стадии флэш-десорбции обычно приводит к более высокому содержанию серы в обогащенной диоксидом углерода фракции кислого газа. Содержащие аммиак отработанные газы также можно подавать в обогащенный диоксидом углерода поток или на горелку Клауса помимо обогащенной серусодержащими компонентами фракции кислого газа, кислородсодержащего газа и, если необходимо, топливного газа перед их подачей в реактор Клауса. Это могут быть, например, пары или содержащие аммиак отработанные газы из десорбционных емкостей отработанной воды.
[0028] Термический реактор Клауса также может иметь любую желаемую конструкцию. Варианты осуществлений известны из уровня техники. Отработанный газ, отходящий с термического реактора Клауса, обычно превращают в серу на следующих за этим стадиях каталитического реактора Клауса, известных из уровня техники. Отработанный газ с установки Клауса может быть переработан далее, сброшен или даже частично возвращен в процесс по данному изобретению. Отходящий из реакционной камеры технологический газ Клауса можно направлять на обычную установку Клауса и на дополнительную стадию гидрогенизации, находящуюся ниже по технологическому потоку, с получением гидрированного хвостового газа Клауса.
[0029] Часть потока обогащенного диоксидом углерода, но обедненного серусодержащими компонентами кислого газа можно также направлять в технологический поток после полного процесса Клауса в гидрированный технологический газ Клауса, после того как технологический газ Клауса пройдет стадию гидрогенизации, где все серусодержащие компоненты технологического газа Клауса гидрогенизируют с образованием сероводорода (H2S). В другом варианте осуществления гидрированный технологический газ Клауса направляют на еще одну селективную скрубберную секцию. Остаточный сероводород, кроме следовых количеств, затем выделяют из хвостового газа Клауса, получаемого из объединенных газовых потоков в находящейся ниже по технологическому потоку скрубберной секции.
[0030] Хвостовой газ Клауса, отходящий из скрубберной секции, почти полностью освобожден от серы. С целью удаления следовых количеств сероводорода обессеренный хвостовой газ Клауса можно направлять в узел дожига, а получаемый отработанный газ сбрасывать в атмосферу.
[0031] Дожиг обычно проводят в горелке. При работе горелки узла дожига можно также дополнительно использовать топливный газ, а полученный отработанный газ сбрасывать в атмосферу. В варианте осуществления данного изобретения при работе горелки узла дожига используют дополнительный топливный газ.
[0032] В варианте осуществления данного изобретения обогащенный серусодержащими компонентами кислый газ, полученный при регенерации отработанного жидкого поглотителя после дополнительной селективной промывки газа, направляют на горелку установки Клауса.
[0033] Другая возможность заключается в направлении обогащенного диоксидом углерода потока сразу в компрессор для рециркуляции газа, причем указанный компрессор рециркулирует указанную часть потока вместе с гидрированным хвостовым газом Клауса в основной технологический газовый поток выше узла десульфуризации.
[0034] Заявлено также устройство, с помощью которого осуществляют способ по данному изобретению. В частности, заявлено устройство десульфуризации содержащих сероводород и диоксид углерода технологических газов, состоящее из
- абсорбционной колонны,
- колонны с насадкой, сконструированной для стадии флэш-десорбции (мгновенного испарения),
- колонны регенерации,
- горелки Клауса, оснащенной байпасным контролем,
- реакционной камеры Клауса,
причем абсорбционная колонна, стадия флэш-десорбции, колонна регенерации, горелка Клауса и реакционная камера Клауса установлены последовательно по направлению технологического потока, а горелка Клауса сообщается с колонной регенерации по технологическому потоку, где устройство позволяет направлять жидкий поглотитель со стадии флэш-десорбции в колонну регенерации, а регенерированный растворитель рециркулировать в абсорбционную колонну, фракцию кислого газа направлять со стадии флэш-десорбции в реакционную камеру Клауса и фракцию кислого газа направлять из колонны регенерации на горелку Клауса.
[0035] В предпочтительном осуществлении возвратная линия растворителя из колонны регенерации оборудована теплообменником, с помощью которого холодный жидкий поглотитель из абсорбционной колонны предварительно нагревают горячим отработанным поглотительным раствором из колонны регенерации.
[0036] Используемая для сжигания фракции кислого газа с высоким содержанием серы горелка Клауса может иметь конструкцию любого типа. С целью обеспечения возможности установки рабочих параметров на горелке Клауса, указанная горелка с преимуществом оснащена дополнительным питающим соплом, предназначенным для топливного газа. Указанное сопло может быть рассчитано для углеводородных топливных газов. Для проведения процесса Клауса указанная горелка может быть также с преимуществом оснащена питающим соплом для кислородсодержащего газа или кислорода. Горелку Клауса оборудуют системой байпасного контроля.
[0037] Реакционная камера Клауса также может быть любого типа и в самом простом случае представляет собой пустую камеру с кирпичной футеровкой. Варианты осуществления достаточно хорошо известны в уровне техники. Для обеспечения возможности осуществления способа изобретения реакционную камеру оборудуют соплом для подачи обогащенного диоксидом углерода кислого газа и обеспечивают сообщение горелки Клауса с реакционной камерой. Реакционную камеру также можно оборудовать соплами для подачи газов или паров, содержащих аммиак.
[0038] Другие компоненты устройства, как, например, абсорбционные колонны, стадии флэш-десорбции и колонны регенерации, могут также быть любого типа и известны из уровня техники. Устройство по данному изобретению также включает клапаны, насосы, компрессоры, нагревающие и охлаждающие устройства, теплообменники и все другие компоненты, характерные для данного устройства, необходимые для работы описанной установки. Они могут быть размещены в любом месте технологической схемы. Это, конечно, включает необходимые контрольные приборы.
[0039] Способ по данному изобретению имеет преимущество в том, что он обеспечивает полную и простую десульфуризацию обогащенных диоксидом углерода кислых газов. Даже при наличии небольших количеств серусодержащих компонентов в кислом газе при сжигании фракции обогащенного сероводородом кислого газа можно достичь необходимой для процесса Клауса минимальной температуры сжигания, притом что эту минимальную температуру невозможно достичь при использовании в процессе Клауса одной только фракции кислого газа.
[0040] Предлагаемое устройство проиллюстрировано в деталях с помощью трех рисунков, причем эти рисунки являются только примерами конструкции изобретенного устройства.
[0041] На Фиг.1 показан вариант осуществления данного изобретения, в котором технологический газ Клауса для обработки ниже по технологическому потоку получают без каких-либо дополнительных промежуточных стадий. На Фиг.2 показан вариант осуществления изобретения, в котором технологический газ Клауса, отходящий с термической реакционной стадии, направляют на обычную каталитическую стадию Клауса, стадию гидрогенизации и в систему рециркуляции. На Фиг.3 показан вариант осуществления, в котором получаемый технологический газ Клауса, отходящий из реакционной камеры, направляют на обычную стадию Клауса, стадию гидрогенизацию и стадию очистки газа.
[0042] На Фиг.1 показана технологическая схема по данному изобретению. Подлежащий очистке промышленный серусодержащий газ (1а), например природный газ, подают в абсорбционную колонну (2), где сырьевой газ приводят в контакт с абсорбирующим растворителем, охлажденным в теплообменнике (2а). В результате получают обработанный конечный газ (1b), который свободен или почти свободен от соединений серы, при этом основная часть диоксида углерода, содержавшегося в сырьевом газе (1а), по-прежнему остается в конечном газе (1b), и отработанный поглотитель, обогащенный кислым газом (3). Согласно данному изобретению отработанный поглотитель предварительно нагревают с помощью теплообменников (4а, 4b) и направляют в емкость мгновенного испарения (5). В результате флэш-десорбции в емкости мгновенного испарения (5) получают фракцию кислого газа с высоким содержанием диоксида углерода и обедненную сероводородом (6) с низким содержанием соединений серы и обедненный диоксидом углерода, обогащенный серусодержащими компонентами отработанный поглотитель (7). Все направляют в колонну регенерации (8), которую здесь, в примерном варианте, нагревают с помощью ребойлера (8а), поглотитель освобождают от обогащенного серусодержащими компонентами кислого газа путем нагревания и флэш-десорбции (мгновенного испарения). В результате получают обедненный диоксидом углерода, обогащенный серусодержащими компонентами кислый газ (9) и регенерированный поглотитель (10). Кислый газ (9) подают на установку Клауса (11) через конденсатор (9а). Конденсированные пары (9b), полученные при мгновенном испарении, направляют на рециркуляцию в колонну регенерации (8). Фракция кислого газа с высоким содержанием диоксида углерода и низким содержанием сероводорода (6) из емкости мгновенного испарения (5) имеет концентрацию серусодержащих компонентов (X1 (H2S)) ниже, чем фракция кислого газа, более обогащенная серусодержащими компонентами (9) из колонны регенерации (8) (X2, (H2S)). Регенерированный жидкий поглотитель(10), освобожденный от компонентов кислого газа, рециркулируют с помощью насоса (10а) в абсорбционную колонну (2) через теплообменник (4а).
[0043] Согласно данному изобретению, обедненный диоксидом углерода, обогащенный серусодержащими компонентами кислый газ (9) используют для работы горелки Клауса (11), серусодержащие компоненты направляют в реакционную камеру Клауса (12) термической реакционной стадии. В работе горелки Клауса (11) используют кислород или кислородсодержащий газ (13). В типичном осуществлении изобретения температура в горелке Клауса (11) составляет 1300°С, а смешанную температуру приблизительно 900°С получают в реакционной камере Клауса (12) после смешивания горячего отработанного газа из горелки Клауса (11) с фракцией кислого газа с высоким содержанием диоксида углерода и низким содержанием сероводорода (6). Содержащие аммиак пары (14) можно смешивать с обедненным диоксидом углерода, обогащенным серусодержащими компонентами кислым газом (9) в горелке Клауса (11). Отходящий из реакционной камеры Клауса (12) продукт является технологическим газом Клауса (15). Часть потока (6а) кислого газа с высоким содержанием диоксида углерода и низким содержанием сероводорода (6) можно отводить с установки через клапан (6b), если необходимо, и направлять на последующие стадии процесса.
[0044] На Фиг.2 показан тот же самый процесс, что и на Фиг.1, включая последующую стадию выделения серы (16), последующую обычную реакционную секцию Клауса (17) и стадию гидрогенизации (18). Согласно изобретению, обедненный диоксидом углерода, обогащенный серусодержащими компонентами кислый газ (9) используют в работе горелки Клауса (11), а кислый газ с высоким содержанием диоксида углерода и низким содержанием сероводорода (6), обедненный серусодержащими компонентами, направляют в реакционную камеру Клауса (12). Затем, технологический газ Клауса (15) отводят из реакционной камеры Клауса (12). Оттуда его направляют на стадию выделения серы (16), состоящую из секции охлаждения (16а) и секции конденсации серы (16b). В результате получают жидкую серу (16c). При охлаждении получают технологический пар (16d). Частично обессеренный технологический газ Клауса (19) освобождают от капель серы (19b) с помощью сепаратора серы (19а), расположенного ниже по технологическому потоку. Частично обессеренный технологический газ Клауса (19), полученный на стадии выделения серы (16), направляют на находящуюся ниже по технологическому потоку каталитическую реакционную стадию Клауса (17). Там частично обессеренный технологический газ Клауса (19) подвергают дальнейшему превращению в серу (17е) в обычной реакционной стадии Клауса (17) ниже по технологическому потоку, которая обычно включает каталитический реактор Клауса (17а), в котором продолжается превращение остаточного сероводорода с диоксидом серы в серу, последующую секцию конденсации серы (17c) и сепаратор серы (17d), где получают жидкую (17е) и парообразную серу (17f). С помощью такой последующей конверсии, степень конверсии общей реакции Клауса, составляющую приблизительно 96% (в пересчете на сырьевой газ (1а)), достигают, например, в двухстадийной реакционной каталитической стадии Клауса (17). Хвостовой газ Клауса (20) затем направляют на стадию гидрогенизации (18), оборудованную предварительными подогревателями газа в соответствии с требованиями процесса. Полученный таким образом гидрированный хвостовой газ Клауса (21) содержит серу только в виде сероводорода (H2S). Гидрированный хвостовой газ Клауса (21) смешивают, если это необходимо, с частью потока кислого газа с высоким содержанием диоксида углерода и низким содержанием сероводорода (6а) через клапан (6b) и рециркулируют в сырьевой газ (1а) в основном технологическом потоке газа с помощью компрессора рециркуляции (21а).
[0045] На Фиг.3 показан тот же самый процесс, что и на Фиг.1, включая последующую стадию выделения серы (16), последующую обычную реакционную секцию Клауса (17) и стадию гидрогенизации (18). Согласно изобретению, обедненный диоксидом углерода, обогащенный серусодержащими компонентами кислый газ (9) используют в работе горелки Клауса (11), а кислый газ с высоким содержанием диоксида углерода и низким содержанием сероводорода (6), обедненный серусодержащими компонентами, направляют в реакционную камеру Клауса (12). Затем, технологический газ Клауса (15) отводят из реакционной камеры Клауса (12). Оттуда его направляют на стадию выделения серы (16), состоящую из секции охлаждения (16а) и секции конденсации серы (16b). В результате получают жидкую серу (16c). При охлаждении получают технологический пар (16d). Частично обессеренный технологический газ Клауса (19) освобождают от капель серы (19b) с помощью сепаратора серы (19а), расположенного ниже по технологическому потоку. Технологический газ (19), полученный на стадии выделения серы (16), направляют затем на находящуюся ниже по технологическому потоку реакционную стадию Клауса (17). Там частично обессеренный технологический газ Клауса (19) подвергают дальнейшему превращению в серу (17е) в обычной реакционной стадии Клауса (17) ниже по технологическому потоку, которая обычно включает каталитический реактор Клауса (17а), в котором продолжается превращение остаточного сероводорода с диоксидом серы в серу, последующую секцию конденсации серы (17c) и сепаратор серы (17d), при этом получают жидкую (17е) и парообразную серу (17f). С помощью такой последующей конверсии, степень конверсии общей реакции Клауса, составляющую приблизительно 96% (в пересчете на сырьевой газ (1а)), достигают, например, в двухстадийной реакционной каталитической стадии Клауса (17).
[0046] Полученный таким образом хвостовой газ Клауса (20) направляют затем на стадию гидрогенизации (18), где все серусодержащие компоненты гидрогенизируют до сероводорода (H2S). Гидрированный хвостовой газ Клауса (21) затем направляют на селективную скрубберную секцию (22). Остаточный сероводород (H2S), содержащийся в гидрированном хвостовом газе Клауса, практически полностью удаляют промывкой на расположенной ниже по технологическому потоку скрубберной стадии в абсорбционной колонне (22) и выделяют из отработанного поглотительного раствора (22а) в соответствующей колонне регенерации (22b) в виде фракции кислого газа (22c). Эту фракцию кислого газа (22c) направляют на горелку (11) термической реакционной стадии установки Клауса в качестве дополнительной фракции кислого газа и сжигают с образованием диоксида серы (SO2). Регенерированный жидкий поглотитель (22d) возвращают на циркуляцию в контур. Часть потока (6 с) кислого газа с высоким содержанием диоксида углерода и низким содержанием сероводорода можно также питать в технологический поток выше абсорбционной колонны (22). Этот поток технологического газа вместе с хвостовым газом Клауса (21) освобождают от сероводорода (H2S) в селективной скрубберной секции (22), а полученный обессеренный хвостовой газ Клауса (22е) направляют в узел дожига (23). Там его сжигают с кислородсодержащим газом (23а) с добавлением, если необходимо, топливного газа (23b). Отработанный газ (24) содержит только незначительное количество диоксида серы (SO2) и может быть сброшен в атмосферу.
[0047] Список ссылок и определений
| 1а | Подлежащий обработке серусодержащий промышленный газ, природный газ |
| 1b | Обработанный конечный газ |
| 2 | Абсорбционная колонна |
| 2а | Теплообменники |
| 3 | Отработанный поглотитель |
| 4а, 4b | Теплообменник |
| 5 | Емкость мгновенного испарения |
| 6 | Кислый газ с высоким содержанием диоксида углерода, низким содержанием сероводорода |
| 6а | Часть потока кислого газа с высоким содержанием диоксида углерода, низким содержанием сероводорода |
| 6b | Клапан |
| 7 | Обедненный диоксидом углерода, обогащенный серусодержащими компонентами отработанный поглотитель |
| 8 | Колонна регенерации |
| 8а | Ребойлер |
| 9 | Обедненный диоксидом углерода, обогащенный серусодержащими компонентами кислый газ |
| 9а | Конденсатор |
| 9b | Часть потока на рециркуляцию |
| 10 | Регенерированный поглотитель |
| 10а | Насос |
| 11 | Горелка Клауса/камера сжигания |
| 12 | Реакционная камера Клауса |
| 13 | Кислород или кислородсодержащий газ |
| 14 | Содержащие аммиак пары |
| 15 | Горячий технологический газ Клауса |
| 16 | Стадия выделения серы |
| 16а | Секция охлаждения |
| 16b | Секция конденсации серы |
| 16c | Сера |
| 16d | Пар |
| 17 | Реакционная стадия общепринятого процесса Клауса |
| 17а | Каталитический реактор Клауса |
| 17b | Секция охлаждения |
| 17c | Секция конденсации |
| 17а | Сепаратор серы |
| 17е | Сера |
| 17f | Пар |
| 18 | Стадия гидрогенизации |
| 18a | Водород |
| 19 | Обессеренный технологический газ Клауса |
| 19а | Сепаратор серы |
| 19b | Сера |
| 20 | Хвостовой газ Клауса |
| 21 | Гидрированный хвостовой газ Клауса |
| 21а | Компрессор рециркуляции |
| 22 | Абсорбционная колонна скрубберной секции |
| 22а | Отработанный поглотительный раствор |
| 22b | Колонна регенерации |
| 22c | Фракция кислого газа |
| 22d | Регенерированный жидкий поглотитель |
| 22е | Обессеренный хвостовой газ Клауса |
| 23 | Узел дожига |
| 23a | Кислородсодержащий газ |
| 23b | Топливный газ |
| 24 | Отработанный газ |
| X1 (H2S) | Концентрация H2S в обогащенном диоксидом углерода кислом газе |
| X2 (H2S) | Концентрация H2S в обогащенной H2S фракции кислого газа |
1. Способ обработки обогащенного диоксидом углерода кислого газа (6) в процессе Клауса, в котором
(a) подлежащей очистке от серусодержащих компонентов промышленный газ (1а), содержащий, по меньшей мере, сероводород и диоксид углерода в качестве компонентов кислого газа, сначала подвергают промывке (2), применяя поглощающий кислый газ растворитель, который абсорбирует серусодержащие компоненты более селективно, чем диоксид углерода, и
(b) отработанный растворитель (3) подают на установку регенерации (5) для регенерации, и
(c) высвобождаемый при регенерации кислый газ, содержащий серусодержащие компоненты и диоксид углерода (CO2), разделяют по меньшей мере на две фракции кислого газа (6, 9), при этом получая по меньшей мере одну фракцию кислого газа (9) с более высоким содержанием серусодержащих компонентов, и
(d) фракцию с самым высоким содержанием сероводорода (H2S) (9) подают на находящуюся выше по технологическому потоку горелку Клауса (11) термической реакционной секции реактора Клауса (12), где серусодержащие компоненты, по меньшей мере, частично превращают в содержащий диоксид серы (SO2) газ с помощью кислородсодержащего газа (13), и
(e) горячие дымовые газы подают в реакционную камеру (12), расположенную по технологическому потоку ниже горелки, где их смешивают по меньшей мере с одной обогащенной диоксидом углерода фракцией кислого газа (6) из установки регенерации (5).
2. Способ обработки обогащенного диоксидом углерода кислого газа (6) в процессе Клауса согласно п.1, отличающийся тем, что технологический газ Клауса (15), отходящий из реакционной камеры (12), направляют на каталитическую установку (17) на следующей стадии процесса.
3. Способ обработки обогащенного диоксидом углерода кислого газа (6) в процессе Клауса согласно п.1 или 2, отличающийся тем, что часть потока (6а) обогащенного диоксидом углерода, но обедненного серусодержащими компонентами кислого газа (6) отводят для любой дальнейшей обработки.
4. Способ обработки обогащенного диоксидом углерода кислого газа (6) в процессе Клауса согласно п.1, отличающийся тем, что разделение по меньшей мере на две фракции кислого газа (6, 9) проводят путем сначала подачи насыщенного кислыми газами поглотительного раствора (3) после промывки газа (2) на стадию флэш-десорбции (5) для снижения содержания диоксида углерода перед подачей растворителя в колонну регенерации (8), с получением обогащенной диоксидом углерода фракции кислого газа (6) и поглотительного раствора с высоким содержанием остаточных кислых газов (7), и, таким образом, получая в колонне регенерации (8) другую обедненную диоксидом углерода и обогащенную серусодержащими компонентами фракцию кислого газа (9), которую отправляют на горелку Клауса (11) для сжигания с использованием кислородсодержащего газа (13).
5. Способ обработки обогащенного диоксидом углерода кислого газа (6) в процессе Клауса согласно п.1, отличающийся тем, что снижение содержания диоксида углерода в насыщенном поглотительном растворе (3) проводят в 2-4 стадии флэш-десорбции (5), расположенные выше по технологическому потоку от колонны регенерации (8).
6. Способ обработки обогащенного диоксидом углерода кислого газа (6) в процессе Клауса согласно п.1, отличающийся тем, что количество серусодержащих компонентов в обогащенной серусодержащими компонентами части потока (9), подаваемого на горелку в реакторе Клауса, составляет 20-40 процентов от общего содержания серы в сырьевом газе (1a).
7. Способ обработки обогащенного диоксидом углерода кислого газа (6) в процессе Клауса согласно п.1, отличающийся тем, что кислородсодержащий газ (13), используемый для работы горелки Клауса (11), представляет собой воздух.
8. Способ обработки обогащенного диоксидом углерода кислого газа (6) в процессе Клауса согласно п.1, отличающийся тем, что кислородсодержащий газ (13), используемый для работы горелки Клауса (11), представляет собой обогащенный кислородом воздух.
9. Способ обработки обогащенного диоксидом углерода кислого газа (6) в процессе Клауса согласно п.1, отличающийся тем, что кислородсодержащий газ (13), используемый для работы горелки Клауса (11), представляет собой чистый кислород.
10. Способ обработки обогащенного диоксидом углерода кислого газа (6) в процессе Клауса согласно п.1, отличающийся тем, что обедненный диоксидом углерода, обогащенный сероводородом кислый газ (9), используемый для работы горелки Клауса (11), предварительно нагревают в теплообменнике до его подачи в горелку (11).
11. Способ обработки обогащенного диоксидом углерода кислого газа (6) в процессе Клауса согласно п.1, отличающийся тем, что обедненный диоксидом углерода, обогащенный сероводородом кислый газ (9) смешивают с топливным газом.
12. Способ обработки обогащенного диоксидом углерода кислого газа (6) в процессе Клауса согласно п.1, отличающийся тем, что топливный газ подают в горелку Клауса (11).
13. Способ обработки обогащенного диоксидом углерода кислого газа (6) в процессе Клауса согласно п.11 или 12, отличающийся тем, что углеводородный топливный газ представляет собой природный газ или синтез-газ.
14. Способ обработки обогащенного диоксидом углерода кислого газа (6) в процессе Клауса согласно п.11 или 12, отличающийся тем, что к топливному газу, направляемому в горелку Клауса (11), в эквимолярном соотношении добавляют кислородсодержащий газ (13), который обеспечивает точное полное сгорание подаваемого топливного газа.
15. Способ обработки обогащенного диоксидом углерода кислого газа (6) в процессе Клауса согласно п.1, отличающийся тем, что содержащие аммиак отработанные газы (14) также можно подавать на горелку Клауса (11) помимо обогащенной серусодержащими компонентами фракции кислого газа (9), кислородсодержащего газа (13) и, если необходимо, топливного газа.
16. Способ обработки обогащенного диоксидом углерода кислого газа (6) в процессе Клауса согласно п.1, отличающийся тем, что для промывки газа используют химический поглотительный раствор селективного действия.
17. Способ обработки обогащенного диоксидом углерода кислого газа (6) в процессе Клауса согласно п.1, отличающийся тем, что для промывки газа используют физический поглотительный раствор.
18. Способ обработки обогащенного диоксидом углерода кислого газа (6) в процессе Клауса согласно п.1, отличающийся тем, что подлежащий обработке десульфуризацией промышленный газ (1а) представляет собой синтез-газ, полученный конверсией CO.
19. Способ обработки обогащенного диоксидом углерода кислого газа (6) в процессе Клауса согласно п.1, отличающийся тем, что подлежащий обработке десульфуризацией промышленный газ (1а) представляет собой природный газ.
20. Способ обработки обогащенного диоксидом углерода кислого газа (6) в процессе Клауса согласно п.1, отличающийся тем, что часть потока (6b) кислого газа с высоким содержанием диоксида углерода и низким содержанием серусодержащих компонентов (6) с помощью компрессора рециркуляции газа (21а) рециркулируют в основной поток технологического газа (1а) перед узлом десульфуризации.
21. Способ обработки обогащенного диоксидом углерода кислого газа (6) в процессе Клауса согласно п.1, отличающийся тем, что технологический газ Клауса (15), отходящий из реакционной камеры (12), направляют на обычную реакционную стадию Клауса (17) и на дополнительную стадию гидрогенизации (18), находящуюся ниже по технологическому потоку, с получением гидрированного хвостового газа Клауса (21).
22. Способ обработки обогащенного диоксидом углерода кислого газа (6) в процессе Клауса согласно п.21, отличающийся тем, что часть потока (6с) обогащенного диоксидом углерода, но обедненного серусодержащими компонентами кислого газа (6), смешивают с гидрированным хвостовым газом Клауса (21).
23. Способ обработки обогащенного диоксидом углерода кислого газа (6) в процессе Клауса согласно п.21 или 22, отличающийся тем, что гидрированный хвостовой газ Клауса (21) направляют на еще одну селективную скрубберную секцию (22).
24. Способ обработки обогащенного диоксидом углерода кислого газа (6) в процессе Клауса согласно п.23, отличающийся тем, что обессеренный хвостовой газ Клауса (22е) направляют в узел дожига (23), а получаемый отработанный газ (24) сбрасывают в атмосферу.
25. Способ обработки обогащенного диоксидом углерода кислого газа (6) в процессе Клауса согласно п.24, отличающийся тем, что при работе горелки узла дожига (23) используют дополнительный топливный газ (23b).
26. Устройство для обработки обогащенного диоксидом углерода кислого газа (6) в процессе Клауса, состоящее из
- абсорбционной колонны (2),
- колонны с насадкой, сконструированной для стадии флэш-десорбции (5) (мгновенного испарения),
- колонны регенерации (8),
- горелки Клауса (11), оснащенной байпасным контролем,
- реакционной камеры Клауса (12), причем абсорбционная колонна (2), стадия флэш-десорбции (5), колонна регенерации (8), горелка Клауса (11) и реакционная камера Клауса (12) установлены последовательно по направлению технологического потока, а горелка Клауса (11) сообщается с колонной регенерации (8) по технологическому потоку, где устройство позволяет направлять жидкий поглотитель со стадии флэш-десорбции (5) в колонну регенерации (8), регенерированный растворитель рециркулировать в абсорбционную колонну (2), фракцию кислого газа (6) направлять со стадии флэш-десорбции (5) в реакционную камеру Клауса (12), и фракцию кислого газа (9) направлять из колонны регенерации (8) на горелку Клауса (11).
27. Устройство для обработки обогащенного диоксидом углерода кислого газа (6) в процессе Клауса согласно п.26, отличающееся тем, что реакционную камеру Клауса (12) оборудуют дополнительным соплом для подачи обогащенного диоксидом углерода кислого газа (6).
28. Устройство для обработки обогащенного диоксидом углерода кислого газа (6) в процессе Клауса согласно п.26 или 27, отличающееся тем, что горелку Клауса (11) оборудуют дополнительным соплом для подачи топливного газа.
29. Устройство для обработки обогащенного диоксидом углерода кислого газа (6) в процессе Клауса согласно п.26, отличающееся тем, что горелку Клауса (11) оборудуют дополнительным соплом для подачи содержащих аммиак паров (14).
