KR100786412B1 - 황화수소 함유 기체 스트림으로부터 황을 회수하는 방법 - Google Patents

황화수소 함유 기체 스트림으로부터 황을 회수하는 방법 Download PDF

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Abstract

제 1 공급물 기체 스트림의 황화수소중 일부를 반응로(16) 및 (26)에서 연소시키는 것을 유지하기 위해 산소 또는 산소-부화된 공기를 사용한다. 생성된 기체 혼합물로부터 응축기(32)에서 황 증기를 추출하여 황화수소, 이산화황, 수소 및 수증기를 포함하는 황 증기 고갈된 기체 스트림을 형성한다. 황 증기 고갈된 기체 스트림을 촉매적 환원 반응기(40)로 통과시켜 모든 잔여 이산화황이 황화수소로 환원되게 한다. 생성된 환원된 기체 혼합물은 수증기를 가지며 이를 급랭탑(52)에서 추출한다. 생성된 수증기 고갈된 기체 스트림은 전형적으로 황화수소를 포함하는 제 2 공급물 기체 스트림과 함께 추가로 처리되도록 클라우스 플랜트로 유동한다. 반응로(16) 및 (26) 둘 다를 사용함으로써 수증기 고갈된 기체를 재순환시키지 않고서도 공급물 기체에서 황화수소의 황으로의 매우 효과적인 전환율을 수득하는 것이 가능해진다.

Description

황화수소 함유 기체 스트림으로부터 황을 회수하는 방법{METHOD OF RECOVERING SULPHUR FROM A GAS STREAM CONTAINING HYDROGEN SULPHIDE}
본 발명은 황화수소 함유 공급물 기체 스트림을 처리하는 방법에 관한 것이다.
황화수소 함유 기체 스트림은 예를 들어 오일 정제 또는 기체 정제 조작에서 기체 폐기물로서 형성된다. 상기 기체 스트림은 황화수소 함유로 인해 먼저 거의 모든 황화수소가 제거되도록 처리되어야 대기중으로 방출될 수 있다.
상기 기체 스트림으로부터 황이 회수되도록 처리하는 표준 방법은 클라우스(Claus) 공정이다. 통상적인 클라우스 공정은 EP-A-565 316호의 서두에 기술되어 있다.
EP-A-565 316호는, 제 1 반응기 내에서 황화수소를 포함하는 공급물 스트림의 황화수소 함량의 일부를 산화시켜 이산화황이 되도록 하고, 이렇게 형성된 이산화황을 잔여 황화수소와 반응시켜 황 증기 및 수증기를 형성한다. 황 증기, 수증기, 잔여 황화수소 및 잔여 이산화황을 포함하는 부분적으로 반응된 기체 스트림을 반응로로부터 끌어낸다. 황 응축기를 사용하여 상기 부분 처리된 기체 스트림으로부터 황 증기를 추출함에 의해 황 증기 고갈된 기체 스트림을 형성한다. 황 고갈된 기체 스트림의 적어도 일부를 추가의 반응기로 보내고, 여기서 그의 이산화황 함유물이 황화수소로 환원된다. 수증기를 생성된 환원 기체 스트림으로부터 추출한다. 이어서 수증기-고갈된 기체 스트림을 바람직하게는 반응로로 재순환시킨다. 상기 사이클의 선택된 위치로부터 퍼징 스트림을 취하고 추가로 처리하여 주위 환경으로 방출하기에 적합하게 한다. 재순환의 목적은 반응로 내에서 황화수소가 황 증기로 매우 효과적으로 전환되도록 하고 이로써 일반적인 환경 표준을 충족시키기에 충분한 전체 전환 효율을 쉽게 얻을 수 있도록 하는 것이다.
순수 산소(또는 고도로 산소 부화된 공기)를 사용함으로써 초기 반응로의 크기를 작게 유지할 수 있다. 그러나, 산화제로서 순수 산소(또는 고도로 산소 부화된 공기)를 사용함에 의해 가능하게 된 초기 퍼징 기체의 크기 감소의 이점은 기체의 반응로로의 재순환에 의해 상쇄된다. EP-A-0 565 316호가 재순환이 생략될 수 있음을 개시하고 있기는 하지만, 이는 반응로에서 황화수소의 황으로의 효과적인 전환율에 대해 역효과를 갖기 때문에 바람직하지 않은 것으로 언급되어 있다.
EP-A-565 316호에서 제안된 이 문제점의 한 해법은 황화수소중의 재순환 스트림을 농축하는데 아민 분리 장치를 사용하는 것이다. 그러나, 이러한 아민 분리 장치는 특히 작은 크기의 것이라도 비용이 드는 경향이 있다.
본 발명에 따른 방법의 목적은 재순환을 필요로 하지 않는 상기 문제점의 다른 해결방법을 제공하는 것이다.
발명의 요약
본 발명에 따르면, (a) 둘 이상의 직렬 반응로에서, 황화수소를 포함하는 하나 이상의 공급물 스트림중의 황화수소 함유물의 일부를 이산화황으로 산화시키고 이와 같이 형성된 이산화황을 잔여 황화수소와 반응시켜 황 증기 및 수증기를 형성시키는 단계; (b) 황 증기, 수증기, 잔여 황화수소 및 잔여 이산화황을 포함하는 부분 반응된 기체 스트림을 상기 하류 반응로로부터 끌어내는 단계; (c) 황 응축기에서, 부분 처리된 기체 스트림으로부터 황 증기를 추출하여 황 증기 고갈된 기체 스트림을 형성하는 단계; (d) 황 증기 고갈된 기체 스트림의 이산화황 및 황 증기 함유물을 수소에 의해 환원시켜 황화수소로 환원된 기체 스트림을 형성하는 단계; (e) 환원된 기체 스트림으로부터 수증기를 추출하여 수증기 고갈된 기체 스트림을 형성하는 단계; 및 (f) 황화수소를 이산화황으로 산화시키고 생성된 이산화황을 잔여 황화수소와 반응시키기 위한 하나 이상의 추가의 반응로, 제 1 추가 황 응축기, 및 황 증기를 형성하기 위한 다수의 촉매적 반응 단(stage)을 포함하고, 상기 촉매적 반응의 각 단의 하류에 제 2 추가 황 응축기가 구비되어 추가의 황 증기를 추출하는, 황화수소로부터 황을 회수하기 위한 하나 이상의 클라우스 플랜트에, 상기 수증기 고갈된 기체를 재순환 없이 공급하는 단계를 포함하되, 산소 분자 80부피% 이상을 함유하는 기체를 단계 (a)의 연소를 유지하는데 사용하고; 상기 수증기 고갈된 기체 스트림은 황화수소 40부피% 이상을 함유하고; 단계 (f)에서 촉매적 반응이 황화수소와 이산화황 사이의 클라우스 반응, 황화수소의 황으로의 선택적 산화, 또는 두 반응 모두인, 황화수소를 포함하는 공급물 기체 스트림의 처리 방법이 제공된다.
삭제
도 1은 점화된 장치의 세트(4); 주 클라우스 플랜트(6), 및 꼬리 기체 세정 장치(tail gas clean up unit)(8)를 포함하는 황화수소 함유 기체 스트림으로부터 황을 회수하기 위한 플랜트(2)의 일반화된 모식적 흐름도이다.
도 2는 도 1에 도시된 플랜트에서 사용하기 위한 장치(2)의 구조를 예시하는 모식적 흐름도이다.
도 3은 도 1에 도시된 플랜트에서 사용하기 위한 장치(2)의 다른 제 1 구조를 예시하는 모식적 흐름도이다.
도 4는 도 1에 도시된 플랜트에서 사용하기 위한 장치(2)의 다른 제 2 구조를 예시하는 모식적 흐름도이다.
도 5는 도 1에 도시된 주 클라우스 플랜트(6)의 모식적 흐름도이다.
도 6은 도 1에 도시된 꼬리 기체 세정 장치(8)의 모식적 흐름도이다.
본 발명에 따른 방법으로, 수증기 고갈된 기체의 재순환 없이도 수소화 반응기의 상류에서 황화수소의 황으로의 높은 전환율을 달성하면서 황화수소중에 충분히 농축된 수증기 고갈된 기체 스트림을 수득하여 클라우스 플랜트에서 용이하게 처리할 수 있게 할 수 있다. 따라서, 클라우스 플랜트가 1기 존재할 경우, 매우 높은 수준, 전형적으로 250% 이상, 종종 훨씬 높은 효율 향상(uprating)이 달성될 수 있다. 본 발명에 따른 방법의 추가적인 이점은 열 균형이 이루어져 고압, 초가열된 스팀의 순수 전달자가 될 수 있다는 것이다. 이 스팀은 터보-팽창기 내에서 팽창하여 발전기를 구동시킬 수 있다. 따라서, 전기가 생성될 수 있다.
바람직하게는, 황화수소의 80 내지 90%가 본 발명에 따른 방법의 단계 (d)의 수소화 반응의 상류에서 황 증기로 전환된다. 이는 클라우스 플랜트에서의 높은 효율 향상의 달성을 용이하게 한다.
황 증기 고갈된 기체 스트림중의 황화수소 대 이산화황의 몰비가 4:1 내지 10:1인 것이 바람직하다. 이 비율은 반응로로의 산소 유량을 적절히 제한 또는 제어함에 의해 달성될 수 있다.
바람직하게는, 상류 반응로로의 산소 유량은 M=(0.8a+b+0.16c) 내지 N=(a+b+0.22c)[식중, a는 공급물 기체 스트림중의 임의의 암모니아를 질소 및 수증기로 완전히 산화시키기 위한 산소의 화학량론적 공급량이고; b는 공급물 기체 스트림중에 존재하는 임의의 탄화수소의 완전 연소를 위한 산소의 화학량론적 공급량이고; c는 공급물 기체 스트림중의 황화수소의 이산화황 및 수증기로의 완전 산화를 위해 요구되는 산소의 화학량론적 공급량이다]이다.
통상적으로, 클라우스 공정에서, 황화수소의 반응을 위한 산소는 대략 0.33c와 같은 속도로 공급된다. 실질적으로 더 적은 산소로 조작함에 의해 제 1 반응로중에서의 황화수소 대 이산화황 비율은 더 높게 유지되고, 이에 의해 이산화황의 황 증기로의 환원이 용이해진다. 따라서, 본 발명에 따른 방법의 단계 (a)에서 2개의 반응로내에서 이산화황의 황으로의 높은 전환율이 얻어진다. 그러므로, 수소를 외부에서 공급할 필요성이 줄어들 수 있다.
단계 (a)에서 제 2 또는 하류 반응로로의 산소의 공급 속도(단지 2개의 반응 로가 단계 (a)에서 사용될 경우)는 P=0.8d+e+0.16f 내지 Q=d+e+0.22f[식중, d는 하류 반응로로 유입하는 임의의 암모니아(바람직하게는 암모니아는 하류 반응로로 유입되지 않음)를 질소 및 수증기로 전체 산화시키는데 요구되는 산소의 화학량론적 양이고; e는 하류 반응로로 유입하는 임의의 탄화수소(바람직하게는 탄화수소는 하류 반응로로 유입되지 않음)를 이산화탄소 및 수증기로 전체 연소시키는데 요구되는 산소 공급량이고; f는 하류 반응로로 유입하는 황화수소를 수증기 및 이산화황으로 완전 연소시키는데 요구되는 산소의 화학량론적 공급량이다]이다.
황화수소의 산화가 본 발명에 따른 방법의 단계 (a)에서 사용되는 반응로에서 엄격히 한정되기 때문에, 각각의 개별 반응로에서 생성된 열의 양이 한정되고, 따라서 온도 제한 목적으로 각 반응로에 특별한 냉각제나 재순환 스트림을 도입할 필요가 없다. 그럼에도 불구하고, 상류 반응로로부터의 유출 기체 스트림은 바람직하게는 예를 들어 하류 반응로의 상류인 폐기열 보일러에서 냉각된다. 이 기체 유동은 바람직하게는 300 내지 500℃의 온도로 냉각된다.
필요시, 본 발명에 따른 방법의 단계 (a)에서 2개의 반응로를 사용할 경우, 상류 반응로와 하류 반응로 사이에서 황 증기를 응축시킬 수 있다. (필요시, 생성된 기체 스트림을 하류 반응로의 상류에서 산소와 황화수소의 반응이 자생적으로 일어나는 온도로 재가열할 수 있다.) 다르게는, 중간 황 응축 없이 황 증기를 상류으로부터 하류 반응로로 통과시킬 수 있다.
황 증기 고갈된 기체 스트림중의 임의의 잔여 황 증기의 황화수소로의 완전 환원을 위해 충분한 수소는 종종 본 발명에 따른 방법의 단계 (a) 동안 황화수소 및 암모니아 둘 모두의 열 크랙킹에 의해 동일반응계에서 형성될 수 있다. 필요시, 이산화황 및 임의의 잔여 황 증기의 환원을 위해 사용가능한 적절한 양의 수소가 언제나 존재하도록 보장하기 위해 수소의 외부 공급원을 제공할 수 있다.
수소와 이산화황을 반응시켜 수증기 및 황화수소를 형성하는 임의의 공지된 촉매를 촉매적 수소화 단에서 사용할 수 있다.
촉매적 수소화기로의 입력 온도는 바람직하게는 200℃ 내지 400℃이다. 추가의 황 고갈된 기체 스트림을 바람직하게는 황 응축 단계와 촉매적 수소화 단계의 중간에 재가열한다.
필요시, 발열 환원 반응의 결과로 발생하는 온도 상승폭을 제한하기 위해 외부 냉각시키면서 촉매적 수소화 단계를 수행할 수 있다. 외부 냉각은 바람직하게는 황 증기 고갈된 기체 스트림에 스팀을 부가하여 형성된다.
수 응축 단계는 바람직하게는 환원된 기체 스트림을 물과 직접 접촉시킴에 의해 수행되며, 환원된 기체 스트림은 촉매적 환원 단계와 수 응축 단계의 중간에서 간접 열 교환에 의해 냉각된다.
바람직하게는 생성된 수증기 고갈된 기체는 수 응축 단계를 수증기 포화된 기체로서 30℃ 내지 50℃의 온도에서 떠난다. 그 결과, 전형적으로 환원된 기체 스트림중에 존재하는 수증기의 85% 이상이 수 응축 단계에서 제거된다.
황화수소 약 40부피% 이상을 함유하는 수증기 고갈된 기체 스트림은 연소를 유지하는데 공기를 사용하는 통상적인 클라우스 플랜트에서 용이하게 처리할 수 있다. 황화수소 농도가 40부피%대인 경우, 추가의 반응로 또는 반응로들에서 연소를 유지하기 위해 공기를 일부 산소-부화시켜 사용하거나, 또는 수증기 고갈된 기체중 일부를 추가의 반응로 또는 반응로들의 하류 영역으로 우회시킬 수 있다. 따라서 클라우스 플랜트는 통상적인 클라우스 플랜트일 수 있고, 그러므로 본 발명에 따른 장치의 상류 완전체 (a) 내지 (d)는 존재하는 클라우스 플랜트에 역-부합되어 클라우스 플랜트의 효율 향상이 전형적으로 250% 이상으로 되도록 할 수 있다. 상기 클라우스 플랜트로의 공급물에는 황화수소를 40부피%보다 많이 함유하는 제 2 공급물 스트림이 추가될 수 있다. 다르게는 또는 추가적으로, 산소 80부피% 이상, 바람직하게는 산소 90부피% 이상을 함유하는 기체상 산화제를 사용하여 추가의 반응로 또는 반응로들에서 연소를 유지할 수 있다. 그렇지 않으면, 연소는 산소로 부화되지 않은 공기 또는 산소 80부피% 미만을 함유하는 산소 부화된 공기(또는 공기 및 산소 또는 산소 부화된 공기의 개별적 스트림)에 의해 유지될 수 있다.
바람직하게는 요구되는 전체 전환율에 따라 본 발명에 따른 방법의 단계 (f)에서 사용되는 상기 클라우스 플랜트에서 황화수소와 이산화황 사이의 2 또는 3단의 촉매적 반응을 사용한다.
바람직하게는, 상기 클라우스 플랜트는 추가로 그의 하류 말단에, 직렬로 수 응축기, 이산화황을 황화수소로 환원시키기 위한 장치, 및 꼬리 기체로부터 황화수소를 흡수하기 위한 장치를 전형적으로 포함하는 소위 "꼬리 기체 세정 장치"를 포함한다. 흡수제는 바람직하게는 황화수소에 선택적인 아민이다.
본 발명에 따른 방법에서 병렬의 다수의 클라우스 플랜트를 사용할 경우, 클라우스 플랜트는 공통의 꼬리 기체 세정 플랜트를 공유할 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 단계 (a)의 반응로는 바람직하게는 1 내지 2bar 절대압의 압력에서 조작된다. 추가의 반응로는 바람직하게는 유사한 압력에서 조작된다. 바람직하게는, 추가의 반응로로의 수증기 고갈된 기체 스트림의 유동을 용이하게 하기 위해, 스팀의 유동을 사용하여 환원된 기체 스트림의 압력을 상승시킨다. 바람직하게는 스팀을 본 발명에 따른 방법의 수소화 단계와 수 추출 단계 중간에서 환원된 기체 스트림에 가한다. 그러나, 스팀의 첨가를 위한 다른 위치도 가능하다. 이 목적을 위해 하나 이상의 배출기(eductor)를 사용할 수 있다. 이러한 배출기를 사용함으로써 본 발명에 따른 방법의 단계(g)에서 사용되는 플랜트 또는 플랜트들로 수증기 고갈된 기체 스트림을 공급하기 위한 팬 또는 다른 회전 디바이스를 사용할 필요가 없게 된다. 또한, 수증기 응축 단계의 상류에서 스팀을 도입하는 것은 수증기 고갈된 기체 스트림중의 총 수증기 함량을 증가시킬 필요가 없고 따라서 하류의 클라우스 플랜트 또는 플랜트들의 조작에 악영향을 미치지 않게 한다.
필요시, 특히 수증기 고갈된 기체 스트림의 수소 함량이 예컨대 10부피%보다 큰 경우, 수소가 클라우스 플랜트 또는 플랜트들의 상류에서 수증기 고갈된 기체 스트림으로부터 분리될 수 있다.
클라우스 플랜트는 바람직하게는 추가의 반응로 또는 반응로들에서 산소 분자 80부피% 이상을 함유하는 기체상 산화제를 사용한다.
본 발명에 따른 방법은 첨부된 도면을 참조한 실시예를 통해 이제 기술될 것이다.
도면들은 축척대로가 아니다. 상이한 도면의 유사한 부분은 동일한 참조 부호로 지시된다.
도 1을 참조하면, 황 회수 플랜트(2)는 차례로 본 발명에 따른 방법의 단계 (a) 내지 (e)를 수행하기 위한 상류 장치 세트(4), 본 발명에 따른 방법의 단계 (f)를 수행하기 위한 주 클라우스 플랜트(6), 및 클라우스 플랜트(6)로부터의 유출 기체를 세정하기 위한 꼬리 기체 세정 플랜트(8)를 포함한다.
도 2를 참조하면, 전형적으로 황화수소, 이산화탄소 및 수증기를 포함하고 종종 추가로 암모니아 및/또는 하나 이상의 탄화수소를 포함하는 황화수소 함유 공급물 기체 스트림은 파이프라인(12)으로부터 버너(14)로 공급되고, 상기 버너는 그의 하나의 말단 벽(18)을 통해 내화-라이닝된 반응로(16)의 형태인 열 반응기 내로 수직으로 발화하거나, 반응로(16)의 축에 대해 전형적으로 직각으로 말단 벽(18)에 근접한 위치에서 측벽을 통해 접선방향으로 발화한다. 공급물 기체는 전형적으로 가연물 70부피% 이상을 함유한다. 공급물 기체 스트림이 오일 정제의 폐기물 스트림인 경우, 이는 산 기체(종종 "아민 기체"라 지칭), 또는 아민 기체와 산성수 스트리퍼 기체의 혼합물일 수 있다. 황화수소 함유 공급물 기체 스트림은 0℃ 내지 90℃, 바람직하게는 10℃ 내지 60℃의 온도에서 버너(14)에 공급되고, 전형적으로는 반응로(16)의 상류에서 예비가열되지 않는다. 버너(14)에는 개별적으로 파이프라인(20)으로부터 상업적으로 순수한 산소의 스트림 또는 산소로 고도로 부화된 공기의 스트림이 공급된다. 두 경우에, 파이프라인(20)을 통해 공급되는 기체중의 산소의 몰 분율은 0.8 이상이다. 사실, 산소 스트림은 전형적으로 산소 90부피% 이상을 함유할 수 있으며 예를 들어 압력 스윙 흡착 또는 분별 증류에 의해 공기로부터 분리될 수 있으며, 후자의 분리 방법은 99% 초과의 순도로 산소를 제조할 수 있다. 99% 초과의 순도가 특히 바람직하다. 버너(14)를 조작함에 의해 제 1 공급물 기체 스트림중의 황화수소 함량의 일부가 반응로(16)에서 연소된다.
파이프라인(20)을 통한 산소 또는 산소-부화된 공기의 산소 함유물 유량은 M=(0.8a+b+0.16c) 내지 N=(a+b+0.22d)[식중, a는 공급물중에 존재하는 임의의 암모니아의 질소 및 수증기로의 완전 산화에 요구되는 산소의 화학량론적 유량이고, b는 공급물중에 존재하는 임의의 탄화수소의 이산화탄소 및 수증기로의 완전 산화에 요구되는 산소의 화학량론적 유량이고, c는 공급물 기체 스트림중의 황화수소 함유물의 수증기 및 이산화황으로의 완전 산화에 요구되는 산소의 화학량론적 유량이다]이다. 통상적인 용어에서는, 따라서 버너(14)는 비교적 산소 부족한 화염으로 조작된다. 그럼에도 불구하고, 반응로(16)의 출력 온도가 1600℃를 초과하게 하지 않으면서 높은 화염 온도, 전형적으로 2000℃ 이상의 중심 온도를 달성할 수 있다.
전술된 반응 이외에, 또한 황화수소중 일부의 수소 및 황 증기로의 열 분해 및 암모니아의 수소 및 질소로의 열 분해가 있다. 산소가 풍부한 연소 유지 기체를 사용하면 특히 예컨대 2000℃ 이상 온도의 고온 구역이 생성될 경우 황화수소 및 암모니아의 열 분해(일명 열 크랙킹)가 용이해진다. 또한 일산화탄소, 산황화탄소 및 이황화탄소의 형성과 같은 기타 다양한 반응이 반응로(16) 내에서 일어날 수 있다.
버너(14) 및 반응로(16)를 조작할 시에, 물론 내열 라이닝을 손상시키지 않도록 주의해야 한다. 버너(14)의 반응로(16)로의 유입 각도 및 위치, 및 화염 구조는 상기 손상을 피하도록 선택된다. 황화수소의 열 분해는 냉각 효과를 가지므로 버너(14)의 유입 위치 및 각도를 선택하는데 고려될 수 있다.
반응로(16)에서 발생하는 반응의 결과로, 전형적으로 황화수소, 이산화황, 수증기, 황 증기, 수소, 이산화탄소, 일산화탄소, 아르곤, 질소 및 흔적량의 산황화탄소를 포함하는 유출 기체 스트림이 출구(22)를 통해 반응로(16)를 전형적으로 1000℃보다 높은 온도(바람직하게는 1400℃보다 높은 온도)로 떠난다. 상기 온도에서는 유출 기체 스트림의 성분중 일부가 여전히 다른 성분과 반응하므로 출구(22)에서 기체 혼합물의 정확한 조성을 특정하는 것은 곤란하다. 기체 스트림은 출구(22)로부터 직접 폐기열 보일러(24) 또는 다른 형태의 열 교환기내로 통과하여 거기서 전형적으로 300℃ 내지 500℃의 온도로 냉각된다. 폐기열 보일러(24)를 기체 스트림이 통과하는 동안, 수소중 일부가 황 증기와 재결합하여 황화수소를 형성하는 경향이 있다. 냉각된 유출 기체 스트림은 폐기열 보일러(24)로부터 추가의 내열 라이닝된 반응로(26)로 유동한다.
랜스(lance)(28)를 사용하여 추가의 순수 산소(또는 덜 바람직하게는, 산소 80부피% 이상을 함유하는 산소-부화된 공기)를 반응로(26)에 공급한다. 반응로(26)로의 기체상 공급물에는 암모니아 및 탄화수소가 없기 때문에 이들 성분 의 산화 반응 이외에는 제 1 반응로(16)에서와 동일한 반응이 일어난다. 랜스(28)로의 산소의 공급 속도는 전형적으로 제 2 반응로(26)에 존재하는 황화수소의 이산화황 및 수증기로의 전체 연소에 요구되는 화학량론적 속도의 16 내지 22%이다. 제 2 반응로(26)에서 달성되는 %전환율은 제 1 반응로(16)에서 달성되는 것보다 낮은데 그 이유는 조작 온도가 더 낮고 산소가 제 2 단계(300)에 유입하는 기체에 존재하는 수소와도 반응하기 때문이다.
생성된 기체는 다른 폐기열 보일러(30)를 통해 반응로(26)를 빠져나오고 황 응축기(32)로 유동하며, 거기서 황이 전형적으로 130℃대의 온도에서 응축된다.
응축된 황은 파이프라인(34)을 따라 황 밀봉 레그(leg)(도시되지 않음)를 통해 황 피트(pit)(도시되지 않음)로 유동한다.
황 응축기(32)를 떠나는 황 증기 고갈된 기체 스트림은 높은 황화수소 대 이산화황 몰비, 전형적으로 4:1 내지 10:1을 특징으로 한다.
황 증기 고갈된 기체 스트림은 재가열기(36)를 통과하여 고온 기체와의 간접 열 교환에 의해, 또는 환원 기체 생성기(도시되지 않음)와의 직접 열 교환에 의해 그의 응축 온도(전형적으로 130℃대)로부터 300℃대의 온도로 재가열된다.
그 결과 가열된 기체 스트림은 촉매적 환원(수소화) 반응기(40)를 통과하고, 여기서 모든 이산화황 및 잔여 흔적량의 황 증기가 적당한 촉매 위에서 수소에 의해 황화수소로 환원된다. 촉매는 예를 들어 혼합된 코발트-몰리브덴 산화물을 포함할 수 있다. 이산화황과 수소를 반응시켜 황화수소 및 수증기를 형성하는 반응 및 수소와 임의의 황 증기를 반응시켜 황화수소를 형성하는 반응 이외에, 다른 반응이 촉매적 환원 반응기(40)에서 일어날 수 있다. 특히, 존재하는 임의의 일산화탄소는 수증기와 반응하여 수소 및 이산화탄소를 형성한다. 또한, 재가열된 추가의 황 증기 고갈된 기체 스트림중에 존재하는 산황화탄소중 90% 이상이지만 전체는 아닌 양이 가수분해되어 이산화탄소 및 황화수소를 생성한다. 유사하게, 존재하는 임의의 이황화탄소는 가수분해되어 이산화탄소 및 황화수소를 생성한다.
이산화황 및 임의의 잔여 황의 환원이 반응기(40)내에서 완료되도록 보장하는 것이 중요하다. 그렇지 않으면 황이 플랜트의 하류 부분에 침적되는 경향이 있다. 종종, 황 증기 고갈된 기체 스트림중에 환원 반응이 완료되기에 충분한 수소가 존재한다. 여하튼, 이산화황의 완전 환원이 위태로울 정도로 반응기(40)에 유입하는 기체 혼합물중의 수소 농도의 일시적인 감소가 있는 경우, 또는 황 증기 고갈된 기체 스트림중의 수소 농도가 적절하지 않은 경우에 외부 수소의 첨가를 위한 파이프라인(42)이 사용될 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 외부 수소는 예를 들어 바람직하게는 순수 산소 또는 산소-부화된 공기를 산화제로서 사용한 탄화수소의 부분 산화에 의해, 또는 일산화탄소와 함께, 공기, 산소-부화된 공기, 또는 순수 산소를 산화제로서 사용한 환원 기체 생성기에 의해 제자리에서 생성될 수 있다.
필요시, 촉매적 환원 반응기(40)에는 냉각 코일(도시되지 않음)이 설치되어 촉매중에서 열이 과생성되는 경우 여기에 냉각제, 예컨대 스팀을 통과시키거나 또는 다르게는 스팀을 직접 가할 수 있다.
이제 본질적으로 황화수소, 수소, 수증기, 이산화탄소, 질소 및 아르곤으로 구성된 환원된 기체 스트림이 반응기(40)를 떠나 열 교환기(46)를 통해 유동하여 여기서 물 및/또는 스팀의 간접 열 교환에 의해 100℃ 내지 200℃(예컨대 150℃)의 온도로 냉각된다. 이렇게 냉각된 기체 스트림은 서로 병렬로 연결된 하나 이상의 배출기(48)를 통해 유동한다. 배출기(48)에서 냉각되고 환원된 기체 스트림은 파이프라인(50)을 통해 공급된 과가열되고 가압된 스팀과 혼합된다. 전형적으로, 반응로(16) 및 (26)은 1.2 내지 2bar의 압력에서 조작된다. 도 1에 도시된 클라우스 플랜트(6)는 유사한 압력에서 조작된다. 환원된 기체 스트림의 압력은 파이프라인(50)중의 스팀의 유량 및 공급 압력(및 따라서 온도)을 적절히 선택함에 의해 클라우스 플랜트(6)로의 모든 필요한 기체의 통과를 보장하도록 상기 스팀의 첨가에 의해 충분히 상승시킬 수 있다. 바람직하게는, 스팀은 10 내지 50bar의 압력 및 상응하는 100℃ 이상 265℃ 미만의 온도에서 공급된다.
스팀과 혼합된 환원된 기체 스트림은 탈과가열, 직접 접촉, 급냉탑(52)으로 도입된다. 급랭탑(52)에서, 기체 스트림은 상향 유동하여 물의 하강 스트림과 접촉한다. 이렇게 환원된 기체 스트림은 냉각되고 대부분의(바람직하게는 85% 초과) 수증기 함량이 응축되며, 응축물은 하강 액체 스트림으로 유입한다. 응축물은 배출기(48)에서 환원된 기체 혼합물에 첨가된 스팀을 포함한다. 급랭탑(52)은 바람직하게는 랜덤 또는 구조화된 팩킹(도시되지 않음)을 함유하여 상승하는 증기와 하강하는 액체 사이의 물질 이동을 용이하게 한다. 그 결과, 수증기-고갈된 기체 스트림이 형성된다. 급랭탑(52)의 저부를 빠져나오는 물은 펌프(54)를 사용하여 재순환되고 급랭탑(52)의 정상으로 재도입되는 상류의 냉각기(56)에서 냉각된다. 과 량의 물을 출구(58)를 통해 제거하고 산성수 스트리퍼(도시되지 않음)로 보내어 그의 황화수소 함유물을 제거한다.
생성된 수증기 고갈된 기체 스트림은 탑(52)으로부터 출구(60)를 통해 통과하며, 전형적으로 황화수소 40부피% 이상대를 함유하고 따라서 통상적인 클라우스 플랜트에서의 처리를 위한 적합한 피드백이 된다.
수증기 고갈된 기체 스트림은 급랭탑(52)의 정상을 전형적으로 30℃ 내지 50℃의 온도에서 떠나고 첨부된 도면의 도 5에 도시된 클라우스 플랜트(6)로 보내어진다. 도 5를 참조하면, 수증기 고갈된 기체 스트림은 추가의 내열-라이닝된 반응로(70) 내로 연소하는 버너(72)에 수용된다. 버너(72)는 또한 반응로(16)로의 공급물 기체 스트림과 동일한 조성이거나 상이한 조성일 수 있는 제 2 공급물 기체 스트림을 수용할 수 있다. 그러나, 클라우스 플랜트(6)의 최대 효율 증가를 위해, 그로의 모든 공급물 기체는 급랭탑(52)으로부터 온다. 버너(72)는 추가로 공기, 산소-부화된 공기 또는 산소의 스트림을 파이프라인(68)을 통해 수용한다.
오일 정제에서는 제 1 및 제 2 공급물 기체 스트림의 조성을 선택하는 다양하고 상이한 전략이 있다. 일반적으로 오일 정제에서는 전형적으로 황화수소 70부피% 이상을 함유하나 암모니아는 없는 아민 기체의 하나 이상의 공급원, 및 전형적으로 대략 동일한 비율의 수증기, 황화수소 및 암모니아를 함유하는 산성수 스트리퍼 기체의 하나 이상의 공급원이 있다. 한 전략은 단순히 아민 기체를 산성수 스트리퍼 기체와 혼합하여 제 1 공급물 기체 스트림 및 제 2 공급물 기체 스트림 둘 다가 동일한 조성을 갖도록 하는 것이다. 클라우스 플랜트에서 종종 발생하는 문 제점은 암모니아의 완전 분해의 수행이다. 암모니아가 완전히 분해되지 않을 경우, 암모니아는 독이 되거나 하류의 클라우스 촉매와 반응할 수 있다. 특히 산소로 부화되지 않은 공기를 추가의 반응로(70)에서 연소를 유지하는데 사용할 경우, 분해될 암모니아의 더 많은 부분이 제 2 공급물 기체 스트림보다는 제 1 공급물 기체 스트림으로 유입하는 것이 바람직하다. 이는 반응로(16)에서 연소를 유지하는데 사용되는 기체의 비교적 높은 산소 몰 분율이 암모니아의 분해를 용이하게 하는 높은 화염 온도의 생성을 쉽게 하기 때문이다. 따라서, 모든 산성수 스트리퍼 기체가 제 1 공급물 기체 스트림을 형성하는데 사용되는 것이 종종 가장 바람직하다. 전형적으로, 아민 기체중 일부는 산성수 기체와 혼합되거나 반응로(16)로 연소하는 버너(14)로 개별적으로 공급된다. 잔여 아민 기체는 전형적으로 제 2 공급물 기체 스트림으로서 버너(72)로 보내어진다.
도 5에 도시된 클라우스 플랜트는 본질적으로 통상적인 방식으로 조작되는 본질적으로 통상적인 클라우스 플랜트일 수 있다. 반응로(70)에서 발생하는 반응은 도 2에 도시된 반응로(16)에서 발생하는 것과 유사하며 본원에서 더 기술할 필요는 없다. 도 2에 도시된 반응로(16)으로부터의 유출 기체 스트림과 본질적으로 동일한 성분을 갖는 생성된 기체 스트림은 출구(74)를 통해 반응로(70)를 떠난다. (전형적으로, 반응로(70)에서 반응로(16)보다 낮은 화염 온도가 얻어질 경우, 출구(74)를 통해 떠나는 기체 혼합물은 반응로(16)을 떠나는 상응하는 기체보다 낮은 몰분율의 수소를 함유할 것이다.) 유출 기체는 출구(74)로부터 폐기열 보일러(76) 또는 다른 열 교환기로 통과하여 스팀 또는 다른 냉각제와의 열 교환에 의해 냉각된다. 생성된 냉각된 기체 스트림은 전형적으로 폐기열 보일러(76)를 250℃ 내지 400℃의 온도에서 떠난다.
냉각된 유출 기체 스트림은 폐기열 보일러(76)로부터 추가의 황 응축기(78)로 통과하여 유출 기체는 추가로 120℃ 내지 160℃의 온도로 냉각되고 황 증기가 응축되어 출구(80)를 통해 추출된다. 생성된 액체 황은 전형적으로 황 밀봉 피트(도시되지 않음)로 흐른다. 한편으로는 반응로(16)의 조작과, 다른 한편으로는 반응로(70)의 조작과의 특히 중요한 차이점은, 황 응축기(32)로부터의 출구에서 황 고갈된 기체 스트림중의 황화수소 대 이산화황의 몰비가 4:1 이상인 반면, 응축기(78)로부터의 출구에서의 상응하는 비는 2:1대라는 것이다. 황 증기 고갈된 기체 스트림은 추가의 황 응축기(78)로부터 3개의 연속된 촉매적 클라우스 단(84, 86 및 88)을 통해 유동한다. 각각의 단(84, 86 및 88)은, 당해 분야의 일반적인 실시에 따라, 차례로 기체 혼합물의 온도를 황화수소와 이산화황 사이의 촉매적 반응에 적합한 온도(예컨대, 200℃ 내지 350℃)로 상승시키기 위한 재가열기(도시되지 않음), 황화수소가 이산화황과 반응하여 황 증기 및 수증기를 형성하는 촉매적 반응기(도시되지 않음), 및 더 추가의 황 응축기(도시되지 않음)를 포함하는 장치의 열(train)을 포함한다.
가장 하류의 촉매적 단(86)을 떠나는 기체 혼합물에, 클라우스 공정 방출물이 대기로 방출되기 적합하게 하는 다수의 공지된 처리를 수행할 수 있다. 예를 들어, 기체 혼합물은 도 6에 도시된 꼬리 기체 세정 플랜트(8)로 유동할 수 있다. 도 6을 참조하면, 기체 혼합물을 반응기(90)로 보내어 기체 혼합물중에 존재하는 성분을 가수분해 및 수소화시킨다. 반응기(90)에서, 잔여 산황화탄소 및 이황화탄소중 대부분이 촉매, 예를 들어 코발트 및 몰리브덴 산화물이 주입된 알루미나 상에서 가수분해되어 황화수소 및 이산화탄소를 생성한다. 동시에, 잔여 원소 황 및 이산화황이 수소화되어 황화수소가 된다. 가수분해 및 수소화는 전형적으로 300℃ 내지 350℃의 온도에서 일어난다. 황화수소, 질소, 이산화탄소, 수증기 및 수소를 포함하는 생성된 기체 혼합물은 반응기(90)를 떠나 먼저 수 응축 장치(92)로 흐른 후 분리 장치(94)로 흐르며 여기서 황화수소가 메틸디에틸아민과 같은 선택성 흡수제에서 흡수에 의해 분리된다. 필요시, 황화수소를 예를 들어 반응로(70)로 재순환시킬 수 있다.
도 1에 도시된 플랜트는 황화수소로부터 황으로의 99.5% 초과, 전형적으로 99.7% 초과의 전환율을 달성할 수 있다. 도 2에 도시된 장치(4)를 도 5에 도시된 클라우스 플랜트(6)에 역부합시킴에 의해, 그의 용량은 전환율의 손실 없이, 또는 심지어 전환율을 증가시키면서 2배 이상으로 될 수 있다. 도 3에는 도 2에 도시된 장치 배열 변경이 도시되어 있다. 폐기열 보일러(24)와 제 2 반응로(26)의 중간에 황 응축기(300) 및 재가열기(302)가 위치한다. 황 응축기(300)는 황을 135℃대의 온도에서 응축시킨다. 이 단계는 황 증기의 제거에 제 2 반응기(26)에서의 클레임(Claim) 반응을 유도하는 효과가 있기 때문에 반응로(26)에서의 황화수소의 황 증기로의 전환을 개선하는데 도움이 된다. 재가열기(302)는 생성된 황-고갈된 기체 스트림의 온도를 500℃대로 상승시켜 황화수소의 자생적 연소가 반응로(300)에서 일어나고 따라서 랜스(28)가 여전히 산소를 제 2 반응로(26)에 공급하는데 사용될 수 있도록 한다.
다른 면에서, 도 3에 도시된 플랜트의 배열 및 조작은 본질적으로 도 2에 도시된 것과 동일하다.
도 4에 도시된 플랜트 및 그의 조작은 재가열기(302)가 생략된 점 이외에는 도 3에 도시된 것과 본질적으로 동일하다. 그 결과 개별 산소 출구(404)를 갖는 버너(402)를 랜스(28) 대신 사용한다. 버너(402)는 전형적으로 그 자체의 점화 및 화염 검출 시스템을 갖는다.
다시 도 1을 참조하면, 일련의 장치(2)들이 클라우스 플랜트(4) 및 꼬리 기체 세정 플랜트(6)에 역부합되는 것으로 기술되었으나, 전체 플랜트가 동시에 조립될 수 있다.
본 발명에 따른 방법을 이제 하기 실시예에 의해 예시한다.
다시 도 1을 참조하면, 존재하는 클라우스 플랜트(4) 및 연관된 꼬리 기체 세정 플랜트(6)는 하기 조성을 갖는 공급물 기체 스트림을 처리한다.
H2S 71.78몰%
H2O 14.44몰%
NH3 11.11몰%
CO2 2.00몰%
C2H6 0.66몰%
이 공급물 기체 스트림은 아민 기체를 산성수 스트리퍼 기체와, 전자의 2부피부 대 후자의 1부피부의 비율로 혼합하여 형성된다.
공급물 기체 스트림은 100kmol/hr의 유량으로 클라우스 플랜트(4)로 공급된다. 이는 202.73kmol/hr 유량의 공기 공급을 요구한다. 따라서, 클라우스 플랜트의 반응로는 전체 302.73kmol/hr를 수용할 수 있을 만큼 충분한 부피를 갖는다.
하기 각각으로 공급물 기체를 통과시킴에 의한 클라우스 플랜트의 효율 증가를 평가하기 위해 3회의 컴퓨터 시뮬레이션(SULSIM 5 프로그램 사용)을 수행하였다:
A) 도 4에 도시된 바와 같은 장치의 세트(2);
B) EP-A-565 316호에 첨부된 도면의 도 4에 따른 플랜트(즉, 첨부도면의 도 2와 유사하나 반응로(26) 및 그와 연관된 폐기열 보일러가 생략된 플랜트).
제 1 반응로로의 산소 공급물이 100% 순도라는 가정하에 시뮬레이션을 수행하였다.
시뮬레이션 결과가 하기 표 1에 표시되며, 여기서 모든 유량은 kmol/hr이다. 산소-강화된 클라우스 반응로를 조작한 종래의 실시 경험에 근거하면, 프로그램이 상기 반응로에 의해 달성된 %전환율을 과소평가한다고 생각된다. 그 결과 촉매적 수소화기에서의 외부 수소의 요구량이 과대평가될 수 있다. 따라서 표 1에 제시된 결과는 정확한 실시 데이터를 제시하기보다는 본 발명에 따른 방법의 예의 실시가 능성을 확인하는 것으로 생각해야 한다.
A B
공급물 유량 100 100
제 1 반응로 또는 (경우 A에서만) 제 1 반응로의 상류 연소 단으로의 산소 유량 30 32
제 1 반응로 또는 (경우 A에서만) 제 1 반응로의 상류 연소 단으로부터의 유출 온도 1508℃ 1578℃
제 1 반응로의 하류 연소 단으로의 산소 유량(경우 A에서만) 10 -
제 1 반응로의 하류 연소 단으로부터의 유출 온도(경우 A에서만) 1041℃ -
촉매적 수소화기로의 입구에서 H2S 대 SO2 몰비 4.47:1 4.2:1
촉매적 수소화기로의 외부 수소 공급량 5 2
전체 전환율(H2S에서 S로) 75.2% 57.5%
유출 기체중의 H2S 62.6몰% 72.5몰%
유출 유량 28.4 41.9

상기 결과는 본 발명에 따른 방법의 실시예가 EP-A-565 316호에 따른 방법의 실시예보다 더 낮은 유출 기체 유량을 달성하여, 더 높은 효율 향상이 가능하게 한다는 것을 보여준다.
상기 결과를 바탕으로, 역부합된 장치(2)로의 산 기체의 최대 공급량을 계산하였다. 계산 결과를 다음에 제시한다:
A - 460kmol/hr
B - 275kmol/hr
따라서, 본 발명에 따른 방법 A는 클라우스 플랜트(4)의 4배 이상의 효율 향상을 가능하게 한다.
1개의 연소 반응로가 직렬의 2개의 연소 반응로로 대체되고 두 반응로 모두에서 산소가 연소를 유지하기 위해 사용되는 EP-A-0 237 217호에 따라 조작되도록 클라우스 플랜트(4)가 전환될 경우 더 큰 효율 향상도 가능하다. 이제 산 기체의 최대 공급량은 A가 810kmol/hr, B가 600kmol/hr로 된다.
도면에 도시된 플랜트에 다양한 변형 및 변경이 이루어질 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 플랜트(4)는 폐기열 보일러(24)내로의 여러 회의 통과를 이용하여 상당히 간단화될 수 있다. 그 결과 제 1 통과로부터의 기체는 반응로(26)로서 작용하는 체임버로 들어갈 수 있다. 반응로(26)로부터의 고열 기체는 폐기열 보일러(24)의 제 2 통과를 통해 유동하여 그의 하류에서 황 응축기(32)로 직접 진행한다. 그 결과, 폐기열 보일러(30)가 함께 생략될 수 있다.
다른 변경에서, 배출기 또는 배출기들(48)은 생략될 수 있으며 반응로(16 및 26)보다 충분히 낮은 압력에서 조작되는 클라우스 플랜트(6)내의 반응로(70)는 팬의 필요성을 미연에 방지한다. 더 낮은 작동 압력은 장치(4)를 역부합시킬시에 반응로(70)로의 전체 기체 유동을 감소시킴에 의해 생성될 수 있다. 이는 특히 반응로(70)가 이전에 산화제로서 공기로 역부합 조작되었을 경우 특히 용이하다. 산소가 적어도 공기중 일부와 치환될 경우, 산화제의 유량은 목적하는 더 낮은 조작 압력을 수득하는데 필요한 양으로 감소할 수 있다.
또 다른 변경에서, 배출기 또는 배출기들(48)은 도 2 및 4에 도시된 배열에서 생략되어 도 6에 도시된 꼬리 기체 세정 플랜트에서 반응기(90)와 응축기(92) 중간으로 전환될 수 있다.
최종적으로, 황화수소가 선택성 산화 촉매 상에서 선택적으로 산소와 반응하여 황 증기 및 수증기를 형성하는 촉매적 선택성 산화 단은 본 발명에 따른 방법 및 장치에서 임의의 촉매적 클라우스 단, 특히 도 5에 도시된 플랜트(6)의 가장 하류의 촉매적 클라우스 단과 치환되거나 그에 부가될 수 있다. 선택성 산화 촉매는 당해 분야에 널리 공지되어 있다. 이러한 선택성 산화 단은 황화수소에서 황으로의 전환을 개선시키기 때문에 특히 도 1에 도시된 배열에서 꼬리 기체 세정 장치(8)가 생략된 경우 플랜트(6)의 최종 촉매적 단으로서 유용하다.

Claims (10)

  1. (a) 둘 이상의 직렬 반응로에서, 황화수소를 포함하는 하나 이상의 공급물 스트림중의 황화수소 함유물의 일부를 이산화황으로 산화시키고 이와 같이 형성된 이산화황을 잔여 황화수소와 반응시켜 황 증기 및 수증기를 형성시키는 단계; (b) 황 증기, 수증기, 잔여 황화수소 및 잔여 이산화황을 포함하는 부분 반응된 기체 스트림을 상기 하류 반응로로부터 끌어내는 단계; (c) 황 응축기에서, 부분 처리된 기체 스트림으로부터 황 증기를 추출하여 황 증기 고갈된 기체 스트림을 형성하는 단계; (d) 황 증기 고갈된 기체 스트림의 이산화황 및 황 증기 함유물을 수소에 의해 촉매적으로 환원시켜 황화수소로 환원된 기체 스트림을 형성하는 단계; (e) 환원된 기체 스트림으로부터 수증기를 추출하여 수증기 고갈된 기체 스트림을 형성하는 단계; 및 (f) 황화수소를 이산화황으로 산화시키고 생성된 이산화황을 잔여 황화수소와 반응시키기 위한 하나 이상의 추가의 반응로, 제 1 추가 황 응축기, 및 다수의 촉매적 반응 단(stage)을 포함하고, 상기 촉매적 반응의 각 단의 하류에 제 2 추가 황 응축기가 구비되어 추가의 황 증기를 추출하는, 황화수소로부터 황을 회수하기 위한 하나 이상의 클라우스 플랜트에, 상기 수증기 고갈된 기체를 재순환 없이 공급하는 단계를 포함하되,
    산소 분자 80부피% 이상을 함유하는 기체를 단계 (a)의 연소를 유지하는데 사용하고,
    상기 수증기 고갈된 기체 스트림이 황화수소 40부피% 이상을 함유하고,
    단계 (f)에서 촉매적 반응이 황화수소와 이산화황 사이의 클라우스 반응, 황화수소의 황으로의 선택적 산화, 또는 두 반응 모두인, 황화수소 함유 공급물 기체 스트림의 처리 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    단계 (f)에서 촉매적 반응의 각 단이 황화수소와 이산화황 사이의 클라우스 반응인 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    황 증기 고갈된 기체 스트림중의 황화수소 대 황 증기의 몰비가 4:1 내지 10:1인 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상류 반응로로의 산소 유량이 M=(0.8a+b+0.16c) 내지 N=(a+b+0.22c)[식중, a는 공급물 기체 스트림중의 임의의 암모니아를 질소 및 수증기로 완전히 산화시키기 위한 산소의 화학량론적 공급량이고; b는 공급물 기체 스트림중에 존재하는 임의의 탄화수소의 완전 연소를 위한 산소의 화학량론적 공급량이고; c는 공급물 기체 스트림중의 황화수소의 이산화황 및 수증기로의 완전 산화를 위해 요구되는 산소의 화학량론적 공급량이다]인 방법.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    단계 (a)에서 하류 반응로로의 산소 공급량이 P=0.8d+e+0.16f 내지 Q=d+e+0.22f[식중, d는 하류 반응로로 유입하는 임의의 암모니아(바람직하게는 암모니아는 하류 반응로로 유입되지 않음)를 질소 및 수증기로 전체 산화시키는데 요구되는 산소의 화학량론적 양; e는 하류 반응로로 유입하는 임의의 탄화수소를 이산화탄소 및 수증기로 전체 연소시키는데 요구되는 산소 공급량이고; f는 하류 반응로로 유입하는 황화수소를 수증기 및 이산화황으로 완전 연소시키는데 요구되는 산소의 화학량론적 공급량이다]인 방법.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    수 응축 단계가 환원된 기체 스트림을 물과 직접 접촉시킴에 의해 수행되고, 환원된 기체 스트림은 촉매적 환원 단계와 수 응축 단계의 중간에서 간접 열 교환에 의해 냉각되는 방법.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    단계 (a)로 유입하는 황화수소의 80 내지 90%가 수소화 반응의 상류에서 황 증기로 전환되는 방법.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101352151B1 (ko) 2011-12-15 2014-01-15 지에스건설 주식회사 황회수 공정의 산성가스 공급원에 따른 연소공기 제어방법

Families Citing this family (34)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1213790C (zh) * 2000-09-07 2005-08-10 英国氧气集团有限公司 对含硫化氢气流的处理
MX2007012941A (es) 2005-04-21 2008-01-11 Shell Int Research Sistemas y metodos para producir combustible y/o gas.
EP2010752A1 (en) * 2006-04-27 2009-01-07 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Systems and methods for producing oil and/or gas
EP2021278A1 (en) * 2006-05-16 2009-02-11 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. A process for the manufacture of carbon disulphide
WO2007131976A1 (en) * 2006-05-16 2007-11-22 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. A process for the manufacture of carbon disulphide
US8136590B2 (en) * 2006-05-22 2012-03-20 Shell Oil Company Systems and methods for producing oil and/or gas
CN101489930A (zh) 2006-07-07 2009-07-22 国际壳牌研究有限公司 制备二硫化碳的方法和含二硫化碳的液态物流用于强化油采收的用途
WO2008021883A1 (en) 2006-08-10 2008-02-21 Shell Oil Company Methods for producing oil and/or gas
CA2568303C (en) * 2006-10-31 2008-02-12 John Keum-Ho Hwang A method for recovering sulphur from gas streams
US8394180B2 (en) * 2007-02-16 2013-03-12 Shell Oil Company Systems and methods for absorbing gases into a liquid
CA2686340A1 (en) * 2007-04-04 2008-10-16 Worleyparsons Group, Inc. Ammonia destruction methods for use in a claus tail gas treating unit
CN101796156B (zh) * 2007-07-19 2014-06-25 国际壳牌研究有限公司 生产油和/或气的方法
CN101842549B (zh) * 2007-10-31 2013-11-20 国际壳牌研究有限公司 生产油和/或气的系统和方法
WO2009067418A1 (en) * 2007-11-19 2009-05-28 Shell Oil Company Systems and methods for producing oil and/or gas
RU2515673C2 (ru) 2007-11-19 2014-05-20 Шелл Интернэшнл Рисерч Маатсхаппий Б.В. Система для добычи нефти с помощью эмульсии, содержащей смешивающийся растворитель
US8869891B2 (en) * 2007-11-19 2014-10-28 Shell Oil Company Systems and methods for producing oil and/or gas
US8528645B2 (en) * 2008-02-27 2013-09-10 Shell Oil Company Systems and methods for producing oil and/or gas
US7695701B2 (en) * 2008-03-07 2010-04-13 Du Pont Process for treating acid gas in staged furnaces with inter-stage heat recovery
US20090226364A1 (en) * 2008-03-07 2009-09-10 E. I. Du Pont De Nemours And Company Process for treating acid gas in staged furnaces with inter-stage heat recovery and inter-stage sulfur production
US20110094750A1 (en) * 2008-04-16 2011-04-28 Claudia Van Den Berg Systems and methods for producing oil and/or gas
CN102046917B (zh) * 2008-04-16 2014-08-13 国际壳牌研究有限公司 生产油和/或气的系统与方法
CN102132003A (zh) * 2008-07-14 2011-07-20 国际壳牌研究有限公司 用于生产油和/或气的系统和方法
US8876960B2 (en) * 2009-09-16 2014-11-04 Chevron U.S.A Inc. Method and system for transporting and processing sour fluids
CN101791517B (zh) * 2010-04-08 2012-05-23 北京至清时光环保工程技术有限公司 一种从含有硫化氢的酸性气体中回收硫的方法
CN102530882B (zh) * 2010-12-30 2013-10-16 中国石油天然气股份有限公司 一种除水型硫磺回收方法及装置
DE102011002320B3 (de) 2011-04-28 2012-06-21 Knauf Gips Kg Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von Strom aus schwefelwasserstoffhaltigen Abgasen
EP2572774A1 (en) 2011-09-21 2013-03-27 Linde Aktiengesellschaft CO2 recovery using the SURE process
KR101489852B1 (ko) * 2012-12-14 2015-02-09 고등기술연구원연구조합 합성가스 내 황 회수 장치 및 방법
US9023309B1 (en) * 2014-05-13 2015-05-05 Mahin Rameshni Process of conversion sulfur compounds to elemental sulfur by using direct reduction and oxidation catalysts in Claus units
WO2017106083A1 (en) 2015-12-16 2017-06-22 Saudi Arabian Oil Company Thermal stage and reduction absorption sulfur recovery process
US9701537B1 (en) * 2016-01-05 2017-07-11 Saudi Arabian Oil Company Claus process for sulfur recovery with intermediate water vapor removal by adsorption
EP3553378A1 (en) 2018-04-13 2019-10-16 Linde Aktiengesellschaft Method and burner for combusting hydrogen sulphide
CN112004588A (zh) * 2018-04-26 2020-11-27 乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司 一种低温甲醇洗单元与多套克劳斯单元的尾气循环联用的方法与设备
DE202020004019U1 (de) * 2020-09-23 2020-10-27 IAB - Institut für Angewandte Bauforschung Weimar gemeinnützige GmbH Brennofen für keramische Erzeugnisse zum Erzeugen einer definierten Brennfarbe mittels Wasserdampf

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0237217A1 (en) * 1986-03-07 1987-09-16 The BOC Group plc Treatment of gases
EP0565316A2 (en) * 1992-04-06 1993-10-13 The BOC Group plc Treatment of gas streams

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2717633A1 (de) * 1977-04-21 1978-10-26 Ght Hochtemperaturreak Tech Gewinnung von schwefel und schwefelsaeure aus schwefelwasserstoff
DE3770184D1 (de) * 1986-03-07 1991-06-27 Boc Group Plc Behandlung von gasstroemen.
US4780305A (en) * 1986-10-03 1988-10-25 The Ralph M. Parsons Company Dual combustion oxygen-enriched claus sulfur plant
US5139765A (en) * 1988-01-21 1992-08-18 Union Carbide Industrial Gases Technology Corporation Dual combustion zone sulfur recovery process
GB9103382D0 (en) * 1991-02-19 1991-04-03 Boc Group Plc Treatment of gases
DE4409203A1 (de) * 1994-03-17 1995-09-21 Linde Ag Verfahren zur Gewinnung von elementarem Schwefel aus einem H¶2¶S enthaltenden Gasgemisch
EP1115472B1 (en) 1998-08-25 2003-07-30 Gastec N.V. A process for the recovery of sulphur from a hydrogen sulphide, containing gas
WO2000059826A1 (en) * 1999-04-07 2000-10-12 The Boc Group, Inc. Treatment of combustible gas streams containing hydrogen sulphide
CN1213790C (zh) * 2000-09-07 2005-08-10 英国氧气集团有限公司 对含硫化氢气流的处理

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0237217A1 (en) * 1986-03-07 1987-09-16 The BOC Group plc Treatment of gases
EP0565316A2 (en) * 1992-04-06 1993-10-13 The BOC Group plc Treatment of gas streams

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101352151B1 (ko) 2011-12-15 2014-01-15 지에스건설 주식회사 황회수 공정의 산성가스 공급원에 따른 연소공기 제어방법

Also Published As

Publication number Publication date
AU8426201A (en) 2002-03-22
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DE60102707D1 (de) 2004-05-13
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US6919059B2 (en) 2005-07-19

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