CN102712470A - 用于从气体中除去杂质的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于从气体中除去杂质的流化反应器系统和相关方法。所述系统包括：流化吸收器，该流化吸收器用于使原料气与吸附剂物流接触以降低原料气的杂质含量；流化固体再生器，该流化固体再生器用于使载有杂质的吸附剂物流与再生气体接触以降低吸附剂物流的杂质含量；第一非机械气体密封形成固体转移装置，该第一非机械气体密封形成固体转移装置适于接纳来自吸收器的载有杂质的吸附剂物流并响应于曝气气体将载有杂质的吸附剂物流以可控流量输送到所述再生器；和第二非机械气体密封形成固体转移装置，该第二非机械气体密封形成固体转移装置适于接纳来自再生器的具有降低的杂质含量的吸附剂物流并将具有降低的杂质含量的吸附剂物流转移到吸收器，而不改变吸附剂物流的流量。

Description

用于从气体中除去杂质的方法和系统
联邦资助研究或开发
本发明按照由美国能源部授予的美国能源部国家能源技术实验室(NETL)第DE-AC26-99FT40675号合同在政府支持下进行。美国政府在本发明中拥有某些权利。
发明背景
技术领域
本发明涉及用于通过同时再生以除去杂质的固体吸附剂物流从气体物流中除去杂质的新型方法和系统，所述杂质例如为硫化合物、氯化氢、砷、硒、氰化氢、氨、以及它们的组合。
相关技术描述
如技术人员将显而易见的，在许多情况下需要从气体物流中除去杂质以解决各种工艺、环境、化学和/或其它工业问题。例如，作为可行的替代能源和用于各种有机化学品的工业合成的重要原材料源，通过气化诸如煤的矿物燃料或其它含碳材料而制备的“合成气体”或“合成气”正变得越来越重要。然而，合成气常常包含各种杂质，例如，硫、砷和硒化合物，这些杂质需要全部或部分地除去以有利于气体的后续处理和/或使用。具体地讲，煤、重油馏分和某些类型的含碳废料的气化通常产生包含气体杂质的合成气，所述气体杂质例如为硫化氢、羰基硫、硒化氢、胂等。这些杂质在一些情况下可以是腐蚀性或毒性的，和/或可以充当催化剂毒物和/或环境污染物。因此，需要在化学过程中从合成气物流中除去这些化合物的方法，以防止损坏催化剂系统并符合环境标准。
用于从诸如合成气的还原气体物流中除去含硫物质的目前市售的方法通常采用下列两种方法中的一种：A)物理或化学的液相吸附；或B)吸附到固定床中的固体吸附剂上。
诸如来自煤或其它含碳材料的气化的合成气的合成气通常在典型地高于约900℉(482℃)的温度下作为高温气体物流离开气化器。目前用于除去杂质的液相吸附方法通常在这样的高温气体物流的情况中是无效的，因为这些方法典型地在约100℉(38℃)或以下的温度下操作。因此，在气化合成气物流的情况中需要大规模的冷却和相关的热回收处理，以允许在液相吸附方法所需的较低温度下除去杂质。如显而易见的，这样的冷却、热回收和相关处理步骤导致热效率低下和显著的设备成本。
通常，固体吸附剂热气体吸附方法涉及包含活性金属氧化物的固体吸附剂与热气体的接触，以将活性金属氧化物转化为包含杂质或其衍生物的金属化合物。杂质可包括但不限于硫、氯化氢、砷、硒、氰化氢和/或氨。理想的包含吸附剂组合物的活性金属氧化物和用于除去硫的工艺在2005年10月4日公布的授予Gangwal等人的美国专利No.6,951,635B2、2001年10月23日公布的授予Turk等人的美国专利No.6,306,793B1、1999年10月26日公布的授予Gupta的美国专利No.5,972,835、1999年6月22日公布的授予Turk等人的美国专利No.5,914,288、以及1988年2月3日公布的授予Gupta等人的美国专利No.5,714,431中有所公开，这些专利均全文以引用方式并入本文中。
在吸附反应之后并根据杂质的不同，载有杂质的吸附剂在高温下再生。在其它情况下，载有杂质的吸附剂被丢弃。如果吸附剂被再生，则通常在再生步骤期间产生包含杂质的热气体。在这样的情况下，通常可从再生器废气中分离杂质，以用于处置或下游处理。例如，在合成气包含硫杂质的情况中，用氧化气体物流(典型地氧气或含氧气体)对载有硫的吸附剂的再生产生可被吸收和/或转化为硫酸、元素硫等的二氧化硫。具体地讲，再生反应通过以下反应将金属硫化物转化回金属氧化物：
MS+3/2O2→MO+SO2    (I)
其中，M为存在于吸附剂中的活性金属，例如Zn；MO表示金属氧化物；并且MS表示金属硫化物。技术人员将会理解，虽然氧化是再生活性金属氧化物吸附剂的优选方式，但诸如热再生的其它方法也是可能的，特别是在不同固体吸附剂组合物的情况中。
流化床吸附和吸附/再生工艺是本领域已知的，并且例如在此前引用的Gangwal等人、Gupta等人和Turk等人的美国专利公布中有所公开。耦合流化床反应器/再生系统也是已知的并且用于烃类处理中，例如在流化催化裂化(FCC)工艺中。
用于从诸如合成气的烃类气体中除去硫污染物的双回路流化床吸附/再生工艺在分别于1995年9月5日和1996年11月26日公布的授予Campbell等人的美国专利No.5,447,702和5,578,093中有所公开，这两份专利以引用方式并入本文中。在这样的双回路工艺中，吸附和吸附剂再生在耦合流化床中同时进行。在这些双回路工艺中，通过吸收器的吸附剂的固体流量可以不同于通过再生器的吸附剂的固体流量。具体地讲，离开吸收器的吸附剂物流可分为两个物流：再循环到吸收器的再循环物流和输送到再生区以除去吸附的硫的再生物流。离开再生器的再生的吸附剂物流返回到吸收器，并在这里与再循环的吸附剂混合。然而，为了在这样的双回路工艺中实现稳态操作并在吸附和再生之间建立平衡，在再生器中从吸附剂中除去的硫的量必须与在吸收器中从原料气中除去的硫的量相符。反过来，由于通过吸收器的吸附剂固体的量(即流量)超出通过再生器的吸附剂固体的量，作为吸附剂重量百分比的吸收器中的硫提取量必须低于再生器中按吸附剂重量计的硫除去率。
在实践中，在Campbell等人的文献中公开的双回路吸收器/再生器流化床反应器系统的长期稳态操作可能出现问题，因为在任一循环中的过程变化必须伴有另一循环中的对应变化，以便维持稳定的连续操作。例如，送入吸收器的原料气的组成、进料速率、温度、压力等的变化可以引起从吸收器中的原料气除去硫的速率的长期和短期变化(通过按吸附剂重量计硫提取量占吸附剂的重量百分比的对应变化)，这需要再生器中对应的工艺和/或吸附剂物流量变化来维持稳定的连续操作。此外，作为用于改变到吸收器和/或再生器的吸附剂固体的流量的装置，常规的机械阀门(例如Campbell等人公开的固体旋塞阀)由于Campbell等人公开的脱硫工艺中固有的高温、高压和腐蚀与磨蚀条件而易出现侵蚀、堵塞和其它问题。
发明内容
在一个实施例中，本发明包括一种方法和设备，其用于通过用固体吸附剂处理气体而从气体中除去杂质，同时在受控条件下以受控的固体流量实现连续的吸附剂再生。在本发明的有利实施例中，提供了具有提高的长期稳定性的双回路和多回路流化床吸收器/再生器工艺。具体地讲，本发明的有利实施例可提供在多回路流化吸收器/再生器工艺的循环之间提高的固体流量控制，以适应多种工艺设计和操作过程变化；和/或可响应于在循环之间正在变化的过程条件、流量变化等提供自校正动作；而不依赖于在高温、高压、腐蚀和/或磨蚀条件下易出现问题和潜在故障的机械阀门。本发明的附加的有利实施例提供了用于平衡再生器中的杂质去除与吸收器中的杂质去除的提高的过程控制，即使在吸收器和再生器循环中存在过程变化。在其它方面，本发明可提供在保持容器和流化反应器系统的流化区之间在多回路流化反应器系统中的固体流量控制，而不使用机械阀门。
在本发明的一个实施例中，多回路流化吸收器和再生器工艺的分开的回路流体连接，以允许在回路之间连续的固体流，同时在两个回路之间提供气体密封以防止原料气和再生气体的混合。在足以降低气体物流的杂质含量和增加固体吸附剂物流的杂质负载量的条件下，将含杂质的原料气物流在流化吸收区中与固体吸附剂物流接触。从吸收区中除去载有杂质的固体吸附剂物流，并且将载有杂质的固体吸附剂物流的至少一部分通过第一非机械气体密封形成固体转移区，该固体转移区流体连接到流化固体再生区且适于将固体转移到再生区中。第一非机械气体密封形成固体转移区被构造用于在“阀门模式”下操作，在该模式下，固体以可控流量通过转移区。具体地讲，在阀门模式下操作的非机械气体密封形成固体转移区能够响应于送入固体转移区的“曝气气体”的进料速率的变化而改变通过转移区的固体物流的流量，如随后更详细讨论的。离开该固体转移区的载有杂质的固体吸附剂物流进入再生区并与再生原料气接触，从而得到具有降低的杂质含量的再生吸附剂物流。离开再生区的再生的吸附剂物流输送到第二非机械气体密封形成固体转移区，该固体转移区流体连接到吸收区且适于将再生的吸附剂物流转移到吸收区。第二非机械气体密封形成固体转移区被构造用于在“自动化模式”下操作，在该模式下，固体以与进入该区的固体的进料速率相同的流量通过转移区。因此，第二非机械转移区将再生的吸附剂物流以离开再生器的再生的吸附剂物流的流量转移到吸收器，并且也在再生区和吸收区之间保持压力密封。
使用非机械固体转移装置或区来控制和实现多回路吸收器-再生器系统中的固体转移最小化或避免了与机械阀门的维护和机械失效相关的资本成本和潜在系统故障。根据本发明的该方面的阀门模式和自动化模式的非机械固体转移装置的组合和布置可允许在吸收器和再生器之间和通过两者的相对一致的固体流量，同时保持稳定的压力密封，以防止吸收器和再生器原料气和/或流出气体的混合。然而，根据本发明的该方面的阀门模式和自动化模式的非机械固体转移装置的布置也可适应再生器和/或吸收器中气体进料速率和反应条件的变化，这种变化可能是出于多种目的而需要的，例如为了在吸收器中的杂质去除和吸附剂再生之间保持平衡，和/或为了适应在吸收器中处理的原料气的进料速率和/或杂质含量的变化。
具有各种构造和布置的多种气体密封形成非机械固体转移装置是技术人员已知的，并且在例如Wen-Chen Yang，“HANDBOOK of FLUIDIZATION andFLUID-PARTICLE SYSTEMS”，马塞尔·德克尔公司(Marcel Dekker，Inc)，2003，第21章，第521-597页中有所描述，该文献以引用方式并入本文中。通常，这样的固体流装置使用曝气气体结合预定几何形状来使粒状固体流过装置。固体流装置可被构造用于在“阀门模式”下操作，在该模式下，通过装置的固体的流量由曝气气体流量控制；或者在“自动化模式”下操作，在该模式下，通过装置的固体的流量由进入装置的固体的流量控制。这样的固体转移装置也提供了预定压力值的气体密封，以防止过程气体(即吸收器或再生器过程气体)流过装置。如技术人员将显而易见的，气体密封经受预定压力的能力可通过装置的几何形状和尺寸的变化来调节。有利地，适于在阀门模式下操作的“J支管”固体流装置(也称为“J形阀”)用来将从吸收区除去的载有杂质的固体吸附剂物流转移到再生区。在自动化模式下操作的“环密封”(Loop Seal)固体流装置有利地用来将从再生区回收的再生的固体吸附剂物流以与离开再生区的再生的吸附剂物流相同的流量转移到吸收区。
因此，吸收器回路和再生器回路流体连接，以允许吸附剂物流在两个回路之间连续地通过，即使在两个回路中的吸收器和再生器过程气体物流保持彼此分离。由于固体转移装置的非机械构造，可以避免与机械阀门相关的各种问题，例如磨损、腐蚀和活动部件的卡死、阀孔的堵塞等。然而，通过阀门模式和自动化模式固体转移装置的组合和布置消除或最小化了可能导致固体转移区的气体密封能力的失效的显著的气体压力故障，从而允许固体材料在两个流化反应器回路中的自调节流动。此外，本发明也可减少或最小化与其中吸附剂固体流量可在回路之间变化的双回路吸收器和再生器工艺相关的困难。
在有利的实施例中，本发明提供用于从热烃或烃衍生原料气如合成气中除去至少一种硫杂质。吸附剂有利地包括活性金属氧化物，例如氧化铁、氧化锌、铁酸锌、铁酸铜、氧化铜、氧化钒、或它们的混合物。在一个实施例中，吸附剂具有从50至140微米的平均粒径。
在吸附剂中的活性金属氧化物与原料气中的硫杂质反应产生载有硫的吸附剂，如通过以下反应所表示的：
H2S+MO→H2O+MS    (II)
COS+MO→CO2+MS    (III)
其中，M为存在于吸附剂中的金属，例如Zn；MO表示金属氧化物；并且MS表示金属硫化物。
在本发明的有利实施例中，流化吸收区保持在约600℉和约1200℉(约316℃和约649℃)之间的范围内的温度和在约大气压和约1200psig(8274kPa)之间的压力，并且再生区保持在约900℉至约1450℉(约482℃至约788℃)之间的范围内的温度和与吸收器大约相同的压力。在本发明的另一个有利实施例中，流化吸收区保持在约700℉和约1000℉(约371℃和约538℃)之间的范围内的温度和在约200psig和约1000psig(约1379kPa和约6895kPa)之间的压力，并且再生区保持在约1200℉和约1450℉(约649℃和约788℃)之间的范围内的温度和与吸收器大约相同的压力。含杂质原料气的压力通常在从100至1200psig的范围内。
在另一个方面，本发明提供了一种用于控制在多回路流化吸收器和再生器工艺的单独的回路之间的固体吸附剂物流的流动的过程控制。根据本发明的该方面，定期或连续地测量吸收器和再生区的压力，并且根据需要调节至少一个区中的压力，以在两个区的压力之间保持预定压差。在一个有利实施例中，预定压差是在约1psi和约20psi(约7kPa和约138kPa)之间的范围内的压差。在另一个有利实施例中，预定压差是在约2psi和约10psi(约14kPa和约69kPa)之间的范围内的压差。有利地，通过调节再生区的压力来保持在区之间的压差。这允许吸收区中的压力响应于进入的含杂质原料气的压力中的变化而改变。有利地，通过调节离开再生区的充有杂质的气体的压力来保持在区之间的压差。
在另一个方面，本发明提供了用于提高多回路流化吸收器和再生器工艺的稳定性的过程控制，在该工艺中，通过与吸收区中的固体吸附剂物流接触而从气体进料物流中除去杂质，并且通过与再生区中的再生气体接触而连续再生的吸附剂物流的至少一部分。具体地讲，根据本发明的该方面提高的过程控制包括前馈过程控制，其中吸收器中的定量杂质去除率被监控，如果杂质去除率变化超出预定控制值，则根据需要调节再生器原料气的速率，从而得到化学计量法计算的再生区中的定量杂质去除率的变化。在一个有利实施例中，再生器中的定量杂质去除率也被监控并与吸收器中的定量杂质去除率相比较。在去除率之间的差值超出预定值的情况下，根据需要调节再生器原料气的进料速率，从而得到化学计量法计算的再生器中的定量杂质去除率的变化。在另一个实施例中，从吸收器除去的载有杂质的吸附剂的杂质负载量被监控，如果杂质负载量不同于预定含量范围，则调节再生器原料气的进料速率，以使吸附剂的杂质负载量达到预定含量范围内的值。在还有另一实施例中，响应于载有杂质的吸附剂的杂质负载量的值和吸收器中的定量杂质去除率的值两者确定再生器原料气的进料速率的变化。
在一个实施例中，本发明提供了一种用于从气体中除去杂质(例如，硫化合物、砷及其化合物、以及硒及其化合物)的方法，所述方法包括：
(a)在足以降低原料气物流的杂质含量和增加固体吸附剂物流的杂质负载量的条件下(例如，在吸收区中的停留时间为约3至约25秒或约3至约10秒)，将含杂质的原料气物流在流化吸收区中与固体吸附剂物流接触；
(b)从吸收区除去载有杂质的固体吸附剂物流，并且将载有杂质的固体吸附剂物流的至少一部分输送到第一非机械气体密封形成固体转移区(例如J支路)，第一固体转移区流体连接到流化固体再生区且适于响应于曝气气体通过转移区的流动将固体以可控流量转移到流化再生区；
(c)将载有杂质的固体吸附剂物流从第一固体转移区转移到流化固体再生区，并且将载有杂质的固体吸附剂物流与再生器原料气(例如，氧气或氧气和至少一种惰性气体的混合物)在流化固体再生区中接触，从而降低载有杂质的固体吸附剂物流的杂质含量(例如，在再生区中的停留时间为约3至约25秒)；
(d)将具有降低的杂质含量的固体吸附剂物流从流化再生区转移到第二非机械气体密封形成固体转移区(例如，环密封)，第二固体转移区流体连接到再生区和吸收区，并且适于将具有降低的杂质含量的固体吸附剂物流以与具有减少的杂质的固体吸附剂物流进入第二固体转移区的流量相同的流量转移到吸收区；以及
(e)使用例如旋风分离器从吸收区回收净化气体物流，以将载有杂质的吸附剂从净化气体分离。可任选地，离开旋风分离器的载有杂质的吸附剂物流可穿过气提器。
离开吸收区的载有杂质的吸附剂可通过杂质含量来表征。在一个实施例中，离开吸收区的载有杂质的吸附剂的杂质含量在吸附剂的杂质吸附能力的10％至90％(例如吸附剂的杂质吸附能力的30％至75％)的范围内。在某些实施例中，离开吸收区的载有杂质的吸附剂的砷含量在0至3000ppm的范围内。
从吸收区回收的净化气体物流也可通过杂质含量来表征。例如，从流化吸收区回收的净化气体物流在某些实施例中具有小于或等于50ppm、或小于或等于20ppm、或小于或等于10ppm的硫含量。
该方法还可包括将从流化吸收区除去的载有杂质的固体吸附剂物流的至少一部分输送至第三非机械气体密封形成固体转移区(例如J支管)，第三固体转移区流体连接用于接纳来自流化吸收区的下游部分的固体物流并用于将固体物流输送到流化吸收区的上游部分，第三固体转移区适于响应于通过转移区的曝气气体的流动将固体以可控流量转移到流化吸收区；以及将载有杂质的固体吸附剂物流从第三固体转移区转移到流化吸收区的上游部分，用于与含杂质的原料气物流接触。
本发明的方法也可包括测量吸收区和再生区的压力；确定区之间的压差；将压差与至少一个预定压差值比较；以及响应于测量步骤例如通过调节离开再生区的充有杂质的气体的压力来调节吸收区和再生区中的至少一个区内的压力。预定压差值可以是例如在约1psig和约20psig之间或在约2psig和约10psig之间的范围内的压差。
在一个实施例中，该方法包括以下步骤：确定吸收区中的定量杂质去除率；将杂质去除率与预定对照值比较；以及响应于比较步骤而调节进给到再生区的再生器原料气的流量。
在还有另一实施例中，该方法包括：确定吸收区中的定量杂质去除率；确定再生区中的定量杂质去除率；将杂质去除率与预定对照值比较；以及响应于比较步骤而调节进给到再生区的再生器原料气的流量。
在又一实施例中，该方法包括：确定从吸收区除去的载有杂质的吸附剂物流的样本的杂质负载量；将杂质负载量与预定对照值比较；以及响应于比较步骤而调节进给到再生区的再生器原料气的流量。
当需要时，可以通过多种方法中的任何一种将热量提供给流化再生区(和其中的材料)，这些方法包括：1)加入引火添加剂；2)加入补充燃料；以及3)使用干气预热系统。
一种用于在第一固体转移区中使用的示例性的J支管结构可包括：
(a)下降管，该下降管与保持容器流体连通；和
(b)转移管，该转移管与下降管流体连通以将载有杂质的吸附剂从下降管转移到流化再生区；
并且其中，在下降管和转移管之间的角度小于或等于90°。转移管的直径通常小于保持容器的直径，并且下降管可任选地包括限流器。曝气气体可被引入保持容器、下降管和转移管中的一个或多个中。
一种用于第三固体转移区的示例性的J支管结构可包括：
(a)下降管，该下降管与保持容器流体连通；和
(b)转移管，该转移管与下降管流体连通以将分离的载有杂质的吸附剂从下降管转移到流化吸收区；
并且其中，在下降管和转移管之间的角度小于或等于90°。如上所指，转移管的直径通常小于保持容器的直径，并且下降管可任选地包括限流器。曝气气体通常被引入保持容器、下降管和转移管中的一个或多个中。
在本发明的另一个方面，提供了一种用于从气体中除去杂质的流化反应器系统，该系统包括：
(a)流化吸收器，该流化吸收器适于在足以降低原料气物流的杂质含量和增加固体吸附剂物流的杂质负载量的条件下将含杂质的原料气物流与固体吸附剂物流接触；
(b)流化固体再生器，该流化固体再生器适于在足以降低载有杂质的固体吸附剂物流的杂质含量的条件下将载有杂质的固体吸附剂物流与再生气体接触；
(c)第一非机械气体密封形成固体转移装置，该固体转移装置与流化吸收器、流化固体再生器和曝气气体源流体连通，第一非机械气体密封形成固体转移装置适于且布置成接纳来自吸收器的载有杂质的固体吸附剂物流并响应于曝气气体将载有杂质的固体吸附剂物流以可控流量输送至流化再生器；和
(d)第二非机械气体密封形成固体转移装置，该固体转移装置流体连接到流化再生器和流化吸收器，并且适于接纳来自流化再生器的具有降低的杂质含量的固体吸附剂物流，并将具有降低的杂质含量的固体吸附剂物流转移到流化吸收器，而不改变具有降低的杂质含量的固体吸附剂物流的流量。
该系统还可包括第三非机械气体密封形成固体转移装置，该固体转移装置流体连接到流化吸收器的下游部分、流化吸收器的上游部分和曝气气体源，并且适于且布置成接纳来自流化吸收器的下游部分的固体物流并响应于曝气气体将固体以可控流量转移到流化吸收器的上游部分。第一和第三非机械气体密封形成固体转移装置都可包括如本文所公开的J支管。
该系统还可任选地包括一个或多个传感器，所述传感器适于且布置成测量吸收器的流出气体和再生器的流出气体的压力或测量这两种流出气体之间的压差；和控制器，该控制器连接到一个或多个传感器，该控制器被构造成接收来自一个或多个传感器的压力或压差输入测量值并将这两种流出气体之间的压差与预定压差值比较，该控制器还连接到可控阀，该可控阀适于且布置成基于从控制器接收的指令调节再生器的流出气体的压力。
更进一步地，该系统可以可任选地包括控制器，该控制器被构造成接收允许确定吸收器中的定量杂质去除率的输入，并且被构造成将杂质去除率与预定对照值比较，该控制器连接到可控阀，该可控阀适于且布置成基于从控制器接收的指令调节进给到再生器的再生气体的流量。
附图说明
在形成本发明的原始公开的一部分的附图中：
图1是代表性J支管固体流装置的示意图，该装置定位在流化吸收器和/或流化再生区之前，并且能够提供到相连的流化区的可控的固体流量；
图2是代表性环密封固体流装置的示意图，该装置用于在再生区和吸收区之间形成气体压力密封，并且用于将吸附剂物流以由再生的吸附剂物流的固体流量决定的固体流量从再生区转移到吸收区；
图3是根据本发明的用于从气体中除去杂质的双回路工艺和设备的一个实施例的示意图，其中从吸收器回收的充有杂质的固体吸附剂物流的一部分被再循环至吸收器，而充有杂质的固体吸附剂物流的另一部分被输送到再生区，并且示出了在吸收器和再生器回路或区中具有立管形式的保持区的使用，以有助于粒状固体吸附剂通过回路和在回路之间的分配和流动；
图4是根据本发明的用于从气体中除去杂质的双回路工艺和设备的另一个实施例的示意图，其中单个公共的立管用来将载有杂质的吸附剂进给到流化吸收区和流化再生区；
图5是用于从气体中除去杂质的系统和工艺的另一个实施例的示意图，其中载有杂质的吸附剂未再循环到流化吸收区；
图6是实例1中使用的双回路工艺和设备的示意图；以及
图7以曲线图示出实例2中所描述的前馈控制方案甚至在硫吸附速率显著改变时保持相对恒定的吸附剂硫负载量的能力。
具体实施方式
在下面的详细描述中，描述了本发明的优选实施例以实施本发明。虽然具体术语用于描述和说明这些优选实施例，但这些术语并非意图限制本发明的实施。此外，虽然结合优选实施例描述了本发明，但在考虑上述描述和以下详细描述的基础上，本发明的许多变型和修改对于本领域的技术人员将显而易见。
本文所用一些术语的以下定义是为了清楚起见而阐述；应当理解，这样的定义包括在内仅仅出于本申请的目的，并且将唯一地适用于本申请。
如本文所用，术语“含杂质原料气”应理解为表示包含例如硫化合物、氯化氢、砷、硒、氰化氢、汞和/或氨的一种或多种杂质的气体。在有利的实施例中，原料气为诸如合成气的还原气体，并且杂质包含至少一种硫化合物。在一个有利的方面，原料气为诸如合成气的还原气体且包含H2S和/或COS，通常这两种硫杂质处于还原形式。
如本文所用，术语“吸附剂”应理解为表示具有可流化粒度的固体颗粒材料，该材料能够通过吸附、吸收和/或化学反应机制从原料气中除去杂质。显而易见的是，“吸附剂”可包括包含不同吸附剂、其它添加剂等的粒状固体的混合物。
如本文所用，术语“流化吸收区”应理解为表示工艺物流的区域，其中活性吸附剂在充分的条件下被流化或悬浮在含杂质的原料气物流中，所述条件使得吸附剂吸收、吸附来自原料气物流的至少一种杂质或与该杂质反应，从而使吸附剂以增加的杂质含量离开吸收区，并且处理过的原料气以降低的杂质含量离开吸收区。
如本文所用，术语“流化的”或“流化”应理解为表示其中粒状固体悬浮在移动气体中的操作条件。
如本文所用，术语“流化再生区”应理解为表示工艺物流的区域，其中充有杂质的吸附剂通过在流化条件下与再生气体接触而部分地或完全地再生，所述条件足以实现从吸附剂中部分地或基本完全地除去至少一种杂质，以使得离开流化再生区的吸附剂具有相比流化吸收区降低的杂质含量。术语“再生的吸附剂”在本文中用来表示在流化再生器中处理的且具有降低的杂质含量的吸附剂，例如吸附剂物流。再生气体可包括例如氧化气体，例如氧气。氧化再生气体的实例包括基本上纯净的氧气，以及包含与其它气体组分混合的氧气的气体，例如空气。
如本文所用，术语“载有杂质的吸附剂”和“充有杂质的吸附剂”应理解为表示作为吸附剂与气体物流接触的结果而具有增加的杂质含量的吸附剂，所述气体物流包括选自下列的至少一种杂质：硫化合物、氯化氢、砷及其化合物、硒及其化合物、氰化氢和有机氰化物、和/或氨或它们的衍生物。
如本文所用，术语“杂质含量”在适用于吸附剂时应理解为表示由于与杂质接触而导致的吸附剂的内容物，就像被吸附剂保持的那样。通常，“杂质含量”在适用于吸附剂时是指衍生自杂质的化学部分或组分。除非另外指出，吸附剂和吸附剂物流的“杂质含量”的定量表达表述为按新吸附剂的重量计的重量百分比，其中新吸附剂的重量可以是计算重量，如技术人员将显而易见的。例如，在用来根据下列反应除去H2S和COS的活性金属氧化物吸附剂的情况中：
H2S+MO→H2O+MS    (II)
COS+MO→CO2+MS    (III)
其中M为存在于吸附剂中的金属，例如Zn；MO表示金属氧化物；MS表示金属硫化物，并且吸附剂重量可基于MO的重量和吸附剂中MO的含量计算，且杂质含量可基于S(而不是H2S和/或COS)的重量计算。
如本文所用，术语“固体分离器”应理解为表示用于从流体中除去固体的装置。固体分离器的实例可以是旋风分离器，该分离器使用离心力除去流体物流中的固体。其它实例包括静电除尘器、过滤器和重力沉降室。
如本文所用，术语“气提器”应理解为表示用于使用不同的气体或气体混合物从固体颗粒中置换气体或气体混合物的装置。例如，气提器可用于使用干氮、二氧化碳或任何其它合适的惰性气体从吸附剂颗粒置换合成气。
如本文所用，术语“堆密度”在适用于粒状吸附剂时应理解为表示非流化吸附剂的质量除以其体积的商。如本领域的技术人员将显而易见的，体积包括粒状固体之间的空间以及各个颗粒的孔内部的空间。
如本文所用，术语“流化密度”应理解为表示流化固体颗粒和用来流化颗粒的气体的混合物的瞬时联合密度。
如本文所用，术语“流体”应理解为表示诸如液体物流、气体物流或包括诸如吸附剂的粒状固体的气体物流的流体物流，其中粒状固体与气体物流混合以增强固体颗粒物流的流动性能。
如本文所用，术语“杂质容量”在适用于吸附剂时和“吸附剂杂质容量”应理解为表示可被吸附剂保持的“杂质含量”的最大量，其表达为按新吸附剂的重量(或新吸附剂的计算重量)计的重量百分比。
如本文所用，术语“平均粒径”是指按体积加权的吸附剂颗粒的液体分散体的平均粒度。吸附剂颗粒的平均粒径可使用诸如Malvern Mastersizer 2000TM的仪器和本领域熟知的程序通过激光衍射技术测量。
如本文所用，术语“保持容器”可以是例如立管或任何其它容器，该容器被定位成且适于积聚或储存一部分粒状固体物流，并且将其转移到相比保持区压力更高压力的区域。
如本文所用，术语“曝气气体”是指添加到粒状固体物流以改进其流动性能的气体。
术语“填充床流动”、“填充床区域”、“填充床流动区域”和“移动填充床流动”根据Wen-Chen Yang，“HANDB OOK of FLUIDIZATION andFLUID-PARTICLE SYSTEMS”，马塞尔·德克尔公司(Marcel Dekker，Inc)，2003，第21章，第571-573页中提出的定义在本文中互换使用。具体地讲，在填充床流动区域中，相对气体-固体速度(vr)小于粒状物流的空隙流化速度(vmf)。更具体地讲，相对气体-固体速度(vr)基于固体速度(vs)和固体/气体物流的空隙气体速度(vg)按照下式计算：
vr＝|vs-vg|
并且vmf被定义为移动通过固体物流的气体的压降ΔP等于粒状固体物流单位长度压降(ΔP/Lg)时的vr。更详细的解释可参照上述“HANDBOOK ofFLUIDIZATION and FLUID-PARTICLE SYSTEMS”。
除了在操作实例中之外，或者除了另外指出，本说明书和权利要求书中使用的表达成分、反应条件等的数量的所有数字应理解为在所有情况下都用术语“约”来修饰。因此，除非有相反的指示，以下说明书和所附权利要求中提及的数值参数都是可根据本发明意图获得的所需性质而变化的近似数。在最低程度上，且并非试图限制等同于权利要求的范围的原则的应用，每个数值参数都应按照有效数字的数值和普通的舍入方法来解释。
尽管阐明本发明的宽广范围的数值范围和参数是近似值，但在具体实例中阐明的数值是尽可能精确地报告的。然而，任何数值固有地包含某些误差，这些误差不可避免地源自在其相应的测试测量中存在的标准偏差。
现在转到附图，图1是示意图，示出了适于以阀门模式操作以在可控流量下转移固体的非机械气体密封形成固体转移装置或区。具体地讲，图1示出了J支管固体转移装置10，该装置适于在阀门模式下操作且流体连接和定位到流化区12的上游，流化区12可以是流化吸收器和/或流化再生区，如下文更详细讨论的。
J支管10包括下降进料管20，下降进料管20包含在移动填充床流中移动通过管20的粒状固体22的流化物流。进料管20流体连接到立管24，立管24充当收集器或保持容器并将粒状固体22的物流经由锥形限制器21输送到进料管20。进料管20流体连接和排放到向上指向的转移管28。粒状固体22的物流在移动填充床流中移动通过转移管28，并且在转移管28的排放端处输送到流化区12。进料管20以小于约90度的角度30连接到转移管，从而形成特征性的J支管形状。
曝气气体分别在一个或多个位置32a、32b、32c、32d和32e处以可控速率添加到移动通过J支管的进料管20和转移管28的粒状固体物流22。曝气气体可以是诸如氮气等的多种惰性气体中的任何一种，或者可以是具有与在流化区12中使用或处理的过程气体相同的化学组成的气体。可通过改变在位置32a-e中的一个或多个处的曝气气体的流量来控制通过J支管的粒状固体物流22的流量。具体地讲，曝气气体的流动对颗粒产生拖拽力，该拖拽力拉引粒状物流通过J支管的弯管，即角度30。由于在固体流动方向上的拖拽力随着曝气气体的流量增加而增加，增加曝气气体的流量增加了粒状物流22的流量。
粒状物流22的固体流量也可响应于在致密相保持容器或立管24和流化区12之间的相对压差的变化而改变。在致密相立管24(较高压力)和流化区12之间的相对压差的增加可导致固体流量的增加。相对压差的减小可导致固体流量的减小。然而，尽管在这样的压差等中有微小变化，但图1所示J支管阀门模式装置的设计和构造通常以主要由曝气气体物流动决定的流量提供了相对恒定的固体流动，只要这样的变化落在由J支管阀门模式装置的特定几何形状、尺寸和部件布置决定的预定参数的范围内，如技术人员将理解的。
保持容器中的吸附剂的高度34应优选地保持在足够的标高处，以提供足够的压头，从而迫使吸附剂进入流化区。保持容器可尺寸设计成保持足够的吸附剂存量，以充分应对包括杂质进料浓度变化和再生器故障在内的系统故障。
本发明也可以使用适合以阀门模式在可控流量下转移固体的操作的其它合适的非机械气体密封形成固体转移装置或区(例如，L支管结构和其它J支管结构，包括例如弯曲管、另外的水平管元件等)，只要控制固体流入流化反应系统、防止气体从一系统到另一系统的逆流和离开系统的固体的受控流动的功能全部实现。此类其它装置的实例在上述“HANDBOOK of FLUIDIZATIONand FLUID-PARTICLE SYSTEMS”中进行了讨论和阐述。通常，这样的装置的特征在于：为向下指向的进料管进料的贮存器或料斗，进料管包含在移动填充床流中移动通过进料管的粒状固体物流；流体连接的水平或向上指向的转移管；和一个或多个曝气气体供应管线，所述供应管线流体连接和布置成通过在粒状物流的流动方向上向粒状物流的至少一部分施加摩擦拖拽力而使粒状固体物流以可控流量移动通过进料管和转移管。
图2是非机械气体密封形成固体转移区的示意图，该非机械气体密封形成固体转移区被构造用于在“自动化模式”下操作，在该模式下，固体以与固体进入该区的进料速率相同的流量通过转移区。具体地讲，图2示出了环密封装置40，其包括经由下部水平支管46流体连接到垂直上流支管44的垂直下流支管42。引入下流支管42的致密相粒状固体物流流过下部水平支管46并向上通过上流支管44，并且经由料腿48排放到流化区12，流化区12有利地为如下文讨论的吸收区。料腿48以小于约90的角度α连接到垂直上流支管44。曝气气体分别在邻近上流支管44和/或下流支管42的下端部的一个或多个位置50a和50b处被引入环密封装置40。曝气气体以恒定的流量引入，该流量足以支持通过装置的平稳而稳定的固体流动。足以实现通过环密封的平稳而稳定的固体流动的曝气气体的流量可由技术人员按照本领域已知且例如在上述“HANDBOOK of FLUIDIZATION and FLUID-PARTICLE SYSTEMS”中讨论的设计和测试标准来确定。例如，在Geldart B类固体的情况中，曝气气体流量必须足以流化环密封的上流段44，以便形成平稳而稳定的流动，同时在GeldartA类固体的情况中几乎不需要或不需要向上流支管加入流化气体。
上流支管44的高度h1由料腿48的位置和角度α固定。流入下流支管42的固体物流的高度将自动地调节，以平衡使固体向上移动通过上流支管44的高度h1所需的压力。固体通过环密封的支管的垂直流动高度结合粒状固体的流体特性提供了能够将环密封的操作与在环密封40两端的压力的微小波动隔绝的压力密封，并且也防止大的压力变化破坏由环密封40的垂直支管42和44建立的压力密封。环密封40的设计，特别是高度h1可由技术人员选择，以根据本领域已知和例如在上述“HANDBOOK of FLUIDIZATION andFLUID-PARTICLE SYSTEMS”中讨论的设计和测试标准实现预定压力的密封。
如此前指出的，环密封固体转移装置40的设计和构造提供了“自动化模式”的固体转移，因为通过环密封的固体的流量自动地调节，使得固体以与进入该区的固体的进料速率相同的流量通过环密封40。具体地讲，流入下流支管42的固体物流的高度将自动地调节，以平衡使固体向上移动通过垂直上流支管44的高度h1所需的压力。因此，流入垂直下流支管42的固体物流的流量自动地建立通过垂直上流支管44的固体的相同流量，使得在这两个垂直支管之间保持压力平衡。
各种不同类型和构造的形成固体转移区的非机械气体密封是技术人员已知的，并且替换为图2所示环密封装置40。这样的装置包括例如在上述“HANDBOOK of FLUIDIZATION and FLUID-PARTICLE SYSTEMS”中讨论的密封罐、N形阀、V形阀、L形阀构造等。
图3是根据本发明的用于从气体中除去杂质的双回路工艺和设备的一个实施例的示意图。含杂质原料气经由原料气管线102被引入流化吸收器100。原料气在吸收器100中与经由J支管105引入到吸收器100的再循环的吸附剂的物流接触，并且与经由料腿管线106引入到吸收器100的再生的吸附剂的物流接触，料腿管线106又流体连接到上游环密封装置110。原料气在吸收器100中被处理，并且包括处理的原料气和载有杂质的吸附剂的流化物流经由管线112从吸收器被回收，并进料到固体分离器120。具有降低的杂质含量的处理的原料气经由管线121从固体分离器120被回收。
载有杂质的固体吸附剂从固体分离器120被回收，并且其一部分输送到立管122，同时另一部分经由料腿124输送到第二立管130。新的吸附剂可经由供给管线123添加到循环立管122。立管122中的载有杂质的吸附剂经由J支管105循环到吸收器100，而立管130中的载有杂质的吸附剂则经由第二J支管135进料到流化再生区140。J支管固体转移装置105和135分别流体连接到可控的曝气气体供给管线144和146，供给管线144和146控制通过J支管转移装置105和135的固体的进料速率。对供给到每一个J支管固体转移装置的曝气气体的控制可通过多种控制装置147中的任一个进行，控制装置147连接到分别与曝气气体进料管线144和146相关联的可控阀148和149。J支管转移装置105和135因而在如此前结合图1讨论的阀门模式下操作。
经由J支管135进料到再生区140的载有杂质的吸附剂在再生区140中与经由管线150引入到再生区的再生器原料气接触。流化的流出物流从再生区140被回收并输送到固体分离器155以分离成再生器废气，废气经由管线156被回收并输送到合适的下游清理区(未示出)。再生的固体吸附剂物流从固体分离器155被回收并输送到环密封固体转移装置110的下流支管158中，下流支管158又如上所述经由料腿106将再生的吸附剂转移到吸收器100。曝气气体供给管线160流体连接到环密封固体转移装置110的下部，以有助于通过环密封建立平稳的固体流，如此前结合图2所讨论的。
图3示出了一种用于控制在吸收器回路和再生器回路内部和之间的固体吸附剂物流的流动的有利的过程控制器170。控制器170经由控制输入171连接到差压传感器172，差压传感器172又经由取样气体管线173和174连接到再生器140的吸收器100和156的相应流出气体管线121。此外，控制器170经由控制输出176与可控阀178可操作地连接，可控阀178可操作地连接到再生器废气管线156。差压传感器172输出到控制器170、表示吸收器压力和再生器压力之间的压差的控制输入(171)。控制器170将从差压传感器172接收的压差信息与控制设定点比较，控制设定点表示用于稳定的系统操作的预定的压差范围值。如果实际压差值不同于控制设定点，则控制器170经由控制输出176发送指令到可控阀178，以用于调节阀门，从而改变再生器140中的压力，继而改变在吸收器和再生器之间的压差，其具体目的是实现在吸收器和再生器之间的所需压差范围值。
在替代实施例(未示出)中，与吸收器流出管线121可操作地相关联的第一压力传感器和与再生器流出气体管线156可操作地相关联的第二压力传感器用来收集分别表示吸收器100的流出气体管线121和再生器140的流出气体管线156内的气体压力的数据。表示吸收器100和再生器140中的压力的信号从第一和第二压力传感器发送到控制器170，控制器170接着比较这些信号以确定表示在吸收器100和再生器140之间的压差的计算压差值。以如上文讨论的相同方式，接着将计算压差与表示用于稳定的系统操作的预定压差范围值的设定点进行比较。如果计算压差值不同于控制设定点，则控制器170经由控制输出176发送指令到可控阀178，以用于调节阀门，从而改变再生器140中的压力，继而改变在吸收器和再生器之间的压差，其具体目的是建立在吸收器和再生器之间的所需压差设定点。
在一个有利实施例中，预定压差范围值包括在约1psig和约20psig之间的范围内的压差。在另一个有利实施例中，预定压差范围值包括在约2psig和约10psig之间的范围内的压差。压差范围对照值可以是单个值、一系列值或控制算法，该算法用于根据诸如下列的因素发送不同指令到可控阀178：计算压差和一个或多个预定压差设定点之间的定量差值、吸收器和/或再生器中的温度、计算压差朝向或远离一个或多个预定压差设定点移动的速率，等等，如本领域的普通技术人员将显而易见的。
技术人员还将显而易见的是，为了将吸收器和再生器之间的压差保持在预定压差范围值内而进行的压力调节可通过调节吸收器的压力而非再生器压力来进行，或者通过调节两者的压力来进行，并且压力调节可根据需要对吸收器和/或再生器气体流入管线进行。
当吸收器和再生器结合如图3所示的阀门模式和自动化模式非机械固体转移装置使用时，如结合控制器170讨论的吸收器和再生器之间的压差的控制对于控制在吸收器和再生器之间和通过吸收器和再生器的吸附剂固体流量尤其有效。然而，如技术人员将显而易见的，控制过程可以替代地与可控机械阀的显著有益效果和优点一起使用。此外，结合布置用于接纳来自再生器的再生吸附剂并将再生吸附剂进料到吸收器100的诸如环密封110的自动化模式非机械固体转移装置，在使用或不使用布置用于将再循环吸附剂进料到吸收器100的阀门模式非机械固体转移装置(即图3所示J支管105)的情况下，布置用于为再生器140进料的诸如J支管135的阀门模式非机械固体转移装置的使用可提供显著的有益效果和优点。
图3还示出了一种用于维持吸收器中的杂质去除率与再生器中的杂质去除率之间的平衡的有利的过程控制器180。控制器180经由控制输入182和184连接到与吸收器流入原料气管线102和流出的处理气体管线121相关联的杂质分析仪(未示出)。此外，控制器180经由控制输入/输出186与可控阀188可操作地连接，可控阀188可操作地连接到再生器原料气管线150。根据本发明的该方面的改进的过程控制包括前馈过程控制，其中，通过比较从杂质分析仪输入182和184馈送到控制器180的杂质含量值来计算吸收器中的杂质去除率。然后，将吸收器中的杂质去除率与可从经由控制输入/输出186接收的输入计算的再生器中的杂质去除率进行比较。替代地，计算的再生器中的杂质去除率可从表示再生器废气的杂质含量的测量值计算，该测量值经由传感器和未示出的控制连接获得。
如果计算的吸收器和再生器中的杂质去除率不同于预定范围的化学计量对照值，则控制器180经由控制输出186发送指令到可控阀188，以用于调节阀门188，从而改变到再生器的活性再生器原料气的进料速率，进而改变再生器140中的杂质去除率。
术语“活性再生器原料气”是指在再生器中存在的条件下能够与吸附剂相互作用(通常通过化学反应)以降低吸附剂的杂质负载量的再生器原料气的含量。应当指出，再生器原料气中的活性再生器原料气的含量可以改变。改变再生器原料气中的活性再生器原料气的含量将影响所实现的再生的速率和数量。例如，当吸附剂的再生通过与氧化再生气体接触而实现时，再生器原料气可以是具有固定氧含量的空气、空气和惰性气体的混合物或氧气和惰性气体的混合物。
在再生器原料气包含固定含量的活性再生器原料气(即，含有21摩尔％氧的空气)并经由管线150被引入到再生器140的情况下，根据由控制器180发送的指令对可控阀188的调节将导致管线150中的再生器原料气的流量的变化。另一方面，在经由管线150引入到再生器140的再生器原料气(即，空气和惰性气体的混合物或氧气和惰性气体的混合物)中的活性再生器原料气的含量可以改变的情况下，阀门180可通过改变引入到管线150的再生原料气中的活性再生气体的相对含量(即，百分含量、摩尔百分含量等)对进料到再生器140的活性再生器原料气的进料速率进行改变，而不改变管线150中的再生器原料气的总流量。替代地，当未对再生原料气中的活性再生气体的相对含量进行改变时，阀门180可通过改变管线150中的再生器原料气的总流量来对进料到再生器140的活性再生器原料气的进料速率进行改变。概括地说，通过改变再生器原料气中存在的活性再生器原料气的含量，或者通过增加或减小再生器原料气的流量而不改变其含量，或者通过改变经由管线150引入到再生区的再生器原料气的组成和总流量，可以改变到再生器的活性再生器原料气的进料速率。
预定范围的化学计量对照值至少部分地基于吸收器中的杂质去除率和再生器中的杂质去除率之间的物料平衡。在一些情况下，将计算预定范围的化学计量对照值以在吸收器和再生器中的杂质去除率之间保持精确的物料平衡。然而，在本发明的附加的有利实施例中，计算预定范围的化学计量对照值以提供在吸收器和再生器中的杂质去除率之间少于或多于精确的物料平衡，以便实现各种所需的过程功能，例如减小或增加吸附剂的平均杂质负载量。
具体地讲，控制器180可编程用于接收至少一个杂质负载量输入信号190，该输入信号含有直接地或间接地表示经由管线112从吸收器除去的载有杂质的吸附剂的杂质负载量的信息。杂质负载量输入信号190与预定范围吸附剂杂质负载量值进行比较，以确定是否应调节以上讨论的预定范围的化学计量对照值以提供在吸收器和再生器中的杂质去除率之间少于或多于精确的物料平衡，以便减小或增加吸附剂的平均杂质负载量。例如，如果杂质负载量输入信号190表明吸附剂具有少于所需的最小平均杂质负载量，则可以调节预定范围的化学计量对照值以增加吸附剂的杂质负载量。如果杂质负载量输入信号190表明吸附剂具有大于所需的最大平均杂质负载量，则可以调节预定范围的化学计量对照值以减小吸附剂的杂质负载量。相似地，如果杂质负载量输入信号190表明吸附剂的平均杂质负载量在预定所需范围内，但正在增加或减小，则可以根据需要调节预定范围的化学计量对照值以保持相对恒定的吸附剂的平均杂质负载量。
直接地表示吸附剂的杂质负载量的信息可包括通过分析从吸收器回收的至少一个载有杂质的吸附剂的定时样品而获得的分析信息，或通过在线分析从吸收器除去的载有杂质的吸附剂物流的全部或一部分而获得的分析信息。替代地，直接地表示吸附剂的杂质负载量的信息可通过将载有杂质的吸附剂的配合或侧线物流样品在适当的吸附条件下暴露于富集或基本上纯净的杂质气体物流而获得，所述吸附条件确保吸附剂的剩余杂质去除能力饱和，从而使从杂质气体物流中除去的杂质的量能允许计算吸附剂的剩余杂质去除能力。间接地表示吸附剂的杂质负载量的信息可包括吸收器和/或再生器中的反应条件的变化的在线测量值，该测量值与从杂质分析仪输入182和184计算的杂质去除率信息结合可用来确定吸附剂的杂质去除能力是否等于最高能力或接近最高能力。再生器废气的杂质含量的测量值和/或再生器中的反应条件的变化的测量值也可用来提供间接地表示吸附剂的杂质负载量的信息。
图4是用于从气体中除去杂质的系统和工艺的另一个实施例的示意图，其中单个公共的立管200用来将载有杂质的吸附剂进给到流化吸收区和流化再生区两者。结合图3讨论的各种控制器、阀门等有利地包括在图4的系统和工艺中，但未具体示出。
图5是类似于图3和4的工艺和系统的用于从气体中除去杂质的系统和工艺的另一个实施例的示意图，其中从吸收器回收的载有杂质的吸附剂未被再循环到流化吸收区。相反，如图5所示，从吸收器回收的所有载有杂质的吸附剂被输送到单个立管300，然后经由J支管135转移到流化再生器140。结合图3讨论的各种控制器、阀门等有利地包括在图4的系统和工艺中，但未具体示出。
如此前所指，在各种有利的实施例中，本发明的工艺、系统和设备可用来从原料气中除去各种杂质中的任一种，包括硫化合物、氯化氢、砷、硒、氰化氢和/或氨。然而，目前认为当用于降低还原气体中的至少一种硫杂质的含量时，本发明尤其有利。有利地，本发明可用来从含碳源的还原气体中还原包括H2S和/或COS的至少一种硫杂质。
本发明可用于多种原料气，包括多种合成气组合物，其具有从约100至约40,000ppmv、有利地从约1000至约15,000ppmv的范围内的硫杂质含量，或者在替代的有利实施例中，从约5000至约10,000ppmv的范围内的硫杂质含量。本发明的工艺和设备可应用于各种硫污染的原料气物流，以实现在离开吸收器的净化的处理的气体物流中100ppmv或以下、有利地50ppmv或以下的硫杂质含量。在需要时，本发明可用来将硫杂质含量从超出5000ppmv的初始含量降低至约30ppmv或以下、如约20ppmv或以下、或10ppmv或以下的最终含量。
在本发明的有利实施例中，流化吸收区保持在约600℉和约1200℉之间的范围内的温度和在约大气压和约1200psig之间的压力，并且再生区保持在约900℉至约1450℉之间的范围内的温度和与吸收器大约相同的压力。本发明的另一个有利实施例，流化吸收区保持在约700℉和约1000℉之间的范围内的温度和在约100psig和约1200psig(例如，在约200psig和约1000psig)之间的压力，并且再生区保持在约1200℉和约1450℉之间的范围内的温度和与吸收器压力相同或大约相同的压力。
在一个实施例中，含杂质原料气被引入流化吸收区的基部，如图3-5所示，在这里与吸附剂混合。含杂质的原料气物流的表观速度可保持在最小流化点以上(取决于操作压力和温度)，并且通常在从2至5ft/sec(0.6至1.5m/sec)的范围内，但可以选择其它合适的速度。
在本发明的一个实施例中，含杂质原料气可与活性金属氧化物吸附剂混合。与含杂质原料气在流化吸收区中接触的吸附剂可包括选自下列的一种或多种活性金属氧化物：氧化铁、氧化锌、铁酸锌、钛酸锌、铁酸铜、氧化铜、氧化钒、以及它们的混合物。理想的包含吸附剂组合物的活性金属氧化物和用于除去硫的工艺在2005年10月4日公布的授予Gangwal等人的美国专利No.6,951,635B2、2001年10月23日公布的授予Turk等人的美国专利No.6,306,793B1、1999年10月26日公布的授予Gupta的美国专利No.5,972,835、1999年6月22日公布的授予Turk等人的美国专利No.5,914,288、以及1988年2月3日公布的授予Gupta等人的美国专利No.5,714,431中有所公开。
在另一个实施例中，在吸附剂在流化吸收区中与含杂质原料气接触之前，吸附剂的堆密度可在从60至110lb/ft3(0.96至1.76g/cm3)的范围内，并且可具有从50至140微米的平均粒径。
在又一个实施例中，并且依赖于诸如入口杂质浓度和流化吸收区的温度的其它过程参数，流化吸收区可以可任选地具有后混合区，以增加总气体-固体接触时间。如果不希望长的接触时间，则流化吸收区可以是飞流的。再生的吸附剂从再生器系统返回流化吸收区，在这里，再生的吸附剂有助于从气体中除去杂质，并将热量从吸附剂转移到净化的气体，从而提高整个系统的热效率。在流化吸收区中的合适的停留时间在从3至25秒的范围内，并且在另一个实施例中从3至10秒的范围内。
在本发明的一个实施例中，在稳态条件下，离开吸收器的载有杂质的吸附剂的平均杂质含量在吸附剂杂质容量的10％至90％，例如从吸附剂杂质容量的30至75％的范围内。
当原料气物流包括砷时，载有的吸附剂的砷含量以与已接触吸附剂的气体的量成比例的速率增加。在其离开流化吸收区时，载有砷的吸附剂的例如砷含量可以为至少0-3000ppm。
当原料气物流包括硒时，载有的吸附剂的硒含量以与已接触吸附剂的气体的量成比例的速率增加。在其离开流化吸收区时，载有硒的吸附剂的例如硒含量可以为至少0-500ppm。
在回收利用吸附剂之前，和/或在吸附剂在再生器中处理之前，从吸收器回收的载有杂质的吸附剂可被处理，以促进所保持的原料气的去除。因此，在本发明的一个实施例中，例如，从图3的固体分离器120回收的吸附剂可通过气提器。气提器使用与吸附剂流逆流流动的诸如氮气、蒸汽、二氧化碳等的惰性气体来置换来自吸附剂颗粒之间的空隙空间的合成气，从而最小化到流化再生区的气体损耗。
在本发明的至少一个实施例中，吸收器系统包括可选的保持容器，例如立管(如图3的立管122和130)，该保持容器充当吸附剂库存的主保持器，并且通常将在致密相模式下操作。例如，分离的载有杂质的吸附剂在保持容器中的有效密度大于或等于50lb/ft3(0.80g/cm3)。分离的载有杂质的吸附剂的大部分(例如部分地金属硫化的吸附剂)继续到可选的保持容器的底部，在这里返回流化吸收区。
在一个实施例中，具有降低的杂质含量的处理的原料气(吸收器废气)经由诸如旋风分离器的固体分离器离开吸收器的顶部。在离开固体分离器之后，吸收器废气也可通过过滤器，以除去未被固体分离器捕集的任何细小固体颗粒。合格的过滤介质必须能够经受吸收器废气的高温和潜在腐蚀性质。具体地，DynalloyTM D215-160显示为用于源自包含硫和砷杂质的合成气的吸收器废气的合格过滤介质。合格的过滤介质可以对于不同的原料气和废气物流而不同，并且可以通过各种测试方法识别，例如，通过将各种过滤介质的样品(或试样块)在实际过程条件下在模拟过滤介质的使用或长期使用温度和压力下暴露于模拟废气组合物，然后测试，以识别样品的物理性质、组成和/或结晶结构等的任何所导致的变化。
由过滤器捕集的固体被转移到单独的压力容器(闭锁料斗)，该压力容器可与过滤器隔离，而不影响过滤器操作或气体流动。一旦隔离，闭锁料斗压力降低到安全水平，并且将固体排放。一旦排放完成，闭锁料斗就密封和用气体(惰性气体或过程气体)加压，然后向后打开至过滤器。
含杂质原料气可包含或不包含水蒸汽。通过使用原料气热交换器，流化吸收区的温度可控制在600和1200℉之间，例如在从700至1000℉的范围内。含杂质原料气的压力可通过使用例如节流控制阀控制在大气压和1200psig之间，节流控制阀位于流出气体流体通道中，通常在过滤器或洗涤器的下游。通过调节来自可选的保持容器的吸附剂流和/或过程气体流，流化吸收区中的有效吸附剂密度可在从5至50lb/ft3(0.08至0.80g/cm3)的范围内。
实现杂质去除的合适的密度可依赖于：1)进气杂质浓度；2)诸如金属氧化物吸附剂的吸附剂上的杂质浓度；3)流化吸收区的温度；以及4)水蒸汽含量。诸如氮气、蒸汽或二氧化碳的惰性气体可用来帮助实现固体输送所需的速度和/或帮助部分地流化诸如立管的保持容器中的吸附剂。
通过将一部分载有杂质的吸附剂或替代地所有载有杂质的吸附剂从吸收器系统转移到回收金属氧化物的再生器系统，可以控制吸附剂的平均杂质含量。输送到流化再生区的载有杂质的吸附剂可以在再生之前进入可选的保持容器。如果出现这种情况，则载有杂质的吸附剂可以在保持容器中保持致密相模式。在保持容器中的输送的载有杂质的吸附剂的密度大于或等于50lb/ft3。然后，载有杂质的吸附剂进料到流化再生区中。
如本文所公开的，定位在流化吸收区和/或流化再生区之前的图1所示J支管的下降管可包括例如选自圆锥或偏心渐缩管和带有至少一个固定孔口的平坦板或盘的限流器。可以采用其它合适的J支管结构。这样的J支管结构应控制从例如致密相保持容器转移到稀释相流化区中的流体材料的流量。
J支管的转移管(例如图1所示)可定位在流化吸收区和/或流化再生区之前。转移管的直径等于或小于保持容器的直径。转移管将材料从下降管转移到气体-固体流化区。转移管可利用例如大于90°的流向的变化，使得形成固体材料的密封或圈闭，以防止通过J支管的气体倒流。由转移管获得的高度可以例如基于材料密度和系统两侧的相对压力来设计，使得该高度足以经受任何过程故障而不排空固体。
输送的载有杂质的吸附剂在流化再生区中与再生器气体接触。当需要氧化再生时，空气可以进入流化再生区以提供用于再生反应的氧，并提供在操作条件的标称范围内的足够的流化速度。为了提供更大的操作范围，可以将惰性气体(包括例如氮气、蒸汽和二氧化碳)和氧气混合以形成从2％至50％的氧气混合物。氧的量可以被控制，使得在流化再生区中从吸附剂除去的杂质的速率等于在流化吸收区中沉积到吸附剂上的杂质的速率。在再生器废气中的氧的浓度优选地维持在非常低的水平，并且可以定期或连续地测量和与预定设定点比较，以提供正确化学计量的过程控制指示器。
流化再生区中的流化条件可以例如保持，以提供热吸附剂与进入流化再生区的更冷的吸附剂的充分的返混，以便将流化区中的温度保持在从900℉至1450℉，例如从1200至1450℉的范围内。这些操作温度窗口确保操作条件最小化在根据以下反应的氧化再生期间硫酸盐的形成：
Figure BPA00001563832500261
Figure BPA00001563832500262
其中M为存在于吸附剂中的金属，例如Zn；MO表示金属氧化物；MS表示金属硫化物；并且MSO4表示金属硫酸盐。
再生器温度可以通过下列任一项的组合保持：1)调节来自第二保持容器的更冷的吸附剂的进料以与流化再生区中更热的吸附剂混合；2)在进入流化再生区之前通过加热器调节吸附剂的温度；3)诸如合成气、天然气、丙烷、柴油或其它易燃材料的补充燃料的共同燃烧，易燃材料的流动可被充分控制并且将在正常再生器条件下燃烧；以及4)在进入流化再生区之前调节氧化气体的温度。
为了有助于保持再生器中合适的反应温度，可以将流化再生区中的载有杂质的吸附剂的密度调节至在从5至60lb/ft3，例如从10至40lb/ft3(0.16至0.64g/cm3)的范围内的密度，并且可以将再生器的反应器部分设计成实现在返混模式下的操作。在流化再生区中的合格的停留时间可以在从3至25秒，例如从3至10秒的范围内。
在离开再生器返混区之后，再生的吸附剂物流的表观速度可通过减小提升管的横截面积和/或通过加入惰性气体到吸附剂物流中来增加。增加的气体速度将诸如再生的金属氧化物吸附剂的再生的吸附剂从流化再生区朝固体分离器向上输送。在进入固体分离器之前，可以再次改变气体速度，以便在固体分离器中提供改善的分离。例如，气体速度可进一步增加，以便在旋风分离器中进行更好的分离。
在本发明的一个实施例中，固体分离器可以是旋风分离器，其中大部分再生的吸附剂从再生器废气中被分离。例如，可以从再生器废气中分离90％至99％的再生的吸附剂。
再生器废气离开诸如旋风分离器的固体分离器的顶部。在离开旋风分离器之后，再生器废气也可穿过过滤器，以除去未被旋风分离器捕集的任何细小的固体颗粒。合格的过滤介质必须能够经受再生器废气的高温和潜在腐蚀性质。具体地，Alloy 59(也称为Alloy HR或DIN No.2.4605)或DynalloyTM D215-160表现为用于在下面阐述的工作实例中描述的本发明的实施例的合适的过滤介质。对于可以在吸收器下游用于固体分离的合格的过滤介质，此前讨论的合格的过滤介质可以根据吸附剂组成、杂质组成、杂质负载量、再生气体组成和/或再生区中或之后的特定温度和压力条件而不同。合格的过滤介质可通过此前结合吸收器下游使用的过滤介质讨论的各种测试方法识别。
由过滤器捕集的固体被转移到单独的压力容器(闭锁料斗)，该压力容器可与过滤器隔离，而不影响过滤器操作或气体流动。一旦隔离，闭锁料斗压力降低到安全水平，并且将固体排放。一旦排放完成，闭锁料斗就密封和用气体(惰性气体或过程气体)加压，然后向后打开至过滤器。
再生器系统的压力可通过在颗粒过滤器下游的再生器废气流体通道中使用节流阀来控制。根据氧气进料的浓度，再生器废气物流中的二氧化硫水平在从1至33体积％的范围内。
再生的吸附剂离开固体分离器的底部并可任选地通过气提器。气提器使用与吸附剂流逆流流动的诸如氮气、蒸汽和二氧化碳的惰性气体来置换来自吸附剂颗粒的再生器废气，从而最小化转移到吸收器的二氧化硫。
在原料气包括固体颗粒的情况中，在本发明内的粒度分布可以通过使原料气通过固体分离器来有效保持，其具有与在吸收器和再生器系统中使用的类似的效率。原料气中存在的颗粒物将或者被预处理分离器除去，或者通过系统而不积聚。
在诸如取样管线和加料管线的具有不频繁的间歇吸附剂流的通道上，如果允许蒸汽在停滞的吸附剂周围冷凝，则会形成堵塞物。通过充分的伴热、保温和/或诸如惰性气体或干燥合成气的干气吹扫的组合来防止水冷凝，可以防止这些堵塞物。
可以在例如设计中加入充分的措施，以允许在处于操作条件下的同时对吸附剂加料和排料，类似于流化催化裂化(FCC)系统。这些系统可以设计成根据本文所进行的公开在超出1200psig的压力下操作。
在吸附剂加料之前，可以例如用干燥的惰性气体吹扫系统中可冷凝的气体。在形成合适的曝气和输送气体流之后，将吸附剂加入系统并循环。固体循环有助于确保均匀的热分布。然后，可以在引入过程气体之前将系统加热至大于过程气体的露点的温度。预热系统也使由于热冲击或露点腐蚀而导致的设备损坏的可能性最小化。实现该目的的至少一种方法整合了起动加热器、再循环压缩机和诸如氮气的干燥惰性气体的使用。单个这样的系统的使用将允许吸收器和再生器被同时预热。
一旦系统被预热，即可将含杂质的气体引入到吸收器中。利用此前描述的干燥惰性气体系统在再生器中保持循环，直到足量的杂质已被装载到吸附剂上以引发再生反应。
流化再生区中1000℉的最低初始再生反应温度可通过下列方法中的至少一种获得：1)加入引火的添加剂，例如硫化铁或类似材料，该添加剂在暴露于氧时将自燃并且具有足够燃烧热量，以将流化再生区的温度升高至足以支持再生反应的高度；2)加入补充燃料，例如合成气、天然气、丙烷、柴油或其它易燃材料，该易燃材料的流动可被充分控制并且将在正常再生器条件下燃烧；以及3)用充分设计的起动加热器连续应用于干气预热系统。当采用补充燃料时，燃料可以直接添加到流化再生器，或者可以在进入流化再生区之前与氧气混合并燃烧。在任一种情况下，热的燃烧气体都用来将流化再生区的温度升高至再生反应所需的最低温度。一旦达到该温度，即可停止补充燃料的流动或根据需要按比例减少，以有助于将流化再生器反应区保持在最低反应温度以上。本领域的技术人员将会理解用于实现流化再生区中的最低反应温度的其它方法和技术。
为了使吸附剂凝聚的可能性最小化，可以用干燥惰性气体从系统吹走可冷凝的蒸汽。这种吹扫可以在系统冷却过程中进行。上述起动循环系统也设计成允许在吹扫可冷凝物的同时对系统的受控冷却。
下面的实例旨在以非限制性方式举例说明本发明。术语“标准”在所有这些实例中用来提供70℉(21℃)和大气压的基准条件，以形成气体体积和气体体积流量。
实例
实例1
硫的去除
图6示意性地示出的双回路脱硫中试装置系统被用于该实验。在吸收器中使用氧化锌基吸附剂。双回路中试装置系统中不同部件的具体尺寸在表1中给出。用双回路设备进行的实验汇总在表2中。这些数据为每个实验的平均值。该系统成功增加了使再生反应速率与吸收反应速率匹配的能力，因而保持在氧化锌基吸附剂上一致的硫浓度和在离开吸收器旋风分离器的脱硫合成气中较低的硫含量。
表1双回路部件的尺寸
Figure BPA00001563832500291
Figure BPA00001563832500301
表2汇总的实验用来改变用于吸收器反应器回路的过程条件(如温度、压力、停留时间等)，以便了解通过硫去除衡量的吸收器性能与过程变量之间的关系。
表2脱硫性能
Figure BPA00001563832500311
Figure BPA00001563832500321
挥发性金属的去除
进行特殊取样以确定常存在于煤衍生合成气中的挥发性金属的结果，挥发性金属具体地为砷(As)、镉(Cd)、汞(Hg)和硒(Se)。为进行这些实验，将进料合成气和脱硫合成气的滑流定量供应入一系列“捕集器”，设计用于从合成气中除去挥发性金属。然后，在现场外分析“捕集器”的金属含量。使用了如下所述的三种不同的捕集方法(捕集器)：
木炭吸附法
取样系列由三(3)个吸附剂取样管组成，每个取样管包含1.0克的酸洗椰壳木炭，串联放置。在2小时的时间内，将来自每个位置的气体以0.5标准升/分钟的速率进给到取样管，得到60标准升的样品总体积。
一氯化碘撞击器法
取样系列由三(3)个撞击器组成，每个撞击器包含在冰醋酸中制备的100ml16％一氯化碘溶液。在2小时的时间内，将来自每个位置的气体以14.2标准升/分钟(0.5scfm)的速率进给到取样管，得到852标准升(60scf)的样品总体积。
高锰酸钾撞击器法
取样系列包括用于除去H2S的包含20％氢氧化钠溶液的初始撞击器，随后为用于捕集汞的包含100ml 4％高锰酸钾的10％硫酸溶液的撞击器。以8.5标准升/分钟(0.3scfm)的速率对进料合成气进行90分钟的取样，以得到765标准升(27scf)的样品总体积。以14.2标准升/分钟(0.5scfm)的速率对脱硫合成气进行2小时的取样，以得到1,704标准升(60scf)的样品总体积。
在3天的时间内，共进行5次上述取样。测试结果汇总在表3中。过程条件对于五个取样期保持相对恒定且如下所示：
吸收器温度：895℉
吸收器压力：450psig
合成气进料速率，样品1：7,160scfh
样品2-5：4,993scfh
再生器温度：1,303℉
如从这些数据可见，图6所示设备也除去存在于合成气中的约92％的砷和97％以上的硒。汞数据对于木炭法和高锰酸盐法均为不确定的。
表3挥发性金属的去除
Figure BPA00001563832500341
除了上述气体分析之外，从双回路反应器系统中定期取出ZnO吸附剂的样品。分析这些样品的砷和硒含量。这些数据在表4中给出。如从数据中可见，当总运行时间增加时，砷和硒含量增加。
表4ZnO吸附剂上的砷和硒含量
Figure BPA00001563832500342
在运行1,500小时之后，也对从反应器系统中取出的ZnO吸附剂样品进行硫酸盐分析。经发现，未暴露的吸附剂样品具有作为硫酸根的＜0.1％的硫。经发现，运行1,500小时之后采集的样品也具有作为硫酸根的＜0.1％的硫。因此，在运行1,500小时之后的硫酸盐浓度与未暴露的吸附剂样品基本相同，这表明硫酸盐形成并未发生。
实例2
该实例示出了一种过程控制，其中使用硫吸附速率来预测在基本上如图3所示的系统中的吸收区和再生区中保持平衡的硫去除率所需的空气量。下式被编程到控制系统中：
所需空气量＝αX吸附速率(磅硫/小时)
其中
α＝a1 X a2 X a3 X a4；
a1＝反应I中每摩尔硫所需的化学计量氧(1.5摩尔氧/摩尔硫)；
a2＝理想气体在标准条件下的摩尔体积(359立方英尺/磅摩尔)；
a2＝硫的摩尔重量(32磅/磅摩尔)；以及
a4＝空气中氧的浓度(0.21摩尔氧/摩尔空气)。
然后，使用计算的空气要求作为空气流量控制器的远程设定点。然后，允许操作者添加在-100和+100scfh之间的偏差以允许任何测量不准确情况。图7提供了一个实例，该实例显示，即使在由对合成气进料速率的有意改变引起的硫吸附速率显著变化期间，前馈控制方案也能够很好地保持相对恒定的吸附剂硫负载量。在图7中，“吸附的硫”是指从合成气中除去并装载到吸收器中的吸附剂的硫的计算量。“ROG硫”是指在再生期间从吸附剂释放且在再生废气中除去的硫的计算量。“吸收器负载量”是指由从吸收器立管除去的样品决定的吸附剂上的硫负载量。“再生器负载量”是指由从再生器立管除去的样品决定的吸附剂上的硫负载量。“清洁合成气中的硫”是指在来自吸收器的流出合成气中存在的总(H2S和COS)。

Claims (59)

1.一种用于从气体中除去杂质的方法，所述方法包括：
(a)在足以降低原料气物流的杂质含量和增加固体吸附剂物流的杂质负载量的条件下，将含杂质的所述原料气物流在流化吸收区中与所述固体吸附剂物流接触；
(b)从所述吸收区除去载有杂质的固体吸附剂物流，并且将所述载有杂质的固体吸附剂物流的至少一部分输送到第一非机械气体密封形成固体转移区，所述第一固体转移区流体连接到流化固体再生区且适于响应于曝气气体通过所述转移区的流动将固体以可控流量转移到所述流化再生区；
(c)将所述载有杂质的固体吸附剂物流从所述第一固体转移区转移到所述流化固体再生区，并且将所述载有杂质的固体吸附剂物流与再生器原料气在所述流化固体再生区中接触，从而降低所述载有杂质的固体吸附剂物流的所述杂质含量；
(d)将具有降低的杂质含量的所述固体吸附剂物流从所述流化再生区转移到第二非机械气体密封形成固体转移区，所述第二固体转移区流体连接到所述再生区和所述吸收区，并且适于将具有降低的杂质含量的所述固体吸附剂物流以与具有减少的杂质的所述固体吸附剂物流进入所述第二固体转移区的所述流量相同的流量转移到所述吸收区；以及
(e)从所述吸收区回收净化的气体物流。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
将从所述流化吸收区除去的所述载有杂质的固体吸附剂物流的至少一部分输送至第三非机械气体密封形成固体转移区，所述第三固体转移区流体连接用于接纳来自所述流化吸收区的下游部分的固体物流并用于将固体物流输送到所述流化吸收区的上游部分，所述第三固体转移区适于响应于通过所述转移区的曝气气体的流动将固体以可控流量转移到所述流化吸收区；以及
将所述载有杂质的固体吸附剂物流从所述第三固体转移区转移到所述流化吸收区的所述上游部分，用于与所述含杂质原料气物流接触。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
测量所述吸收区和再生区的压力；
确定所述区之间的压差；
将所述压差与至少一个预定压差值比较；以及
响应于所述测量步骤调节在所述吸收区和再生区中的至少一个区中的所述压力。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：
测量所述吸收区和再生区的压力；
确定所述区之间的压差；
将所述压差与至少一个预定压差值比较；以及
响应于所述测量步骤调节在所述吸收区和再生区中的至少一个区中的所述压力。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述预定压差值包括在约1psig和约20psig之间的范围内的压差。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述预定压差值包括在约2psig和约10psig之间的范围内的压差。
7.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述调节步骤包括调节所述再生区的所述压力。
8.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述调节步骤包括调节离开所述再生区的充有杂质的气体的所述压力。
9.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其特征在于，还包括：
确定所述吸收区中的定量杂质去除率；
将所述杂质去除率与预定对照值比较；以及
响应于所述比较步骤调节进料到所述再生区的所述再生器原料气的所述流量。
10.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其特征在于，还包括：
确定所述吸收区中的定量杂质去除率；
确定所述再生区中的定量杂质去除率；
将所述杂质去除率与预定对照值比较；以及
响应于所述比较步骤调节进料到所述再生区的所述再生器原料气的所述流量。
11.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其特征在于，还包括：
确定从所述吸收区除去的所述载有杂质的吸附剂物流的样品的杂质负载量；
将所述杂质负载量与预定对照值比较；以及
响应于所述比较步骤调节进料到所述再生区的再生器原料气的所述流量。
12.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其特征在于，所述第一固体转移区包括J支管。
13.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其特征在于，所述第二固体转移区包括环密封。
14.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其特征在于，所述载有杂质的吸附剂物流在所述流化再生区中与氧接触。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述载有杂质的吸附剂物流在所述流化再生区中与氧和至少一种惰性气体的混合物接触。
16.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其特征在于，旋风分离器将所述载有杂质的吸附剂物流和从所述吸收区除去的所述净化的气体分离。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，离开所述旋风分离器的所述载有杂质的吸附剂物流通过气提器。
18.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其特征在于，所述流化吸收区的所述温度在从600至1200℉的范围内。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述流化吸收区的所述温度在从700至1000℉的范围内。
20.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其特征在于，所述含杂质原料气的所述压力在从100至1200psig的范围内。
21.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其特征在于，所述杂质包含选自硫化合物、砷及其化合物和硒及其化合物中的至少一种材料。
22.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其特征在于，所述固体吸附剂物流包含选自氧化铁、氧化锌、铁酸锌、铁酸铜、氧化铜、氧化钒、或它们的混合物的至少一种活性金属氧化物。
23.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其特征在于，所述固体吸附剂物流具有从50至140微米的平均粒径。
24.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其特征在于，所述含杂质的原料气物流在所述流化吸收区中与所述固体吸附剂物流接触约3至约25秒的停留时间。
25.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，在所述流化吸收区中的所述停留时间在从3至10秒的范围内。
26.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其特征在于，所述载有杂质的固体吸附剂物流在所述流化固体再生区中与所述再生器原料气接触从约3至约25秒的停留时间。
27.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其特征在于，离开所述吸收区的所述载有杂质的吸附剂的所述杂质含量在所述吸附剂的杂质吸附能力的10％至90％的范围内。
28.根据权利要求27所述的方法，其特征在于，所述杂质含量在所述吸附剂的所述杂质吸附能力的30％至75％的范围内。
29.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其特征在于，离开所述吸收区的所述载有杂质的吸附剂的砷含量在0至3000ppm的范围内。
30.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其特征在于，从所述流化吸收区回收的所述净化气体物流具有小于或等于50ppm的硫含量。
31.根据权利要求30所述的方法，其特征在于，所述净化气体物流具有小于或等于20ppm的硫含量。
32.根据权利要求31所述的方法，其特征在于，所述净化气体物流具有小于或等于10ppm的硫含量。
33.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其特征在于，所述流化再生区的所述温度在从900至1450℉的范围内。
34.根据权利要求33所述的方法，其特征在于，所述流化再生区的所述温度在从1200至1450℉的范围内。
35.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其特征在于，还包括通过下列方法中的至少一种加热所述流化再生区：1)加入引火添加剂；2)加入补充燃料；以及3)使用干气预热系统。
36.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其特征在于，所述第一固体转移区包括J支管。
37.根据权利要求36所述的方法，其特征在于，所述第一固体转移区包括：
(a)下降管，所述下降管与保持容器流体连通；和
(b)转移管，所述转移管与所述下降管流体连通以将所述载有杂质的吸附剂从所述下降管转移到所述流化再生区；
并且其中，在所述下降管和所述转移管之间的角度小于或等于90°。
38.根据权利要求37所述的方法，其特征在于，所述转移管的直径小于所述保持容器的直径。
39.根据权利要求38所述的方法，其特征在于，所述下降管包括限流器。
40.根据权利要求37所述的方法，其特征在于，曝气气体被引入所述保持容器、所述下降管和所述转移管中的一个或多个。
41.根据权利要求2或4所述的方法，其特征在于，所述第三固体转移区包括J支管。
42.根据权利要求41所述的方法，其特征在于，所述第三固体转移区包括：
(a)下降管，所述下降管与保持容器流体连通；和
(b)转移管，所述转移管与所述下降管流体连通以将所述分离的载有杂质的吸附剂从所述下降管转移到所述流化吸收区；
并且其中，在所述下降管和所述转移管之间的角度小于或等于90°。
43.根据权利要求42所述的方法，其特征在于，所述转移管的直径小于所述保持容器的直径。
44.根据权利要求43所述的方法，其特征在于，所述下降管包括限流器。
45.根据权利要求42所述的方法，其特征在于，曝气气体被引入所述保持容器、所述下降管和所述转移管中的一个或多个。
46.一种用于从气体中除去杂质的流化反应器系统，包括：
(a)流化吸收器，所述流化吸收器适于在足以降低原料气物流的杂质含量和增加固体吸附剂物流的杂质负载量的条件下将含杂质的所述原料气物流与所述固体吸附剂物流接触；
(b)流化固体再生器，所述流化固体再生器适于在足以降低载有杂质的所述固体吸附剂物流的所述杂质含量的条件下将所述载有杂质的固体吸附剂物流与再生气体接触；
(c)第一非机械气体密封形成固体转移装置，所述第一非机械气体密封形成固体转移装置与所述流化吸收器、所述流化固体再生器和曝气气体源流体连通，所述第一非机械气体密封形成固体转移装置适于且布置成接纳来自所述吸收器的载有杂质的固体吸附剂物流并响应于所述曝气气体将所述载有杂质的固体吸附剂物流以可控流量输送至所述流化再生器；和
(d)第二非机械气体密封形成固体转移装置，所述第二非机械气体密封形成固体转移装置流体连接到所述流化再生器和所述流化吸收器，并且适于接纳来自所述流化再生器的具有降低的杂质含量的固体吸附剂物流，并将具有降低的杂质含量的所述固体吸附剂物流转移到所述流化吸收器，而不改变具有降低的杂质含量的所述固体吸附剂物流的所述流量。
47.根据权利要求46所述的系统，其特征在于，还包括：
第三非机械气体密封形成固体转移装置，所述第三非机械气体密封形成固体转移装置流体连接到所述流化吸收器的下游部分、所述流化吸收器的上游部分和曝气气体源，并且适于且布置成接纳来自所述流化吸收器的所述下游部分的固体物流并响应于所述曝气气体将固体以可控流量转移到所述流化吸收器的所述上游部分。
48.根据权利要求47所述的系统，其特征在于，所述第三非机械气体密封形成固体转移装置包括J支管。
49.根据权利要求48所述的系统，其特征在于，所述第三非机械气体密封形成固体转移装置包括：
(a)下降管，所述下降管与保持容器流体连通；和
(b)转移管，所述转移管与所述下降管流体连通以将所述载有杂质的吸附剂从所述下降管转移到所述流化吸收器；
并且其中，在所述下降管和所述转移管之间的角度小于或等于90°。
50.根据权利要求46所述的系统，其特征在于，所述第一非机械气体密封形成固体转移装置包括J支管。
51.根据权利要求50所述的系统，其特征在于，所述第一非机械气体密封形成固体转移装置包括：
(a)下降管，所述下降管与保持容器流体连通；和
(b)转移管，所述转移管与所述下降管流体连通以将所述载有杂质的吸附剂从所述下降管转移到所述流化再生器；
并且其中，在所述下降管和所述转移管之间的角度小于或等于90°。
52.根据权利要求49或51所述的系统，其特征在于，所述转移管的直径小于所述保持容器的直径。
53.根据权利要求52所述的系统，其特征在于，所述下降管包括限流器。
54.根据权利要求49或51所述的系统，其特征在于，所述保持容器、所述下降管和所述转移管中的至少一个被构造成接纳所述曝气气体。
55.根据权利要求46所述的系统，其特征在于，所述第二非机械气体密封形成固体转移装置包括环密封。
56.根据权利要求46所述的系统，其特征在于，还包括：
一个或多个传感器，所述一个或多个传感器适于且布置成测量所述吸收器的流出气体和所述再生器的流出气体的压力，或者测量在所述两种流出气体之间的压差；
控制器，所述控制器连接到所述一个或多个传感器，所述控制器被构造成接纳来自所述一个或多个传感器的压力或压差输入测量值，并且将所述两种流出气体之间的所述压差与预定压差值比较，所述控制器也连接到可控阀，所述可控阀适于且布置成基于从所述控制器接收的指令调节所述再生器的所述流出气体的压力。
57.根据权利要求46所述的系统，其特征在于，还包括：
控制器，所述控制器被构造成接收允许确定所述吸收器中的定量杂质去除率的输入，并且被构造成将所述杂质去除率与预定对照值比较，所述控制器连接到可控阀，所述可控阀适于且布置成基于从所述控制器接收的指令调节进给到所述再生器的所述再生气体的所述流量。
58.根据权利要求46所述的系统，其特征在于，还包括旋风分离器，所述旋风分离器适于且布置成将来自所述吸收器的流出物分离成载有杂质的吸附剂物流和净化气体。
59.根据权利要求58所述的系统，其特征在于，还包括气提器，所述气提器适于且布置成接纳离开所述旋风分离器的所述载有杂质的吸附剂物流。
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