CN103906558B - Claus方法中可回收硫的含硫可燃排出物的分级燃烧 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种有利且有效地处理含硫可燃性排出流同时以单质形式回收硫的方法。该方法尤其包括下述连续的两个步骤：用过量的氧化剂气体燃烧含硫可燃性排出流的步骤，用酸性气体处理来自燃烧步骤的排出物的燃烧后步骤。在Claus装置中处理不含对Claus催化剂的功效有害的化合物的燃烧后步骤排出物的流，其中进行以单质形式回收硫。

Description

CLAUS方法中可回收硫的含硫可燃排出物的分级燃烧

技术领域

本发明属于石油勘探和生产领域。其涉及处理含硫可燃性排出物的方法。

现有技术

在石油和气体生产领域，酸性气体的治理是一个经常性的问题。酸性气体是富含硫化氢(H₂S)和/或二氧化碳(CO₂)和/或其它含硫化合物的气体。这些气体通常与液态或气态天然烃类有关，是在炼油厂和天然气厂中由这些烃类脱硫而获得的。为了制备作为可燃物(酒精、燃料、民用气和工业用气等)消耗的清洁烃类，该酸性气体抽提处理是必要的。

烃类气体中存在H₂S引起构成石油产品回收和储存装置的材料腐蚀。因此，必需使用有效抗腐蚀且非常昂贵的材料。

H₂S排放也引起环境问题和石油开采位置出现的人员的健康问题，因为其是致死性有毒产物。释放到大气中的H₂S的量受标准的限制。如果油井产生比标准所许可的更多的酸性气体，则必须在开采井的顶部设置清除和/或处理装置。

用于处理酸性气体的一种已知技术方案是Claus法。Claus法经由下面的总化学反应使从含H₂S的排出物中回收单质形式S的硫成为可能：

2H₂S+O₂→2S+2H₂O。

在图1中示意性地表示了标准Claus装置。Claus装置1首先包括被称为反应炉(oven)的炉2，其次包括一系列催化反应器3和4。将酸性气体（通常为H₂S和CO₂）的流6和氧化剂气体（通常为含氧O₂的气体比如空气）的流7注入炉2的进口中。Claus法的第一步按照如下反应在炉中发生，其被称为“热”步骤，其中部分H₂S被氧气燃尽：

H₂S+3/2O₂→SO₂+H₂O.

该燃烧反应是高度放热的，源自该燃烧的气体温度通常为1000℃至1200℃。气体可以通常在热回收锅炉8中通过与水的间接热交换进行冷却。然后，可以在冷凝器9中更充分地冷却所述排出物，在所述冷凝器9中，在炉2中形成的单质形式S的硫的一部分凝结，并且可以经由管10排出。特别地，由于炉2内的温度高，一些含硫化合物按照Claus反应进行反应，形成硫。然而，其中的反应是热力学限制的，最大转化率为约60-70%。

源自冷凝器9的气态流被转移到一系列催化反应器3和4中。Claus法的第二步被称为“Claus催化”步骤，其在这些反应器的每个中进行。H₂S和SO₂一起在中等温度（通常为200至300℃）下按照Claus反应进行反应：

2H₂S+SO₂ 3S+2H₂O.

冷凝器11和12分别布置在反应器3和4之后，以便在通过每个反应器之后冷却排出物并冷凝单质形式S的硫。经由管13和14回收硫。

Claus法描述在例如文献GB2187444和US5139765中。

除了存在H₂S之外，烃气体中存在的其它含硫化合物例如硫醇可能对其开采不利。现有的用于处理这些气体的方法通常涉及除去所有的含硫化合物。

因此，可以提及导致产生“烃-污染的硫”类型的含硫可燃性排出物的处理方法，其包括使用基于烃的物理溶剂冲洗含高硫(hypersulfureous)气体的井，以便除去生产设备(井、分离器等)中原生硫的沉积物。尤其将提及(井下硫采收(DownholeSulfurRecovery))法，其包括用基于萘属聚芳香烃类型的物理溶剂冲洗井，所述溶剂的再生会导致产生含萘属残余物的被污染的硫。与粗气体分离的含硫排出物包含单质形式的硫，以及不可忽略的残余量的溶剂，其使得这些排出物不适合工业化。

也可以提及MEROX类型（“硫醇氧化”的简称）的方法，其使得有可能从天然气的冷凝物比如LPG中除去硫醇。这些方法引起硫醇转化成二硫醚化合物。在某些情况下，所产生的含这些二硫醚化合物的排出物(通常被称为DSO(二硫醚油))通过焚烧除去，其可能产生将含硫化合物排入大气中的问题。

能够处理含硫可燃性排出物比如DSO或排出物，以便以单质形式回收硫将是有利的。这样的处理，其比焚烧在环境上更有效，也可使得有可能经济地改质(upgrade)这样的以可商业化形式回收的硫。

已经预期在Claus装置中，通过燃烧处理所述排出物，以便将硫转化成SO₂，然后处理该燃烧排出物，以便从SO₂回收硫。燃烧也使得有可能将所有的烃化合物转变成CO₂和H₂O。然而，燃烧伴随有同时形成经氧化的化合物，尤其是SO₃和NO_x。燃烧气体中存在的这两类化合物以及过量的氧气将导致在Claus催化剂上难以直接处理这些排出物。已经发现这些化合物可引起催化剂硫酸化(sulfatation)，所述催化剂迅速丧失其活性。因此，在Claus法中将处理的排出物注入之前，除去化合物比如SO₃、NO_x和O₂是有利的。

国际专利申请WO92/19532，其属于专利申请US5508013的同族，描述了处理可燃性排出物的方法，所述可燃排出物可以任选地含有可氧化为SO₂的含硫化合物，所述方法具有热反应阶段和Claus催化阶段，热反应阶段分为两个区：其中进行可燃性排出物与过量空气的燃烧的第一区，和其中根据标准Claus法部分地燃烧酸性气体的第二区，在来自第一区的燃烧排出物在已经与另一酸性气体流混合之后，被引入到第二区中。而且，该现有技术文献描述了将酸性气体注入第一燃烧区的可能性。然而，该注入在燃烧室中靠近该室出口处直接进行，并且所述文献没有描述或建议在专用反应室中的燃烧后反应步骤。本发明人已发现该方法不可能解决现有技术的问题：由于设备的腐蚀问题和催化剂的中毒问题，过量氧气和尤其是源自第一区的排出物中存在SO₃和NO_x被证实对Claus装置的正确运行不利。如该现有技术的文献所述，在第二燃烧区中还原氮氧化物和SO₃并不能解决所提出的为保护该区免于这些化合物腐蚀作用的问题。

目前，仍然需要一种不具有现有技术的缺点且与Claus法有利地相容的处理含硫可燃性排出物的方法。

发明简述

本发明人开发了一种两步法，其使得有可能有利地处理含硫可燃性排出物，所述方法使得有可能至少部分地以单质形式回收硫。经处理的流基本上不含任何对Claus催化反应器有害的化合物。该方法尤其包括如下的两个连续步骤：燃烧步骤和燃烧后步骤。

本发明的主题是处理含硫可燃性排出流的方法，包括以下连续步骤：

-将所述流和过量的氧化剂气体引入燃烧室，进行所述流与过量的所述氧化剂气体的总燃烧，并从燃烧室抽出气态排出物；

-将所述气态排出物作为与酸性气体的混合物引入到燃烧后室中，所述酸性气体的量足以使所有的氧化剂化合物通过与该酸性气体中的硫化氢反应而被消耗，并除去所述经处理的流，所有气态流在所述燃烧后室中的停留时间至少大于0.5秒。

附图简述

图1用示意性表示了现有技术已知的具有2个催化反应器的标准Claus装置。

图2表示了处理含硫可燃性排出流的装置，该装置允许实施作为本发明主题的方法。

图3表示了图2中所示的装置的变体。

图4表示了处理含硫可燃性排出流的装置，其允许实施本发明的实施方式，其中将从燃烧后室抽出的、任选地冷却和/或任选地部分脱硫的经处理的流被直接引入到Claus装置的反应炉中，所述反应炉在主酸性气体燃烧器的下游。

图5表示了图4中所示的装置的变体。

图6表示了专用于处理含硫可燃性排出流的装置，其允许实施本发明的实施方式，其中将从燃烧后室抽出的、冷却且部分脱硫的经处理的流被引入到串联的两个Claus催化反应器中。

详细说明

除非另外特别地提及，否则表述“硫的重量百分数(%)”表示元素硫（无论其化学形式）按重量计相对于所考虑的总重量来表示的百分数。

作为本发明主题的方法具有处理含硫可燃性排出流的功能。所述流可以是气体或液体。其包含能够进行燃烧的烃。硫可以是任何化学形式，例如以单质硫S形式或者以化合物中的化合形式，所述化合物比如硫化氢、硫醇、有机硫醚、有机二硫醚、亚砜、和砜。有利地，所述含硫可燃性排出流含有1重量%至99.5重量%的硫。如果其是被硫污染的可燃性排出流，则硫的浓度可以为1%至25%。如果其是被可燃性排出物污染的硫的流，则硫浓度可以为95%至99.5%。

根据一个实施方式，在根据本发明的方法中处理的含硫可燃性排出流为被可燃性杂质污染的硫的流。这样的流可以来源于类型的方法。法的排出物通常含有95重量%至99.5重量%的以单质形式S的硫。排出物的其余部分通常由芳族和聚芳族类型的重质烃类组成。

根据另一个实施方式，在根据本发明的方法中处理的含硫可燃性流出流为DSO。DSO基本上由二硫醚有机化合物组成。术语“二硫醚有机化合物”在本发明中表示通式R-S-S-R’的化合物，其中R和R’相同或不同，并彼此独立地表示基于烃的基团。在所述二硫醚化学化合物中，可以提及DMDS(二甲基二硫醚)、DEDS(二乙基二硫醚)、DPDS(二丙基二硫醚)和DBDS(二丁基二硫醚)，更通常提及二烷基二硫醚和二芳基二硫醚。DSO优选地包含20重量%至55重量%的硫。

在第一步骤中，将含硫可燃性排出流与过量氧化剂气体一起引入到燃烧室中。氧化剂气体为含氧O₂的任何气体。优选地，氧化剂气体为空气。然而，在不背离本发明的范围下，氧化剂气体可以是纯氧气、富氧空气、或氧气和一种或多种惰性气体以所有比例的混合物。

可以根据本领域技术人员已知的任何方法进行将含硫可燃性排出流和氧化剂气体注入到燃烧室中。可以将水蒸汽的流与含硫可燃性排出流和氧化剂气体同时引入到燃烧室中。优选地，燃烧室装配有燃烧器、将含硫可燃性排出流和氧化剂气体带入所述燃烧器的装置，优选地具有可调节的流率，使得有可能合适地控制氧化剂气体/可燃物的比例和燃烧排出物中产生的过量氧气。在进料到燃烧器之前，含硫可燃性排出流和氧化剂气体可以彼此独立地预热。

在优选20℃至150℃，更优选30℃至80℃，并且甚至更优选40℃至60℃的温度下，将含硫可燃性排出流注入到燃烧室中。

在优选20℃至250℃，更优选40℃至200℃，并且甚至更优选80℃至120℃的温度下，将氧化剂气体注入到燃烧室中。

燃烧反应的温度受基本上由耐火材料组成的炉的构造材料可以耐受的极限温度所限定。通常，使用标准燃烧室，耐受的最高燃烧温度为1450-1500℃。有利地，在作为本发明主题的方法中燃烧反应的温度尽可能地高，即近似等于燃烧室的构造材料所耐受的最高温度。燃烧反应温度优选为1300℃至1500℃，更优选为1350℃至1450℃，并且甚至更优选为1400℃至1450℃。

高度放热燃烧的温度可以根据本领域技术人员已知的方法进行控制。一种经济有利的方法可以包括将空气的流注入到燃烧室中。包含在该调控空气流中的氧增加了燃烧室中过量的氧化剂气体。在不背离本发明的范围下，对燃烧室中温度的调控可以根据本领域技术人员已知的任何方式进行，例如通过注入相对于燃烧反应而言为惰性的气体流。调控温度的另一种方式可以包括通过与外部热-交换流体(比如与炉壁接触设置的循环水)间接热交换来冷却燃烧炉的壁。

有利地选择燃烧室内的压力，以便使所述处理方法的排出物被注入Claus装置中。该压力可以为0.2至1.5巴，更优选0.3至1.0巴，并且甚至更优选0.4至0.7巴。

含硫可燃性排出流和氧化剂气体的相对量相对于彼此进行调节，以便氧化剂气体相对于对应含硫可燃性排出物的化学计量燃烧的需要是过量的。进入燃烧后室的排出物中过量的O₂有利地大于0.5体积%，优选1.0体积%至3.0体积%，并且甚至更优选1.5体积%至2.5体积%。过量的氧化剂气体的存在使得可能确保燃烧室中的烃和硫充分燃烧。为了本发明的目的，术语“充分燃烧”指燃烧的特征在于燃烧排出物含有小于500ppmv的残余烃。基于烃的材料主要转变成CO₂和H₂O，而硫主要转变成SO₂。从燃烧室抽出的气体流出物主要包含CO₂、H₂O、SO₂和O₂。其可以包含其它化合物，特别是基于烃的化合物的残余物，NO_x和SO₃类型的化合物。SO₃是在燃烧反应条件下化学平衡SO₂+O₂=SO₃的结果。所形成的NO_x是“热”来源的，其与燃烧步骤中使用的高温有关。

根据一个实施方式，燃烧室装配有用于均化燃烧排出流的工具。这些工具是标准的，且是本领域技术人员熟知的。这样的工具优选可以是由耐火材料构成的、布置在燃烧室内的齿槽壁(alveolarwall)。

在第二个步骤中，将所述气态排出物与酸性气体一起引入到燃烧后室中。为了本发明的目的，术语“酸性气体”指包含至少5体积%的H₂S的气体。所述酸性气体优选地包含15体积%至100体积%的H₂S，更优选20体积%至100体积%的H₂S，并且甚至更优选30体积%至100体积%的H₂S。所述酸性气体还可以包含CO₂，优选0至85体积%的CO₂，更优选0至80体积%的CO₂，并且甚至更优选0至70体积%的CO₂。根据一个实施方式，引入到燃烧后室的酸性气体为包含至少95%的H₂S和CO₂的混合物的气体。

可以根据本领域技术人员已知的任何方法进行将酸性气体和来自燃烧室的排出物注入燃烧后室中。优选地，燃烧后室装配有用于来自燃烧室的排出物的进料孔口和用于将酸性气体注入所述孔口的工具。注入工具描述在例如国际专利申请WO92/19532中。

酸性气体在燃烧后室中与来自燃烧室的气态排出物反应。酸性气体和气态排出物之间的燃烧后反应是还原反应，温度越高，成比例地越有利于所述还原反应。由于燃烧后反应温度尤其由燃烧排出物的温度产

生，因此在可能的最高温度下与燃烧排出物反应是有利的。另外，在将酸性气体注入燃烧后室之前，可以进行预热。

然而，在不背离本发明的范围下，燃烧后反应的温度可以通过本领域技术人员已知的任何方式进行调控，例如通过穿过所述室的壁的热传递来加热或冷却所述室，或者通过加热或冷却从燃烧室抽出的气态排出物和任选地酸性气体。

燃烧后反应的温度优选地为1100℃至1450℃，更优选1150℃至1400℃，并且甚至更优选1200℃至1350℃。

燃烧后室内的压力可以为0.15至1.45巴，更优选0.25至0.95巴，并且甚至更优选0.35至0.65巴。

本发明主题的方法的第二步的特征在于将气态流引入燃烧后室和所有的气态流在所述燃烧后室中的停留时间至少大于0.5秒。该停留时间可以有利地为0.5至10秒，更优选0.7至2.5秒，并且甚至更优选1.0至2.0秒。本发明人已经证实：为了进行燃烧后反应，0.5秒的最短停留时间是必需的。将燃烧后室的大小按照所述方法中试剂的流率变化设置为符合该停留时间。在其中试剂气体具有最短0.5秒的停留时间的燃烧后室中，燃烧后步骤的存在使得其可以解决一个现有技术中观察的问题，所述问题是下游设备、特别是Claus装置的腐蚀和催化剂中毒，尤其是被化合物SO₃和NO_x所造成的。在本申请中，停留时间在标准温度和压力条件(缩写成STP)，即0℃的温度和1atm的压力下给出。

根据一个有利的实施方式，燃烧后室装配有匀化所述流的工具。这些工具是标准的，且为本领域技术人员所熟知。这样的工具优选可以是由耐火材料制成并布置在燃烧室内的齿槽壁。

特别地，使酸性气体与燃烧排出物接触允许：

-消耗排出物中存在的O₂，

-还原基于烃的化合物的残余物、SO₂以及SO₃和NO_x类型的化合物。

排出物和酸性气体的相对量相对于彼此进行调节，以便通过与酸性气体的H₂S反应消耗所有的氧化剂化合物。术语“氧化剂化合物”在本文中指O₂、SO₃和NO_x。因此，从燃烧后室抽出的经处理的流的O₂含量小于500ppmv、优选小于100ppmv、并且甚至更优选小于50ppmv。另外，从燃烧后室抽出的经处理的流的SO₃含量有利地小于200ppmv，优选小于100ppmv，更优选小于50ppmv。有利地，从燃烧后室抽出的经处理的流的NO_x含量小于100ppmv，优选小于70ppmv，更优选小于50ppmv。

由于该第二个步骤的目的是消耗来自第一步骤的排出物中存在的氧，这暗示氧化剂气体不应当与气态排出物和酸性气体一起被引入到燃烧后室中。具体来说，在根据本发明的方法的第二步骤中，没有空气、纯氧或富氧空气的流被引入燃烧后室。换句话说，根据本发明的反应的第二步骤包括使来自燃烧室的气态排出物和酸性气体的混合物反应。

用于处理含硫可燃性排出流的方法也可以包括冷却从燃烧后室抽出的经处理的流的步骤。所述冷却可以通过与任何流优选水的间接热交换进行。根据一个优选的实施方式，所述经处理的流通过与用于产生蒸汽的热回收锅炉中的水间接热交换进行冷却。经处理的流可以被冷却至优选250℃至350℃、更优选280℃至330℃、并且甚至更优选290℃至320℃的温度。

从燃烧后室抽出的经处理的流可以含有从Claus反应获得的蒸气形式的单质硫S，所述Claus反应在燃烧后室中在高温作用下进行。根据本发明的处理含硫可燃性排出流的方法也可以包含从燃烧后室抽出的最后流中除去单质形式的硫的步骤。为此，经处理的流可以在冷凝器中进行冷却。当离开该冷凝器时，在一方面，回收单质形式S的液体硫，并且在另一方面，回收部分脱硫的排出物。优选地，在已经进行了冷却从燃烧后室抽出的经处理的流的任选步骤之后，进行除去单质形式的硫的任选步骤。

经由本发明主题的方法获得的、任选地被冷却和/或任选地被部分脱硫的经处理的流可以有利地在Claus方法中进行处理。

根据第一实施方式，本发明主题的处理含硫可燃性排出流的方法还包括如下步骤：除了将酸性气体和氧化剂气体载荷进料到Claus反应炉的燃烧器之外，还将来自燃烧后室的、任选地被冷却和/或任选地被部分脱硫的经处理的流引入Claus装置的反应炉中。

优选地，待处理的含硫可燃性排出流中包含的硫的摩尔流率不超过在燃烧后室和Claus反应炉的燃烧器中使用的所有酸性气体中所包含的以H₂S形式的硫的摩尔流率的50%，更优选3%至30%，并且甚至更优选5%至10%。

Claus方法优选根据本领域技术人员熟知的技术进行。根据该实施方式，引入到Claus装置的反应炉中的经处理的流的流率和包含酸性气体和氧化剂气体的载荷的总流的流率相对于彼此进行调节，使得优选来自Claus反应的热步骤的排出物的H₂S/SO₂摩尔比例为约2。

第一实施方式特别地适合如下情形：其中待处理的初始含硫可燃性排出流的摩尔流率包含不超过50t/天的硫，更优选不超过30t/天的硫，并且甚至更优选不超过10t/天的硫。另外，第一实施方式特别适合如下情形：其中使用Claus装置，本发明主题的方法则使得可以在所述Claus装置中以简单经济的方式直接且无需复杂调整地处理和改质含硫可燃性排出流。

根据第二实施方式，本发明主题的处理含硫可燃性排出流的方法还包括将从燃烧后室抽出的、任选地被冷却和/或任选地被部分脱硫的经处理的流引入一个或串联的几个Claus催化反应器中的步骤。

Claus方法的该步骤优选地根据本领域技术人员熟知的技术进行。具体来说，反应器中存在的催化剂通常为本领域技术人员已知用于催化Claus反应和与之关联的反应、如在反应炉中形成化合物COS和CS₂的水解反应的那些催化剂。在这些催化剂中，可以提及的是：铝土矿、活性氧化铝、钛氧化物和通过浸渍活性化合物获得的衍生催化剂。

有利地，从燃烧后室抽出的、任选地被冷却和/或任选地被部分脱硫的经处理的流包含化合物H₂S和SO₂，其中H₂S/SO₂摩尔比例优选为1.0至3.0、更优选1.5至2.5、并且甚至更优选1.9至2.1。遵照该比例有利地使得可以最优化Claus装置的催化步骤的收率。优选地根据本领域技术人员已知的方式实施该摩尔比例的控制，其主要包括调控进入燃烧室和燃烧后室中的流的流率。

当使用串联的几个反应器时，冷凝器可以布置在所述反应器之后，以便冷凝在各个反应器的出口产生的以单质形式S的硫。热交换器也可以布置在反应器的进口处，以加热进入反应器的流。因此，可以最优化Claus装置的整体运行以便获得最高的硫回收收率。

在Claus装置的催化步骤之后，残余气体中剩余的硫的量优选小于以酸性气体和在含硫可燃性排出物中所含的硫的形式引入的总硫载量的7%，更优选小于5%，并且甚至更优选小于0.1%。

第二实施方式特别地适合如下情形：其中待处理的初始含硫可燃性排出流的摩尔流率包含不超过15t/天的硫，更优选25至50t/天的硫，并且甚至更优选30至40t/天的硫。该第二实施方式使得可以有利地使装置仅专用于处理含硫可燃性排出流。该专用装置具有如下优点：自动且能够以经济改质的形式从可燃性排出流中回收硫，控制SO₂的大气排放。由于根据本发明主题方法的经处理的流有利地基本上不包含对Claus催化剂和设备有害的化学化合物的事实，该第二实施方式是可能的。

本发明主题的方法也可以包括另外的步骤，其包括将基本上不包含任何氧的工艺流的至少一部分再循环到燃烧室中，其温度小于300℃并优选小于160℃。为了本发明的目的，术语“基本上不含任何氧”指O₂的含量小于500ppmv，更优选小于100ppmv，并且甚至更优选小于50ppmv。

可以利用本领域技术人员已知的标准技术，例如使用鼓风机或使用蒸汽喷射器进行再循环。

所述工艺流旨在冷却燃烧排出物，并因此限制将燃烧温度保持在低于构造材料强度所容许的温度(1450-1500℃)所需要的过量空气。该循环工艺流可以选自：

-从燃烧后室抽出的、并在在冷却步骤之后获得的冷却的经处理的流，

-在冷却步骤和冷凝以单质形式的硫的步骤之后获得的被冷却的且被部分脱硫的经处理的流，

-如果将从燃烧后室抽出的、任选地被冷却和/或任选地被部分脱硫的经处理的流引入一个或串联的几个Claus催化反应器中，则为在该方法的催化部分中以任何水平抽出的流。

优选地，至少部分地被再循环到燃烧室中的所述流是在冷凝燃烧后步骤中形成的硫的步骤之后获得的、部分被脱硫的、冷却的经处理的流。

将所述再循环的流注入燃烧室有利地使得可以调控燃烧反应的温度，而在燃烧室中不增加过量的氧，如在采用另外的空气进行热调控的情况一样，并且不会增加该方法的成本，如在采用惰性气体进行热调控的情况一样。

从下面描述实施方式中，将显示本发明的其它特征和优点。

附图详述

图2至6中的编号都采用AXY的形式，其中A为图的编号，XY为装置的编号，例如2XY用于图2，或3XY用于图3。对于相同装置，无论是哪幅图，图中的X和Y相同，例如分别在图2、3、4、5和6中，220、320、420、520和620均指处理含硫的烃流的装置。

图2显示用于处理含硫可燃性排出流的装置，其使得可以进行本发明主题的方法。处理含硫可燃性排出流的装置220包含燃烧室221和燃烧后室222。含硫可燃性排出流经由管223引入，而氧化剂气体经由管224引入。燃烧器228允许引发燃烧反应。产生的气态排出物从燃烧室221抽出，并经由孔口225引入到燃烧后室222中。经由注入工具226将酸性气体引入燃烧后室222中。根据图2中显示的实施方式，注入工具226位于孔口225中。燃烧室221和燃烧室222分别装配有两个齿槽壁229和230。这些齿槽壁229和230使得可以确保两个室221和222内的气态流均化。经由管227从燃烧后室222中抽出经处理的流。

在图3中，用于处理含硫可燃性排出流320的装置也装配有热交换器331。该交换器331安装在燃烧后室322的后面。根据图3中所示的实施方式，热交换器331为热回收锅炉：经由管332进入热交换器331的水在较高温度下，通常在压力下以水蒸汽形式经由管333由其中离开。来自燃烧后室322的排出物经由管327离开被冷却。其被引入冷凝器335中，在其中以单质形式S的硫被冷凝并经由管337回收。被冷却和部分脱硫的经处理的流经由管336离开冷凝器335。

图4和5表示了用于处理含硫可燃性排出流的装置，其使得可以进行本发明的实施方式：其中除了将富含H₂S的气体和氧化剂气体的载荷之外，还将来自燃烧后室的、任选地被冷却和/或任选地被部分脱硫的经处理的流直接引入Claus装置的反应炉中。

在图4中，用于处理含硫可燃性排出流420的装置包括燃烧室421和燃烧后室422。经由管423引入含硫可燃性排出流，并经由管424引入氧化剂气体。燃烧器(没有显示)使得可以引发燃烧反应。从燃烧室421抽出产生的气态排出物，并经由孔口425引入燃烧后室422中。将酸性气体经由注入工具426引入燃烧后室422中。经由管427从燃烧后室422中抽出经处理的流。经由位于炉450的侧壁上的孔口451将经处理的流引入Claus装置450的炉中。经由管452在位于所述炉450一端的所述炉450的进口引入富含H₂S的气体。经由管453也在炉450的进口引入氧化剂气体。燃烧器(没有显示)使得可以引发炉450内的燃烧反应。炉450包含将炉分离成两个室455和456的齿槽壁454。齿槽壁454确保气态流的均化。在室456中提供孔口451，使得经由管427到达的经处理的流与在炉450中存在的已经均化的气态流混合。室455中的气态流具有的H₂SSO₂摩尔比例优选地等于2。室456中的气态流的H₂S/SO₂摩尔比例优选为1.9至2.1，更优选近似等于2。允许从炉450移除排出物的出口位于室456的上游端、齿槽壁454的下游。热交换器458安装在室456的后部。在已经用交换器458间接热交换进行冷却之后，经由管457从炉450抽出排出物。

在图5中，用于处理含硫可燃性排出流520的装置包含燃烧室521和燃烧后室522。经由管523引入含硫可燃性排出流，并经由管524引入氧化剂气体。燃烧器(没有显示)使得可以引发燃烧反应。从燃烧室521抽出产生的气态排出物，并经由孔口525引入燃烧后室522中。经由注入工具526，将酸性气体引入燃烧后室522中。经由管527从燃烧后室522中抽出经处理的流。经由位于Claus装置的炉550一端的孔口551，将经处理的流引入所述炉550中。由于孔口551使得可以引入来自燃烧后室526的经处理的流，经由位于Claus装置的反应炉550一端的管527，将所述经处理的流引入所述炉中。经由管552将富含H₂S的气体引入炉550和经由管553将氧化剂气体引入炉550中相对于炉550横向地进行。炉550内的气态流的H₂S/SO₂摩尔比例优选为1.9至2.1，更优选近似等于2。从炉550移除排出物的出口位于炉550的端部。热交换器558安装在炉550的后部。在已经用交换器558间接热交换进行冷却之后，经由管557从炉550抽出排出物。

然后，可以在Claus催化步骤中处理经由管457和557收集的排出物。

图6表现了用于处理含硫可燃性排出流的装置，其使得可以进行如下本发明的实施方式：其中将从燃烧后室抽出的、被冷却和部分脱硫的经处理的流被引入两个串联的Claus催化反应器中。

如在图3所示的实施方式中，处理含硫可燃性排出流620的装置装配有热回收锅炉631和冷凝器635，在所述冷凝器中将以单质形式S的硫进行冷凝并经由管637回收。经由管636从冷凝器635中回收被冷却且部分脱硫的经处理的流。然后，将所述流分成两部分：所述流的第一部分经由管671再循环到燃烧室621中，所述流的第二部分经由管670转移到串联的Claus催化反应器中。将所述流的该第二部分引入热交换器672中，且在足够在第一反应器674中发生催化反应的温度下经由管673离开。将所述流转移到第一催化反应器674中。催化剂通常为本领域技术人员已知的用于催化Claus反应的那些。所述流经由管675离开第一反应器674，且引入到冷凝器676中，在其中将以单质形式S的硫进行冷凝并经由管677抽取。所述流经由管678离开冷凝器676，并被引入热交换器679中。其在足够在第二反应器681中发生催化反应的温度下经由管680从那里排出。将所述流转移到第二催化反应器681中，并且它们经由管682从那里排出并引入到冷凝器683中，在其中将以单质形式S的硫进行冷凝并经由管684抽取。经脱硫处理的流经由管685离开冷凝器684。

经由管637、677和684回收的以单质形式S的硫具有可经济改质的足够质量。经由管685排出的气体基本上不含硫。它们可以在标准焚烧炉中燃烧，之后排入到大气中。

当阅读了随后的非限制且纯粹示例性的实施例后，本发明的其它特征和优点将显而易见。

实施例

通过以两个连续步骤，使用使含硫天然气脱硫的酸性气体的流处理作为与氧化剂气体一起的混合物的含硫可燃性排出流，进行单质硫的回收测试。

在类似于图6中描述的设备中，即使用根据本发明设计的炉进行该方法，所述炉具有用于燃烧所述流的室和具有酸性气体的燃烧后室，接着有2个用于处理炉排出物的Claus催化步骤。每个步骤都装配有热交换器、具有标准活性氧化铝的反应器和冷凝器。

待处理的含硫可燃性排出流为DSO，其含有以重量计6.1%的DMDS、46.7%的DEDS、24.1%的DPDS、14.3%的DBDS、2.2%的DPDS和1.3%的DHDS。使用的氧化剂气体为空气。将所述液体流和燃烧空气分别以16.1kmol/h和1000.1kmol/h的流率和在分别等于45℃和105℃的温度下，转移到燃烧室的燃烧器中。

燃烧室621中的温度为约1450℃，而所有气态排出物在燃烧室中的停留时间为约1秒。

在所有气态排出物全部燃烧之后，然后将所述排出物引入到燃烧后室中，通过利用注入工具626引入脱硫的酸性气体来完成将气体通入该第二室中。在45℃下，将包含51.7体积%的H₂S和43.0体积%的CO₂的所述酸性气体以288.2kmol/h的速率加入到燃烧后室中。

燃烧后室622中的温度为约1238℃，所有气态流在燃烧后室中的停留时间为约1秒。

在燃烧后步骤之后，在热回收锅炉631中，将气态流冷却至300℃，之后以1752.2kmol/h的流率，经由管627进行回收，并引入到冷凝器635中。然后，在155℃下冷凝以单质形式S的硫，并经由管637进行回收。在该方法的这一阶段，硫回收收率为53.0%。

在管636的出口回收部分被脱硫且冷却至155℃的所产生的气体，然后分成两个部分：

·第一部分，相当于26%的离开冷凝器的气态流，以452.8kmol/h流率再循环到燃烧室中，

·第二部分，相当于74%的离开冷凝器的气态流，以1284.4kmol/h的流率引入串联的两个Claus催化阶段中。

在2个Claus催化阶段中处理之后，在135℃下，以1266.1kmol/h的流率回收在最后冷凝器683的出口处获得的残余气体。

在该过程之后，总的硫回收收率为92.6%。

Claims (10)

1.处理含硫可燃性排出流的方法，包括下述连续步骤：

-将所述流和过量的氧化剂气体引入燃烧室，进行所述流与过量的所述氧化剂气体的总燃烧，并从燃烧室抽出包含CO₂、H₂O、SO_2、SO₃、O₂和NO_x的气态排出物；

-在燃烧后室中，使由所述气态排出物和酸性气体构成的混合物反应，所述酸性气体的量足以使所有的O₂、SO₃和NO_x通过与所述酸性气体中的硫化氢反应而被消耗，并抽出经处理的流，所有所述气态流在所述燃烧后室中的停留时间至少大于0.5秒。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于根据本发明的方法处理的所述含硫可燃性排出流为被可燃性杂质污染的硫的流。

3.根据权利要求1的方法，其特征在于根据本发明的方法处理的所述含硫可燃性排出流为DSO。

4.根据权利要求1-3中任一项的方法，其特征在于所述燃烧反应的温度为1300℃至1500℃。

5.根据权利要求1-3中任一项的方法，所述方法还包括冷却从燃烧后室抽出的经处理的流的步骤。

6.根据权利要求1-3中任一项的方法，所述方法还包括从燃烧后室抽出的经处理的流中除去单质形式的硫的步骤。

7.根据权利要求1-3中任一项的方法，所述方法还包括以下步骤：除了进料到Claus反应炉的燃烧器的酸性气体和氧化剂气体载荷外，还将从燃烧后室抽出的、任选地冷却和/或任选地部分脱硫的经处理的流引入到Claus装置的反应炉中。

8.根据权利要求1-3中任一项的方法，所述方法还包括以下步骤：将从燃烧后室抽出的、任选地冷却和/或任选地部分脱硫的经处理的流引入到一个或串联的几个Claus催化反应器中。

9.根据权利要求1-3中任一项的方法，所述方法还包括以下的附加步骤：将包含小于500ppmv的氧的工艺流的至少部分再循环到所述燃烧室中，所述工艺流的温度小于300℃。

10.根据权利要求9的方法，其特征在于至少部分地再循环到所述燃烧室中的流是部分脱硫的、冷却处理的流，所述流在冷却步骤和在燃烧后阶段中形成的硫冷凝的步骤之后获得。