CN1964773A - 从酸性气流中高效回收硫的方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种从酸性气流中回收硫的方法。该方法包括与生物硫回收步骤组合的Claus硫回收步骤，以提供含有非常低浓度的硫化氢和二氧化硫的脱硫气流。该方法包括：在氧化条件下使酸性气流与氧气反应而得到含有硫化氢和二氧化硫的燃烧气体，使硫化氢与二氧化硫的比超过2∶1，优选为2∶1－30∶1。在Claus反应条件下使燃烧气体反应以得到含有硫的反应气。从反应气中回收硫以得到含有一定浓度的硫化氢和少于1000ppm的二氧化硫的尾气。将该尾气与贫吸收剂接触，由此从尾气中将其中含有的部分硫化氢除去并得到脱硫气体和含有溶解的硫化氢的富溶剂。通过在利用富溶剂的合适的生物氧化条件下使富溶剂与硫细菌接触而将富溶剂的溶解的硫化氢生物氧化成元素硫。

Description

从酸性气流中高效回收硫的方法
本申请要求了2004年3月3日提交的美国临时申请序列号60/549,685的权益。
本发明涉及一种从含有硫化氢的酸性气流中回收硫的方法。本发明的一个方面涉及一种硫回收方法，其包括催化和生物转化硫化氢以得到硫产品和含有低浓度硫化氢的气流。
出于多种原因，从工艺气流中除去硫可能是所希望的或甚至是必须的，这些原因包括例如需要从化学工艺蒸汽和烃处理设备中除去硫化合物以符合政府规定。
用于处理某些含有硫化氢的工艺物流以回收元素硫的一种公知方法是Claus方法。该Claus方法是一种两步法，其包括热步骤，随后是催化步骤。在热步骤中，进料物流的硫化氢通过利用氧气燃烧部分氧化以形成含有二氧化硫的燃烧气体。该热步骤的化学反应由以下方程式(1)表示：
(1)2H2S+3O2→ 2SO2+2H2O
可以使含于燃烧气体中的硫化氢和所形成的二氧化硫进行Claus反应，使它们根据以下方程式(2)反应形成元素硫：
(2)2H2S+SO23S+2H2O
进一步在Claus方法中，通过将燃烧气体通过Claus催化剂而使燃烧气体中未反应的硫化氢和二氧化硫根据Claus反应方程式(2)催化反应，所述催化剂提供了较低的Claus反应温度。该Clause方法还提供了作为产品回收所形成的元素硫并得到Claus尾气。
尽管Claus方法非常有效地回收了其进料物流中的大部分硫，但其仍然仅仅提供了通过两床的催化Claus设备至多约94-96％的硫回收率。带有三个或更多个催化床的Claus设备可以提供硫回收率的逐渐增加的提高，但单独通过Claus设备的硫回收率的实际上限至多为约97-98％。但可以将来自于Claus方法的尾气进一步处理以提供残余的硫化氢和二氧化硫的转化以及附加的硫回收。通过Claus尾气处理例如SCOT方法，总的硫回收率可以达到至多约99-99.8％。
目前需要改进的硫回收方法，其优选在较低的资金成本下提供高的硫回收率和更好的操作效率。伴随着日益更加严格的硫排放标准，还需要与包括和Claus尾气处理装置偶合的Claus装置的常规硫回收体系所提供的从含有硫化合物的工艺物流中的硫回收率甚至更大的硫回收方法。
因此，本发明方法的一个目的是提供从含有硫化合物的工艺物流中高的硫回收率。
本发明的另一个目的是提供一种从含有硫化合物的工艺物流中有效回收硫的方法。
因此，本发明的一个实施方案包括一种硫回收方法。在该方法中，将含有硫化氢的酸性气流作为进料加入运行的硫回收体系，以得到第一硫产品以及含有硫化氢和少于约1000ppmv二氧化硫的Claus尾气。然后将该Claus尾气加入运行的生物气脱硫体系，以得到第二硫产品和含有少于100ppmv硫化氢的脱硫气体。
本发明的另一个实施方案包括一种从酸性气流中回收硫的方法。该方法包括与生物硫回收步骤组合的Claus硫回收步骤，以提供具有非常低的硫化氢和二氧化硫浓度的脱硫气流。在一定的氧化条件下使酸性气流与氧气反应，以得到含有硫化氢和二氧化硫的燃烧气体，其具有超过2∶1的硫化氢与二氧化硫比。在Claus反应条件下使燃烧气体反应以得到含有硫的反应气。从反应气中回收硫以得到含有一定浓度的硫化氢和少于1000ppmv二氧化硫的尾气。使尾气与贫吸收剂接触，由此从尾气中将其中含有的部分硫化氢除去，并得到脱硫气体和含有溶解的硫化氢的富溶剂。通过在利用富溶剂的合适的生物氧化条件下使富溶剂与硫细菌接触而将富溶剂的溶解的硫化氢生物氧化成元素硫。
本发明方法的另一个实施方案包括：使含有硫化氢的酸性气流通过燃烧区，以用氧气将酸性气流中的硫化氢部分氧化形成二氧化硫，由此提供含有二氧化硫和硫化氢的燃烧气流。控制在燃烧区中氧化的硫化氢的量，使酸性气流中少于33体积％的硫化氢被氧化成二氧化硫。然后使燃烧气流通入在Claus转化条件下运行的Claus反应区，以得到含有硫的反应气。从反应气中回收硫以得到含有一定浓度的硫化氢的Claus尾气。将Claus尾气通入吸收区，以使Claus尾气与贫苛性碱溶液接触，由此从Claus尾气中回收硫化氢并从中得到脱硫尾气和富苛性碱溶液。将富苛性碱溶液通入生物反应区，以将所述富苛性碱溶液中溶解的硫化物生物氧化成元素硫。
本发明的其它目的和优点将从以下的详细描述和所附的权利要求书中明显看出。
图1是表示本发明的硫回收方法的Claus工艺体系和Claus工艺步骤的某些方面的示意图。
图2是表示本发明的硫回收方法的生物气脱硫体系和生物转化工艺步骤的某些方面的示意图。
本发明方法提供了从酸性气流中高效回收硫，并且因此提供了从含有硫化氢的气流中深度除去硫化氢。本发明方法的一个特征包括将硫回收工艺体系与生物气脱硫工艺体系组合设置。该设置处理酸性气流和从酸性气流中高效回收硫，由此提供了硫产品以及含有极低浓度的硫化氢和二氧化硫的脱硫气体产品流。
本发明的硫回收方法包括将含有硫化氢(H2S)的酸性气流加入Claus硫回收体系。该Claus硫回收体系可以是用于处理酸性气流以得到硫产品和含有一定浓度H2S的Claus尾气的任何合适的工艺体系。Claus硫回收方法是一种用于从酸性气流中回收硫的公知方法，并且其可以提供合理高的硫回收率。但在希望或者要求极高的硫回收率的情况下，Claus硫回收方法或体系将不能提供这种高回收率。因此根据本发明，将Claus体系与处理Claus尾气的生物气脱硫体系偶合，以进一步增加从Claus尾气中除去硫，从而提供与Claus尾气相比含有明显更低浓度H2S的脱硫尾气和增加从酸性气流中总的硫回收率。
因此，脱硫尾气可以具有少于(优选明显少于)Claus尾气的H2S浓度的H2S浓度。因此，本发明方法通过提供通常具有少于约2000份/每百万体积(ppmv)的H2S浓度的脱硫尾气而从酸性气体中特别深度地除去H2S，但希望的是脱硫尾气中的H2S浓度少于100ppmv。本发明方法甚至可以提供在脱硫尾气中可能低至少于50ppmv的优选H2S浓度，最优选地，脱硫尾气中的H2S浓度少于10ppmv，甚至少于5ppmv或1ppmv。脱硫尾气中H2S浓度的实际下限约为100份/每十亿体积(ppb)或10ppb。
Claus硫回收体系可以包括分别提供Claus工艺的热步骤和催化步骤以由此得到Claus硫产品和Claus尾气的燃烧装置和反应装置。该燃烧装置可以包括装有燃烧器的炉子或者用于接收酸性气体和含氧气体例如空气并且用于使含于酸性气体中的部分H2S根据上面方程式(1)燃烧成二氧化硫(SO2)的任何其它合适的燃烧装置。该燃烧装置由此确定了其中将酸性气体的H2S部分氧化形成含有硫化氢和二氧化硫的燃烧气流的燃烧区或热区。
进入Claus体系的燃烧装置的酸性气体进料可以来自于任何来源，并且本文中使用的术语“酸性气体”是指通常以明显的浓度水平含有H2S的流体物流。该酸性气体进料还可以含有其它组分，例如二氧化碳，或氮气，或烃，或氨，或者一种或多种这些列出的组分的组合。但酸性气体进料的组成可以根据其来源和其它因素而变化。一种常见的酸性气体源来自用于从含有硫化氢的流体物流中除去硫化氢的常规的主要气体处理体系。
酸性气体进料的H2S浓度通常可以约为酸性气体进料物流的总体积的5-98体积％。但一般而言，酸性气体进料物流中的H2S浓度为50-95体积％，更通常为80-94体积％。下表1给出了酸性气流的典型组成和各种组分的浓度范围。
表1.进入Claus装置的酸性气体进料物流的典型组成
    组分     浓度范围(体积％)
    硫化氢(H2S)     5-98
    二氧化碳(CO2)     1-90
    烃     0.1-2
    氮气(N2)     0.1-1
    氨(NH3)     至多50
    其它     0.1-1
将燃烧气流通入Claus反应装置，其可以包括含有合适的Claus催化剂的Claus反应器和硫冷凝器。该Claus反应装置确定了含有Claus催化剂例如活性氧化铝的Claus催化反应区和硫冷凝区。该Claus反应装置提供了燃烧气体的H2S和SO2根据上面方程式(2)的反应。该Claus反应装置进一步提供了Claus硫产品的回收并得到Claus尾气。典型的Claus尾气含有H2S和SO2。下表2给出了Claus尾气流的典型组成和各种组分的浓度范围。
表2.用于常规Claus装置操作的Claus尾气的典型组成
    组分     浓度范围(体积％)
    硫化氢(H2S)     0.2(2,000ppmv)-2(20,000ppmv)
    二氧化硫(SO2)     0.1(1,000ppmv)-1(10,000ppmv)
    一氧化碳(CO)     0.5-2
    氢气(H2)     1-3
    氮气(N2)     20-80
    二氧化碳(CO2)     20-80
    水(H2O)     10-35
    氩气(Ar)     0.5-1
    其它硫化合物     0.12-1.2
将Claus尾气加入生物气脱硫体系，该体系提供了将H2S从Claus尾气中除去以得到脱硫尾气和将除去的H2S转化以得到生物反应器硫产品的工艺步骤。该生物气脱硫体系可以是提供用于将含有一定浓度H2S的流体物流处理以从中除去H2S并得到生物反应器硫产品的生物方法的任何合适的处理体系。一种这类合适的生物气脱硫工艺的例子是用于从含有H2S的流体物流中回收硫的Shell-Paques工艺。
在本发明的一个优选实施方案中，生物气脱硫体系包括吸收器装置、生物反应器装置和硫回收装置的组合设置，其从Claus尾气中除去H2S并将其转化以得到元素硫产品和含有非常低浓度硫的脱硫尾气，例如超低浓度的H2S和SO2。生物气脱硫体系的吸收器装置可以包括例如接触容器如吸收器，或者确定其中将Claus尾气与贫溶剂接触以得到脱硫尾气和含有溶解的硫化氢的富溶剂的接触或吸收区的任何其它合适的接触装置。
生物气脱硫体系的贫溶剂可以包括任何溶剂，其优选通过提供可与Claus尾气的H2S反应以形成可溶解于所得富溶剂中的硫化物离子的氢氧根离子而适宜地从Claus尾气中除去H2S。因此，贫溶剂可以是碱性溶液，例如含有氢氧化钠或氢氧化钾或者两者混合物的溶液。希望的是贫溶剂为氢氧化钠的缓冲碱性溶液，或者为苛性碱性溶液，并且希望贫溶剂的pH超过7，例如为高于7至14。优选地，贫溶剂的pH约为7.5-12，最优选为8-10。
在这些合适的吸收条件下使贫溶剂与Claus尾气接触以提供脱硫尾气和富溶剂。然后将富溶剂通入生物反应器装置，其确定生物反应区并且提供用于将富溶剂中含有的溶解的硫化氢生物氧化成元素硫的装置。将该生物反应区在合适的生物氧化条件下在氧气存在下运行，以使含于其中的硫细菌将含于富溶剂中的硫化物转化形成元素硫和氢氧根离子，由此提供富溶剂的再生而得到贫溶剂。作为该生物氧化的结果，贫溶剂可以含有通常为硫颗粒形式的元素硫。
在生物反应区中可以使用适宜地提供将含于富溶剂中的溶解的硫化氢转化成元素硫的任何硫细菌。可能的硫细菌的种类和菌株可以选自归类于贝氏硫细菌(Beggiatoa)、丝硫细菌(Thiothrix)和硫杆菌(Thiobacillus)属类中的那些。硫细菌的来源并不重要，并且可以将任何合适的硫细菌用于使富溶剂的H2S生物氧化；只要所使用的硫细菌履行了上述所希望的将H2S转化成元素硫的功能。许多合适的硫细菌种类是天然形成的，并且可以在其中存在硫或硫化合物的环境中找到，包括工业和自然环境，例如在热硫喷泉和它们的周围。从其中选出用于本发明的生物反应器的硫细菌类的优选种类是硫杆菌。
为了回收生物反应步骤中形成的硫，将部分含硫的贫溶剂通入硫回收装置，以从该部分贫溶剂中回收硫并得到第二硫产品即生物反应器硫产品和硫减少的贫溶剂。从贫溶剂中回收硫颗粒的一种方法包括将其通入硫沉淀器装置。硫沉淀器装置可以包括确定沉淀区的容器，例如硫沉淀器。该沉淀区提供了贫溶剂的停留时间，使其中的硫颗粒沉淀。因此，硫沉淀器装置提供了含于贫溶剂中的硫颗粒的分离，由此形成含有硫颗粒的浆液。然后可以通过任何合适的公知方法例如离心和倾析方法分离该浆液的硫颗粒，以提供生物反应硫产品和具有低于贫溶剂的元素硫浓度的硫减少的贫溶剂，其可以返回到生物反应器装置。
本发明方法的一个重要特征是其操作方式使在加入生物脱硫体系的Claus尾气中含有的SO2的量最小化。由于SO2与贫溶剂的苛性碱物质的反应，因此通常不希望引入生物气脱硫体系的吸收器的Claus尾气含有明显浓度的SO2。实际上，在与贫溶剂的苛性碱物质接触的Claus尾气的SO2浓度和苛性碱物质消耗量之间有直接的关系。因此，为了降低在生物脱硫步骤操作中苛性碱物质的消耗量和因此降低操作成本，在其通过生物脱硫体系处理之前，本发明方法的Claus尾气中的SO2浓度应该被降低。由Claus尾气中过量浓度的SO2造成的另一个问题是其会降低并且甚至明显降低溶剂的pH。溶剂pH的该降低可能以负面方式影响生物脱硫体系的H2S去除效率。
本发明方法的Claus尾气的SO2浓度应该小于常规操作的Claus装置的Claus尾气流中典型的SO2浓度。因此，一般而言，本发明方法的Claus尾气的SO2浓度通常小于1,000ppmv。但如上所述，本发明方法的一个最令人希望的方面是将Claus尾气中的SO2浓度最小化，并且因此其可以小于约500ppmv，甚至小于300ppmv。优选地，本发明方法的Claus尾气的SO2浓度小于100ppmv，最优选小于50ppmv。SO2浓度的实际下限约为100ppb或10ppb。
为了在本发明方法的生物脱硫步骤的Claus尾气进料中提供所需的SO2浓度，以非常规的方式来操作Claus步骤。在Claus装置的常规操作中，重要的是在热步骤中将含于酸性气体进料中一定量的H2S燃烧，以使所得的燃烧气体具有尽可能接近于上面方程式(2)所示的Claus反应所需的2∶1的化学计量比的H2S与SO2的摩尔比。按该方式操作将会使与Claus尾气一起通过的H2S和SO2形式的总硫量最小化。一般而言，为了在加入Claus装置的催化阶段的燃烧气体中实现约2∶1的H2S与SO2的摩尔比，应操作热步骤以使加入Claus装置的燃烧装置的H2S只有约1/3体积或摩尔百分比(约33％)被转化或氧化成SO2。根据上面方程式(1)，这将在燃烧气体中提供约2∶1的H2S与SO2的摩尔比。为了实现这一点，将加入Claus装置的燃烧装置的氧与硫化氢的摩尔比控制在约0.5∶1。
与操作Claus装置的常规方法不同，本发明方法在此有意地以如上所述的方式来操作本发明的Claus工艺步骤，以在Claus尾气中提供最小的SO2浓度。这通过操作Claus装置的热步骤以使燃烧气体以相对比例含有硫化氢和二氧化硫来完成，其中具有大于约2∶1或大于2.125∶1的H2S与SO2的摩尔比。优选的是燃烧气体中H2S与SO2的摩尔比大于2.333∶1，或者甚至大于2.5∶1，但据认为该摩尔比不应该过大，并且其应该只足够大以在Claus催化反应步骤的燃烧气体进料中提供化学计量过量的H2S，以在Claus尾气中提供所希望的SO2最少量。因此，燃烧气体中H2S与SO2的摩尔比的实际上限可以小于6∶1，或者甚至小于4∶1，或小于3∶1。
为了提供所希望的燃烧气流浓度并因此在Claus尾气中提供所需的SO2最小化，控制在Claus脱硫步骤的燃烧区中氧化或燃烧的H2S的量，以使其少于约33摩尔％或体积％被转化成SO2。因此，在Claus装置的燃烧步骤中的H2S百分比转化率可以为32-15％。通常不希望被燃烧的H2S的百分比变得太低，因此被燃烧的H2S量的范围的下限可以大于18％或大于20％。但为了在Claus尾气中实现所需的SO2最小化，可能需要被燃烧的H2S百分比小于30％或者甚至小于28％或25％。
可以通过控制与H2S一起加入Claus热步骤的燃烧装置的氧气的相对量来进一步控制在Claus脱硫工艺的热阶段中燃烧的H2S的量，以提供所需的H2S转化率。这通过将包括氧气的含氧气体与酸性气体一起以氧与硫化氢的摩尔比小于约0.5∶1或小于0.48∶1的量加入燃烧装置来完成。优选的氧气与H2S的摩尔比小于0.45∶1，更优选的摩尔比小于0.375∶1，或者甚至小于0.3∶1。氧气与H2S的摩尔比的下限大于约0.15∶1，优选大于0.2∶1，最优选大于0.25∶1。
现在，在图1中给出了表示本发明方法的Claus硫回收步骤10的示意图。该Claus硫回收步骤包括热或燃烧步骤12和催化步骤14。分别通过管线18和20将酸性气流和含氧气流引入炉子16。炉子16提供了酸性气流的H2S的部分燃烧从而形成SO2。所得的燃烧气流通过管线22从炉子16进入换热器24，由此通过与水间接换热而被冷却。通过管线26将水供应到换热器24并且水蒸汽通过管线28从换热器24离开。
通过管线30将来自换热器24的冷却的燃烧气流通入Claus硫回收步骤10的催化步骤14。催化步骤14还包括通过管线30将冷却的燃烧气流通入第一硫冷凝器32。第一硫冷凝器32确定了冷凝区，并且提供了用于冷凝并将液态硫从冷却的燃烧气流中分离以由此提供第一Claus反应器进料物流的装置，该进料物流通过管线36被加入第一Claus反应器34。分离的液态硫通过管线37离开第一硫冷凝器32。管线36与第一硫冷凝器32和第一Claus反应器34流体物流动连通，并且其中插入了第一预加热器38，该预加热器确定了换热区并且提供了用于将第一Claus反应器进料物流在其作为进料加入第一Claus反应器34之前间接加热的装置。一般而言，水蒸汽是合适的热源，并且通过管线40通入第一预加热器38。
第一Claus反应器34确定了反应区，该反应区含有Claus催化剂例如活化氧化铝的催化剂床42。以在合适的Claus反应条件下使第一Claus反应器进料物流与含于第一Claus反应区中的Claus催化剂接触的方式来操作由第一Claus反应器34确定的第一Claus反应区。第一Claus反应器流出物通过管线44从第一Claus反应器34通入第二硫冷凝器46。第二硫冷凝器46确定了冷凝区，并且提供了用于冷凝并将液态硫从第一Claus反应器流出物中分离以由此提供第二Claus反应器进料物流的装置，该进料物流通过管线50加入第二Claus反应器48。分离的液态硫通过管线51离开第二硫冷凝器46。管线50中插入第二预加热器52，其确定了换热区并且提供了用于将第二Claus反应器进料物流在其作为进料加入第二Claus反应器48之前间接加热的装置。一般而言，水蒸汽是合适的热源，并且通过管线54通入第二预加热器52。
第二Claus反应器48确定了第二Claus反应区，该反应区含有Claus催化剂例如活化氧化铝的催化剂床56。以在合适的Claus反应条件下使第二Claus反应器进料物流与含于第二Claus反应区中的Claus催化剂接触这样的方式来操作由第二Claus反应器48确定的第二Claus反应区。第二Claus反应器流出物通过管线58从第二Claus反应器48通入第三硫冷凝器60。第三硫冷凝器60确定了冷凝区，并且提供了用于冷凝并将液态硫从第二Claus反应器流出物中分离以由此提供Claus尾气流的装置，该尾气流通过管线62加入未在图1中给出但在图2中给出的生物硫回收步骤。分离的液态硫通过管线64离开第三硫冷凝器60。
注意的是这里描述的Claus催化步骤14是关于串联排列的两个催化反应步骤。但应理解在本发明方法中无论是否使用Claus催化步骤或者使用的Claus催化阶段的确切数目将取决于酸性气体进料的组成和其它的经济考虑。因此，本文中涉及的Claus方法可以指这样的硫回收方法：其包括热步骤，随后是Claus反应步骤，其中在不使用Claus催化剂或使用Claus催化剂的条件下并且通过以一个或多个反应阶段进行的Claus反应步骤，通过如上方程式(2)表示的Claus反应形成元素硫。
通过管线37、51和64的液态硫通过管线66作为本发明方法的第一硫产品离开Claus硫回收步骤10。
图2中给出了表示本发明方法的生物硫回收步骤100的示意图。该生物硫回收步骤100包括吸收步骤102、生物氧化步骤104和硫分离步骤106。将通过管线62离开Claus硫回收步骤10的Claus尾气流通入吸收步骤102，该步骤在合适的吸收条件下使Claus尾气与贫溶剂接触，以由此从Claus尾气中除去H2S和甚至SO2(如果存在的话)，并得到脱硫尾气和富溶剂。提供吸收的是吸收器108。吸收器108确定了吸收区，并且提供了用于从Claus尾气中吸收H2S和SO2以得到脱硫尾气和富溶剂的装置。脱硫尾气通过管线110离开吸收器108。
通过管线112将贫溶剂引入吸收器108，并且通过管线62将Claus尾气引入吸收器108。在吸收器108中，优选以逆流-并流配置使贫溶剂和Claus尾气一起接触。富溶剂通过管线113从吸收器108通入生物氧化步骤104，该步骤使富溶剂和氧气接触。溶剂中的硫细菌将溶解于富溶剂中的硫化物氧化成元素硫。提供生物氧化的是生物反应器114。生物反应器114确定了生物氧化或反应区，并且提供了用于将富溶剂中含有的溶解的硫化物生物氧化或反应以得到贫溶剂的装置。贫溶剂由此可能含有硫。生物反应器114通过在合适的生物反应条件下使富溶剂与硫细菌和氧气接触而提供了生物氧化。通过管线115将氧气或空气引入生物反应器114以与富溶剂接触。
贫溶剂离开生物反应器114并且如上所述通过管线112作为进料加入吸收器108，同时将部分来自生物反应器114的贫溶剂通过管线118通入硫分离步骤106。硫分离步骤106从贫溶剂中除去硫以得到生物反应硫产品和硫减少的贫溶剂。该分离步骤106包括将部分贫溶剂通入硫沉淀容器120。沉淀容器120确定了沉淀区，该沉淀区提供了贫溶剂的停留时间，由此使其中的硫颗粒沉淀。将含有硫颗粒的浆液从沉淀容器120中除去并且通过管线122从其中通入硫分离装置124，例如离心分离器或倾析器。硫分离装置124确定分离区，并且提供了用于从浆液中分离硫以得到生物反应器硫产品和硫减少的贫溶剂的装置。该生物反应器硫产品通过管线126离开硫分离装置124。该硫减少的贫溶剂通过管线128再循环到生物反应器114。
给出以下实施例进一步阐述本发明，但不能认为其限制本发明的范围。
实施例
该实施例给出了加入典型的两阶段Claus硫装置的典型的酸性气体进料组成和针对代表Claus硫装置标准操作的基本情形即2∶1的Claus反应器进料的H2S与SO2摩尔比以及针对代表本发明方法的Claus硫装置的操作方法的本发明情形计算的尾气组成。
下表3中给出了典型的Claus硫装置酸性气体进料物流、当其运行以在尾气中获得典型的2∶1的H2S与SO2摩尔比时的Claus硫装置的计算尾气组成、以及当其通过减少Claus硫装置的燃烧空气输入量以在尾气中获得20∶1的H2S与SO2摩尔比时的Claus硫装置的计算尾气组成。
表3.典型的Claus硫装置进料和尾气组成以及用于本发明方法的Claus硫装置操作的示例性的尾气组成
    组分     进料组成     尾气组成     尾气组成
    基本情形(％)     本发明情形(％)
    H2     2.05     2.09
    CH4     1.0
    H2O     6.0     34.99     35.08
    CO     0.44     0.42
    N2     58.68     58.15
    CS2     0.01     0.01
    H2S     85.0     0.50(5000ppmv)     1.04(10,040ppmv)
    SO2     0.25(2500ppmv)     0.05(500ppmv)
    CO2     8.0     2.94     3.03
    COS     0.02     0.02
    元素S     0.12     0.11
    总计     100.0     100.0     100.0
由表3给出的组成可以看出，与Claus装置的标准操作相比，利用本发明的Claus装置的操作，在尾气流中提供了明显更低浓度的SO2，并且因此对该尾气流得到了明显降低量的SO2。通过将尾气流加入生物硫回收装置的苛性碱物质吸收器，具有明显降低的SO2浓度的尾气流将提供减少的苛性碱物质消耗量并因此提供减少的生物硫回收装置的操作成本。
可以在所述公开内容和所附权利要求书的范围内在不偏离本发明范围的情况下作出合理的变化、改进和调整。

Claims (16)

1.一种硫回收方法，其包括：
将含有硫化氢的酸性气流作为进料加入运行的硫回收体系，以得到第一硫产品以及含有硫化氢和少于约1000ppmv二氧化硫的Claus尾气；和将所述Claus尾气加入运行的生物气脱硫体系，以得到第二硫产品和含有少于100ppmv硫化氢的脱硫气体。
2.如权利要求1所述的硫回收方法，其中所述硫回收体系包括：
用于将所述酸性气流中的硫化氢部分氧化以得到燃烧气流的燃烧装置；和
用于使所述燃烧气流反应以得到所述Claus尾气和所述第一硫产品的Claus反应装置。
3.如权利要求2所述的硫回收方法，其中所述燃烧气流含有的硫化氢与二氧化硫的量使硫化氢和二氧化硫的摩尔比超过2∶1。
4.如权利要求3所述的硫回收方法，其中另外加入所述硫回收体系的所述燃烧装置的是包括氧气的含氧气体，其含氧量使加入所述燃烧装置的氧与硫化氢的摩尔比小于0.5。
5.如权利要求4所述的硫回收方法，其中所述生物气脱硫体系包括：
用于使所述Claus尾气与贫溶剂接触以得到所述脱硫气体和富溶剂的吸收器装置；
用于将所述富溶剂中含有的溶解的硫化氢生物氧化并得到所述含硫的贫溶剂的生物反应器装置；和
用于从部分所述贫溶剂中回收硫并得到所述第二硫产品和硫减少的贫溶剂的硫回收装置。
6.如权利要求5所述的硫回收方法，其还包括使所述硫减少的贫溶剂返回到所述生物反应器装置。
7.一种硫回收方法，其包括：
将含有硫化氢的酸性气流通入由燃烧装置确定的燃烧区并且用氧气部分氧化所述酸性气流中的硫化氢以形成二氧化硫，由此提供含有二氧化硫和硫化氢的燃烧气流；
控制在所述燃烧区中氧化的硫化氢的量，以使所述酸性气流中少于1/3(三分之一)的硫化氢氧化成二氧化硫；
将所述燃烧气流通入在Claus转化条件下运行的Claus反应区，以得到含有硫的反应气；
从所述反应气中回收硫，以得到含有一定浓度的硫化氢的Claus尾气；
将所述Claus尾气通入由吸收器装置确定的吸收区，以使所述Claus尾气与贫苛性碱溶液接触，由此从所述Claus尾气中回收硫化氢并且从其中得到脱硫尾气和富苛性碱溶液；和
将所述富苛性碱溶液通入由生物反应器装置确定的生物反应区，以将所述富苛性碱溶液中溶解的硫化物生物氧化成元素硫。
8.如权利要求7所述的硫回收方法，其中所述控制步骤包括控制所述燃烧气流中二氧化硫和硫化氢的量，以使所述燃烧气流进一步含有摩尔比超过2∶1的硫化氢与二氧化硫。
9.如权利要求8所述的硫回收方法，其中将包括氧气的含氧气体与所述酸性气流一起通入所述燃烧区，其相对于所述酸性气流的量使通入所述燃烧区的氧与硫化氢的摩尔比小于0.5。
10.如权利要求9所述的硫回收方法，其还包括：
从所述生物反应区中得到所述贫苛性碱溶液；
将部分所述贫苛性碱溶液通入硫回收装置，以从部分所述贫苛性碱溶液中回收硫并得到硫减少的贫苛性碱溶液和硫；
使所述硫减少的贫苛性碱溶液返回所述生物反应区。
11.如权利要求10所述的硫回收方法，其中所述脱硫尾气含有少于100ppmv的H2S。
12.一种硫回收方法，其包括：
在氧化条件下使酸性气流与氧气反应，以得到燃烧气体，其含有相对量的硫化氢和二氧化硫，以具有超过2∶1的硫化氢与二氧化硫比；
在Claus反应条件下使所述燃烧气体反应，以得到含有硫的反应气；
从所述反应气中回收硫，以得到含有一定浓度的硫化氢和少于1000ppmv二氧化硫的Claus尾气；
使所述Claus尾气与贫吸收剂接触，由此从所述Claus尾气中将其中含有的部分硫化氢除去并得到脱硫气体和含有溶解的硫化氢的富溶剂；和
通过在合适的生物氧化条件下使所述富溶剂与硫细菌接触而将所述富溶剂的溶解的硫化氢生物氧化成元素硫。
13.如权利要求12所述的硫回收方法，其中所述脱硫气体含有少于100ppmv的H2S。
14.如权利要求13所述的硫回收方法，其还包括回收所述元素硫并得到所述贫吸收剂。
15.如权利要求14所述的硫回收方法，其中所述硫细菌包括硫杆菌属的那些有机体。
16.如权利要求15所述的硫回收方法，其中所述贫吸收剂包括缓冲碱性溶液。
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