JP2002541044A - 硫化水素含有可燃性ガス流の処理 - Google Patents

硫化水素含有可燃性ガス流の処理

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JP2002541044A JP2000609348A JP2000609348A JP2002541044A JP 2002541044 A JP2002541044 A JP 2002541044A JP 2000609348 A JP2000609348 A JP 2000609348A JP 2000609348 A JP2000609348 A JP 2000609348A JP 2002541044 A JP2002541044 A JP 2002541044A
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    • Y10S423/00Chemistry of inorganic compounds
    • Y10S423/05Automatic, including computer, control

Abstract

(57)【要約】 第1の硫化水素含有可燃性ガス流は、第1熱クラウスステージを含む第1クラウスプラント内で処理される。第2の硫化水素含有可燃性ガス流中の硫化水素含有量の一部は、少なくとも1個のさらなる熱クラウスステージにて燃焼する。燃焼は、少なくとも約0.25の酸素モル分率を有する酸素リッチ空気又は酸素によって、補助される。得られる二酸化硫黄は、残留硫化水素と反応して、硫黄蒸気を形成する。硫黄蒸気は、さらなる熱クラウスステージからの流出ガスで凝縮されて、硫黄欠乏流出ガス流を形成する。第2のガスの流速の関数である第1の制御信号を発生させる。硫黄欠乏流出ガス流中の二酸化硫黄に対する硫化水素のモル比の関数である第2の信号もまた発生させる。制御信号は、燃焼補助ガスが第2の熱クラウスステージに供給される流速を設定するために用いられる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の背景】
本発明は、硫化水素含有可燃性ガス流を処理する方法及び装置に関する。 硫化水素含有ガス流(「酸ガス流」と称することもある)は、精油所及び天然
ガス処理ユニット中で典型的に形成される。かようなガス流は、硫化水素が毒性
を有するので、直接大気中に排気すべきではない。硫化水素含有ガス流(所望で
あれば、予め凝縮されていてもよい)の処理の慣用の方法は、クラウスプロセス
(Claus process)による。このプロセスにおいて、ガス流中の硫化水素含有量
の一部は、炉形態の熱ステージ内で燃焼させられて、二酸化硫黄を形成する。次
いで、二酸化硫黄は、炉内で、残留硫化水素と反応して、硫黄蒸気を形成する。
硫化水素と二酸化硫黄との間の反応は、完全には進行しない。炉からの流出ガス
流は、冷却されて、典型的には凝縮によって、冷却流出ガス流から硫黄が抽出さ
れる。得られるガス流は、未だ、残留硫化水素及び二酸化硫黄を含み、一連のス
テージ列を通過し、ここで残留硫化水素と残留二酸化硫黄との間の触媒反応が起
こる。得られる硫黄蒸気は、各ステージの下流側で抽出される。硫黄抽出のほと
んどの下流側からの流出ガスは、灰化されてもよいし、あるいは大気中に安全に
排気できるガス流を形成するために、例えばSCOT又はBeavonプロセスによって、
さらに処理されてもよい。
【0002】 空気を用いて、プロセスの最初の部分での硫化水素の燃焼を補助してもよい。
生じる反応の化学量論は、比較的多量の窒素(もちろん、燃焼を補助する空気中
に存在する)をプロセスに流し、よって硫化水素含有ガス流が所定サイズの炉内
で処理され得るような最高速度をとるようなものである。この最高速度を市販製
品の酸素又は酸素を多く含む空気を用いることによって高めて、硫化水素の燃焼
を補助することもできる。
【0003】 一般に、硫化水素含有ガス流の濃度に依存して、空気の代わりに市販の純酸素
を供給することで、炉内の温度を過度に高めると、特に、炉の反射ライニングの
損傷を引き起こしやすい。過剰の温度上昇を生じさせずに、酸素中の空気を増加
させるための種々の方法が知られている。例えば、英国特許出願公開公報217378
0Aは、炉の炎ゾーンに液体水を導入することによって温度を緩和することを開示
する。米国特許第5,352,433は、2個の別個の炉内で、硫化水素の燃焼を行わせ
ることによって、クラウスプロセスの容量又はスループットが増加する特に有利
なプロセスを開示する。したがって、燃焼により生成する熱の全体量は、外部温
度緩和装置又は再循環温度緩和装置を用いる必要なく、2個の炉の間に割り当て
られる。よって、他の方法よりも、高い程度の改良が達成され得る。
【0004】 典型的には、硫化水素の燃焼が2個の別個の炉内で生じる場合には、現存する
プラントを追加の炉及び適切な熱交換装置で改良することによって、プロセスを
操作することが可能である。
【0005】 本発明の目的は、操作に自由度があり、効果的に制御可能で、市販の純酸素又
は酸素を多く含む空気による操作の少なくとも幾つかの利点を提供し得る硫化水
素含有ガス流から硫黄を回収する方法及び装置を提供することにある。
【0006】
【発明の概要】
本発明によれば、複数の硫化水素含有可燃性ガス流を処理する方法が提供され
る。この方法は、 (a)第1の熱クラウス(Claus)ステージと、第1の硫黄コンデンサーと、触
媒クラウス(Claus)ステージ及びその下流側の第2の硫黄コンデンサーを含む
少なくとも1のサブステージ列と、を順番に含む一連のステージ列を含む第1ク
ラウス(Claus)プラントを、第1の硫化水素含有可燃性ガス流から硫黄を回収
するように作動させる工程と、 (b)少なくとも1のさらなる熱クラウス(Claus)ステージにおいて、第2の
硫化水素含有可燃性ガス流の硫化水素含有量の一部を燃焼させる工程と、 (c)前記さらなる熱クラウスステージに、硫化水素の燃焼を補助する少なくと
も0.25の酸素モル分率を有し且つ純酸素又は空気から分離された不純物含有酸素
流から形成されているか又は空気流と純酸素又は不純物含有酸素流との混合物か
ら形成されている燃焼補助ガスを供給する工程と、 (d)前記さらなる熱クラウスステージからの硫化水素、二酸化硫黄、水蒸気及
び硫黄蒸気を含む流出ガス流を抜き出し、硫黄欠乏流出ガス流(sulphur-deplet
ed effluent gas stream)を形成するように、さらなる硫黄コンデンサー内で前
記流出ガス流から硫黄蒸気を除去する工程と、 (e)前記硫黄欠乏流出ガス流の少なくとも一部を、前記第1クラウスプラント内
の前記第1の熱クラウスステージの下流側で且つ前記サブステージ列内の触媒ク
ラウス反応の開始部の上流側の領域において、処理されている第1の可燃性ガス
と混合させる工程と、 (f)前記さらなる熱クラウスステージへの前記第2可燃性ガスの流速又は前記
第2可燃性ガスの少なくとも1の可燃性成分の流速の関数である第1の制御信号
を発生させる工程と、 (g)前記硫黄欠乏流出ガス流中の硫化水素/二酸化硫黄モル比の関数である第
2の制御信号を発生させる工程と、 (h)前記第1及び第2の制御信号を用いて、記燃焼補助ガスが前記さらなる熱
クラウスステージに供給される速度を設定する工程と、 を含む。
【0007】 本発明は、さらに、複数の硫化水素含有可燃性ガス流を処理するプラントを提
供する。このプラントは、 (a)第1の熱クラウスステージと、第1の硫黄コンデンサーと、触媒クラウス
反応ステージ及び第2の硫黄コンデンサーを含む少なくとも1のサブステージ列
と、を順番に含む一連のステージ列を有し、第1の硫化水素含有可燃性ガス流か
ら硫黄を回収するための第1クラウスプラントと、 (b)第2の硫化水素含有可燃性ガス流の硫化水素含有量の一部を燃焼させるた
めの少なくとも1のさらなる熱クラウスステージと、 (c)純酸素流又は空気から分離された不純物含有酸素流又は空気流と純酸素流
又は不純物含有酸素流との混合物から形成されていて且つ少なくとも0.25の酸素
モル分率を有する燃焼補助ガス用の前記さらなる熱クラウスステージへの少なく
とも1の入口と、 (d)硫化水素、二酸化硫黄、水蒸気及び硫黄蒸気を含む流出ガス流用の前記さ
らなる熱クラウスステージからの出口と、 (e)前記さらなる熱クラウスステージからの出口と連通する入口を有し、硫黄
欠乏流出ガス流を形成するように前記流出ガス流から硫黄蒸気を抽出するための
さらなるコンデンサーと、 (f)前記第1クラウスプラント内の前記第1熱クラウスステージの下流側の領
域で且つ該領域の上流側では前記触媒クラウス反応が開始する前記領域と連通す
る前記硫黄欠乏流出ガス流用の出口と、 (g)前記さらなる熱クラウスステージへの前記第2可燃性ガス流の流速又は前
記第2可燃性ガス流の少なくとも1の可燃性成分の流速の関数である第1の制御
信号を発生させる手段と、 (h)前記硫黄欠乏流出ガスを通る二酸化硫黄に対する硫化水素のモル比の関数
である第2の制御信号を発生させる手段と、 (i)前記燃焼補助ガスを前記さらなる熱クラウス反応ステージに供給する流速
を設定するために、前記第1及び第2の制御信号に反応する手段と、 を含む。
【0008】 本発明による方法及びプラントは、多数の利点を提供する。第一に、さらなる
熱クラウスステージ及びさらなる硫黄コンデンサーを省略した比較可能なプラン
トにおけるよりも、硫化水素含有可燃性ガスのスループット速度を実質的に大き
くすることができる。第二に、二酸化硫黄に対する硫化水素の比率の関数である
第2の制御信号を発生させることで、本発明の方法及び装置の安定な制御を達成
する。第三に、さらなる熱クラウスステージ及びさらなる硫黄コンデンサーは、
予め設置されている1又は複数のクラウスプラントやこれらのプラントに用いら
れているプロセス制御設備に実質的な変更を施す必要なしに、これらのプラント
を改良することが容易である。実際、予め設置されているプラントを新規な設備
の追加の前と同じように正確に操作することができる。第四に、2個以上の別個
のクラウスプラントに、硫黄欠乏流出ガス混合物を供給するために、さらなる熱
クラウスステージを用いることができる。
【0009】 燃焼補助ガスが、空気の第1の流と純酸素又は空気から分離された不純物含有
酸素の第2の流との混合物として形成される場合、第1の流及び第2の流は、さ
らなる熱クラウスステージ内で、その場で混合されてもよい。混合は、完全であ
る必要はない、燃焼補助ガス中の酸素のモル分率は、少なくとも約0.7が好まし
い。かような酸素リッチ燃焼補助ガスを単一のさらなる熱クラウスステージに供
給することは、特に、第2の硫化水素含有可燃性ガスが硫化水素の高いモル分率
(例えば、約0.7超過)を有する場合に、過剰の温度を生じさせる傾向にあり得
る。かような傾向は、単一のさらなる熱クラウスステージに緩和流体を供給する
ことによって、妨害することができる。この緩和流体は、例えば、液体二酸化炭
素、さらなる硫黄コンデンサーの下流側から得られる再循環流、又は別個の源か
ら得られる二酸化硫黄であってもよい。しかし、好ましくは、連続する2個のさ
らなる熱クラウスステージは、各個々のステージで生じる硫化水素の燃焼量を制
限するように用いられる。2個のさらなる熱クラウスステージの中間に、熱交換
手段を設けることが好ましい。好ましくは、中間の熱交換手段は、廃熱ボイラー
である。所望であれば、中間の硫黄コンデンサーを、中間の熱交換手段の下流側
であるが2個のさらなる熱クラウスステージのうち下流側のステージの上流側で
、用いてもよい。
【0010】 第2の可燃性ガス流は、第1の硫化水素含有可燃性ガスと同じ組成を有してい
ても、異なる組成を有していてもよい。例えば、第2の可燃性ガス流は、硫化水
素に加えて、アンモニアを含み、一方、第1の可燃性ガス流はアンモニアを本質
的に含まないものでもよい。さらなる熱クラウスステージ内で少なくとも約0.7
のモル分率を有する燃焼補助ガスの使用は、アンモニアの分解に特に適する局部
的な高温を有する少なくとも1の炎ゾーンを有する燃焼体制を創り出すことも可
能である。
【0011】 硫黄欠乏流出ガス流は、好ましくは、第1の硫黄コンデンサの下流側で且つ第
1のステージの一部又はサブステージ列のみを形成するすべての再熱器の上流側
の第1のクラウスプラントの領域で、第1の可燃性ガス混合物に導入される。し
かし、2つのガス流の混合を別の位置で行うことも可能である。例えば、第1の
硫黄コンデンサーのまさに上流側の領域で、硫黄欠乏流出ガス流を第1の可燃性
ガス流と混合してもよい。
【0012】 第1の制御信号発生手段は、典型的には、第1のバルブコントローラと作動的
に連関し、さらなるクラウスステージへの燃焼補助ガスの流速を測定するフロー
メータを含む。
【0013】 第2の制御信号発生手段は、典型的には赤外線分析装置などの硫化水素と二酸
化硫黄の両者の濃度を測定できる分析装置、二酸化硫黄に対する硫化水素のモル
比をコンピュータで計算する手段、及びコンピュータで計算された二酸化硫黄に
対する硫化水素のモル比を予め設定されている所定の比率と比較する手段を含む
ことが好ましい。両者の間の如何なる相違も、第2の制御信号として用いられ、
1又は複数のさらなる熱クラウスステージへの燃焼補助ガスの流を調節する。好
ましくは、第1の制御信号発生手段によって、燃焼補助ガスがさらなる1又は複
数の熱クラウスステージに供給される速度を一次制御する。このために、燃焼補
助ガスの総流の少なくとも大部分を、第1の制御信号発生手段に作動的に連関し
ている第1のメインフローコントロールバルブの少なくとも一つに通過させる。
燃焼補助ガスが純酸素流又は空気から分離した不純物酸素流である場合、単一の
第1メインフローコントロールバルブがあってもよい。一方、燃焼補助ガスが空
気流と純酸素流又は空気から分離した不純物含有酸素流との混合物である場合、
第1の導管内に位置づけられた空気流用の第1のメインフローコントロールバル
ブと、第2の導管内に位置づけられた酸素流用の第2のメインフローコントロー
ルバルブがあってもよい。所望であれば、一次制御は、第2の可燃性ガス流の分
析によって増強されてもよい。第2の制御信号は、1又は複数のさらなる熱クラ
ウスステージへの燃焼補助ガスの流速の一次制御に微調節を加える。このために
、各メインコントロールバルブに平行な少なくとも1個の二次(又はトリム)コ
ントロールバルブがあることが好ましく、二次コントロールバルブは第2の制御
信号発生手段と作動的に連関している。典型的には、燃焼補助ガス流の少量部分
だけが各二次コントロールバルブを流通する。このコントロール戦略の多数の異
なるバリエーションのいずれも、燃焼補助ガスが、単一流又は複数流のいずれと
して1又は複数のさらなる熱クラウスステージに供給されるかに依存して、適用
可能である。かような供給が単一流の形態である場合、単一のメインコントロー
ルバルブがあり、流の一部がメインコントロールバブルをバイパスして二次コン
トロールバルブに流通してもよい。あるいは、燃焼補助ガスが複数流として供給
される場合には、各流は、各自のメインコントロールバルブを有していてもよく
、複数流の少なくとも一つが二次コントロールバルブに流通することによって、
連関するメインコントロールバルブをバイパスしてもよい。
【0014】 第1及び第2の制御信号と一緒に、別のコントロール戦略を用いてもよい。例
えば、単一のコントロールバルブと、セットポイントを有するコントロール装置
とがあり、第2の制御信号はこのポイントをリセットするために用いられてもよ
い。別の変形例において、空気をさらなる熱クラウスステージに供給するための
1本の導管と、純酸素又は不純物含有酸素をさらなる熱クラウスステージに供給
するための別の導管と、各導管内のメインフローコントロールバルブと、いずれ
かのメインフローコントロールバルブに第2の制御信号を送るように配置された
第2の制御信号発生手段とがあってもよい。。一般に、単一の比較的大きなコン
トロールバルブに対して少量の調節で微制御を達成するには困難さが伴い得るの
で、第2のすなわちトリムバルブを用いることが好ましい。
【0015】 好ましくは、第1のクラウスプラントの熱クラウスステージへの空気又は酸素
リッチ空気の流を制御するために、フローコントロールバルブが同様に配置され
ている。よって、酸素リッチ空気流の総空気の少量部分を第1の熱クラウスステ
ージに通過させる1のフローコントロールバルブは、好ましくは、サブステージ
列の下流側に位置づけられた1又は複数のセンサを有する分析装置によって発生
した信号に応答し、空気又は酸素リッチ空気の大部分の流を通過させる他のフロ
ーコントロールバルブは、好ましくは、第1のクラウスプラントへの第1の可燃
性ガスの予想流に従って設定され、硫化水素の特定の流及び/又は特定のモル分
率からの検出された偏差に応答して調節されてもよい。
【0016】 好ましくは、本発明の方法は、第3の硫化水素含有可燃性ガス流から硫黄を回
収するための少なくとも1の第2クラウスプラントの操作を含む。第2クラウス
プラントは、第1熱クラウスステージと、第1硫黄コンデンサーと、触媒クラウ
ス反応ステージ及び第2硫黄コンデンサーを含む少なくとも1のサブステージ列
と、を順番に含むステージ列を有する。通常の操作中、硫黄欠乏流出ガスの一部
だけが、第1の可燃性ガス流と混合され、残りの硫黄欠乏流出ガス流は、第1熱
クラウスステージの下流側で且つ触媒クラウス反応の開始部の上流側の領域で、
第3の可燃性ガス流と混合される。
【0017】 この配置の一つの利点は、第1クラウスプラント、第2クラウスプラント及び
さらなる熱クラウスステージのいずれか1がルーチンメンテナンスのために遮断
される場合でも、硫黄の生成を続けることができることである。
【0018】
【好ましい実施形態の説明】
以下、添付図面を参照しながら実施例によって本発明の方法及びプラントを説
明する。図1〜図3は、複数の硫化水素含有可燃性ガス流を処理するためのプラ
ントの第1実施例、第2実施例、及び第3実施例の各概略図である。
【0019】 図面は、縮尺図ではない。説明を簡単にするために、種々のフローコントロー
ルバルブ及び遮断バルブその他の機器を省略してある。2図以上で同様の構成要
素には、同じ参照符合を付して示す。
【0020】 図1において、第1クラウスプラント2と、第2クラウスプラント4と、硫化
水素含有ガス流から硫黄を回収するためのさらなる設備6と、を示す。第1の硫
化水素含有可燃性ガス流を、パイプライン8を介して第1クラウスプラント2に
導入する。精油所において、第1の硫化水素含有可燃性ガス流源は、典型的には
80容積%超過の硫化水素を含む(残りは、ほとんどが二酸化炭素である)いわゆ
る「アミンガス」源、又は典型的には約20容積%〜約35容積%の硫化水素と約30
容積%〜約45容積%のアンモニアと、を含み、残りは水蒸気及び二酸化炭素であ
るいわゆる「サワー水ストリッパーガス(sour water stripper gas)」である
。別の例において、第1の硫化水素含有可燃性ガスは、サワー水ストリッパーガ
スとアミンガスとの混合物である。
【0021】 第1の硫化水素含有可燃性ガス流は、パイプライン8からバーナー10に流入す
る。バーナー10は、クラウスプラントの熱ステージを構成する炉12への軸方向又
は接線方向チップ−混合種燃焼(axial or tangential tip-mixed kind firing
)であってもよい。第1の硫化水素含有ガス混合物の可燃性成分の燃焼を補助す
るために、空気流又は酸素リッチ空気流をパイプライン16を介してバーナー10に
供給する。空気又は酸素リッチ空気と、第1の硫化水素含有可燃性ガスとの相対
流速は、酸素1モルに対して硫化水素約2モルをバーナー10が受け入れるように
なされる。したがって、バーナー10への硫化水素分子の総流速の約1/3の燃焼を
補助するために十分な酸素が供給される。さらに、十分な追加の酸素分子が供給
されて、第1の硫化水素含有可燃性ガス混合物中に存在するアンモニア又は炭化
水素類の総合的な燃焼を確実にする。
【0022】 炉12内での硫化水素の燃焼は、水蒸気と二酸化硫黄とを形成する。炉12内での
二酸化硫黄と残留硫化水素との反応の結果、硫黄蒸気とさらなる水蒸気とを形成
する。他の化学反応もまた生じる。例えば、硫化水素の水素及び硫黄への幾分か
の熱分解もまた生じる。他の種々の反応は、炉12内の特定の運転条件に依存して
生じる。例えば、一酸化炭素(それ自身は、二酸化炭素の熱分解により、又は二
酸化炭素と硫化水素との反応により形成される)は、硫黄蒸気と反応して、オキ
シ硫化炭素を形成する。さらに、二硫化炭素も形成され得る。
【0023】 硫化水素、二酸化硫黄、硫黄蒸気、水蒸気、二酸化炭素、水素及び一酸化炭素
を含み、さらに痕跡量のオキシ硫化炭素及び二硫化炭素をも含むガス混合物は、
炉12から流出して、廃熱ボイラー14に流入し、ここで典型的には約250℃〜約350
℃の範囲の温度まで冷却される。こうして冷却されたガス混合物は、廃熱ボイラ
ー14から流出して、硫黄コンデンサーに流入し、ここで、さらに典型的には約11
0℃〜約180℃の範囲の温度まで冷却される。硫黄コンデンサー18は、さらに、ガ
ス混合物中の硫黄蒸気の少なくとも幾分かを凝縮する。得られる凝縮物は、硫黄
シールピット(sulphur seal pit:図示せず)に通過する。
【0024】 硫化水素と二酸化硫黄との間のクラウス反応は完全には進行しないので、コン
デンサー18を出たガス混合物は、適当な割合で二酸化硫黄と硫化水素とを含む。
そこからさらに硫黄を抽出するために、ガス混合物を、硫化水素と二酸化硫黄と
の間の触媒クラウス反応を含む第1サブステージ列20と、硫化水素と二酸化硫黄
との間の触媒反応を含む同様の第2サブステージ列22に通過させる。サブステー
ジ列20は、ガス混合物を典型的には約200℃〜約250℃の範囲の温度にする再熱器
24を順番に有する。再熱器24から、ガス混合物は、第1触媒クラウス反応器26を
通過する。第1触媒クラウス反応器26内では、触媒、例えば活性アルミナの上で
、硫化水素と二酸化硫黄との間の反応が生じる。結果として、さらなる硫黄蒸気
と水蒸気とが形成される。得られるガス混合物は、触媒反応器26から流出して、
別の硫黄コンデンサー28に流入し、ここで典型的には約110℃〜約150℃の範囲の
温度まで冷却され、触媒反応器内で形成された硫黄蒸気は凝縮される。得られる
凝縮物は、硫黄シールピット(図示せず)に通過する。硫黄欠乏ガス混合物は、
第2サブステージ列22に通過する。第2サブステージ列22は、連続的に、さらな
る再熱器30と、さらなる触媒クラウス反応器32と、またさらなる硫黄コンデンサ
ー34とからなる。これらのユニットの運転は、第1サブステージ列20内のそれぞ
れのユニットの運転に近似する。
【0025】 またさらなる硫黄コンデンサー34を出たガス混合物は、残留硫黄化合物の濃度
に依存して、焼却装置(図示せず)に送られ、大気中に排気されてもよい。ある
いは、ガス混合物は、加水分解反応器(図示せず)に通過して、ここでガス混合
物中に存在する成分を加水分解及び水素添加させてもよい。加水分解反応器内で
は、残留オキシ硫化炭素と二硫化炭素とが水蒸気で加水分解されて、触媒、例え
ばコバルト及びモリブデン含浸アルミナ上で、硫化水素を発生させる。かような
触媒は、当該分野で周知である。同時に、残留溶出硫黄及び二酸化硫黄を水素添
加して、二酸化硫黄を形成させる。加水分解及び水素添加は、上述の含浸アルミ
ナ触媒上で、典型的には約300℃〜約350℃の範囲の温度で、行われる。得られる
本質的に硫化水素、窒素、二酸化炭素、水蒸気及び水素からなるガス混合物は、
加水分解反応器を出て、最初に、水凝縮ユニット(図示せず)に流れ、次いで、
分離ユニット(図示せず)に流れ、ここで例えば化学吸着によって硫化水素が分
離される。適切な化学吸着剤は、メチルジエチルアミンである。所望であれば、
こうして回収された硫化水素をバーナー10に再循環させてもよい。
【0026】 第2の硫化水素含有可燃性ガス流は、さらなる設備6に送られる。第2の可燃
性ガス流は、第1の可燃性ガス流と同じ組成でも異なる組成でもよい。別個のア
ミンガス源及びサワー水ストリッパーガス源がある場合には、及び空気(酸素リ
ッチではない)が第1クラウスプラント2の炉12内での燃焼を補助するために用
いられる場合には、一般に、アミンガスを第1のクラウスプラント2に送り、サ
ワー水ストリッパーガスをさらなる設備6に送ることが好ましい。
【0027】 第2の硫化水素含有可燃性ガス流は、パイプライン40を介して、熱クラウスス
テージを構成する炉44に向けて軸方向又は接線方向に燃焼するバーナー42まで流
れる。第2の硫化水素含有可燃性ガス流の可燃性成分の燃焼を補助するために、
好ましくは少なくとも約0.8の酸素のモル分率を有する燃焼補助ガスを、パイプ
ライン45を介してバーナー42に供給する。バーナー42は、チップ混合種でもよい
。燃焼補助ガスは、好ましくは、市販の純酸素又は酸素リッチ空気である。バー
ナー42へのガス流の相対流速は、運転中に、炉44の反射ライニング(図示せず)
が約1650℃以上の温度になることがないように選択される。一般に、燃焼補助ガ
スの供給比率は、第2の可燃性ガス流の硫化水素含有量の1/3の燃焼のために必
要とされるよりも少ない。
【0028】 炉44内で生じる反応は、第1クラウスプラントの炉12に関して上述した反応と
本質的に同じである。しかし、少なくとも約0.8の酸素モル分率を有する燃焼補
助ガスを用いることで、硫化水素の熱分解が促進される傾向にある。したがって
、典型的には、得られるガス中の水素の割合が第1クラウスプラント2の対応す
る部分における水素の割合よりも大きい。硫化水素、二酸化硫黄、硫黄蒸気、水
蒸気、水素及び二酸化炭素及び典型的には窒素、一酸化炭素及び痕跡量のオキシ
硫化炭素及び二硫化炭素を含む流出ガス流44は、炉44を出て、廃熱ボイラー46に
通過し、ここで、典型的には約500℃〜600℃の範囲の温度まで冷却される。
【0029】 得られる冷却流出ガス流は、第2クラウス炉48に流入する。さらなる燃焼補助
ガスを、パイプライン45から枝分かれしたパイプライン50を介して炉48に供給す
る。燃焼補助ガスは、ランス(図示せず)を介して炉48に入る。
【0030】 結果として、炉44からの冷却流出ガス流の硫化水素含有量の一部の燃焼が生じ
る。流出ガス流は、典型的には、比較的高温で廃熱ボイラー46を出るので、硫化
水素の燃焼は容易に生じる。
【0031】 炉44及び48への硫化水素分子及び酸素分子の相対流速は、炉48を出る流出ガス
流中の二酸化硫黄に対する硫化水素のモル比が典型的には約1.5:1〜約3:1
の範囲にあるようになされる。流出ガス混合物は、典型的にはさらなる廃熱ボイ
ラー52内で、典型的には約250℃〜約350℃の範囲の温度まで冷却される。廃熱ボ
イラー46を出るガス混合物と同じ種(しかし割合は異なる)を含む冷却流出ガス
混合物は、硫黄コンデンサー54に流入し、ここで、さらに約110℃〜約150℃の温
度まで冷却され、少なくとも幾分かの硫黄蒸気が凝縮される。得られる凝縮物は
、硫黄シールピット(図示せず)に送られる。得られる硫黄欠乏流出ガス流は、
典型的には、2つの副ガス流に分割される。一方の副ガス流は、コンデンサー18
の下流であるが再熱器24の上流である領域にて、第1クラウスプラント2からの
ガスフローと結合する。硫黄ンデンサー54を通過した硫黄欠乏流出ガス流の他の
部分は、後述する態様で用いられる。
【0032】 第3の硫化水素含有可燃性ガス流は、パイプライン60を介して、第2クラウス
プラント4に通過する。空気又は酸素リッチ空気が、パイプライン62を介して第
3クラウスプラント4に通過する。第2クラウスプラント4は、熱クラウスステ
ージを構成する炉66に向けて燃焼するバーナー64を含む。炉66を出る流出ガスは
、廃熱ボイラー68内で冷却される。硫黄は、冷却流出ガス流から、硫黄コンデン
サー70内で凝縮され、得られる凝縮物は硫黄シールピット(図示せず)に通過す
る。コンデンサー70を出た硫黄欠乏ガス混合物は、触媒クラウスステージの一連
の2個のサブステージ列72及び74に流れる。上流側の列72は、順番に、再熱器76
、第1触媒クラウス反応器78、及び硫黄コンデンサー80を含む。第2のサブステ
ージ列74も同様に、再熱器82、触媒クラウス反応器84及び硫黄コンデンサー86を
含む。第2クラウスプラント4の作動は、第1クラウスプラント2に近似するの
で、さらに詳細には記載せず、さらなる設備6の硫黄コンデンサー54からの硫黄
欠乏流出ガスの他の部分が、コンデンサー70の下流側であるが再熱器76の上流側
でクラウスプラント4を通過するガス混合物に導入されることを述べるにとどめ
る。
【0033】 さらなる設備6を設けることで、2個のクラウスプラントの全体の容量を増加
させる。さらなる設備6において、クラウスプラント2及び4で用いるよりも酸
素に富む燃焼補助ガスを用いることで、非反応性ガス、特に窒素及び二酸化炭素
の追加量を低く保持することができる。さらなる設備6は、典型的には、クラウ
スプラント2及び4を改良する、さらなる設備を介しての供給量を多くして、ク
ラウスプラント2及び4の熱ステージを介しての供給量を少なくすることで、ク
ラウスプラント2及び4の触媒ステージを介しての流を相対的に変化させずに、
総供給比率を増加させることができる。
【0034】 本発明によれば、運転中に、さらなる設備からクラウスプラント2及び4の触
媒ステージへの硫化水素及び二酸化硫黄を含む硫黄欠乏流出ガス混合物の追加を
乱さないように制御する。図1は、第1熱クラウスプラント2に対する制御スキ
ームを示す。分析器90をコンデンサー34の下流側に位置づけて、バルブコントロ
ーラ92に伝達される制御信号を発生させる。バルブコントローラ92は、二酸化硫
黄に対する硫化水素の実際のモル比(又はその関数)とかような比率(又はかよ
うな比率の関数)のプレセット値とを比較する。2つの値の間に差がある場合は
、二酸化硫黄に対する硫化水素のモル比検出値がプレセット値に戻るように、パ
イプライン16へのトリムパイプライン96を介しての空気又は酸素リッチ空気の流
を調節するように、トリムバルブ94をリセットする。
【0035】 トリムパイプライン96は、クラウスプラント2のパイプライン16に酸素リッチ
空気の総流量のうち少量を搬送する。トリムバルブ94と平行に、メインフローコ
ントロールバルブ98がある。このバルブは、第1可燃性ガス流中に存在するアン
モニア及び炭化水素類を完全に酸化し且つ硫化水素含量の選択された割合を二酸
化硫黄及び水蒸気に酸化するために必要な空気又は酸素リッチ空気の計算流量に
従って、設定されてもよい。フローメーター100は、第1クラウスプラント2へ
の第1可燃性ガス流の流速を測定して、流速を示す信号を発生させる。信号は、
バルブコントローラに送られて、測定された流速が特定の流速から変動する場合
に、メインフローコントロールバルブ98をリセットする。コントロールスキーム
は、過去の経験又は過去の分析から推定される第1可燃性ガス流の組成に基づく
ものでもよい。あるいは組成は、補助制御信号を発生させるオンストリーム分析
器(流れ内にある分析器:図示せず)によって決定されてもよい。上述の制御装
置は、さらなる設備6の硫黄コンデンサー54からの硫黄欠乏流出ガスの追加なし
にクラウスプラント2が運転される場合に、第1クラウスプラント2の定常運転
に影響を与え得る。
【0036】 さらなる設備6の運転時には、パイプライン46への酸素又は酸素リッチ空気の
流の大部分は、メインフローコントロールバルブ110を通過する。第2の可燃性
ガス流の流速は、フローメーター114によって測定され、バルブコントローラ112
に第2の可燃性ガス流の流速を示す信号を伝達する。バルブコントローラ112は
、メインフローコントロールバルブの位置を決定する第1制御信号を発生させ、
その結果、第2の可燃性ガス流が供給される速度における変動に従って、さらな
る設備6への酸素又は酸素リッチ空気の供給速度が自動的に調節される。分析器
104は、硫黄コンデンサー54のすぐ下流側での硫黄欠乏流出ガス流中の二酸化硫
黄濃度に対する硫化水素濃度の両者を測定し得るように位置づけられる。分析器
104は、バルブコントローラ106に、二酸化硫黄に対する硫化水素のモル比を表す
信号を伝達する。バルブコントローラは、パイプライン109内のトリムフローコ
ントロールバルブ108に、第2の制御信号を発生させる。トリムフローコントロ
ールバルブ108は、第2の制御信号に応答して、二酸化硫黄に対する硫化水素の
モル比が硫黄欠乏流出ガス中で所定値に維持されるように、さらなる設備6への
酸素又は酸素リッチ空気の総流速を微調節することができる。
【0037】 結果として、触媒クラウスステージの十分な運転が維持され、触媒クラウス反
応器32に関連する硫黄コンデンサー34を出るテールガス中の硫黄化合物の割合は
、特定の最大値を超えない。所望のモル比からの幾らかの偏差がある場合には、
分析器は、これを検出可能で、よって第1クラウスプラント2に関連するトリム
バルブ94を調節する。硫黄コンデンサー54を出る硫黄欠乏流出ガス流中の二酸化
硫黄及び硫化水素の比較的高い濃度を鑑みると、分析器104及びバルブコントロ
ーラ106がない場合には、プラント全体の定常運転は達成困難であるかもしれな
い。
【0038】 典型的には、コンデンサー54を出る硫黄欠乏流出ガス流を第1クラウスプラン
ト2及び第2クラウスプラント4の間で適当に割り当てるべく、追加のフローコ
ントロールバルブ120及び122が設けられる。図示されてはいないが、第2クラウ
スプラント4は、クラウスプラント2と類似の関連するバルブコントロール設備
を有する。
【0039】 図1に示したプラント及び設備に、種々の変更及び変形がなされてもよい。例
えば、さらなる設備6の廃熱ボイラー46と第2の熱クラウスステージ48との中間
に、中間硫黄コンデンサー(図示せず)を組み込んで、そこを通過するガス混合
物をさらに低温まで冷却してもよい。別の実施例において、空気及び酸素をさら
なる設備6に別々に供給して、分析器からの制御信号を用いて、空気供給ライン
又は酸素供給ラインのいずれかに関連するトリムバルブを制御することもできる
【0040】 図2は、別の実施形態を示し、ここで、第2の熱クラウスステージ48及び関連
する廃熱ボイラー52は追加の設備6から削除されている。代わりに、硫黄コンデ
ンサー54を出る硫黄欠乏流出ガス流の部分をポンプ200によって、第2の硫化水
素含有可燃性ガス流に再循環させる。再循環したガス流は、これがなければ第1
のクラウス炉44内で発生したであろう温度を変更して、燃焼補助ガスをより高い
酸素モル分率にすることができる。再び、廃熱ボイラー46を図1に示す設備にお
けるよりも低温で運転させる。他の点で、図2に示すプラント及び設備は、図1
に示すものと類似する。
【0041】 図3を参照すれば、さらなる変形例が示されており、再び、図1に示したさら
なる設備6の第2クラウス炉48及び廃熱ボイラー52が削除されている。この場合
、第1炉44中の温度の変更は、液体水などの流体のパイプ300を介する炉44内の
炎ゾーン(図示せず)への直接導入によって達成される。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1は、複数の硫化水素含有可燃性ガス流を処理するためのプラントの第1実
施例の概略図である。
【図2】 図2は、複数の硫化水素含有可燃性ガス流を処理するためのプラントの第2実
施例の概略図である。
【図3】 図3は、複数の硫化水素含有可燃性ガス流を処理するためのプラントの第3実
施例の概略図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) B01D 53/52 53/77 Fターム(参考) 4D002 AA03 AC07 BA05 BA12 BA13 DA70 EA02 GA02 GA03 GB02 HA02 4D076 AA15 BC01 FA02 FA04 FA12 FA25 FA34 HA03 HA10 JA01 JA04

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の硫化水素含有可燃性ガス流の処理方法であって、 (a)第1の熱クラウス(Claus)ステージと、第1の硫黄コンデンサーと、触
    媒クラウス(Claus)ステージ及びその下流側の第2の硫黄コンデンサーを含む
    少なくとも1のサブステージ列と、を順番に含む一連のステージ列を含む第1ク
    ラウス(Claus)プラントを、第1の硫化水素含有可燃性ガス流から硫黄を回収
    するように作動させる工程と、 (b)少なくとも1のさらなる熱クラウス(Claus)ステージにおいて、第2の
    硫化水素含有可燃性ガス流の硫化水素含有量の一部を燃焼させる工程と、 (c)前記さらなる熱クラウスステージに、硫化水素の燃焼を補助する少なくと
    も0.25の酸素モル分率を有し且つ純酸素又は空気から分離された不純物含有酸素
    流から形成されているか又は空気流と純酸素又は不純物含有酸素流との混合物か
    ら形成されている燃焼補助ガスを供給する工程と、 (d)前記さらなる熱クラウスステージからの硫化水素、二酸化硫黄、水蒸気及
    び硫黄蒸気を含む流出ガス流を抜き出し、硫黄欠乏流出ガス流(sulphur-deplet
    ed effluent gas stream)を形成するように、さらなる硫黄コンデンサー内で前
    記流出ガス流から硫黄蒸気を除去する工程と、 (e)前記硫黄欠乏流出ガス流の少なくとも一部を、前記第1クラウスプラント内
    の前記第1の熱クラウスステージの下流側で且つ前記サブステージ列内の触媒ク
    ラウス反応の開始部の上流側の領域において、処理されている第1の可燃性ガス
    と混合させる工程と、 (f)前記さらなる熱クラウスステージへの前記第2可燃性ガスの流速又は前記
    第2可燃性ガスの少なくとも1の可燃性成分の流速の関数である第1の制御信号
    を発生させる工程と、 (g)前記硫黄欠乏流出ガス流中の硫化水素/二酸化硫黄モル比の関数である第
    2の制御信号を発生させる工程と、 (h)前記第1及び第2の制御信号を用いて、記燃焼補助ガスが前記さらなる熱
    クラウスステージに供給される速度を設定する工程と、 を含む方法。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の方法であって、前記燃焼補助ガスは、約0.7
    の酸素モル分率を有することを特徴とする方法。
  3. 【請求項3】 請求項1又は請求項2に記載の方法であって、単一のさらなる
    熱クラウスステージがあることを特徴とする方法。
  4. 【請求項4】 請求項4に記載の方法であって、液体水、液体二酸化炭素、二
    酸化硫黄及び前記さらなる硫黄コンデンサーの下流から採取される再循環流から
    選択される温度緩和流体を、前記単一のさらなる熱クラウスステージに供給する
    ことを特徴とする方法。
  5. 【請求項5】 請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の方法であって、前
    記硫黄欠乏ガス流を、前記第1クラウスプラント内の前記さらなる硫黄コンデン
    サーの下流側の領域で、処理されている前記第1可燃性ガスに、導入することを
    特徴とする方法。
  6. 【請求項6】 請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の方法であって、さ
    らに、第1の熱クラウスステージと、第1の硫黄コンデンサーと、触媒クラウス
    反応ステージ及び第2の硫黄コンデンサーを含む少なくとも1のサブステージ列
    と、を順番に含む一連のステージ列を有する第2クラウスプラントを、第3の硫
    化水素含有可燃性ガス流から硫黄を回収するように操作する工程を含み、前記硫
    黄欠乏流出ガス流の一部だけを前記第1可燃性ガス流と混合させ、前記硫黄欠乏
    流出ガス流の残りを前記第2クラウスプラント内の前記第1熱クラウスステージ
    の下流側で且つ前記触媒クラウス反応の開始部の上流側の領域で、処理されてい
    る第3可燃性ガス流と混合させることを特徴とする方法。
  7. 【請求項7】 複数の硫化水素含有可燃性ガス流を処理するプラントであって
    、 (a)第1の熱クラウスステージと、第1の硫黄コンデンサーと、触媒クラウス
    反応ステージ及び第2の硫黄コンデンサーを含む少なくとも1のサブステージ列
    と、を順番に含む一連のステージ列を有し、第1の硫化水素含有可燃性ガス流か
    ら硫黄を回収するための第1クラウスプラントと、 (b)第2の硫化水素含有可燃性ガス流の硫化水素含有量の一部を燃焼させるた
    めの少なくとも1のさらなる熱クラウスステージと、 (c)純酸素流又は空気から分離された不純物含有酸素流又は空気流と純酸素流
    又は不純物含有酸素流との混合物から形成されていて且つ少なくとも0.25の酸素
    モル分率を有する燃焼補助ガス用の前記さらなる熱クラウスステージへの少なく
    とも1の入口と、 (d)硫化水素、二酸化硫黄、水蒸気及び硫黄蒸気を含む流出ガス流用の前記さ
    らなる熱クラウスステージからの出口と、 (e)前記さらなる熱クラウスステージからの出口と連通する入口を有し、硫黄
    欠乏流出ガス流を形成するように前記流出ガス流から硫黄蒸気を抽出するための
    さらなるコンデンサーと、 (f)前記第1クラウスプラント内の前記第1熱クラウスステージの下流側の領
    域で且つ該領域の上流側では前記触媒クラウス反応が開始する前記領域と連通す
    る前記硫黄欠乏流出ガス流用の出口と、 (g)前記さらなる熱クラウスステージへの前記第2可燃性ガス流の流速又は前
    記第2可燃性ガス流の少なくとも1の可燃性成分の流速の関数である第1の制御
    信号を発生させる手段と、 (h)前記硫黄欠乏流出ガスを通る二酸化硫黄に対する硫化水素のモル比の関数
    である第2の制御信号を発生させる手段と、 (i)前記燃焼補助ガスを前記さらなる熱クラウス反応ステージに供給する流速
    を設定するために、前記第1及び第2の制御信号に反応する手段と、 を含むプラント。
  8. 【請求項8】 請求項7に記載のプラントであって、前記第1の制御信号を発
    生させる手段は、第1のバルブコントローラと作動的に連関し且つ前記さらなる
    クラウスステージへの前記燃焼補助ガスの流速を測定するためのフローメーター
    を含むことを特徴とするプラント。
  9. 【請求項9】 請求項7に記載のプラントであって、前記第2の制御信号を発
    生させる手段は、前記硫黄欠乏流出ガス中の硫化水素及び二酸化硫黄の濃度を測
    定するための分析装置と、測定された硫化水素及び二酸化流素の濃度から二酸化
    硫黄に対する硫化水素のモル比をコンピュータで計算する手段と、コンピュータ
    で計算された二酸化硫黄に対する硫化水素のモル比を所定モル比と比較する手段
    と、を含むことを特徴とするプラント。
  10. 【請求項10】 請求項7〜請求項9のいずれか1項に記載のプラントであっ
    て、さらに、前記燃焼補助ガス流の大部分が流通可能な少なくとも1のメインフ
    ローコントロールバルブと、前記燃焼補助ガス流の少量が流通可能なトリムフロ
    ーコントロールバルブと、を含み、前記メインフローコントロールバルブは、前
    記第1の制御信号を発生させる手段と作動的に連関しており、前記トリムフロー
    コントロールバルブは、前記第2の制御信号を発生させる手段と作動的に連関し
    ていることを特徴とするプラント。
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