KR20080097986A - 기류로부터 황을 회수하는 방법 및 시스템 - Google Patents

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Abstract

싸우어 가스와 같은 산업용 기류로부터 황화합물을 제거하는 본 발명의 방법은 황화수소를 산화하는 동안 산소가 부족한 환경을 사용하고 모든 변환되지 않은 황화수소를 재생탑으로 재순환시킨다.
황화합물, 싸우어 가스, 재생탑

Description

기류로부터 황을 회수하는 방법 및 시스템{A method and system for recovering sulphur from gas streams}
본 발명은 오일과 가스 처리공정으로부터 황을 회수하는 방법에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 산업 공정 중에 발생된 기류로부터 황을 제거하여, 최소량의 황화합물을 포함한 "청정 가스"를 배출하는 것이다.
석유화학 산업과 관련된 위험 요인은 유독성인 황화수소(H2S)를 대기 중에 방출한다는 것이다. 황화수소는 황이나 다른 연소 가능한 물질을 포함한 연료를 태우는 산업 공정으로부터 발생하는 미정제 싸우어 기류(sour gas stream) 또는 기류(테일 기류(tail gas stream))와 같은 여러 가지 배출가스에서 발견된다. 매우 유독성인 황화수소는 산업 공정에서 발생된 부산물들이 대기 중으로 유출되기 전에 제거되어야 하는 법규를 따라야 한다. 법규들은 황을 회수하고 대기 속으로 배출되는 H2S 및 SO2의 양을 줄이는 방법들의 개발을 필요로 하고 있다.
전통적으로 대기 속으로 배출되는 황의 양은 H2S 및 SO2를 원소상태 황으로 변환시켜 줄인다. 오늘날 산업분야에서 통상적으로 사용되는 이 방법은 변형 클라우스 공정(modified Claus process)으로 공지되어 있고, 1883년 영국 런던의 화학 자인 칼 프리드리히 클라우스에 의해 처음으로 개발되었다. 이 방법은 클라우스 반응(Claus reaction)을 기초로 한다
2H2S + SO2 <--> 3/8S8 + 2H2O (1)
변형 클라우스 공정은 두 개의 과정이다: 1) 반응로에서 아래 반응식에 따라 황화 수소(H2S)를 이산화황(SO2)으로 산화시키는 과정: 및
H2S + 3/2O2 <--> SO2 + H2O (2)
2) 클라우스 반응(1)을 통해 이산화황과 잔여 황화수소의 원소상태 황으로의 반응. 제 2 단계인 황화수소와 이산화황의 원소상태 황으로의 반응은 일반적으로 연속되는 촉매반응기를 이용하여 완료하는데 이는 클라우스 반응은 평형반응이기 때문이다. 결과적으로, 여러 개의 촉매반응기를 연속하여 사용하는 것은 일반적이며 각각의 반응로를 거칠수록 더 많은 양의 원소상태 황이 제거되게 되며 더 많은 양의 황을 회수할 수 있다.
불행히도, 열역학적으로 연속된 클라우스 반응기만으로는 모든 황을 회수할 수 있는 것이 아니다. 소량의 황화수소가 테일 기류에 잔류하게 되며, 테일 가스 정제의 추가 단계(이하에서 "TGCU")를 필요하게 한다.
현재 16가지의 TGCU 공정이 사용되고 있는 것으로 알려져 있으며 그 중 9가지 공정은 기술적으로 증명된 것들이다. TGCU 장치들은 클라우스나 수정된 클라우스 황 회수 장치(이하에서 SRU)들과 함께 사용된다.
전형적인 SRU는 황화수소를 흡수하거나 탈착하여 황화수소를 농축시키는 아 민 처리 장치를 통과하는 미정제 가스 공급류를 포함한다. 그런 후에 농축된 황화수소는 반응로로 들어가고 여기서 산소가 충분히 공급되는 환경에서 연소되어 아래 반응식(3) 대로 황화수소와 이산화황을 생산한다.
H2S + aO2 → bH2S + cSO2 + dS(원소상태) + eCOS + fCS2 + gH2O (3)
그런 후에 원소상태 황과 황화수소는 기류의 온도를 낮추는 응축에 의해 부분적으로 처리된 기류로부터 분리되며 그런 후에 COS, CS2, 원소상태 황이 제거되는 연속적으로 촉매반응기를 통과한다. 황화수소와 이산화황은 상기 클라우스 반응(1)을 거치게 되며, COS와 CS2는 다른 반응인(4) 및 (5)를 거쳐 황화수소와 원소상태 황을 생산하게 된다.
COS + H2O → CO2 + H2S (4)
CS2+ 2H2O → CO2 + 2H2S (5)
불리하게도, 연속된 촉매 변환기를 거쳐 기류로부터 황을 점진적으로 분리한 후에는 촉매반응기의 사용은 더 이상 효과가 없으며, 따라서 소량의 황화수소와 생산된 이산화황이 처리된 배기가스와 함께 대기 속으로 배출된다.
다음의 공지된 특허들은 산업용 기류로부터 황화합물을 분리하는 전통적인 방법에 대한 다른 개선점을 교시한다.
지에크의 미국 특허 제 4,138,473호(1979년 2월6일에 등록된 '473 특허)는 순수한 산소와 황화수소를 연소시켜 이산화황으로 반응시키는 방법을 교시한다. 또 한, 세 개의 연속된 촉매반응기의 사용과 연속된 다음의 촉매반응기로 들어가기 전에 기류를 재가압, 재가열하는 방식을 합쳐서 각각 황화수소와 이산화황을 물과 원자상태의 황으로 변환시킨다. 그런 후에 이산화황은 다시 클라우스 반응(1)에서 사용하기 위한 원료로서 반응의 처음 부분으로 재순환된다. 상기 '473은 특히 2:1로 유지된 황화수소와 이산화황의 화학양론적 비율이 최고의 효율을 제공한다는 사실을 추가로 교시한다. 불리하게도, 상기 '473 기술은 황화수소의 산화를 위한 산소가 풍부한 환경에 의존하여, 제어되지 않은 황화수소의 연소를 유도하여, 촉매 변환기에 의해 원소상태 황으로 환원될 필요가 있는 과량의 SO2를 생성한다. 과량 생산된 이산화황은 과량의 이산화황을 정화하는 TGCU 장비를 필요로 하여, 많은 비용이 든다.
사토리의 미국 특허 제 4,895,670호(1990년 1월 23일 등록) 및 호의 미국 특허 제 4,961,873호(1990년 10월9일 등록)는 각각 황화수소를 흡수하여 반응로 130(도 1 참조)에 들어가기 전에 응축하는 아민 흡수장치의 사용을 개시한다. 불리하게도, 이런 특허들은 TGCU 장비를 사용할 필요성을 극복하지 못했다.
브랜톤의 미국 특허 제 4,071,436호는 클라우스 반응(1)을 일으키는 것을 돕기 위해 변환기에서 다양한 촉매(즉, 알루미나, 전형적으로 유동층에 또는 이동층 표면에 박혀있음)의 사용을 교시한다. 불리하게도, 이러한 기술들도 역시 배출가스가 대기 속으로 배출되기 전에 TGCU의 사용을 여전히 필요로 한다.
산소가 풍부한 환경은 최근까지 전형적인 종래의 황 회수방법이었다. 그러 나, 라마니의 미국 특허출원 2005/0158235(2005년 7월25일 출원)는 황화수소의 산화과정 동안 이어지는 공정과 결과적으로 배출가스로의 이산화황의 유입을 줄이는 산소의 제한적 사용을 교시한다. 불리하게도, 미국 특허출원 2005/0158235는 잔류 이산화황을 배출가스에서 분리하기 위해 TGCU 장치를 사용하여만 한다.
린의 미국 특허출원 2006/0078491(2006년 4월13일 출원)은 황화수소와 이산화황의 화학양론적 비율이 2:1 미만으로 유지되어야 하는 방법에 따라, 폴리 글리콜 에터(또는 다른 3차 아민 용액)와 같은 유기 액체 환경 내에서 과량의 이산화황을 사용하여 기류를 처리하는 것을 교시한다. 이 방법은 아민 스크러버(scrubber)와 압소버(absorber)가 필요하지 않다. 불리하게도, 이 방법은 고농도의 이산화황을 촉매 변환기로 유입시켜, 이산화황은 상기 '473에서 교시한 방법과 같이 클라우스 반응(1)에서 사용하기 위한 원료로서 방법의 처음 부분으로 재순환되어야 한다.
따라서 싸우어 기류로부터 황을 회수하기 위한 저렴한 방법을 제공하는 것이 바람직하며, 상기 방법은 현대 환경 표준에 부응하기 위해 TGCU 장치를 사용하지 않는다.
본 발명의 목적은 싸우어 기류로부터 황을 회수할 때 TGCU 장치를 사용하지 않는 것이다.
본 발명의 한 개괄적인 태양에서, 산업용 기류로부터 발생한 황화수소를 포함하는 황 화합물을 제거하기 위해 제공된 방법은 다음 단계를 포함한다: 반응로 속에 산업용 기류를 공급하는 단계; 황화수소와 이산화황 사이의 화학양론적 비율이 2:1보다 크게 유지하기 위해 충분히 산소가 부족한 조건하의 상기 반응로에서 황화수소를 산화하기 위해 산업용 기류를 연소하는 단계; 변형 클라우스 반응기와 같은 촉매 변환기를 사용하여, 황화수소의 연소로 발생한 잔류 생성물을 원소상태 황으로 변환시키는 단계; 물과 원소상태의 황을 추가로 침전시키기 위해 촉매화된 기류를 응축하는 단계; 처리된 기류로부터 변환되지 않은 황화수소를 흡수하고 제 2 재생탑을 사용하여 농축하는 단계; 및 모든 변환되지 않은 황화수소를 반응로로 재순환하는 단계. 바람직하게는, 산업용 기류는 기존의 제 1 아민 처리 장치에서 미리-흡수된다.
본 발명의 다른 목적은 전형적인 반응로 내에 존재하는 산소가 부족한 환경을 이용하는 것이다. 본 발명의 방법은 반응로에서 산소가 부족한 환경에서 연소반응이 일어나도록 한다. 이 발명에서는 산소가 부족한 환경에서 촉매 변환기에 유입되는 황화수소와 이산화황의 화학양론적 비율을 제어하기 위해 산소가 부족한 환경을 사용하며 그런 후에 잔류 황화수소를 아민 처리 장치로 재순환시킨다.
열역학적으로, 클라우스 반응(1)은 평형상수가 아래와 같은 평형반응이다:
Kp= [S8]3/8[H2O]2/[H2S]2[SO2] (6)
본 발명의 방법에 따라 가스 공급류는 미정제 기류에서 황화수소를 농축하기 위해 아민 처리 장치로 먼저 유입된다. 그런 후에 농축된 황화수소는 산소가 부족한 환경에 노출되는 반응로에 유입되어, 결과적으로 더욱 소량의 이산화황이 반응로에 남게 되어, 황화수소와 이산화황의 화학양론적 비율은 2:1보다 크게 된다.
반응로에 유입되는 주요 기류에서 농축된 황화수소는 연소반응(3)에 따라 산화되어 SO2, H2S, COS, CS2, 및 H2O를 생성한다. 이것은 H2S와 O2 와 같은 성분의 양에만 의존하는 완전평형반응이다. 유리하게는, 황화수소가 연소하는 동안 존재하는 산소의 양을 제한하면 촉매 변환되는 것을 필요로 하는 부산물인 이산화황의 생성을 줄인다.
평형 반응식(6)에 따르면, 일정한 온도에서 이산화황의 농도는 황화수소 농도 제곱에 반비례하기 때문에 고농도의 황화수소는 저농도의 이산화황을 생성하게 한다. 산소가 부족한 환경에서 클라우스 반응(1)은 2:1의 화학양론적 비율로 황화수소와 이산화황을 생산하는 변형 클라우스 반응과 비교하여 고농도의 황화수소와 저농도의 이산화황을 생산한다.
H2O와 원소상태의 황은 응축에 의해 기류로부터 침전시킬 수 있다. COS와 CS2는 기류를 따라가서 이들이 반응 (4) 및 (5)가 일어나서 H2O와 원소상태의 황을 생산하는 촉매 변환기에 유입된다. 또한 황화수소와 이산화황(2:1보다 큰 상기 화학양론적 비율)도 역시 촉매반응기로 유입되는데, 이곳에서 클라우스 반응(1)이 H2O와 원소상태의 황을 생성한다.
잔류 황화수소는 제 2 아민 흡수탑에 의해 제거되며 반응로에서의 산화반응에 사용할 수 있는 황화수소의 양을 늘리기 위해 제 1 재생탑으로 재순환된다. 다른 실시예에서, 잔류 황화수소는 제 2 아민 흡수탑에 의해 제거되며 제 2 재생탑에 의해 재생되고, 반응로로 재순환된다. 제 1 아민 흡수탑과 재생탑은 제안된 황 회수 장치의 일부분이 아니라 기존의 아민 처리 장치(이하 "ATU")의 일부분이다.
유동적으로 결합된 시스템을 통해 흐르는 산업용 기류로부터 황화합물을 제거하기 위한 본 발명의 방법의 실시예는 (기존 ATU의) 제 1 흡수탑, (기존 ATU의) 제 1 재생탑, 반응로, 적합한 제어장치들과 센서들, 적어도 2개의 응축기, 적어도 1개의 촉매 변환기 및 제 2 흡수탑을 포함한다.
제 1 흡수탑과 제 1 재생탑은 산업용 기류로부터 황화수소를 흡수하고 농축시킨다. 농축된 황화수소는 산소가 부족한 조건하에서 반응로로 유입되어 산화된다. 산화된 기류는 응축기로 유입되어 H2O와 원소상태의 황을 침전시킨다. 잔류 가스는 전형적인 변형 클라우스 촉매 변환기에서 촉매화되어 H2O와 원소상태의 황을 추가로 생성한다. 모든 변환되지 않은 황화수소는 제 2 흡수탑에 의해 추가로 흡수되고 제 1 재생탑을 통해 재순환되어 반응로에 다시 유입된다.
산업용 기류로부터 황화합물을 분리하기 위한 본 발명의 한 실시예는 기존 ATU의 제 1 흡수탑과 제 1 재생탑을 포함한다. 이런 장치들은 산업용 기류로부터 발생한 황화수소를 흡수하고 농축한다.
본 시스템은 농축된 황화수소를 산화시키기 위한 반응로, 원소상태의 황과 물을 침전시키는 응축기, 전형적인 변형 클라우스 반응기, 적절한 센서들 및 제어기 및 제 2 흡수탑이 있다. 이 시스템은 흡수된 황화수소를 제 1 재생탑으로 재순환시킨다.
본 명세서의 포함되고 일부를 구성하는 첨부된 도면은 본 발명에 따른 방법과 시스템의 바람직한 실시예들 예시하며 아래 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는 역할을 한다.
본 발명은 쉽게 이해하고 실시하기 위해서, 첨부된 표면에 도시된 제한적이지 않은 실시예들에서 기술된다.
도 1은 본 발명의 시스템의 바람직한 실시예를 설명하는 개략적인 다이어그램이다.
도 2는 안정기를 포함하는 본 발명의 시스템의 바람직한 실시예를 설명하는 개략적인 다이어그램이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하는 플로우 차트이다.
도 4는 제 2 재생탑을 포함하는 본 발명의 시스템의 다른 실시예를 설명하는 개략적인 다이어그램이다.
도 5는 제 2 재생탑을 포함하는 본 발명의 시스템의 다른 실시예를 설명하는 플로우 차트이다.
도 6은 공정의 각 단계 사이에 존재하는 수학적 관계를 설명하는 본 발명의 바람직한 실시예의 개략적인 다이어그램이다.
도 7은 실시예 1에 따른 황 회수를 설명하는 표이다.
도 1을 참조하면, 시스템의 설명된 한 실시예가 있고, 황 회수 장치(이하"SRU")는 일반적으로 400으로 표시되어 있으며, 제 1 가스 공급류가 (기존 ATU의) 제 1 흡수탑(110)으로 유입되어 기류로부터 황화가스가 흡수되며 (기존 ATU의) 제 1 재생탑(120)에서 농축되어, 정제되고 농축된 황화수소는 반응로(130)로 유입된다. SRU#1 센서(161)는 반응로(130)로 유입되는 황화수소의 양을 관찰하며 산소 부족 환경을 유지하여 황화수소의 계획된 연소를 성취하기 위해서, 산소 제어 밸브(165)를 통해 반응로(130)로 유입되는 산소의 양을 조절하는 SRU 제어 장치(150)에 피드 포워드 신호를 제공한다.
도 2에 도시된 대로, 정제되고 농축된 황화수소는 반응로(130)에 유입되기 전에 안정기(125) 내에서 안정화될 수 있다.
당업자는 반응로(130)에서의 기류의 연소는 반응 온도 범위 내에서 이루어지는 것이 바람직하는 것을 알고 있다. 또한, 가스의 조성물은 황화수소의 산화를 위한 반응로(130)의 얻을 수 있는 온도를 결정한다. 예를 들어, 유입되는 기류에 존재하는 불활성 성분들이 너무 많으면, 불활성 성분들은 반응로(130)가 황화수소 산화를 위한 최적 온도에 도달하는 것을 막을 수 있다. 그 결과, 유입 기류의 일부는 반응로(130)를 우회하여 직접 촉매 변환기(160)로 간다.
황화수소는 반응로(130)에서 산소에 의해 산화되어 기체 형태의 원소상태의 황, H2O, COS, CS2 및 SO2를 생성한다. 그런 후에 모든 생성물들은 응축기#1(140)로 유입된다. 응축기#1(140) 내부에서, 기류 온도는 충분히 낮추어져 H2O와 원소상태의 황을 침전시켜, 기체 형태의 COS, CS2, H2S 및 SO2가 전통적인 촉매 변환기인 촉매 변환기 (160)로 유입되게 한다.
SRU 센서 #2(162)는 촉매 변환기(160)로 유입되는 황화수소와 이산화황의 양을 측정하고 반응로(130)에 유입되는 공기의 양을 조절하여 산화 반응(3)의 결과를 조절하기 위해서, SRU 제어기(150)에 피드백 신호를 보내고, 제어기는 그 신호와 SRU 센서#1(161)로부터의 피드포워드 신호를 결합시키고, 황화수소와 이산화황의 화학양론적 비율을 2:1 보다 크게 유지함으로써, 반응로(130)에서 초기 산화 공정 동안 제어된 양의 이산화황이 생성된다.
촉매 변환기(160) 내부에서 반응물은 클라우스 반응(1)을 통해 원소상태의 황, COS, CS2, 및 H2O를 생성한다. COS와 CS2는 반응(4) 및 (5)를 통해 H2O와 원소 상태의 황을 추가로 생성한다. 클라우스 반응을 촉진하기 위해 모든 적절한 촉매가 사용될 수 있다. 황화수소와 이산화황의 화학양론적 비율을 2:1보다 크게 유지하면 촉매 변환기(160)로 유입되는 황화수소와 이산화황의 양을 조절하는데 유리하며, 이는 촉매 변환기(160)로 유입되는 황화수소와 이산화황의 양을 관찰하는 SRU 센서#2(162)로부터의 피드백 신호를 사용하여 SRU 제어 장치(150)에 의해 수행된다.
촉매 반응기(160)를 떠난 처리된 기류는 응축기#2(170)로 유입되어 H2O와 원소상태의 황을 추가로 침전시킨다. 그 후, 응축기#2(170)를 떠난 처리된 가스는 과량의 황화수소가 흡수되는 제 2 흡수탑(180)으로 유입되며 모든 변환되지 않은 황 화수소는 제 1 재생탑(120)으로 재순환된다. 도 3의 플로우 차트에 예시된 대로, 도 1 및 2의 시스템에서 수행된 방법은 900에서 가스 공급류로부터 황화수소를 흡수하고 농축하는 것을 포함한다. 그런 후에 흡수된 황화수소는 본 발명에 따라 910에서 산화된다. 물과 원소상태의 황은 920에서 침전된다. H2S, SO2, COS 및 CS2는 930에서 반응한다. 물과 원소상태의 황은 940에서 침전된다. 변환되지 않은 황화수소는 950에서 기류로부터 흡수된다. 변환되지 않은 황화수소는 960에서 제 1 재생탑으로 재순환된다.
다른 실시예에서, 흡수탑(180)으로부터 황화수소를 재순환하는 것은 2개 기류로 분리될 수 있는데, 하나는 반응로(130) 속에 있고 다른 하나는 촉매 변환기(160) 속에 있다. 차가운 재순환된 황화수소를 산화시키기 위해 더 많은 에너지를 필요로 하며 응축기#1(140)에 유입될 때 응축하기 위해 추가 에너지를 필요로 하는 경우, 차가운 재순환된 황화수소는 불필요하게 반응로로 재순환될 필요가 없다.
도 4를 참조하면, 제 1 재생탑(120)을 사용할 수 없는 경우에, 다른 실시예는 제 2 흡수탑(180) 이후에 제 2 재생탑(190)을 포함하며, 황화수소는 반응로(130)로 재순환될 수 있다(191a). 선택적으로, 다른 실시예에서, 황화수소의 일부는 촉매 변환기(160)로 직접 재순환될 수 있고(191b) 또는 반응로(130)를 우회하여 응축기(140)로 재순환될 수 있다(191c). 유리하게는, 제 2 흡수탑(180)은 본 발명의 처음 단계에서 사용된 제 1 흡수탑(110)보다 더 작고 저렴한 장치이다. 또한, 제 2 흡수탑(180)은 황 회수 장치(400) 속에 포함된다.
도 5의 플로우 차트에 예시된 대로, 도 4의 시스템에서 수행된 방법은 900에서 가스 공급류로부터 황화수소를 흡수하고 농축하는 것을 포함한다. 그런 후에 흡수된 황화수소는 본 발명에 따라 910에서 산화된다. 물과 원소상태의 황은 920에서 침전된다. H2S, SO2, COS 및 CS2는 930에서 반응한다. 물과 원소상태의 황은 940에서 침전된다. 변환되지 않은 황화수소는 950에서 기류로부터 흡수된다. 변환되지 않은 황화수소는 955에서 재생될 수 있고 965에서 반응로로 재순환될 수 있다. 다른 실시예에서, 촉매 변환기로 직접 또는 응축기 또는 촉매 변환기로 재순환될 수 있다(965).
실시예 1
제 2 흡수탑(180)으로부터 미처리된 황화수소의 재순환을 포함하는, 본 발명을 기초로 한 시스템의 잠재적 효과를 측정하기 위해 일련의 계산을 수행하였다. 이런 시뮬레이션의 결과는 도 7에 도시된다.
계산은 본 발명의 바람직한 실시예를 나타내는 개략적인 다이어그램을 기초로 하였다(도 6 참조).
사용된 변수들의 정의는 상수들은 아래와 같다:
x = 반응로(140)에 유입되는 제 1 가스 유입류(즉, 싸우어 가스) 속의 황의 양(moles/hour);
R = 제 2 흡수탑(180)으로부터 반응로(130) 또는 촉매 변환기(160)에 재순환되는 황화수소의 양(moles/hour)(도 1 참조);
P = 반응로(130) 떠 황화수소의 양을 시간당 몰로 표시한 것
a = 반응로(130)에서 황 회수 효율, 일반적으로 40-50%;
b = 촉매 변환기에서 황 회수 효율, 일반적으로 60-90%; 및
c = 아민 흡수탑에서 황 회수 효율, 일반적으로 90-99.9%.
도 7의 표에 도시된 대로, 반응로(130)에서 황 회수 효율을 50%라 가정할 때, 황화수소와 이산화황의 몰 비율이 점점 증가할수록, 황 회수 효율은 최소 99.0%에서 최대 99.9%까지 증가한다. 황화수소와 이산화황의 화학양론적 비율을 증가시키면 제 1 재생탑(120)으로 재순환될 황화수소의 양도 증가한다.
도 7과 같이, 몰 비율 3:1(황화수소:이산화황)은 99.9%의 황 회수 효율을 달성할 수 있다. 유리하게도, 회수율은 현재 많은 나라의 환경 규제에 의해 필요한 회수율보다 훨씬 높다. 본 발명의 방법에 따라, 황화수소와 이산화황의 화학양론적 비율이 2:1보다 크게 유지하는 모든 방식으로, 반응로(130)의 산소를 제거하고, 본 발명에서 교시한 대로, ATU 재생탑(120)에 잔류 황화수소를 재순환하면 현재 환경 기준에 부합하거나 상회 하면서 TGCU를 필요로 하지 않아 비용을 없앤다.
본 특허 문서에서, "포함하는(comprising)"이라는 단어는 이 단어 뒤에 나오는 장치들이 포함되는 것을 의미하나, 구체적으로 언급하지 않은 장비들이 제외된 것은 아니다. 부정관사 "a"에 의한 요소는 문맥에서 분명하게 한 가지 요소 그리고 원소들 중 하나라고 요구하지 않는 이상 한가지 이상의 원소가 존재하는 가능성을 배제하지 않는다.
비록 발명의 상세한 설명이 본 발명의 다양한 실시예를 개시하고 예시하지 만, 본 발명은 이런 특정한 실시예들에 제한되는 것은 아니다. 황 회수에 관한 당업자가 다양한 변화와 변형을 할 것이다. 본 발명의 범위의 전체 정의를 위하여, 첨부된 청구항을 참조한다.
본 발명의 내용 중에 포함되어 있음

Claims (25)

  1. (기존 아민 처리 장치의) 제 1 흡수탑, (기존 아민 처리 장치의) 제 1 재생탑, 반응로, 적합한 제어장치들과 센서들, 적어도 2개의 응축기, 적어도 1개의 촉매 변환기 및 제 2 흡수탑을 포함하는 유동적으로 결합된 시스템을 통해 흐르는 산업용 기류로부터 황화수소를 포함하는 황화합물을 제거하는 방법에 있어서,
    농축된 기류를 생성하기 위해, 제 1 흡수탑과 제 1 재생탑을 사용하여 상기 산업용 기류 속에 황화수소를 농축시키는 단계;
    반응로 속에 농축된 기류를 공급하는 단계;
    황화수소와 이산화황 사이의 화학양론적 비율이 2:1보다 크게 유지하기 위해 충분히 산소가 부족한 조건하의 상기 반응로에서 황화수소를 산화하기 위해 농축된 기류를 연소하는 단계;
    물과 원소상태의 황을 침전시키기 위해 연소된 기류를 응축하는 단계;
    종래의 변형 클라우스 반응기를 사용하여, 황화수소의 연소로 발생한 잔류 생성물을 원소상태 황으로 변환시키는 단계;
    물과 원소상태의 황을 추가로 침전시키기 위해 촉매화된 기류를 응축하는 단계;
    처리된 기류로부터 변환되지 않은 황화수소를 흡수하는 단계; 및
    모든 변환되지 않은 황화수소를 상기 재생탑으로 재순환하는 단계를 포함하는 황화합물 제거 방법.
  2. 산업용 기류로부터 황화수소를 흡수하기 위한, (기존 아민 처리 장치의) 제 1 흡수탑;
    산업용 기류 속에 황화수소를 농축하기 위한, (기존 아민 처리 장치의) 제 1 재생탑;
    황화수소의 촉매적 산화를 위해, 황화수소와 이산화황의 화학양론적 비율이 2:1보다 크도록 유지하기 위해 충분히 산소가 부족한 조건하의 반응로;
    반응로의 산소 부족 환경을 유지하기 위해 피드백 및 피드포워드 신호를 보내고 받는 적합한 제어장치들과 센서들;
    적어도 2개의 응축기;
    적어도 1개의 촉매 변환기; 및
    제 2 흡수탑을 포함하고, 산업용 기류로부터 황화수소를 포함하는 황화합물을 제거하고 변환되지 않은 황화수소를 제 1 재생탑으로 재순환하기 위한 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    한 센서는 반응로로 유입되는 황화수소의 양을 측정하고 피드포워드 신호를 제어 장치에 보내며, 한 센서는 촉매 변환기에 유입되는 황화수소와 이산화황의 양을 측정하고 피드백 신호를 상기 제어 장치에 보내는 적어도 2개의 센서를 더 포함하는 시스템.
  4. 제 2 항에 있어서,
    적어도 2개의 센서로부터 피드포워드 및 피드백 신호를 수신함으로써 제어되는 반응 챔버로 유입되는 산소의 양을 제어하기 위한 제어 장치를 더 포함하는 시스템.
  5. 반응로, 적합한 제어장치들과 센서들, 적어도 2개의 응축기, 적어도 1개의 촉매 변환기 및 제 2 흡수탑을 포함하는 유동적으로 결합된 시스템을 통해 흐르는 산업용 기류로부터 황화수소를 포함하는 황화합물을 제거하는 방법에 있어서,
    반응로 속에 산업용 기류를 공급하는 단계;
    황화수소와 이산화황 사이의 화학양론적 비율이 2:1보다 크게 유지하기 위해 충분히 산소가 부족한 조건하의 상기 반응로에서 황화수소를 산화하기 위해 산업용 기류를 연소하는 단계;
    물과 원소상태의 황을 추가로 침전시키기 위해 연소된 기류를 응축하는 단계;
    종래의 변형 클라우스 반응기를 사용하여, 황화수소의 연소로 발생한 잔류 생성물을 원소상태 황으로 변환시키는 단계;
    물과 원소상태의 황을 추가로 침전시키기 위해 촉매화된 기류를 응축하는 단계;
    처리된 기류로부터 변환되지 않은 황화수소를 흡수하고 제 2 재생탑을 사용하여 농축하는 단계; 및
    모든 변환되지 않은 황화수소를 상기 반응로로 재순환하는 단계를 포함하는 황화합물 제거 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    모든 미변환된 황화수소를 적어도 반응로로 재순환하는 단계는 황화수소를 반응로, 및 응축기들 중 적어도 하나, 적어도 하나의 촉매 변환기로 재순환하는 단계 또는 이의 조합을 포함하는 방법.
  7. 황화수소의 촉매적 산화를 위해, 황화수소와 이산화황의 화학양론적 비율이 2:1보다 크도록 유지하기 위해 충분히 산소가 부족한 조건하의 반응로;
    반응로의 산소 부족 환경을 유지하기 위해 피드백 및 피드포워드 신호를 보내고 받는 적합한 제어장치들과 센서들;
    적어도 2개의 응축기;
    적어도 1개의 촉매 변환기; 및
    제 2 흡수탑을 포함하고, 산업용 기류로부터 황화수소를 포함하는 황화합물을 제거하고 변환되지 않은 황화수소를 제 1 재생탑으로 재순환하기 위한 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    모든 미변환된 황화수소를 적어도 반응로로 재순환하는 단계는 황화수소를 반응로, 및 응축기들 중 적어도 하나, 적어도 하나의 촉매 변환기로 재순환하는 단 계 또는 이의 조합을 포함하는 시스템.
  9. 제 7 항에 있어서,
    한 센서는 반응로로 유입되는 황화수소의 양을 측정하고 피드포워드 신호를 제어 장치에 보내며, 한 센서는 촉매 변환기에 유입되는 황화수소와 이산화황의 양을 측정하고 피드백 신호를 상기 제어 장치에 보내는 적어도 2개의 센서를 더 포함하는 시스템.
  10. 제 7 항에 있어서,
    적어도 2개의 센서로부터 피드포워드 및 피드백 신호를 수신함으로써 제어되는 반응 챔버로 유입되는 산소의 양을 제어하기 위한 제어 장치를 더 포함하는 시스템.
  11. 황화수소와 이산화황 사이의 화학양론적 비율이 2:1보다 크게 유지하기 위해 충분히 산소가 부족한 조건하의 반응로(130)의 산업용 기류(910) 속의 황화수소를 산화하는 단계;
    물과 원소상태의 황(920)을 침전시키기 위해 산화된 기류를 응축하고 적어도 잔류 황화수소 및 이산화황을 함유하는 응축된 기류를 생산하는 단계;
    실질적으로 황화수소 전부를 원소상태의 황으로 변환시키도록 황화수소의 부분 산화를 위해 응축된 기류를 촉매화하고 촉매화된 기류(930)를 생성하는 단계;
    물과 원소상태의 황(940)을 추가로 침전시키기 위해 촉매화된 기류를 응축하고 처리된 기류를 생산하는 단계;
    배출 기류 및 변환되지 않은 잔류 황화수소를 생산하기 위해 하부 아민 흡수 장치(950)를 통해 처리된 기류로부터 잔류 황화수소를 흡수하는 단계; 및
    변환되지 않은 황화수소(965)를 재순환하는 단계를 포함하는 황화수소를 함유하는 산업용 기류로부터 황화합물을 제거하는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    하부 아민 흡수 장치는 하부 재생탑을 추가로 포함하고,
    잔류 황화수소를 재순환하는 단계는 농축된 잔류 황화수소를 생산하기 위해 하부 재생탑에서 배출 기류를 재생하고 농축된 잔류 황화수소를 적어도 반응로로 재순환하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    농축된 잔류 황화수소를 적어도 반응로로 재순환하는 단계는 농축된 잔류 황화수소를 산화하는 단계 및 산화된 기류를 응축하는 단계, 응축된 기류를 촉매화하는 단계 또는 이의 조합을 포함하는 방법.
  14. 제 11 항에 있어서,
    산업용 기류를 산화하기 전에, 안정제에서 산업용 기류를 안정화하는 단계를 더 포함하는 방법.
  15. 제 11 항에 있어서,
    산업용 기류를 산화하기 전에, 제 1 아민 처리 장치를 통해 기류를 흐르게 함으로써 황화수소를 농축하기 위해 산업용 기류를 흡수하고 농축된 기류를 생산하는 단계를 더 포함하는 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    제 1 아민 흡수 장치를 통해 산업용 가스를 흡수하는 단계는 산업용 기류 속에 황화수소를 추가로 농축하기 위해 제 1 재생탑을 통해 흡수된 산업용 가스를 재생하는 단계를 추가로 포함하고,
    잔류 황화수소를 재순환하는 단계는 잔류 황화수소를 적어도 제 1 재생탑으로 재순환하는 단계를 포함하는 방법.
  17. 황화수소와 이산화황의 화학양론적 비율이 2:1보다 크도록 유지하기 위해 충분히 산소가 부족한 조건하에서 황화수소(920)의 산화를 위한 반응로(130);
    물과 원소상태의 황(920)을 침전시키기 위해 산화된 기류를 응축하고 적어도 잔류 황화수소 및 이산화황을 함유하는 응축된 기류를 생산하기 위한 제 1 응축기(140);
    실질적으로 황화수소 전부를 원소상태의 황으로 변환시키도록 황화수소(930) 의 부분 산화를 위해 응축된 기류를 촉매화하고 촉매화된 기류를 생성하기 위한 적어도 하나의 촉매 변환기(160);
    물과 원소상태의 황(940)을 추가로 침전시키기 위해 촉매화된 기류를 응축하고 처리된 기류를 생산하기 위한 제 2 응축기(170); 및
    배출 기류 및 적어도 반응기로 재순환되는 잔류 황화수소를 생산하기 위해 처리된 기류(950)로부터 잔류 황화수소를 흡수하기 위한 하부 아민 흡수탑(180)을 포함하는 황화수소를 함유하는 산업용 기류로부터 황화합물을 제거하기 위한 시스템.
  18. 제 17 항에 있어서,
    잔류 황화수소를 적어도 반응로로 재순환하는 단계는 황화수소를 반응로, 및 제 1 응축기, 적어도 하나의 촉매 변환기로 재순환하는 단계 또는 이의 조합을 포함하는 시스템.
  19. 제 17 항에 있어서,
    하부 아민 흡수 장치는 하부 아민 흡수 장치로부터 잔류 황화수소를 흡수하고 적어도 반응로로 재순환하기 위한 농축된 잔류 황화수소를 생산하기 위한 하부 재생탑을 추가로 포함하는 시스템.
  20. 제 17 항에 있어서,
    반응로에서의 산화를 위해 산업용 기류를 안정화하기 위한 안정기를 추가로 포함하는 시스템.
  21. 제 17 항에 있어서,
    반응로에서의 산화를 위해 농축된 기류를 흡수하고 생산하기 위해 반응로의 상부 제 1 아민 처리 장치를 더 포함하는 시스템.
  22. 제 21 항에 있어서,
    농축된 기류 속에 황화수소를 더 농축하기 위해 제 1 재생탑을 더 포함하는 시스템.
  23. 제 17 항에 있어서,
    반응로에 유입되는 산소의 양을 제어하기 위해 제어 장치를 더 포함하는 시스템.
  24. 제 23 항에 있어서,
    촉매 변환기에 유입되는 황화수소와 이산화황의 양을 측정하고 피드백 신호를 생산하기 위한 황화수소 및 이산화황 센서를 더 포함하고, 상기 제어 장치는 반응로에 유입되는 산소의 양을 제거하기 위한 피드백 신호를 수신하는 시스템.
  25. 제 23 항에 있어서,
    반응로에 유입되는 산업용 기류 속의 황화수소의 양을 측정하고 피드포워드 신호를 생산하기 위한 황화수소 센서를 더 포함하고, 상기 제어 장치는 반응로에 유입되는 산소의 양을 제거하기 위한 피드포워드 신호를 수신하는 시스템.
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