MX2011001811A

MX2011001811A - Sistema y metodo para recuperacion de azufre.

Info

Publication number: MX2011001811A
Application number: MX2011001811A
Authority: MX
Inventors: Jung Soo Choe; Xianming Jimmy Li; Elmo Nasato
Original assignee: Air Prod & Chem
Priority date: 2010-02-22
Filing date: 2011-02-16
Publication date: 2011-08-30
Also published as: CA2731720A1; MY157579A; US20110206601A1; AU2011200630A1; US8236276B2; AU2011200630B2; BRPI1100215A2; EP2363376A1; EA201100258A1; EP2363376B1; CA2731720C

Abstract

Un sistema de recuperación de azufre para recuperar azufre de una corriente de alimentación de la planta de azufre que incluye un primer sistema de remoción de azufre y un segundo sistema de remoción de azufre. El sistema incluye una entrada de alimentación de la planta de azufre al primer sistema de remoción de azufre, la entrada de alimentación de la planta de azufre que es capaz de proporcionar una corriente de alimentación de la planta de azufre a una primera presión. Una o más entradas de gas oxidante están arregladas y están dispuestas para combinar por lo menos una corriente de gas oxidante con la corriente de alimentación de la planta de azufre para formar un gas de combustión para la combustión en el primer sistema de remoción de azufre a una segunda presión. Un dispositivo de restricción de flujo se configura operablemente para controlar una presión operante en uno o ambos del primer sistema de remoción de azufre y el segundo sistema de remoción de azufre También se divulgan una planta y método de procesamiento de gas para recuperar azufre de una corriente de alimentación de la planta de azufre.

Description

SISTEMA Y METODO PARA RECUPERACION DE AZUFRE ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La presente invención se dirige al sistema y métodos para recuperación de azufre elemental de las corrientes de gas que contienen azufre. Más específicamente, la presente invención se dirige a me oramientos en la recuperación de azufre al incrementar de manera controlable las presiones de operación.

Una unidad de recuperación de azufre (SRU) en una refinería de petróleo convierte el sulfuro de hidrógeno (¾S) a azufre elemental líquido para el procesamiento o almacenamiento adicional y sirve como la etapa de limpieza para las refinerías. A medida que el petróleo crudo disponible para la refinación se obtiene cada, vez más ácido, y mientras que las especificaciones de azufre de gasolina y diesel continúan disminuyendo debido a las regulaciones ambientales más estrictas, una cantidad incrementada de azufre debe ser procesada en el proceso de refinación.

Se utilizan sistemas de recuperación de azufre Claus para recuperar azufre de la corriente de alimentación de la planta de azufre que contiene gas ácido en la purificación de gas natural, gasificación de materias primas sólidas, y en refinerías de petróleo, principalmente del endujlzamiento de amina. En las refinerías, el sulfuro de hidrogeno está en el petróleo crudo y está contenido en gases malolientes de la unidad de desulfuración de hidrocarburos y gases malolientes de la unidad craqueadora catalítica fluidizada. Frecuentemente la corriente de gas ácido producida de la unidad de amina es muy rica en sulfuro de hidrógeno, particularmente en las refinerías de petróleo, donde puede ser 80-95% en mol de sulfuro de hidrógeno. Con las reservas conocidas de hidrocarburos refinables y disminución de petróleos crudos, las reservas de petróleo conocidas menos atractivas ahora están siendo procesadas, tales como las reservas de petróleo menos atractivas que típicamente tienen alto contenido de azufre. La tendencia en la refinación de tales materias primas que contienen alto contenido de azufre puede incrementarse en el futuro. En las refinerías, una fuente adicional de H2S que se alimenta a la unidad de recuperación de azufre se genera en el separador de agua ácida. La corriente de gas del separador de agua ácida alimentada a la unidad de recuperación de azufre típicamente contiene 1/3 de H2S, 1/3 de NH3 y 1/3 de vapor de agua con cantidades menores que contienen, pero no limitados a, contaminantes tales como C02, fenol, hidrocarburos ligeros. Por lo tanto, es necesario un método para incrementar la capajcidad de las plantas Claus para procesar azufre.

Aunque la discusión anterior pertenece al azufre de las refinerías de petróleo, otras fuentes de azufre pueden provenir del procesamiento de gas natural, gasificación de J materias primas sólidas (tales como carbón, coque de petróleo, biomasa, y otros) y otras operaciones de desulfuración. La concentración de sulfuro de hidrógeno en la corriente de alimentación de la planta de azufre puede variar de diluido (menos de 50% en mol) a más de 90% en mol.

La Patente Norteamericana No. 4,552,747, la cual se incorpora en la presente por referencia en su totalidad, divulga un método para incrementar la capacidad de la planta Claus con enriquecimiento de oxigeno y reciclaje de gas de horno para moderar las temperaturas del horno. La Patente Norteamericana No. 6,508,998, la cual se incorpora en la presente por referencia en su totalidad, divulga una mejora para la Patente Norteamericana No. 4,552,747 mediante lo cual el gas reciclado está siendo suministrado por un eductor impulsado por vapor antes que un ventilador mecánico.

La Patente Norteamericana No. 4,632,818, la cual se incorpora en la presente por .referencia en su totalidad, divulga un método para incrementar la capacidad de la planta Claus con enriquecimiento de oxigeno y reciclaje de azufre liquido e inyección en la zona de combustión para moderar las temperaturas del horno.

La Patente Norteamericana No. 7,597,871, la cual se incorpora en la presente por referencia en su totalidad, divulga un método pa'ra incrementar la capacidad de la planta Claus mediante enriquecimiento de oxigeno con inyección de vapor para moderar la temperatura del horno. El vapor se genera de la unidad de recuperación de azufre 100, y puede I haber sido utilizado previamente para la operación del eductor .

Lo que se necesita es un método y sistema para la recuperación de azufre que proporcione la remoción de azufre más eficiente, con un control de proceso más grande y no requiera el equipo intensivo de capital o procesos complicados .

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención resuelve los problemas asociados con la recuperación de azufre convencional y sistemas de remoción al proporcionar el control del proceso mejorado que incluye control de presión, entre otros beneficios. Los procesos inventivos se pueden emplear para tratar una corriente que contiene azufre que incluye una corriente de alimentación de la planta de azufre para recuperar especies que contienen azufre incluyendo azufre ¡ elemental. Por "corriente de alimentación de la planta de azufré" se propone para referirse a una corriente que comprende, pero no limitada a H2S, C02, hidrocarburos ligeros, aromáticos, mercaptanos, NH3, H20, mercurio y cianuros. Por "azufre elemental" se propone para referirse a una corriente que comprende azufre sustancialmente puro. Por "azufre liquidjo" se propone para referirse a una corriente que azufre. El sistema de, recuperación de azufre incluye un primer sistema de remoción de azufre y un segundo sistema de remoción de azufre. El sistema incluye una entrada de alimentación dé la planta de azufre al primer sistema de i remoción de azufre, la entrada de alimentación de la planta de azufre que es capaz de proporcionar una corriente de alimentación de la planta de azufre a una primera presión. Una o más entradas de gas oxidante están arregladas y dispuestas para combinar por lo menos una corriente de gas oxidante con la corriente de alimentación de la planta de azufre para formar un gas de combustión para la combustión en el primer sistema de remoción de azufre a una segunda presión. Un dispositivo de restricción de flujo se configura operablemente para controlar una presión operante en uno o ambos del primer sistema de remoción de azufre y el segundo sistema de remoción de azufre.

Aun otro aspecto de las modalidades de la presente invención incluye un método para recuperar azufre de una corriente de alimentación de la planta de azufre. El método incluye proporcionar un primer sistema de remoción de azufre y un segundo sistema de remoción de azufre y proporciona la corriente de alimentación de la planta de azufre a una primera presión. La corriente de alimentación de la planta de azufre se combina con uno o más gases oxidantes para formar un gas de combustión. El gas de combustión se quema en una segunda presión. Una presión operante se controla en uno o ambos del primer sistema de remoción de azufre y el segundo sistema de remoción de azufre con un dispositivo de restricción de flujo en respuesta a la primera presión y la segunda presión. Otras características y ventajas de la presente invención serán evidentes a partir de la siguiente descripción más detallada de la modalidad preferida, tomada con untamente con los dibujos acompañantes que ilustran, a manera de ejemplo, los principios de la invención.

BREVE DESCRIPCIÓN DE VARIAS VISTAS DE LOS DIBUJOS La FIG, 1 muestra una representación esquemática de la operación de una unidad de recuperación de azufre conocida .

La FIG. 2 muestra una representación esquemática de la operación de una unidad de recuperación de azufre ejemplar de acuerdo con una modalidad de la presente invención.

La FIG. 3 muestra un sistema de unidad de recuperación de azufre de acuerdo con una modalidad de la presente invención.

La FIG. 4 muestra un sistema de unidad de recuperación de azufre dé acuerdo con otra modalidad de la presente invención.

Siempre que sea posible, los mismos números de referencia serán utilizados por todos los dibujos para representar las mismas partes.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Se proporciona un método y sistema para la recuperación de azufre que proporciona remoción de azufre más eficiente, con el control . de. proceso más grande y no requiere equipo intensivo de capital adicional o procesos complicados. Además, se proporciona un método y sistema que proporciona un sistema de recuperación de azufre eficiente que se puede utilizar con la combinación de gas ácido de amina, gas ácido del separador de agua ácida, aire de combustión y/o operación de enriquecimiento de oxigeno. Los sistemas de. acuerdo con la presente invención son adecuados para la instalación en una refinería, planta de gas natural, gasificación de carbón, planta de acero o cualquier instalación que implemente un proceso de recuperación de azufre basado en la tecnología Claus o similar a Claus. Las modalidades descritas en la presente son aplicables colectivamente o como aspectos individuales a cualquiera de tal instalación adecuada.

Las modalidades de la presente invención pueden incluir capacidad incrementada, que incluye incrementar la capacidad de aproximadamente 6% a aproximadamente 10%, eficiencia de recuperación de azufre mejorada debido a la actividad catalítica mejorada y desempeño de la unidad de gas de cola, control del proceso incrementado, menores pérdidas de vapor de azufre en la corriente de gas de cola de la unidad de recuperación de azufre, menores pérdidas de arrastre de azufre liquido en la corriente de gas de cola debido a las velocidades de gas reducidas. Estos beneficios se pueden lograr sobre los sistemas y métodos conocidos, y/o dando por resultado la reducción o eliminación del costo de operación sustancial sobre los sistemas de remoción de azufre conocidos.

Una unidad de recuperación de azufre conocida 100 se muestra en la FIG. 1. Como se muestra en la FIG. 1, la unidad de recuperación de azufre 100 incluye un primer sistema de remoción de azufre 2 y un segundo sistema de remoción de azufre 4. Además, se proporciona típicamente un sistema incinerador y/o chimenea 6. La operación de una unidad de recuperación de azufre conocida 100 se muestra en la FIG. 1. En una operación de unidad de recuperación de azufre conocida tal como la unidad representada en la FIG. 1, la presión medida en el dispositivo de monitoreo de presión 8 se basa en la hidráulica del sistema como se basa en la perdida de presión acumulativa del equipo y tubería del proceso para la carga hidráulica dada.

La entrada de alimentación de la planta de azufre 10 proporciona una corriente de alimentación de la planta de azufre desde una unidad de gas de amina, una unidad separadora de agua ácida y/o otra fuente de gas ácido (no mostrado) . En una modalidad, la unidad de gas ácido de amina es una unidad de remoción de gas ácido, típicamente una unidad de amina, de una planta de procesamiento de gas natural. En una modalidad, la corriente de alimentación de la planta de azufre es una combinación de gas ácido de amina de una unidad de amina y gas ácido separador de agua ácida de una unidad separadora de agua ácida. Además, la corriente de alimentación de la planta de azufre puede incluir otras alimentaciones, tal como gas natural. La corriente de alimentación de la planta de azufre puede incluir, por ejemplo, sulfuro de hidrógeno, dióxido de carbono, hidrocarburos ligeros, mercaptanos y otros constituyentes que ocurren de manera natural de una corriente de gas natural. La corriente de alimentación de la planta de azufre se proporciona a una primera presión monitoreada en los dispositivos de monitoreo de presión 7, respectivamente. Será entendido que el término "monitor", "monitoreo" y variaciones gramaticales de los mismos se propone para abarcar determinar, identificar, medir, mostrar, o cualquier otro método adecuado para obtener datos de presión. La primera presión se mide en uno de los dispositivos de monitoreo de presión 7. En una modalidad, la primera presión será la corriente de alimentación de la planta de azufre y puede corresponder a la presión de la unidad de gas de amina (no mostrado) , que puede ser, por ejemplo, aproximadamente, 28 psia .

Como se muestra en las FIGs. 1 y 2, el primer sistema de remoción de azufre 2 puede ser un sistema de la planta Claus y puede incluir un horno de reacción 22 (ver por ejemplo la FIG. 3) para la combustión del gas ácido o gases en la presencia de gases oxidantes para hacer reaccionar y formar el azufre y una serie de reactores catalíticos 52, 70 y 88, que además se hacen reaccionar con el gas del horno de reacción 22 para formar azufre (ver por ejemplo la FIG. 3) . Los operadores de la planta de las unidades de recuperación de azufre conocidas .100, tal como el arreglo mostrado en la FIG. 1, mantiene el horno de reacción 22 del primer sistema de remoción de azufre 2 a una segunda presión monitoreada en el segundo dispositivo de monitoreo de presión 8. La segunda presión puede ser aproximadamente 24 psia, que incluye una reducción en la presión de aproximadamente 4 psi a través de una válvula de control 11 para mantener el margen suficiente para el control y como es dictado por el perfil de presión hidráulico del sistema 2 y, si es aplicable, el sistema 4. Estos son reactores horizontales de lecho fijo con la mayoría comúnmente utilizando el catalizador de alúmina pero también pueden usar el catalizador basado en titanio.

Como se muestra en las FIGs. 1 y 2, la entrada de aire 14, proporciona aire u otro gas oxidante, y, opcionalmente una entrada de oxígeno 12 proporciona una corriente de oxígeno. La entrada de aire 14 y la entrada de oxígeno 12 se controlan con la válvula de control 15 y la válvula de control 13, respectivamente, para lograr una presión operante. La concentración de oxigeno típicamente varía de aproximadamente 90 a aproximadamente 95 por ciento en volumen.

El aire proporcionado en la entrada de aire 14 se puede comprimir por un soplador mecánico u otro dispositivo adecuado para lograr la presión de la entrada de alimentación de la planta de azufre 10. Adicionalmente, una corriente de oxígeno se puede comprimir para lograr la presión de la entrada de alimentación de la planta de azufre 10. La presión operante del primer sistema de remoción de azufre 2 corresponde a la presión medida en el dispositivo de monitoreo de presión 8, que además corresponde a la presión de entrada al horno de reacción. Esta presión se relaciona a las resistencias hidráulicas que existen en los varios equipos en el primer sistema de remoción de azufre y, si es aplicable, el segundo sistema de remoción de azufre 4. Es decir, la presión del horno de reacción como es medida en el dispositivo de monitoreo de presión 8 proporciona la presión del sistema del primer sistema de remoción de azufre 2. Además, otras unidades de corriente abajo, tal como el segundo sistema de reacción de azufre 4 también se puede afectar por la presión del sistema. Las presiones de suministro de todas las entradas de corriente de alimentación 10, 12, 14 son mayores que la presión como es medida en el punto 8 durante la operación y las 'válvulas de control 11, 15, 13 modulan las corrientes de alimentación para satisfacer el sistema hidráulico u otras limitaciones operacionales .

Para procesar un mayor volumen de azufre, es deseable incrementar la alimentación de la planta de azufre y la cantidad correspondiente de aire proporcionada al sistema. Sin embargo, la capacidad del procesamiento del primer sistema de remoción de azufre 2 y el segundo sistema de remoción de azufre 4 se restringe por las presiones de suministro disponibles de todas las corrientes de alimentación que incluyen la corriente de alimentación de la planta de azufre para superar las resistencias hidráulicas generales en el sistema. Es decir, la menor presión de suministro de las entradas 10, 14 y la entrada de oxigeno opcional 12 corresponde a una presión operante potencial después de pérdidas de presión de control e hidráulicas u otras pérdidas de presión se toman en cuenta. En ciertas modalidades, la presión de la corriente de alimentación de la planta de azufre en la entrada de alimentación de la planta de azufre 10 puede ser incrementada solamente a un cierto limite dependiendo del tipo de amina que está siendo utilizada, típicamente un máximo de aproximadamente 28 psia debido a que la presión más alta puede impactar adversamente el desempeño de la unidad de gas de amina corriente arriba. Como tal la presión del sistema se limita por las presiones de entrada.

La FIG. 2 muestra una unidad de recuperación de azufre 100 de acuerdo con una modalidad de la presente invención. El primer sistema de remoción de azufre 2 puede ser una planta Claus y puede incluir un horno de reacción 22 (ver por ejemplo la FIG. 3) para la combustión del gas ácido en la presencia de gases oxidantes para hacer reaccionar y formar el azufre y una serie de reactores catalíticos 52, 70 y 88, que además se hacen reaccionar con el gas del horno de reacción 22 para formar azufre (ver por ejemplo la FIG. 3) . El segundo sistema de remoción de azufre 4 incluye una unidad de limpieza de gas de cola (TGCU) 109 (ver por ejemplo la FIG. 3), que incluye unidades de limpieza de gas de cola convencionales, que incluyen pero no limitados a, unidades de hidrogenación-amina, reactores de oxidación directos y/o sistemas de punto de rocío (ver por ejemplo la FIG. 3) u otros dispositivos que son capaces de remover azufre y otros materiales de la corriente de gas (por ejemplo US3848071, incorporada en la presencia por referencia en su totalidad, divulga un proceso catalítico conocido como el proceso SCOT por Shell Oil Company, y "Process screening analysis of alternative gas treating and sulfur removal for gasification" , un reporte final al U.S. Department of Energy by SFA Pacific Inc., 2 de Diciembre del 2002, para la Orden de Trabajo No. 739656-00100 resume los procedimientos \ comercialmente prevalentes para la limpieza de gas de cola) . El segundo sistema de remoción de azufre 4 puede incluir ventilación o configuración alternativa de las unidades de limpieza. En ciertas modalidades, el segundo \ sistema de remoción de azufre es el sistema incinerador/chimenea 6 u otro sistema de ventilación o limpieza. En contraste al sistema conocido de la FIG. 1, el sistema de acuerdo con la presente invención mostrado en la FIG. 2 incluye un dispositivo de restricción de flujo 118. En la modalidad mostrada en la FIG. 2, el dispositivo de restricción de flujo 118 está dispuesto entre el segundo sistema de remoción de azufre 4 y el sistema incinerador/chimenea 6. El dispositivo de restricción de flujo 118 puede ser cualquier dispositivo de restricción de flujo adecuado para usar con las corrientes de gas. Los dispositivos de restricción de flujo 118 pueden incluir, pero no limitados a, amortiguadores, válvulas, compuertas movibles, obturador movible, u otros dispositivos de restricción de flujo conocidos para restringir el flujo de los gases calentados. Como se muestra en la FIG. 2, la entrada de alimentación de la planta de azufre 10 proporciona la corriente de alimentación de la . planta de azufre en la primera presión monitoreada por el dispositivo de monitoreo de presión 7. La primera presión corresponde a una presión operante de una unidad de gas ácido de amina, unidad de gas ácido separador de agua ácida y/u otra planta que proporciona gas ácido (no mostrado) . Por ejemplo, la primera presión para una planta de ácido de amina y/o planta de gas ácido separador de agua ácida puede ser aproximadamente 28 psia. En modalidades de la presente descripción, el dispositivo de restricción de flujo restringe el flujo de gas tal que la segundo presión monitoreada por el dispositivo de monitoreo de presión 8 se ajusta dentro de 10% o dentro de 5% o dentro de 1% o es igual sustancialmente a la primera presión. En una modalidad, la segunda presión se mantiene a aproximadamente 27.5 psia. Una segunda presión que se aproxima más estrechamente a la primera presión permite mayor operación de presión del primer sistema de remoción de azufre 2 y el segundo sistema de remoción de azufre 4.

El dispositivo de restricción de flujo 118 se puede controlar por el controlador 122, el cual determina las posiciones y la cantidad de restricción de flujo basado en las entradas de la primera presión y segunda presión. Las señales correspondientes a la primera presión determinada por los primeros dispositivos de monitoreo de presión 7 y la segunda presión por el segundo dispositivo de monitoreo de presión 8 se puede proporcionar por las primeras lineas del sensor de presión 126 y la segunda linea del sensor de presión 124, respectivamente. La primera presión de preferencia corresponde a la menor presión medida en las lineas de entrada 10, 14, 12 en los dispositivos de monitoreo de presión 7. En una modalidad, la primera presión se mide en la entrada de alimentación de la planta de azufre 10 en el dispositivo de monitoreo de presión 7. Una linea de control 120 puede proporcionar una señal de control u otro comando de control para configurar el dispositivo de restricción de flujo 118. En una modalidad, el controlador 122 configurará el dispositivo de restricción de flujo 118 para proporcionar una caída de presión que proporciona una segunda presión que es aproximadamente la misma como la primera presión. La presión de en el sistema incinerador/chimenea 6 está en o aproximadamente presión atmosférica. La colocación y la configuración del dispositivo de restricción de flujo 118 proporcionan taponamiento potencial limitado, que permiten la vida extendida y operación confiable. La combinación del dispositivo de restricción de flujo 118 con los algoritmos de control del proceso proporcionados por el controlador 122 permiten el control de la presión del sistema tal que la presión operante se puede mantener efectivamente aun si la caída no de presión sustancialmente se incurre a través de la válvula de control 11. Mientras que la FIG. 2 se ha mostrado como que tiene un arreglo particular de válvulas de control y corrientes de entrada, los arreglos alternativos que proporcionan flujo controlado del gas ácido y agentes oxidantes, tales como aire u oxígeno se pueden utilizar con la presente invención. Además, mientras que modalidad anterior se ha mostrado como un controlador 122 que controla el dispositivo de restricción de flujo 118, el control del dispositivo de restricción de flujo 118 se puede proporcionar de una manera alternativa, tal como por el control manual o por otro medio de control que se puede proporcionar en respuesta a las determinaciones de la primera presión y/o la segunda presión.

En una modalidad, el dispositivo de restricción de flujo 118 está dispuesto corriente debajo del segundo sistema de remoción de azufre 4, mediante lo cual la presión maximizará los beneficios de la presión incrementada para tanto el sistema 2 como el sistema 4.

En una modalidad alternativa, el controlador 122 puede controlar tanto el dispositivo de restricción de flujo como las válvulas de control de alimentación 11, 13 y 15 simultáneamente para mantener un punto de ajuste de la segunda presión monitoreada por el segundo dispositivo de monitoreo de presión 8 (ver la FIG. 2). En una modalidad, el controlador 122 puede proporcionar señales o mecanismos de control a tanto las válvulas de control de alimentación 11, 13 y 15 como al dispositivo de restricción de flujo 118, que controla cada una simultáneamente para mantener la segunda presión a una presión predeterminada, por ejemplo, aproximadamente 27 psia. Además, el controlador 122 puede proporcionar señales de control o mecanismos de control a cada uno del dispositivo de restricción de flujo 118, válvula de control 11, válvula de control 13 y válvula de control 15 para proporcionar control adicional a la unidad de recuperación de azufre 100 para mantener una segunda presión determinado en el segundo dispositivo de monitoreo de presión 8.

Detalles adicionales de la invención se pueden apreciar con un ejemplo mostrado en la FIG. 3. En la discusión que sigue, los parámetros de operación tales como presión, temperatura, composición y gastos de flujo se proponen para la ilustración y aclaraciones de la invención, de esta manera no debe ser considerada como limitante la invención. La FIG. 3 muestra una corriente de entrada de alimentación de la planta de azufre 10 introducida en la unidad de recuperación de azufre 100. En una modalidad la corriente de alimentación de la planta de azufre incluye un contenido de sulfuro de hidrógeno de aproximadamente 60% en mol a aproximadamente 100% en mol, típicamente de aproximadamente 80% en mol a aproximadamente 100% en mol, comúnmente a aproximadamente 92% en mol. Si se desea, una unidad de concentración (no mostrada) corriente arriba se puede utilizar para lograr tales niveles de sulfuro de hidrógeno. La corriente de alimentación puede estar a una temperatura de aproximadamente 60°F a aproximadamente 150°F (15 a 66 °C) , de preferencia de aproximadamente 90°F a aproximadamente 120°F (32 a 49°C) , y típicamente a aproximadamente 100°F (37.8°C) y una presión de aproximadamente 20 psia a aproximadamente 30 psia y típicamente a aproximadamente 27 psia. La corriente se introduce en el quemador 20 junto con el aire proporcionado en la línea de entrada 14 a presión elevada, así como una corriente de oxígeno opcional proporcionada por la entrada de oxígeno 12 proporcionada de cualquier fuente adecuada de oxígeno comercialmente puro. Las válvulas de control 11, 15, 13 proporcionan control de alimentación a la entrada de alimentación de la planta de azufre 10, la entrada de aire 14 y la entrada de oxígeno 12, respectivamente. Se pueden proporcionar otras Corrientes de desviación o reciclaje entre el primer dispositivo de monitoreo de presión 7 y el segundo dispositivo de monitoreo de presión a una o más de la entrada de alimentación de la planta de azufre 10, entrada de aire 14 y entrada de oxígeno 12. Los reactivos se queman en el quemador 20 y se emiten en el horno de reacción 22 donde la oxidación de los contaminantes, disociación del H2S y las reacciones del proceso Claus ocurren. Específicamente, en el quemador, el sulfuro de hidrógeno y el oxígeno se combinan para producir dióxido de azufre y agua en donde aproximadamente una tercera parte de la alimentación de reacción se quema iniciaímente y la alimentación restante reacciona con el dióxido de azufre producido para producir azufre y agua de acuerdo con las siguientes fórmulas : ¾S+3/202-*SG2+H20 2H2S+SQ2-*>3/2 S2+2H2Q Algo de azufre e hidrógeno también se produce por la disociación de sulfuro de hidrógeno. 2H2S-*2H2+S2 La presión operante elevada (por ejemplo, aproximadamente 27 psia) , en el primer sistema de remoción de azufre 2 y el segundo sistema de remoción de azufre 4 disminuye el volumen de la corriente de gas. Por lo tanto, la presión operante elevada incrementa la capacidad del sistema comparado con la menor presión del sistema mostrado y descrito con respecto a la FIG. 1 en donde un limite hidráulico no se alcanza. La resistencia hidráulica del sistema total se puede expresar en términos de una cabeza de velocidad como sigue: 1 * 2 donde k es un múltiplo de cabeza de velocidad. La ley del gas ideal establece que la densidad es directamente proporcional a la presión del sistema, p/RT. La capacidad del procesamiento, o flujo de masa de la corriente del gas, es el producto de la densidad del gas, velocidad del gas y área de transversal: m = pVA. Por lo tanto, para un límite hidráulico dado ??, la capacidad de procesamiento es: donde p es la presión absoluta del sistema. Como se utiliza en la presente, el símbolo a significa "proporcional a". Esta expresión establece que la capacidad de procesamiento de azufre para un límite hidráulico dado es proporcional a la raíz cuadrada de la presión absoluta del sistema. En las unidades de recuperación de azufre 100 de acuerdo con la presente invención, si la segunda presión monitoreada en el segundo dispositivo de monitoreo de presión 8 se eleva, por ejemplo, de 24 psia a 27 psia, el incremento de la capacidad es: Además de las ventajas anteriores, la presión operante elevada del primer sistema de remoción de azufre 2 incrementa la opacidad de los gases en el horno de reacción 22, protegiendo de esta manera las paredes refractarias de la zona de la flama de alta temperatura, e incrementando la vida refractaria. En el horno de reacción 22, la zona de la flama de alta temperatura se rodea por los gases del horno, pero la radiación pasa a través de los gases para calentar hasta las paredes refractarias. La opacidad incrementada del gas bloquea una mayor cantidad de radiación de la zona de la flama de modo que menos calor alcanzan las paredes refractarias y la temperatura de la pared pico es menor. La opacidad del gas se caracterizada por el producto de la densidad de gas y longitud de' cuenta promedio, el último que es un factor geométrico. Puesto que no hay cambios en la geometría del horno, la longitud de cuenta promedio está sin cambios. De esta manera, la opacidad se relaciona directamente con la densidad del gas que, a su vez, es proporcional directamente a la presión del gas. Por ejemplo, en la modalidad en donde segundo presión monitoreada por el segundo dispositivo de monitoreo de presión 8 es 27 psia, la opacidad resultante en el horno de reacción 22 se incrementa 12.7%.

Un beneficio sobre los sistemas y métodos conocidos de operación es la recuperación de azufre mejorada. Mientras que no se desea que sea relacionado por alguna teoría, la recuperación de azufre mejorada se cree que se logra debido a la presión elevada que mejora las cinéticas de la reacción Claus, por ejemplo, a través del principio de Le Chatelier, incrementa el tiempo de residencia, reduce la velocidad de espacio del reactor, reduce las velocidades del gas condensador reduciendo de esta manera el arrastre del azufre líquido y reduce las pérdidas del vapor de azufre debido a la presión operante elevada incrementada. El sistema más alto incrementa la densidad del gas, de esta manera reduce las velocidades del flujo. Las bajas velocidades del gas incrementan el tiempo de residencia y reducen la velocidad de espacio que, a su vez, mejoran la eficiencia de conversión del reactor. Las bajas velocidades también reducen el arrastre del azufre liquido y remanente y conduce a menores emisiones de chimenea. En el contexto la mayor presión del sistema permite un mayor rendimiento, estas características mejoran el desempeño de recuperación de azufre debido al mayor rendimiento. Es decir, la mayor presión del sistema permite que la unidad de recuperación de azufre opere en mayor rendimiento con desempeños similares que exceden aquellas en una menor presión operante.

Como se muestra en la FIG. 3, el efluente de ñorno del reactor luego pasa a través de una zona de intercambio de calor o caldera de calor de desecho 24 en donde los efluentes de combustión se enfrían contra el agua de alimentación de la caldera en la línea 26 la cual luego produce vapor en la línea 28. En los residuos de la caldera de calor 24, los efluentes de reacción se convierten de una forma de especies de azufre a otras de acuerdo con las siguientes ecuaciones: $2?V3 S@ El efluente enfriado de la. caldera de calor de desecho en la línea 30 se puede presentar en una temperatura de aproximadamente 450°F a aproximadamente 750°F (232 a 399°C), de preferencia de aproximadamente 550°F a aproximadamente 650°F (288 a 343°C) y típicamente a aproximadamente 600°F (315.6°C) y una presión de aproximadamente 20 psia a aproximadamente 27 psia y típicamente a aproximadamente 24 psia. El efluente luego se introduce en el primer condensador 32 en donde el calor se transfiere del efluente al agua de alimentación de la caldera en la línea 34 la cual produce vapor en la línea 36. El azufre líquido se condensa en la línea 38 que constituye de aproximadamente 60% en peso a aproximadamente 80% en peso y típicamente aproximadamente 77% en peso del azufre en la alimentación, y la corriente del efluente de la combustión gaseosa se remueve en la línea 40 a una temperatura de aproximadamente 330°F a aproximadamente 390°F (166 a 199°C) , de preferencia aproximadamente 350°F a aproximadamente 370°F (177 a 188°C), y una presión de aproximadamente 19 psia a aproximadamente 25 psia, y de preferencia de aproximadamente 21 psi a aproximadamente 23 psia.

Como se muestra en la FIG. 3, la corriente en la línea 42 luego se recalienta por un intercambiador de calor de recalentador directo 48 o recalentador de fuego directo. La corriente ahora en la línea 50 se ha recalentado a una temperatura de aproximadamente 400°F a aproximadamente 500°F (204 a 260°C) y típicamente de aproximadamente 430°F (221.1°C) y luego se introduce en un reactor catalítico 52 (por ejemplo, empleando un catalizador basado en alúmina) en donde las cantidades adicionales de sulfuro de hidrógeno y dióxido de azufre se hacen reaccionar para producir azufre y agua de acuerdo con las ecuaciones previas.

Como se muestra en la FIG 3. la corriente reaccionada en la linea 54, se introduce en un segundo condensador 56 el cual nuevamente enfria la corriente del efluente con agua de alimentación de la caldera en la linea 58 para producir vapor adicional en la línea 60. El azufre elemental adicional se recupera en la línea 62 que constituye de aproximadamente 10% en peso a aproximadamente 20% en peso, y típicamente aproximadamente 14% en peso del azufre en la alimentación al proceso, en donde las especies del azufre producidas en la reacción catalítica se convierten a especies de alto peso molecular tal como SÍ y Se y luego se condensan al azufre elemental de acuerdo con las siguientes reacciones: La presión del sistema elevada también 'incrementa la conversión del reactor catalítico en los reactores catalíticos 52, 70 y 88 (ver por ejemplo la FIG. 3). En los reactores catalíticos, las siguientes reacciones pueden ocurrir: 12 H2S + ß S(¾?· 3 S, + 6 H20 16 H2S + 8 S02 -> 3 Se + 16 HzO Debido a que las reacciones tienen menos volúmenes molares en los productos, la segunda presión incrementada, monitoreada por el segundo dispositivo de monitoreo de presión 8 incrementa la presión operante en' los reactores catalíticos 52, 70 y 88, y conducen las reacciones a la terminación adicional.

La corriente en la línea 64 está a una temperatura de aproximadamente 310°F a aproximadamente 370°F (154 a 188°C), de preferencia de aproximadamente 330°F a aproximadamente 350°F (166 a 177°C), y típicamente aproximadamente 340°F (171.1°C) y una presión de aproximadamente 18 psia a aproximadamente 24 psia, de preferencia a aproximadamente 20psia a aproximadamente 22psia y típicamente a aproximadamente 22 psia. La corriente se introduce en el intercambiador de calor del recalentador 66 y se calienta con el vapor del proceso para producir una corriente en el línea 68 de aproximadamente 400°F a aproximadamente 460°F (204 a 238°C), de preferencia de aproximadamente 420°F a aproximadamente 440°F (216 a 227°C), y típicamente a aproximadamente 420°F (215.6°C). Alternativamente también se pueden utilizar otros métodos de recalentado indirecto o directo. Esta corriente se introduce en un segundo reactor catalítico 70 en donde una reacción catalítica similar entre el sulfuro de hidrógeno y el dióxido de azufre ocurre con el efluente en la línea 72 va a otro condensador 74 que se enfría con el agua de alimentación de la caldera en la línea 76 para producir vapor en la línea 78. Una cantidad adicional de azufre elemental líquido se remueve en la línea 80 que constituye de aproximadamente 3% en peso a aproximadamente 10% en peso, y típicamente aproximadamente 5% en peso del azufre en la alimentación al proceso.

La corriente de efluente en la línea 82 está a una temperatura de aproximadamente 300°F a aproximadamente 370°F (149 a 188°C), de preferencia de aproximadamente 330°F a aproximadamente 350°F (166 a 177°C), y típicamente de aproximadamente 330°F (165.6°C) y una presión de aproximadamente 17 psia a aproximadamente 22 psia, de preferencia de aproximadamente 18 psia a aproximadamente 21 psia, y típicamente de aproximadamente 20 psia, y con aproximadamente 5% en peso de azufre de la alimentación restante antes de que ésta se recaliente en el intercambiador de calor recalentador 84 con el vapor del proceso (o el método de recalentar alternativo) para producir una corriente en la línea 86 a una temperatura de aproximadamente 370°F a aproximadamente 420°F (188 a 216°C) , de preferencia de aproximadamente 390°F a aproximadamente 410°F (199 a 210°C), y típicamente de aproximadamente 400°F (204.4°C) y aproximadamente 20 psia. Esta corriente se introduce en el tercero y final reactor catalítico 88 para hacer reaccionar sustancialmente el sulfuro de hidrógeno y el dióxido de azufre restante para producir especies de azufre que se remueven en la linea 90 en donde la corriente se introduce en un condensador 92 enfriado por el agua de alimentación de la caldera en la linea 94 produciendo vapor en la linea 96. El azufre elemental adicional en la forma liquida se remueve en la linea 98 que constituye de aproximadamente 1% en peso a aproximadamente 5% en peso, y típicamente aproximadamente 2% en peso del azufre en la alimentación al proceso, mientras que el efluente final se recupera en la línea 101 que comprende predominantemente vapor de agua, nitrógeno, dióxido de carbono, hidrógeno y sulfuro de hidrógeno residual y compuestos de azufre por cantidad de 1-2% en mol de la corriente de efluente.

Como se muestra en la FIG. 3. la corriente en la línea 101 se introduce en un aparato ' coalescente de gas de cola 102 en donde el azufre adicional se remueve en la línea 104. Las temperaturas de gas del proceso de entrada (corriente 101) están en el intervalo de aproximadamente 260 a aproximadamente 154°C (310°F) y la temperatura de gas del proceso de salida (corriente 109) está en el intervalo de aproximadamente 90 a aproximadamente 54.4°C (130°F). La corriente residual en las líneas 106 y 107 luego se introduce en una unidad de limpieza de gas de cola (TGCU) 109 donde el volumen de los constituyentes de azufre residual de la línea 106 se recuperan para cumplir los estándares ambientales de emisión de azufre típicamente por la conversión a sulfuro de hidrógeno que se regresa a la entrada de alimentación de la planta de azufre 10. La mayoría de la corriente 107 después de que la unidad TGCU 109 se envía a un quemador-incinerador 112 en el sistema incinerador/chimenea 6 que se enciende con gas .natural en la línea .108 y aire en la línea 110. Los materiales luego se ventilan en la chimenea 114, en un nivel contenido de azufre aceptable, como un efluente 116 a la atmósfera .

En la modalidad mostrada en la FIG. 3, el dispositivo de restricción de flujo 118 se posiciona entre la unidad de limpieza de gas de cola 109 y el quemador-incinerador 112. El dispositivo de restricción de flujo 118 restringe el flujo del gas de cola que viaja al quemador-incinerador 112. La restricción del flujo da por resultado un incremento en la presión en la unidad de limpieza de gas de cola 109, el aparato coalescente de gas de cola 102, el tercer reactor catalítico 88, el segundo reactor catalítico 70, el primer reactor catalítico 52, el primer condensador 32, la caldera de. calor de desecho 24' y el horno de reacción 22. Incrementando la restricción del flujo mediante el dispositivo de restricción de flujo 118 se incrementa la presión operante en cada una de las unidades en el primer sistema de remoción de azufre y el segundo sistema de remoción de azufre 4.

Como se muestra en la FIG. 3, se proporciona la corriente de alimentación de la planta de azufre en la entrada de alimentación de la planta de azufre 10 a una primera presión monitoreada por el primer dispositivo de monitoreo de presión 7 que corresponde a la presión operante de la unidad de gas 'ácido de amina u otro gas ácido que proporciona la planta (no mostrado) . En modalidades de la presente descripción, el dispositivo de restricción de flujo 118 restringe el flujo del gas tal que la segunda presión monitoreada por el segundo dispositivo de monitoreo de presión 8 se mantiene dentro de 10%, dentro de 5%, dentro de 51%, o sustancialmente igual a la primera presión monitoreada por el tercer dispositivo de monitoreo de presión 7. En una modalidad, la segundo presión se mantiene a aproximadamente 27 psia. Una segunda presión que más estrechamente se aproxima a la tercera presión permite mayor operación de presión del primer sistema de remoción de azufre 2 y el segundo sistema de remoción de azuf e . Como es discutido en mayor detalle anteriormente, el dispositivo de restricción de flujo 118 se puede controlar por el controlador 122 basado en las entradas de datos que corresponden a la primera presión monitoreada por el primer dispositivo de monitoreo de presión 7 y la segunda presión monitoreada por el segundo dispositivo de monitoreo de presión 8 y proporciona control como una señal de control u otro mecanismo de control en la linea de control 120 (ver la FIG. 2) . En una modalidad, el controlador 122 se configurará al dispositivo de restricción de flujo 118 para proporcionar una calda de presión que proporciona una segunda presión que es aproximadamente la misma como la primera presión.

La FIG. 4 muestra una modalidad alternativa de la presente invención, en donde el arreglo de equipo es esencialmente el mismo como se muestra y se describe con respecto a la FIG/ 3. Sin embargo, la FIG. 4 muestra una un posicionamiento alternativo del dispositivo de restricción de flujo 118 entre el primer sistema de remoción de azufre 2 y el segundo sistema de remoción de azufre 4. El dispositivo de restricción de flujo 118 permite la presión incrementada en el primer sistema de remoción de azufre 2 y no en el segundo sistema de remoción de azufre 4. En esta modalidad, el gas efluente sale del primer sistema de remoción de azufre 2 tienen componentes de taponamiento potencial de azufre líquido y vapor de azufre, en donde el dispositivo de restricción de flujo 118 se puede diseñar para prevenir la solidificación de azufre y la falla mecánica subsecuente. Como en la FIG. 3, el controlador 122 proporciona una señal de control o mecanismo de control al dispositivo de restricción de flujo 118 en respuesta a la primera presión monitoreada en el primer dispositivo de monitoreo de presión 7 y la segunda presión monitoreada en el segundo dispositivo de monitoreo de presión 8.

Mientras que la invención se ha descrito con referencia a una modalidad preferida, será entendido por aquellos expertos en la técnica que varios cambios se pueden hacer y equivalentes se pueden sustituir por elementos de los mismos sin apartarse del alcance de la invención. Además, se pueden hacer muchas modificaciones para adaptar una situación o material particular a las enseñanzas de la invención sin apartarse del alcance esencial de la misma. Por lo tanto, se propone que la invención no sea limitada a la modalidad particular divulgada como el mejor modo contemplado para llevar a cabo esta invención, sino que la invención incluirá todas las modalidades que caen dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un sistema de recuperación de azufre para recuperar azufre de una corriente de alimentación de la planta de azufre, el sistema caracterizado porque comprende: un primer sistema de remoción de azufre y un segundo sistema de remoción de azufre; una entrada de alimentación de la planta de azufre al primer sistema de remoción de azufre, la entrada de alimentación de la planta de azufre que es capaz de proporcionar la corriente de alimentación de la planta de azufre a una primera presión; una o más entradas de gas oxidante arregladas y dispuestas para combinar por lo menos una corriente de gas oxidante con la corriente de alimentación de la planta de azufre para formar un gas de combustión para la combustión en el primer sistema de remoción de azufre a una segunda presión; y un dispositivo de restricción de flujo operablemente configurado para controlar la presión operante en uno o ambos del primer sistema de remoción de azufre y el segundo sistema de remoción de azufre.

2. El sistema de recuperación de azufre de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque además comprende un controlador, el controlador que es configurado para modificar el flujo permitido a través del dispositivo de restricción de flujo en respuesta a una señal relacionada a la primera presión y una señal relacionada a la segunda presión.

3. El sistema de recuperación de azufre de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el dispositivo de restricción de flujo es configurable para mantener la segunda presión dentro de 10% de la primera presión.

4. El sistema de recuperación de azufre de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el dispositivo de restricción de flujo es configurable para mantener la segunda presión dentro de 5% de la primera presión .

5. El sistema de recuperación de azufre de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el dispositivo de restricción de flujo es configurable para mantener la segunda presión sustancialmente idéntica a la primera presión.

6. El sistema de recuperación de azufre de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la entrada de alimentación de la planta de azufre se arregla para proporcionar un gas ácido de amina que contiene sulfuro de hidrógeno.

7. El sistema de recuperación de azufre de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque el gas ácido de amina se proporciona por una unidad de gas de amina .

8. El sistema de recuperación de azufre de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la entrada de corriente de alimentación de la planta de azufre es capaz además de proporcionar una alimentación que contiene azufre adicional por una unidad separadora de agua ácida.

9. El sistema de recuperación de azufre de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el primer sistema de remoción de ' azufre incluye un horno de reacción y por lo menos un reactor catalítico.

10. El sistema de recuperación de azufre de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el dispositivo de restricción de flujo está dispuesto corriente abajo del segundo sistema de remoción de azufre.

11. El sistema de recuperación de azufre de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el dispositivo de restricción de flujo está dispuesto entre el primer sistema de remoción de azufre y el segundo sistema de remoción de azufre.

12. Una planta de procesamiento de gas, la planta caracterizada porque comprende: un sistema para procesar gas natural que produce gas natural y una corriente de alimentación de la planta de azufre; un sistema de recuperación de azufre para recuperar azufre de la corriente de alimentación de la planta de azufre, el sistema que, comprende: un primer sistema de remoción de azufre y un segundo sistema de remoción de azufre; una entrada de alimentación de la planta de azufre al primer sistema de remoción de azufre que recibe la corriente de alimentación de la planta de azufre, la entrada de alimentación de la planta de azufre que es capaz de proporcionar la corriente de alimentación de la planta de azufre a la primera presión; una o más entradas de gas oxidante arregladas y dispuestas para combinar por lo menos una corriente de gas oxidante con la corriente de alimentación de la planta de azufre para formar un gas de combustión para la combustión en el primer sistema de remoción de azufre a una segunda presión; y un dispositivo de restricción de flujo configurado para controlar una presión operante en uno o ambos del primer sistema de remoción de azufre y el segundo sistema de remoción de azufre.

13. La planta de procesamiento de gas de conformidad con la reivindicación 12, caracterizada porque además comprende un controlador, el controlador que está configurado para modificar el flujo permitido a través del dispositivo de restricción de flujo en respuesta a una señal relacionada a la primera presión y una señal relacionada a la segunda presión.

14. La planta de procesamiento de gas de conformidad con la reivindicación 12, caracterizada porque el dispositivo de restricción de flujo es configurable para mantener la segunda presión dentro de 10% de la primera presión .

15. La planta de procesamiento de gas de conformidad con la reivindicación 12, caracterizada porque el dispositivo de restricción de flujo es configurable para mantener la -segundo presión dentro de 5% de la primera presión .

16. La planta de procesamiento de gas de conformidad con la reivindicación 12, caracterizada porque el dispositivo de restricción de flujo es configurable para mantener la segunda presión sustancialmente idéntica a la primera presión.

17. La planta de procesamiento de gas de conformidad con la reivindicación 12, caracterizada porque la entrada de alimentación de la planta de azufre está arreglada para proporcionar un gas ácido de amina que contiene sulfuro de hidrógeno.

18. La planta de procesamiento de gas de conformidad con la reivindicación 17, caracterizada porque el gas ácido de amina se proporciona por una unidad de gas de amina .

19. La planta de procesamiento de gas de conformidad con la reivindicación 12, caracterizada porque la entrada de alimentación de la planta de azufre es capaz además de proporcionar una alimentación que contiene azufre adicional proporcionado por una unidad separadora de agua ácida.

20. La planta de procesamiento de gas de conformidad con la reivindicación 12, caracterizada porque el sistema de remoción de azufre incluye un horno de reacción y por lo menos un reactor catalítico.

21. Un método para recuperar azufre de una corriente que contiene azufre, el método caracterizado porque comprende: proporcionar un primer sistema de remoción de azufre y un segundo sistema de remoción de azufre; proporcionar la corriente que contiene azufre a una . primera presión; combinar la corriente que contiene azufre con uno o más gases oxidantes para formar un gas de combustión; quemar el gas de combustión a una segunda presión;. y controlar una presión operante en uno o ambos del primer sistema de remoción de azufre y el segundo sistema de remoción de azufre con un dispositivo de restricción de flujo en respuesta a la primera presión y la segunda presión.

22. El método de conformidad con la reivindicación 21, caracterizado porque el ajuste incluye ajusfar para mantener la segunda presión dentro de 10% de la primera presión .

23. El método de conformidad con la reivindicación 21, caracterizado porque el ajuste incluye ajusfar para mantener la segunda presión dentro de 5% de la primera presión .

24. El método de conformidad con la reivindicación 21, caracterizado porque al ajuste incluye ajusfar para mantener la segunda presión sustancialmente idéntica a la primera presión.

25. El método de conformidad con la reivindicación 21, caracterizado porque la corriente que contiene azufre comprende una corriente de alimentación de la planta de azufre.

26. El método de conformidad con la reivindicación 21, caracterizado porque además comprende recuperar azufre elemental .