MXPA06011997A

MXPA06011997A - Configuraciones y metodos mejorados para el tratamiento de gas efluente.

Info

Publication number: MXPA06011997A
Application number: MXPA06011997A
Authority: MX
Inventors: Thomas King Chow; John Gebur; Vincent Wai Wong
Original assignee: Fluor Tech Corp
Priority date: 2004-04-22
Filing date: 2004-11-09
Publication date: 2007-01-25
Also published as: EP1737788A1; US20080279758A1; EA010000B1; WO2005108286A1; CA2561455A1; US8709366B2; EP1737788A4; EA200601947A1; CA2561455C

Abstract

Oxidos de azufre son extraidos de un gas acido que contiene oxigeno en configuraciones y metodos en los cuales el oxigeno es cataliticamente extraido utilizando sulfuro de hidrogeno, y en el cual los oxidos de azufre reaccionan con el sulfuro de hidrogeno para formar azufre elemental. Una primera porcion. Una primera porcion de los compuestos de azufre residual es reducido para formar el sulfuro de hidrogeno para extraer el oxigeno, mientras que una segunda porcion de los compuestos de azufre ademas es convertida a azufre elemental utilizando una reaccion de Claus o una reaccion de reduccion directa catalitica.

Description

Patentes Norteamericana Nos. 3,719,742 por Terrana et al. y 3 ,790 , 660 por Earl et al. Sin embargo, la mayoría de estas configuraciones tienen un requerimiento de vapor de limpieza relativamente alto y por lo tanto son económicamente menos atractivas. Otros procesos cáusticos conocidos son descritos, por ejemplo, en la Patente Norteamericana No. 3,920,794 por La Mantia et al . aquí las soluciones de lavado de NaOH y Na2Co3 extraen el S02 de las corrientes de gas . Después del paso de lavado ó adsorción, se realiza un paso de oxidación para convertir los sulfitos a sulfatos mediante la adición de metales catalíticamente eficaces, (por ejemplo Fe, Cu, Co, Mn y/o Ni) . Mientras que tal oxidación es relativamente simple y eficaz, se necesita agregar sales, y puede ser requerido un paso de oxidación secundaria, especialmente en donde es muy alto el nivel de sulfitos en la solución limpiadora después de la adsorción de S02. Para superar por lo menos algunos de los problemas asociados con las soluciones cáusticas, varias alcanolaminas (Por ejemplo, soluciones acuosas de trietanolamina) pueden ser utilizadas para absorber S02 de un gas residual de acuerdo a lo descrito por ejemplo en la Patente Norteamericana No. 3,904,735 por Atwood et al. Sin embargo permanecen muchas dificultades. Entre otros aspectos,- muchas alcanolaminas tienen una selectividad relativamente baja hacia el S02, y tienden a absorber cantidades significantivas de C02. Más aún, por lo menos algunas de las alcanolaminas exhiben pérdidas evaporativas relativamente altas y frecuentemente promueven la oxidación de S02 a S03 en donde el oxígeno esta presente. En aun todavía procesos no cáusticos conocidos, de acuerdo a lo descrito en la Patente Norteamericana No. 4,634,582 por Sliger et al., el S02 es extraído de una corriente de gas residual por absorción en una solución acuosa amortiguada de tiosulfato y politionato, seguida por la regeneración de la solución enriquecida con el sulfuro de hidrógeno para formar azufre. El azufre de hidrógeno recuperado en el paso de la regeneración después es introducido al paso de absorción para reducir la concentración de bisulfito en la solución enriquecida. Mientras que tal desulfuriz'ación es conceptualmente relativamente simple, mantener la solución amortiguada a menudo limita la capacidad de tales sistemas en al menos algunos casos . Alternativamente, de acuerdo a lo descrito en nuestra solicitud de Patente Internacional (publicada como WO 03/045544) , los gases residuales que contienen dióxido de azufre son introducidos dentro de un generador de gas reductor que es operado con el uso de gas natural, aire e hidrógeno para suministrar el suficiente gas reductor hacia el gas efluente. Las condiciones típicas de operación son seleccionadas de forma que el oxígeno es substancialmente extraído completamente del gas residual, las temperaturas de operación generalmente se encontrará aproximadamente entre 537.7 aC(10002F) y 815.5 eC(1500aF.). El gas alimentado hidrotratado formado comprende sulfuro de hidrógeno, el cual es extraído con el uso de un contactor. Tales configuraciones convenientemente mejoran la extracción del sulfuro bajo la mayoría de las condiciones. Sin embargo, generalmente se requiere una operación a altas temperaturas y gas combustible adicional, lo cual tiende a aumentar el costo y la complejidad de la operación. De esta forma, aun cuando en el estado previo de la técnica se conocen numerosas configuraciones y métodos para reducir concentraciones de azufre en corrientes efluentes que contienen oxígeno, todas ó. casi todas ellas cuenta con una ó más desventajas. Por tanto, aun existe una necesidad de proporcionar métodos y configuraciones mejoradas para reducir el contenido de azufre en tales corrientes .

SUMARIO DE LA INVENCION La presente invención está dirigida a configuraciones y métodos de extracción de azufre de gases ácidos que contienen oxígeno, en donde el oxígeno es extraído en una primera reacción catalítica utilizando sulfuro de hidrógeno, preferiblemente desde una corriente de gas de reciclado. El sulfuro de hidrógeno también puede reaccionar con el dióxido de azufre para formar azufre elemental en el mismo lecho catalítico. El azufre elemental formado en el lecho catalítico es extraído, y los cortpuestos sulfurosos que permanecen son reaccionados en una segunda y tercera reacción que forman el sulfuro de hidrógeno (gas de reciclado) y azufre elemental adicional respectivamente. En un aspecto especialmente preferido, una planta incluye un primer reactor catalítico que recibe una corriente de reciclado de sulfuro de hidrógeno y un gas ácido que contiene oxígeno que comprende dióxido de azufre. Preferentemente, el primer reactor catalítico está configurado para consumir catalíticamente el oxígeno con el uso de una corriente de reciclado de sulfuro de hidrógeno para con ello formar un oxígeno agotado, ó aun con una corriente enriquecida con dióxido de azufre/sulfuro de hidrógeno libre de oxígeno (preferiblemente utilizando una alúmina, un óxido de titanio, un catalizador de vanadio-antimonio y/ó cualquier catalizador de oxidación directa) . Un segundo reactor catalítico es acoplado fluidamente al primer reactor catalítico y es configurado para producir azufre elemental de una primera porción de la corriente enriquecida con dióxido de azufre/sulfuro de hidrógeno de oxígeno agotado, y un tercer reactor catalítico es acoplado fluidamente al primer reactor catalítico y opcionalmente al segundo reactor catalítico, y es configurado para producir la corriente de reciclado de sulfuro de hidrógeno a partir de una segunda porción de la corriente enriquecida con dióxido de azufre/sulfuro de hidrógeno de oxígeno agotado .

En aspectos preferidos de la materia objeto inventiva, un condensador de azufre es ubicado corriente abajo del primero y/o segundo reactor catalítico, y las plantas contempladas además pueden incluir un generador de gas reductor que esté acoplado con el tercer reactor catalítico y que proporciona hidrógeno y gas reductor al tercer reactor catalítico y/o la segunda porción de la corriente enriquecida con dióxido de azufre/sulfuro de hidrógeno de oxígeno agotado. En donde es deseable la. concentración de la corriente reciclada de sulfuro de hidrógeno, la planta puede incluir además un absorbedor y regenerador conectados al tercer reactor catalítico, en donde un solvente (lo más preferentemente solvente de amina) en el absorbedor absorbe sulfuro de hidrógeno de un efluente del tercer reactor catalítico, y en donde el regenerador regenera el solvente para de ese modo producir la corriente de reciclado de sulfuro de hidrógeno concentrado. Dependiendo de la configuración en particular, un gas inerte puede ser ventilado desde el absorbedor ó desde un condensador de azufre que extrae azufre del efluente del segundo reactor catalítico. Adicionalmente, se deberá reconocer que el segundo reactor puede ser configurado para operar como un reáctor Claus ó como un reactor de reducción directa en el cual el trióxido de azufre, dióxido de azufre, sulfuro de hidrógeno y otros compuestos sulfurosos son agotados catalíticamente a azufre elemental .

En otro aspecto especialmente preferido, un método para tratar un gas ácido incluye un paso en el cual un gas ácido que contiene oxigeno y que comprende dióxido de azufre es convertido catalíticamente en un gas de oxígeno-agotado con el uso de sulfuro de hidrógeno de un gas de reciclado. En otro paso, una primera porción de gas de oxígeno agotado es convertido catalíticamente en sulfuro elemental, mientras que en aun otro paso una segunda porción del gas de oxígeno agotado es convertida catalíticamente para con ello formar el gas de reciclado. En métodos especialmente preferidos, el paso de convertir la primera porción de gas de oxígeno agotado puede comprender una reacción Claus ó una reducción catalítica directa en la cual el trióxido de sulfuro, dióxido de azufre, sulfuro de hidrógeno y otros compuestos sulfurosos son agotados catalíticamente a sulfuro elemental. Adicionalmente, está contemplado que después del paso de convertir catalíticamente la segunda porción del gas de oxígeno agotado, el gas inerte es extraído con ello formar el gas de reciclado. Varios objetivos, características, aspectos y ventajas de la invención presente llegarán a ser más evidentes a partir de las figuras anexas y de la siguiente descripción detallada de las modalidades preferidas de la invención.

BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS La Figura 1 es una configuración ejemplar de una planta de desulfuración en la cual el segundo reactor catalítico es operado como un reactor Claus . La Figura 2 es una configuración ejemplar de una planta desulfuración en la cual el segundo reactor catalítico es operado como un reactor Claus, en el cual es extraído gas inerte por medio de un absorbedor, y en el cual el gas de reciclado es concentrado por medio de un absorbedor/regenerador . La Figura- 3 es una configuración ejemplar de una planta desulfuración en la cual el segundo reactor catalítico es operado como un reactor catalítico de reducción directa.

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION Los inventores han descubierto que el dióxido de azufre puede ser extraído eficazmente de los gases ácidos que contienen oxígeno en una configuración de planta en la cual el oxígeno es extraído primero catalíticamente (en este caso, consumido en una reacción catalizada) con el uso de sulfuro de hidrógeno, y en la cual el azufre es producido a partir de una porción del gas ácido de oxígeno-agotado, y el sulfuro de hidrógeno es formado a partir de otra porción del gas ácido de oxígeno agotado (el cual preferiblemente es usado como una corriente de reciclado en la reacción de extracción de oxígeno) .

Visto desde otra perspectiva, el sulfuro elemental es catalíticamente producido en una reacción Claus del dióxido de azufre del gas ácido con el uso de una corriente de reciclado de sulfuro de hidrógeno, en tanto al mismo tiempo extraer el oxígeno. El sulfuro elemental formado entonces es extraído en un condensador de sulfuro, y una primera porción del dióxido de azufre restante es reducido catalíticamente a sulfuro de hidrógeno (por ejemplo, con el uso de hidrógeno ó monóxido de carbono) para formar la corriente de reciclado de sulfuro de hidrógeno. Una segunda porción del dióxido de azufre restante es convertida catalíticamente a sulfuro de hidrógeno, el cual puede ser reaccionado con sulfuro elemental adicional en una reacción Claus ó una reacción de reducción directa. Por lo tanto, los inventores generalmente contemplan una planta que incluye un primer reactor catalítico que recibe una corriente de reciclado de sulfuro de hidrógeno y un gas ácido que contiene oxígeno que comprende dióxido de azufre, en donde el primer reactor catalítico está configurado para consumir catalíticamente el oxígeno con el uso de la corriente de reciclado de sulfuro de hidrógeno con ello formar una corriente enriquecida con dióxido de azufre/sufuro de hidrógeno de oxígeno agotado. Un segundo reactor catalítico es acoplado fluidamente al primer reactor catalítico y configurado para producir sulfuro elemental a partir de una primera porción de una corriente enriquecida con dióxido de azufre/sufuro de hidrógeno de oxígeno agotado, en tanto un tercer reactor catalítico es acoplado fluidamente conectado al primero y opcionalmente al segundo reactor catalítico y es configurado para producir la corriente de reciclado de sulfuro de hidrógeno a partir de una segunda porción de la corriente enriquecida con dióxido de azufre/sufuro de hidrógeno de oxígeno agotado. El término "oxígeno agotado" de acuerdo a como se utiliza aquí, se refiere a un contenido de oxígeno menor del 2 %vol, más típicamente menor del 1 %vol, y lo más típicamente menor del 0.01 %vol . En un aspecto preferido de la materia objeto inventiva, de acuerdo a lo representado ejemplarmente en la Figura 1, el segundo reactor catalítico es operado como un reactor Claus. Una primera fracción del gas de oxígeno agotado del primer reactor catalítico deja la planta como una corriente de ventilación de un condensador de sulfuro corriente abajo que recibe el efluente del reactor Claus, mientras que una segunda fracción del gas de oxígeno agotado del primer reactor catalítico es reciclada hacia el primer reactor por medio del tercer reactor. Aquí, los gases que contienen S02 y oxígeno a aproximadamente (ó precalentados aproximadamente a) 204.4 -315.5 °C (400 - 600 °F) son introducidos dentro de un eliminador de oxigeno/convertidor de sulfuro R-1. El gas que contiene H2S es reciclado dentro de Rl desde el recipiente de separación corriente abajo V-1 por medio de la bomba Pl y el precalentador E-2, en el cual el gas que contiene H2S es precalentado aproximadamente a 204.4 - 315.5 °C (400-600 °F) antes de entrar al eliminador de oxigeno/convertidor de sulfuro R-1. En el eliminador de oxigeno/convertidor de sulfuro R-1, el oxígeno es reaccionado catalíticamente con ¾S para formar ¾0 y S02. Se deberá observar que algo de S02 reaccionará catalíticamente con H2S para formar sulfuro elemental de conformidad con la reacción Claus . El intervalo de temperatura operacional en R-1 preferiblemente de encuentra entre 176.6° y 426.5 °C (350° y 800 °F) . Además se deberá apreciar que la cantidad de H2S en el gas reciclado de V-1 puede ser ajustado para permitir la extracción de todo el oxígeno y al mismo tiempo para promover la reacción máxima de ¾S con S02 (dentro de la limitante de temperatura de operación del catalizador) . Con respecto a los catalizadores en el primer reactor catalítico, se contempla en general que todos los materiales que catalíticamente consumen oxígeno en una reacción con sulfuro de hidrógeno son considerados apropiados para utilizarse aquí. Adicionalmente, los catalizadores preferidos también catalizarán a por lo menos hasta cierto punto una reacción Claus en la cual el H2S y S02 forman, entre otros productos, sulfuro elemental. Por tanto, los catalizadores particularmente preferidos incluyen varios catalizadores de alúmina, catalizadores de óxido de titanio, catalizadores de vanadio-antimonio, y cualquiera de los catalizadores de oxidación directa. Este gas de oxígeno agotado producido es enfriado en el condensador de sulfuro E-4 para permitir recuperar el sulfuro elemental que fue formado en R-l. Una primera porción del efluente del condensador de sulfuro es dirigido hacia un Reactor Claus corriente abajo R-2 y mezclado con una porción de la corriente de reciclado que contiene sulfuro de hidrógeno del recipiente V-l ( el mezclado preferiblemente es realizado antes de entrar al reactor de hidrogenación R-2) , mientras que una segunda porción es mezclada con un gas que contiene hidrógeno caliente y monóxido de carbono desde ya sea un Generador de Gas Reductor E-l ó una fuente de hidrógeno alterna antes de entrar a R-3. El enfriador entre E-l y R-3 puede actuar como un enfriador efluente para E-l ó como un precalentador para la corriente de hidrógeno de una fuente alterna para formar una corriente de gas combinada que tiene un intervalo de temperatura de 204.4° - 315.5 °C (400 °F-600 °F) para facilitar la reacción catalítica en el reactor de hidrogenación R-3. La corriente de gas que contiene hidrógeno y/ó monóxido de carbono introducida dentro de R-3 es para facilitar las reacciones de hidrogenación directa de S02, vapor de sulfuro y otros constituyentes del sulfuro. El intervalo de temperatura operacional en R-3 típicamente se encuentra entre 204.4 °C y 454.4 °C (400 °F y 850 °F) . La cantidad de gas de reciclado del recipiente de separación V-1 preferiblemente es controlada para producir una temperatura operacional del efluente de gas de R-3 en 315.5 °C - 454.4 °C (600 °F - 850 °F) para asegurar la hidrogenación catalítica del S02, vapor de sulfuro elemental, y otros constituyentes de sulfuro para H2S en la presencia de hidrógeno y monóxido de carbono. Existen numerosos catalizadores conocidos para llevar a cabo la hidrogenación de compuestos de sulfuro conocidos en el estado previo de la técnica, y todos los catalizadores conocidos son considerador apropiados para utilizarse aguí. Por ejemplo, los catalizadores apropiados incluyen catalizadores de alúmina gamma/hierro y CoMo. El efluente de R-3 después es enfriado en el Enfriador de Gas Efluente E-3, típicamente por medio de generación de vapor, y el agua condensada es extraída por medio del recipiente de separación V-1. Por supuesto, se deberá reconocer que (cuando sea deseable) E-3 y V-1 podrían ser combinados con un condensador de contacto directo . Una porción de la corriente de gas enfriado que sale de E-3, predominantemente comprende H2S, esta mezclada con el gas efluente libre de oxígeno del Condensador de Sulfuro E-4 y la corriente combinada es recalentada a aproximadamente 204.4 °C - 226.6 °C (400 °F - 440 °F) en el recalentador E-6 antes de entrar al Reactor Claus R-2. El H2S reacciona con S02 de conformidad con la reacción Claus en el reactor R-2 para formar sulfuro elemental, el cual después es extraído por medio del condensador de sulfuro E-5. se deberá observar que el efluente de gas enfriado de E-5 podría ser alimentado dentro de una etapa Claus subsecuente, a un incinerador, y/ó chimenea, dependiendo de la recuperación de sulfuro total deseada. El balance del efluente del espacio superior de V-l es reciclado por medio de un Compresor de Reciclado P-l para la operación corriente arriba de R-1 y R-3. En otro aspecto preferido de la materia objeto inventiva, representado ejemplarmente en la Figura 2, el segundo reactor catalítico es operado como un reactor Claus, y. el gas desulfurizado es separado y deescargado por medio de un circuito absorbedor/regenerador, mientras que los vapores del segundo reactor catalítico son alimentados hacia el tercer reactor catalítico. La corriente de reciclado de sulfuro de hidrógeno es proporcionada por el tercer reactor. Aquí, el S02, S03, y el oxígeno contienen gases aproximadamente a, ó precalentados a aproximadamente 204.4 °C a 315.5 °C (400 °F a 600 °F) son introducidos en un eliminador de oxígeno/convertidor de azufre R-1. El gas que contiene ¾S es reciclado del regenerador de amina C-2, en donde la corriente de gas concentrada de ¾S es precalentada . en el precalentador E-2 a aproximadamente 204.4 °C a 315.5 °C (400 °F a 600 °F) antes de entrar al eliminador de oxigeno/convertidor de azufre R-l. El oxígeno en el gas ácido es catalíticamente reaccionado en el R-l con H2S de la corriente de reciclado para formar ¾0 y S02. Como en el proceso descrito arriba, una parte del S02 también reaccionará catalíticamente con H2S para formar azufre elemental de conformidad con la reacción Claus . El intervalo de temperatura operacional típico en el R-l, es entre los 176.6 aC a 426.6 2C (3502 y 800 aF) . Más adelante debe ser reconocido que la cantidad de gas de reciclado de H2S puede ser ajustado para permitir la extracción del oxígeno y/ó para lograr la máxima reacción con S02 (dentro de la limitante de temperatura de operación del catalizador) . Catalizadores convenientes para el segundo reactor catalítico incluyen todos los catalizadores conocidos que catalizan la reacción entre el sulfuro de hidrógeno y dióxido de azufre para formar azufre elemental, y catalizadores preferidos particularmente incluyen catalizadores Claus comercialmente disponibles. Por ejemplo, los catalizadores Claus apropiados incluyen catalizadores basados en alúmina y/ó titanio. Este gas formado de oxígeno agotado (y más típicamente libre de oxígeno) que sale del R-l es entonces enfriado por medio del condensador de sulfuro E-4 para permitir la recuperación del azufre elemental previamente formado. Una porción del efluente del condensador de azufre es dirigido corriente abajo a un Reactor Claus R2, mientras que el balance es mezclado con corrientes de gas recicladas del condensador de azufre E-5 de corriente abajo y el absorbedor de amina C-1 antes de entrar al reactor de hidrogenación R-3. Esta última corriente es preferiblemente combinada con un gas que contiene hidrógeno caliente y monóxido de carbono (por ejemplo, de un generador reductor de Gas E-l ó una fuente alterna de H2) . Un enfriador efluente ó un precalentador pueden ser ocupados como sea necesario. La corriente de gas combinada se encuentra típicamente en un intervalo de temperatura de 204.4 °C a 315.5 °C (400 °F a 600 °F) para facilitar la reacción catalítica en el reactor de hidrogenación R-3 (la corriente de gas que contiene hidrógeno y/ó monóxido de carbono introducida dentro del R-3 es preferiblemente utiliza para facilitar las reacciones de hidrogenación directa de S02, S03, vapor de azufre y otros constituyentes del azufre) . De esta manera, el intervalo de temperatura operacional del R-3 esta típicamente entre 204.4 °C a 454.4 °C (400 °F y 850 °F) . La cantidad de gases de reciclado del condensador de azufre E5 y el absorbedor de amina Cl se ajusta preferiblemente para generar una temperatura operacional del efluente de gas del R-3 a aproximadamente 315.5 °C a 454.4 °C (600 °F a 850 °F) . Tales configuraciones aseguran provechosamente la hidrogenación catalítica del S02, S03, vapor de azufre elemental y otros constituyentes de azufre de H2S en la presencia de hidrógeno (dependiendo de la composición de los gases y condiciones de operación, normalmente todo el S02, S03/ azufre elemental y otros constituyentes de azufre serán hidrogenados dentro del ¾S en este paso de operación) . El efluente de gas del R-3 es entonces enfriado en el enfriador de efluente de gas E-3 (por ejemplo, por medio de generación de vapor) , y el agua condensada es extraída por medio del recipiente de separación V-1. Alternativamente, los pasos de los dos procesos del E-3 y V-1 pueden ser completados utilizando un condensador de contacto directo. El gas efluente enfriado entra entonces en el Absorbedor de Amina C-l para extraer el H2S antes de ser descargado a la atmósfera ó en el incinerador/chimenea (y opcionalmente reciclado dentro del R-3) . La amina rica en H2S es regenerada en un regenerador de amina C-2 antes de su reciclado en el absorbedor de amina C-l. Una porción del espacio superior del regenerador del efluente de gas contiene predominantemente H2S y es mezclado con el gas que contiene S02 del condensador de sulfuro E-4 antes de entrar al recalentador de gas E-6. Debe ser notado que al menos una cantidad de la corriente que contiene S02 y el gas que contiene H2S es preferiblemente ajustada en relación a una con la otra para generar una proporción de H2S / S02 de 2 a 1 y asi facilitar la reacción Claus en el convertidor Claus R-2. En más de los aspectos preferidos de la materia objeto inventiva , una porción del espacio superior del efluente de gas del regenerador de Amina C-2 es mezclado con el gas efluente que contiene S02 libre de oxígeno del condensador de sulfuro E-4 (de nuevo , la cantidad de la corriente que contiene S02 será ajustada para generar una proporción de H2S / S02 de 2 a 1 y así facilitar la reacción Claus en el convertidor Claus R-2) . Esta corriente combinada es entonces recalentada a aproximadamente 204.4 °C a 226.6 °C (400 °F a 440 °F) , por medio de un recalentador E-6 antes de entrar al reactor Claus R-2, en el cual el H2S reacciona con el S02 de acuerdo con la reacción Claus para formar azufre elemental . Este azufre elemental formado es extraído por medio de un Condensador de Sulfuro E-5 y el efluente de gas enfriado del E-5 es reciclado hacia el Hidrogenador R-3. El balance del espacio superior del efluente del C-2 es reciclado por medio de un Compresor de Reciclado P-1 para la operación corriente arriba del R-l. Debe ser particularmente reconocido que los procesos contemplados serán especialmente útiles para extraer el oxígeno de las corrientes de gas que contienen S02 y S03 (por ejemplo, gases de extracción de regeneradores del proceso de Desulfurizacion ConocoPhillips S Zorb, gases de escape FCC, gases de escape Coker, gases de escape de plantas de poder, gases de extracción de fundidoras de metales, etc) . Además, en previas configuraciones y métodos descritos en nuestra solicitud en" tramitación (numero serial PCT/US04/120599) , la operación en el tratamiento de los gases es mejorada al eliminar el paso de fuego-directo al ir extrayendo el oxígeno catalíticamente. En estas configuraciones, el catalizador promueve la reacción entre el oxígeno, el H2S y el S02 para generar un gas libre de oxígeno. Sin embargo, mientras numerosas ventajas son logradas con estos sistemas, no obstante requieren un paso de amina posterior para encargarse del ¾S para que así pueda ser recuperado el azufre. En una configuración alternativa, como se describe en nuestra solicitud en tramitación, el azufre elemental es extraído del gas efluente del eliminador de oxígeno/convertidor de sulfuro, y una porción apropiada de de este gas efluente es introducida dentro de un reactor Claus subsiguiente mientras que el balance del gas efluente se va hacia una reacción de hidrogenación corriente abajo. En contraste, en las actuales configuraciones y métodos contemplados, se integra una unidad de amina para reducir la cantidad de gas inerte reciclado y de ese modo conseguir un decremento sustancial en los tamaños del equipo mientras al mismo tiempo se aumenta la recuperación de azufre a aproximadamente el 99.9+%. En un aspecto aún más preferido de la materia objeto inventiva, representado ejemplarmente en la Figura 3, el segundo reactor catalítico es operado como un reactor de reducción directa, en el cual los compuestos sulfurosos son catalíticamente reducidos a azufre elemental y desde el cual el gas desulfurizado es descargado o alimentado a una etapa de desulfurización posterior. Aguí, el S02, S03, y gases que contienen oxígeno a aproximadamente, ó precalentados a aproximadamente 204.4 °C a 315.5 °C (400 °F a 600 °F) son introducidos en un eliminador de oxígeno/convertidor de sulfuro R-1. El gas que contiene H2S es reciclado del recipiente de separación V-l, y es preferiblemente compreso por medio del compresor P-l y precalentado en el Precalentador E-l a una temperatura de aproximadamente 204.4 °C a 315.5 °C (400 °F a 600 °F) antes de entrar al eliminador de oxígeno/convertidor de azufre R-1. El oxígeno del S02, S03 y gas que contiene oxígeno es entonces catalíticamente reaccionado con el H2S para formar H20 y S02. Una vez más, debe ser apreciado que una porción del S02 también reaccionará catalíticamente con H2S para formar azufre elemental de acuerdo con la reacción Claus . El intervalo de temperatura operacional en el R-1 esta típicamente entre 176.6 °C y 426.6 °C (350 °F y 800 °F) . Debe ser apreciado más adelante que la cantidad de gas reciclado de H2S puede ser ajustada para permitir la extracción de todas las especies de oxígeno y/ó para permitir la reacción con una cantidad máxima de S(¾, dentro de la limitación de temperatura de operación del catalizador. Este gas preparado de oxígeno agotado (y más preferiblemente libre de oxígeno) es entonces enfriado por medio de un condensador de azufre E-4 para permitir la recuperación del azufre elemental . Una porción del efluente del condensador de sulfuro E-4 es dirigida a un reactor de reducción directa de SOx de corriente abajo R-2, mientras que el balance es dirigido al reactor de hidrogenación R-3. La corriente anterior es combinada con un gas que contiene hidrógeno caliente y monóxido de carbono ya sea de un generador reductor de gas E-7 ó una fuente alterna de H2. Dependiendo de la configuración en particular, el E-8 entonces operara como un enfriador efluente para el E-7 ó como un precalentador para la corriente de hidrógeno de la fuente alterna. La corriente de gas combinada estará típicamente en un intervalo de temperatura de 176.6 °C a 426.6 °C (350 0 F a 800 °F) para facilitar las reacciones catalíticas del SOx con hidrógeno para formar azufre elemental en el reactor de reducción directa R-2. Debe ser notado que se espera más del 90% de conversión del SOx a azufre elemental en solo este paso de reducción directa. Hay numerosos catalizadores conocidos en el estado previo de la técnica para la reducción directa de óxidos de azufre y otros compuestos de azufre, y se estima que todos ellos son convenientes para su uso aquí. Sin embargo,- los catalizadores especialmente preferidos incluyen los descritos en la Patente Norteamericana Nos. 6,214,311 y 5,384,301, ambos de los cuales se incorporan como referencia aquí.

El azufre elemental formado es entonces extraído del condensador de sulfuro E-5, y una porción del efluente de gas enfriado del E-5 es dirigido ya sea a la atmósfera, incinerador y/ó a la chimenea para su eliminación. El balance del efluente de gas del E-5 está combinado con el gas que contiene SOx del condensador de sulfuro E-4 y recalentado por medio del recalentador E-3. Esta corriente combinada es entonces entremezclada (adentro ó corriente arriba del R-3) con un gas que contiene hidrógeno caliente y monóxido de carbono (por ejemplo, de un Generador Reductor de Gas E-7, ó una fuente alterna de H2) . Otra vez, dependiendo de la configuración en particular, el E-8 operará entonces como un enfriador efluente para el E-7 ó como un precalentador para la corriente de hidrógeno de la fuente alterna. Debe ser reconocido que la corriente de gas que contiene hidrógeno caliente y monóxido de carbono que es introducida dentro del R-3 es empleada para facilitar la reacción de hidrogenación directa del S02, S03, vapor de sulfuro y otros constituyentes del sulfuro para formar H2S . Preferentemente el intervalo de temperatura de operación del R-3 esta entre los 204.4 °C y 454.4 °C (400 °F y 850 QF) . Además debe ser apreciado, que la cantidad de gas de reciclado del condensador de sulfuro E-5 de corriente arriba puede ser ajustada para generar una temperatura de operación del efluente de gas del R-3 de 315.5 °C - 454.4 °C (600 °F - 850 °F) .

Se contempla que la reacción de hidrogenáción en el E-3 hidrogenará catalíticamente al S02, S03, azufre de vapor y otros constituyentes del azufre para formar H2S en la presencia del hidrógeno y monóxido de carbono. Dependiendo de la composición del gas y de las condiciones de operación es preferible que todo el S02/ S03, azufre elemental y los otros constituyentes del sulfuro sean convertidos en ¾S en este paso. El efluente de gas del R-3 es entonces enfriado en el enfriador de efluente de Gas E-6 para producir agua condensada la cual, es entonces extraída del efluente enfriado por medio del recipiente de separación V-l. Alternativamente, los pasos de los dos procesos del E-6 y V-l pueden ser completados por medio de un condensador de contacto directo . Esta ^generación de una corriente de gas enfriado que contiene ¾S, es entonces dirigida por medio del Compresor de Reciclado P-l al eliminador de oxigeno R-l para facilitar la extracción de oxígeno del gas de alimentación que contiene SOx. Debe ser reconocido que en configuraciones en las cuales el segundo reactor catalítico es operado como un reactor de reducción directa, el SOx se convierte directamente en azufre elemental por medio de una reacción entre el SOx y el hidrógeno mientras que al mismo tiempo la cantidad de gas que pasa por el reactor de hidrogenáción ( y con esta, la cantidad de gas de reciclado requerido) es reducido, mientras que todo ó casi todo el gas desulfurizado que va saliendo del segundo reactor catalítico es descargado ó de lo contrario extraído de la planta desulfuradora . Adicionalmente debe ser notado, que el proceso de reducción directa no está limitado por el balance químico como se da en el caso de la reacción Claus. Consecuentemente, este proceso permitirá una más alta conversión y recuperación de azufre en un sólo paso (la recuperación del sulfuro en forma de azufre elemental es típicamente lograda a un nivel del 90%+) , lo cual conduce a una reducción significante en el ' tamaño del equipo de procesado y el consumo de energía. Extraordinariamente, la mayoría de las ventajas en tales configuraciones son logradas por una simplificación en el esquema del proceso -junto con la extracción de oxígeno catalítica a una temperatura relativamente baja. A propósito, las configuraciones y métodos contemplados permiten también a los gases que contienen SOx contener cualquier nivel de oxígeno y pueden ser operados sin la necesidad de un paso de amina para recuperar el H2S. Por lo tanto un método ' para tratar un gas ácido incluirá un paso en el cual un gas ácido que contiene oxígeno comprendido de dióxido de azufre sea catalíticamente convertido a un gas de oxígeno agotado utilizando azufre de hidrógeno de un gas de reciclado. En otro paso, una primera porción del gas de oxígeno agotado es catalíticamente convertido a azufre elemental, mientras que aún en otro paso, una segunda porción del gas de oxigeno agotado es convertido catalíticamente para formar el gas de reciclado. Debe ser especialmente apreciado que en las configuraciones y métodos contemplados el dióxido de azufre puede ser extraído de un gas alimentador aun conteniendo concentraciones de oxígeno relativamente altas. Además, las configuraciones y métodos contemplados también eliminan la necesidad de un proceso basado en solventes para extraer el sulfuro de hidrógeno que fue formado a partir del dióxido de azufre. Ventajas adicionales incluyen una reducción en el tamaño del reactor de hidrogenacion y la extracción catalítica de oxígeno utilizando temperaturas moderadas. Mientras que es generalmente contemplado que numerosas corrientes de gas con rodamientos de dióxido de azufre pueden ser tratadas con las configuraciones y métodos de acuerdo a la materia objeto inventiva, se prefiere típicamente que tales procesos y configuraciones sean empleados para extraer SOx de las corrientes de gas que contienen oxígeno, y especialmente de gases de extracción de regenerador del proceso ConocoPhillips S Zorb, gases de escape FCC, gases de escape Coker, gases de escape de plantas de poder, gases de extracción de calderas fundidoras, y/ó gases de escape de plantas de poder. Por lo tanto, los gases ácidos contemplados incluyen aquellos que comprenden de dióxido de azufre en una concentración entre aproximadamente 0.5 %vol a 40 %vol, más típicamente a aproximadamente 1.5 %vol a 15 %vol y más típicamente entre aproximadamente 5 %vol a 10 %vol . Dependiendo de la fuente del gas ácido qué contiene oxígeno comprendido de dióxido de azufre, la concentración del oxígeno puede ser igual ó mayor que el 1 %vol, más típicamente igual ó mayor que el 2 %vol ó aun más típicamente igual ó mayor que el 5 %vol y lo más típicamente igual ó mayor que el 10 %vol . Por lo tanto las modalidades y aplicaciones específicas de las configuraciones y métodos perfeccionados para el tratamiento de gas efluente han sido reveladas. Sin embargo, debe ser aparente para las personas experimentadas en la técnica, que muchas modificaciones más aparte de estas ya descritas son posibles, sin desviarse de los conceptos de la inventiva mostrada aquí. Por lo tanto la materia objeto inventiva, no será restringida excepto en el espíritu de las reivindicaciones agregadas. Además, al interpretar ambas, las especificaciones y las reivindicaciones; todos los términos deben ser interpretados de la manera más extensa posible concordante con el contexto. En particular los términos "comprende de" y "comprendido por" deben ser interpretados como referencias a elementos , componentes ó pasos de una manera no exclusiva; indicando que los elementos referenciados , componentes ó pasos; puedan estar presentes, ó ser utilizados, ó combinados con otros elementos, componentes ó pasos que no están expresamente referenciados .

Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por el solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones . 1. Una planta caracterizada porgue comprende: Un primer reactor catalítico que recibe una corriente de reciclado de sulfuro de hidrógeno y un gas ácido que contiene oxígeno que comprende dióxido de azufre; en donde el primer reactor catalítico está configurado para consumir catalíticamente el oxígeno utilizando la corriente de reciclado de sulfuro de hidrógeno para de ese modo formar una corriente enriquecida con dióxido de azufre/sulfuro de hidrógeno de oxígeno agotado; un segundo reactor catalítico fluidamente acoplado al primer reactor catalítico y configurado para producir azufre elemental de una primera porción de la corriente enriquecida con dióxido de azufre/sufuro de hidrógeno de oxígeno agotado; y un tercer reactor catalítico fluidamente acoplado al primer reactor catalítico y opcionalmente al segundo reactor catalítico, y configurado para generar la corriente de reciclado de sulfuro de hidrógeno de una segunda porción de la corriente enriquecida con dióxido de azufre/sulfuro de hidrógeno de oxígeno agotado .
2. La planta de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el primer reactor catalítico comprende un catalizador seleccionado del grupo que consiste de un catalizador de alúmina, un catalizador de óxido de titanio, un catalizador de vanadio-antimonio y un catalizador de oxidación directa .
3. La planta de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque comprende además un condensador de azufre corriente abajo de al menos uno del primer reactor catalítico y del segundo reactor catalítico.
4. La planta de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porgue comprende además un generador de gas reductor fluidamente acoplado al tercer reactor catalítico y que proporciona hidrógeno al menos a un tercer reactor catalítico y a la segunda porción de la corriente enriquecida con dióxido de azufre/sulfuro de hidrógeno de oxígeno agotado.
5. La planta de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque comprende además un absorbedor y un regenerador fluidamente acoplado con el tercer reactor catalítico, en donde el absorbedor está configurado de tal forma que un solvente en el absorbedor absorbe sulfuro de hidrógeno de un efluente del tercer reactor catalítico, y en donde el regenerador está configurado de tal forma que el solvente es regenerado para de ese modo producir la corriente de reciclado de sulfuro de hidrógeno.
6. La planta de conformidad con la reivindicación 5, caracterizada porgue gas inerte es descargado desde el absorbedor .
7. La planta de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porgue comprende además un condensador de azufre gue extrae azufre de un efluente del segundo reactor catalítico, y en donde el gas inerte es descargado del condensador de azufre.
8. La planta de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porgue el segundo reactor catalítico está configurado para operar como un reactor Claus .
9. La planta de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porgue el segundo reactor catalítico esta configurado para operar como un reactor de reducción directa.
10. La planta de conformidad con la reivindicación 9, caracterizada porgue además comprende un condensador de azufre gue extrae azufre de un efluente del segundo reactor catalítico, y un gas de extracción del condensador de azufre es alimentado al tercer reactor catalítico.
11. Un método de tratamiento de un gas ácido, caracterizado porgue comprende: convertir catalíticamente un gas ácido gue contiene oxígeno gue comprende dióxido de azufre a un gas de oxígeno agotado en una reacción gue utiliza sulfuro de hidrógeno de un gas de reciciado; convertir catalíticamente una primera porción del gas de oxígeno agotado a azufre elemental; y convertir catalíticamente una segunda porción del gas de oxígeno agotado para de ese modo formar un gas de reciclado.
12. El método de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque el paso de convertir catalíticamente un gas ácido que contiene oxígeno, comprende una reacción catalítica utilizando un catalizador seleccionado del grupo que consiste de un catalizador de alúmina, un catalizador de óxido de titanio, un catalizador de vanadio-antimonio y un catalizador de oxidación directa.
13. El método de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque el paso de convertir la primera porción del gas de oxígeno agotado comprende una reacción Claus .
14. El método de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque el paso de convertir la primera porción del gas de oxígeno agotado comprende una reducción directa catalítica en la cual, el sulfuro de hidrógeno y los óxidos de azufre son reducidos a azufre elemental.
15. El método de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque después del paso de convertir catalíticamente la segunda porción del gas de oxígeno agotado, se extrae el gas inerte para de ese modo formar el gas de reciclado ,