KR20240124970A - Adsorption-based cloud tail gas treatment - Google Patents
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Abstract
황 회수 방법은, 수소화 반응기에서, 클라우스 테일 가스 스트림 중의 황 함유 화합물을 황화수소로 전환하여 수소화된 가스 스트림을 생성하는 단계; 수소화된 가스 스트림을 켄치 타워에 공급하여 액체수를 응축함으로써 켄칭된 가스 스트림을 생성하는 단계; 켄칭된 가스 스트림을 제1 단계 흡착 유닛의 제1 단계 흡착 베셀에 공급하여 켄칭된 가스 스트림으로부터 물을 흡착함으로써 제1 배출 가스 스트림을 생성하는 단계; 제1 배출 가스 스트림을 제2 단계 흡착 유닛의 제2 단계 흡착 베셀에 공급하여 제1 배출 가스 스트림으로부터 황화수소를 흡착함으로써 제2 부산물 가스 스트림을 생성하는 단계; 제2 부산물 가스 스트림을 이산화탄소 스트림 및 풍부화된 질소 스트림으로 분리하는 단계; 및 풍부화된 질소 스트림을 사용하여 제2 단계 흡착 베셀을 재생하는 단계를 포함한다.A sulfur recovery method comprises the steps of: converting a sulfur-containing compound in a cloud tail gas stream into hydrogen sulfide in a hydrogenation reactor to produce a hydrogenated gas stream; supplying the hydrogenated gas stream to a quench tower to condense liquid water to produce a quenched gas stream; supplying the quenched gas stream to a first-stage adsorption vessel of a first-stage adsorption unit to adsorb water from the quenched gas stream to produce a first effluent gas stream; supplying the first effluent gas stream to a second-stage adsorption vessel of a second-stage adsorption unit to adsorb hydrogen sulfide from the first effluent gas stream to produce a second by-product gas stream; separating the second by-product gas stream into a carbon dioxide stream and an enriched nitrogen stream; and regenerating the second-stage adsorption vessel using the enriched nitrogen stream.
Description
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본 출원은 2021년 12월 15일에 출원된 그리스 특허 출원 번호 20210100882, 및 2022년 9월 15일에 출원된 미국 특허 출원 번호 17/945,809에 대한 우선권을 주장하며, 이들 출원의 전체 내용은 본원에 참조로 포함된다.This application claims the benefit of Greek Patent Application No. 20210100882, filed December 15, 2021, and U.S. Patent Application No. 17/945,809, filed September 15, 2022, the entire contents of which are incorporated herein by reference.
황 회수는 황화수소의 원소 황으로의 전환을 지칭할 수 있다. 황화수소는 천연 가스 처리 및 황 함유 원유 정제의 부산물일 수 있다. 황 회수의 기존 방법은 클라우스 공정(Claus process)이다. 기존 클라우스 공정은 95% 내지 98%의 황화수소를 회수할 수 있다. 클라우스 공정으로부터의 테일 가스(tail gas)는 잔존(잔여) 황화수소, 예컨대 5% 미만의 황화수소를 가질 수 있다. 클라우스 테일 가스를 처리하여 이 잔존 황화수소를 회수할 수 있다. Sulfur recovery may refer to the conversion of hydrogen sulfide to elemental sulfur. Hydrogen sulfide may be a byproduct of natural gas processing and sulfur-containing crude oil refining. A conventional method for sulfur recovery is the Claus process. Conventional Claus processes can recover 95% to 98% of hydrogen sulfide. The tail gas from the Claus process may have residual (residual) hydrogen sulfide, such as less than 5% hydrogen sulfide. The Claus tail gas may be processed to recover this residual hydrogen sulfide.
한 측면에서, 황 회수 방법은, 수소화 반응기에서, 클라우스 테일 가스 스트림 중의 황 함유 화합물을 황화수소로 전환하여 황화수소, 물, 및 이산화탄소 또는 질소 중 적어도 하나를 포함하는 수소화된 가스 스트림을 생성하는 단계; 수소화된 가스 스트림을 켄치 타워(quench tower)에 공급하여 액체수(liquid water)를 물 응축물 스트림(water condensate stream)으로 응축함으로써 켄칭된(quenched) 가스 스트림을 생성하는 단계; 켄칭된 가스 스트림을 제1 단계 흡착 유닛의 제1 단계 흡착 베셀(adsorption vessel)에 공급하여 켄칭된 가스 스트림으로부터 물을 흡착함으로써 제1 배출 가스 스트림을 생성하는 단계; 제1 배출 가스 스트림을 제2 단계 흡착 유닛의 제2 단계 흡착 베셀에 공급하여 제1 배출 가스 스트림으로부터 황화수소를 흡착함으로써 제2 부산물 가스 스트림을 생성하는 단계; 제2 부산물 가스 스트림의 적어도 일부를 이산화탄소 스트림 및 풍부화된(enriched) 질소 스트림으로 분리하는 단계; 및 풍부화된 질소 스트림의 일부를 제2 단계 흡착 베셀에 공급함으로써 제2 단계 흡착 베셀을 재생하여 제2 배출 가스 스트림을 생성하는 단계를 포함한다.In one aspect, a method for recovering sulfur comprises the steps of: converting, in a hydrogenation reactor, sulfur-containing compounds in a cloud tail gas stream to hydrogen sulfide to produce a hydrogenated gas stream comprising hydrogen sulfide, water, and at least one of carbon dioxide or nitrogen; feeding the hydrogenated gas stream to a quench tower to condense liquid water into a water condensate stream to produce a quenched gas stream; feeding the quenched gas stream to a first stage adsorption vessel of a first stage adsorption unit to adsorb water from the quenched gas stream to produce a first effluent gas stream; feeding the first effluent gas stream to a second stage adsorption vessel of a second stage adsorption unit to adsorb hydrogen sulfide from the first effluent gas stream to produce a second by-product gas stream; separating at least a portion of the second by-product gas stream into a carbon dioxide stream and an enriched nitrogen stream; and a step of regenerating the second stage adsorption vessel by supplying a portion of the enriched nitrogen stream to the second stage adsorption vessel to generate a second exhaust gas stream.
실시양태는 다음의 특색 중 하나 또는 둘 이상의 임의의 조합을 포함할 수 있다.Embodiments may include any combination of one or more of the following features:
방법은 극저온 분리를 사용하여 제2 부산물 가스 스트림의 제1 부분을 이산화탄소 스트림 및 풍부화된 질소 스트림으로 분리하는 단계를 포함한다.The method comprises the step of separating a first portion of the second byproduct gas stream into a carbon dioxide stream and an enriched nitrogen stream using cryogenic separation.
방법은 분리막을 사용하여 제2 부산물 가스 스트림의 제1 부분을 이산화탄소 스트림 및 풍부화된 질소 스트림으로 분리하는 단계를 포함한다. 일부 경우에, 상기 방법은 분리막에 진공을 적용하는 단계를 포함한다.The method comprises the step of using a membrane to separate a first portion of the second byproduct gas stream into a carbon dioxide stream and an enriched nitrogen stream. In some cases, the method comprises the step of applying a vacuum to the membrane.
방법은 이산화탄소 스트림을 열 산화장치(thermal oxidizer)에 공급하는 단계를 포함한다. 일부 경우에, 방법은 이산화탄소 스트림을 이젝터를 통해 열 산화장치에 공급하는 단계를 포함한다. The method comprises the step of supplying a carbon dioxide stream to a thermal oxidizer. In some cases, the method comprises the step of supplying the carbon dioxide stream to the thermal oxidizer through an ejector.
방법은 풍부화된 질소 스트림의 제1 부분을 제1 단계 흡착 베셀에 공급함으로써 제1 단계 흡착 베셀을 재생하여, 물을 탈착함으로써 제1 부산물 가스 스트림을 생성하는 단계를 포함한다. 일부 경우에, 방법은 제1 부산물 가스 스트림을 수소화된 가스 스트림과 합쳐져 합쳐진 스트림을 형성하고 합쳐진 스트림을 켄치 타워에 공급하는 단계를 포함한다. The method comprises the step of regenerating the first stage adsorption vessel by feeding a first portion of the enriched nitrogen stream to the first stage adsorption vessel, thereby desorbing water to produce a first by-product gas stream. In some cases, the method comprises the step of combining the first by-product gas stream with the hydrogenated gas stream to form a combined stream and feeding the combined stream to a quench tower.
방법은 풍부화된 질소 스트림을 수소화된 가스 스트림으로부터의 열로 열 교환기에서 가열하는 단계를 포함한다.The method comprises the step of heating an enriched nitrogen stream in a heat exchanger with heat from a hydrogenated gas stream.
방법은 켄칭된 가스 스트림을 압축기에서 가압하고; 가압된 켄칭된 가스 스트림을 냉각하는 단계를 포함한다.The method comprises the steps of pressurizing a quenched gas stream in a compressor; and cooling the pressurized quenched gas stream.
방법은 켄칭된 가스 스트림을 수집 드럼에 공급하여 제2 물 응축물 스트림을 통해 액체수를 회수함으로써 흡착 공급물을 생성하는 단계로서, 여기서 흡착 공급물이 제1 단계 흡착 베셀에 공급되는 것인 단계를 포함한다.The method comprises the steps of producing an adsorption feed by feeding a quenched gas stream to a collection drum to recover liquid water via a second water condensate stream, wherein the adsorption feed is fed to a first stage adsorption vessel.
방법은 물 응축물 스트림을 사워 워터 스트리퍼(sour water stripper)에 공급하는 단계를 포함한다.The method comprises the step of feeding a water condensate stream to a sour water stripper.
방법은 제2 부산물 가스 스트림의 제2 부분을 열 산화장치에 공급하는 단계를 포함한다.The method comprises the step of supplying a second portion of the second by-product gas stream to a thermal oxidizer.
방법은 제2 배출 가스를 반응로(reaction furnace)에 공급하는 단계를 포함한다.The method comprises the step of supplying a second exhaust gas to a reaction furnace.
일 측면에서, 클라우스 테일 가스로부터의 황 회수를 위한 시스템은, 클라우스 테일 가스 스트림 중의 황 함유 화합물을 황화수소로 전환하여 수소화된 가스 스트림을 생성하도록 구성된 수소화 반응기; 수소화 반응기에 유체공학적으로 연결되어 있으며 수소화된 가스 스트림을 수용하고 액체수를 물 응축물 스트림으로 응축함으로써 켄칭된 가스 스트림을 생성하도록 구성된 켄치 타워; 제1 단계 흡착 베셀을 포함하는 제1 단계 흡착 유닛으로서, 제1 단계 흡착 사이클 동안, 켄치 타워에 유체공학적으로 연결되어 있으며 켄칭된 가스 스트림을 수용하고 켄칭된 가스 스트림으로부터 물을 흡착함으로써 제1 배출 가스 스트림을 생성하도록 구성된, 제1 단계 흡착 유닛; 제2 단계 흡착 베셀을 포함하는 제2 단계 흡착 유닛으로서, 제2 단계 흡착 사이클 동안, 제1 단계 흡착 베셀에 유체공학적으로 연결되어 있으며 제1 배출 가스 스트림을 수용하고 제1 배출 가스 스트림으로부터 황화수소를 흡착함으로써 제2 부산물 가스 스트림을 생성하도록 구성된, 제2 단계 흡착 유닛; 제2 부산물 가스 스트림의 적어도 일부를 수용하고 제2 부산물 가스 스트림의 일부를 이산화탄소 스트림 및 풍부화된 질소 스트림으로 분리하도록 구성된 이산화탄소 분리 부재(seperation element)를 포함하고; 여기서 제2 단계 흡착 베셀이 제2 단계 재생 사이클 동안, 풍부화된 질소 스트림의 일부를 수용하도록 구성된다.In one aspect, a system for sulfur recovery from cloud tail gas comprises: a hydrogenation reactor configured to convert sulfur containing compounds in a cloud tail gas stream to hydrogen sulfide to produce a hydrogenated gas stream; a quench tower fluidly connected to the hydrogenation reactor and configured to receive the hydrogenated gas stream and condense liquid water into a water condensate stream to produce a quenched gas stream; a first stage adsorption unit comprising a first stage adsorption vessel, wherein, during a first stage adsorption cycle, the first stage adsorption unit is fluidly connected to the quench tower and configured to receive the quenched gas stream and adsorb water from the quenched gas stream to produce a first effluent gas stream; a second stage adsorption unit comprising a second stage adsorption vessel, wherein, during the second stage adsorption cycle, the second stage adsorption unit is fluidly connected to the first stage adsorption vessel and configured to receive the first effluent gas stream and adsorb hydrogen sulfide from the first effluent gas stream to produce a second byproduct gas stream; A second stage adsorption vessel comprises a carbon dioxide separation element configured to receive at least a portion of the second by-product gas stream and separate the portion of the second by-product gas stream into a carbon dioxide stream and an enriched nitrogen stream; wherein the second stage adsorption vessel is configured to receive a portion of the enriched nitrogen stream during the second stage regeneration cycle.
실시양태는 다음의 특색 중 하나 또는 둘 이상의 임의의 조합을 포함할 수 있다.Embodiments may include any combination of one or more of the following features:
이산화탄소 분리 부재는 제2 부산물 가스 스트림의 일부를 이산화탄소 스트림 및 풍부화된 질소 스트림으로 분리하도록 구성된 분리막을 포함한다.The carbon dioxide separation member comprises a separation membrane configured to separate a portion of the second byproduct gas stream into a carbon dioxide stream and an enriched nitrogen stream.
이산화탄소 분리 부재는 극저온 분리 부재를 포함한다.The carbon dioxide separation element includes a cryogenic separation element.
시스템은 이산화탄소 스트림을 수용하도록 구성된 열 산화장치를 포함한다. 일부 경우에, 시스템은 이젝터를 포함하며, 여기서 열 산화장치가 이젝터로부터 이산화탄소 스트림을 수용하도록 구성된다.The system includes a thermal oxidizer configured to receive a stream of carbon dioxide. In some cases, the system includes an ejector, wherein the thermal oxidizer is configured to receive a stream of carbon dioxide from the ejector.
제1 단계 재생 사이클 동안, 제1 단계 흡착 베셀은, 풍부화된 질소 스트림의 제1 부분을 수용하고 물을 탈착함으로써 제1 부산물 가스 스트림을 생성하도록 구성된다.During the first stage regeneration cycle, the first stage adsorption vessel is configured to receive a first portion of the enriched nitrogen stream and produce a first byproduct gas stream by desorbing water.
시스템은 제2 부산물 가스 스트림의 제2 부분을 수용하도록 구성된 열 산화장치를 포함한다.The system includes a thermal oxidizer configured to receive a second portion of the second byproduct gas stream.
시스템은 제2 단계 흡착 베셀에 유체공학적으로 연결되어 있으며 제2 단계 재생 사이클 동안 제2 단계 흡착 유닛에서 생성된 제2 배출 가스를 수용하도록 구성된 반응로를 포함한다.The system comprises a reactor fluidically connected to the second stage adsorption vessel and configured to receive a second off-gas generated in the second stage adsorption unit during the second stage regeneration cycle.
시스템은 풍부화된 질소 스트림으로부터의 열로 수소화된 가스 스트림을 냉각하도록 구성된 열 교환기를 포함한다.The system includes a heat exchanger configured to cool a hydrogenated gas stream with heat from an enriched nitrogen stream.
제1 단계 흡착 베셀은 친수성 분자체를 포함한다.The first stage adsorption vessel contains a hydrophilic molecular sieve.
제2 단계 흡착 베셀은 Cu-Y형 제올라이트를 포함한다.The second stage adsorption vessel contains Cu-Y type zeolite.
제1 단계 흡착 유닛은 병렬로 유체공학적으로 연결된 여러 개의 제1 단계 흡착 베셀을 포함하고, 제2 단계 흡착 유닛은 병렬로 유체공학적으로 연결된 여러 개의 제2 단계 흡착 베셀을 포함한다.The first stage adsorption unit comprises a plurality of first stage adsorption vessels fluidically connected in parallel, and the second stage adsorption unit comprises a plurality of second stage adsorption vessels fluidically connected in parallel.
일 측면에서, 황 회수 방법은, 수소화 반응기에서, 클라우스 테일 가스 스트림 중의 황 함유 화합물을 황화수소로 전환하여 황화수소, 물, 및 이산화탄소 또는 질소 중 적어도 하나를 포함하는 수소화된 가스 스트림을 생성하는 단계; 수소화된 가스 스트림을 켄치 타워에 공급하여 액체수를 물 응축물 스트림으로 응축함으로써 켄칭된 가스 스트림을 생성하는 단계; 켄칭된 가스 스트림을 제1 단계 흡착 유닛의 제1 단계 흡착 베셀에 공급하여 켄칭된 가스 스트림으로부터 물을 흡착함으로써 제1 배출 가스 스트림을 생성하는 단계; 제1 배출 가스 스트림을 제2 단계 흡착 유닛의 제2 단계 흡착 베셀에 공급하여 제1 배출 가스 스트림으로부터 황화수소를 흡착함으로써 제2 부산물 가스 스트림을 생성하는 단계; 및 제2 단계 흡착 베셀을 재생하여 제2 배출 가스 스트림을 생성하는 단계로서, 여기서 제2 단계 흡착 베셀을 재생하는 단계가 제2 부산물 가스 스트림의 일부 및 질소 스트림을 제2 단계 흡착 베셀에 공급하는 단계를 포함하는 것인 단계를 포함한다.In one aspect, a method for recovering sulfur comprises: converting, in a hydrogenation reactor, a sulfur-containing compound in a cloud tail gas stream to hydrogen sulfide to produce a hydrogenated gas stream comprising hydrogen sulfide, water, and at least one of carbon dioxide or nitrogen; feeding the hydrogenated gas stream to a quench tower to condense liquid water into a water condensate stream to produce a quenched gas stream; feeding the quenched gas stream to a first-stage adsorption vessel of a first-stage adsorption unit to adsorb water from the quenched gas stream to produce a first effluent gas stream; feeding the first effluent gas stream to a second-stage adsorption vessel of a second-stage adsorption unit to adsorb hydrogen sulfide from the first effluent gas stream to produce a second by-product gas stream; and regenerating the second-stage adsorption vessel to produce a second effluent gas stream, wherein the step of regenerating the second-stage adsorption vessel comprises feeding a portion of the second by-product gas stream and a nitrogen stream to the second-stage adsorption vessel.
실시양태는 다음의 특색 중 하나 또는 둘 이상의 임의의 조합을 포함할 수 있다.Embodiments may include any combination of one or more of the following features:
제2 단계 흡착 베셀을 재생하는 단계는 질소 스트림을 극저온 탱크로부터 제2 단계 흡착 베셀에 공급하는 단계를 포함한다.The step of regenerating the second stage adsorption vessel comprises the step of supplying a nitrogen stream from a cryogenic tank to the second stage adsorption vessel.
제2 단계 흡착 베셀을 재생하는 단계는, 제2 부산물 가스 스트림의 일부를 제1 기간 동안 제2 단계 흡착 베셀에 공급하는 단계; 및 질소 가스 스트림을 제1 기간 후에 제2 기간 동안 제2 단계 흡착 베셀에 공급하는 단계를 포함한다.The step of regenerating the second stage adsorption vessel comprises the steps of supplying a portion of the second by-product gas stream to the second stage adsorption vessel for a first period of time; and supplying a nitrogen gas stream to the second stage adsorption vessel for a second period of time after the first period.
하나 이상의 구현의 세부사항은 첨부 도면 및 아래 설명에 제시되어 있다. 기타 특색 및 이점은 설명 및 도면, 그리고 청구범위로부터 명백해질 것이다.Details of one or more implementations are set forth in the accompanying drawings and the description below. Other features and advantages will be apparent from the description and drawings, and from the claims.
도 1 내지 도 6은 클라우스 테일 가스 처리를 위한 시스템의 다이아그램이다.
도 7a 및 도 7b는 흐름도이다.
도 8은 Cu 이온으로 이온 교환된 Y-제올라이트("CuY") 상에 황화수소의 시뮬레이션된 흡착 등온선의 플롯이다.
도 9 및 도 10은 공정 다이아그램이다.
도 11은 물 제거 흡착 베셀 내의 물의 시뮬레이션된 파과 곡선(breakthrough curve)의 플롯이다.
도 12는 공정 다이아그램이다.
도 13a는 황화수소 제거 흡착 베셀 내의 이산화탄소와 질소의 시뮬레이션된 파과 곡선의 플롯이다.
도 13b는 황화수소 제거 흡착 베셀 내의 황화수소의 시뮬레이션된 파과 곡선의 플롯이다.Figures 1 to 6 are diagrams of a system for treating cloud tail gas.
Figures 7a and 7b are flow charts.
Figure 8 is a plot of a simulated adsorption isotherm of hydrogen sulfide on Y-zeolite (“CuY”) ion-exchanged with Cu ions.
Figures 9 and 10 are process diagrams.
Figure 11 is a plot of a simulated breakthrough curve of water within a water removal adsorption vessel.
Figure 12 is a process diagram.
Figure 13a is a plot of simulated breakthrough curves of carbon dioxide and nitrogen within a hydrogen sulfide removal adsorption vessel.
Figure 13b is a plot of a simulated breakthrough curve of hydrogen sulfide within a hydrogen sulfide removal adsorption vessel.
본 명세서에 높은 수준의 황 회수를 용이하게 하는, 클라우스 테일 가스 처리 시스템에서 황화수소 흡착 베셀의 재생에 대한 접근법을 기재한다. 일부 접근법에서, 황화수소 흡착 베셀의 재생을 위해 2상 공정(two-phase process)을 이용한다. 제1 상에서, 이산화탄소 및 질소를 포함한 깨끗한 가스의 슬립 스트림(slip stream)을 황화수소 흡착 베셀에 공급하여 그 안의 흡착제 물질로부터 황화수소를 탈착한다. 그 다음에 깨끗한 가스의 공급을 중단하고, 고순도 질소 스트림을 추가 재생을 위해 황화수소 흡착 베셀에 공급한다. 일부 접근법에서, 깨끗한 가스의 슬립 스트림을, 예를 들어, 분리막에 의해, 이산화탄소 스트림 및 질소 스트림으로 분리한 다음에, 질소 스트림을 재생을 위해 황화수소 흡착 베셀로 향하게 한다. 이산화탄소 스트림은 열 산화장치에 공급할 수 있다.This specification describes approaches to the regeneration of hydrogen sulfide adsorption vessels in a Claus tail gas treatment system that facilitate high levels of sulfur recovery. In some approaches, a two-phase process is used to regenerate the hydrogen sulfide adsorption vessels. In the first phase, a slip stream of clean gas comprising carbon dioxide and nitrogen is fed to the hydrogen sulfide adsorption vessel to desorb hydrogen sulfide from the adsorbent material therein. The clean gas supply is then stopped, and a high purity nitrogen stream is fed to the hydrogen sulfide adsorption vessel for further regeneration. In some approaches, the slip stream of clean gas is separated, for example, by a membrane, into a carbon dioxide stream and a nitrogen stream, and the nitrogen stream is then directed to the hydrogen sulfide adsorption vessel for regeneration. The carbon dioxide stream can be fed to a thermal oxidizer.
클라우스 테일 가스 처리 시스템에서 흡착제 재생에 대한 이들 접근법은 흡착제 재생 동안 황화수소 스파이크의 발생을 방지하는 데 도움이 될 수 있다. 게다가, 이들 접근법은 높은 수준의 황 회수, 예를 들어 99% 초과, 99.5% 초과, 99.9% 초과, 또는 99.95% 초과의 황 회수를 용이하게 할 수 있으며, 회수된 황화수소는 클라우스 공급 가스로 재순환된다. These approaches to adsorbent regeneration in a Claus tail gas treatment system may help prevent the occurrence of hydrogen sulfide spikes during adsorbent regeneration. Furthermore, these approaches may facilitate high levels of sulfur recovery, e.g., greater than 99%, greater than 99.5%, greater than 99.9%, or greater than 99.95%, with the recovered hydrogen sulfide being recycled to the Claus feed gas.
도 1은 클라우스 테일 가스 처리를 위한 시스템(100)의 개략도를 나타낸다. 클라우스 테일 가스 처리 공정 및 시스템에 대한 추가적 설명은 미국 특허 번호10,662,061에서 찾을 수 있으며, 이 특허의 내용은 본원에 그 전문이 참조로 포함된다. 시스템(100)은 제1 열 교환기(102), 수소화 반응기(104), 켄치 타워(106), 제2 열 교환기(108), 제1 단계 흡착 유닛(110), 제2 단계 흡착 유닛(112), 제3 열 교환기(114), 및 제4 열 교환기(116)을 포함한다. FIG. 1 illustrates a schematic diagram of a system (100) for treating cloud tail gas. Additional description of a cloud tail gas treatment process and system may be found in U.S. Pat. No. 10,662,061, the contents of which are incorporated herein by reference in their entirety. The system (100) includes a first heat exchanger (102), a hydrogenation reactor (104), a quench tower (106), a second heat exchanger (108), a first stage adsorption unit (110), a second stage adsorption unit (112), a third heat exchanger (114), and a fourth heat exchanger (116).
테일 가스 스트림(120)은 제1 열 교환기(102)에서 가열되어 가열된 테일 가스 스트림(122)을 생성한다. 가열된 테일 가스 스트림(122)은 수소화 반응기(104)에 도입되어 수소화된 가스 스트림(124)을 생성한다. 수소화된 가스 스트림(124)은 켄치 타워(106)에 도입되어 켄칭된 가스 스트림(126) 및 물 응축물 스트림(128)을 생성한다. 켄칭된 가스 스트림(126)은 제2 열 교환기(108)에서 냉각되어 냉각된 켄칭된 가스 스트림(130)을 생성한다. 냉각된 켄칭된 가스 스트림(130)은 제1 단계 흡착 유닛(110)에 도입되어 제1 배출 가스 스트림(132) 및 제1 부산물 스트림(136)을 생성한다. 제1 배출 가스 스트림(132)은 제4 열 교환기(116)에서 냉각되어 냉각된 제1 배출 가스 스트림(134)을 생성한다. 냉각된 제1 배출 가스 스트림(134)은 제2 단계 흡착 유닛(112)에 도입되어 제2 배출 가스 스트림(140) 및 제2 부산물 스트림(138)을 생성한다. A tail gas stream (120) is heated in a first heat exchanger (102) to produce a heated tail gas stream (122). The heated tail gas stream (122) is introduced into a hydrogenation reactor (104) to produce a hydrogenated gas stream (124). The hydrogenated gas stream (124) is introduced into a quench tower (106) to produce a quenched gas stream (126) and a water condensate stream (128). The quenched gas stream (126) is cooled in a second heat exchanger (108) to produce a cooled quenched gas stream (130). The cooled quenched gas stream (130) is introduced into a first stage adsorption unit (110) to produce a first exhaust gas stream (132) and a first byproduct stream (136). The first exhaust gas stream (132) is cooled in the fourth heat exchanger (116) to produce a cooled first exhaust gas stream (134). The cooled first exhaust gas stream (134) is introduced into the second stage adsorption unit (112) to produce a second exhaust gas stream (140) and a second byproduct stream (138).
일부 예에서, 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 가스 공급물(142)은 제3 열 교환기(114)에서 가열되어 제1 재생 가스 스트림(144) 및 제2 재생 가스 스트림(146)을 생성한다. 공급물(142)은 공기(도시된 바와 같음) 또는 이산화탄소 및 질소를 포함한 비교적 깨끗한 가스일 수 있다. 제1 재생 가스 스트림(144)은 제1 단계 흡착 유닛(110)에 도입된다. 제2 재생 가스 스트림(146)은 제2 단계 흡착 유닛(112)에 도입된다. In some examples, for example, as illustrated in FIG. 1, the gas feed (142) is heated in a third heat exchanger (114) to produce a first regeneration gas stream (144) and a second regeneration gas stream (146). The feed (142) may be air (as illustrated) or a relatively clean gas comprising carbon dioxide and nitrogen. The first regeneration gas stream (144) is introduced to the first stage adsorption unit (110). The second regeneration gas stream (146) is introduced to the second stage adsorption unit (112).
테일 가스 스트림(120)은 황 함유 화합물, 예를 들어, 상류 클라우스 유닛에의해 완전히 회수되지 않은 황 함유 화합물을 포함하는 클라우스 테일 가스를 포함한다. 황 함유 화합물은 원소 황, 황화수소, 황 산화물, 및 이의 음이온 대응물과 같은 형태로 존재할 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "원소 황"은 S, S2, S3, S4, S5, S6, S7, 및 S8과 같은 형태로 존재할 수 있는 황의 모든 상(phase)을 지칭한다. 비제한적 예시적 황 산화물은 SO, SO2, SO3, SO4, S2O, S2O2, S6O, S6O2, S7O, S7O2, S8O, S9O, 및 S10O을 포함한다. 테일 가스 스트림(120) 중의 클라우스 테일 가스는 또한 이산화탄소, 물, 질소, 수소, 및 이의 조합을 포함할 수 있다.The tail gas stream (120) comprises cloud tail gas comprising sulfur containing compounds, for example, sulfur containing compounds that are not completely recovered by the upstream cloud unit. The sulfur containing compounds may be present in forms such as elemental sulfur, hydrogen sulfide, sulfur oxides, and their anion counterparts. As used herein, the term "elemental sulfur" refers to all phases of sulfur which may be present in forms such as S, S 2 , S 3 , S 4 , S 5 , S 6 , S 7 , and S 8 . Non-limiting exemplary sulfur oxides include SO , SO 2 , SO 3 , SO 4 , S 2 O , S 2 O 2 , S 6 O , S 6 O 2 , S 7 O , S 7 O 2 , S 8 O , S 9 O , and S 10 O . The cloud tail gas in the tail gas stream (120) may also contain carbon dioxide, water, nitrogen, hydrogen, and combinations thereof.
제1 열 교환기(102)는 수소화 반응이 수소화 반응기(104)에서 발생할 수 있는 온도로 가스 스트림을 가열할 수 있는 임의의 열 교환기일 수 있다. 제1 열 교환기(102)는 가열된 테일 가스 스트림(122)이 약 200℃ 내지 약 300℃, 예를 들어, 약 220℃ 내지 약 280℃, 또는 약 240℃ 내지 약 260℃, 예를 들어, 약 250℃의 온도를 갖도록 테일 가스 스트림(120)을 가열할 수 있다. 가열 후, 가열된 테일 가스 스트림(122)은 여전히 테일 가스 스트림(120)에 대해 상기에 기재한 황 함유 화합물, 이산화탄소, 물, 질소, 수소, 및 이의 조합을 포함한다. The first heat exchanger (102) can be any heat exchanger capable of heating the gas stream to a temperature at which a hydrogenation reaction can occur in the hydrogenation reactor (104). The first heat exchanger (102) can heat the tail gas stream (120) such that the heated tail gas stream (122) has a temperature of from about 200° C. to about 300° C., for example, from about 220° C. to about 280° C., or from about 240° C. to about 260° C., for example, about 250° C. After heating, the heated tail gas stream (122) still comprises sulfur containing compounds, carbon dioxide, water, nitrogen, hydrogen, and combinations thereof as described above with respect to the tail gas stream (120).
수소화 반응기(104)는 황화수소 이외의 가열된 테일 가스 스트림(122) 중의 황 함유 화합물을 황화수소로 환원할 수 있는, 임의의 촉매 또는 비촉매 반응기일 수 있다. 일부 예에서, 가열된 테일 가스 스트림(122)에 포함된 수소는 가열된 테일 가스 스트림(122) 중의 황 함유 화합물을 황화수소로 환원하는 데 사용된다. 일부 예에서, 보충(make-up) 수소 가스 스트림(도시되지 않음)이 수소화 반응기(104)에 도입된다. 일부 예에서, 물이 수소화 반응 동안 부산물로 생성된다. 결과적으로, 수소화된 가스 스트림(124)은 실질적으로 황화수소만의 황 함유 화합물을 포함한다. 수소화된 가스 스트림(124)은 또한 이산화탄소, 물, 질소, 및 이의 조합을 포함할 수 있다.The hydrogenation reactor (104) can be any catalytic or non-catalytic reactor capable of reducing sulfur containing compounds in the heated tail gas stream (122) other than hydrogen sulfide to hydrogen sulfide. In some instances, hydrogen contained in the heated tail gas stream (122) is used to reduce sulfur containing compounds in the heated tail gas stream (122) to hydrogen sulfide. In some instances, a make-up hydrogen gas stream (not shown) is introduced to the hydrogenation reactor (104). In some instances, water is produced as a byproduct during the hydrogenation reaction. As a result, the hydrogenated gas stream (124) comprises substantially only hydrogen sulfide as sulfur containing compounds. The hydrogenated gas stream (124) may also comprise carbon dioxide, water, nitrogen, and combinations thereof.
켄치 타워(106)는 수소화된 가스 스트림(124)으로부터 물을 응축하고 회수할 수 있는 임의의 기구일 수 있다. 수소화된 가스 스트림(124)에 포함된 물의 상당 부분은 응축되고 물 응축물 스트림(128)을 통해 실질적으로 회수된다. 수소화된 가스 스트림(124)에 포함된 물의 상당 부분이 제거되긴 하지만, 켄치 타워(106)로부터 산출된 켄칭된 가스 스트림(126)은 여전히 가스상 물의 잔여량을 포함할 수 있다. 예를 들어, 켄칭된 가스 스트림(126)은 약 0 mol% 내지 약 20 mol%, 예를 들어, 약 3 mol% 내지 약 15 mol%, 또는 약 4 mol% 내지 약 10 mol%, 예를 들어, 약 8 mol%의 범위의 가스상 물 함량을 가질 수 있다. 켄칭된 가스 스트림(126)은 또한 황화수소(예컨대 클라우스 테일 가스에 이미 존재하는 황화수소, 수소화 반응기(104)에서 생성된 황화수소, 또는 둘 다), 이산화탄소, 질소, 및 이의 조합을 포함할 수 있다. 켄칭된 가스 스트림(126)은 약 20℃ 내지 약 170℃, 예를 들어, 약 30℃ 내지 약 100℃, 또는 약 40℃ 내지 약 80℃, 예를 들어, 약 43℃의 범위의 온도를 갖는다. The quench tower (106) can be any device capable of condensing and recovering water from the hydrogenated gas stream (124). A significant portion of the water contained in the hydrogenated gas stream (124) is condensed and substantially recovered via the water condensate stream (128). Although a significant portion of the water contained in the hydrogenated gas stream (124) is removed, the quenched gas stream (126) output from the quench tower (106) can still contain a residual amount of gaseous water. For example, the quenched gas stream (126) can have a gaseous water content in the range of about 0 mol % to about 20 mol %, for example, about 3 mol % to about 15 mol %, or about 4 mol % to about 10 mol %, for example, about 8 mol %. The quenched gas stream (126) may also include hydrogen sulfide (e.g., hydrogen sulfide already present in the cloud tail gas, hydrogen sulfide generated in the hydrogenation reactor (104), or both), carbon dioxide, nitrogen, and combinations thereof. The quenched gas stream (126) has a temperature in the range of about 20° C. to about 170° C., for example, about 30° C. to about 100° C., or about 40° C. to about 80° C., for example, about 43° C.
제2 열 교환기(108)는 제1 단계 흡착 유닛(110)에서 흡착이 발생하는 온도로 가스 스트림을 냉각할 수 있는 임의의 열 교환기일 수 있다. 제2 열 교환기(108)는 냉각된 켄칭된 가스 스트림(130)이 약 0℃ 내지 약 70℃, 예를 들어, 약 10℃ 내지 약 40℃, 또는 약 15℃ 내지 약 30℃, 예를 들어, 약 21℃의 범위의 온도를 갖도록 켄칭된 가스 스트림(126)을 냉각할 수 있다. 켄칭된 가스 스트림(126)이 냉각됨에 따라, 냉각된 켄칭된 가스 스트림(130)의 가스상 물 함량은 약 0 mol% 내지 약 10 mol%, 예를 들어, 약 0 mol% 내지 약 5 mol%, 또는 약 0 mol% 내지 약 1 mol%, 예를 들어, 약 0.46 mol%의 범위로 감소한다. 냉각된 켄칭된 가스 스트림(130)은 황화수소(예컨대 클라우스 테일 가스에 미리 존재하는 황화수소, 수소화 반응기(104)에서 생성된 황화수소, 또는 둘 다), 이산화탄소, 물, 질소, 및 이의 조합을 포함할 수 있다.The second heat exchanger (108) can be any heat exchanger capable of cooling the gas stream to a temperature at which adsorption occurs in the first stage adsorption unit (110). The second heat exchanger (108) can cool the quenched gas stream (126) such that the cooled quenched gas stream (130) has a temperature in the range of about 0° C. to about 70° C., for example, about 10° C. to about 40° C., or about 15° C. to about 30° C., for example, about 21° C. As the quenched gas stream (126) is cooled, the gaseous water content of the cooled quenched gas stream (130) decreases to a range of about 0 mol % to about 10 mol %, for example, about 0 mol % to about 5 mol %, or about 0 mol % to about 1 mol %, for example, about 0.46 mol %. The cooled quenched gas stream (130) may include hydrogen sulfide (e.g., hydrogen sulfide pre-existing in the cloud tail gas, hydrogen sulfide generated in the hydrogenation reactor (104), or both), carbon dioxide, water, nitrogen, and combinations thereof.
제1 단계 흡착 유닛(110)은 직렬 또는 병렬로 유체적으로 연결된 하나 이상의 제1 단계 흡착 베셀(150)을 포함한다. 하나 이상의 제1 단계 흡착 베셀(150) 각각은 제1 흡착제로 채워진다.The first stage adsorption unit (110) comprises one or more first stage adsorption vessels (150) fluidly connected in series or parallel. Each of the one or more first stage adsorption vessels (150) is filled with a first adsorbent.
일부 예에서, 제1 흡착제는 일반적으로 습윤 가스 스트림(예컨대 냉각된 켄칭된 가스 스트림(130))으로부터 물을 배제하면서 황화수소를 선택적으로 포집할 수 있는 임의의 흡착제를 포함한다. 제1 흡착제에 사용되는 비제한적 예시적 물질은 MFI형 또는 CHA형과 같은 프레임워크를 갖는 올-실리카(all-silica) 제올라이트를 포함한다. 올-실리카 제올라이트는 물과 같은 극성 분자를 황화수소, 이산화탄소 및 질소와 같은 덜 극성인 분자로부터 분리하는 데 사용할 수 있는 소수성 물질이다. 흡착 사이클 동안, 냉각된 켄칭된 가스 스트림(130)의 성분은 제1 단계 흡착 유닛(110)의 하나 이상의 제1 단계 흡착 베셀(150)을 통해 도입된다. 물 이외의 냉각된 켄칭된 가스 스트림의 성분(예를 들어, 황화수소)은 제1 흡착제의 기공에 포집된다. 물은 제1 흡착제를 통과한 후 제1 부산물 스트림(136)을 통해 수집된다. 재생 사이클 동안, 제1 재생 가스 스트림(144)의 성분은 하나 이상의 제1 단계 흡착 베셀(150)에 진입하여 제1 흡착제를 재생한다. 탈착은 하나 이상의 제1 단계 흡착 베셀(150)에서 발생하며, 여기서 제1 흡착제는 포집된 황화수소를 배제하여 실질적으로 물의 부재 하에 제1 배출 가스 스트림(132)을 생성한다. In some examples, the first adsorbent comprises any adsorbent that is capable of selectively capturing hydrogen sulfide while rejecting water from a wet gas stream (e.g., the cooled quenched gas stream (130)). Non-limiting exemplary materials used for the first adsorbent include all-silica zeolites having a framework such as MFI-type or CHA-type. All-silica zeolites are hydrophobic materials that can be used to separate polar molecules, such as water, from less polar molecules, such as hydrogen sulfide, carbon dioxide, and nitrogen. During the adsorption cycle, components of the cooled quenched gas stream (130) are introduced through one or more first stage adsorption vessels (150) of the first stage adsorption unit (110). Components of the cooled quenched gas stream other than water (e.g., hydrogen sulfide) are captured in the pores of the first adsorbent. After passing through the first adsorbent, water is collected via the first byproduct stream (136). During the regeneration cycle, components of the first regeneration gas stream (144) enter one or more first stage adsorption vessels (150) to regenerate the first adsorbent. Desorption occurs in the one or more first stage adsorption vessels (150) where the first adsorbent removes the captured hydrogen sulfide to produce a first off-gas stream (132) substantially in the absence of water.
일부 예에서, 제1 흡착제는 일반적으로 황화수소를 배제하면서 습윤 가스 스트림(예컨대 냉각된 켄칭된 가스 스트림(130))으로부터 물을 선택적으로 포집할 수 있는 임의의 흡착제를 포함한다. 제1 흡착제에 사용되는 비제한적 예시적 물질은 분자체, 예컨대 미국 특허 번호 9,701,537에 기재된 친수성 3A 분자체를 포함하며, 이 특허의 내용은 본원에 그 전문이 참고로 포함된다. 흡착 사이클 동안, 냉각된 켄칭된 가스 스트림(130)의 성분은 제1 단계 흡착 유닛(110)의 하나 이상의 제1 단계 흡착 베셀(150)을 통해 도입된다. 물(및 비교적 소량의 황화수소)은 제1 흡착제의 기공에서 포집된다. 물 이외의 성분(예컨대 황화수소, 이산화탄소 및 질소)은 제1 흡착제를 통과하여 실질적으로 물의 부재 하에 제1 배출 가스 스트림(132)을 생성한다. 재생 사이클 동안, 제1 재생 가스 스트림(144)의 성분은 하나 이상의 제1 흡착 베셀(150)에 진입하여 제1 흡착제를 재생한다. 탈착은 하나 이상의 제1 단계 흡착 베셀(150)에서 발생하며, 여기서 제1 흡착제는 포집된 물(및 비교적 소량의 황화수소)을 배제하고 이는 제1 부산물 스트림(136)을 통해 수집된다.In some examples, the first adsorbent comprises any adsorbent capable of selectively capturing water from a wet gas stream (e.g., the cooled quenched gas stream (130)) while generally excluding hydrogen sulfide. Non-limiting exemplary materials used in the first adsorbent include molecular sieves, such as the hydrophilic 3A molecular sieves described in U.S. Pat. No. 9,701,537, the contents of which are incorporated herein by reference in their entirety. During the adsorption cycle, components of the cooled quenched gas stream (130) are introduced through one or more first stage adsorption vessels (150) of the first stage adsorption unit (110). Water (and relatively small amounts of hydrogen sulfide) are captured in the pores of the first adsorbent. Components other than water (e.g., hydrogen sulfide, carbon dioxide, and nitrogen) pass through the first adsorbent to produce a first off-gas stream (132) substantially in the absence of water. During the regeneration cycle, components of the first regeneration gas stream (144) enter one or more first adsorption vessels (150) to regenerate the first adsorbent. Desorption occurs in the one or more first stage adsorption vessels (150) where the first adsorbent removes captured water (and relatively small amounts of hydrogen sulfide), which is collected via the first byproduct stream (136).
일부 예에서, 제1 단계 흡착 유닛(110)은 병렬 방식으로 유체적으로 연결되는 적어도 3개의 제1 단계 흡착 베셀(150)을 포함한다. 작동 동안 임의의 주어진 순간에, 적어도 3개의 제1 단계 흡착 베셀(150) 중 하나는 흡착 사이클을 수행하고, 적어도 3개의 제1 단계 흡착 베셀(150) 중 하나는 재생 사이클을 수행하고, 적어도 3개의 제1 단계 흡착 베셀(150) 중 하나는 대기하고 있다. 이 방식으로, 냉각된 켄칭된 가스 스트림(130)의 성분은 제1 단계 흡착 유닛(110)에 연속적으로 공급될 수 있고, 제1 배출 가스 스트림(132)의 연속 흐름은 제1 단계 흡착 유닛(110)으로부터 생성될 수 있다.In some examples, the first stage adsorption unit (110) comprises at least three first stage adsorption vessels (150) fluidly connected in a parallel manner. At any given moment during operation, one of the at least three first stage adsorption vessels (150) is performing an adsorption cycle, one of the at least three first stage adsorption vessels (150) is performing a regeneration cycle, and one of the at least three first stage adsorption vessels (150) is on standby. In this manner, components of the cooled quenched gas stream (130) can be continuously fed to the first stage adsorption unit (110), and a continuous flow of the first effluent gas stream (132) can be produced from the first stage adsorption unit (110).
제4 열 교환기(116)는 흡착이 제2 단계 흡착 유닛(112)에서 발생하는 온도로 가스 스트림을 냉각할 수 있는 임의의 열 교환기일 수 있다. 제4 열 교환기(116)는 냉각된 제1 배출 가스 스트림(134)이 약 0℃ 내지 약 70℃, 예를 들어, 약 10℃ 내지 약 40℃, 또는 약 15℃ 내지 약 30℃, 예를 들어, 약 25℃의 범위의 온도를 갖도록 제1 배출 가스 스트림(132)을 냉각할 수 있다. 제1 배출 가스 스트림(132)은 황화수소, 이산화탄소, 질소, 및 이의 조합을 포함할 수 있으며, 이는 모두 제1 단계 흡착 유닛(110)의 생성물이다.The fourth heat exchanger (116) can be any heat exchanger capable of cooling the gas stream to a temperature at which adsorption occurs in the second stage adsorption unit (112). The fourth heat exchanger (116) can cool the first off-gas stream (132) such that the cooled first off-gas stream (134) has a temperature in the range of about 0° C. to about 70° C., for example, about 10° C. to about 40° C., or about 15° C. to about 30° C., for example, about 25° C. The first off-gas stream (132) can include hydrogen sulfide, carbon dioxide, nitrogen, and combinations thereof, all of which are products of the first stage adsorption unit (110).
제2 단계 흡착 유닛(112)은 직렬 또는 병렬 방식으로 유체적으로 연결된 하나 이상의 제2 단계 흡착 베셀(152)을 포함한다. 하나 이상의 제2 단계 흡착 베셀(152) 각각은 제2 흡착제로 채워진다. 일부 예에서, 제2 흡착제는 이산화탄소 및 질소를 배제하면서 황화수소를 선택적으로 포집할 수 있는 임의의 흡착제를 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 제2 흡착제는 황화수소와 이산화탄소 사이, 그리고 황화수소와 질소 사이에 파과 시간 차이를 갖는 임의의 흡착제를 포함할 수 있다. 제2 흡착제에 사용되는 비제한적 예시적 물질은 분자체(예를 들어, 분자체 4A 등); MFI형, CHA형, FAU형, MOR형, DDR형, FER형 또는 MWW형과 같은 프레임워크를 갖는 소수성 제올라이트; 및 MOF 또는 ZIF와 같은 소수성 제올라이트를 포함한다. The second stage adsorption unit (112) comprises one or more second stage adsorption vessels (152) fluidly connected in series or in parallel. Each of the one or more second stage adsorption vessels (152) is filled with a second adsorbent. In some examples, the second adsorbent can comprise any adsorbent capable of selectively capturing hydrogen sulfide while excluding carbon dioxide and nitrogen. In some embodiments, the second adsorbent can comprise any adsorbent having a breakthrough time difference between hydrogen sulfide and carbon dioxide and between hydrogen sulfide and nitrogen. Non-limiting exemplary materials used for the second adsorbent include molecular sieves (e.g., molecular sieve 4A, etc.); hydrophobic zeolites having a framework such as MFI-type, CHA-type, FAU-type, MOR-type, DDR-type, FER-type or MWW-type; and hydrophobic zeolites such as MOF or ZIF.
흡착 사이클 동안, 냉각된 제1 배출 가스 스트림(134)의 성분은 제2 단계 흡착 유닛(112)의 하나 이상의 제2 단계 흡착 베셀(152)을 통해 도입된다. 황화수소는 제2 흡착제의 기공에 포집된다. 황화수소 이외의 성분(예를 들어, 이산화탄소 및 질소)은 제2 흡착제를 통과한 후 제2 부산물 스트림(138)을 통해 수집된다. 재생 사이클 동안, 제2 재생 가스 스트림(146)의 성분은 하나 이상의 제2 단계 흡착 베셀(152)에 진입하여 제2 흡착제를 재생한다. 탈착은 하나 이상의 제2 단계 흡착 베셀(152)에서 발생하며, 여기서 제2 흡착제는 포집된 황화수소를 배제하여 실질적으로 이산화탄소 및 질소의 부재 하에 제2 배출 가스 스트림(140)을 생성한다.During the adsorption cycle, components of the cooled first exhaust gas stream (134) are introduced through one or more second stage adsorption vessels (152) of the second stage adsorption unit (112). Hydrogen sulfide is captured in the pores of the second adsorbent. Components other than hydrogen sulfide (e.g., carbon dioxide and nitrogen) are collected via the second byproduct stream (138) after passing through the second adsorbent. During the regeneration cycle, components of the second regeneration gas stream (146) enter one or more second stage adsorption vessels (152) to regenerate the second adsorbent. Desorption occurs in the one or more second stage adsorption vessels (152) where the second adsorbent rejects the captured hydrogen sulfide to produce a second exhaust gas stream (140) substantially free of carbon dioxide and nitrogen.
일부 예에서, 제2 단계 흡착 유닛(112)은 병렬 방식으로 유체적으로 연결된 적어도 3개의 제2 단계 흡착 베셀(152)을 포함한다. 작동 중 임의의 순간에, 적어도 3개의 제2 단계 흡착 베셀(152) 중 하나는 흡착 사이클을 수행하고, 적어도 3개의 제2 단계 흡착 베셀(152) 중 하나는 재생 사이클을 수행하고, 적어도 3개의 제2 단계 흡착 베셀(152) 중 하나는 대기하고 있다. 이 방식으로, 냉각된 제1 배출 가스 스트림(134)의 성분은 제2 단계 흡착 유닛(112)에 연속적으로 공급될 수 있고, 제2 배출 가스 스트림(140)의 연속 흐름은 제2 단계 흡착 유닛(112)으로부터 생성될 수 있다. In some examples, the second stage adsorption unit (112) comprises at least three second stage adsorption vessels (152) fluidly connected in parallel. At any moment during operation, one of the at least three second stage adsorption vessels (152) is performing an adsorption cycle, one of the at least three second stage adsorption vessels (152) is performing a regeneration cycle, and one of the at least three second stage adsorption vessels (152) is on standby. In this manner, components of the cooled first off-gas stream (134) can be continuously fed to the second stage adsorption unit (112), and a continuous flow of the second off-gas stream (140) can be generated from the second stage adsorption unit (112).
가스 공급물(142)은 흡착제 물질을 재생하기 위한 재생 가스로 적합한 임의의 산소 함유 가스의 공기 공급물일 수 있다. 가스 공급물(142)로 사용하기 위한 비제한적 예시적 가스는 공기, 산소 풍부화된 공기, 순수 산소, 및 이의 조합을 포함한다. 일부 예에서, 공기 공급물(142)은 공기이다. 공기 공급물(142) 대신에 또는 이에 더하여 가스를 재생 가스로 이용할 수 있다. 예를 들어, 재생 가스는 질소 또는 이산화탄소 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. The gas feed (142) can be an air feed of any oxygen-containing gas suitable as a regeneration gas for regenerating the adsorbent material. Non-limiting exemplary gases for use as the gas feed (142) include air, oxygen-enriched air, pure oxygen, and combinations thereof. In some examples, the air feed (142) is air. Instead of or in addition to the air feed (142), a gas can be used as the regeneration gas. For example, the regeneration gas can comprise at least one of nitrogen or carbon dioxide.
제3 열 교환기(114)는 흡착제 재생이 제1 단계 흡착 유닛(110) 및 제2 단계 흡착 유닛(112) 각각에서 발생하는 온도로 가스 스트림을 가열할 수 있는 임의의 열 교환기(예를 들어, 쉘 앤 튜브 열 교환기, 판형 열 교환기 등)일 수 있다. 제3 열 교환기(114)는 제1 재생 가스 스트림(144) 및 제2 재생 가스 스트림(146) 각각이 약 150℃ 내지 약 350℃, 예를 들어, 약 200℃ 내지 약 300℃, 또는 약 230℃ 내지 약 290℃, 예를 들어, 약 260℃의 온도를 갖도록 공기 공급물(142)을 가열할 수 있다.The third heat exchanger (114) can be any heat exchanger (e.g., a shell-and-tube heat exchanger, a plate heat exchanger, etc.) capable of heating the gas stream to the temperatures at which adsorbent regeneration occurs in each of the first stage adsorption unit (110) and the second stage adsorption unit (112). The third heat exchanger (114) can heat the air feed (142) such that each of the first regeneration gas stream (144) and the second regeneration gas stream (146) has a temperature of about 150° C. to about 350° C., for example, about 200° C. to about 300° C., or about 230° C. to about 290° C., for example, about 260° C.
제2 배출 가스 스트림(140)은 황화수소를 포함한다. 제2 배출 가스 스트림(140)은 적어도 약 95 중량%, 예를 들어, 적어도 약 98 중량%, 또는 적어도 약 99 중량%의 황화수소 함량을 갖는다. 일부 예에서, 제2 배출 가스 스트림(140)은 클라우스 유닛에 공급 가스로 사용된다. The second exhaust gas stream (140) comprises hydrogen sulfide. The second exhaust gas stream (140) has a hydrogen sulfide content of at least about 95 wt %, for example, at least about 98 wt %, or at least about 99 wt %. In some examples, the second exhaust gas stream (140) is used as a feed gas to the Claus unit.
도 2는 클라우스 테일 가스 처리를 위한 시스템(200)의 개략도이다. 시스템(200)은 수소화 반응기(204), 제1 열 교환기(205), 켄치 타워(206), 압축기(207), 제2 열 교환기(208), 수집 드럼(209), 제1 단계 흡착 유닛(210), 제2 단계 흡착 유닛(212), 및 제3 열 교환기(214)를 포함한다.Figure 2 is a schematic diagram of a system (200) for treating cloud tail gas. The system (200) includes a hydrogenation reactor (204), a first heat exchanger (205), a quench tower (206), a compressor (207), a second heat exchanger (208), a collection drum (209), a first stage adsorption unit (210), a second stage adsorption unit (212), and a third heat exchanger (214).
테일 가스 스트림(220)은 수소화 반응기(204)에 도입되어 수소화된 가스 스트림(222)을 생성한다. 수소화된 가스 스트림(222)은 제1 열 교환기(205)를 통해 냉각되어 냉각된 수소화된 가스 스트림(224)을 생성한다. 냉각된 수소화된 가스 스트림(224)은 켄치 타워(206)에 도입되어 켄칭된 가스 스트림(226) 및 제1 물 응축물 스트림(228)을 생성한다. 켄칭된 가스 스트림(226)은 압축기(207)에 의해 가압되어 가압된 켄칭된 가스 스트림(227)을 생성한다. 가압된 켄칭된 가스 스트림(227)은 제2 열 교환기(208)에 의해 냉각되어 냉각된 켄칭된 가스 스트림(229)을 생성한다. 냉각된 켄칭된 가스 스트림(229)은 수집 드럼(209)에 도입되어 제2 물 응축물 스트림(231) 및 흡착 공급물 스트림(230)을 생성한다. The tail gas stream (220) is introduced into a hydrogenation reactor (204) to produce a hydrogenated gas stream (222). The hydrogenated gas stream (222) is cooled through a first heat exchanger (205) to produce a cooled hydrogenated gas stream (224). The cooled hydrogenated gas stream (224) is introduced into a quench tower (206) to produce a quenched gas stream (226) and a first water condensate stream (228). The quenched gas stream (226) is pressurized by a compressor (207) to produce a pressurized quenched gas stream (227). The pressurized quenched gas stream (227) is cooled by a second heat exchanger (208) to produce a cooled quenched gas stream (229). The cooled quenched gas stream (229) is introduced into a collection drum (209) to produce a second water condensate stream (231) and an adsorption feed stream (230).
일부 예에서, 제1 물 응축물 스트림(228) 및 제2 물 응축물 스트림(231)은 추가 처리를 위해 사워 워터 스트리퍼(260)에 도입된다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "사워 워터 스트리퍼"는 황화수소를 함유하는 물(사워 워터라고 함)로부터 황화수소를 제거하는 장치 또는 기구를 지칭한다. 예를 들어, 수집 드럼에 의해 분리된 액체수는 황화수소를 포함할 수 있다. 액체수는 사워 워터 스트리퍼에 도입될 수 있으며, 여기서 증기가 사워 워터 스트리퍼에 주입되어 사워 워터를 가열하여 황화수소가 방출되도록 함으로써 화학 평형을 이동시킨다.In some examples, the first water condensate stream (228) and the second water condensate stream (231) are introduced to a sour water stripper (260) for further processing. As used herein, the term "sour water stripper" refers to a device or apparatus for removing hydrogen sulfide from water containing hydrogen sulfide (referred to as sour water). For example, the liquid water separated by the collection drum may contain hydrogen sulfide. The liquid water may be introduced to the sour water stripper, where steam is injected into the sour water stripper to heat the sour water, thereby shifting the chemical equilibrium by releasing the hydrogen sulfide.
흡착 공급물 스트림(230)은 제1 단계 흡착 유닛(210)의 제1 단계 흡착 베셀(250)에 도입되어 제1 배출 가스 스트림(232)를 생성한다. 제1 배출 가스 스트림(232)은 제2 단계 흡착 유닛(212)의 제2 단계 흡착 베셀(255)에 도입되어 제2 부산물 스트림(238)을 생성한다. 제2 부산물 스트림(238)은 제1 부분(239) 및 제2 부분(242)으로 분리된다. 일부 예에서, 도관 피팅(예를 들어, 파이프 티)은 제2 부산물 스트림(238)의 흐름을 두 부분(239) 및 (242)으로 분할하기(나누기) 위해 제공한다. 유량 제어 밸브는 부분(239) 또는 부분(242) 또는 둘 다를 전달하는 도관을 따라 배치될 수 있다. 다른 도관/제어 배열이 적용 가능하다.An adsorption feed stream (230) is introduced into a first stage adsorption vessel (250) of a first stage adsorption unit (210) to produce a first off-gas stream (232). The first off-gas stream (232) is introduced into a second stage adsorption vessel (255) of a second stage adsorption unit (212) to produce a second by-product stream (238). The second by-product stream (238) is separated into a first portion (239) and a second portion (242). In some examples, a conduit fitting (e.g., a pipe tee) is provided to split (divide) the flow of the second by-product stream (238) into two portions (239) and (242). A flow control valve may be positioned along the conduit conveying portion (239) or portion (242) or both. Other conduit/control arrangements are applicable.
제2 부산물 스트림의 제1 부분(239) 및 제1 부산물 스트림(236)은 추가 처리를 위해 열 산화장치(262)에 도입된다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 때때로 열 소각로라고도 하는, 용어 "열 산화장치"는 고온에서 특정 가스를 열 분해하여 이들을 대기 중으로 방출하는 장치 또는 기구를 지칭한다. 예를 들어, 가스 스트림은 열 산화장치에 도입될 수 있으며, 여기서 가스 스트림에 포함된 임의의 미량의 황화수소는 이산화황으로 산화된 후 대기 중으로 방출된다. 열 산화장치(262)는, 예를 들어, 직접 연소 열 산화장치, 축열식 열 산화장치(RTO), 촉매 산화장치 등일 수 있다.The first portion (239) of the second by-product stream and the first by-product stream (236) are introduced into a thermal oxidizer (262) for further processing. As used herein, the term "thermal oxidizer," sometimes also referred to as a thermal incinerator, refers to a device or apparatus that thermally decomposes certain gases at high temperatures and releases them into the atmosphere. For example, a gas stream may be introduced into a thermal oxidizer, wherein any traces of hydrogen sulfide contained in the gas stream are oxidized to sulfur dioxide and then released into the atmosphere. The thermal oxidizer (262) may be, for example, a direct combustion thermal oxidizer, a regenerative thermal oxidizer (RTO), a catalytic oxidizer, or the like.
제2 부산물 스트림(238)의 제2 부분(242)은 다음의 단락에 기재되는 재생 가스로 사용된다. 일부 예에서, 제2 부산물 스트림(238)의 대부분은 열 산화장치(262)로 보내지는 제1부분(239)으로 분할되고, 재생 가스로 이용되는 제2 부분(242)을 구성하는 제2 부산물 스트림(238)의 양은 제2 부산물 스트림(238)의 슬립 스트림이다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "슬립 스트림"은 주요 스트림의 소량(예를 들어, 20% 미만)의 방향 전환을 의미한다.A second portion (242) of the second by-product stream (238) is used as a regeneration gas, as described in the following paragraph. In some examples, a majority of the second by-product stream (238) is split into a first portion (239) that is sent to a thermal oxidizer (262), and an amount of the second by-product stream (238) that constitutes the second portion (242) that is used as a regeneration gas is a slip stream of the second by-product stream (238). As used herein, the term "slip stream" means a minor (e.g., less than 20%) diversion of a main stream.
제2 부산물 스트림(238)의 제2 부분(242)은 제1 열 교환기(205)를 통해 가열되어 수소화된 가스 스트림(222)로부터 열을 교환함으로써 제2 부산물 스트림의 가열된 제2 부분(243)을 생성한다. 일부 예에서(도 2에 도시된 바와 같이), 제2 부산물 스트림의 제2 부분(243)은 제3 열 교환기(214)를 통해 추가로 가열되어 제2 부산물 스트림의 가열된 제2 부분(245)을 생성한다. 제2 부산물 스트림의 가열된 제2 부분(245)은 제1 재생 가스 스트림(244) 및 제2 재생 가스 스트림(246)으로 분리된다. 제1 재생 가스 스트림(244)은 제1 단계 흡착 유닛(210)의 제1 단계 흡착 베셀(251)에 도입되어 제1 부산물 스트림(236)을 생성한다. A second portion (242) of the second by-product stream (238) is heated through a first heat exchanger (205) to exchange heat with the hydrogenated gas stream (222) to produce a heated second portion (243) of the second by-product stream. In some examples (as shown in FIG. 2 ), the second portion (243) of the second by-product stream is further heated through a third heat exchanger (214) to produce a heated second portion (245) of the second by-product stream. The heated second portion (245) of the second by-product stream is separated into a first regeneration gas stream (244) and a second regeneration gas stream (246). The first regeneration gas stream (244) is introduced into a first stage adsorption vessel (251) of the first stage adsorption unit (210) to produce the first by-product stream (236).
제2 재생 가스 스트림(246)은 제2 단계 흡착 유닛(212)의 제2 단계 흡착 베셀(256)에 도입되어 제2 배출 가스 스트림(240)을 생성한다. 제2 배출 가스 스트림(240)은 추가 처리를 위해 클라우스 유닛의 반응로(264)에 도입된다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "반응로"는 전형적으로 클라우스 유닛의 상류 부분에 포함되는 장치 또는 기구를 지칭하며, 이는 황화수소 및 기타 황 함유 화합물의 원소 황으로의 전환을 개시한다. 반응로는 전형적으로 황화수소가 원소 황으로 전환되도록 850℃ 초과의 온도에서 작동한다.The second regeneration gas stream (246) is introduced into the second stage adsorption vessel (256) of the second stage adsorption unit (212) to produce a second effluent gas stream (240). The second effluent gas stream (240) is introduced into a reactor (264) of the Claus unit for further processing. As used herein, the term "reactor" refers to a device or apparatus typically included upstream of a Claus unit that initiates the conversion of hydrogen sulfide and other sulfur containing compounds to elemental sulfur. The reactor typically operates at a temperature in excess of 850° C. to convert the hydrogen sulfide to elemental sulfur.
테일 가스 스트림(220)은 황 함유 화합물, 예를 들어, 상류 클라우스 유닛에의해 완전히 회수되지 않은 황 함유 화합물을 포함하는 클라우스 테일 가스를 포함한다. 황 함유 화합물은 원소 황, 황화수소, 황 산화물, 및 이의 음이온 대응물과 같은 형태로 존재할 수 있다. 비제한적 예시적 황 산화물은 SO, SO2, SO3, SO4, S2O, S2O2, S6O, S6O2, S7O, S7O2, S8O, S9O, 및 S10O을 포함한다. 테일 가스 스트림(220) 중의 클라우스 테일 가스는 또한 이산화탄소, 물, 질소, 수소, 및 이의 조합을 포함할 수 있다. The tail gas stream (220) comprises cloud tail gas comprising sulfur containing compounds, for example, sulfur containing compounds that are not completely recovered by the upstream cloud unit. The sulfur containing compounds may be present in forms such as elemental sulfur, hydrogen sulfide, sulfur oxides, and their anion counterparts. Non-limiting exemplary sulfur oxides include SO, SO 2 , SO 3 , SO 4 , S 2 O, S 2 O 2 , S 6 O, S 6 O 2 , S 7 O, S 7 O 2 , S 8 O, S 9 O, and S 10 O. The cloud tail gas in the tail gas stream (220) may also comprise carbon dioxide, water, nitrogen, hydrogen, and combinations thereof.
일부 예에서, 테일 가스 스트림(220)은 수소화 반응이 수소화 반응기(204)에서 발생할 수 있는 온도로 예열된다. 예를 들어, 테일 가스 스트림(220)은 약 200℃ 내지 약 300℃, 예를 들어, 약 220℃ 내지 약 280℃, 또는 약 240℃ 내지 약 260℃, 예를 들어, 약 250℃의 온도로 예열된다.In some examples, the tail gas stream (220) is preheated to a temperature at which the hydrogenation reaction can occur in the hydrogenation reactor (204). For example, the tail gas stream (220) is preheated to a temperature of about 200° C. to about 300° C., for example, about 220° C. to about 280° C., or about 240° C. to about 260° C., for example, about 250° C.
수소화 반응기(204)는 황화수소 이외의 가열된 테일 가스 스트림(220) 중의 황 함유 화합물을 황화수소로 환원할 수 있는, 임의의 촉매 또는 비촉매 반응기일 수 있다. 일부 예에서, 테일 가스 스트림(220)에 포함된 수소는 테일 가스 스트림(220)의 황 함유 화합물을 황화수소로 환원하는 데 사용된다. 일부 예에서, 보충 수소 가스 스트림(도시되지 않음)이 수소화 반응기(204)에 도입된다. 일부 예에서, 물이 수소화 반응 동안 부산물로 생성된다. 결과적으로, 수소화된 가스 스트림(222)은 실질적으로 황화수소만의 황 함유 화합물을 포함한다. 수소화된 가스 스트림(222)은 또한 이산화탄소, 물, 질소, 및 이의 조합을 포함할 수 있다.The hydrogenation reactor (204) can be any catalytic or non-catalytic reactor capable of reducing sulfur containing compounds in the heated tail gas stream (220) other than hydrogen sulfide to hydrogen sulfide. In some instances, hydrogen contained in the tail gas stream (220) is used to reduce sulfur containing compounds in the tail gas stream (220) to hydrogen sulfide. In some instances, a make-up hydrogen gas stream (not shown) is introduced to the hydrogenation reactor (204). In some instances, water is produced as a byproduct during the hydrogenation reaction. As a result, the hydrogenated gas stream (222) comprises substantially only hydrogen sulfide as sulfur containing compounds. The hydrogenated gas stream (222) may also comprise carbon dioxide, water, nitrogen, and combinations thereof.
제1 열 교환기(205)는, 별도의 가스 스트림을 가열하는 대신에, 가스 스트림을 냉각하여 퀀치 타워(206)의 작동에 적합한 온도로 냉각할 수 있는 임의의 열 교환기(예를 들어, 쉘 앤 튜브 열 교환기, 판형 열 교환기 등)일 수 있다. 도 2의 예에서, 제1 열 교환기(205)는 수소화된 가스 스트림(222)과 제2 부산물 스트림의 제2 부분(242)(나중 단락에서 논의) 사이의 교차 교환에 의해 열 전달을 가능하게 하는 가스-가스 열 교환기이다. 제1 열 교환기(205)는 냉각된 수소화된 가스 스트림(224)이 약 20℃ 내지 약 170℃, 예를 들어, 약 30℃ 내지 약 100℃, 또는 약 40℃ 내지 약 80℃, 예를 들어, 약 43℃의 온도를 갖도록 수소화된 가스 스트림(222)을 냉각한다. 냉각된 수소화된 가스 스트림(224)은 황 함유 화합물, 이산화탄소, 물, 질소, 수소, 및 이의 조합을 포함한다. 일부 예에서, 제1 열 교환기(205)는 가열된 제2 부분(243)이 약 150℃ 내지 약 350℃, 예를 들어, 약 200℃ 내지 약 300℃, 또는 약 230℃ 내지 약 290℃, 예를 들어, 적어도 약 260℃의 온도를 갖도록 부산물 스트림의 제2 부분(242)을 가열한다.The first heat exchanger (205) can be any heat exchanger (e.g., a shell-and-tube heat exchanger, a plate heat exchanger, etc.) that can cool the gas stream to a temperature suitable for operation of the quench tower (206), rather than heating a separate gas stream. In the example of FIG. 2, the first heat exchanger (205) is a gas-to-gas heat exchanger that allows heat transfer by cross-exchange between the hydrogenated gas stream (222) and a second portion (242) of the second byproduct stream (discussed in a later paragraph). The first heat exchanger (205) cools the hydrogenated gas stream (222) such that the cooled hydrogenated gas stream (224) has a temperature of from about 20° C. to about 170° C., for example, from about 30° C. to about 100° C., or from about 40° C. to about 80° C., for example, about 43° C. The cooled hydrogenated gas stream (224) comprises sulfur-containing compounds, carbon dioxide, water, nitrogen, hydrogen, and combinations thereof. In some examples, the first heat exchanger (205) heats the second portion (242) of the byproduct stream such that the heated second portion (243) has a temperature of from about 150° C. to about 350° C., for example, from about 200° C. to about 300° C., or from about 230° C. to about 290° C., for example, at least about 260° C.
일부 예에서, 제3 열 교환기(214)는 제1 단계 흡착 유닛(210) 및 제2 단계 흡착 유닛(212) 각각에 대한 흡착제 재생의 온도 요건을 충족시키기 위해 제2 부산물 스트림의 제2 부분(243)을 가열하는 데 사용될 수 있다. 제3 열 교환기(214)는 제1 단계 흡착 유닛(210) 및 제2 단계 흡착 유닛(212) 각각에서 흡착제 재생이 발생하는 온도로 가스 스트림을 가열할 수 있는 임의의 열 교환기(예를 들어, 쉘 앤 튜브 열 교환기, 판형 열 교환기 등)일 수 있다. 일부 예에서, 제3 열 교환기(214)는 증기(예를 들어, 응축 증기), 증기 응축물, 오일, 또는 또 다른 열전달 유체를 사용한다. 제3 열 교환기(214)는 가열된 제2 부산물 스트림(245)(및 따라서 제1 재생 가스 스트림(244) 및 제2 재생 가스 스트림(246) 각각)이 약 150℃ 내지 약 350℃, 예를 들어, 약 200℃ 내지 약 300℃, 또는 약 230℃ 내지 약 290℃, 예를 들어, 약 260℃의 온도를 갖도록 제2 부산물 스트림의 제2 부분(243)을 가열할 수 있다. 일부 예에서, 제어된 온도 램프는 재생 동안 구현되며, 이 경우에 제2 부산물 스트림의 제2 부분(243)은 시간이 지남에 따라 상이한 온도로 가열되고 최대 400℃까지 가열되며, 예를 들어 미국 특허 출원 번호 17/166,821에 기재된 바와 같으며, 이 출원의 내용은 본원에 그 전문이 참조로 포함된다. In some examples, the third heat exchanger (214) may be used to heat a second portion (243) of the second byproduct stream to meet the temperature requirements for adsorbent regeneration in each of the first stage adsorption unit (210) and the second stage adsorption unit (212). The third heat exchanger (214) may be any heat exchanger (e.g., a shell-and-tube heat exchanger, a plate heat exchanger, etc.) capable of heating the gas stream to a temperature at which adsorbent regeneration occurs in each of the first stage adsorption unit (210) and the second stage adsorption unit (212). In some examples, the third heat exchanger (214) uses steam (e.g., condensed steam), steam condensate, oil, or another heat transfer fluid. The third heat exchanger (214) can heat the second portion (243) of the second by-product stream such that the heated second by-product stream (245) (and thus each of the first regeneration gas stream (244) and the second regeneration gas stream (246)) has a temperature of from about 150° C. to about 350° C., for example, from about 200° C. to about 300° C., or from about 230° C. to about 290° C., for example, about 260° C. In some examples, a controlled temperature ramp is implemented during regeneration, in which case the second portion (243) of the second by-product stream is heated to different temperatures over time, up to a maximum of 400° C., as described in, for example, U.S. Patent Application No. 17/166,821, the contents of which are incorporated herein by reference in their entirety.
켄치 타워(206)는 가열된 수소화된 가스 스트림(224)으로부터 물을 응축하고 회수할 수 있는 임의의 기구일 수 있다. 가열된 수소화된 가스 스트림(224)에 포함된 물의 상당 부분은 응축되고 제1 물 응축물 스트림(228)을 통해 실질적으로 회수된다. 수소화된 가스 스트림(224)에 포함된 물의 상당 부분이 제거되긴 하지만, 켄치 타워(206)로부터 산출된 켄칭된 가스 스트림(226)은 여전히 가스상 물의 잔여량을 포함할 수 있다. 예를 들어, 켄칭된 가스 스트림(226)은 약 0 mol% 내지 약 20 mol%, 예를 들어, 약 3 mol% 내지 약 15 mol%, 또는 약 4 mol% 내지 약 10 mol%, 예를 들어, 약 8 mol%의 범위의 가스상 물 함량을 가질 수 있다. 켄칭된 가스 스트림(226)은 또한 황화수소(예컨대 클라우스 테일 가스에 이미 존재하는 황화수소, 수소화 반응기(204)에서 생성된 황화수소, 또는 둘 다), 이산화탄소, 질소, 및 이의 조합을 포함할 수 있다. 켄칭된 가스 스트림(226)은 약 20℃ 내지 약 170℃, 예를 들어, 약 30℃ 내지 약 100℃, 또는 약 40℃ 내지 약 80℃, 예를 들어, 약 43℃의 범위의 온도를 갖는다. 켄치 타워(206)는 켄치 타워, 켄치 베셀, 켄치 컬럼, 켄치 응축기, 켄치 열 교환기 등일 수 있다.The quench tower (206) can be any device capable of condensing and recovering water from the heated hydrogenated gas stream (224). A significant portion of the water contained in the heated hydrogenated gas stream (224) is condensed and substantially recovered via the first water condensate stream (228). Although a significant portion of the water contained in the hydrogenated gas stream (224) is removed, the quenched gas stream (226) output from the quench tower (206) can still contain a residual amount of gaseous water. For example, the quenched gas stream (226) can have a gaseous water content in the range of about 0 mol % to about 20 mol %, for example, about 3 mol % to about 15 mol %, or about 4 mol % to about 10 mol %, for example, about 8 mol %. The quenched gas stream (226) may also include hydrogen sulfide (e.g., hydrogen sulfide already present in the cloud tail gas, hydrogen sulfide generated in the hydrogenation reactor (204), or both), carbon dioxide, nitrogen, and combinations thereof. The quenched gas stream (226) has a temperature in the range of about 20° C. to about 170° C., for example, about 30° C. to about 100° C., or about 40° C. to about 80° C., for example, about 43° C. The quench tower (206) may be a quench tower, a quench vessel, a quench column, a quench condenser, a quench heat exchanger, or the like.
압축기(207)은 켄칭된 가스 스트림(226)의 압력을 증가시킬 수 있는 임의의 유형의 가압 장치 또는 기구일 수 있다. 압축기(207)은 기계적 압축기일 수 있다. 예를 들어, 압축기(207)은 다이어프램 미터링 펌프(diaphragm metering pump)일 수 있다. 켄칭된 가스 스트림(226)의 압력은 가압된 켄칭된 가스 스트림(227)이 약 1 bar 내지 약 10 bar, 예를 들어, 약 1 bar 내지 약 5 bar, 또는 약 2 bar 내지 약 4 bar, 예를 들어, 약 3 bar의 범위의 압력을 갖도록 압축기(207)을 통해 증가된다. 본원에서 사용되는 바와 같은 단위 "bar"는 bar 게이지["bar(g)" 또는 "barg"]이다.The compressor (207) can be any type of pressurizing device or mechanism capable of increasing the pressure of the quenched gas stream (226). The compressor (207) can be a mechanical compressor. For example, the compressor (207) can be a diaphragm metering pump. The pressure of the quenched gas stream (226) is increased through the compressor (207) such that the pressurized quenched gas stream (227) has a pressure in the range of about 1 bar to about 10 bar, for example, about 1 bar to about 5 bar, or about 2 bar to about 4 bar, for example, about 3 bar. The unit "bar" as used herein is bar gauge ["bar(g)" or "barg"].
제2 열 교환기(208)는 제1 단계 흡착 유닛(210)에서 흡착이 발생하는 온도로 가스 스트림을 냉각할 수 있는 임의의 열 교환기(예를 들어, 쉘 앤 튜브 열 교환기, 판형 열 교환기 등)일 수 있다. 제2 열 교환기(208)는 냉각된 켄칭된 가스 스트림(229)이 약 0℃ 내지 약 50℃, 예를 들어, 약 5℃ 내지 약 40℃, 또는 약 10℃ 내지 약 30℃, 예를 들어, 약 15℃의 범위의 온도를 갖도록 가압된 켄칭된 가스 스트림(227)을 냉각할 수 있다. 가압된 켄칭된 가스 스트림(227)이 냉각됨에 따라, 냉각된 켄칭된 가스 스트림(229)의 가스상 물 함량은 약 0 mol% 내지 약 10 mol%, 예를 들어, 약 0 mol% 내지 약 5 mol%, 또는 대안적으로 약 0 mol% 내지 약 1 mol%, 예를 들어, 약 0.46 mol%로 감소한다. 냉각된 켄칭된 가스 스트림(229)은 황화수소(예컨대 클라우스 테일 가스에 미리 존재하는 황화수소, 수소화 반응기(204)에서 생성된 황화수소, 또는 둘 다), 이산화탄소, 물, 질소 및 이의 조합을 포함할 수 있다.The second heat exchanger (208) can be any heat exchanger (e.g., a shell-and-tube heat exchanger, a plate heat exchanger, etc.) capable of cooling the gas stream to a temperature at which adsorption occurs in the first stage adsorption unit (210). The second heat exchanger (208) can cool the pressurized quenched gas stream (227) such that the cooled quenched gas stream (229) has a temperature in the range of about 0° C. to about 50° C., for example, about 5° C. to about 40° C., or about 10° C. to about 30° C., for example, about 15° C. As the pressurized quenched gas stream (227) is cooled, the gaseous water content of the cooled quenched gas stream (229) decreases to about 0 mol % to about 10 mol %, for example, about 0 mol % to about 5 mol %, or alternatively about 0 mol % to about 1 mol %, for example, about 0.46 mol %. The cooled quenched gas stream (229) may include hydrogen sulfide (e.g., hydrogen sulfide pre-existing in the cloud tail gas, hydrogen sulfide generated in the hydrogenation reactor (204), or both), carbon dioxide, water, nitrogen, and combinations thereof.
수집 드럼(209)은 유체 스트림을 가스상 스트림과 액체상 스트림으로 분리할 수 있는 임의의 유형의 분리 장치(예를 들어, 분리 베셀)일 수 있다. 냉각된 켄칭된 가스 스트림(229)은 수집 드럼(209)에서 분리되어 제2 물 응축물 스트림(231)(액체상 스트림) 및 흡착 공급물 스트림(230)(가스상 스트림)을 생성한다. 흡착 공급물 스트림(230)은 황화수소(예컨대 클라우스 테일 가스에 미리 존재하는 황화수소, 수소화 반응기(204)에서 생성된 황화수소, 또는 둘 다), 이산화탄소, 물, 질소, 및 이의 조합을 포함할 수 있다. The collection drum (209) can be any type of separation device (e.g., a separation vessel) capable of separating a fluid stream into a gaseous stream and a liquid stream. The cooled quenched gas stream (229) is separated in the collection drum (209) to produce a second water condensate stream (231) (a liquid stream) and an adsorption feed stream (230) (a gaseous stream). The adsorption feed stream (230) can include hydrogen sulfide (e.g., hydrogen sulfide already present in the cloud tail gas, hydrogen sulfide generated in the hydrogenation reactor (204), or both), carbon dioxide, water, nitrogen, and combinations thereof.
일부 예에서, 제1 물 응축물 스트림(228)은 켄치 타워(206)로부터 수집된 물에 용해된 미량의 황화수소를 포함한다. 일부 예에서, 제2 물 응축물 스트림(231)은 수집 드럼(209)으로부터 수집된 물에 용해된 미량의 황화수소를 포함한다. 제1 물 응축물 스트림(228) 및 제2 물 응축물 스트림(231) 각각은 물로부터 황화수소를 스트리핑하는 것과 같은 추가 처리를 위해 사워 워터 스트리퍼(260)에 도입될 수 있다.In some examples, the first water condensate stream (228) comprises trace amounts of hydrogen sulfide dissolved in water collected from the quench tower (206). In some examples, the second water condensate stream (231) comprises trace amounts of hydrogen sulfide dissolved in water collected from the collection drum (209). Each of the first water condensate stream (228) and the second water condensate stream (231) may be introduced to a sour water stripper (260) for further treatment, such as stripping hydrogen sulfide from the water.
제1 단계 흡착 유닛(210)은 병렬 방식으로 유체적으로 연결된 제1 단계 흡착 베셀(250, 251, 252)을 포함한다. 작동 동안 임의의 주어진 순간에, 제1 단계 흡착 베셀(250, 251, 252) 중 하나는 흡착 사이클을 거치고 있고, 제1 단계 흡착 베셀(250, 251, 252) 중 하나는 재생 사이클을 거치고 있으며, 제1 단계 흡착 베셀(250, 251, 252) 중 하나는 대기하고 있다. 이 방식으로, 흡착 공급물 스트림(230)의 성분은 제1 단계 흡착 유닛(210)에 연속적으로 공급될 수 있고, 제1 배출 가스 스트림(232)과 제1 부산물 스트림(236)의 연속 흐름은 제1 단계 흡착 유닛(210)으로부터 생성될 수 있다.The first stage adsorption unit (210) comprises first stage adsorption vessels (250, 251, 252) fluidly connected in a parallel manner. At any given moment during operation, one of the first stage adsorption vessels (250, 251, 252) is undergoing an adsorption cycle, one of the first stage adsorption vessels (250, 251, 252) is undergoing a regeneration cycle, and one of the first stage adsorption vessels (250, 251, 252) is on standby. In this manner, components of the adsorption feed stream (230) can be continuously fed to the first stage adsorption unit (210), and a continuous flow of a first off-gas stream (232) and a first by-product stream (236) can be produced from the first stage adsorption unit (210).
제1 단계 흡착 베셀(250, 251, 252) 각각은 제1 흡착제로 채워지고, 예를 들어, 팩킹된다. 제1 흡착제는 베셀(250, 251, 252)내의 제1 흡착제 베드에 있을 수 있다. 일부 예에서, 제1 흡착제는 황화수소, 이산화탄소 및 질소를 배제하면서 습윤 가스 스트림(예컨대 흡착 공급물 스트림(230))으로부터 물을 선택적으로 포집할 수 있는 임의의 흡착제를 포함한다. 제1 흡착제에 사용되는 비제한적 예시적 물질은 친수성 3A 분자체를 포함한다. 흡착 사이클 동안, 흡착 공급물 스트림(230)의 성분은 제1 단계 흡착 베셀(250, 251, 252)중 하나를 통해 도입된다. 물(및 비교적 소량의 황화수소)은 제1 흡착제의 기공에 포집된다. 물 이외의 성분(예를 들어, 황화수소, 이산화탄소 및 질소)은 제1 흡착제를 통과하여 실질적으로 물의 부재 하에 제1 배출 가스 스트림(232)를 생성한다. 재생 사이클 동안, 제1 재생 가스 스트림(244)의 성분(예를 들어, 이산화탄소 및 질소)은 제1 단계 흡착 베셀(250, 251, 252) 중 하나에 진입하여 제1 흡착제를 재생한다. 탈착은 제1 단계 흡착 베셀(250, 251, 252) 중 하나에서 발생하며, 여기서 제1 흡착제는 포집된 물(및 비교적 소량의 황화수소)(및 임의로 미량의 이산화탄소 및 질소)을 방출하고, 이들은 제1 부산물 스트림(236)을 통해 수집된다.Each of the first stage adsorption vessels (250, 251, 252) is filled with a first adsorbent, for example, packed. The first adsorbent can be in a first adsorbent bed within the vessel (250, 251, 252). In some examples, the first adsorbent comprises any adsorbent capable of selectively capturing water from a wet gas stream (e.g., adsorption feed stream (230)) while excluding hydrogen sulfide, carbon dioxide and nitrogen. A non-limiting exemplary material used in the first adsorbent includes a hydrophilic 3A molecular sieve. During the adsorption cycle, components of the adsorption feed stream (230) are introduced through one of the first stage adsorption vessels (250, 251, 252). Water (and relatively small amounts of hydrogen sulfide) are captured in the pores of the first adsorbent. Components other than water (e.g., hydrogen sulfide, carbon dioxide, and nitrogen) pass through the first adsorbent to produce a first off-gas stream (232) substantially in the absence of water. During the regeneration cycle, components of the first regeneration gas stream (244) (e.g., carbon dioxide and nitrogen) enter one of the first stage adsorption vessels (250, 251, 252) to regenerate the first adsorbent. Desorption occurs in one of the first stage adsorption vessels (250, 251, 252), where the first adsorbent releases captured water (and relatively small amounts of hydrogen sulfide) (and optionally trace amounts of carbon dioxide and nitrogen), which are collected via the first byproduct stream (236).
도 2의 예에서, 제1 단계 흡착 베셀(250)은 흡착 사이클을 거치고 있고, 제1 단계 흡착 베셀(251)은 재생 사이클을 거치고 있고, 제1 단계 흡착 베셀(252)은 대기 모드에 있다. 흡착 사이클 동안, 흡착 공급물 스트림(230)의 성분은 제1 단계 흡착 베셀(250)을 통해 도입된다. 물(및 비교적 소량의 황화수소)은 제1 흡착제의 기공에 포집된다. 일부 예에서, 미량의 이산화탄소 및 질소는 제1 흡착제의 기공에 포집된다. 물 이외의 성분(예를 들어, 황화수소, 이산화탄소 및 질소)은 제1 흡착제를 통과하여 실질적으로 물의 부재 하에 제1 배출 가스 스트림(232)를 생성한다. In the example of FIG. 2, the first stage adsorption vessel (250) is undergoing an adsorption cycle, the first stage adsorption vessel (251) is undergoing a regeneration cycle, and the first stage adsorption vessel (252) is in standby mode. During the adsorption cycle, components of the adsorption feed stream (230) are introduced through the first stage adsorption vessel (250). Water (and relatively small amounts of hydrogen sulfide) are captured in the pores of the first adsorbent. In some examples, trace amounts of carbon dioxide and nitrogen are captured in the pores of the first adsorbent. Components other than water (e.g., hydrogen sulfide, carbon dioxide, and nitrogen) pass through the first adsorbent to produce a first off-gas stream (232) substantially in the absence of water.
재생 사이클 동안, 제1 재생 가스 스트림(244)의 성분(예를 들어, 이산화탄소 및 질소)이 제1 단계 흡착 베셀(251)에 진입하여 제1 흡착제를 재생한다. 탈착은 제1 단계 흡착 베셀(251)에서 발생하며, 여기서 제1 흡착제는 포집된 물과 포집된 비교적 소량의 황화수소(및 임의로 미량의 이산화탄소 및 질소)를 방출하고, 이들은 제1 부산물 스트림(236)을 통해 수집된다.During the regeneration cycle, components of the first regeneration gas stream (244) (e.g., carbon dioxide and nitrogen) enter the first stage adsorption vessel (251) to regenerate the first adsorbent. Desorption occurs in the first stage adsorption vessel (251), where the first adsorbent releases captured water and a relatively small amount of captured hydrogen sulfide (and optionally trace amounts of carbon dioxide and nitrogen), which are collected via the first byproduct stream (236).
제2 단계 흡착 유닛(212)은 병렬 방식으로 유체적으로 연결된 제2 단계 흡착 베셀(255, 256, 257)을 포함한다. 작동 동안 주어진 순간에, 제2 단계 흡착 베셀(255, 256, 257) 중 하나는 흡착 사이클을 거치고, 제2 단계 흡착 베셀(255, 256, 257) 중 하나는 재생 사이클을 거치고, 제2 단계 흡착 베셀(255, 256, 257) 중 하나는 대기 중이다. 이 방식으로, 제1 배출 가스 스트림(232)의 성분은 제2 단계 흡착 유닛(212)에 연속적으로 공급될 수 있고, 제2 배출 가스 스트림(240)과 제2 부산물 스트림(238)의 연속 흐름은 제2 단계 흡착 유닛(212)으로부터 생성될 수 있다.The second stage adsorption unit (212) comprises second stage adsorption vessels (255, 256, 257) fluidly connected in a parallel manner. At any given moment during operation, one of the second stage adsorption vessels (255, 256, 257) is undergoing an adsorption cycle, one of the second stage adsorption vessels (255, 256, 257) is undergoing a regeneration cycle, and one of the second stage adsorption vessels (255, 256, 257) is in standby. In this manner, components of the first off-gas stream (232) can be continuously fed to the second stage adsorption unit (212), and a continuous flow of the second off-gas stream (240) and the second by-product stream (238) can be produced from the second stage adsorption unit (212).
제2 단계 흡착 베셀(255, 256, 257) 각각은 제2 흡착제로 채워지거나 팩킹된다. 제2 흡착제는 베셀(255, 256, 257)에서 흡착제 베드로 구성될 수 있다. 일부 예에서, 제2 흡착제는 이산화탄소 및 질소를 배제하면서 황화수소를 선택적으로 포집할 수 있는 임의의 흡착제를 포함한다. 일부 예에서, 제2 흡착제는 황화수소와 이산화탄소 사이, 황화수소와 질소 사이의 파과 시간에 차이를 갖는 임의의 흡착제를 포함한다. 제2 흡착제에 사용되는 비제한적 예시적 물질은 분자체(예를 들어, 분자체 4A 등); MFI형, CHA형, FAU형, MOR형, DDR형, FER형 및 MWW형과 같은 프레임워크를 갖는 소수성 제올라이트; 및 MOF 및 ZIF와 같은 소수성 제올라이트를 포함한다. 구체적 예에서, 제2 흡착제는 Cu-Y형 제올라이트를 포함하며, 이는 구리 양이온을 반대 이온으로 포함하는 FAU형 제올라이트의 유도체이다. Each of the second stage adsorption vessels (255, 256, 257) is filled or packed with a second adsorbent. The second adsorbent can be comprised of an adsorbent bed in the vessels (255, 256, 257). In some examples, the second adsorbent comprises any adsorbent that is capable of selectively capturing hydrogen sulfide while excluding carbon dioxide and nitrogen. In some examples, the second adsorbent comprises any adsorbent having a difference in breakthrough time between hydrogen sulfide and carbon dioxide and between hydrogen sulfide and nitrogen. Non-limiting exemplary materials used in the second adsorbent include molecular sieves (e.g., molecular sieve 4A, etc.); hydrophobic zeolites having frameworks such as MFI type, CHA type, FAU type, MOR type, DDR type, FER type and MWW type; and hydrophobic zeolites such as MOF and ZIF. In a specific example, the second adsorbent comprises a Cu-Y type zeolite, which is a derivative of a FAU type zeolite containing copper cations as counter ions.
흡착 사이클 동안, 제1 배출 가스 스트림(232)의 성분은 제2 단계 흡착 유닛(212)의 하나 이상의 제2 단계 흡착 베셀(255, 256, 257)을 통해 도입된다. 황화수소는 제2 흡착제의 기공에 포집된다. 황화수소 이외의 성분(예를 들어, 이산화탄소 및 질소)은 제2 흡착제를 통과한 후 제2 부산물 스트림(238)을 통해 수집된다. 재생 사이클 동안, 제2 재생 가스 스트림(246)의 성분(예를 들어, 이산화탄소 및 질소)은 하나 이상의 제2 단계 흡착 베셀(255, 256, 257)에 진입하여 제2 흡착제를 재생한다. 탈착은 하나 이상의 제2 단계 흡착 베셀(255, 256, 257)에서 발생하며, 여기서 제2 흡착제는 포집된 황화수소(및 임의로 미량의 이산화탄소 및 질소)를 방출하여 제2 배출 가스 스트림(240)을 생성한다. 제2 배출 가스 스트림(240)은 황화수소, 이산화탄소 및 질소를 포함한다. During the adsorption cycle, components of the first off-gas stream (232) are introduced through one or more second stage adsorption vessels (255, 256, 257) of the second stage adsorption unit (212). Hydrogen sulfide is captured in the pores of the second adsorbent. Components other than hydrogen sulfide (e.g., carbon dioxide and nitrogen) pass through the second adsorbent and are collected via the second byproduct stream (238). During the regeneration cycle, components of the second regeneration gas stream (246) (e.g., carbon dioxide and nitrogen) enter one or more second stage adsorption vessels (255, 256, 257) to regenerate the second adsorbent. Desorption occurs in the one or more second stage adsorption vessels (255, 256, 257), where the second adsorbent releases the captured hydrogen sulfide (and optionally trace amounts of carbon dioxide and nitrogen) to produce the second off-gas stream (240). The second exhaust gas stream (240) contains hydrogen sulfide, carbon dioxide and nitrogen.
도 2의 예에서, 제2 단계 흡착 베셀(255)은 흡착 사이클을 거치고 있고, 제2 단계 흡착 베셀(256)은 재생 사이클을 거치고 있으며, 제2 단계 흡착 베셀(257)은 대기 모드에 있다. 흡착 사이클 동안, 제1 배출 가스 스트림(232)의 성분은 제2 단계 흡착 베셀(255)을 통해 도입된다. 황화수소는 제2 흡착제의 기공에 포집된다. 일부 예에서, 미량의 이산화탄소 및 질소는 제2 흡착제의 기공에 포집된다. 황화수소 이외의 성분(예를 들어, 이산화탄소 및 질소)은 제2 흡착제를 통과하여 실질적으로 황화수소의 부재 하에 제2 부산물 스트림(238)을 생성한다. 재생 사이클 동안, 제2 재생 가스 스트림(246)의 성분(예를 들어, 이산화탄소 및 질소)은 제2 단계 흡착 베셀(256)에 진입하여 제2 흡착제를 재생한다. 탈착은 제2 단계 흡착 베셀(256)에서 발생하며, 여기서 제2 흡착제는 포집된 황화수소(그리고 임의로 미량의 이산화탄소 및 질소)를 방출하고, 이는 제2 배출 가스 스트림(240)을 통해 수집된다. In the example of FIG. 2, the second stage adsorption vessel (255) is undergoing an adsorption cycle, the second stage adsorption vessel (256) is undergoing a regeneration cycle, and the second stage adsorption vessel (257) is in standby mode. During the adsorption cycle, components of the first off-gas stream (232) are introduced through the second stage adsorption vessel (255). Hydrogen sulfide is captured in the pores of the second adsorbent. In some instances, trace amounts of carbon dioxide and nitrogen are captured in the pores of the second adsorbent. Components other than hydrogen sulfide (e.g., carbon dioxide and nitrogen) pass through the second adsorbent to produce a second byproduct stream (238) substantially in the absence of hydrogen sulfide. During the regeneration cycle, components of the second regeneration gas stream (246) (e.g., carbon dioxide and nitrogen) enter the second stage adsorption vessel (256) to regenerate the second adsorbent. Desorption occurs in the second stage adsorption vessel (256), where the second adsorbent releases the captured hydrogen sulfide (and optionally trace amounts of carbon dioxide and nitrogen), which is collected via the second off-gas stream (240).
제2 배출 가스 스트림(240)은 황화수소, 이산화탄소 및 질소를 포함한다. 제2 배출 가스 스트림(240)은 약 0 중량% 내지 약 99 중량%, 예를 들어, 약 5 중량% 내지 약 70 중량%, 약 5 중량% 내지 약 50 중량%, 약 5 중량% 내지 약 30 중량%, 또는 약 10 중량% 내지 약 20 중량%, 예를 들어, 약 13.3 중량%의 범위의 황화수소 함량을 갖는다. 제2 배출 가스 스트림(240)은 약 0 중량% 내지 약 99 중량%, 예를 들어, 약 20 중량% 내지 약 95 중량%, 약 30 중량% 내지 약 90 중량%, 약 50 중량% 내지 약 80 중량%, 또는 약 60 중량% 내지 약 70 중량%, 예를 들어, 약 66.7 중량%의 범위의 이산화탄소 함량을 갖는다. 제2 배출 가스 스트림(240)은 약 0 중량% 내지 약 99 중량%, 예를 들어, 약 5 중량% 내지 약 70 중량%, 약 5 중량% 내지 약 50 중량%, 약 10 중량% 내지 약 30 중량%, 또는 약 15 중량% 내지 약 25 중량%, 예를 들어, 약 20.0 중량%의 범위의 질소 함량을 갖는다. 일부 예에서, 제2 배출 가스 스트림(240)은 클라우스 유닛에 공급 가스로 사용된다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 제2 배출 가스 스트림(240)은 클라우스 유닛의 반응로(264)에 도입된다.The second exhaust gas stream (240) comprises hydrogen sulfide, carbon dioxide and nitrogen. The second exhaust gas stream (240) has a hydrogen sulfide content in the range of about 0 wt % to about 99 wt %, for example, about 5 wt % to about 70 wt %, about 5 wt % to about 50 wt %, about 5 wt % to about 30 wt %, or about 10 wt % to about 20 wt %, for example, about 13.3 wt %. The second exhaust gas stream (240) has a carbon dioxide content in the range of about 0 wt % to about 99 wt %, for example, about 20 wt % to about 95 wt %, about 30 wt % to about 90 wt %, about 50 wt % to about 80 wt %, or about 60 wt % to about 70 wt %, for example, about 66.7 wt %. The second exhaust gas stream (240) has a nitrogen content in the range of about 0 wt % to about 99 wt %, for example, about 5 wt % to about 70 wt %, about 5 wt % to about 50 wt %, about 10 wt % to about 30 wt %, or about 15 wt % to about 25 wt %, for example, about 20.0 wt %. In some examples, the second exhaust gas stream (240) is used as a feed gas to the Claus unit. For example, as illustrated in FIG. 2, the second exhaust gas stream (240) is introduced into the reactor (264) of the Claus unit.
도 3은 클라우스 테일 가스 처리 시스템(300)의 개략도이다. 시스템(200)과 관련하여 기재된 특색과 유사한 시스템(300)의 특색은 비슷한 참조 번호로 주어진다. 도 3의 시스템(300)은 이산화탄소와 질소의 슬립 스트림을 활용하는 온도 램핑 재생 체계를 구현한다. 온도 램핑 재생 체계에 대한 추가 설명은 미국 특허 출원 번호 17/166,821에서 찾을 수 있으며, 이 출원의 내용은 본원에 그 전문이 참조로 포함된다.FIG. 3 is a schematic diagram of a Claus tail gas treatment system (300). Features of the system (300) that are similar to those described with respect to the system (200) are given similar reference numerals. The system (300) of FIG. 3 implements a temperature ramping regeneration system utilizing a slip stream of carbon dioxide and nitrogen. Additional description of the temperature ramping regeneration system can be found in U.S. patent application Ser. No. 17/166,821, the contents of which are incorporated herein by reference in their entirety.
시스템(300)은 클라우스 테일 가스를 포함하는 테일 가스 스트림(320)을 수용하고 클라우스 테일 가스 중 황 함유 화합물을 황화수소로 수소화하여 황화수소, 물, 및 적어도 하나의 이산화탄소 또는 물을 포함하는 수소화된 가스 스트림(322)을 생성하는 수소화 반응기(204)(예를 들어, 반응기 베셀)를 포함한다. 일부 예에서, 수소화된 가스는 황화수소 이외의 황 함유 화합물을 포함하지 않는다. 일부 예에서, 수소화된 가스 중 황화수소 이외의 임의의 황 함유 화합물은 수소화된 가스에서 미량(또는 쉽게 측정할 수 없음)으로만 존재할 수 있다.The system (300) receives a tail gas stream (320) comprising a cloud tail gas and includes a hydrogenation reactor (204) (e.g., a reactor vessel) that hydrogenates sulfur-containing compounds in the cloud tail gas to hydrogen sulfide to produce a hydrogenated gas stream (322) comprising hydrogen sulfide, water, and at least one of carbon dioxide and water. In some examples, the hydrogenated gas does not include sulfur-containing compounds other than hydrogen sulfide. In some examples, any sulfur-containing compounds other than hydrogen sulfide in the hydrogenated gas may be present only in trace amounts (or not readily measurable) in the hydrogenated gas.
수소화된 가스 스트림(322)은 제1 열 교환기(205)를 통해 냉각되어 냉각된 수소화된 가스 스트림(324)을 생성한다. 켄치 타워(206)는 냉각된 수소화된 가스 스트림(324)을 수용하고 수소화된 가스의 물을 응축하여 황화물, 물 및 이산화탄소 또는 질소 중 적어도 하나를 함유하는 켄칭된 가스 스트림(326)을 생성한다. 응축된 물(일부 황화수소를 가짐)은 켄치 타워(206)에서 제1 물 응축물 스트림(328)으로 회수되며, 이는 사워 워터 스트리퍼(SWS) 컬럼(260)으로 보내질 수 있다. The hydrogenated gas stream (322) is cooled through a first heat exchanger (205) to produce a cooled hydrogenated gas stream (324). A quench tower (206) receives the cooled hydrogenated gas stream (324) and condenses water in the hydrogenated gas to produce a quenched gas stream (326) containing sulfide, water, and at least one of carbon dioxide or nitrogen. The condensed water (having some hydrogen sulfide) is recovered from the quench tower (206) as a first water condensate stream (328), which can be sent to a sour water stripper (SWS) column (260).
켄칭된 가스 스트림(326)은 압축기(207)에 의해 가압되어 가압된 켄칭된 가스 스트림(327)을 생성한다. 가압된 켄칭된 가스 스트림(327)은 제2 열 교환기(208)에 의해 냉각되어 냉각된 켄칭된 가스 스트림(329)을 생성한다. 냉각된 켄칭된 가스 스트림(329)는 수집 드럼(209)에 도입되어 제2 물 응축물 스트림(331) 및 흡착 공급물 스트림(330)을 생성한다. 제2 물 응축물 스트림(331)은 SWS 컬럼(260)으로 보내질 수 있다. The quenched gas stream (326) is pressurized by the compressor (207) to produce a pressurized quenched gas stream (327). The pressurized quenched gas stream (327) is cooled by the second heat exchanger (208) to produce a cooled quenched gas stream (329). The cooled quenched gas stream (329) is introduced into the collection drum (209) to produce a second water condensate stream (331) and an adsorption feed stream (330). The second water condensate stream (331) can be sent to the SWS column (260).
흡착 공급물 스트림(330)은 제1 단계 흡착 유닛(210)에 도입된다. 도시된 예에서, 제1 단계 흡착 베셀(250)은 흡착 사이클을 거치고 있고, 제1 단계 흡착 베셀(251)은 재생 사이클을 거치고 있으며, 제1 단계 흡착 베셀(252)은 대기 모드에있다. 흡착 공급물 스트림(330)은 흡착 사이클에서 작동하는 제1 단계 흡착 베셀(250)에 제공되며, 흡착 공급물 스트림(330)으로부터 물을 제1 흡착제에 흡착시켜, 황화수소 및 이산화탄소 또는 질소 중 적어도 하나를 함유하는 제1 배출 가스 스트림(332)을 생성한다. 일부 예에서, 흡착 공급물 스트림(330) 중 물의 상당 부분(예를 들어, 대부분 또는 실질적으로 전부)이 흡착 사이클에서 작동하는 제1 단계 흡착 베셀(250)에서 제1 흡착제에 흡착된다. 비교적 소량의 황화수소가 흡착 공급물 스트림(330)으로부터 제1 흡착제에 흡착될 수 있다. 일부 예에서, 제1 배출 가스 스트림(332)은 물을 포함하지 않거나, 단지 미량 또는 측정할 수 없는 양의 물을 포함한다.An adsorption feed stream (330) is introduced into a first stage adsorption unit (210). In the illustrated example, the first stage adsorption vessel (250) is undergoing an adsorption cycle, the first stage adsorption vessel (251) is undergoing a regeneration cycle, and the first stage adsorption vessel (252) is in standby mode. The adsorption feed stream (330) is provided to the first stage adsorption vessel (250) operating in the adsorption cycle, and water from the adsorption feed stream (330) is adsorbed onto a first adsorbent to produce a first off-gas stream (332) containing hydrogen sulfide and at least one of carbon dioxide or nitrogen. In some examples, a significant portion (e.g., most or substantially all) of the water in the adsorption feed stream (330) is adsorbed onto the first adsorbent in the first stage adsorption vessel (250) operating in the adsorption cycle. A relatively small amount of hydrogen sulfide may be adsorbed onto the first adsorbent from the adsorption feed stream (330). In some examples, the first exhaust gas stream (332) contains no water, or contains only trace or unmeasurable amounts of water.
제1 배출 가스 스트림(332)은 제2 단계 흡착 유닛(212)에 도입된다. 도시된 예에서, 제2 단계 흡착 베셀(255)은 흡착 사이클을 거치고 있고, 제2 단계 흡착 베셀(256)은 재생 사이클을 거치고 있으며, 제2 단계 흡착 베셀(257)은 대기 모드에 있다. 제1 배출 가스 스트림(332)은 제2 단계 흡착 베셀(255)에 제공되며, 이는 흡착 사이클에서 작동하면서, 제1 배출 가스 스트림(332)으로부터 황화수소를 제2 흡착제로 흡착시켜, 이산화탄소 또는 질소 중 적어도 하나를 함유하는 제2 부산물 스트림(338)을 생성한다. 일부 예에서, 제2 부산물 스트림(338)은 황화수소를 포함하지 않거나, 미량 또는 측정할 수 없는 양의 황화수소를 포함한다.A first off-gas stream (332) is introduced into a second stage adsorption unit (212). In the illustrated example, the second stage adsorption vessel (255) is undergoing an adsorption cycle, the second stage adsorption vessel (256) is undergoing a regeneration cycle, and the second stage adsorption vessel (257) is in standby mode. The first off-gas stream (332) is provided to the second stage adsorption vessel (255), which operates in the adsorption cycle to adsorb hydrogen sulfide from the first off-gas stream (332) to a second adsorbent to produce a second byproduct stream (338) comprising at least one of carbon dioxide or nitrogen. In some examples, the second byproduct stream (338) includes no hydrogen sulfide, or includes trace or unmeasurable amounts of hydrogen sulfide.
제2 부산물 스트림(338)은 제1 부분(339) 및 제2 부분(342)으로 분리된다. 제2 부산물 스트림의 제1 부분(339)은 추가 처리를 위해 열 산화장치(262)에 도입된다. 제2 부산물 스트림(338)의 슬립 스트림이 될 수 있는, 제2 부산물 스트림의 제2 부분(342)은 재생 가스로 사용된다.The second by-product stream (338) is separated into a first portion (339) and a second portion (342). The first portion (339) of the second by-product stream is introduced into a thermal oxidizer (262) for further processing. The second portion (342) of the second by-product stream, which may be a slip stream of the second by-product stream (338), is used as a regeneration gas.
제2 부산물 스트림(338)의 제2 부분(342)은 제1 열 교환기(205)를 통해 가열되어 수소화된 가스 스트림(322)로부터 열을 교환함으로써 제2 부산물 스트림의 가열된 제2 부분(343)을 생성한다. 일부 예에서(도 3에 도시된 바와 같이), 제2 부산물 스트림의 제2 부분(343)은 제3 열 교환기(214)를 통해 추가로 가열되어 제2 부산물 스트림의 가열된 제2 부분(345)을 생성한다. 제2 부산물 스트림의 가열된 제2 부분(345)은 제1 재생 가스 스트림(344) 및 제2 재생 가스 스트림(346)으로 분리된다.A second portion (342) of the second by-product stream (338) is heated through the first heat exchanger (205) to exchange heat with the hydrogenated gas stream (322) to produce a heated second portion (343) of the second by-product stream. In some examples (as shown in FIG. 3), the second portion (343) of the second by-product stream is further heated through the third heat exchanger (214) to produce a heated second portion (345) of the second by-product stream. The heated second portion (345) of the second by-product stream is separated into a first regeneration gas stream (344) and a second regeneration gas stream (346).
재생 사이클에서 작동하는 제1 단계 흡착 베셀(251)은 재생 가스로서 제1 재생 가스 스트림(344)을 수용한다. 제1 단계 흡착 베셀(251)의 제1 흡착제는, 예를 들어, 온도 램프에 따라 가열되어 제1 단계 흡착 베셀(251)의 제1 흡착제로부터 성분을 선택적으로 탈착시켜 탈착된 성분 및 이산화탄소 또는 질소 중 적어도 하나를 함유하는 제1 부산물 스트림(336)을 생성한다. 재생 사이클에서 온도 램프 동안 온도가 서서히 증가함에 따라 황화수소가 초기에 탈착되며 한편 흡착된 물은 초기에 일반적으로 제1 흡착제에 흡착된 상태로 유지된다. 온도가 상승함에 따라, 물이 제1 흡착제로부터 탈착되기 시작한다.A first stage adsorption vessel (251) operating in a regeneration cycle receives a first regeneration gas stream (344) as a regeneration gas. The first adsorbent of the first stage adsorption vessel (251) is heated, for example, according to a temperature ramp, to selectively desorb components from the first adsorbent of the first stage adsorption vessel (251) to produce a first byproduct stream (336) comprising the desorbed components and at least one of carbon dioxide or nitrogen. As the temperature gradually increases during the temperature ramp in the regeneration cycle, hydrogen sulfide is initially desorbed while the adsorbed water initially remains generally adsorbed on the first adsorbent. As the temperature increases, water begins to desorb from the first adsorbent.
제1 흡착제의 온도가 물이 제1 부산물 스트림(336)으로 탈착(파과)되기 시작하는 수준에 도달할 때 및/또는 제1 부산물 스트림(336) 중 황화수소 농도가 보다 낮을 때 일부 예에서, 온도 램프의 제2 파트 동안, 제1 흡착제로부터 탈착된 성분은 물을 포함하거나 제1 부산물 스트림(336) 중 황화수소 농도가 임계값보다 낮거나, 둘 다이다. 온도 램프의 제2 파트는 시간적으로 더 늦고 일반적으로 온도 램프의 제1 파트보다 더 높은 온도이다. In some instances, during the second part of the temperature ramp, when the temperature of the first adsorbent reaches a level at which water begins to desorb (break through) into the first byproduct stream (336) and/or the concentration of hydrogen sulfide in the first byproduct stream (336) is lower, the component desorbed from the first adsorbent comprises water, or the concentration of hydrogen sulfide in the first byproduct stream (336) is below a threshold, or both. The second part of the temperature ramp is later in time and is generally at a higher temperature than the first part of the temperature ramp.
작동 시, 제1 단계 흡착 베셀(251)은 온도 램프의 제1 파트 동안 클라우스 유닛의 반응로(264)에 제1 부산물 스트림(336A)으로서 제1 부산물 스트림(336)을 방출하는데, 이때 온도 램프의 제1 파트 동안 탈착된 성분은 주로 황화수소를 포함한다. 온도 램프의 제2 파트 동안, 물이 제1 부산물 스트림(336)으로 탈착되기 시작하고/하거나 제1 부산물 스트림(336) 중의 수소 농도가 특정 값보다 낮아진다. 이 제2 파트에서, 제1 부산물 스트림(336)은 물을 취급하고 재생 가스의 불활성 성분이 클라우스 반응로(264)에 도입되는 것을 방지하기 위해 제1 부산물 스트림(336B)으로서 켄치 타워(206)로 라우팅된다. In operation, the first stage adsorption vessel (251) discharges a first by-product stream (336) as a first by-product stream (336A) to the Claus unit reactor (264) during a first part of the temperature ramp, wherein the components desorbed during the first part of the temperature ramp primarily comprise hydrogen sulfide. During a second part of the temperature ramp, water begins to desorb into the first by-product stream (336) and/or the hydrogen concentration in the first by-product stream (336) drops below a specified value. During this second part, the first by-product stream (336) is routed to the quench tower (206) as a first by-product stream (336B) to handle the water and prevent inert components of the regeneration gas from being introduced into the Claus unit reactor (264).
제2 재생 가스 스트림(346)은 제2 단계 흡착 유닛(212)의 제2 단계 흡착 베셀(256)에 도입된다. 재생 사이클에서, 황화수소는 제2 단계 흡착 베셀(256)에서 제2 흡착제로부터 탈착되어, 황화수소 및 이산화탄소 또는 질소 중 적어도 하나를 함유하는 제2 배출 가스 스트림(340)을 생성한다. 제2 배출 가스 스트림(340)은 추가 처리를 위해 클라우스 유닛의 반응로(264)에 도입된다. The second regeneration gas stream (346) is introduced into the second stage adsorption vessel (256) of the second stage adsorption unit (212). In the regeneration cycle, hydrogen sulfide is desorbed from the second adsorbent in the second stage adsorption vessel (256) to produce a second off-gas stream (340) containing hydrogen sulfide and at least one of carbon dioxide or nitrogen. The second off-gas stream (340) is introduced into the reactor (264) of the Claus unit for further processing.
도 4는 제2 단계 흡착 베셀에 대한 2상 재생 사이클을 구현하는 클라우스 테일 가스 처리 시스템(400)의 개략도이다. 시스템(200)과 관련하여 기재된 특색과 유사한 시스템(400)의 특색은 비슷한 참조 번호로 주어진다. Figure 4 is a schematic diagram of a Claus tail gas treatment system (400) implementing a two-phase regeneration cycle for a second stage adsorption vessel. Features of the system (400) similar to those described with respect to the system (200) are given similar reference numerals.
시스템(400)은 클라우스 테일 가스를 포함하는 테일 가스 스트림(420)을 수용하고 클라우스 테일 가스 중 황 함유 화합물을 황화수소로 수소화하여 황화수소, 물, 및 적어도 하나의 이산화탄소 또는 물을 포함하는 수소화된 가스 스트림(422)을 생성하는 수소화 반응기(204)(예를 들어, 반응기 베셀)를 포함한다. 일부 예에서, 수소화된 가스는 황화수소 이외의 황 함유 화합물을 포함하지 않는다. 일부 예에서, 수소화된 가스 중 황화수소 이외의 임의의 황 함유 화합물은 수소화된 가스에서 미량(또는 쉽게 측정할 수 없음)으로만 존재할 수 있다.The system (400) receives a tail gas stream (420) comprising cloud tail gas and includes a hydrogenation reactor (204) (e.g., a reactor vessel) that hydrogenates sulfur-containing compounds in the cloud tail gas to hydrogen sulfide to produce a hydrogenated gas stream (422) comprising hydrogen sulfide, water, and at least one of carbon dioxide and water. In some examples, the hydrogenated gas does not include sulfur-containing compounds other than hydrogen sulfide. In some examples, any sulfur-containing compounds other than hydrogen sulfide in the hydrogenated gas may be present only in trace amounts (or not readily measurable) in the hydrogenated gas.
수소화된 가스 스트림(422)은 제1 열 교환기(205)를 통해 냉각되어 냉각된 수소화된 가스 스트림(424)을 생성한다. 켄치 타워(206)는 냉각된 수소화된 가스 스트림(424)을 수용하고 수소화된 가스의 물을 응축하여 황화물, 물 및 이산화탄소 또는 질소 중 적어도 하나를 함유하는 켄칭된 가스 스트림(426)을 생성한다. 응축된 물(일부 황화수소를 가짐)은 켄치 타워(206)에서 제1 물 응축물 스트림(428)으로 회수되며, 이는 사워 워터 스트리퍼(SWS) 컬럼(260)으로 보내질 수 있다. The hydrogenated gas stream (422) is cooled through a first heat exchanger (205) to produce a cooled hydrogenated gas stream (424). A quench tower (206) receives the cooled hydrogenated gas stream (424) and condenses water in the hydrogenated gas to produce a quenched gas stream (426) containing sulfide, water, and at least one of carbon dioxide or nitrogen. The condensed water (having some hydrogen sulfide) is recovered from the quench tower (206) as a first water condensate stream (428), which can be sent to a sour water stripper (SWS) column (260).
켄칭된 가스 스트림(426)은 압축기(207)에 의해 가압되어 가압된 켄칭된 가스 스트림(427)을 생성한다. 가압된 켄칭된 가스 스트림(427)은 제2 열 교환기(208)에 의해 냉각되어 냉각된 켄칭된 가스 스트림(429)을 생성한다. 냉각된 켄칭된 가스 스트림(429)은 수집 드럼(209)에 도입되어 제2 물 응축물 스트림(431) 및 흡착 공급물 스트림(430)을 생성한다. 제2 물 응축물 스트림(431)은 SWS 컬럼(260)으로 보내질 수 있다. The quenched gas stream (426) is pressurized by the compressor (207) to produce a pressurized quenched gas stream (427). The pressurized quenched gas stream (427) is cooled by the second heat exchanger (208) to produce a cooled quenched gas stream (429). The cooled quenched gas stream (429) is introduced into the collection drum (209) to produce a second water condensate stream (431) and an adsorption feed stream (430). The second water condensate stream (431) can be sent to the SWS column (260).
흡착 공급물 스트림(430)은 제1 단계 흡착 유닛(210)에 도입된다. 도시된 예에서, 제1 단계 흡착 베셀(250)은 흡착 사이클을 거치고 있고, 제1 단계 흡착 베셀(251)은 재생 사이클을 거치고 있으며, 제1 단계 흡착 베셀(252)은 대기 모드에있다. 흡착 공급물 스트림(430)은 흡착 사이클에서 작동하는 제1 단계 흡착 베셀(250)에 제공되며, 흡착 공급물 스트림(430)으로부터 물을 제1 흡착제에 흡착시켜, 황화수소 및 이산화탄소 또는 질소 중 적어도 하나를 함유하는 제1 배출 가스 스트림(432)을 생성한다. 일부 예에서, 흡착 공급물 스트림(430) 중 물의 상당 부분(예를 들어, 대부분 또는 실질적으로 전부)이 흡착 사이클에서 작동하는 제1 단계 흡착 베셀(250)에서 제1 흡착제에 흡착된다. 비교적 소량의 황화수소가 흡착 공급물 스트림(430)으로부터 제1 흡착제에 흡착될 수 있다. 일부 예에서, 제1 배출 가스 스트림(432)은 물을 포함하지 않거나, 단지 미량 또는 측정할 수 없는 양의 물을 포함한다.An adsorption feed stream (430) is introduced into a first stage adsorption unit (210). In the illustrated example, the first stage adsorption vessel (250) is undergoing an adsorption cycle, the first stage adsorption vessel (251) is undergoing a regeneration cycle, and the first stage adsorption vessel (252) is in standby mode. The adsorption feed stream (430) is provided to the first stage adsorption vessel (250) operating in the adsorption cycle, which adsorbs water from the adsorption feed stream (430) onto a first adsorbent to produce a first off-gas stream (432) containing hydrogen sulfide and at least one of carbon dioxide or nitrogen. In some examples, a significant portion (e.g., most or substantially all) of the water in the adsorption feed stream (430) is adsorbed onto the first adsorbent in the first stage adsorption vessel (250) operating in the adsorption cycle. A relatively small amount of hydrogen sulfide may be adsorbed onto the first adsorbent from the adsorption feed stream (430). In some examples, the first exhaust gas stream (432) contains no water, or contains only trace or unmeasurable amounts of water.
제1 배출 가스 스트림(432)은 제2 단계 흡착 유닛(212)에 도입된다. 도시된 예에서, 제2 단계 흡착 베셀(255)은 흡착 사이클을 거치고 있고, 제2 단계 흡착 베셀(256)은 재생 사이클을 거치고 있으며, 제2 단계 흡착 베셀(257)은 대기 모드에 있다. 제1 배출 가스 스트림(432)은 제2 단계 흡착 베셀(255)에 제공되며, 이는 흡착 사이클에서 작동하면서, 제1 배출 가스 스트림(432)으로부터 황화수소를 제2 흡착제로 흡착시켜, 이산화탄소 또는 질소 중 적어도 하나를 함유하는 제2 부산물 스트림(438)을 생성한다. 일부 예에서, 제2 부산물 스트림(438)은 황화수소를 포함하지 않거나, 미량 또는 측정할 수 없는 양의 황화수소를 포함한다.A first off-gas stream (432) is introduced into a second stage adsorption unit (212). In the illustrated example, the second stage adsorption vessel (255) is undergoing an adsorption cycle, the second stage adsorption vessel (256) is undergoing a regeneration cycle, and the second stage adsorption vessel (257) is in standby mode. The first off-gas stream (432) is provided to the second stage adsorption vessel (255), which operates in the adsorption cycle to adsorb hydrogen sulfide from the first off-gas stream (432) to a second adsorbent, thereby producing a second byproduct stream (438) comprising at least one of carbon dioxide or nitrogen. In some examples, the second byproduct stream (438) includes no hydrogen sulfide, or includes trace or unmeasurable amounts of hydrogen sulfide.
제2 부산물 스트림(438)은 제1 부분(439) 및 제2 부분(442)으로 분리된다. 제2 부산물 스트림의 제1 부분(439)은 추가 처리를 위해 열 산화장치(262)에 도입된다. 제2 부산물 스트림(438)의 슬립 스트림이 될 수 있는, 제2 부산물 스트림의 제2 부분(442)은 재생 가스로 사용된다.The second by-product stream (438) is separated into a first portion (439) and a second portion (442). The first portion (439) of the second by-product stream is introduced into a thermal oxidizer (262) for further processing. The second portion (442) of the second by-product stream, which may be a slip stream of the second by-product stream (438), is used as a regeneration gas.
제2 부산물 스트림(438)의 제2 부분(442)은 제1 열 교환기(205)를 통해 가열되어 수소화된 가스 스트림(422)로부터 열을 교환함으로써 제2 부산물 스트림의 가열된 제2 부분(443)을 생성한다. 일부 예에서(도 4에 도시된 바와 같이), 제2 부산물 스트림의 제2 부분(443)은 제3 열 교환기(214)를 통해 추가로 가열되어 제2 부산물 스트림의 가열된 제2 부분(445)을 생성한다. 열 교환기(205, 214)는 재생 사이클에서 흡착 베셀로부터 황화수소를 탈착하기에 충분한 온도로 제2 부산물 스트림을 가열한다. 제2 부산물 스트림의 가열된 제2 부분(445)은 제2 재생 가스 스트림(444) 및 제2 재생 가스 스트림(446)으로 분리된다.A second portion (442) of the second byproduct stream (438) is heated through the first heat exchanger (205) to exchange heat with the hydrogenated gas stream (422) to produce a heated second portion (443) of the second byproduct stream. In some examples (as shown in FIG. 4), the second portion (443) of the second byproduct stream is further heated through the third heat exchanger (214) to produce a heated second portion (445) of the second byproduct stream. The heat exchangers (205, 214) heat the second byproduct stream to a temperature sufficient to desorb hydrogen sulfide from the adsorption vessel in the regeneration cycle. The heated second portion (445) of the second byproduct stream is separated into a second regeneration gas stream (444) and a second regeneration gas stream (446).
제1 재생 가스 스트림(444)은 재생 사이클을 거치고 있는 제1 단계 흡착 베셀(251)로 공급되어 제1 흡착제를 재생한다. 탈착은 제1 단계 흡착 베셀(251)에서 발생하며, 여기서 제1 흡착제는 포집된 물과 포집된 비교적 소량의 황화수소(및 임의로 미량의 이산화탄소 및 질소)를 방출하고, 이는 제1 부산물 스트림(436)을 통해 수집된다. 제1 부산물 스트림(436)은 켄치 타워(206)로 라우팅된다.The first regeneration gas stream (444) is fed to the first stage adsorption vessel (251) undergoing a regeneration cycle to regenerate the first adsorbent. Desorption occurs in the first stage adsorption vessel (251) where the first adsorbent releases captured water and a relatively small amount of captured hydrogen sulfide (and optionally trace amounts of carbon dioxide and nitrogen), which are collected via the first byproduct stream (436). The first byproduct stream (436) is routed to the quench tower (206).
재생 사이클을 거치고 있는 제2 단계 흡착 베셀(256)의 재생은 2상 공정이다. 제1 상에서, 제2 부산물 가스의 슬립 스트림이고 이산화탄소와 질소를 포함하는 제2 재생 가스 스트림(446)이 제2 단계 흡착 베셀(256)에 도입된다. 제1 상에 이어서, 재생 가스 스트림(446)의 흐름이 중단되고 제2 재생 단계가 발생하며, 여기서 고순도 질소 가스 스트림(452)이 제2 단계 흡착 베셀(256)에 도입된다. 고순도 질소 가스는 적어도 99%, 적어도 99.5%, 적어도 99.9%, 또는 적어도 99.95%의 순도를 가질 수 있다. 고순도 질소 가스 스트림(452)은 질소 공급원, 예를 들어, 블랭킷팅 또는 퍼징을 위해 현장에서 이용 가능한 질소 공급원과 같은 극저온 질소 탱크로부터의 것이다. 재생 사이클에서, 황화수소는 제2 단계 흡착 베셀(256)에서 제2 흡착제로부터 탈착되어, 황화수소 및 이산화탄소 또는 질소 중 적어도 하나를 함유하는 제2 배출 가스 스트림(440)을 생성한다. 제2 배출 가스 스트림(440)은 추가 처리를 위해 클라우스 유닛의 반응로(264)에 도입된다. The regeneration of the second stage adsorption vessel (256) undergoing a regeneration cycle is a two-phase process. In the first phase, a second regeneration gas stream (446), which is a slip stream of the second by-product gas and comprises carbon dioxide and nitrogen, is introduced into the second stage adsorption vessel (256). Following the first phase, the flow of the regeneration gas stream (446) is stopped and a second regeneration step occurs, wherein a high purity nitrogen gas stream (452) is introduced into the second stage adsorption vessel (256). The high purity nitrogen gas can have a purity of at least 99%, at least 99.5%, at least 99.9%, or at least 99.95%. The high purity nitrogen gas stream (452) is from a cryogenic nitrogen tank, such as a nitrogen source available on-site for blanketing or purging. In the regeneration cycle, hydrogen sulfide is desorbed from the second adsorbent in the second stage adsorption vessel (256) to produce a second off-gas stream (440) containing hydrogen sulfide and at least one of carbon dioxide or nitrogen. The second off-gas stream (440) is introduced into the reactor (264) of the Claus unit for further processing.
이산화탄소 및 질소를 함유하는 슬립 스트림을 먼저 사용하여 재생을 완수한 다음에 고순도 질소를 사용하는 제2 단계 흡착 베셀(256)에 대한 2상 재생 사이클은 이점을 가질 수 있다. 예를 들어, 이 2상 재생 사이클은 제2 단계 흡착 베셀(256)에서 황화수소의 제거를 용이하게 할 수 있으며, 이는 흡착 사이클 동안 황화수소 흡착 용량을 개선시킬 수 있다.A two-phase regeneration cycle using a slip stream containing carbon dioxide and nitrogen to first complete regeneration and then a second stage adsorption vessel (256) using high purity nitrogen may have advantages. For example, this two-phase regeneration cycle may facilitate the removal of hydrogen sulfide in the second stage adsorption vessel (256), which may improve the hydrogen sulfide adsorption capacity during the adsorption cycle.
도 5는 클라우스 테일 가스 처리 시스템(500)의 개략도이다. 시스템(200)과 관련하여 기재된 특색과 유사한 시스템(500)의 특색은 비슷한 참조 번호로 주어진다. Figure 5 is a schematic diagram of a Claus tail gas treatment system (500). Features of the system (500) similar to those described with respect to the system (200) are given similar reference numerals.
시스템(500)은 클라우스 테일 가스를 포함하는 테일 가스 스트림(520)을 수용하고 클라우스 테일 가스 중 황 함유 화합물을 황화수소로 수소화하여 황화수소, 물, 및 적어도 하나의 이산화탄소 또는 물을 포함하는 수소화된 가스 스트림(522)을 생성하는 수소화 반응기(204)(예를 들어, 반응기 베셀)를 포함한다. 일부 예에서, 수소화된 가스는 황화수소 이외의 황 함유 화합물을 포함하지 않는다. 일부 예에서, 수소화된 가스 중 황화수소 이외의 임의의 황 함유 화합물은 수소화된 가스에서 미량(또는 쉽게 측정할 수 없음)으로만 존재할 수 있다.The system (500) receives a tail gas stream (520) comprising cloud tail gas and includes a hydrogenation reactor (204) (e.g., a reactor vessel) that hydrogenates sulfur-containing compounds in the cloud tail gas to hydrogen sulfide to produce a hydrogenated gas stream (522) comprising hydrogen sulfide, water, and at least one of carbon dioxide and water. In some examples, the hydrogenated gas does not include sulfur-containing compounds other than hydrogen sulfide. In some examples, any sulfur-containing compounds other than hydrogen sulfide in the hydrogenated gas may be present only in trace amounts (or not readily measurable) in the hydrogenated gas.
수소화된 가스 스트림(522)은 제1 열 교환기(205)를 통해 냉각되어 냉각된 수소화된 가스 스트림(524)을 생성한다. 켄치 타워(206)는 냉각된 수소화된 가스 스트림(524)을 수용하고 수소화된 가스의 물을 응축하여 황화물, 물 및 이산화탄소 또는 질소 중 적어도 하나를 함유하는 켄칭된 가스 스트림(526)을 생성한다. 응축된 물(일부 황화수소를 가짐)은 켄치 타워(206)에서 제1 물 응축물 스트림(528)으로 회수되며, 이는 사워 워터 스트리퍼(SWS) 컬럼(260)으로 보내질 수 있다. The hydrogenated gas stream (522) is cooled through a first heat exchanger (205) to produce a cooled hydrogenated gas stream (524). A quench tower (206) receives the cooled hydrogenated gas stream (524) and condenses water in the hydrogenated gas to produce a quenched gas stream (526) containing sulfide, water, and at least one of carbon dioxide or nitrogen. The condensed water (having some hydrogen sulfide) is recovered from the quench tower (206) as a first water condensate stream (528), which can be sent to a sour water stripper (SWS) column (260).
켄칭된 가스 스트림(526)은 압축기(207)에 의해 가압되어 가압된 켄칭된 가스 스트림(527)을 생성한다. 가압된 켄칭된 가스 스트림(527)은 제2 열 교환기(208)에 의해 냉각되어 냉각된 켄칭된 가스 스트림(529)을 생성한다. 냉각된 켄칭된 가스 스트림(529)은 수집 드럼(209)에 도입되어 제2 물 응축물 스트림(531) 및 흡착 공급물 스트림(530)을 생성한다. 제2 물 응축물 스트림(531)은 SWS 컬럼(260)으로 보내질 수 있다. The quenched gas stream (526) is pressurized by the compressor (207) to produce a pressurized quenched gas stream (527). The pressurized quenched gas stream (527) is cooled by the second heat exchanger (208) to produce a cooled quenched gas stream (529). The cooled quenched gas stream (529) is introduced into the collection drum (209) to produce a second water condensate stream (531) and an adsorption feed stream (530). The second water condensate stream (531) can be sent to the SWS column (260).
흡착 공급물 스트림(530)은 제1 단계 흡착 유닛(210)에 도입된다. 도시된 예에서, 제1 단계 흡착 베셀(250)은 흡착 사이클을 거치고 있고, 제1 단계 흡착 베셀(251)은 재생 사이클을 거치고 있으며, 제1 단계 흡착 베셀(252)은 대기 모드에있다. 흡착 공급물 스트림(530)은 흡착 사이클에서 작동하는 제1 단계 흡착 베셀(250)에 제공되며, 흡착 공급물 스트림(530)으로부터 물을 제1 흡착제에 흡착시켜, 황화수소 및 이산화탄소 또는 질소 중 적어도 하나를 함유하는 제1 배출 가스 스트림(532)을 생성한다. 일부 예에서, 흡착 공급물 스트림(530) 중 물의 상당 부분(예를 들어, 대부분 또는 실질적으로 전부)이 흡착 사이클에서 작동하는 제1 단계 흡착 베셀(250)에서 제1 흡착제에 흡착된다. 비교적 소량의 황화수소가 흡착 공급물 스트림(530)으로부터 제1 흡착제에 흡착될 수 있다. 일부 예에서, 제1 배출 가스 스트림(532)은 물을 포함하지 않거나, 단지 미량 또는 측정할 수 없는 양의 물을 포함한다. An adsorption feed stream (530) is introduced into a first stage adsorption unit (210). In the illustrated example, the first stage adsorption vessel (250) is undergoing an adsorption cycle, the first stage adsorption vessel (251) is undergoing a regeneration cycle, and the first stage adsorption vessel (252) is in standby mode. The adsorption feed stream (530) is provided to the first stage adsorption vessel (250) operating in the adsorption cycle, and water from the adsorption feed stream (530) is adsorbed onto a first adsorbent to produce a first off-gas stream (532) containing hydrogen sulfide and at least one of carbon dioxide or nitrogen. In some examples, a significant portion (e.g., most or substantially all) of the water in the adsorption feed stream (530) is adsorbed onto the first adsorbent in the first stage adsorption vessel (250) operating in the adsorption cycle. A relatively small amount of hydrogen sulfide may be adsorbed onto the first adsorbent from the adsorption feed stream (530). In some examples, the first exhaust gas stream (532) contains no water, or contains only trace or unmeasurable amounts of water.
제1 배출 가스 스트림(532)은 제2 단계 흡착 유닛(212)에 도입된다. 도시된 예에서, 제2 단계 흡착 베셀(255)은 흡착 사이클을 거치고 있고, 제2 단계 흡착 베셀(256)은 재생 사이클을 거치고 있으며, 제2 단계 흡착 베셀(257)은 대기 모드에 있다. 제1 배출 가스 스트림(532)은 제2 단계 흡착 베셀(255)에 제공되며, 이는 흡착 사이클에서 작동하면서, 제1 배출 가스 스트림(532)으로부터 황화수소를 제2 흡착제로 흡착시켜, 이산화탄소 또는 질소 중 적어도 하나를 함유하는 제2 부산물 스트림(538)을 생성한다. 일부 예에서, 제2 부산물 스트림(538)은 황화수소를 포함하지 않거나, 미량 또는 측정할 수 없는 양의 황화수소를 포함한다.A first off-gas stream (532) is introduced into a second stage adsorption unit (212). In the illustrated example, the second stage adsorption vessel (255) is undergoing an adsorption cycle, the second stage adsorption vessel (256) is undergoing a regeneration cycle, and the second stage adsorption vessel (257) is in standby mode. The first off-gas stream (532) is provided to the second stage adsorption vessel (255), which operates in the adsorption cycle to adsorb hydrogen sulfide from the first off-gas stream (532) to a second adsorbent, thereby producing a second byproduct stream (538) comprising at least one of carbon dioxide or nitrogen. In some examples, the second byproduct stream (538) includes no hydrogen sulfide, or includes trace or unmeasurable amounts of hydrogen sulfide.
제2 부산물 스트림(538)은 제1 부분(539) 및 제2 부분(542)으로 분리된다. 제2 부산물 스트림의 제1 부분(539)은 추가 처리를 위해 열 산화장치(262)에 도입된다. 제2 부산물 스트림(538)의 슬립 스트림이 될 수 있는, 제2 부산물 스트림의 제2 부분(542)은 재생 가스로 사용된다.The second by-product stream (538) is separated into a first portion (539) and a second portion (542). The first portion (539) of the second by-product stream is introduced into a thermal oxidizer (262) for further processing. The second portion (542) of the second by-product stream, which may be a slip stream of the second by-product stream (538), is used as a regeneration gas.
제2 부산물 스트림(538)의 제2 부분(542)은 스트림의 제2 부분(542)으로부터 이산화탄소 가스(CO2)를 분리하는 CO2 분리 부재(550)를 통해 향해진다. 도 5의 예에서, CO2 분리 부재(550)는 진공 펌프(554)에 의해 제공된 진공 하에 이산화탄소 가스를 분리하는 CO2 선택적 막이다. 일부 예에서, CO2 분리 부재(550)는 극저온에서 스트림의 제2 부분(542)으로부터 CO2를 분리할 수 있는 극저온 분리 부재이다. CO2 분리 부재(550)의 산출물(예를 들어, CO2 선택적 막 또는 극저온 분리 부재로부터)은 이산화탄소의 스트림(556) 및 풍부화된 질소의 스트림(552)이다.A second portion (542) of the second byproduct stream (538) is directed through a CO2 separation element (550) that separates carbon dioxide gas (CO2) from the second portion (542) of the stream. In the example of FIG. 5, the CO2 separation element (550) is a CO2 selective membrane that separates carbon dioxide gas under a vacuum provided by a vacuum pump (554). In some examples, the CO2 separation element (550) is a cryogenic separation element capable of separating CO2 from the second portion (542) of the stream at a cryogenic temperature. The output of the CO2 separation element (550) (e.g., from the CO2 selective membrane or the cryogenic separation element) is a stream of carbon dioxide (556) and a stream of enriched nitrogen (552).
이산화탄소의 스트림(556)은 열 산화장치(262)로 향하게 된다. CO2 분리 부재(550)로부터 나오는 풍부화된 질소의 스트림(552)은 제1 열 교환기(205)를 통해 가열되어 수소화된 가스 스트림(522)으로부터 열을 교환함으로써 풍부화된 질소의 가열된 스트림(543)을 생성한다. 일부 예에서(도 5에 도시된 바와 같이), 풍부화된 질소의 가열된 스트림(543)은 제3 열 교환기(214)를 통해 추가로 가열되어 가열된 스트림(545)을 생성한다. 열 교환기(205, 214)는 풍부화된 질소 스트림을 재생 사이클에서 흡착 베셀로부터 황화수소를 탈착하기에 충분한 온도로 가열한다. 풍부화된 질소의 가열된 스트림(545)은 제1 재생 가스 스트림(544) 및 제2 재생 가스 스트림(546)으로 분리되는데, 이들 둘 다 풍부화된 질소 스트림이다. A stream of carbon dioxide (556) is directed to a thermal oxidizer (262). A stream of enriched nitrogen (552) from the CO2 separation element (550) is heated through a first heat exchanger (205) to exchange heat with the hydrogenated gas stream (522) to produce a heated stream of enriched nitrogen (543). In some examples (as shown in FIG. 5 ), the heated stream of enriched nitrogen (543) is further heated through a third heat exchanger (214) to produce a heated stream (545). The heat exchangers (205, 214) heat the enriched nitrogen stream to a temperature sufficient to desorb hydrogen sulfide from the adsorption vessel in the regeneration cycle. The heated stream of enriched nitrogen (545) is separated into a first regeneration gas stream (544) and a second regeneration gas stream (546), both of which are enriched nitrogen streams.
제1 재생 가스 스트림(544)(풍부화된 질소 스트림)는 재생 사이클을 거치고 있는 제1 단계 흡착 베셀(251)로 공급되어 제1 흡착제를 재생한다. 탈착은 제1 단계 흡착 베셀(251)에서 발생하며, 여기서 제1 흡착제는 포집된 물과 포집된 비교적 소량의 황화수소(및 임의로 미량의 이산화탄소 및 질소)를 방출하고, 이는 제1 부산물 스트림(536)을 통해 수집된다. 제1 부산물 스트림(536)은 켄치 타워(206)로 라우팅된다. The first regeneration gas stream (544) (enriched nitrogen stream) is fed to the first stage adsorption vessel (251) undergoing a regeneration cycle to regenerate the first adsorbent. Desorption occurs in the first stage adsorption vessel (251) where the first adsorbent releases captured water and a relatively small amount of captured hydrogen sulfide (and optionally trace amounts of carbon dioxide and nitrogen), which are collected via the first byproduct stream (536). The first byproduct stream (536) is routed to the quench tower (206).
재생 사이클을 거치고 있는 제2 단계 흡착 베셀(256)의 재생을 위해, 제2 재생 가스 스트림(546)(풍부화된 질소 스트림)이 재생을 위해 제2 단계 흡착 베셀(256)에 도입된다. 재생 사이클에서, 황화수소는 제2 단계 흡착 베셀(256)의 제2 흡착제로부터 탈착되어 황화수소 및 이산화탄소 또는 질소 중 적어도 하나를 함유하는 제2 배출 가스 스트림(540)을 생성한다. 제2 배출 가스 스트림(540)은 추가 처리를 위해 클라우스 유닛의 반응로(264)에 도입된다.For regeneration of the second stage adsorption vessel (256) undergoing a regeneration cycle, a second regeneration gas stream (546) (enriched nitrogen stream) is introduced into the second stage adsorption vessel (256) for regeneration. In the regeneration cycle, hydrogen sulfide is desorbed from the second adsorbent of the second stage adsorption vessel (256) to produce a second off-gas stream (540) containing hydrogen sulfide and at least one of carbon dioxide or nitrogen. The second off-gas stream (540) is introduced into a reactor (264) of the Claus unit for further processing.
풍부화된 질소 스트림을 사용하여 제1 단계 흡착 베셀(251) 및 제2 단계 흡착 베셀(256)을 재생하는 것은, 예를 들어, 제1 및 제2 단계 흡착 베셀(251, 256)로부터 황화수소의 제거를 용이하여, 흡착 사이클 동안 황화수소 흡착 용량을 개선할 수 있는 이점을 가질 수 있다.Regenerating the first stage adsorption vessel (251) and the second stage adsorption vessel (256) using an enriched nitrogen stream may have the advantage of, for example, facilitating the removal of hydrogen sulfide from the first and second stage adsorption vessels (251, 256), thereby improving the hydrogen sulfide adsorption capacity during the adsorption cycle.
도 6은 클라우스 테일 가스 처리 시스템(600)의 개략도이다. 시스템(200)과 관련하여 기재된 특색과 유사한 시스템(600)의 특색은 비슷한 참조 번호로 주어진다. Figure 6 is a schematic diagram of a Claus tail gas treatment system (600). Features of the system (600) similar to those described with respect to the system (200) are given similar reference numerals.
시스템(600)은 클라우스 테일 가스를 포함하는 테일 가스 스트림(620)을 수용하고 클라우스 테일 가스 중 황 함유 화합물을 황화수소로 수소화하여 황화수소, 물, 및 적어도 하나의 이산화탄소 또는 물을 포함하는 수소화된 가스 스트림(622)을 생성하는 수소화 반응기(204)(예를 들어, 반응기 베셀)를 포함한다. 일부 예에서, 수소화된 가스는 황화수소 이외의 황 함유 화합물을 포함하지 않는다. 일부 예에서, 수소화된 가스 중 황화수소 이외의 임의의 황 함유 화합물은 수소화된 가스에서 미량(또는 쉽게 측정할 수 없음)으로만 존재할 수 있다.The system (600) receives a tail gas stream (620) comprising cloud tail gas and includes a hydrogenation reactor (204) (e.g., a reactor vessel) that hydrogenates sulfur-containing compounds in the cloud tail gas to hydrogen sulfide to produce a hydrogenated gas stream (622) comprising hydrogen sulfide, water, and at least one of carbon dioxide and water. In some examples, the hydrogenated gas does not include sulfur-containing compounds other than hydrogen sulfide. In some examples, any sulfur-containing compounds other than hydrogen sulfide in the hydrogenated gas may be present only in trace amounts (or not readily measurable) in the hydrogenated gas.
수소화된 가스 스트림(622)은 제1 열 교환기(205)를 통해 냉각되어 냉각된 수소화된 가스 스트림(624)을 생성한다. 켄치 타워(206)는 냉각된 수소화된 가스 스트림(624)을 수용하고 수소화된 가스의 물을 응축하여 황화물, 물 및 이산화탄소 또는 질소 중 적어도 하나를 함유하는 켄칭된 가스 스트림(626)을 생성한다. 응축된 물(일부 황화수소를 가짐)은 켄치 타워(206)에서 제1 물 응축물 스트림(628)으로 회수되며, 이는 사워 워터 스트리퍼(SWS) 컬럼(260)으로 보내질 수 있다. The hydrogenated gas stream (622) is cooled through a first heat exchanger (205) to produce a cooled hydrogenated gas stream (624). A quench tower (206) receives the cooled hydrogenated gas stream (624) and condenses water in the hydrogenated gas to produce a quenched gas stream (626) containing sulfide, water, and at least one of carbon dioxide or nitrogen. The condensed water (having some hydrogen sulfide) is recovered from the quench tower (206) as a first water condensate stream (628), which can be sent to a sour water stripper (SWS) column (260).
켄칭된 가스 스트림(626)은 압축기(207)에 의해 가압되어 가압된 켄칭된 가스 스트림(627)을 생성한다. 가압된 켄칭된 가스 스트림(627)은 제2 열 교환기(208)에 의해 냉각되어 냉각된 켄칭된 가스 스트림(629)을 생성한다. 냉각된 켄칭된 가스 스트림(629)은 수집 드럼(209)에 도입되어 제2 물 응축물 스트림(631) 및 흡착 공급물 스트림(630)을 생성한다. 제2 물 응축물 스트림(631)은 SWS 컬럼(260)으로 보내질 수 있다. The quenched gas stream (626) is pressurized by the compressor (207) to produce a pressurized quenched gas stream (627). The pressurized quenched gas stream (627) is cooled by the second heat exchanger (208) to produce a cooled quenched gas stream (629). The cooled quenched gas stream (629) is introduced into the collection drum (209) to produce a second water condensate stream (631) and an adsorption feed stream (630). The second water condensate stream (631) can be sent to the SWS column (260).
흡착 공급물 스트림(530)은 제1 단계 흡착 유닛(210)에 도입된다. 도시된 예에서, 제1 단계 흡착 베셀(250)은 흡착 사이클을 거치고 있고, 제1 단계 흡착 베셀(251)은 재생 사이클을 거치고 있으며, 제1 단계 흡착 베셀(252)은 대기 모드에있다. 흡착 공급물 스트림(630)은 흡착 사이클에서 작동하는 제1 단계 흡착 베셀(250)에 제공되며, 흡착 공급물 스트림(630)으로부터 물을 제1 흡착제에 흡착시켜, 황화수소 및 이산화탄소 또는 질소 중 적어도 하나를 함유하는 제1 배출 가스 스트림(632)을 생성한다. 일부 예에서, 흡착 공급물 스트림(630) 중 물의 상당 부분(예를 들어, 대부분 또는 실질적으로 전부)이 흡착 사이클에서 작동하는 제1 단계 흡착 베셀(250)에서 제1 흡착제에 흡착된다. 비교적 소량의 황화수소가 흡착 공급물 스트림(630)으로부터 제1 흡착제에 흡착될 수 있다. 일부 예에서, 제1 배출 가스 스트림(632)은 물을 포함하지 않거나, 단지 미량 또는 측정할 수 없는 양의 물을 포함한다. An adsorption feed stream (530) is introduced into a first stage adsorption unit (210). In the illustrated example, the first stage adsorption vessel (250) is undergoing an adsorption cycle, the first stage adsorption vessel (251) is undergoing a regeneration cycle, and the first stage adsorption vessel (252) is in standby mode. An adsorption feed stream (630) is provided to the first stage adsorption vessel (250) operating in the adsorption cycle, which adsorbs water from the adsorption feed stream (630) onto a first adsorbent to produce a first off-gas stream (632) containing hydrogen sulfide and at least one of carbon dioxide or nitrogen. In some examples, a significant portion (e.g., most or substantially all) of the water in the adsorption feed stream (630) is adsorbed onto the first adsorbent in the first stage adsorption vessel (250) operating in the adsorption cycle. A relatively small amount of hydrogen sulfide may be adsorbed onto the first adsorbent from the adsorption feed stream (630). In some examples, the first exhaust gas stream (632) contains no water, or contains only trace or unmeasurable amounts of water.
제1 배출 가스 스트림(632)은 제2 단계 흡착 유닛(212)에 도입된다. 도시된 예에서, 제2 단계 흡착 베셀(255)은 흡착 사이클을 거치고 있고, 제2 단계 흡착 베셀(256)은 재생 사이클을 거치고 있으며, 제2 단계 흡착 베셀(257)은 대기 모드에 있다. 제1 배출 가스 스트림(632)은 제2 단계 흡착 베셀(255)에 제공되며, 이는 흡착 사이클에서 작동하면서, 제1 배출 가스 스트림(632)으로부터 황화수소를 제2 흡착제로 흡착시켜, 이산화탄소 또는 질소 중 적어도 하나를 함유하는 제2 부산물 스트림(638)을 생성한다. 일부 예에서, 제2 부산물 스트림(638)은 황화수소를 포함하지 않거나, 미량 또는 측정할 수 없는 양의 황화수소를 포함한다.A first off-gas stream (632) is introduced into a second stage adsorption unit (212). In the illustrated example, the second stage adsorption vessel (255) is undergoing an adsorption cycle, the second stage adsorption vessel (256) is undergoing a regeneration cycle, and the second stage adsorption vessel (257) is in standby mode. The first off-gas stream (632) is provided to the second stage adsorption vessel (255), which operates in the adsorption cycle to adsorb hydrogen sulfide from the first off-gas stream (632) to a second adsorbent to produce a second byproduct stream (638) comprising at least one of carbon dioxide or nitrogen. In some examples, the second byproduct stream (638) includes no hydrogen sulfide, or includes trace or unmeasurable amounts of hydrogen sulfide.
제2 부산물 스트림(638)은 제1 부분(639) 및 제2 부분(642)으로 분리된다. 제2 부산물 스트림의 제1 부분(639)은 추가 처리를 위해 열 산화장치(262)에 도입된다. 제2 부산물 스트림(638)의 슬립 스트림이 될 수 있는, 제2 부산물 스트림의 제2 부분(642)은 재생 가스로 사용된다. The second by-product stream (638) is separated into a first portion (639) and a second portion (642). The first portion (639) of the second by-product stream is introduced into a thermal oxidizer (262) for further processing. The second portion (642) of the second by-product stream, which may be a slip stream of the second by-product stream (638), is used as a regeneration gas.
제2 부산물 스트림(638)의 제2 부분(642)은 스트림의 제2 부분(642)으로부터 이산화탄소 가스(CO2)를 분리하는 CO2 분리 부재(650)를 통해 향해진다. 도 6의 예에서, CO2 분리 부재(650)는 스트림(642)으로부터 이산화탄소 가스를 분리하는 CO2 선택적 막이다. 일부 예에서, CO2 분리 부재(650)는 극저온에서 스트림의 제2 부분(642)으로부터 CO2를 분리할 수 있는 극저온 분리 부재이다. CO2 분리 부재(650)의 산출물(예를 들어, CO2 선택적 막 또는 극저온 분리 부재로부터)은 이산화탄소의 스트림(656) 및 풍부화된 질소의 스트림(652)이다.A second portion (642) of the second byproduct stream (638) is directed through a CO2 separation element (650) that separates carbon dioxide gas (CO2) from the second portion (642) of the stream. In the example of FIG. 6, the CO2 separation element (650) is a CO2 selective membrane that separates carbon dioxide gas from the stream (642). In some examples, the CO2 separation element (650) is a cryogenic separation element capable of separating CO2 from the second portion (642) of the stream at cryogenic temperatures. The output of the CO2 separation element (650) (e.g., from the CO2 selective membrane or the cryogenic separation element) is a stream of carbon dioxide (656) and a stream of enriched nitrogen (652).
이산화탄소의 스트림(656)은 이젝터(650)을 통해 열 산화장치(262)로 향하게 된다. CO2 분리 부재(650)로부터 나오는 풍부화된 질소의 스트림(652)은 제1 열 교환기(205)를 통해 가열되어 수소화된 가스 스트림(622)으로부터 열을 교환함으로써 풍부화된 질소의 가열된 스트림(643)을 생성한다. 일부 예에서(도 6에 도시된 바와 같이), 풍부화된 질소의 가열된 스트림(643)은 제3 열 교환기(214)를 통해 추가로 가열되어 풍부화된 질소의 가열된 스트림(645)을 생성한다. 열 교환기(205, 214)는 풍부화된 질소 스트림을 재생 사이클에서 흡착 베셀로부터 황화수소를 탈착하기에 충분한 온도로 가열한다. 풍부화된 질소의 가열된 스트림(645)은 제1 재생 가스 스트림(644) 및 제2 재생 가스 스트림(646)으로 분리되는데, 이들 둘 다 풍부화된 질소 스트림이다. A stream of carbon dioxide (656) is directed to a thermal oxidizer (262) through an ejector (650). A stream of enriched nitrogen (652) from the CO2 separation element (650) is heated through a first heat exchanger (205) to exchange heat with the hydrogenated gas stream (622) to produce a heated stream of enriched nitrogen (643). In some examples (as illustrated in FIG. 6), the heated stream of enriched nitrogen (643) is further heated through a third heat exchanger (214) to produce a heated stream of enriched nitrogen (645). The heat exchangers (205, 214) heat the enriched nitrogen stream to a temperature sufficient to desorb hydrogen sulfide from the adsorption vessel in the regeneration cycle. The heated stream of enriched nitrogen (645) is separated into a first regeneration gas stream (644) and a second regeneration gas stream (646), both of which are enriched nitrogen streams.
제1 재생 가스 스트림(644)(풍부화된 질소 스트림)는 재생 사이클을 거치고 있는 제1 단계 흡착 베셀(251)로 공급되어 제1 흡착제를 재생한다. 탈착은 제1 단계 흡착 베셀(251)에서 발생하며, 여기서 제1 흡착제는 포집된 물과 포집된 비교적 소량의 황화수소(및 임의로 미량의 이산화탄소 및 질소)를 방출하고, 이는 제1 부산물 스트림(636)을 통해 수집된다. 제1 부산물 스트림(636)은 켄치 타워(206)로 라우팅된다. The first regeneration gas stream (644) (enriched nitrogen stream) is fed to the first stage adsorption vessel (251) undergoing a regeneration cycle to regenerate the first adsorbent. Desorption occurs in the first stage adsorption vessel (251) where the first adsorbent releases captured water and a relatively small amount of captured hydrogen sulfide (and optionally trace amounts of carbon dioxide and nitrogen), which are collected via the first byproduct stream (636). The first byproduct stream (636) is routed to the quench tower (206).
재생 사이클을 거치고 있는 제2 단계 흡착 베셀(256)의 재생을 위해, 제2 재생 가스 스트림(646)(풍부화된 질소 스트림)이 재생을 위해 제2 단계 흡착 베셀(256)에 도입된다. 재생 사이클에서, 황화수소는 제2 단계 흡착 베셀(256)의 제2 흡착제로부터 탈착되어 황화수소 및 이산화탄소 또는 질소 중 적어도 하나를 함유하는 제2 배출 가스 스트림(640)을 생성한다. 제2 배출 가스 스트림(640)은 추가 처리를 위해 클라우스 유닛의 반응로(264)에 도입된다.For regeneration of the second stage adsorption vessel (256) undergoing a regeneration cycle, a second regeneration gas stream (646) (enriched nitrogen stream) is introduced into the second stage adsorption vessel (256) for regeneration. In the regeneration cycle, hydrogen sulfide is desorbed from the second adsorbent of the second stage adsorption vessel (256) to produce a second off-gas stream (640) containing hydrogen sulfide and at least one of carbon dioxide or nitrogen. The second off-gas stream (640) is introduced into a reactor (264) of the Claus unit for further processing.
풍부화된 질소 스트림을 사용하여 제1 단계 흡착 베셀(251) 및 제2 단계 흡착 베셀(256)을 재생하는 것은, 예를 들어, 제1 및 제2 단계 흡착 베셀(251, 256)로부터 황화수소의 제거를 용이하여, 흡착 사이클 동안 황화수소 흡착 용량을 개선할 수 있는 이점을 가질 수 있다.Regenerating the first stage adsorption vessel (251) and the second stage adsorption vessel (256) using an enriched nitrogen stream may have the advantage of, for example, facilitating the removal of hydrogen sulfide from the first and second stage adsorption vessels (251, 256), thereby improving the hydrogen sulfide adsorption capacity during the adsorption cycle.
도 7a를 참조하면, 클라우스 테일 가스로부터 황화수소를 제거하기 위한 예시적 공정에서, 클라우스 테일 가스 스트림 중의 황 함유 화합물을 수소화 반응기에서 황화수소로 전환하여 수소화된 가스 스트림을 생성한다(700). 수소화된 가스 스트림은 황화수소, 물, 및 이산화탄소 또는 질소 중 적어도 하나를 함유한다. 수소화된 가스 스트림을 켄치 타워에 공급하여 액체수를 물 응축물 스트림으로 응축함으로써 켄칭된 가스 스트림을 생성한다(702). 켄칭된 가스 스트림은 황화수소, 물, 및 이산화탄소 또는 질소 중 적어도 하나를 함유한다.Referring to FIG. 7a, in an exemplary process for removing hydrogen sulfide from a cloud tail gas, sulfur-containing compounds in a cloud tail gas stream are converted into hydrogen sulfide in a hydrogenation reactor to produce a hydrogenated gas stream (700). The hydrogenated gas stream contains hydrogen sulfide, water, and at least one of carbon dioxide or nitrogen. The hydrogenated gas stream is fed to a quench tower to condense liquid water into a water condensate stream, thereby producing a quenched gas stream (702). The quenched gas stream contains hydrogen sulfide, water, and at least one of carbon dioxide or nitrogen.
켄칭된 가스 스트림을 압축기에서 가압하고, 냉각하고, 제1 흡착 유닛의 제1 단계 흡착 베셀에 공급하여 제1 단계 흡착 베셀의 흡착제 상에 켄칭된 가스 스트림으로부터 물을 흡착함으로써 제1 배출 가스 스트림을 생성한다(704). 일부 예에서, 냉각되고 가압되고 켄칭된 가스 스트림은 수집 드럼에 공급되어 액체수를 회수함으로써 흡착 공급물을 생성하고, 흡착 공급물은 제1 단계 흡착 베셀에 공급된다. 제1 배출 가스 스트림은 황화수소 및 이산화탄소 또는 질소 중 적어도 하나를 포함한다. 제1 배출 가스 스트림을 제2 흡착 유닛의 제2 단계 흡착 베셀에 공급하여 제2 단계 흡착 베셀의 흡착제 상에 황화수소를 흡착함으로써 제2 부산물 가스 스트림을 생성한다(706). 제2 부산물 가스 스트림은 이산화탄소 또는 질소 중 적어도 하나를 함유한다.The quenched gas stream is pressurized in a compressor, cooled, and fed to a first stage adsorption vessel of a first adsorption unit to adsorb water from the quenched gas stream onto the adsorbent in the first stage adsorption vessel, thereby producing a first off-gas stream (704). In some examples, the cooled, pressurized, and quenched gas stream is fed to a collection drum to recover liquid water, thereby producing an adsorption feed, which is fed to the first stage adsorption vessel. The first off-gas stream comprises hydrogen sulfide and at least one of carbon dioxide or nitrogen. The first off-gas stream is fed to a second stage adsorption vessel of a second adsorption unit to adsorb hydrogen sulfide onto the adsorbent in the second stage adsorption vessel, thereby producing a second by-product gas stream (706). The second by-product gas stream comprises at least one of carbon dioxide or nitrogen.
제2 부산물 가스 스트림의 제1 부분을 이산화탄소 스트림 및 풍부화된 질소 스트림으로 분리한다(708). 일부 예에서, 제2 부산물 가스 스트림의 제2 부분을 질소 스트림 및 이산화탄소 스트림으로 분리하는 것은 이산화탄소 분리막에 진공을 적용하여 완수된다. 일부 예에서, 분리는 이젝터를 통해 이산화탄소 스트림을 열 산화장치로 흘려보냄으로써 완수된다. 일부 예에서, 분리는 극저온 분리 공정이다.A first portion of the second by-product gas stream is separated into a carbon dioxide stream and an enriched nitrogen stream (708). In some instances, separating the second portion of the second by-product gas stream into a nitrogen stream and a carbon dioxide stream is accomplished by applying a vacuum to the carbon dioxide separation membrane. In some instances, the separation is accomplished by flowing the carbon dioxide stream through an ejector into a thermal oxidizer. In some instances, the separation is a cryogenic separation process.
이산화탄소 스트림을 열 산화장치로 향하게 한다(710). 풍부화된 질소 스트림은 예를 들어 수소화된 가스 스트림으로부터의 열로, 상류에서 가열될 수 있다. 풍부화된 질소 스트림의 제1 부분을 제1 단계 흡착 베셀에서 흡착제로부터 물의 탈착에 의해 제1 단계 흡착 베셀에서 흡착제의 재생을 위해 제1 단계 흡착 베셀에 공급하여, 제1 단계 흡착 베셀에서 흡착제로부터 물을 탈착함으로써 제1 부산물 가스 스트림을 생성한다(712). 제1 부산물 가스 스트림은 이산화탄소 또는 질소 중 적어도 하나를 함유한다. 일부 예에서, 제1 부산물 가스 스트림은 켄치 타워에 공급되는 수소화된 가스 스트림과 합쳐진다.A carbon dioxide stream is directed to a thermal oxidizer (710). The enriched nitrogen stream can be heated upstream, for example, with heat from the hydrogenated gas stream. A first portion of the enriched nitrogen stream is fed to a first stage adsorption vessel for regeneration of the adsorbent in the first stage adsorption vessel by desorption of water from the adsorbent in the first stage adsorption vessel, thereby producing a first by-product gas stream by desorption of water from the adsorbent in the first stage adsorption vessel (712). The first by-product gas stream contains at least one of carbon dioxide or nitrogen. In some examples, the first by-product gas stream is combined with a hydrogenated gas stream fed to a quench tower.
풍부화된 질소 스트림의 제2 부분은 제2 단계 흡착 베셀에서 흡착제의 재생을 위해 제2 단계 흡착 베셀에 공급된다(714). 제2 부산물 가스 스트림의 제2 부분 재생 사이클 동안 제2 단계 흡착 베셀로부터의 산출물은 황화수소를 함유하는 제2 배출 가스이다. 제2 배출 가스는 클라우스 테일 가스를 생성한 클라우스 유닛의 반응로와 같은 반응로에 공급될 수 있다.A second portion of the enriched nitrogen stream is fed to the second stage adsorption vessel for regeneration of the adsorbent in the second stage adsorption vessel (714). The output from the second stage adsorption vessel during the second portion regeneration cycle of the second byproduct gas stream is a second off-gas containing hydrogen sulfide. The second off-gas can be fed to a reactor, such as a reactor of the Claus unit that produced the Claus tail gas.
제2 부산물 가스 스트림의 제3 부분은 열 산화장치에 공급된다. 일부 예에서, 제2 부산물 가스 스트림의 제1 및 제2 부분은 함께 제2 부산물 가스 스트림의 슬립 스트림이다.A third portion of the second by-product gas stream is fed to a thermal oxidizer. In some instances, the first and second portions of the second by-product gas stream together are a slip stream of the second by-product gas stream.
도 7b를 참조하면, 클라우스 테일 가스로부터 황화수소를 제거하기 위한 예시적 공정에서, 클라우스 테일 가스 스트림 중의 황 함유 화합물을 수소화 반응기에서 황화수소로 전환하여 수소화된 가스 스트림을 생성한다(750). 수소화된 가스 스트림은 황화수소, 물, 및 이산화탄소 또는 질소 중 적어도 하나를 함유한다. 수소화된 가스 스트림을 켄치 타워에 공급하여 액체수를 물 응축물 스트림으로 응축함으로써 켄칭된 가스 스트림을 생성한다(752). 켄칭된 가스 스트림은 황화수소, 물, 및 이산화탄소 또는 질소 중 적어도 하나를 함유한다.Referring to FIG. 7b, in an exemplary process for removing hydrogen sulfide from a cloud tail gas, sulfur-containing compounds in a cloud tail gas stream are converted into hydrogen sulfide in a hydrogenation reactor to produce a hydrogenated gas stream (750). The hydrogenated gas stream contains hydrogen sulfide, water, and at least one of carbon dioxide or nitrogen. The hydrogenated gas stream is fed to a quench tower to condense liquid water into a water condensate stream, thereby producing a quenched gas stream (752). The quenched gas stream contains hydrogen sulfide, water, and at least one of carbon dioxide or nitrogen.
켄칭된 가스 스트림을 압축기에서 가압하고, 냉각하고, 제1 흡착 유닛의 제1 단계 흡착 베셀에 공급하여 제1 단계 흡착 베셀의 흡착제 상에 켄칭된 가스 스트림으로부터 물을 흡착함으로써 제1 배출 가스 스트림을 생성한다(754). 일부 예에서, 냉각되고 가압되고 켄칭된 가스 스트림은 수집 드럼에 공급되어 액체수를 회수함으로써 흡착 공급물을 생성하고, 흡착 공급물은 제1 단계 흡착 베셀에 공급된다. 제1 배출 가스 스트림은 황화수소 및 이산화탄소 또는 질소 중 적어도 하나를 포함한다. 제1 배출 가스 스트림을 제2 흡착 유닛의 제2 단계 흡착 베셀에 공급하여 제2 단계 흡착 베셀의 흡착제 상에 황화수소를 흡착함으로써 제2 부산물 가스 스트림을 생성한다(756). 제2 부산물 가스 스트림은 이산화탄소 또는 질소 중 적어도 하나를 함유한다. 제2 부산물 가스 스트림은, 예를 들어, 수소화된 가스 스트림의 열로 가열된다.The quenched gas stream is pressurized in a compressor, cooled, and fed to a first stage adsorption vessel of a first adsorption unit to adsorb water from the quenched gas stream onto the adsorbent in the first stage adsorption vessel, thereby producing a first off-gas stream (754). In some examples, the cooled, pressurized, and quenched gas stream is fed to a collection drum to recover liquid water to produce an adsorption feed, which is fed to the first stage adsorption vessel. The first off-gas stream comprises hydrogen sulfide and at least one of carbon dioxide or nitrogen. The first off-gas stream is fed to a second stage adsorption vessel of a second adsorption unit to adsorb hydrogen sulfide onto the adsorbent in the second stage adsorption vessel, thereby producing a second by-product gas stream (756). The second by-product gas stream comprises at least one of carbon dioxide or nitrogen. The second by-product gas stream is heated, for example, with the heat of the hydrogenated gas stream.
제2 부산물 가스 스트림의 제1 부분을 제1 단계 흡착 베셀에서 흡착제로부터 물의 탈착에 의해 제1 단계 흡착 베셀에서 흡착제의 재생을 위해 제1 단계 흡착 베셀에 공급하여, 제1 단계 흡착 베셀에서 흡착제로부터 물을 탈착함으로써 제1 부산물 가스 스트림을 생성한다(758). 제1 부산물 가스 스트림은 이산화탄소 또는 질소 중 적어도 하나를 포함한다. 일부 예에서, 제1 부산물 가스 스트림은 켄칭 타워에 공급되는 수소화된 가스 스트림과 합쳐진다. A first portion of the second by-product gas stream is fed to the first stage adsorption vessel for regeneration of the adsorbent in the first stage adsorption vessel by desorption of water from the adsorbent in the first stage adsorption vessel, thereby generating a first by-product gas stream by desorption of water from the adsorbent in the first stage adsorption vessel (758). The first by-product gas stream comprises at least one of carbon dioxide or nitrogen. In some examples, the first by-product gas stream is combined with a hydrogenated gas stream fed to the quench tower.
제2 부산물 가스 스트림의 제2 부분은 제2 단계 흡착 베셀에서 흡착제의 재생을 위해 제2 단계 흡착 베셀에 공급된다(760). 일정량의 시간이 경과한 후, 제2 단계 흡착 베셀로 제2 부산물 스트림의 제2 부분의 공급을 중단하고(762), 고순도 질소 스트림을, 예를 들어 극저온 탱크로부터, 제2 단계 흡착 베셀에 공급한다(764). 재생 사이클 동안 제2 단계 흡착 베셀의 산출물은 황화수소를 함유하는 제2 배출 가스이다. 제2 배출 가스는 클라우스 테일 가스를 생성한 클라우스 유닛의 반응로와 같은 반응로에 공급할 수 있다.A second portion of the second by-product gas stream is fed to the second stage adsorption vessel for regeneration of the adsorbent in the second stage adsorption vessel (760). After a predetermined amount of time, the feeding of the second portion of the second by-product stream to the second stage adsorption vessel is stopped (762) and a high purity nitrogen stream, for example from a cryogenic tank, is fed to the second stage adsorption vessel (764). The output of the second stage adsorption vessel during the regeneration cycle is a second exhaust gas containing hydrogen sulfide. The second exhaust gas can be fed to a reactor, such as a reactor of a Claus unit that produced the Claus tail gas.
실시예 Example
실시예 1: 제2 단계 흡착제 물질로서의 CuY 제올라이트Example 1: CuY zeolite as a second stage adsorbent material
이 실시예에서, Cu 이온으로 이온 교환된 Y-제올라이트("CuY 제올라이트" 또는 "CuY"라고 함)를 제2 단계 흡착 사이클을 위한 흡착제 물질로 사용하여, 황화수소를 이산화탄소로부터 분리한다. CuY의 높은 극성은 흡착제 물질과 황화수소 사이의 높은 친화도를 초래한다.In this example, Y-zeolite ion-exchanged with Cu ions (hereinafter referred to as “CuY zeolite” or “CuY”) is used as an adsorbent material for a second-stage adsorption cycle to separate hydrogen sulfide from carbon dioxide. The high polarity of CuY results in a high affinity between the adsorbent material and hydrogen sulfide.
어떤 화학 공정도 일어나지 않는다는 가정을 기반으로 하여 그랜드 캐노니컬 몬테 카를로(Grand Canonical Monte Carlo)(GCMC) 시뮬레이션 기법을 수행하여 CuY 상에 황화수소의 흡착을 결정하였다. 고체와 가스의 전체 시스템에 대한 GCMC 시뮬레이션의 경우, 6x106 몬테 카를로 단계를 수행하여 시스템이 평형에 도달하도록 하고 추가적인 6x106 단계를 수행하여 통계적 평균을 수득하였다. 혼합물에 어떤 다른 경쟁 가스가 존재하지 않는다는 가정 하에 시뮬레이션을 수행하였다.The adsorption of hydrogen sulfide on CuY was determined by performing the Grand Canonical Monte Carlo (GCMC) simulation technique assuming that no chemical process occurs. For the GCMC simulation of the entire system of solid and gas, 6x10 6 Monte Carlo steps were performed to allow the system to reach equilibrium and then an additional 6x10 6 steps were performed to obtain a statistical average. The simulations were performed under the assumption that no other competing gases were present in the mixture.
각각의 열역학적 지점에서 시스템 상에 흡착된 가스 분자의 흡착 용량(그램(g)당 밀리몰(mmol), mmol/g)이 계산되었다. 결과는 도 8에 나타냈다. 이들 결과는 CuY 상에 1% H2S의 흡착 용량이 1 barg 및 298 켈빈(K)에서 0.8 mmol/g에 접근함을 나타낸다. At each thermodynamic point, the adsorption capacity (in millimoles (mmol) per gram (g), mmol/g) of gas molecules adsorbed on the system was calculated. The results are shown in Fig. 8. These results indicate that the adsorption capacity of 1% H 2 S on CuY approaches 0.8 mmol/g at 1 barg and 298 Kelvin (K).
실시예 2: 흡착 기반 테일 가스 처리 공정의 시뮬레이션Example 2: Simulation of an adsorption-based tail gas treatment process
Aspen 시뮬레이션을 수행하여 동시 연소 및 3단계 클라우스 구성을 갖춘 초희박 가스 플랜트(20% H2S 산성 가스 스트림)의 클라우스 테일 가스 조성을 결정하였다. 산성 가스 유량은 5000만 표준 입방 피트/일(MMSCFD)로 정의되었다. 시뮬레이션은 수소화 반응기로부터 물 제거 단계까지의 흡착 기반 테일 가스 처리 공정을 다루었다. An Aspen simulation was performed to determine the cloud tail gas composition of an ultra-lean gas plant (20% H2S acid gas stream) with co-firing and a three-stage cloud configuration. The acid gas flow rate was defined as 50 million standard cubic feet per day (MMSCFD). The simulation covered the adsorption-based tail gas treatment process from the hydrogenation reactor to the water removal stage.
도 9는 이 시뮬레이션에 대한 공정 흐름도(900)을 나타낸다. 수소화 반응기로부터의 황 회수 유닛(SRU) 공급물 스트림(910)은 압축기(902)에 진입하고, 압축기로부터의 압축된 가스 산출물은 냉각기(904)에 공급된다. 냉각기로부터의 냉각된 가스 산출물은 분리기(905)에 의해 물 흡착 베셀로 향하게 되는 제1 스트림(906) 및 사워 워터 스트리퍼로 향하게 되는 제2 스트림(908)으로 분리된다. 표 1은 공급물 스트림으로부터 물 흡착 베셀로의 시뮬레이션된 가스 조성 유량을 나타낸다. Figure 9 shows a process flow diagram (900) for this simulation. A sulfur recovery unit (SRU) feed stream (910) from a hydrogenation reactor enters a compressor (902) and the compressed gas output from the compressor is fed to a cooler (904). The cooled gas output from the cooler is separated by a separator (905) into a first stream (906) directed to a water adsorption vessel and a second stream (908) directed to a sour water stripper. Table 1 shows the simulated gas composition flow rates from the feed stream to the water adsorption vessel.
[표 1][Table 1]
시뮬레이션된 가스 유량 조성Simulated gas flow composition
실시예 3: 흡착 기반 테일 가스 처리 공정의 시뮬레이션Example 3: Simulation of an adsorption-based tail gas treatment process
테일 가스 처리 공정의 물 제거 단계에 대한 Aspen 시뮬레이션을 수행하여 특정 가스 유량 및 24시간 흡착 사이클에 대한 흡착 베셀의 크기를 결정하였다.Aspen simulations were performed for the water removal step of the tail gas treatment process to determine the size of the adsorption vessel for a given gas flow rate and 24-hour adsorption cycle.
도 10은 이 시뮬레이션에 대한 공정 흐름도(950)를 나타낸다. 분리기(905)로부터의 제1 스트림(906)(도 9 참조)을 흡착제 물질로서 분자체 3A를 갖는 물 흡착 베셀(952)로 향하게 한다. 흡착 베셀(952)은 3.3 미터(m)의 직경 및 8.6 m의 높이를 갖는다. 흡착 사이클은 24시간(86400초)이었다.Figure 10 shows a process flow diagram (950) for this simulation. A first stream (906) (see Figure 9) from a separator (905) is directed to a water adsorption vessel (952) having molecular sieve 3A as an adsorbent material. The adsorption vessel (952) has a diameter of 3.3 meters (m) and a height of 8.6 m. The adsorption cycle was 24 hours (86400 s).
도 11은 86400초 흡착 사이클 동안 물 제거 흡착 베셀(952)에서의 물의 파과 곡선을 나타낸다. y축 라벨은 molH2O/moltot(가스 혼합물의 총 mol로 나눈 물의 mol)이다. 표 2는 분리기(905)로부터 물 흡착 베셀(952)(스트림 S1)로의 시뮬레이션된 가스 조성 유량 및 물 흡착 베셀(952)로부터 황화수소 흡착 베셀(스트림 S2)로의 시뮬레이션된 가스 조성 유량을 나타낸다.Figure 11 shows the breakthrough curve of water in the water removal adsorption vessel (952) during the 86400 s adsorption cycle. The y-axis labels are mol H2O /mol tot (mol of water divided by total mol of gas mixture). Table 2 shows the simulated gas composition flow rates from the separator (905) to the water adsorption vessel (952) (stream S1) and the simulated gas composition flow rates from the water adsorption vessel (952) to the hydrogen sulfide adsorption vessel (stream S2).
[표 2][Table 2]
시뮬레이션된 가스 유량 조성Simulated gas flow composition
실시예 4: 흡착 기반 테일 가스 처리 공정의 시뮬레이션Example 4: Simulation of an adsorption-based tail gas treatment process
테일 가스 처리 공정의 황화수소 제거 단계에 대한 Aspen 시뮬레이션을 수행하여 특정 가스 유량 및 24시간 흡착 사이클에 대한 흡착 베셀의 크기를 결정하였다.Aspen simulations were performed for the hydrogen sulfide removal step of a tail gas treatment process to determine the size of the adsorption vessel for a given gas flow rate and 24-hour adsorption cycle.
도 12는 이 시뮬레이션에 대한 공정 흐름도(50)를 나타낸다. 물 흡착 베셀(952)(도 10)로부터의 스트림 S1을 흡착제 물질로 CuY 제올라이트를 갖는 황화수소 흡착 베셀(52)로 향하게 한다. 흡착 베셀(52)은 4.63 미터(m)의 직경 및 12.1 m의 높이를 갖는다. 흡착 사이클은 24시간(86,400초)이었다.Figure 12 shows a process flow diagram (50) for this simulation. Stream S1 from a water adsorption vessel (952) (Figure 10) is directed to a hydrogen sulfide adsorption vessel (52) having CuY zeolite as an adsorbent material. The adsorption vessel (52) has a diameter of 4.63 meters (m) and a height of 12.1 m. The adsorption cycle was 24 hours (86,400 s).
도 13a는 86,400초 흡착 사이클 동안 황화수소 흡착 베셀(52)에서 질소(곡선 54) 및 이산화탄소(곡선 56)의 파과 곡선을 나타낸다. 도 13b는 황화수소 흡착 베셀(52)에서 황화수소의 파과 곡선을 나타낸다. 도 13a 및 13b의 경우 y축 라벨은 molH2O/moltot(가스 혼합물의 총 mol로 나눈 물의 mol)이다. 표 3은 물 흡착 베셀(952)로부터 황화수소 흡착 베셀(52)(스트림 S3)로의 시뮬레이션된 가스 조성 유량 및 황화수소 흡착 베셀(952)로부터 열 산화장치로의 및/또는 재생 슬립 스트림(스트림 S4)으로서의 시뮬레이션된 가스 조성 유량을 나타낸다.Figure 13a shows breakthrough curves for nitrogen (curve 54) and carbon dioxide (curve 56) in the hydrogen sulfide adsorption vessel (52) over an 86,400 second adsorption cycle. Figure 13b shows breakthrough curves for hydrogen sulfide in the hydrogen sulfide adsorption vessel (52). For Figures 13a and 13b, the y-axis labels are mol H2O /mol tot (mol of water divided by total mol of gas mixture). Table 3 shows the simulated gas composition flow rates from the water adsorption vessel (952) to the hydrogen sulfide adsorption vessel (52) (stream S3) and the simulated gas composition flow rates from the hydrogen sulfide adsorption vessel (952) to the thermal oxidizer and/or as a regeneration slip stream (stream S4).
[표 3][Table 3]
시뮬레이션된 가스 유량 조성Simulated gas flow composition
주제의 특정한 실시양태가 기재되어 있다. 다른 실시양태는 다음의 청구범위의 범위 내에 있다.Specific embodiments of the subject matter are described. Other embodiments are within the scope of the following claims.
Claims (29)
수소화 반응기에서, 클라우스 테일 가스(Claus tail gas) 스트림 중의 황 함유 화합물을 황화수소로 전환하여 황화수소, 물, 및 이산화탄소 또는 질소 중 적어도 하나를 포함하는 수소화된 가스 스트림을 생성하는 단계;
수소화된 가스 스트림을 켄치 타워(quench tower)에 공급하여 액체수(liquid water)를 물 응축물 스트림(water condensate stream)으로 응축함으로써 켄칭된(quenched) 가스 스트림을 생성하는 단계;
켄칭된 가스 스트림을 제1 단계 흡착 유닛의 제1 단계 흡착 베셀(adsorption vessel)에 공급하여 켄칭된 가스 스트림으로부터 물을 흡착함으로써 제1 배출 가스 스트림을 생성하는 단계;
제1 배출 가스 스트림을 제2 단계 흡착 유닛의 제2 단계 흡착 베셀에 공급하여 제1 배출 가스 스트림으로부터 황화수소를 흡착함으로써 제2 부산물 가스 스트림을 생성하는 단계;
제2 부산물 가스 스트림의 적어도 일부를 이산화탄소 스트림 및 풍부화된(enriched) 질소 스트림으로 분리하는 단계; 및
풍부화된 질소 스트림의 일부를 제2 단계 흡착 베셀에 공급함으로써 제2 단계 흡착 베셀을 재생하여 제2 배출 가스 스트림을 생성하는 단계
를 포함하는, 황 회수 방법.As a method of recovering sulfur,
In a hydrogenation reactor, a step of converting sulfur-containing compounds in a Claus tail gas stream into hydrogen sulfide to produce a hydrogenated gas stream comprising hydrogen sulfide, water, and at least one of carbon dioxide and nitrogen;
A step of supplying a hydrogenated gas stream to a quench tower to condense liquid water into a water condensate stream, thereby producing a quenched gas stream;
A step of supplying the quenched gas stream to a first stage adsorption vessel of a first stage adsorption unit to adsorb water from the quenched gas stream, thereby generating a first exhaust gas stream;
A step of supplying a first exhaust gas stream to a second stage adsorption vessel of a second stage adsorption unit to adsorb hydrogen sulfide from the first exhaust gas stream, thereby generating a second by-product gas stream;
separating at least a portion of the second by-product gas stream into a carbon dioxide stream and an enriched nitrogen stream; and
A step of regenerating the second stage adsorption vessel by supplying a portion of the enriched nitrogen stream to the second stage adsorption vessel to produce a second exhaust gas stream.
A method for recovering sulfur, comprising:
클라우스 테일 가스 스트림 중의 황 함유 화합물을 황화수소로 전환하여 수소화된 가스 스트림을 생성하도록 구성된 수소화 반응기;
수소화 반응기에 유체공학적으로 연결되어 있으며 수소화된 가스 스트림을 수용하고 액체수를 물 응축물 스트림으로 응축함으로써 켄칭된 가스 스트림을 생성하도록 구성된 켄치 타워;
제1 단계 흡착 베셀을 포함하는 제1 단계 흡착 유닛으로서, 제1 단계 흡착 사이클 동안, 켄치 타워에 유체공학적으로 연결되어 있으며 켄칭된 가스 스트림을 수용하고 켄칭된 가스 스트림으로부터 물을 흡착함으로써 제1 배출 가스 스트림을 생성하도록 구성된, 제1 단계 흡착 유닛;
제2 단계 흡착 베셀을 포함하는 제2 단계 흡착 유닛으로서, 제2 단계 흡착 사이클 동안, 제1 단계 흡착 베셀에 유체공학적으로 연결되어 있으며 제1 배출 가스 스트림을 수용하고 제1 배출 가스 스트림으로부터 황화수소를 흡착함으로써 제2 부산물 가스 스트림을 생성하도록 구성된, 제2 단계 흡착 유닛;
제2 부산물 가스 스트림의 적어도 일부를 수용하고 제2 부산물 가스 스트림의 일부를 이산화탄소 스트림 및 풍부화된 질소 스트림으로 분리하도록 구성된 이산화탄소 분리 부재(separation element)
를 포함하고;
여기서 제2 단계 흡착 베셀이 제2 단계 재생 사이클 동안, 풍부화된 질소 스트림의 일부를 수용하도록 구성된 것인, 클라우스 테일 가스로부터의 황 회수를 위한 시스템.As a system for recovering sulfur from Claus tail gas,
A hydrogenation reactor configured to convert sulfur-containing compounds in a cloud tail gas stream into hydrogen sulfide to produce a hydrogenated gas stream;
A quench tower fluidically connected to the hydrogenation reactor and configured to receive a hydrogenated gas stream and condense liquid water into a water condensate stream to produce a quenched gas stream;
A first stage adsorption unit comprising a first stage adsorption vessel, wherein the first stage adsorption unit is fluidically connected to the quench tower and configured to receive a quenched gas stream and adsorb water from the quenched gas stream during a first stage adsorption cycle, thereby producing a first effluent gas stream;
A second stage adsorption unit comprising a second stage adsorption vessel, wherein the second stage adsorption unit is fluidically connected to the first stage adsorption vessel and configured to receive a first effluent gas stream and adsorb hydrogen sulfide from the first effluent gas stream during a second stage adsorption cycle, thereby producing a second by-product gas stream;
A carbon dioxide separation element configured to receive at least a portion of the second by-product gas stream and separate the portion of the second by-product gas stream into a carbon dioxide stream and an enriched nitrogen stream.
including;
A system for sulfur recovery from cloud tail gas, wherein the second stage adsorption vessel is configured to receive a portion of the enriched nitrogen stream during the second stage regeneration cycle.
수소화 반응기에서, 클라우스 테일 가스 스트림 중의 황 함유 화합물을 황화수소로 전환하여 황화수소, 물, 및 이산화탄소 또는 질소 중 적어도 하나를 포함하는 수소화된 가스 스트림을 생성하는 단계;
수소화된 가스 스트림을 켄치 타워에 공급하여 액체수를 물 응축물 스트림으로 응축함으로써 켄칭된 가스 스트림을 생성하는 단계;
켄칭된 가스 스트림을 제1 단계 흡착 유닛의 제1 단계 흡착 베셀에 공급하여 켄칭된 가스 스트림으로부터 물을 흡착함으로써 제1 배출 가스 스트림을 생성하는 단계;
제1 배출 가스 스트림을 제2 단계 흡착 유닛의 제2 단계 흡착 베셀에 공급하여 제1 배출 가스 스트림으로부터 황화수소를 흡착함으로써 제2 부산물 가스 스트림을 생성하는 단계; 및
제2 단계 흡착 베셀을 재생하여 제2 배출 가스 스트림을 생성하는 단계로서, 여기서 제2 단계 흡착 베셀을 재생하는 단계가 제2 부산물 가스 스트림의 일부 및 질소 스트림을 제2 단계 흡착 베셀에 공급하는 단계를 포함하는 것인 단계
를 포함하는, 황 회수 방법.As a method of recovering sulfur,
In a hydrogenation reactor, a step of converting sulfur-containing compounds in a cloud tail gas stream into hydrogen sulfide to produce a hydrogenated gas stream comprising hydrogen sulfide, water, and at least one of carbon dioxide and nitrogen;
A step of supplying a hydrogenated gas stream to a quench tower to condense liquid water into a water condensate stream, thereby producing a quenched gas stream;
A step of supplying the quenched gas stream to a first stage adsorption vessel of a first stage adsorption unit to adsorb water from the quenched gas stream, thereby generating a first exhaust gas stream;
A step of supplying a first exhaust gas stream to a second stage adsorption vessel of a second stage adsorption unit to adsorb hydrogen sulfide from the first exhaust gas stream, thereby generating a second by-product gas stream; and
A step of regenerating the second stage adsorption vessel to produce a second off-gas stream, wherein the step of regenerating the second stage adsorption vessel comprises the step of supplying a portion of the second by-product gas stream and a nitrogen stream to the second stage adsorption vessel.
A method for recovering sulfur, comprising:
제2 부산물 가스 스트림의 일부를 제1 기간 동안 제2 단계 흡착 베셀에 공급하는 단계; 및
질소 가스 스트림을 제1 기간 후에 제2 기간 동안 제2 단계 흡착 베셀에 공급하는 단계
를 포함하는 것인 방법.
In the 27th paragraph, the step of regenerating the second stage adsorption vessel is
The step of supplying a portion of the second by-product gas stream to the second stage adsorption vessel during the first period; and
A step of supplying a nitrogen gas stream to a second stage adsorption vessel for a second period after a first period.
A method comprising:
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