原油真空蒸馏的不可冷凝气体的脱硫 【发明背景】
本发明涉及用于从原油重馏份的真空蒸馏得来的不可冷凝气体中消除硫化氢的装置和方法。
在大多数情况下，这些气体在同一蒸馏柱的炉子中直接烧掉。但是，由于在燃烧期间形成二氧化硫并从炉子烟囱中流出，这种操作模式造成大气污染。而且，气体中存在的水气和硫化氢常常是相关装置中显著腐蚀现象的原因。
有关控制废气和处理原油(其中硫含量越来越高)的愈加严格的国际规定迫使气体必须受到处理，使得消除硫化氢的目标在某些情况下甚至能够高达50％(重量)。
另一方面，不同因素使得难于设计有效而方便地脱硫系统。事实上，使用胺冲洗系统(为此目的通常用于炼油厂)在此情况下特别有害，并由于氧的存在使胺变质以致常常形成和夹带泡沫而变得不经济(氧通常以显著量存在于待脱硫的气流中)。
另一困难由于下列事实而产生，就是从真空系统来的气体在仅仅稍许高于大气的压力下才可使用，使得脱硫系统必须具有极低压力差，以便使气体能被输送而用于燃烧，不需要求助于使用压力系统。
为了从气体混合物中消除H2S而使用氨溶液是一种周知的方法，它以下列反应为基础：
再次，实际实现有效而方便的方法现在仍然受各种操作困难的阻碍。目前已知的将H2S减少到可接受的限度内的装置和方法要求使用其量明显超过化学计量比的NH3量，要求使用非常稀的溶液以考虑通常使用的温度，并在任何情况下需要求助于十分高的操作压力。此外，其它方法依靠冲洗溶液的高的再循环流速，从而增加投资费用和能量消耗。最后，至今使用的处理方法没有一个能够保证压力降可以与上述要求兼容。
发明概述
现在提出的本发明克服了先前提到的限制和早先的技术问题，制成利用氨溶液对含H2S的气体可以进行脱硫的装置和技术。本发明能将提供的回收产额显著高于传统方法得到的回收产额。
本发明的附加目的是，即使不使用超过化学计量量的氨量，也能充分地除去H2S。
本发明还利用氨溶液来达到实现脱硫的装置和方法的目的，其中脱硫气体被完全除去HN3。
本发明的另一目的是实现的装置和方法特别适合于利用压力基本上等于大气压力的氨溶液来获得气体的充分脱硫。
本发明另外的一个目的是利用氨溶液提供足够的气体脱硫作用，可以利用这样的方法和装置，它们不会在接受脱硫处理的气流中产生显著的压力降。
本发明的又一个目的是减少在脱硫处理中使用的液体量，使得实施从液相连续分离气体的装置不会过载。
最后，本发明的一个附加目的是实现一种装有填充床的装置，它能够提供高的质量迁移，同时设有一种相对于传统装置具有改善性能的分配装置，以灌注柱区中的填充床，这过程同时比已知的类似装置具有更简单和更经济的结构。
在对从原油重馏份的真空蒸馏中得到的不可压缩的气体中进行脱硫时可以获得上述和其它目的，方法是提供对上述气体具有第一和第二接触区的脱硫柱。在第一区和第二区之间提供氨溶液，在第二区段之上向柱的顶部提供水。提供适当装置以促进所述柱的所述第一和第二区段的填充床的润湿。
根据本发明装置的另一特征，所述润湿用的机构采取在脱硫柱的所述区段中的液体分布装置的形式，每个液体分配装置设有一个具有穿孔底座的圆筒体。
本发明的装置还有下列特征，就是所述分配装置可以包括一个环，该环置于所述圆筒体的上方，适合于收集和分配输送到柱的所述第一区段上的液流。
脱硫柱的两个区段最好填充无序的或叠置的填充材料，如以商标CASCADE MINIRINGS出售的，或填充结构填充材料，如以商标GEMPAK出售的。
本方法包括：
第一阶段，其中含H2S并形成初始气体混合物的气体与新鲜氨溶液相接触并与从第二阶段来的水溶液接触；
所述第二阶段，其中从第一阶段释放的气流与水接触，从所述第二阶段中的气液接触得到的水溶液被送到上述第一阶段。
从所述第二阶段形成的该水溶液是氨溶液，是由通过在送到第二阶段的水和从第一阶段上升的气体夹带的氨之间的接触而得到的。第一阶段中利用的氨溶液包含可用于与所述初始气体混合物中包含的H2S反应的化学计量的氨量。
本发明的方法还有下述特征，就是所述初始气体混合物包含高达500,000ppm重量的H2S，而脱硫气体含从小于1到10ppm重量的残余H2S。所述方法还在1500mbar(绝对)以下压力完成，而在柱的入口和出口之间的气流压力差不大于15mbar。
相对于从气体混合物中除去H2S用的传统方法，本发明的方法具有通过使用化学计量量的氨能够几乎完全吸收所述硫化物的优点。以这种方式，以及由于常规使用过量的反应剂，本发明的过程提供完全除去氨的脱硫气体。由于不存在过量的引入柱子的液体，使离开脱硫装置的液体流具有的总体积可以用装置的下游装置处理，而不需要安装比原先安装的装置容量更大的新装置。
鉴于可用技术知识的现状，本发明提供令人惊奇的和出乎意外的结果，能够有效地应用填充柱(属于下面更充分地描述的类型)作为在稍许大于大气压的压力下操作的脱硫柱。以这种方式，在脱硫处理下游，也可以获得一种不受到显著压力降的气体，并可以使用而不需要额外的压缩装置。以此种方式，本发明特别适合于进行从原油真空蒸馏装置来的不可冷凝气体的脱硫过程。这些气体在脱硫之后被重新用于同一柱子的炉子中。
由于存在上述分配装置，本发明提供显著灌注填充床的优点，每平方米有300-400个灌注点，同时留下一个开放区用于通过等于柱子总截面积的20％至25％的气体的通道。在具有立式分配器(riser-stgledistribution)的传统塔中，为了保持通过气体的同样可用面积，每平方米不可能得到大于60-65的灌注点。
本文描述的分配器附加提供具有非常简单的结构的优点，它可以作为一个单独的筒状件被插入柱内而不需要传统装置中通常所需的内部支承件或中间法兰。
附图简述
通过下面结合附图详细描述本发明的目前优选的但仍然是举例说明的实施例，可以更充分地理解上面的概述以及本发明的其它目的、特点和优点，附图中：
图1表示本发明装置的流程示意图；
图2用纵向截面图表示图1中本装置的脱硫柱的细节；
图3表示图2中脱硫柱内所用分配装置的细节。
优选实施例的详述
图1表示分离液相用的分离罐1，液相通常被夹带在从原油真空蒸馏柱来的气流8中，希望从气流中除去H2S。
在分离罐1的上方，在其顶部上直接安装一个脱硫柱2。为了处理从每年精炼3,000,000吨原油的装置来的炼油厂气体，该脱硫柱的直径通常为200至300mm。
在脱硫柱2内有两个明显的区段，每个区段有一个单独的填充床。下区段或第一区段3和上区段或第二区段4形成上下级联。每个区段的特征是有一个包含填充材料的部分。优选填充材料是专利GB1 385 672和GB 1 385 673中所示类型的金属型式。它以商标CASCADE MINI-RINGS出售。一种替代的但合适的填充材料类型是以商标GEMPAK出售的类型的结构填料。
脱硫柱2的第一区段或下区段3实现脱硫过程的第一阶段，其中从分离罐1来的气流14被带入与新鲜氨溶液9的逆流接触。溶液9含有与初始气体混合物中含有的H2S反应的化学计量量的NH3。在该第一阶段中，实现被处理气体的初次脱硫。
由区段3释放的气流15仍然包含一定量的H2S。气流15也夹带部分氨，气流与氨一起进入与第一区段3的填充材料的接触。这样组成的气流进入脱硫柱2的上区段4中，在那里气流进入与水流10的逆流接触，重新进入与区段3中相似的填充材料床中。
由从脱硫柱的区段3来的气体15夹带的氨通过与区段4的填料中的水流相接触而形成弱的氨溶液，该溶液在实际上包含在脱硫柱2的第一区段中未起反应的化学计量量的NH3。以这种方式在第二区段4中利用化学计量地对应于从脱硫柱区段3中释放的气流15中的H2S成分的氨量吸收第一阶段中未除去的H2S。通过水10和上述气流15之间的接触而由脱硫柱的区段4产生的硫-氨溶液生成液流17，该液流转而向下回落到区段3中，与氨液流9产生的液流结合。从脱硫柱2的底部流出的全部硫氨液流16流入分离罐1。
因此在实际中，由于本发明的具体特点，脱硫柱的上区段4实现初始气体混合物的最终脱硫，消除第一阶段3没有消除的少量H2S。这种吸收利用从第一阶段直接来的一定量的氨(存在于气流15中)而被附加获得，因此，从化学计量观点看，该氨量准确地符合从脱硫柱的下区段3流出的气体中的H2S浓度。
以这种方式，最终从脱硫柱2的顶部流出的脱硫气体11具有的H2S含量范围为按重量计从小于1ppm到最大10ppm。
此外，从脱硫柱2流出的脱硫气体不含任何少量的NH3，因为NH3已完全与初始气体混合物中的H2S起反应。在传统的脱硫处理方法中最终气体始终含有一定量的NH3，它必须消除，但由于在被处理的气体混合物中同时存在显著量的残余H2S。该NH3的处理特别困难。
由于使用上述组合的塔柱同时也由于脱硫柱2和分离罐1之间直接连接的作用，该脱硫气体11仍然具有足够的压力被送往原油真空塔炉。上述构造方法的优点是将压力降低到最小(压力的降低通常小于15mbar)，因而不需要使用辅助压缩器来将脱硫气体送到燃烧器中。
因此分离罐1的底部流出液相12，其中含有与从真空柱来的气流8分离的冷凝液，加上从脱硫柱2的底部流出的由氨的一硫化物和二硫化物组成的硫氨溶液16，特别是，由于本发明，从脱硫柱2来的液相16的量通常不超过流出分离罐的液体12的总比率的10％。以这种方式，如已经说明的，从分离罐1流出并被送到洗提塔5的液流12的体积不超过洗提塔的设计容量，即使在安装脱硫柱2之前已有的装置中也是如此。由洗提塔5分离的气体馏份13最后被送入Claus装置，用于分离硫。
如图2中更清楚地看到的，脱硫柱2具有入口6和7，分别用于将氨溶液9输入区段3和将水流10输入区段4。这些液流9和10通过图3中所示的分配装置18在相应的区段3和4中获得。已经强调，图3中所示的分配器被设计来安装在脱硫柱的区段3上方。位于填充材料的区段4上方的相应分配器18与区段3的分配器18不同之处在于没有收集环19，后者将在下面更详细地叙述。
分配装置18包括一个支架20，该支架可以方便地由上下交叉杆20a与四根支承杆20b连接而成。一个圆筒体21和在其上方的圆环19固定在四根支承杆上。圆筒体21特别具有一个设有洞孔23的底座22。该底座接受从上方来的液相(区段4中的水和区段3中的氨溶液9加液流17)并将该液相均匀地分配在区域3和4中存在的填料床上。
在分配装置18安装在脱硫柱2的区段4上方的情况下，送入区段4的水流10直接由上述圆筒体21接受。一部分送入脱硫柱的区段3的液流在圆筒体21上方被上述收集环19接受，收集环的功能是收集从区段4来的液流17的靠近脱硫柱壁的部分并将其向下分配在圆筒体21上。
圆环19有一个表面，该表面最好向着脱硫柱的中心倾斜，以便有利于收集附着在脱硫柱壁上的液体17，并将其送入分配器18的穿孔圆筒体21。为此，圆环19最好具有比下面的圆筒体21的直径(例如230mm)更大的直径(例如260mm)，其差值表示留下以通过气体的敞开表面，它等于可用总面积的25％。
分配器18安装在屏蔽格栅24上。
图3中例示的分配装置18特别适用于直径小于900mm的带法兰的脱硫柱。
下述例子用于进一步例示本发明，但不限于给定的细节。
例子1
一个直径300mm的脱硫柱具有高5m的第一区段和高3.3m的第二区段。两个区段装有25mm的CASCADE MINI-RINGS填充材料并由上述类型的分配器分开。该分配器有一个外径300mm的收集环。该圆筒体的外径为265mm。柱顶上的第二分配器与前一个相同，但没有收集环。向该柱中输入300kg/h的具有下列重量百分率的气体：
H2 6.6
N2+O2 11.3
C1 29.1
C2 20.6
C3 15.4
C4 7.1
C5 1.2
CO2 1.9
H2S 6.8
在脱硫柱的两个区段之间送入100kg/h的含20％重量的NH3的水溶液，而在柱顶处送入800kg/h的水。在柱顶处获得H2S含量小于1ppm的气体。
在脱硫柱入口处测得的气体压力为1300mbar，而顶部处的压力为1290mbar，得到的压力降为10balr。
例子2
一个直径450mm的脱硫柱具有高4m的上区段和高5.50m的下区段。两个区段装有GEMPAK结构的填充料。两者之间安置一个分配器，除了其圆筒体的外径有390mm和收集环的外径为450mm外，该分配器的其它方面如例子1中描述的那个分配器。
在脱硫柱的顶部安置一个第二分配器，它与第一分配器相同，但没有收集环。向该柱中输入700kg/h的具有下列重量百分率的气体。
H2 3.8
N2 7.3
O2 1.2
C1 20.8
C2 12.3
C3 11.8
C4 6.5
C5 2.7
C6 0.8
CO2 1.1
H2S 31.7
在脱硫柱的两个区段之间送入1300kg/h的含19％(重量)NH3的水溶液。在柱顶处透入2200kg/h的水。
在脱硫柱顶部处获得H2S含量小于10ppm的气体。
在脱硫柱入口处测得的气体压力为1350mbar，而顶部处的压力为1335mbar，产生的压力降为15mbar。
在上述公开内容中预定有修改、变化和替换的余地，而在某些情况下可以利用本发明的某些特点而并不相应地利用其它特点。因此，附属的权利要求可以以与本发明的范围一致的方式合适地广泛解释。例如，脱硫柱2可以具有与分离罐1完全独立的结构。