(57)【要約】  テールガス流から硫黄を回収するプロセスは、テールガス流を化学ループ燃焼（ＣＬＣ）ユニットに供給するステップであって、テールガス流が硫化物成分を含むステップと、酸素キャリアをＣＬＣユニットに供給するステップであって、酸素キャリアが炭酸カルシウムを含むステップと、空気流をＣＬＣユニットに供給するステップであって、空気流が酸素を含むステップと、ＣＬＣユニット内の硫化物成分をカルシウム化合物および空気と反応させて生成物流出物を生成するステップであって、生成物流出物が硫酸カルシウムを含むステップと、を含む。
2021505364.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
テールガス流から硫黄を回収するためのプロセスであって、
テールガス流を化学ループ燃焼（ＣＬＣ）ユニットへ供給するステップであって、前記テールガス流が硫化物成分を含む、ステップと、
酸素キャリアを前記ＣＬＣユニットへ供給するステップであって、前記酸素キャリアが炭酸カルシウムを含む、ステップと、
空気流を前記ＣＬＣユニットに供給するステップであって、前記空気流が酸素を含む、ステップと、
前記ＣＬＣユニット内の前記硫化物成分を炭酸カルシウムおよび酸素と反応させて生成物流出物を生成するステップであって、前記生成物流出物が硫酸カルシウムを含む、ステップと、
を含む、プロセス。
【請求項２】
前記酸素キャリアを前記ＣＬＣユニットの空気反応器へ導入するステップと、
空気流を前記ＣＬＣユニットの前記空気反応器へ導入するステップと、
炭酸カルシウムを前記空気反応器内で分解して空気反応器流出物を生成することを可能にするステップであって、前記空気反応器流出物が酸化カルシウムを含む、ステップと、
前記空気反応器流出物を空気反応器分離器に導入するステップであって、前記空気反応器分離器が固気分離ユニットを含む、ステップと、
前記空気反応器分離器内で前記空気反応器流出物から酸化カルシウムを分離して空気反応器排気および空気反応器排出物を生成するステップであって、前記空気反応器排出物が酸化カルシウムを含む、ステップと、
前記空気反応器排出物を前記ＣＬＣユニットの燃料反応器へ導入するステップと、
前記テールガス流を前記燃料反応器へ導入するステップと、
前記酸化カルシウムと硫化水素とを反応させて燃料反応器流出物を生成するステップであって、前記燃料反応器流出物が硫化カルシウムと炭酸カルシウムとを含む、ステップと、
前記燃料反応器流出物を燃料反応器分離器に導入するステップであって、前記燃料反応器分離器が固気分離ユニットを含む、ステップと、
前記燃料反応器分離器内で前記燃料反応器流出物から前記硫化カルシウムおよび前記炭酸カルシウムを分離して煙道ガス排気および燃料反応器排出物を生成するステップであって、前記燃料反応器排出物が硫化カルシウムおよび炭酸カルシウムを含む、ステップと、
前記燃料反応器排出物を前記空気反応器へ導入するステップと、
前記空気反応器内で硫化カルシウムと酸素とを反応させて硫酸カルシウムを生成するステップと、
空気反応器排出物から生成物流出物を取り出すステップであって、前記生成物流出物が硫酸カルシウムの画分を含む、ステップと、
をさらに含む、請求項１に記載のプロセス。
【請求項３】
前記燃料反応器は大気圧の燃料反応圧力で運転され、さらに、前記燃料反応器は６５０℃の燃料反応温度で運転される、請求項２に記載のプロセス。
【請求項４】
前記空気反応器は大気圧の空気反応圧力で運転され、さらに、前記空気反応器は９００℃の空気反応温度で運転される、請求項２または３に記載のプロセス。
【請求項５】
前記空気反応器は炭酸カルシウムが充填された流動床反応器であり、さらに、前記燃料反応器は炭酸カルシウムが充填された流動床反応器である、請求項２〜４のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項６】
前記酸素キャリアを前記ＣＬＣユニットのか焼器ユニットへ導入するステップと、
前記酸素キャリア中の炭酸カルシウムをか焼してか焼器流出物を生成するステップであって、前記か焼器流出物が酸化カルシウムを含む、ステップと、
前記か焼器流出物をか焼器分離器に導入するステップであって、前記か焼器分離器は、固気分離ユニットを含む、ステップと、
か焼器分離器内でか焼器流出物から酸化カルシウムを分離してか焼器排気およびか焼器排出物を生成するステップと、
前記か焼器排出物を前記ＣＬＣユニットの燃料反応器へ導入するステップと、
前記テールガス流を前記燃料反応器へ導入するステップと、
前記酸化カルシウムと硫化水素とを反応させて燃料反応器流出物を生成するステップであって、前記燃料反応器流出物が硫化カルシウムと炭酸カルシウムとを含む、ステップと、
前記燃料反応器流出物を燃料反応器分離器に導入するステップであって、前記燃料反応器分離器は、固気分離ユニットを含む、ステップと、
前記燃料反応器分離器内で前記燃料反応器流出物から硫化カルシウムおよび炭酸カルシウムを分離して煙道ガス排気および燃料反応器排出物を生成するステップであって、前記燃料反応器排出物が硫化カルシウムおよび炭酸カルシウムを含む、ステップと、
前記燃料反応器排出物を前記ＣＬＣユニットの空気反応器へ導入するステップと、
前記空気反応器内で硫化カルシウムと酸素とを反応させて、空気反応器流出物を生成するステップであって、前記空気反応器流出物が硫酸カルシウムを含む、ステップと、
前記空気反応器流出物を空気反応器分離器に導入するステップであって、前記空気反応器分離器が固気分離ユニットを含む、ステップと、
前記空気反応器分離器内で前記空気反応器流出物から酸化カルシウムを分離して空気反応器排気および空気反応器排出口を生成するステップであって、前記空気反応器排出口が硫酸カルシウムを含む、ステップと、
前記空気反応器排出口から生成物流出物を取り出すステップであって、前記生成物流出物は硫酸カルシウムの画分を含む、ステップと、
をさらに含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項７】
前記燃料反応器は大気圧の燃料反応圧力で運転され、さらに、前記燃料反応器は６５０℃の燃料反応温度で運転される、請求項６に記載のプロセス。
【請求項８】
前記空気反応器は大気圧の空気反応圧力で運転され、さらに、前記空気反応器は９００℃の空気反応温度で運転される、請求項６または７に記載のプロセス。
【請求項９】
か焼器ユニットは大気圧のか焼器反応圧力で運転され、さらに、か焼器ユニットは９００℃のか焼器反応温度で運転される、請求項６〜８のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項１０】
前記空気反応器は炭酸カルシウムが充填された流動床反応器であり、さらに、前記燃料反応器は炭酸カルシウムが充填された流動床反応器である、請求項６〜９のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項１１】
前記酸素キャリアを前記ＣＬＣユニットのか焼器ユニットへ導入するステップと、
前記酸素キャリア中の炭酸カルシウムをか焼してか焼器流出物を生成するステップであって、前記か焼器流出物が酸化カルシウムを含む、ステップと、
前記か焼器流出物をか焼器分離器に導入するステップであって、前記か焼器分離器が固気分離ユニットを含む、ステップと、
前記か焼器分離器内でか焼器流出物から酸化カルシウムを分離してか焼器排気およびか焼器排出物を生成するステップと、
前記か焼器排出物の一部を分流してか焼器後流を生成するステップと、
前記か焼器排出物を前記ＣＬＣユニットの燃料反応器へ導入するステップと、
前記テールガス流を前記燃料反応器へ導入するステップと、
前記酸化カルシウムと前記硫化水素とを反応させて燃料反応器流出物を生成するステップであって、前記燃料反応器流出物が硫化カルシウムと炭酸カルシウムとを含む、ステップと、
前記燃料反応器流出物を燃料反応器分離器に導入するステップであって、前記燃料反応器分離器が固気分離ユニットを含む、ステップと、
前記燃料反応器分離器内で前記燃料反応器流出物から硫化カルシウムおよび炭酸カルシウムを分離して煙道ガス排気および燃料反応器排出物を生成するステップであって、前記燃料反応器排出物が硫化カルシウムおよび炭酸カルシウムを含む、ステップと、
前記煙道ガス排気および前記か焼器後流を前記ＣＬＣユニットの還元反応器へ導入するステップと、
前記還元反応器内で前記酸化カルシウムと硫化水素とを反応させて還元反応器流出物を生成するステップと、
前記還元反応器分離器内で前記還元反応器流出物を分離して排ガス流および還元反応器排出物を生成するステップであって、前記還元反応器分離器が固気分離ユニットを含む、ステップと、
前記還元反応器排出物を前記か焼器ユニットへ導入するステップと、
前記燃料反応器排出物を前記ＣＬＣユニットの空気反応器へ導入するステップと、
前記空気反応器内で前記硫化カルシウムと酸素とを反応させて空気反応器流出物を生成するステップであって、前記空気反応器流出物が硫酸カルシウムを含む、ステップと、
前記空気反応器流出物を空気反応器分離器に導入するステップであって、前記空気反応器分離器が固気分離ユニットを含む、ステップと、
前記空気反応器分離器において前記空気反応器流出物から酸化カルシウムを分離して空気反応器排気および空気反応器排出物を生成するステップであって、前記空気反応器排出物が硫酸カルシウムを含む、ステップと、
前記空気反応器排出物からの生成物流出物を取り出すステップであって、前記生成物流出物が硫酸カルシウムの画分を含む、ステップと、
をさらに含む、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項１２】
前記燃料反応器は大気圧の燃料反応圧力で運転され、さらに、前記燃料反応器は８３０℃の燃料反応温度で運転される、請求項１１に記載のプロセス。
【請求項１３】
前記空気反応器は大気圧の空気反応圧力で運転され、さらに、前記空気反応器は９００℃の空気反応温度で運転される、請求項１１または１２に記載のプロセス。
【請求項１４】
前記か焼器ユニットは大気圧のか焼器反応圧力で運転され、さらに、前記か焼器ユニットは９００℃のか焼器反応温度で操作される、請求項１１〜１３のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項１５】
前記還元反応器は大気圧の還元圧力で運転され、さらに、前記還元反応器が６５０℃の還元温度で運転される、請求項１１〜１４のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項１６】
前記空気反応器は炭酸カルシウムが充填された流動床反応器であり、さらに、前記燃料反応器は炭酸カルシウムが充填された流動床反応器である、請求項１１〜１５のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項１７】
酸性ガス流を硫黄回収ユニットへ導入するステップであって、前記酸性ガス流が硫化水素を含む、ステップと、
硫黄回収ユニット（ＳＲＵ）空気流を前記硫黄回収ユニットへ導入するステップであって、ＳＲＵ空気流が酸素を含む、ステップと、
ＳＲＵ燃料流を前記硫黄回収ユニットに導入するステップと、
硫黄回収ユニット内の硫化水素を酸素と反応させて元素硫黄流およびテールガス流を生成するステップと、
をさらに含む、請求項１〜１６のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項１８】
サワーガス供給原料をガススイートニングユニットに導入するステップであって、前記サワーガス供給原料が硫化水素、生成ガスおよびそれらの組み合わせを含む、ステップと、
前記ガススイートニングユニット内の炭化水素を分離してセールスガス流を生成するステップであって、前記セールスガス流が生成ガスを含む、ステップと、
前記酸性ガス流中の硫化水素および他のガスを収集するステップと、
前記酸性ガス流を硫黄回収ユニットに導入するステップであって、前記酸性ガス流が硫化水素を含む、ステップと、
硫黄回収ユニット（ＳＲＵ）空気流を前記硫黄回収ユニットへ導入するステップであって、前記ＳＲＵ空気流が酸素を含む、ステップと、
ＳＲＵ燃料流を前記硫黄回収ユニットに導入するステップと、
前記硫黄回収ユニット内の硫化水素を酸素と反応させて元素硫黄流およびテールガス流を生成するステップと、
をさらに含む、請求項１〜１７のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項１９】
サワーガス供給原料をガススイートニングユニットに導入するステップであって、前記サワーガス供給原料が硫化水素、生成ガスおよびそれらの組み合わせを含む、ステップと、
前記ガススイートニングユニット内の炭化水素を分離してセールスガス流を生成するステップであって、前記セールスガス流が生成ガスを含む、ステップと、
前記酸性ガス流中の硫化水素および他のガスを収集するステップと、
前記酸性ガス流を膜ユニットに導入するステップであって、前記膜ユニットが硫化水素選択膜を含む、ステップと、
前記膜ユニット内で前記酸性ガス流から前記硫化水素を分離して硫化水素リッチ酸性ガスおよび硫化水素リーン酸性ガスを生成するステップであって、前記硫化水素リッチ酸性ガスが硫化水素を含む、ステップと、
前記硫化水素リッチ酸性ガスを硫黄回収ユニットへ導入するステップと、
硫黄回収ユニット（ＳＲＵ）空気流を前記硫黄回収ユニットへ導入するステップであって、前記ＳＲＵ空気流が酸素を含む、ステップと、
ＳＲＵ燃料流を前記硫黄回収ユニットへ導入するステップと、
硫黄回収ユニット内の硫化水素を酸素と反応させて元素硫黄流およびテールガス流を生成するステップと、
前記テールガス流と前記硫化水素リーン酸性ガスとを混合して混合ガス流を生成するステップと、
前記混合ガス流を前記ＣＬＣユニットに導入するステップと、
をさらに含む、請求項１〜１８のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項２０】
テールガス流から硫黄を回収するためのシステムであって、
空気反応器であって、前記空気反応器は空気反応温度および空気反応圧力で動作し、前記空気反応器が流動床反応器を含み、前記流動床が炭酸カルシウムを含む、空気反応器と、
前記空気反応器および燃料反応器に流体接続された空気反応器分離器であって、前記空気反応器分離器が固気分離ユニットを含む、空気反応器分離器と、
前記空気反応器分離器に流体接続された燃料反応器であって、前記燃料反応器は燃料反応温度および燃料反応圧力で動作し、前記燃料反応器は流動床反応器を含み、前記流動床は炭酸カルシウムを含む、燃料反応器と、
前記燃料反応器および前記空気反応器分離器に流体接続された燃料反応器分離器であって、前記燃料反応器分離器が固気分離ユニットを含む、燃料反応器分離器と、
を含む、システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
硫黄化合物を除去するためのシステムおよび方法が開示される。より具体的には、硫黄回収ユニットのテールガス流から硫黄化合物を除去するためのシステムおよび方法が開示される。
【背景技術】
【０００２】
硫化水素（Ｈ２Ｓ）、二酸化炭素（ＣＯ２）、硫化カルボニル（ＣＯＳ）、二硫化炭素（ＣＳ２）およびメルカプタン（ＲＳＨ）のようなサワーガスまたは酸性ガス成分をガス状および液状炭化水素流から取り除くことは、炭化水素加工業界の多くの部分におけるプロセス上の必要事項である。かなりのレベルの硫黄を有する天然ガスおよび原油を処理する必要性と相まって、ますます厳しい環境上の制約は、硫化水素の元素硫黄への高レベルの変換を達成することができる硫黄回収プロセスを必要とする。使用される最も一般的な変換方法はクラウスプロセスである。回収される硫黄の約９０〜９５パーセント（％）がクラウスプロセスによって製造される。
【０００３】
クラウスプロセスまたはクラウスユニットは、熱段階および触媒段階を含む。熱段階は炉を含むことができ、そこで硫化水素は摂氏８００度（℃）を超える温度などの高温で酸素と反応して二酸化硫黄（ＳＯ２）を形成し、硫化水素および二酸化硫黄は、熱段階で反応して元素硫黄および水蒸気を形成することができる。熱段階からのプロセスガスを冷却することができ、元素硫黄を他のガスから分離することができる。分離されたプロセスガスは、触媒段階に送ることができる。触媒段階では、触媒反応が２〜３つの触媒反応器中で（熱段階と比較して）より低い温度で起こり、その結果、さらなる元素硫黄回収が達成される。クラウスプロセスは、典型的には供給流中の硫化水素の９５％〜９７％を回収する。
【０００４】
クラウスプロセスは、供給流が４０％未満の硫化水素濃度を含有する場合には効率が低く、より高い硫黄回収率に到達するために酸素富化空気または追加の熱および触媒段階を必要とすることがある。さらに、低い硫化水素濃度は空気中の酸素濃度を取り扱うためにより大きな体積を有する反応器を必要とし得る。
【０００５】
サワーガスから硫化水素を最初に回収するために、クラウスユニットの上流に処理ユニットを配置することができる。触媒段階からのテールガスは、硫黄回収を増加させるために処理することができる。クラウス反応熱力学は、硫黄の７０％のみが熱段階で回収されることを可能にし、触媒段階およびその後のテールガス処理段階は、目標硫黄回収に到達するために必要とされる。既存のクラウスプラントに続く適切かつ費用効果の高いテールガス処理プロセスの選択は、世界中の製油業者および天然ガスプラント所有者が直面する課題である。
【発明の概要】
【０００６】
硫黄化合物を除去するためのシステムおよび方法が開示される。より具体的には、硫黄回収ユニットのテールガス流から硫黄化合物を除去するためのシステムおよび方法が開示される。
【０００７】
第１の態様では、テールガス流から硫黄を回収するためのプロセスが提供される。このプロセスは、テールガス流を化学ループ燃焼（ＣＬＣ）ユニットに供給するステップであって、テールガス流が硫化物成分を含むステップと、ＣＬＣユニットに酸素キャリアを供給するステップであって、酸素キャリアが炭酸カルシウムを含むステップと、ＣＬＣユニットに空気流を供給するステップであって、空気流が酸素を含むステップと、ＣＬＣユニット内の硫化物成分を炭酸カルシウムおよび酸素と反応させて生成物流出物を生成するステップとを含み、生成物流出物は硫酸カルシウムを含む。
【０００８】
特定の態様では、このプロセスは、酸素キャリアをＣＬＣユニットの空気反応器に導入するステップと、空気流をＣＬＣユニットの空気反応器に導入するステップと、炭酸カルシウムを空気反応器内で分解して酸化カルシウムを含む空気反応器流出物を生成することを可能にするステップと、空気反応器流出物を固気分離ユニットを含む空気反応器分離器に導入するステップと、空気反応器分離器内の空気反応器流出物から酸化カルシウムを分離して空気反応器排気および空気反応器排出物を生成するステップであって、空気反応器排出物が酸化カルシウムを含むステップと、空気反応器排出物をＣＬＣユニットの燃料反応器に導入するステップと、テールガス流を燃料反応器に導入するステップと、酸化カルシウムおよび硫化水素を反応させて燃料反応器流出物を生成するステップであって、燃料反応器流出物が硫化カルシウムおよび炭酸カルシウムを含むステップと、燃料反応器流出物を固気分離ユニットを含む燃料反応器分離器に導入するステップと、硫化カルシウムおよび炭酸カルシウムを燃料反応器分離器内の燃料反応器流出物から分離して煙道ガス排気および燃料反応器排出物を生成するステップであって、燃料反応器排出物が硫化カルシウムおよび炭酸カルシウムを含むステップと、燃料反応器排出物を空気反応器に導入するステップと、硫化カルシウムおよび酸素を空気反応器内で反応させて硫酸カルシウムを生成するステップと、生成物流出物を空気反応器排出物から取り出すステップであって、生成物流出物は硫酸カルシウムの画分を含むステップとをさらに含む。ある態様では、燃料反応器は大気圧の燃料反応圧力で運転され、さらに、燃料反応器は６５０℃の燃料反応温度で運転される。ある態様では、空気反応器は大気圧の空気反応圧力で運転され、さらに、空気反応器は９００℃の空気反応温度で運転される。ある態様では、空気反応器は炭酸カルシウムが充填された流動床反応器であり、さらに、燃料反応器は炭酸カルシウムが充填された流動床反応器である。
【０００９】
特定の態様では、このプロセスは、酸素キャリアをＣＬＣユニットのか焼器ユニットに導入するステップと、酸素キャリア中の炭酸カルシウムをか焼して酸化カルシウムを含むか焼器流出物を生成するステップと、か焼器分離器にか焼器流出物を導入するステップであって、か焼器分離器が固気分離ユニットを含むステップと、か焼器分離器中のか焼器流出物から酸化カルシウムを分離してか焼器排気およびか焼器排出物を生成するステップと、ＣＬＣユニットの燃料反応器にか焼器排出物を導入するステップと、テールガス流を燃料反応器に導入するステップと、酸化カルシウムおよび硫化水素を反応させて燃料反応器流出物を生成するステップであって、燃料反応器流出物が硫化カルシウムおよび炭酸カルシウムを含むステップと、燃料反応器流出物を燃料反応器分離器に導入するステップであって、燃料反応器分離器が固気分離ユニットを含むステップと、燃料反応器分離器中の燃料反応器流出物から硫化カルシウムおよび炭酸カルシウムを分離して煙道ガス排気および燃料反応器排出物を生成するステップであって、燃料反応器排出物が硫化カルシウムおよび炭酸カルシウムを含むステップと、燃料反応器排出物をＣＬＣユニットの空気反応器に導入するステップと、空気反応器内で硫化カルシウムおよび酸素を反応させて空気反応器流出物を生成するステップであって、空気反応器流出物が硫酸カルシウムを含むステップと、空気反応器流出物を空気反応器分離器に導入するステップであって、空気反応器分離器が固気分離ユニットを含むステップと、空気反応器分離器内の空気反応器流出物から酸化カルシウムを分離して空気反応器排気および空気反応器排出口を生成するステップであって、空気反応器排出口が硫酸カルシウムを含むステップと、空気反応器排出口から生成物流出物を取り出すステップであって、生成物流出物が硫酸カルシウムの画分を含むステップと、をさらに含む。特定の態様では、か焼器ユニットは大気圧のか焼器反応圧力で運転され、さらに、か焼器ユニットは９００℃のか焼器反応温度で運転される。
【００１０】
特定の態様では、このプロセスは、酸素キャリアをＣＬＣユニットのか焼器ユニットに導入するステップと、酸素キャリア中の炭酸カルシウムをか焼してか焼器流出物を生成するステップであって、か焼器流出物が酸化カルシウムを含むステップと、か焼器流出物をか焼器分離器に導入するステップであって、か焼器分離器が固気分離ユニットを含む、ステップと、か焼器分離器中のか焼器流出物から酸化カルシウムを分離してか焼器排気およびか焼器排出物を生成するステップと、か焼器排出物の一部を分流してか焼器後流を生成するステップと、か焼器排出物をＣＬＣユニットの燃料反応器に導入するステップと、テールガス流を燃料反応器に導入するステップと、酸化カルシウムと硫化水素とを反応させて燃料反応器流出物を生成するステップであって、燃料反応器流出物が硫化カルシウムと炭酸カルシウムとを含むステップと、燃料反応器流出物を燃料反応器分離器に導入するステップであって、燃料反応器分離器が固気分離ユニットを含む、ステップと、燃料反応器分離器内の燃料反応器流出物から硫化カルシウムおよび炭酸カルシウムを分離して煙道ガス排気および燃料反応器排出物を生成するステップであって、燃料反応器排出物が硫化カルシウムおよび炭酸カルシウムを含むステップと、煙道ガス排気およびか焼器後流をＣＬＣユニットの還元反応器に導入するステップと、酸化カルシウムおよび硫化水素を還元反応器内で反応させて還元反応器流出物を生成するステップと、還元反応器流出物を還元反応器分離器内で分離して排ガス流および還元反応器排出物を生成するステップであって、還元反応器分離器が固気分離ユニットを含むステップと、還元反応器排出物をか焼器ユニットに導入するステップと、燃料反応器排出物をＣＬＣユニットの空気反応器に導入するステップと、硫化カルシウムおよび酸素を空気反応器内で反応させて空気反応器流出物を生成するステップであって、空気反応器流出物が硫酸カルシウムを含むステップと、空気反応器流出物を空気反応器分離器に導入するステップであって、空気反応器分離器が固気分離ユニットを含む、ステップと、空気反応器分離器内で酸化カルシウムを分離して空気反応器排気および空気反応器排出物を生成するステップであって、空気反応器排出物が硫酸カルシウムを含むステップと、空気反応器排出物から生成物排出物を取り出すステップであって、生成物流出物が硫酸カルシウムの画分を含むステップとをさらに含む。ある態様では、燃料反応器は大気圧の燃料反応圧力で運転され、さらに、燃料反応器は８３０℃の燃料反応温度で運転される。ある態様では、還元反応器は大気圧の還元圧力で運転され、さらに、還元反応器は６５０℃の還元温度で運転される。
【００１１】
特定の態様では、このプロセスは、酸性ガス流を硫黄回収ユニットに導入するステップであって、酸性ガス流が硫化水素を含むステップと、硫黄回収ユニット（ＳＲＵ）空気流を硫黄回収ユニットに導入するステップであって、ＳＲＵ空気流が酸素を含むステップと、ＳＲＵ燃料流を硫黄回収ユニットに導入するステップと、硫黄回収ユニット内の硫化水素を酸素と反応させて、元素硫黄流およびテールガス流を生成するステップと、をさらに含む。
【００１２】
特定の態様では、このプロセスは、サワーガス供給物をガススイートニングユニットに導入するステップであって、サワーガス供給物が硫化水素、生成ガス、およびそれらの組み合わせを含むステップと、ガススイートニングユニット内の炭化水素を分離してセールスガス流を生成するステップであって、セールスガス流が生成ガスを含むステップと、酸性ガス流中の硫化水素および他のガスを収集するステップと、酸性ガス流を硫黄回収ユニットに導入するステップであって、酸性ガス流が硫化水素を含むステップと、硫黄回収ユニット（ＳＲＵ）空気流を硫黄回収ユニットに導入するステップであって、ＳＲＵ空気流が酸素を含むステップと、ＳＲＵ燃料流を硫黄回収ユニットに導入するステップと、硫黄回収ユニット内の硫化水素を酸素と反応させて元素硫黄流およびテールガス流を生成するステップとをさらに含む。
【００１３】
特定の態様では、このプロセスは、サワーガス供給物をガススイートニングユニットに導入するステップであって、サワーガス供給物が硫化水素、生成ガス、およびそれらの組み合わせを含むステップと、ガススイートニングユニット内の炭化水素を分離してセールスガス流を生成するステップであって、セールスガス流が生成ガスを含むステップと、酸性ガス流中の硫化水素および他のガスを収集するステップと、酸性ガス流を膜ユニットに導入するステップであって、膜ユニットが硫化水素選択膜を含むステップと、膜ユニット内の酸性ガス流から硫化水素を分離して硫化水素リッチ酸性ガスおよび硫化水素リーン酸性ガスを生成するステップであって、硫化水素リッチ酸性ガスは硫化水素を含むステップと、硫化水素リッチ酸性ガスを硫黄回収ユニットに導入するステップと、硫黄回収ユニット（ＳＲＵ）空気流を硫黄回収ユニットに導入するステップであって、ＳＲＵ空気流が酸素を含むステップと、ＳＲＵ燃料流を硫黄回収ユニットに導入するステップと、硫黄回収ユニット内の硫化水素を酸素と反応させて元素硫黄流およびテールガス流を生成するステップと、テールガス流と硫化水素リーン酸性ガスとを混合して混合ガス流を生成するステップと、混合ガス流をＣＬＣユニットに導入するステップとをさらに含む。
【００１４】
第２の態様では、テールガス流から硫黄を回収するためのシステムが提供される。システムは、空気反応器であって、空気反応器は空気反応温度および空気反応圧力で動作し、空気反応器は流動床反応器を含み、流動床は炭酸カルシウムを含む、空気反応器と、空気反応器および燃料反応器に流体接続された空気反応器分離器であって、空気反応器分離器は固気分離ユニットを含み、燃料反応器は空気反応器分離器に流体接続され、燃料反応器は燃料反応温度および燃料反応圧力で動作し、燃料反応器は流動床反応器を含み、流動床は炭酸カルシウムを含む、空気反応器分離器と、燃料反応器および空気反応器に流体接続された燃料反応器分離器であって、燃料反応器分離器が固気分離ユニットを含む、燃料反応器分離器とを含む。
【００１５】
本発明の範囲のこれらおよび他の特徴、態様、および利点は、以下の説明、特許請求の範囲、および添付の図面に関してより良く理解されるのであろう。しかしながら、図面はいくつかの実施形態のみを示しており、したがって、他の等しく有効な実施形態を認めることができるので、本発明の範囲を限定するものと見なされるべきではないことに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】硫黄回収プロセスの一実施形態のプロセス図である。
【００１７】
【図２】硫黄回収プロセスの一実施形態のプロセス図である。
【００１８】
【図３】硫黄回収プロセスの一実施形態のプロセス図である。
【００１９】
【図４】硫黄回収プロセスの一実施形態のプロセス図である。
【００２０】
【図５】硫黄回収プロセスの一実施形態のプロセス図である。
【００２１】
【図６】硫黄回収プロセスの一実施形態のプロセス図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
装置および方法の範囲はいくつかの実施形態で説明されるが、当業者は本明細書で説明される装置および方法に対する多くの例、変形、および変更が実施形態の範囲および精神内にあることを認めるであろうことが理解される。
【００２３】
したがって、記載された実施形態は、一般性を失うことなく、また、実施形態に制限を課すことなく説明される。当業者は、この範囲が本明細書に記載された特定の特徴の全ての可能な組み合わせおよび使用を含むことを理解する。
【００２４】
ここで述べる硫黄回収のシステムおよび方法の具体例は、クラウスプロセスからのテールガス流を処理するための化学ループ燃焼（ＣＬＣ）プロセスの使用に向けられる。ＣＬＣプロセスにおいて、燃料は、還元装置である燃料反応器中の金属酸化物と反応し、その結果、金属酸化物は金属に還元される。還元装置内の他の反応生成物には、二酸化炭素および水蒸気が含まれる。金属は還元装置を出て、燃焼装置である空気反応器に入り、そこで金属は空気と反応して金属酸化物を再生する。次に、金属酸化物は還元装置に再循環される。酸化熱は、酸化された金属および空気反応器からの高温の使用済み空気によって運ばれる。使用済み空気は、ユーティリティとして使用できる蒸気を生成するため、または発電用の蒸気タービンを駆動するために使用される。反応生成物は、反応物、操作条件、および各反応器で使用される特定の金属酸化物に依存する。
【００２５】
有利には、記載されたシステムおよび方法は、より低い硫化水素濃度を有する供給流と、環境規制を満たすためのテールガス処理の必要性との両方に対処する。有利には、システムおよび方法は、硫黄回収システム全体にわたる装置のサイズを縮小する。有利には、ここに記載されたシステムと方法を既存のクラウスプロセスに加えることができる。有利には、ここに記載されたシステムと方法は、従来のクラウスプロセスと比較して効率性を高めた。有利なことに、記載されたシステムおよび方法は、従来の硫黄回収プロセスと比較して向上した操作柔軟性を提供する。硫黄回収のためのシステムおよび方法は、従来のプロセスと比較して、向上した操作上の柔軟性を提供する。本システムおよび方法は、排出規制制限に適合しながら、約９５％などのより低い硫黄回収レベルでのクラウスユニットの運転を可能にする。
【００２６】
全体を通して使用されるように、「効率的な（ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）」または「効率性（ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）」は、硫黄回収ユニットからのテールガスをクリーンアップするために必要なエネルギー消費を指す。
【００２７】
全体を通して使用されるように、「ループ（ｌｏｏｐ）」または「ループ（ｌｏｏｐｓ）」は、化学ループ燃焼ユニットにおける反応器の構成を指す。燃料反応器、空気反応器、か焼器、還元反応器およびこれらの組み合わせの組み合わせ。
【００２８】
全体を通して使用されるように、「硫黄含有化合物（ｓｕｌｆｕｒ−ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ  ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ）」は硫化水素、二酸化硫黄、および元素硫黄以外の硫黄含有ガス状化合物を含み、天然に存在するか、または硫黄回収ユニットにおいてガス流から除去され得る工業プロセスの一部として生成される。硫黄含有化合物の例には、硫化カルボニル、二硫化炭素、三酸化硫黄、酸化硫黄（ＳＯｘ）、およびそれらの組み合わせが含まれ得る。
【００２９】
全体を通して使用されるように、「生成ガス（ｐｒｏｄｕｃｔ  ｇａｓｅｓ）」は、販売または他の工業的使用のために処理され得るガスをいう。生成ガスの例には、天然ガス、メタンおよびエタンなどの軽質炭化水素、空気、およびそれらの組み合わせが含まれる。
【００３０】
全体を通して使用されるように、「サワーガス（ｓｏｕｒ  ｇａｓｅｓ）」は、硫化水素および二酸化炭素を含有するガスを指す。
【００３１】
全体を通して使用されるように、「か焼（ｃａｌｃｉｎｉｎｇ）」または「か焼（ｃａｌｃｉｎａｔｉｏｎ）」は、炭酸カルシウムからの吸熱反応における二酸化炭素の除去を指し、酸化カルシウム生成物を生じる。
【００３２】
図１を参照すると、硫黄回収プロセスでの使用に適したＣＬＣユニットが記載されている。ＣＬＣユニット１０は、ループを用いて相互接続された最低２つの流動床反応器を含有する。酸素キャリア１０５は、ＣＬＣユニット１０の空気反応器１４に導入することができる。酸素キャリア１０５は、硫黄と反応する任意の酸素キャリアを含むことができる。酸素キャリアの例としては、カルシウム（Ｃａ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、銅（Ｃｕ）、およびこれらの組み合わせが挙げられる。少なくとも１つの実施形態では、酸素キャリアはカルシウムを含む。少なくとも１つの実施形態では、酸素キャリアは炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）の形態のカルシウムを含む。少なくとも１つの実施形態では、酸素キャリアは酸化カルシウム（ＣａＯ）の形態のカルシウムを含む。有利には、カルシウム系粒子の使用によって、カルシウム系粒子がカルシウム―硫黄生成物を生成するように、硫黄化合物が捕捉されることをもたらす。酸素キャリア１０５中の酸素は、固体形態であり得る。少なくとも１つの実施形態では、酸素キャリア１０５はＣＬＣユニット１０に連続的に導入される。少なくとも１つの実施形態では、酸素キャリア１０５は必要に応じて導入される。
【００３３】
空気流１１５は、ＣＬＣユニット１０の空気反応器１４に導入することができる。空気流１１５は、任意の空気源とすることができる。空気流１１５は、空気、酸素富化空気、酸素、またはそれらの組み合わせを含むことができる。
【００３４】
空気反応器１４は、酸素、硫黄、および金属を含有する反応を支持することができる任意のタイプの床反応器とすることができる。少なくとも１つの実施形態では、空気反応器１４は流動床反応器である。酸素キャリアは、ユニットを製造に入れる前に空気反応器１４に装填することができる。空気反応器１４は、空気反応温度、空気反応圧力、および空気反応滞留時間で動作することができる。空気反応温度は６００℃〜１３００℃、交互に９００℃以下、交互に５００℃〜８９０℃であり得る。有利には、空気反応温度を９００℃以下に維持することは、窒素酸化物（ＮＯｘ）の生成を低減または抑制しながら、酸素キャリアの酸化をもたらす。空気反応器１４における反応は、発熱性であり得る。空気反応圧力は、大気圧、交互に１バール（１００ｋＰａ）〜１０バール（１０００ｋＰａ）、交互に１バール（１００ｋＰａ）〜３バール（３００ｋＰａ）とすることができる。空気反応滞留時間は、１秒〜６００秒、交互に８０秒〜２００秒とすることができる。
【００３５】
テールガス流１００は、ＣＬＣユニット１０の燃料反応器１２に導入することができる。テールガス流１００は、硫化水素、二酸化硫黄、またはそれらの組み合わせを含有する任意のプロセスユニットからのテールガスであり得る。少なくとも１つの実施形態では、テールガス流１００がクラウスプロセスによって生成される。
【００３６】
燃料流１２５は、ＣＬＣユニット１０の燃料反応器１２に導入することができる。燃料流１２５は、温度を維持するために燃料反応器１２で使用することができる任意の燃料源とすることができる。ＣＬＣユニット１０で起こる反応は、温度を維持するために燃料の添加を必要とする吸熱反応である。燃料流１２５での使用に適した燃料の例には、可燃性ガス、液体燃料、および固体燃料が含まれる。少なくとも１つの実施形態では、燃料流１２５は、燃料反応器１２内の温度を維持するために可燃性ガスを提供する。燃料流１２５中の可燃性ガスの例には、メタン、一酸化炭素、水素、燃料ガス、およびこれらの組み合わせが含まれる。少なくとも１つの実施形態では、燃料流１２５は可燃性ガスを含み、液体燃料または固体燃料の使用と比較して複雑さが低減されている。
【００３７】
燃料反応器１２は、燃料反応温度、燃料反応圧力、および燃料反応滞留時間で動作することができる。燃料反応温度は９００℃以下、交互に８５０℃〜９００℃、交互に８００℃〜８５０℃、交互に７５０℃〜８００℃、交互に７００℃〜７５０℃、交互に６５０℃〜７００℃、交互に６００℃以下とすることができ、少なくとも１つの実施形態では燃料反応温度は６５０℃であり、燃料反応圧力は大気圧とすることができる。燃料反応滞留時間は、１秒〜７００秒、交互に５０秒〜４００秒とすることができる。
【００３８】
以下に、酸素キャリアが炭酸カルシウムである場合にＣＬＣユニット１０で起こるプロセスおよび反応を説明する。プロセスおよび反応は、酸素キャリアから始まる直線経路に沿って記載されるが、当業者は立ち上がり期間の後、反応物および生成物が、記載されるように取り出される生成物を除いて、連続ループでＣＬＣユニットを通って循環することを理解する。流れが特定の成分を含有するまたは含むと記載されている限り、任意の成分（反応１〜３８に列挙されている反応物または生成物）が存在することができ、特定の成分のみが記載されていることが理解される。記載されるように、複数の競合する反応は、両方の反応器において同時に起こり得る。
【００３９】
酸素キャリア１０５は、炭酸カルシウムの形態のカルシウムを含む。空気反応器１４において、炭酸カルシウムは分解して、次式に従って酸化カルシウム（ＣａＯ）および二酸化炭素を形成する:
【００４０】
2021505364.tif 000003
【００４１】
反応１は、モル当たり正の１７８キロジュール（ｋＪ／モル）のエンタルピー（ΔＨ）の変化を伴う吸熱反応である。空気反応器１４における個々の反応は吸熱性であり得るが、空気反応器１４におけるエンタルピーの全体的な変化は負（発熱性）である。酸化カルシウムは固体形態である。空気反応器１４で生成された生成物を含有する空気反応器流出物１１１は、空気反応器分離器１１に導入される。酸化カルシウムを含む固体生成物は、空気反応器流出物１１１中のガス中に同伴され、空気反応器分離器１１に運ばれる。
【００４２】
空気反応器分離器１１は、気体から固体を分離することができる任意のタイプの分離ユニットとすることができる。少なくとも１つの実施例では、空気反応器分離器１１はサイクロン分離ユニットである。空気反応器分離器１１で分離されたガスは、空気反応器排気１４０としてシステムを出る。空気反応器排気１４０は、二酸化炭素、窒素、アルゴン、およびこれらの組み合わせを含むことができる。少なくとも１つの実施形態では、空気反応器排気１４０には窒素酸化物が存在しない。別個のユニットとして記載されているが、当業者は、空気反応器分離器を空気反応器に物理的に接続することも、または空気反応器に組み込むこともできることを理解する。
【００４３】
空気反応器分離器１１で分離された固体は、空気反応器排出物１１４として出て、燃料反応器１２に導入することができる。空気反応器分離器１１および燃料反応器１２は、空気反応器排出物１１４によって空気反応器分離器１１から燃料反応器１２への固体の輸送を助けるように設計および配置することができる。少なくとも１つの実施形態では、空気反応器排出物１１４は固体のみを含有する。燃料反応器１２において、酸化カルシウムは、テールガス流１００中の硫化水素と反応して、以下の反応に従って硫化カルシウム（ＣａＳ）および水（Ｈ２Ｏ）を生成することができる。
【００４４】
2021505364.tif 000004
【００４５】
反応２は発熱性であり、ΔＨは負の５９.４４ｋＪ／ｍｏｌである。燃料反応器１２内で起こり得る追加の反応は、以下を含むことができる。
【００４６】
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【００４７】
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【００４８】
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【００４９】
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【００５０】
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【００５１】
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【００５２】
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【００５３】
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【００５４】
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【００５５】
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【００５６】
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【００５７】
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【００５８】
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【００５９】
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【００６０】
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【００６１】
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【００６２】
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【００６３】
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【００６４】
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【００６５】
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【００６６】
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【００６７】
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【００６８】
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【００６９】
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【００７０】
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【００７１】
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【００７２】
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【００７３】
2021505364.tif 000032
【００７４】
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【００７５】
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【００７６】
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【００７７】
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【００７８】
2021505364.tif 000037
【００７９】
2021505364.tif 000038
【００８０】
ここで、Ｏ２は酸素、ＳＯ３は三酸化硫黄、ＣａＳＯ３は亜硫酸カルシウム、ＣａＳＯ４は硫酸カルシウム、ＣＯは一酸化炭素、ＣＨ４はメタン、Ｈ２は水素、Ｓｎは元素硫黄を指し、ここでｎ＝１から８までの数字が含まれる。二酸化硫黄は酸化カルシウムと反応して、反応４〜６のように亜硫酸カルシウムおよび硫酸カルシウムを生成することができることに留意されたい。
【００８１】
燃料反応器１２における個々の反応は発熱性であり得るが、燃料反応器１２におけるエンタルピーの全体的な変化は正（吸熱性）である。エンタルピーの全変化は、テールガス流１００内の燃料の量および燃料流１２５内の燃料の量によって制限される。
【００８２】
燃料反応器流出物１１３は、硫化カルシウム（反応２から）および炭酸カルシウム（反応３から）を含有することができる。燃料反応器排出物１１３は、燃料反応器１２を出て、燃料反応器分離器１３に導入される。
【００８３】
燃料反応器分離器１３は、気体から固体を分離することができる任意のタイプの分離ユニットであってよい。少なくとも１つの実施例では、燃料反応器分離器１３はサイクロン分離ユニットである。燃料反応器分離器１３で分離されたガスは、煙道ガス排気１２０としてシステムを出る。煙道ガス排気１２０は、水蒸気および煙道ガスを含有することができる。煙道ガスは、窒素、二酸化炭素、酸素、粒子状物質、一酸化炭素、窒素酸化物、硫黄酸化物、およびそれらの組み合わせを含むことができる。
【００８４】
硫化カルシウムおよび炭酸カルシウムを含む残りのガスおよび固体は、燃料反応器排出物１１２として燃料反応器分離器を出る。燃料反応器排出物１１２は空気反応器１４に導入することができる。燃料反応器分離器１３および空気反応器１４は、燃料反応器排出物１１２による燃料反応器分離器１３から空気反応器１４への固体の輸送を助け、容易にするように設計および配置することができる。少なくとも１つの実施形態では、燃料反応器排出物１１２は固体のみを含有する。空気反応器１４において、硫化カルシウムは、空気流１１５からの酸素で酸化されて、以下の反応に従って硫酸カルシウム（ＣａＳＯ４）を形成することができる。
【００８５】
2021505364.tif 000039
【００８６】
2021505364.tif 000040
【００８７】
ここで、Ｎ２は窒素である。
【００８８】
硫酸カルシウムは、固体粒子の形態であり得る。硫酸カルシウムは、空気反応器流出物１１１に同伴され、空気反応器分離器１１に導入され得る。硫酸カルシウムは、空気反応器排出物１１４において空気反応器分離器１１を出て、燃料反応器１２に導入され得る。
【００８９】
後流は、生成物流出物１１０として空気反応器排出物１１４から除去することができる。生成物流出物１１０を除去するために、固体の画分を分離する任意の手段を使用することができる。少なくとも１つの実施形態において、固体の画分を分離する手段はバルブであり得る。生成物流出物１１０は、空気反応器排出物１１４内の固体の画分を含むことができる。生成物流出物１１０中の固体は、硫酸カルシウム、酸化カルシウム、炭酸カルシウム、およびそれらの組み合わせを含むことができる。少なくとも１つの実施形態では、生成物流出物１１０は硫酸カルシウムを含む。空気反応器排出物１１４から生成物流出物１１０中に除去される固体の画分は、１０重量パーセント（ｗｔ％）〜３０重量％、交互に１０重量％〜２５重量％、交互に１０重量％〜２０重量％、交互に１０重量％〜１５重量％、交互に１２重量％〜１５重量％とすることができる。生成物流出物の流量は、燃料反応器１２内の温度を調節するために計装制御ループを通して調節することができる。計装制御ループは、生成物流出物１１０内の流れを可能にするために開くバルブと、燃料反応器１２内の温度計とを含むことができる。生成物流出物１１０中の硫酸カルシウムは、セメントを製造するために使用することができる。
【００９０】
反応１、反応３７、および反応３８は、テールガス流１００がＣＬＣユニット１０に導入され、反応物が空気反応器１４および燃料反応器１２を通る第１のループを完了した後に、空気反応器１４中で同時に起こり得ることが理解され得る。当業者は、反応１〜３８が各反応の反応速度に応じて互いに競合し得ることを理解するであろう。
【００９１】
図１を参照し、図２を参照すると、化学ループ燃焼ユニットの実施形態が提示されている。
【００９２】
酸素キャリア１０５は、か焼器ユニット１６に導入することができる。か焼器ユニット１６は、炭酸カルシウムをか焼することができる任意のタイプのか焼器ユニットであり得る。か焼器ユニット１６は、か焼器反応温度、か焼器反応圧力、およびか焼器反応滞留時間で動作することができる。か焼反応温度は８００℃〜１３００℃、あるいは８５０℃〜９５０℃とすることができる。少なくとも１つの実施形態では、か焼反応温度は９００℃である。か焼器反応圧力は１バール（１００ｋＰａ）〜５バール（５００ｋＰａ）とすることができる。か焼器反応滞留時間は、１秒〜６００秒、交互に８０秒〜２００秒とすることができる。
【００９３】
以下に、酸素キャリアが炭酸カルシウムである場合に、か焼器ユニット１６を含めたＣＬＣユニット１０内で起こるプロセスおよび反応を、図１を参照して説明する。プロセスおよび反応は直線経路に沿って記載されるが、当業者は、立ち上がり期間の後、反応物および生成物が、記載されるように取り出される生成物を除いて、連続ループでＣＬＣユニットを通って循環することを理解する。記載されるように、複数の競合する反応は、両方の反応器において同時に起こり得る。
【００９４】
か焼器ユニット１６において、炭酸カルシウムは、反応１に従って酸化カルシウムおよび二酸化炭素を形成することができる。生成物は、か焼器流出物２１７としてか焼器ユニット１６を出ることができる。か焼器流出物２１７は、酸化カルシウム、二酸化炭素、窒素、およびそれらの組み合わせを含むことができる。か焼器流出物２１７は、か焼器分離器１７に導入することができる。
【００９５】
か焼器分離器１７は、気体から固体を分離することができる任意の種類の分離ユニットとすることができる。少なくとも１つの実施形態では、か焼器分離器１７はサイクロン分離ユニットである。か焼器分離器１７で分離されたガスは、か焼器排気２４０としてＣＬＣユニット１０を出ることができる。か焼器排気２４０は、窒素、二酸化炭素、酸素、およびこれらの組み合わせを含むことができる。
【００９６】
か焼器分離器で分離された固体は、か焼器排出物２１６として出る。か焼器排出物２１６は、酸化カルシウムを含むことができる。か焼器排出物２１６は、燃料反応器１２に導入することができる。
【００９７】
空気反応器分離器１１は、空気反応器流出物１１１を空気反応器排気１４０と空気反応器排出口２１４とに分離することができる。空気反応器排気１４０は、か焼器ユニット１６に導入されることができる。空気反応器排出口２１４は、硫酸カルシウム、炭酸カルシウム、酸化カルシウム、およびこれらの組み合わせを含有することができる。少なくとも１つの実施形態では、空気反応器排出口２１４は、酸化カルシウムが少なく、炭酸カルシウムが少なく、硫酸カルシウムの量が多いなど、空気反応器排出物１１４とは異なる組成を有することができる。少なくとも１つの実施形態では、図２を参照して説明したシステムは、図１を参照して説明したシステムと比較して、酸化の増加および温度の低下をもたらすことができる。空気反応器排出口２１４は、か焼器ユニット１６に導入することができる。生成物流出物１１０は、空気反応器排出口２１４から分離することができる。
【００９８】
か焼器ユニットの追加により、各ユニットの運転条件を調整する機能を持たせることで、ＣＬＣユニットのフレキシブルな運転が可能となった。ユニット内の動作条件を調整することができることによって、システムは、酸化カルシウムの損失が低減され、システムのエネルギー効率が向上する。
【００９９】
図１および図２を参照し、図３を参照すると、還元反応器１８を含むＣＬＣユニット１０の実施形態が提供されている。以下に、酸素キャリアが炭酸カルシウムである場合に、か焼器ユニット１６および還元反応器１８を含めたＣＬＣユニット１０内で起こるプロセスおよび反応を、図１を参照して説明する。プロセスおよび反応は直線経路に沿って記載されるが、当業者は、立ち上がり期間の後、反応物および生成物は記載されるように取り出される生成物を除いて、連続ループでＣＬＣユニットを通って循環することを理解する。記載されるように、複数の競合する反応は、両方の反応器において同時に起こり得る。
【０１００】
図３に関して示される実施形態では、燃料反応器分離器１３は、空気反応器流出物１１３を煙道ガス排気１２０および燃料反応器排出物１１２に分離する。還元反応器１８を含むＣＬＣユニット１０の一実施形態では、燃料反応器１２は、８３０℃の燃料反応温度および大気圧の燃料反応圧力で動作することができる。有利には、燃料反応器１２を８３０℃の燃料反応温度で運転すると、酸化カルシウムが硫化水素と選択的に反応する（反応２）。８３０℃の燃料反応温度は、以下に示すように、二酸化炭素炭酸化反応を最小限に抑える。
【０１０１】
2021505364.tif 000041
煙道ガス排気１２０は、還元反応器１８に導入することができる。
【０１０２】
か焼器後流３１６は、か焼器排出物２１６から分離することができる。か焼器後流３１６は、か焼器排出物２１６中に固体の一部を含むことができる。か焼器後流３１６中の固体は、硫酸カルシウム、酸化カルシウム、炭酸カルシウム、およびそれらの組み合わせを含むことができる。少なくとも１つの実施形態では、か焼器後流３１６が硫酸カルシウムを含む。か焼器排出物２１６からか焼器後流３１６中に除去される固体の割合は、５重量パーセント（ｗｔ％）〜２０ｗｔ％、交互に８ｗｔ％〜１５ｗｔ％、交互に１０ｗｔ％〜１２ｗｔ％であり得る。か焼器後流３１６中で除去される固体の割合は、煙道排気１２０の温度を制御する計装ループによって制御することができる。煙道排気１２０の温度は、運転条件および還元反応器１８における変換の程度を示している。煙道排気１２０の温度に基づいて、還元反応器１８に入る固体の量は、か焼器後流３１６中の重量によって制御することができる。か焼器後流３１６は、還元反応器１８に導入することができる。反応２〜３６は、還元反応器１８中で、か焼器後流３１６および煙道ガス排気１２０からの反応物と共に起こる。
【０１０３】
還元反応器１８は、還元温度、還元圧力、および還元反応器滞留時間で動作することができる。還元温度は９００℃以下、交互に８５０℃〜９００℃、交互に８００℃〜８５０℃、交互に７５０℃〜８００℃、交互に７００℃〜７５０℃、交互に６５０℃〜７００℃、交互に６００℃以下とすることができる。少なくとも１つの実施形態では、還元反応器１８内の還元温度は６５０℃である。還元圧力は大気圧とすることができる。還元反応器滞留時間は、１秒〜７００秒、交互に５０秒〜４００秒である。還元反応器１８を燃料反応器１２よりも低い温度で動作させると、還元反応器１８の効率が上がり、副反応が抑制される。還元反応器流出物３１８は、還元反応器分離器１９に導入することができる。
【０１０４】
還元反応器分離器１９は、気体から固体を分離することができる任意のタイプの分離ユニットであり得る。少なくとも１つの実施形態では、還元反応器１９はサイクロン分離ユニットである。還元反応器分離器１９で分離されたガスは、排ガス流３２０としてＣＬＣユニット１０を出る。排ガス流３２０は、水蒸気および微量の硫化水素を含むことができる。排ガス流３２０中の微量の硫化水素レベルは、１体積ｐｐｍｖ未満とすることができる。還元反応器排出物３１９は、還元反応器流出物３１８から分離された固体を含有する。還元反応器排出物３１９は、炭酸カルシウム、硫化カルシウム、およびそれらの組み合わせを含むことができる。還元反応器排出物３１９は、か焼器ユニット１６に導入することができる。パージ流３００は、還元反応器排出物３１９から取り出すことができる。パージ流３００は、還元反応器排出物３１９中に固体の一部を含むことができる。パージ流３００中の固体は、硫酸カルシウム、酸化カルシウム、炭酸カルシウム、およびそれらの組み合わせを含むことができる。少なくとも１つの実施形態では、パージ流３００は、硫酸カルシウム、酸化カルシウム、およびそれらの組み合わせを含む。還元反応器排出物３１９からパージ流３００中に除去される固体の割合は、５重量パーセント（ｗｔ％）〜２０ｗｔ％、交互に８ｗｔ％〜１５ｗｔ％、交互に１０ｗｔ％〜１２ｗｔ％であり得る。燃料反応器１２と還元反応器１８との組み合わせは、各反応器における反応条件のより良好な制御を提供し、各反応器における反応条件がより純粋な生成物を生成するための特定の反応を促進することを可能にする。
【０１０５】
ＣＬＣユニット１０の一部として還元反応器１８を使用することにより、ＣＬＣユニット１０は、硫化水素からの硫黄の９９.５重量％を超える回収を達成することができる。有利には、還元反応器１８の追加によって固体循環の必要性を最小限にする。理想的な動作環境では還元反応器１８を追加することにより硫酸カルシウムのみがＣＬＣユニット１０から生成されるので、固体循環の必要性は排除され、実際の動作環境では、変換は最小量の固体の再循環を必要として熱力学的に制限され得る。
【０１０６】
図１を参照して、図４を参照すると、ＣＬＣユニットを使用する硫黄回収プロセスの実施形態が提供されている。酸性ガス流４００は、硫黄回収ユニット（ＳＲＵ）燃料流４０５およびＳＲＵ空気流４１５と共に硫黄回収ユニット４０に導入される。酸性ガス流４００は、硫化水素を含む任意の酸性ガス源とすることができる。少なくとも１つの実施形態では、酸性ガス流４０は、２５重量％〜７５重量％の硫化水素濃度を有する。少なくとも１つの実施形態では、酸性ガス流４００は、二酸化硫黄、硫化水素、二酸化炭素、硫黄含有化合物、およびそれらの組み合わせを含むことができる。
【０１０７】
ＳＲＵ燃料流４０５は、硫黄回収ユニット４０内の燃焼炉（図示せず）の温度を上昇させるのに適した任意の燃料ガス源とすることができる。ＳＲＵ空気流４１５は、硫黄回収ユニット４０の燃焼炉で使用するのに適した任意の酸素含有ガス源とすることができる。ＳＲＵ空気流４１５は、空気、酸素、酸素富化空気、およびこれらの組み合わせを含むことができる。
【０１０８】
硫黄回収ユニット４０では、酸性ガス流４００中の硫化水素とＳＲＵ空気流４１５中の酸素とが反応して、元素硫黄流４１０とテールガス流１００とを生成する。元素硫黄流４１０は、液体元素硫黄を含むことができる。少なくとも１つの実施形態では、硫黄回収ユニット４０はクラウスプロセスであり得る。テールガス流１００はＣＬＣユニット１０に導入することができる。
【０１０９】
図１および図４を参照して、図５を参照すると、ＣＬＣユニットおよびガススイートニングユニットを使用する硫黄回収プロセスの実施形態が提供されている。サワーガス流５００は、ガススイートニングユニット５０に導入することができる。サワーガス流５００は、サワーガスおよび生成ガスを含有する任意のガス流とすることができる。少なくとも１つの実施形態において、サワーガス流５００は、メタン、炭化水素、硫化水素、二酸化炭素、およびそれらの組み合わせを含むことができる。少なくとも１つの実施形態では、サワーガス流５００が４０体積％以下の硫化水素を含むことができる。サワーガス流５００は、ガススイートニングユニット５０に導入される。
【０１１０】
ガススイートニングユニット５０は、ガス流から酸性ガスを除去することができる任意のユニットとすることができる。ガススイートニングユニットの例は、アミンユニットを含むことができる。少なくとも１つの実施形態では、ガススイートニングユニット５０はアミンユニットである。サワーガス流５００は、ガススイートニングユニット５０内で分離されて、セールスガス流５３０および酸性ガス流４００を生成する。セールスガス流５３０は、スイートニングされたガス流である。セールスガス流５３０は、さらなる処理のために送ることができ、貯蔵のために送ることができ、または廃棄のために送ることができる。酸性ガス流４００は硫黄回収ユニット４０に導入することができる。
【０１１１】
図１、図４および図５を参照して、図６を参照すると、ＣＬＣユニット、ガススイートニングユニットおよび膜ユニットを使用する硫黄回収プロセスの実施形態が提供されている。酸性ガス流４００は膜ユニット６０に導入することができる。膜ユニット６０は、硫化水素と二酸化炭素とを分離することができる任意の膜を含むことができる。少なくとも１つの実施形態では、膜ユニット６０が二酸化炭素選択膜を含む。膜ユニット６０は、酸性ガス流４００を硫化水素リッチ酸性ガス６００と硫化水素リーン酸性ガス６１０とに分離する。
【０１１２】
硫化水素リッチ酸性ガス６００中の二酸化炭素の量を減少させることは、二酸化炭素が希釈剤として作用し、ＣＬＣユニットへの流れを加熱するのに必要なエネルギーを減少させることができるので有利である。
【０１１３】
硫化水素リッチ酸性ガス６００は、硫化水素、二酸化炭素、およびそれらの組み合わせを含有することができる。少なくとも１つの実施形態では、硫化水素リッチ酸性ガス６００は、酸性ガス流４００中に存在する他のガスを含有することができる。硫化水素リッチ酸性ガス６００は、２５重量％〜８５重量％の硫化水素を含有する。硫化水素リッチ酸性ガス６００は硫黄回収ユニット４０に導入することができる。
【０１１４】
硫化水素リーン酸性ガス６１０は、二酸化炭素、硫化水素、およびこれらの組み合わせを含有することができる。硫化水素リーン酸性ガス６１０は、５重量％〜８重量％を含有する。硫化水素リーン酸性ガス６１０をテールガス流１００と混合して、混合ガス６２０を生成することができる。混合ガス６２０は、ＣＬＣユニット１０に導入することができる。
【０１１５】
ここに記載されている硫黄回収プロセスおよびシステムは、一つ以上の熱酸化装置が存在しない場合である。ここに記載されている硫黄回収プロセスおよびシステムは、煙道ガス脱硫システムが存在しない場合である。煙道ガス脱硫システムは、ＳＣＯＴプロセス、アンモニアプロセス、湿式スクラビングプロセス、および乾式スクラビングプロセスを含むことができる。ＣＬＣプロセスを追加することにより、触媒段階で２つの触媒反応器しか必要としないクラウスプロセスとなり得る。ここに記載されている硫黄回収プロセスおよびシステムは、水素ガスの供給を必要とするプロセスユニットが存在しない場合である。ここに記載されているシステムおよびプロセスは、酸素キャリアとしての硫酸カルシウムを用いたＣＬＣプロセスが存在しない場合である。
【実施例】
【０１１６】
実施例１。第１の例は、図５を参照して説明した実施形態によるプロセスにおいて、図１、図２、および図３を参照して説明したようなＣＬＣユニット１０の異なる実施形態をシミュレートしたものである。パーセンテージは乾燥重量基準で示す。データは、アスペンプラス（Ａｓｐｅｎ  Ｐｌｕｓ（登録商標））を使用して実行されたシミュレートに基づいている。流れ１１４および流れ２１６は、実施形態に応じて燃料反応器１２に導入される。流れ１１２は空気反応器１４に導入される。流れ２１４および流れ３１９はか焼器ユニット１６に導入される。
【０１１７】
【表１】
2021505364.tif 000042
【０１１８】
実施例２。第２の例は、図６を参照して説明した実施形態によるプロセスにおいて、図１、図２および図３を参照して説明したようなＣＬＣユニット１０の異なる実施形態をシミュレートしたものである。パーセンテージは乾燥重量基準で示す。アスペンプラス（Ａｓｐｅｎ  Ｐｌｕｓ（登録商標））を使用してシミュレートした。流れ１１４および流れ２１６は、実施形態に応じて燃料反応器１２に導入される。流れ１１２は空気反応器に導入される。流れ２１４および流れ３１９は、実施形態に応じてか焼器ユニット１６に導入される。
【０１１９】
【表２】
2021505364.tif 000043
【０１２０】
本実施形態は詳細に説明されてきたが、様々な改変、代替および変更が、原則および範囲から逸脱することなく、ここにおいて行うことができることを理解されたい。したがって、実施形態の範囲は、以下の特許請求の範囲およびそれらの適切な法的均等物によって決定されるべきである。
【０１２１】
記載されている様々な要素は別段の指示がない限り、ここに記載されている他のすべての要素と組み合わせて使用することができる。
【０１２２】
単数形「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は、文脈が明らかにそうではないと指示しない限り、複数の指示対象を含む。
【０１２３】
任意の、または、任意に、とは、後述する事象または状況が発生する可能性がある、または発生しない可能性があることを意味する。説明は、その事象または状況が発生する場合と、それが発生しない場合とを含む。
【０１２４】
範囲は、ここでは１つの特定の値から約別の特定の値までのように表すことができ、別段の指示がない限り、包括している。そのような範囲が表現される場合、別の実施形態は、１つの特定の値から他の特定の値までであり、前記範囲内の全ての組み合わせを伴うことを理解されたい。
【０１２５】
ここで用いられているように、および付属の特許請求の範囲において、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」、「有する（ｈａｓ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」という用語およびそれらのすべての文法的変化形は、それぞれ追加の要素またはステップを除外しない開放的で非制限的な意味を持つことを意図している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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