專利名稱：用于硫回收裝置的需氣反饋控制系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的領(lǐng)域是用于克勞斯硫回收裝置的控制系統(tǒng)，尤其是用于具有多個熱級的克勞斯裝置的控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
一般在排入大氣之前，使用包括熱級且在后面串聯(lián)一個或多個催化級的一個或多 個克勞斯硫回收裝置從廢氣除去硫化合物(尤其是硫化氫)。雖然使用克勞斯裝置回收硫 在概念上簡單，并且在本領(lǐng)域熟知，但由于很多可變參數(shù)，有效操作克勞斯裝置并不簡單。 除了其他因素外，進(jìn)入克勞斯裝置的進(jìn)料流的化學(xué)組成(例如硫化氫、二氧化碳和水的含 量和相對比例)可根據(jù)設(shè)備類型和在克勞斯裝置上游使用的方法顯著改變。因此，根據(jù)克 勞斯反應(yīng)的具體化學(xué)計量要求，嚴(yán)格控制用于熱級的氧量對有效操作克勞斯裝置關(guān)鍵。在具有單一熱級的大多數(shù)目前已知結(jié)構(gòu)中，為了控制熱級中所需的氧量，假定廢 氣進(jìn)料化學(xué)組成不變。為了適應(yīng)進(jìn)料氣體中硫化氫濃度的很小變化，也考慮到熱級控制 儀器的不精確性，一般實行在此裝置中安裝反饋控制儀器，以精細(xì)調(diào)節(jié)熱級需氣邏輯。此 系統(tǒng)中的反饋邏輯一般包括離開最終催化級的尾氣中硫化氫與二氧化硫的摩爾比的氣體 分析。然后用來自廢氣分析儀的控制信號很小改變輸送到熱級的空氣或其他含氧氣體的 量，以達(dá)到流出物流中硫化氫與二氧化硫的所需比率。此結(jié)構(gòu)的一般實例描述于美國專利 4，100, 266，其中含氧氣體流用控制器調(diào)節(jié)，控制器基于含氧氣體中測定氧濃度和尾氣和排 出氣流中不同組分的測定濃度操作。RE028864類似描述一種系統(tǒng)，其中調(diào)節(jié)氧或含氧氣體 流的控制信號產(chǎn)生于(a)在熱級入口的硫化氫和氧的測定濃度和校正值，和(b)尾氣中組 分的測定濃度。在另一個已知結(jié)構(gòu)中(例如，WO 2006/005155或美國專利3，026, 184)，用在熱級 和催化級兩者下游測定形成合并控制信號，然后用合并控制信號直接調(diào)節(jié)含氧氣體到熱級 的流量，從而達(dá)到過程控制。合并控制信號允許提高精細(xì)調(diào)節(jié)基于兩種過程點的氧流，然 而，一般不允許在兩種過程點有不平衡差異?；蛘?，可用熱級溫度控制優(yōu)化克勞斯裝置的總體性能，如美國專利4，543，245 所述，在另一種已知方法中，通過校準(zhǔn)響應(yīng)克勞斯裝置尾氣中硫化氫/ 二氧化硫比率的 烴代表響應(yīng)信號(而不是硫化氫代表響應(yīng)信號)，可控制對熱級的氧進(jìn)料，如美國專利 4，836，999 所述。雖然此類已知尾氣控制電路傾向于在很多情況下滿意操作，但仍有各種難題，尤 其在需要處理很大量酸進(jìn)料的相對較大克勞斯裝置中。此類裝置通常包括并聯(lián)操作的多個 熱級，隨后為串聯(lián)操作的一個或多個催化級。遺憾的是，具有并聯(lián)熱級的此類已知結(jié)構(gòu)表現(xiàn) 利用從尾氣分析儀(一般測定硫化氫與二氧化硫的比率)反饋控制的問題。例如，在熱級 之一利用太多空氣或氧操作，而其他熱級用合適量或太少空氣操作時，達(dá)不到所需的尾氣比率。由于在此裝置中尾氣分析儀位于共同催化級的下游，下游分析儀對獨立操作的熱級之間的差異不敏感。因此，分析儀的反饋控制信號對熱級之一采取合適動作，但對其他熱級 采取不合適動作，從而可能使問題加劇。因此，控制克勞斯裝置可連續(xù)使太高的尾氣硫化氫 與二氧化硫比率改變到太低比率。為了避免至少一些與具有多個并聯(lián)熱級的裝置有關(guān)的問題，可實行這樣一種克勞 斯裝置結(jié)構(gòu)，其中可通過測定可燃?xì)怏w進(jìn)入另外熱級的流速和來自另外熱級的貧硫氣流中 硫化氫與二氧化硫的比率，實現(xiàn)到另外熱級的氧流量控制，如美國專利6，287，535所述。雖 然這種結(jié)構(gòu)和方法有利地允許顯著增加可燃酸氣的通過量，但仍有幾個問題。同樣，尾氣中 硫化氫與二氧化硫的所需比率的任何偏離不能追溯到產(chǎn)生或促成偏差的具體熱級。因此，雖然在本領(lǐng)域已知克勞斯裝置操作控制的很多方法，但所有或幾乎所有方 法都有一個或多個缺點。因此，仍需要提供用于克勞斯裝置中控制的改善結(jié)構(gòu)和方法。發(fā)明概述本發(fā)明涉及具有多個并聯(lián)熱級的克勞斯裝置的控制的結(jié)構(gòu)和方法，其中用測定來 自熱級和來自催化級的流出物組成產(chǎn)生控制信號，控制信號獨立允許改變一個或多個熱級 的一個或多個操作參數(shù)。在本發(fā)明主題的一個方面，控制克勞斯裝置操作的方法包括以下步驟，監(jiān)測第一 熱級流出物和第二熱級流出物的化學(xué)組成，其中第一熱級和第二熱級并聯(lián)操作；并監(jiān)測催 化級流出物的化學(xué)組成，其中催化級連接到第一熱級和第二熱級，以接收第一熱級流出物 和第二熱級流出物。在另一個步驟中，根據(jù)從測定熱級流出物和催化級流出物得到的結(jié)果， 獨立調(diào)節(jié)第一熱級和第二熱級的至少一個熱級中的操作參數(shù)。最優(yōu)選監(jiān)測熱級流出物和/或催化級流出物的化學(xué)組成的步驟包括測定硫化氫 和/或二氧化硫濃度，最一般包括測定硫化氫與二氧化硫的比率。根據(jù)測定的濃度，一般優(yōu) 選計算第一控制信號和/或第二控制信號，并用第一控制信號和/或第二控制信號調(diào)節(jié)第 一熱級和第二熱級的至少一個熱級的一個或多個操作參數(shù)。另外可設(shè)想測量在第一熱級和 第二熱級的至少一個熱級中的溫度。因此，適合的操作參數(shù)包括空氣流速、含氧氣體流速、 酸氣進(jìn)入第一熱級和/或第二熱級的流速和/或在第一熱級和/或第二熱級的溫度。因此并且從不同的觀點看，克勞斯裝置控制系統(tǒng)具有操作性連接到克勞斯裝置的 第一熱級的第一流出物分析儀，和操作性連接到克勞斯裝置的第二熱級的第二流出物分析 儀，其中第一熱級和第二熱級構(gòu)成并聯(lián)操作。在此類裝置中，第一控制器操作性連接到第一 熱級，并且構(gòu)成控制第一熱級的第一操作參數(shù)，第二控制器操作性連接到第二熱級，并且構(gòu) 成控制第二熱級的第二操作參數(shù)。第三流出物分析儀操作性連接到克勞斯裝置的催化級， 其中催化級構(gòu)成接收來自第一熱級和第二熱級的合并流出物。控制單元連接到第一流出物 分析儀、第二流出物分析儀和第三流出物分析儀，并程序化或另外構(gòu)成允許獨立調(diào)節(jié)第一 控制器和第二控制器的第一操作參數(shù)和第二操作參數(shù)。最一般第一流出物分析儀、第二流出物分析儀和/或第三流出物分析儀構(gòu)成測定 硫化氫與二氧化硫的比率，并且第一溫度分析儀和第二溫度分析儀可連接到第一控制器和 第二控制器。在尤其涵蓋的裝置中，使控制單元程序化，以將第一控制信號和第二控制信號 分別提供到第一控制器和第二控制器，從而獨立調(diào)節(jié)第一熱級和第二熱級的硫化氫與二氧 化硫的比率的設(shè)定點?；蛘呋蛄硗?，也可使控制單元程序化，以將第一控制信號和第二控制信號分別提供到第一控制器和第二控制器，從而獨立調(diào)節(jié)第一熱級和第二熱級的操作溫 度。合乎需要時，可使控制單元與第一控制器結(jié)合。通過以下本發(fā)明優(yōu)選實施方案的詳細(xì)描述與附圖，本發(fā)明的不同目的、特征、方面和優(yōu)點將變得更加顯而易見。附圖簡述

圖1為根據(jù)本發(fā)明的主題的示例性克勞斯裝置控制結(jié)構(gòu)的示意圖。發(fā)明詳述發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，可執(zhí)行在一系列共同催化級的上游具有多個并聯(lián)熱級的克勞斯裝 置的控制系統(tǒng)，使得能夠單獨控制各熱級的操作，以提供具有所需硫化氫與二氧化硫比率 的流出物。因此，在特別涵蓋的結(jié)構(gòu)和方法中，將氣體分析儀提供到各熱級的出口，并構(gòu)成 分析離開相應(yīng)級的氣流中硫化氫與二氧化硫的比率。根據(jù)共同下游催化級尾氣中硫化氫與 二氧化硫的預(yù)定和所需比率并根據(jù)克勞斯裝置的單獨熱級中硫化氫與二氧化硫的實際比 率，處理單元計算上游熱級各出口的所需相應(yīng)校正比率。因此，來自尾氣分析儀的計算反饋 控制信號在各熱級的氣體分析儀控制器重新設(shè)定硫化氫與二氧化硫比率設(shè)定點。因此，用 各自熱級的各氣體分析儀控制器少量加入或消除輸送到那個熱級的一定量空氣(或其他 含氧氣體)，以便在那個級的流出物流中達(dá)到硫化氫與二氧化硫的所需比率。在如圖1示意顯示的本發(fā)明的主題的一個示例方面，克勞斯裝置100包括并聯(lián)操 作的兩個熱級IlOA和110B，和接收上游熱級IlOA和IlOB的組合流出物并且串聯(lián)操作的 兩個催化級120A和120B。熱級流出物112A和112B通過相應(yīng)的傳感器130A和130B和相 關(guān)的分析儀/控制器132A和132B分析。最優(yōu)選來自分析儀/控制器132A和132B的分析 儀信號作為來自相應(yīng)傳感器的信號的函數(shù)產(chǎn)生，并傳送到分析儀/控制器152。催化級流 出物122通過相應(yīng)的傳感器150和相應(yīng)的分析儀/控制器152分析。然后使分析儀/控制 器152程序化，以基于來自分析儀/控制器132A和132B的分析儀信號和來自分析儀/控 制器152的分析儀信號單獨重新調(diào)節(jié)分析儀/控制器132A和132B的初始設(shè)定點，從而單 獨和獨立調(diào)節(jié)流出物112A和112B和因此催化級流出物122的組成。因此，應(yīng)理解，在分析 儀/控制器152和分析儀/控制器132之間可有單向或雙向信息流。在本發(fā)明主題的供選方面，應(yīng)理解，可以不同于以上對圖1所述的方式執(zhí)行各操 作參數(shù)的單獨控制。例如，設(shè)想單獨控制單元可接收來自所有傳感器和/或分析儀的信號， 其中如此傳送的信號相當(dāng)于熱級和/或催化級的一個或多個操作參數(shù)的測定值。然后可用 此中心控制單元控制所有熱級和催化級的操作參數(shù)。另一方面并且在合乎需要時，設(shè)想各 分析儀/控制器也可包括至少部分控制單元，并因此排除中心控制單元。然后此分析儀/ 控制器構(gòu)成為允許連接到至少兩個其他分析儀/控制器，以允許單向傳遞且更優(yōu)選雙向相 互傳遞。關(guān)于傳感器和分析儀/控制器的類型，應(yīng)理解，所有已知的傳感器和分析儀/控制 器似乎適用于本發(fā)明。然而，尤其優(yōu)選傳感器提供流出物中至少一種組分的實時或近實時 (例如，落后時間小于10分鐘，更優(yōu)選小于5分鐘)組成信息。因此，最一般傳感器包括光 學(xué)元件(例如分光傳感器)，在較差優(yōu)選的方面(例如在波動相對較慢時)包括色譜元件。 仍應(yīng)進(jìn)一步理解，傳感器可適用于測定單一組分(例如，硫化氫)或多種組分(例如，硫化 氫和二氧化硫)或其代用標(biāo)志物。另一方面，也可包含可用于測定多個組分的多個傳感器。
一般優(yōu)選熱級的傳感器位于合并流出物到催化級的進(jìn)入點的上游。例如，在熱級 具有下游硫冷凝器時，可設(shè)想傳感器位于或接近冷凝器出口。另一方面，在沒有硫冷凝器存 在時，傳感器一般極接近熱級出口。在本發(fā)明主題的更進(jìn)一步涵蓋方面，可設(shè)想布置另外的 傳感器，使得另外的傳感器傳感合并熱級流出物流中至少一種組分的濃度，在三種或更多 種熱級流出物合并時這可能尤其有利。然后，所述另外的傳感器可連接到控制單元，以提供 可能化學(xué)計量不平衡的另外信息。同樣，在利用二個、三個或甚至更多個催化級時，可設(shè)想 在一列催化級中提供多個傳感器。關(guān)于適合的分析儀和/或控制器，設(shè)想用于在熱級中調(diào)節(jié)空氣和/或氧進(jìn)料、酸氣進(jìn)料和/或溫度的所有已知分析儀和過程控制器均適用于本發(fā)明。因此，此類分析儀和/ 或控制器可結(jié)合到單一裝置，或者作為單獨的部件提供。如上指出，控制器也可包括改變熱 級的控制器的至少部分控制單元。因此，應(yīng)理解，現(xiàn)在可達(dá)到對輸送到熱級的空氣或其他含氧氣體的量的精確控制， 這對正確操作克勞斯裝置關(guān)鍵。相比之下，在催化級位于多個并聯(lián)熱級之后時，目前已知的 尾氣反饋控制策略不能達(dá)到此調(diào)節(jié)。因此，已公開用于硫回收裝置的控制系統(tǒng)的具體實施方案和應(yīng)用。然而，對本領(lǐng)域 技術(shù)人員應(yīng)顯而易見，可在不脫離本發(fā)明概念下進(jìn)行已述之外的很多修改。因此，除了本公 開的精神外，本發(fā)明的主題不受限制。另外，在解釋說明書和涵蓋的權(quán)利要求時，所有術(shù)語 應(yīng)以與上下文一致的最寬可能方式解釋。具體地講，術(shù)語“包括”和“包含”應(yīng)解釋為以非 排他性方式指成分、元件或步驟，表示所引用的成分、元件或步驟可與未明確引用的其他成 分、元件或步驟一起存在、利用或組合。另外，在通過引用結(jié)合到本文的文獻(xiàn)中一個術(shù)語的 定義或使用與本文提供的術(shù)語的定義不一致或相反時，應(yīng)以本文提供的術(shù)語的定義為準(zhǔn)， 在文獻(xiàn)中術(shù)語的定義不適用。
權(quán)利要求
一種控制克勞斯裝置操作的方法，所述方法包括(a)監(jiān)測第一熱級流出物和第二熱級流出物的化學(xué)組成，其中第一熱級和第二熱級并聯(lián)操作；(b)監(jiān)測催化級流出物的化學(xué)組成，所述催化級流出物偶合到第一熱級和第二熱級，以接收第一熱級流出物和第二熱級流出物；和(c)根據(jù)從步驟(a)和(b)得到的結(jié)果，獨立調(diào)節(jié)第一熱級和第二熱級的至少一個熱級中的操作參數(shù)。
2.權(quán)利要求1的方法，其中監(jiān)測步驟(a)和(b)的至少一個步驟中的化學(xué)組成的步驟 包括測定硫化氫和二氧化硫的至少一種的濃度。
3.權(quán)利要求1的方法，其中監(jiān)測步驟(a)和(b)中的化學(xué)組成的步驟包括測定硫化氫與二氧化硫的比率。
4.權(quán)利要求2或3的方法，所述方法進(jìn)一步包括計算第一控制信號和第二控制信號，并 用第一控制信號和第二控制信號的至少一種信號分別調(diào)節(jié)第一熱級和第二熱級的至少一 個熱級中操作參數(shù)的步驟。
5.權(quán)利要求1的方法，所述方法進(jìn)一步包括監(jiān)測第一熱級和第二熱級的至少一個熱級 中溫度的步驟。
6.權(quán)利要求1的方法，其中操作參數(shù)選自空氣流速、含氧氣體流速、酸氣進(jìn)入第一熱級 和第二熱級的至少一個熱級的流速和第一熱級和第二熱級的至少一個熱級中的溫度。
7.一種克勞斯裝置控制系統(tǒng)，所述克勞斯裝置控制系統(tǒng)包括操作性連接到克勞斯裝置的第一熱級的第一流出物分析儀，和操作性連接到克勞斯裝 置的第二熱級的第二流出物分析儀，其中第一熱級和第二熱級構(gòu)成并聯(lián)操作；操作性連接到第一熱級的第一控制器，其中第一控制器構(gòu)成控制第一熱級的第一操作 參數(shù)；操作性連接到第二熱級的第二控制器，其中第二控制器構(gòu)成控制第二熱級的第二操作 參數(shù)；操作性連接到克勞斯裝置的催化級的第三流出物分析儀，其中克勞斯裝置的催化級構(gòu) 成接收來自第一熱級和第二熱級的合并流出物；和控制單元，所述控制單元連接到第一流出物分析儀、第二流出物分析儀和第三流出物 分析儀，并程序化以允許獨立調(diào)節(jié)第一控制器和第二控制器的第一操作參數(shù)和第二操作參 數(shù)。
8.權(quán)利要求7的控制系統(tǒng)，其中第一流出物分析儀和第二流出物分析儀構(gòu)成測定硫化 氫與二氧化硫的比率。
9.權(quán)利要求7的控制系統(tǒng)，其中第三流出物分析儀構(gòu)成測定硫化氫與二氧化硫的比率。
10.權(quán)利要求7的控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)進(jìn)一步包括連接到第一控制器和第二控制 器的第一溫度分析儀和第二溫度分析儀。
11.權(quán)利要求7的控制系統(tǒng)，其中使控制單元程序化，以將第一控制信號和第二控制信 號分別提供到第一控制器和第二控制器，從而獨立調(diào)節(jié)第一熱級和第二熱級的硫化氫與二 氧化硫的比率的設(shè)定點。
12.權(quán)利要求7的控制系統(tǒng)，其中使控制單元程序化，以將第一控制信號和第二控制信 號分別提供到第一控制器和第二控制器，從而獨立調(diào)節(jié)第一熱級和第二熱級的操作溫度。
13.權(quán)利要求7的控制系統(tǒng)，其中使控制單元與第一控制器結(jié)合。
全文摘要
一種具有對下游催化級提供合并流出物的多個并聯(lián)熱級的克勞斯裝置包括控制器，所述控制器允許獨立和單獨作為熱級流出物和催化級流出物的測定化學(xué)組成的函數(shù)控制各熱級。
文檔編號G05D7/00GK101802739SQ200880103532
公開日2010年8月11日 申請日期2008年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月21日
發(fā)明者J·格布爾, T·K·仇, V·W·王 申請人:氟石科技公司