FR2718726A1 - Traitement de courants contenant du soufre. - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un procédé de récupération de soufre à partir de mélanges fluides contenant du soufre. Sous un de ses aspects, le procédé comprend les étapes de production d'un gaz contenant du dioxyde de soufre dans une unité de traitement de déchets sulfuriques; l'alimentation d'un réacteur thermique d'une installation Claus par un gaz contenant H2 S; la réaction d'au moins une partie du gaz contenant SO2 avec un mélange gazeux enrichi en oxygène dans le réacteur thermique Claus; et la récupération du produit soufré de l'installation Claus.

Description

La présente invention concerne un procédé chimique industriel. Plus spécifiquement, elle concerne un procédé intégré pour traiter des courants contenant du soufre en employant des techniques et un appareil de combustion améliorés.

Les courants soufrés sont communs aux industries de transformation chimiques, en particulier dans les raffineries de pétrole. De plus, dans le domaine de la chimie, des courants contenant du soufre sont produits, par exemple, en grandes quantités au cours de la fabrication du méthacrylate de méthyle dans le procédé à l'acétone cyanhydrine ou "ACH", de l'acrylonitrile dans le procédé d'ammoxydation, des esters acryliques, du caprolactame, du toluène diisocyanate, du dioxyde de titane et à l'issue de réactions de sulfonation et de nitration.

L'expression "fluide soufré", telle qu'on l'entend ici, englobe tout fluide soufré provenant de nombreuses industries ou de nombreux procédés qui produisent so2 lors de leur combustion. Une autre source de courants soufrés se trouve dans la production et dans la transformation du gaz naturel, où H2S est présent en différentes quantités et doit typiquement être traité dans une installation de récupération du soufre.

En plus des fluides soufrés qui sont produits par les procédés industriels, comme le sulfure d'hydrogène dans le gaz naturel et dans les gaz de raffinerie du pétrole, les procédés de raffinerie par eux-mêmes peuvent utiliser des composés soufrés, comme l'acide sulfurique, pour réaliser divers procédés de transformation. En partie du fait des modifications des réglementations quant à l'environnement, certaines raffineries de pétrole gèrent actuellement des quantités croissantes d'acide sulfurique utilisé dans les procédés de transformation des hydrocarbures.

Tout en devant traiter les gaz contenant du sulfure d'hydrogène, les raffineurs sont aussi actuellement sévèrement limités quant à la quantité de butanes autorisée dans l'essence et sont donc confrontés à un besoin croissant de transformer les hydrocarbures de la gamme en C3 et en C4 en hydrocarbures supérieurs. Les raffineurs emploient des procédés d'alkylation pour produire des constituants intéressants pour l'essence à partir de ces hydrocarbures inférieurs. Dans le contexte d'une raffinerie, une unité d'alkylation combine une isoparaffine avec une oléfine. Le résultat des procédés d'alkylation est la consommation des hydrocarbures de masse inférieure pour produire un "alkylat" à fort indice d'octane qui est mélangé dans l'essence.

Bien que le procédé d'alkylation d'une raffinerie puisse avoir lieu à des températures et sous des pressions élevées sans catalyseur, les raffineries modernes emploient un catalyseur à base d'acide fluorhydrique ou d'acide sulfurique pour faire réagir les isoparaffines, telles que l'isobutane ou l'isopentane, avec les oléfines. Durant le procédé d'alkylation d'une raffinerie, le catalyseur liquide à base d'acide sulfurique devient contaminé avec divers composés, tels que des hydrocarbures supérieurs, des goudrons et de l'eau, ce qui provoque la diminution de la force du catalyseur acide et la chute de la vitesse de la réaction d'alkylation.

Lorsque la concentration en acide tombe au-dessous d'un niveau prédéterminé, il faut éliminer une partie de l'acide et le remplacer par de l'acide sulfurique frais.

Les raffineries modernes produisent pas moins d'environ 22 livres d'acide sulfurique usé par baril d'alkylat produit. L'acide sulfurique usé éliminé est typiquement régénéré dans une unité de régénération de l'acide, sur le site de la raffinerie ou hors site.

Typiquement, une installation de régénération de l'acide sulfurique ("SAR") comprend un four, une section de nettoyage des gaz, un convertisseur et une unité d'absorption. Dans le four, l'acide sulfurique se décompose en dioxyde de soufre, dioxyde de carbone et eau en présence d'une flamme de combustion alimentée en combustible. Il porte le nom de four de régénération ou "four régen".

La section de nettoyage des gaz de l'installation
SAR typique élimine les particules, le S03 résiduel, les contaminants métalliques et la plupart de l'eau de l'effluent du four régen. Le convertisseur est typiquement présent pour faire réagir le dioxyde de soufre avec l'oxygène de l'air afin de produire du trioxyde de soufre 503. Enfin, une unité de contact, en forme de tour d'absorption, produit l'acide sulfurique "régénéré" et, éventuellement, de l'oléum pour 503.

On a amélioré les performances d'une installation de régénération de l'acide sulfurique en introduisant dans le four régen un air enrichi en oxygène. Le brevet
U.S. nO 4 490 347 décrit un procédé SAR employant de l'air enrichi en oxygène. Le brevet U.S. nO 5 022 332 décrit un schéma de recirculation servant à diluer l'alimentation du four régen et à réduire la température de la flamme.

WO 92/02330, publié le 8 juillet 1993, décrit un procédé pour réaliser une oxydation dans un four régen en utilisant de l'air enrichi en 02 ou de l'oxygène pur.

Le procédé décrit dans WO 92/02330 fait l'objet d'une d'une licence concédée par L'Air Liquide S.A. et est exploité commercialement.

Les installations de transformation Claus font réagir le sulfure d'hydrogène avec le dioxyde de soufre pour former de la vapeur de soufre et de l'eau, selon l'équation globale:

Les installations de type Claus sont utilisées dans les raffineries pour traiter des gaz contenant du sulfure d'hydrogène. L'installation Claus typique comprend au moins un four, ou "réacteur thermique", et de multiples convertisseurs pour produire du soufre élémentaire et conduisent à un "gaz de queue" comprenant du sulfure d'hydrogène non transformé résiduel, d'autres composés soufrés mineurs, du dioxyde de soufre et des gaz inertes. Certaines installations Claus peuvent aussi comprendre plus d'un seul réacteur thermique. La performance et la capacité des installations Claus ont été accrues grâce à l'utilisation, dans le four, d'un air enrichi en oxygène. EP-A1-0 237 216, publié le 16 septembre 1987, décrit un tel procédé Claus modifié employant de l'air enrichi en oxygène.

Tout en étant confrontées aux besoins d'augmenter leur capacité, les raffineries sont souvent limitées à la fois par l'espace physique et par les contraintes environnementales qui empêchent d'augmenter la capacité de ces unités de transformation, par exemple par addition de fours ou de convertisseurs.

Dans un article de Schendel, "SO2-generation can double refinery Claus unit capacity", Oil and Gas
Journal, 27 septembre 1993, page 63, il est proposé d'installer une unité de production de dioxyde de soufre en libérant un courant d'oxygène au-dessous de la surface d'une cuve de soufre en ébullition. L'article de
Schendel décrit le mélange du dioxyde de soufre gazeux produit avec des gaz à base de sulfure d'hydrogène dans la charge d'une unité Claus.

En raison du besoin continuel et croissant pour un traitement économique des courants résiduels contenant du soufre, il est très souhaitable d'avoir un procédé amélioré.

RESUME DE L'INVENTION
Selon l'un des aspects de la présente invention, un procédé de traitement de courants contenant du soufre comprend les étapes qui consistent à récupérer un gaz contenant S02 à partir d'une installation de traitement de l'acide sulfurique; à charger un gaz contenant du sulfure d'hydrogène dans un réacteur thermique d'une installation Claus; à faire réagir au moins une partie du gaz contenant S02 dans le réacteur thermique; et à récupérer un produit à base de soufre à la sortie de l'installation Claus.

Le mode de réalisation préféré de la présente invention comprend l'injection de l'effluent gazeux riche en S02 sortant du four régen d'une unité de traitement de l'acide sulfurique dans le réacteur thermique et/ou le réacteur catalytique d'une installation de type Claus, afin d'augmenter la capacité de l'installation Claus et/ou de réguler la température du four. De préférence, au moins une partie du gaz contenant S02 est produite à partir d'un four régen SAR, ce four étant également alimenté en air enrichi ou, de préférence, en oxygène pur. La présente invention fournit aussi un procédé avantageux de traitement d'acide sulfurique usé et permet donc d'augmenter la capacité ou de "désembouteiller" une unité Claus.

Dans les modes de réalisation préférés, on injecte aussi de l'oxygène ou de l'air enrichi en oxygène à l'entrée de l'unité Claus, en quantités qui sont fonction du débit de dioxyde de soufre entrant dans le réacteur thermique, afin de réguler le taux de conversion de 2 et de limiter la température du réacteur thermique.

En outre, avec les modes de réalisation qui font appel à une alimentation du four régen SAR par de l'air enrichi en oxygène ou de l'oxygène pur, le coût du four régen est minimisé. En outre, avec une alimentation en air enrichi en oxygène ou en oxygène pur dans le four régen SAR, la quantité de matières inertes présentes dans le flux de gaz riche en S02 entrant dans le réacteur thermique Claus et, par conséquent, dans les convertisseurs Claus en aval, est minimisée, ce qui ajoute aux avantages du procédé de la présente invention.

Il est possible, par la mise en oeuvre de la présente invention, de réaliser des économies conséquentes d'investissement si, entre autres facteurs, l'opérateur de l'installation n'a pas à investir dans des sections de nettoyage des gaz, de convertisseurs et d'absorbeurs en aval du four régen SAR d'une installation de régénération d'acide. En outre, les frais d'investissement dans de nouveaux équipements, nécessaires pour mettre en oeuvre le présent procédé dans une installation commerciale, sont réduits au minimum. L'investissement est, dans de nombreux cas, limité à un nombre minimum de canalisations et de brûleurs, nouveaux ou modifiés, et peut-être à un système de régulation nouveau ou modifié.

Il existe plusieurs modes de réalisation permettant de réaliser le contrôle ou toute autre détermination des constituants du courant au cours du fonctionnement du réacteur thermique dans l'installation Claus pour ajuster ensuite le fonctionnement de l'installation SAR, ou le fonctionnement de la source de courant contenant l'acide sulfurique, en se basant sur les variables contrôlées ou déterminées de l'installation Claus.

Le gaz soufré, le gaz acide et le gaz de l'épurateur d'eau acide (SWS) qui sont traités dans l'unité Claus sont eux-mêmes typiquement saturés de vapeur d'eau. Bien que l'unité Claus fonctionne habituellement avec une certaine quantité d'eau et d'autres impuretés dans le gaz transformé, dans des variantes de modes de réalisation de la présente invention, on peut placer en aval du four régen SAR plusieurs autres installations telles qu'une tour d'atomisation, une tour de refroidissement, un précipitateur électrostatique, un sécheur ou un système d'élimination de CO2. L'effet du sécheur est de réduire la teneur en eau et d'augmenter ainsi la concentration relative du dioxyde de soufre dans la charge de l'unité
Claus. L'effet de l'épurateur est de réduire ou d'éliminer les particules résiduelles. L'effet du refroidisseur est d'ajuster la température du gaz riche en SO2 pour permettre une intégration avec l'unité de récupération du soufre. L'effet de l'élimination de CO2 est d'obtenir une concentration efficace en S02 accru dans le gaz contenant S02.

D'autres bénéfices et avantages du procédé de la présente invention, telle qu'elle est revendiquée dans les revendications annexées, apparaîtront à la lecture de la description suivante et par référence à la figure annexée.

BREVE DESCRIPTION DU DESSIN
La figure 1 représente schématiquement une installation permettant la mise en oeuvre des modes de réalisation préférés de la présente invention.

DESCRIPTION DETAILLEE DES MODES DE REALISATION PREFERES
On se réfère maintenant à la figure 1 qui décrit les modes de réalisation préférés du procédé de la présente invention; le procédé de la présente invention est divisible, par son concept, en une zone de traitement de l'acide sulfurique et une zone de traitement des gaz acides. Dans la zone de traitement 1 des gaz acides, un réacteur thermique 40 comprend un brûleur à une extrémité et une chaudière de récupération des chaleurs perdues 42 à l'autre extrémité.

Typiquement, l'apport calorifique total du réacteur thermique de l'unité Claus et de la chaudière est compris entre environ 2MW et 80MW.

Le terme "Claus" entend désigner le procédé industriel largement utilisé qui permet d'obtenir un produit soufré par oxydation partielle de sulfure d'hydrogène gazeux, en présence d'un gaz contenant de l'oxygène, pour donner de l'eau et un produit soufré. Le réacteur thermique 40 est alimenté par un courant gazeux comprenant du sulfure d'hydrogène, désigné sur la figure 1 par le courant 10. Le gaz contenant du sulfure d'hydrogène peut provenir d'un certain nombre de sources, par exemple d'une unité d'amine ou d'une colonne d'épuration d'eau acide typique dans une installation de transformation chimique ou dans une raffinerie de pétrole. Les opérations de production et de transformation du gaz naturel constituent aussi une source majeure de courants contenant du soufre. Suivant la source et la teneur en gaz contenant du sulfure d'hydrogène, on charge aussi dans le réacteur thermique 40 de l'air ou un gaz contenant de l'oxygène, à l'extrémité brûleur, pour maintenir un taux prédéterminé d'oxydation partielle.

Selon les modes de réalisation préférés de la présente invention, un air enrichi en oxygène est chargé dans le réacteur thermique 40 de l'unité Claus. On emploie de l'air enrichi en oxygène, qui circule dans la canalisation 11, pour augmenter la capacité du réacteur thermique 40 afin d'oxyder des quantités accrues de gaz contenant du sulfure d'hydrogène.

A l'issue de l'oxydation partielle dans le réacteur thermique 40, les gaz chauds circulent depuis l'extrémité brûleur vers la section de récupération des chaleurs perdues 42 du four Claus. De la vapeur d'eau est produite typiquement à partir de l'eau chargée par convection, à l'aide de procédés de récupération de la chaleur bien connus. Les gaz d'échappement provenant du four Claus circulent vers le séparateur 45, dans lequel un produit contenant du soufre élémentaire peut être séparé et envoyé, par la canalisation 44, vers une fosse à soufre.

La transformation catalytique du dioxyde de soufre en soufre élémentaire est bien connue dans le procédé
Claus. La phase gazeuse ressort en tête du séparateur 45 par la canalisation 41 pour être chauffée dans le réchauffeur 49 et transformée en un produit à base de soufre dans au moins un convertisseur catalytique 46.

Typiquement, après plusieurs étapes de transformation catalytique et de séparation du soufre, le "gaz de queue" est hydrogéné pour transformer la quasi totalité du dioxyde de soufre restant en sulfure d'hydrogène, avant l'incinération du sulfure d'hydrogène.

Selon la présente invention, le réacteur thermique 40 est aussi alimenté en gaz contenant du dioxyde de soufre; ce gaz est de préférence récupéré à partir d'un procédé de régénération de l'acide sulfurique ("SAR").

Toujours en se référant à la figure 1, on y voit un procédé 2 de régénération préféré de l'acide sulfurique dans lequel un four de régénération 20 est alimenté en courant contenant de l'acide sulfurique par une canalisation 15 et, éventuellement, en combustible par une canalisation 16 et en gaz contenant de l'oxygène par une canalisation 18, qui, ensemble, dans le four régen, dissocient l'acide sulfurique pour produire un gaz contenant du dioxyde de soufre qui ressort du four de régénération 20 par la canalisation 24.

La température typique des produits de combustion gazeux à la sortie du four régen est d'environ 2 0000F.

La composition typique du gaz riche en SO2 quittant un four régen SAR employant de l'oxygène pur, avant toute opération de séchage, est indiquée ci-dessous:
Constituant % en volume
S02 22%
H2O 45% CO2 25% 2 2%
N2 6%
La teneur typique en SO2 du gaz riche en SO2 quittant un four régen SAR employant de l'air est d'environ 8 à 12% en volume. Cette teneur en SO2 est bien inférieure aux 21% de teneur en 2 de l'air, même si l'on élimine l'eau, et ne peut donc pas procurer d'effet de désembouteillage à l'unité Claus.

En revanche, la teneur en SO2 d'un four régen employant de l'air enrichi en 2 ou de l'oxygène pur produit un courant ayant une teneur en SO2 comprise entre environ 22% et allant jusqu'à environ 40% si le courant est séché. Cet aspect est très avantageux dans la mise en oeuvre de la présente invention et dans l'obtention de ses avantages.

Parmi d'autres facteurs, la mise en oeuvre de la présente invention permet d'obtenir plusieurs avantages opérationnels en ce qui concerne l'effluent du four régen SAR. Le four régen SAR fonctionne de préférence afin de maximiser la teneur en SO2 du gaz riche en SO2.

On préfère cela, car le taux de désembouteillage de l'unité Claus est fonction de la teneur en SO2 du gaz.

Suivant la quantité de SO2 produite par le four régen
SAR, on peut en envoyer sélectivement une partie et l'injecter dans le réacteur thermique Claus, et envoyer directement la seconde partie de l'effluent vers les convertisseurs catalytiques de l'unité Claus, pour les transformer directement en soufre.

L'eau contenue dans l'effluent du four de l'installation de régénération de l'acide se cumule avec l'eau déjà typiquement présente dans la charge de gaz acide entrant dans le réacteur thermique et peut améliorer, dans la plupart des cas, l'effet d'extinction de SO2. Cependant, une teneur en eau importante dans la charge du réacteur thermique peut avoir un effet préjudiciable sur le taux de conversion du sulfure d'hydrogène et peut, ce qui est plus important, avoir un impact sur la perte de charge de l'ensemble de l'unité
Claus. Par conséquent, on peut prévoir un sécheur dans des variantes de modes de réalisation, inclus, comme le montre la figure 1, dans l'élément 36. De préférence, si un sécheur est prévu, il est souhaitable que la teneur en eau à la sortie du sécheur soit comprise entre environ 0,5 et 5,0% en volume.

La quantité de CO2 typiquement présente dans l'effluent gazeux du four régen est en rapport avec celle qui est habituellement présente dans un gaz acide de raffinerie, soit comprise entre environ 2% et environ 25%. Si la teneur en CO2 du gaz contenant SO2 issu du four régen est trop élevée pour permettre une intégration adéquate avec l'unité Claus, on peut utiliser pour la réduire un procédé parmi plusieurs; par exemple, une colonne de lavage caustique. On peut employer d'autres opérations unitaires, comme un précipitateur électrostatique (ESP), ou une tour de refroidissement, dans la section de nettoyage du gaz, pour ajuster les conditions de l'effluent du four régen
SAR. Les opérations de traitement du gaz sont désignées collectivement sur la figure 1 par l'élément 36 de traitement du gaz.

L'oxygène résiduel présent dans l'effluent du four régen qui, selon la présente invention, est injecté dans le réacteur thermique de l'unité Claus comme faisant partie de ce gaz riche en SO2, réagit normalement avec les composés contenus dans le gaz acide, tel que H2S, et est consommé par ces composés. Le résultat avantageux de l'oxygène résiduel dans l'effluent du four régen est une réduction de la quantité d'oxygène (éventuelle) nécessaire à la combustion du gaz acide dans l'unité
Claus. Si une quantité quelconque du gaz contenant du dioxyde de soufre est déviée sans passer par le réacteur thermique, comme on l'a décrit ci-dessus en se référant à la canalisation 71, il faut ajuster cette quantité pour que la teneur résultante en 2 du gaz du procédé total à l'entrée du convertisseur catalytique soit très faible, à savoir de préférence inférieure à 0,01% (ou inférieure à 100 ppm), et n'affecte pas de façon significative la durée de vie du catalyseur dans le réacteur catalytique.

En raison de la dilution avec le gaz provenant du réacteur thermique, la teneur en 2 du gaz de procédé total décrit ci-dessus, à l'entrée de la section du convertisseur, est typiquement inférieure à la teneur en 2 du gaz contenant S02 provenant du four régen SAR.

Dans la pratique, on préfère donc particulièrement faire fonctionner le four régen de manière à minimiser la teneur en O2 du gaz riche en SO2 dans l'effluent du four régen.

L'azote présent dans l'effluent gazeux 14 de l'installation SAR traverse normalement la section 1 de l'installation de récupération du soufre sans être affecté. Cependant, la présence d'azote dilue la concentration du dioxyde de soufre. Comme avec la vapeur d'eau, il est donc préférable de maximiser la teneur en SO2 du gaz riche en SO2 en minimisant la présence d'azote, par exemple en remplaçant l'air chargé par la canalisation 18 dans le four régen par de l'air enrichi en oxygène grâce à une source d'oxygène 8, ou de préférence par de l'oxygène pur.

Aucun des constituants typiquement présents dans le courant gazeux 24 riche en SO2 n'empêche d'utiliser ce gaz dans le procédé Claus. De préférence, le gaz riche en SO2 doit être injecté dans l'unité Claus sous une pression d'environ 15-20 psig. Pour obtenir cette pression, on peut soit pressuriser le four régen SAR, soit comprimer le gaz effluent riche en SO2 lui-même dans un dispositif de compression classique.

Le meilleur mode de réalisation de la présente invention implique un choix soigneux du rapport du dioxyde de soufre au sulfure d'hydrogène dans le réacteur thermique Claus. Le volume maximum de SO2 que l'on peut charger dans la section de récupération du soufre Claus équivaut normalement à 50% du volume total de H2S à traiter dans la section de récupération du soufre. On définit le rapport H2S/SO2 comme étant la quantité de H2S présente dans le gaz acide 10 à traiter dans l'unité de récupération du soufre, divisée par la quantité de SO2 présente dans le gaz riche en SO2 provenant du four régen SAR, à l'entrée du réacteur thermique Claus.

Si le rapport H2S/SO2 est très proche de 2,0, il n'est pas nécessaire de transformer en SO2 le H2S alimentant l'unité de récupération du soufre ni d'ajouter d'oxygène au réacteur thermique. Le courant de mélange H2S-SO2, avec les impuretés présentes dans chacun des courants individuels, peut être chargé directement dans le premier réacteur catalytique, pourvu que la température du courant de mélange se situe ou soit ajustée dans la gamme de températures appropriées d'environ 400-7000F, et qu'il n'y ait pas d'ammoniac présent dans le courant. Dans ce cas, il n'est pas produit de soufre thermique. On ne peut toutefois réaliser cette dérivation que si la capacité du convertisseur convient. Si le rapport H2S/SO2 est beaucoup plus élevé que 2,0, on peut injecter le courant entier de gaz riche en SO2 dans le réacteur thermique et on ajoute de préférence de l'oxygène supplémentaire afin d'entretenir la combustion et de transformer une partie de H2S en SO2, la partie aval de la section de récupération du soufre fonctionnant de la manière typique des installations Claus.

Enfin, si le rapport H2S/SO2 n'est que peu supérieur à 2,0, il suffit de brûler une petite quantité de H2S avec O2 pour réduire le rapport à une valeur proche de 2,0. Cette quantité peut être trop faible pour entretenir une combustion stable, ce qui signifie qu'il existe un petit domaine de rapport H2 S/SO2 qui est indésirable dans la mise en oeuvre du procédé, et l'on doit ainsi ajuster le rapport.

Selon la présente invention, si l'on envoie une partie de l'excès de H2S dans le four régen SAR pour le transformer en SO2, en rapprochant ainsi le rapport
H2S/SO2 de 2,0, on améliore le procédé global. Les conditions de régulation particulièrement préférables pour ce procédé sont des rapports H2S/SO2 bien supérieurs à 2,0, mais on peut réduire la gamme indésirable décrite ci-dessus à un minimum en choisissant des brûleurs ayant des capacités importantes de mise au ralenti. Dans la pratique, on doit calculer dans chaque cas un rapport H2S/SO2 minimum pour s'assurer que la température est suffisamment élevée pour déclencher et entretenir la réaction thermique. Par exemple, à 1 8000C, on obtient un taux de conversion de 50% et, à 2 2000C, il est possible d'avoir un taux de conversion de 70%.

Comme le montrent les deux paragraphes ci-dessus, il peut exister certaines conditions dans lesquelles le gaz riche en SO2 sera de préférence injecté en aval du réacteur thermique et en amont du convertisseur catalytique de la section de récupération du soufre, ce qui est représenté sur la figure 1 par le courant 71. Le lieu exact de l'injection sera cependant variable et pourra être choisi selon la température du gaz de procédé alimentant le réacteur catalytique particulier.

On préfère installer un moyen de régulation de
H2S/SO2, 80, en amont de l'entrée du réacteur thermique, pour s'assurer que le rapport H2S/SO2 soit maintenu audessus de 2,0. Si le rapport H2S/SO2 est inférieur à 2, on peut envoyer un excès de gaz riche en SO2 soit dans l'installation d'acide sulfurique (si elle est présente), soit dans l'unité de traitement des gaz de queue de l'unité Claus, si l'unité Claus a une capacité suffisante.

Le procédé de la présente invention est avantageusement flexible et peut être mis en oeuvre pour une grande gamme de conditions d'alimentation dans le four régen SAR, se présentant pour le gaz acide ou pour le courant sulfurique, à condition toutefois que les débits totaux n'excèdent pas les limites hydrauliques des canalisations et de l'équipement de transfert de fluides, par exemple.

Dans les procédés de régénération de l'acide sulfurique, avant la présente invention, les gaz effluents issus du four de régénération étaient ensuite typiquement envoyés vers une section de nettoyage des gaz pour éliminer la quasi totalité de l'eau qu'ils contenaient, puis à travers une section de transformation catalytique dans laquelle le dioxyde de soufre était transformé en présence d'oxygène pour produire du trioxyde de soufre. Le produit contenant du trioxyde de soufre était ensuite envoyé vers une tour d'absorption dans laquelle le trioxyde de soufre réagissait en présence d'eau pour produire de l'acide sulfurique et/ou de l'oléum par contact dans la tour d'absorption.

Selon les modes de réalisation préférés de la présente invention, au moins une partie du gaz contenant le dioxyde de soufre récupéré à la sortie du four de régénération SAR 20 d'un procédé de régénération de l'acide sulfurique est envoyé vers le réacteur thermique 40 d'un procédé Claus. Le gaz contenant du dioxyde de soufre a pour rôle de limiter l'élévation de température dans le réacteur thermique 40, ce qui est typiquement le facteur restrictif limitant la capacité du réacteur thermique 40 dans la transformation du gaz contenant du sulfure d'hydrogène en dioxyde de soufre. En outre, en déviant une partie, ou la totalité, du courant contenant du dioxyde de soufre issu du four de régénération 20, on peut réduire la capacité d'une partie de la section de nettoyage des gaz et de la tour d'absorption en aval, la laisser tourner à vide, voire l'éliminer.

Parmi d'autres facteurs, les avantages combinés que présente une augmentation de la capacité d'une installation de traitement d'un gaz contenant du sulfure d'hydrogène et une élimination de l'équipement et des frais de fonctionnement d'un procédé de régénération de l'acide sulfurique font que le procédé de la présente invention apporte un avantage significatif, par rapport aux procédés disponibles antérieurement, à l'opérateur d'une installation chimique ou d'une raffinerie de pétrole.

Les modes de réalisation préférés du procédé de la présente invention offrent d'autres avantages et d'autres bénéfices opérationnels. Dans un de ces modes de réalisation préférés, de l'air enrichi en oxygène est chargé dans le four de régénération SAR 20.

Selon la présente invention, on peut apporter de l'air enrichi en oxygène pour augmenter la teneur en dioxyde de soufre du gaz contenant du dioxyde de soufre qui est envoyé dans le réacteur thermique 40 de l'unité
Claus. L'air contenant de l'oxygène, ou l'oxygène pur, est chargé dans le four de régénération 20 en fonction des exigences opérationnelles, comme la température moyenne mesurée du réacteur thermique 40, pour permettre d'obtenir une capacité accrue de traitement du gaz contenant du sulfure d'hydrogène chargé par la canalisation 10 dans le réacteur thermique 40.

Dans un autre mode de réalisation, le dispositif de contrôle 80 contrôle la température dans le réacteur thermique 40, le débit du gaz contenant du dioxyde de soufre dans la canalisation 14 vers le r

Dans un autre mode de réalisation, on peut prévoir une section de traitement 36, qui peut comprendre toute combinaison d'un ESP, d'une tour de refroidissement, d'un sécheur, d'un système d'élimination de CO2 ou d'une tour d'absorption, pour ajuster la composition et la température du gaz contenant SO2 sortant du four de régénération 20, afin d'obtenir une concentration globale effective en SO2 supérieure et d'améliorer ainsi la performance de l'unité Claus.

Il est plutôt pratique courante pour les raffineurs d'injecter du gaz d'épurateur d'eau acide ("SWS") dans l'unité Claus. Il est également pratique courante, pour les raffineurs qui disposent d'une installation de régénération de l'acide sulfurique, d'injecter le gaz
SWS dans le four régen SAR. Selon la présente invention, on peut obtenir d'autres avantages, comme un accroissement de la flexibilité ou un supplément de réglage, en injectant une partie prédéterminée du gaz
SWS dans le réacteur thermique, ou en séparant le gaz
SWS entre le four régen SAR et le réacteur thermique
Claus, suivant la quantité de SO2 disponible à la sortie de four régen SAR, la quantité de H2S à traiter dans l'unité Claus et la destruction d'ammoniac requise.

De ce fait, le procédé intégré de la présente invention offre à l'opérateur beaucoup de flexibilité, car, entre autres facteurs, il existe de nombreuses manières d'ajuster les paramètres opératoires clés de l'unités Claus, le plus important étant la capacité de l'unité Claus.

EXEMPLE
Une capacité typique d'une unité d'alkylation catalysée par l'acide sulfurique, dans une raffinerie, est de 10 000 barils/jour d'alkylate. La quantité d'acide d'alkylation usé produite par une telle unité est d'environ 110 tonnes par jour. Ce liquide serait typiquement décomposé à son tour dans le four régen d'une installation séparée de régénération de l'acide et produirait environ 70 t/jour de SO2, à partir duquel environ 35 tonnes par jour de soufre pourraient être récupérées dans l'unité Claus.

Une raffinerie typique possède également une ou plusieurs unités Claus totalisant plus de 70 tonnes par jour de capacité. Par conséquent, le rapport global
H2S/SO2 serait normalement supérieur à 2. Cela signifie qu'il n'est pas nécessaire d'avoir un équipement supplémentaire pour traiter l'excès de gaz riche en SO2.

On pourrait utiliser le SO2 disponible à la sortie du four régen SAR pour désembouteiller l'unité Claus et/ou pour réguler la température du réacteur thermique Claus.

Si on l'utilise pour désembouteiller l'unité Claus, le degré de désembouteillage dépendra de la concentration en SO2 du gaz riche en SO2 et de la capacité nominale de l'unité Claus. On peut également augmenter le degré de désembouteillage si on ajoute 2 en même temps que SO2.

Le degré de désembouteillage est réduit si SO2 n'est pas pur. Par exemple, on peut utiliser 70 t/jour de SO2 pur selon l'invention pour doubler la capacité d'une unité
Claus à base d'air de 70 t/jour, ou bien pour désembouteiller à raison de 70 t/jour une unité Claus de capacité plus grande.

Si l'unité Claus est capable d'absorber le débit gazeux du procédé résultant, il peut être nécessaire, dans la pratique, de réduire le débit d'air, et il est possible de remplacer, au moins partiellement, la teneur en 2 réduite dans le débit d'air résultant par de l'oxygène pur, pour obtenir un temps de séjour minimum adéquat.

Claims (29)

REVENDICATIONS

1. Procédé de récupération du soufre à partir de mélanges fluides contenant du soufre, comprenant les étapes qui consistent à:

a) récupérer un gaz contenant du dioxyde de

soufre à partir d'une installation de

traitement de déchets sulfuriques;

b) charger un gaz contenant H2S dans un réacteur

thermique d'une installation Claus;

c) faire réagir au moins une partie dudit gaz

contenant SO2 dans ledit réacteur thermique de

l'unité Claus; et

d) récupérer un produit à base de soufre à la

sortie de ladite unité Claus.

2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel ledit gaz contenant du dioxyde de soufre est récupéré à partir d'une installation de régénération de l'acide sulfurique qui comprend la dissociation dudit acide sulfurique pour former un mélange gazeux comprenant ledit gaz contenant du dioxyde de soufre.

3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel ledit acide sulfurique est dissocié en présence d'un mélange de combustible et de gaz enrichi en oxygène.

4. Procédé selon la revendication 1, dans lequel ledit gaz enrichi en oxygène comprend plus de 21% d'oxygène.

5. Procédé selon la revendication 3, dans lequel ledit gaz enrichi en oxygène comprend plus d'environ 40% d'oxygène.

6. Procédé selon la revendication 3, dans lequel ledit gaz enrichi en oxygène comprend plus d'environ 95% d'oxygène.

7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel la température moyenne dudit réacteur thermique est inférieure à environ 3 2500F.

8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel la température moyenne dudit réacteur thermique est comprise entre environ 1 6500F et environ 3 2000F, à condition qu'il y ait production de soufre thermique.

9. Procédé selon la revendication 3, dans lequel ladite dissociation est réalisée dans un procédé comprenant la régulation du débit d'une partie dudit gaz enrichi en oxygène vers une première étape d'un procédé de régénération d'acide pour se traduire par la combustion incomplète dudit mélange de combustible dans ladite première étape.

10. Procédé selon la revendication 2, dans lequel ledit acide sulfurique est chargé dans ladite installation de régénération de l'acide sulfurique dans un déchet liquide comprenant au moins 5% en poids d'acide sulfurique et au moins 10% en poids de soufre.

11. Procédé selon la revendication 2, dans lequel au moins une partie du gaz contenant du dioxyde de soufre est déviée et évite ledit réacteur thermique pour passer vers la zone de convertisseur Claus.

12. Procédé de récupération du soufre à partir de mélanges fluides contenant du soufre, comprenant les étapes qui consistent à:

a) récupérer un gaz contenant du dioxyde de

soufre à partir d'une installation de

traitement de l'acide sulfurique;

b) charger un gaz contenant H2S dans un réacteur

thermique d'une installation Claus; et

c) faire réagir au moins une partie dudit gaz

contenant du dioxyde de soufre dans ledit

réacteur thermique.

13. Procédé selon la revendication 12, qui comprend aussi les étapes qui consistent à:

d) déterminer le rapport volumique H2S/S02 à

l'entrée dudit réacteur thermique Claus;

e) ajuster ledit rapport volumique à un rapport

volumique supérieur à 2.

14. Procédé selon la revendication 13, dans lequel ledit ajustement comprend la déviation d'au moins une partie du SO2 contenu dans ledit gaz contenant SO2 vers une autre partie de l'installation, autre que le ou les réacteur(s) thermique(s) et catalytique(s) des unités

Claus.

15. Procédé selon la revendication 13, dans lequel ledit ajustement comprend la transformation en SO2 d'au moins une partie de H2S contenu dans ledit gaz contenant

H2S dans un four avant ledit réacteur thermique.

16. Procédé selon l'une quelconque des revendications 12 à 15, comprenant en outre la réaction dudit gaz contenant H2S avec au moins une partie dudit gaz contenant du dioxyde de soufre, dérivée d'une unité de régénération de l'acide sulfurique, pour réduire la température dans ladite unité Claus.

17. Procédé de traitement de courants d'effluents contenant du soufre, comprenant les étapes qui consistent à:

a) récupérer une quantité de gaz contenant du

dioxyde de soufre à partir d'une unité de

régénération de l'acide sulfurique;

b) charger une première partie dudit gaz

contenant du dioxyde de soufre dans un

réacteur thermique Claus;

c) envoyer une seconde partie dudit gaz contenant

du dioxyde de soufre vers un convertisseur,

sans faire réagir ledit SO2 dans ledit

réacteur thermique, ladite seconde partie

étant choisie pour maintenir une gamme de

températures prédéterminée dans ledit réacteur

thermique Claus.

18. Procédé selon la revendication 17, dans lequel ladite gamme de températures prédéterminée est comprise entre environ 1 6500F et environ 3 2000F.

19. Procédé selon la revendication 1, comprenant aussi le séchage d'au moins une partie dudit gaz contenant du dioxyde de soufre dans un sécheur avant ladite étape de combustion pour maintenir une concentration en eau dans une gamme prédéterminée dans ledit gaz contenant du dioxyde de soufre.

20. Procédé selon la revendication 1, comprenant en outre l'ajustement de la concentration efficace en SO2 dans ledit gaz contenant du dioxyde de soufre par traitement d'au moins une partie dudit gaz contenant du dioxyde de soufre dans au moins une opération unitaire choisie dans le groupe constitué par une tour d'atomisation, une tour de refroidissement, un précipitateur électrostatique, un sécheur et un système d'élimination de CO2, avant la réaction d'au moins une partie dudit gaz contenant du dioxyde de soufre dans ledit réacteur thermique Claus.

21. Procédé selon la revendication 1, comprenant en outre le mélange d'une quantité d'air enrichi en oxygène avec ledit gaz contenant du dioxyde de soufre, pour former un mélange avant la réaction dudit mélange dans ladite unité Claus.

22. Procédé selon la revendication 21, dans lequel la concentration en oxygène dudit mélange est inférieure à environ 20%.

23. Procédé selon l'une quelconque des revendications 21 ou 22, comprenant en outre l'ajustement du débit de l'air enrichi en oxygène par rapport au débit dudit gaz contenant du dioxyde de soufre pour maintenir la concentration en oxygène dudit mélange dans une gamme prédéterminée.

24. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel ledit gaz contenant du dioxyde de soufre est amené dans ledit four de récupération du soufre sous une pression comprise entre environ 10 psig et environ 30 psig.

25. Procédé selon la revendication 24, comprenant en outre la pressurisation dudit four régen SAR.

26. Procédé selon la revendication 24, comprenant en outre la compression dudit gaz contenant du dioxyde de soufre récupéré de l'ef fluent dudit four de l'unité de régénération de l'acide sulfurique.

27. Procédé selon la revendication 17, comprenant en outre les étapes qui consistent à:

a) charger une partie du gaz d'un épurateur d'eau

acide dans ledit réacteur thermique Claus;

b) charger une seconde partie du gaz d'épurateur

d'eau acide dans le gaz de régen SAR de ladite

unité de régénération de l'acide sulfurique;

c) ajuster le débit relatif desdites charges de

l'épurateur d'eau acide de l'étape a) et de

l'étape b) pour maintenir la température dudit

réacteur thermique Claus dans une gamme de

températures prédéterminée.

28. Procédé selon la revendication 27, comprenant en outre l'ajustement de la teneur en dioxyde de soufre dudit gaz contenant du dioxyde de soufre issu dudit four régen SAR par l'apport et la régulation d'une quantité d'air enrichi en oxygène au brûleur dudit four régen

SAR.

29. Procédé selon la revendication 12, dans lequel au moins une partie dudit gaz contenant H2S est dérivée d'une colonne d'épuration d'eau acide.