用于硫回收装置的需气反馈控制系统和方法 本申请要求2007年6月21提交的同时待审美国临时专利申请60/945495的优先权。
【发明领域】
本发明的领域是用于克劳斯硫回收装置的控制系统，尤其是用于具有多个热级的克劳斯装置的控制系统。
【发明背景】
一般在排入大气之前，使用包括热级且在后面串联一个或多个催化级的一个或多个克劳斯硫回收装置从废气除去硫化合物(尤其是硫化氢)。虽然使用克劳斯装置回收硫在概念上简单，并且在本领域熟知，但由于很多可变参数，有效操作克劳斯装置并不简单。除了其他因素外，进入克劳斯装置的进料流的化学组成(例如硫化氢、二氧化碳和水的含量和相对比例)可根据设备类型和在克劳斯装置上游使用的方法显著改变。因此，根据克劳斯反应的具体化学计量要求，严格控制用于热级的氧量对有效操作克劳斯装置关键。
在具有单一热级的大多数目前已知结构中，为了控制热级中所需的氧量，假定废气进料化学组成不变。为了适应进料气体中硫化氢浓度的很小变化，也考虑到热级控制仪器的不精确性，一般实行在此装置中安装反馈控制仪器，以精细调节热级需气逻辑。此系统中的反馈逻辑一般包括离开最终催化级的尾气中硫化氢与二氧化硫的摩尔比的气体分析。然后用来自废气分析仪的控制信号很小改变输送到热级的空气或其他含氧气体的量，以达到流出物流中硫化氢与二氧化硫的所需比率。此结构的一般实例描述于美国专利4,100,266，其中含氧气体流用控制器调节，控制器基于含氧气体中测定氧浓度和尾气和排出气流中不同组分的测定浓度操作。RE028864类似描述一种系统，其中调节氧或含氧气体流的控制信号产生于(a)在热级入口的硫化氢和氧的测定浓度和校正值，和(b)尾气中组分的测定浓度。
在另一个已知结构中(例如，WO 2006/005155或美国专利3,026,184)，用在热级和催化级两者下游测定形成合并控制信号，然后用合并控制信号直接调节含氧气体到热级的流量，从而达到过程控制。合并控制信号允许提高精细调节基于两种过程点的氧流，然而，一般不允许在两种过程点有不平衡差异。
或者，可用热级温度控制优化克劳斯装置的总体性能，如美国专利4,543,245所述，在另一种已知方法中，通过校准响应克劳斯装置尾气中硫化氢/二氧化硫比率的烃代表响应信号(而不是硫化氢代表响应信号)，可控制对热级的氧进料，如美国专利4,836,999所述。
虽然此类已知尾气控制电路倾向于在很多情况下满意操作，但仍有各种难题，尤其在需要处理很大量酸进料的相对较大克劳斯装置中。此类装置通常包括并联操作的多个热级，随后为串联操作的一个或多个催化级。遗憾的是，具有并联热级的此类已知结构表现利用从尾气分析仪(一般测定硫化氢与二氧化硫的比率)反馈控制的问题。例如，在热级之一利用太多空气或氧操作，而其他热级用合适量或太少空气操作时，达不到所需的尾气比率。由于在此装置中尾气分析仪位于共同催化级的下游，下游分析仪对独立操作的热级之间的差异不敏感。因此，分析仪的反馈控制信号对热级之一采取合适动作，但对其他热级采取不合适动作，从而可能使问题加剧。因此，控制克劳斯装置可连续使太高的尾气硫化氢与二氧化硫比率改变到太低比率。
为了避免至少一些与具有多个并联热级的装置有关的问题，可实行这样一种克劳斯装置结构，其中可通过测定可燃气体进入另外热级的流速和来自另外热级的贫硫气流中硫化氢与二氧化硫的比率，实现到另外热级的氧流量控制，如美国专利6,287,535所述。虽然这种结构和方法有利地允许显著增加可燃酸气的通过量，但仍有几个问题。同样，尾气中硫化氢与二氧化硫的所需比率的任何偏离不能追溯到产生或促成偏差的具体热级。
因此，虽然在本领域已知克劳斯装置操作控制的很多方法，但所有或几乎所有方法都有一个或多个缺点。因此，仍需要提供用于克劳斯装置中控制的改善结构和方法。
发明概述
本发明涉及具有多个并联热级的克劳斯装置的控制的结构和方法，其中用测定来自热级和来自催化级的流出物组成产生控制信号，控制信号独立允许改变一个或多个热级的一个或多个操作参数。
在本发明主题的一个方面，控制克劳斯装置操作的方法包括以下步骤，监测第一热级流出物和第二热级流出物的化学组成，其中第一热级和第二热级并联操作；并监测催化级流出物的化学组成，其中催化级连接到第一热级和第二热级，以接收第一热级流出物和第二热级流出物。在另一个步骤中，根据从测定热级流出物和催化级流出物得到的结果，独立调节第一热级和第二热级的至少一个热级中的操作参数。
最优选监测热级流出物和/或催化级流出物的化学组成的步骤包括测定硫化氢和/或二氧化硫浓度，最一般包括测定硫化氢与二氧化硫的比率。根据测定的浓度，一般优选计算第一控制信号和/或第二控制信号，并用第一控制信号和/或第二控制信号调节第一热级和第二热级的至少一个热级的一个或多个操作参数。另外可设想测量在第一热级和第二热级的至少一个热级中的温度。因此，适合的操作参数包括空气流速、含氧气体流速、酸气进入第一热级和/或第二热级的流速和/或在第一热级和/或第二热级的温度。
因此并且从不同的观点看，克劳斯装置控制系统具有操作性连接到克劳斯装置的第一热级的第一流出物分析仪，和操作性连接到克劳斯装置的第二热级的第二流出物分析仪，其中第一热级和第二热级构成并联操作。在此类装置中，第一控制器操作性连接到第一热级，并且构成控制第一热级的第一操作参数，第二控制器操作性连接到第二热级，并且构成控制第二热级的第二操作参数。第三流出物分析仪操作性连接到克劳斯装置的催化级，其中催化级构成接收来自第一热级和第二热级的合并流出物。控制单元连接到第一流出物分析仪、第二流出物分析仪和第三流出物分析仪，并程序化或另外构成允许独立调节第一控制器和第二控制器的第一操作参数和第二操作参数。
最一般第一流出物分析仪、第二流出物分析仪和/或第三流出物分析仪构成测定硫化氢与二氧化硫的比率，并且第一温度分析仪和第二温度分析仪可连接到第一控制器和第二控制器。在尤其涵盖的装置中，使控制单元程序化，以将第一控制信号和第二控制信号分别提供到第一控制器和第二控制器，从而独立调节第一热级和第二热级的硫化氢与二氧化硫的比率的设定点。或者或另外，也可使控制单元程序化，以将第一控制信号和第二控制信号分别提供到第一控制器和第二控制器，从而独立调节第一热级和第二热级的操作温度。合乎需要时，可使控制单元与第一控制器结合。
通过以下本发明优选实施方案的详细描述与附图，本发明的不同目的、特征、方面和优点将变得更加显而易见。
附图简述
图1为根据本发明的主题的示例性克劳斯装置控制结构的示意图。
发明详述
发明人已发现，可执行在一系列共同催化级的上游具有多个并联热级的克劳斯装置的控制系统，使得能够单独控制各热级的操作，以提供具有所需硫化氢与二氧化硫比率的流出物。因此，在特别涵盖的结构和方法中，将气体分析仪提供到各热级的出口，并构成分析离开相应级的气流中硫化氢与二氧化硫的比率。根据共同下游催化级尾气中硫化氢与二氧化硫的预定和所需比率并根据克劳斯装置的单独热级中硫化氢与二氧化硫的实际比率，处理单元计算上游热级各出口的所需相应校正比率。因此，来自尾气分析仪的计算反馈控制信号在各热级的气体分析仪控制器重新设定硫化氢与二氧化硫比率设定点。因此，用各自热级的各气体分析仪控制器少量加入或消除输送到那个热级的一定量空气(或其他含氧气体)，以便在那个级的流出物流中达到硫化氢与二氧化硫的所需比率。
在如图1示意显示的本发明的主题的一个示例方面，克劳斯装置100包括并联操作的两个热级110A和110B，和接收上游热级110A和110B的组合流出物并且串联操作的两个催化级120A和120B。热级流出物112A和112B通过相应的传感器130A和130B和相关的分析仪/控制器132A和132B分析。最优选来自分析仪/控制器132A和132B的分析仪信号作为来自相应传感器的信号的函数产生，并传送到分析仪/控制器152。催化级流出物122通过相应的传感器150和相应的分析仪/控制器152分析。然后使分析仪/控制器152程序化，以基于来自分析仪/控制器132A和132B的分析仪信号和来自分析仪/控制器152的分析仪信号单独重新调节分析仪/控制器132A和132B的初始设定点，从而单独和独立调节流出物112A和112B和因此催化级流出物122的组成。因此，应理解，在分析仪/控制器152和分析仪/控制器132之间可有单向或双向信息流。
在本发明主题的供选方面，应理解，可以不同于以上对图1所述的方式执行各操作参数的单独控制。例如，设想单独控制单元可接收来自所有传感器和/或分析仪的信号，其中如此传送的信号相当于热级和/或催化级的一个或多个操作参数的测定值。然后可用此中心控制单元控制所有热级和催化级的操作参数。另一方面并且在合乎需要时，设想各分析仪/控制器也可包括至少部分控制单元，并因此排除中心控制单元。然后此分析仪/控制器构成为允许连接到至少两个其他分析仪/控制器，以允许单向传递且更优选双向相互传递。
关于传感器和分析仪/控制器的类型，应理解，所有已知的传感器和分析仪/控制器似乎适用于本发明。然而，尤其优选传感器提供流出物中至少一种组分的实时或近实时(例如，落后时间小于10分钟，更优选小于5分钟)组成信息。因此，最一般传感器包括光学元件(例如分光传感器)，在较差优选的方面(例如在波动相对较慢时)包括色谱元件。仍应进一步理解，传感器可适用于测定单一组分(例如，硫化氢)或多种组分(例如，硫化氢和二氧化硫)或其代用标志物。另一方面，也可包含可用于测定多个组分的多个传感器。
一般优选热级的传感器位于合并流出物到催化级的进入点的上游。例如，在热级具有下游硫冷凝器时，可设想传感器位于或接近冷凝器出口。另一方面，在没有硫冷凝器存在时，传感器一般极接近热级出口。在本发明主题的更进一步涵盖方面，可设想布置另外的传感器，使得另外的传感器传感合并热级流出物流中至少一种组分的浓度，在三种或更多种热级流出物合并时这可能尤其有利。然后，所述另外的传感器可连接到控制单元，以提供可能化学计量不平衡的另外信息。同样，在利用二个、三个或甚至更多个催化级时，可设想在一列催化级中提供多个传感器。
关于适合的分析仪和/或控制器，设想用于在热级中调节空气和/或氧进料、酸气进料和/或温度的所有已知分析仪和过程控制器均适用于本发明。因此，此类分析仪和/或控制器可结合到单一装置，或者作为单独的部件提供。如上指出，控制器也可包括改变热级的控制器的至少部分控制单元。
因此，应理解，现在可达到对输送到热级的空气或其他含氧气体的量的精确控制，这对正确操作克劳斯装置关键。相比之下，在催化级位于多个并联热级之后时，目前已知的尾气反馈控制策略不能达到此调节。
因此，已公开用于硫回收装置的控制系统的具体实施方案和应用。然而，对本领域技术人员应显而易见，可在不脱离本发明概念下进行已述之外的很多修改。因此，除了本公开的精神外，本发明的主题不受限制。另外，在解释说明书和涵盖的权利要求时，所有术语应以与上下文一致的最宽可能方式解释。具体地讲，术语“包括”和“包含”应解释为以非排他性方式指成分、元件或步骤，表示所引用的成分、元件或步骤可与未明确引用的其他成分、元件或步骤一起存在、利用或组合。另外，在通过引用结合到本文的文献中一个术语的定义或使用与本文提供的术语的定义不一致或相反时，应以本文提供的术语的定义为准，在文献中术语的定义不适用。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种控制克劳斯装置操作的方法，所述方法包括以下步骤：
(a)监测第一热级流出物和第二热级流出物的化学组成，其中第一热级和第二热级并联操作；
(b)监测催化级流出物的化学组成，所述催化级流出物偶合到第一热级和第二热级，以接收第一热级流出物和第二热级流出物；和
(c)根据从步骤(a)和(b)得到的结果，独立调节第一热级和第二热级的至少一个热级中的操作参数。
2.权利要求1的方法，其中监测步骤(a)和(b)的至少一个步骤中的化学组成的步骤包括测定硫化氢和二氧化硫的至少一种的浓度。
3.权利要求1的方法，其中监测步骤(a)和(b)中的化学组成的步骤包括测定硫化氢与二氧化硫的比率。
4.权利要求2或3的方法，所述方法进一步包括计算第一控制信号和第二控制信号，并用第一控制信号和第二控制信号的至少一种信号分别调节第一热级和第二热级的至少一个热级中操作参数的步骤。
5.权利要求1的方法，所述方法进一步包括监测第一热级和第二热级的至少一个热级中温度的步骤。
6.权利要求1的方法，其中操作参数选自空气流速、含氧气体流速、酸气进入第一热级和第二热级的至少一个热级的流速和第一热级和第二热级的至少一个热级中的温度。
7.一种克劳斯装置控制系统，所述克劳斯装置控制系统包括：
操作性连接到克劳斯装置的第一热级的第一流出物分析仪，和操作性连接到克劳斯装置的第二热级的第二流出物分析仪，其中第一热级和第二热级构成并联操作；
操作性连接到第一热级的第一控制器，其中第一控制器构成控制第一热级的第一操作参数；
操作性连接到第二热级的第二控制器，其中第二控制器构成控制第二热级的第二操作参数；
操作性连接到克劳斯装置的催化级的第三流出物分析仪，其中克劳斯装置的催化级构成接收来自第一热级和第二热级的合并流出物；和
控制单元，所述控制单元连接到第一流出物分析仪、第二流出物分析仪和第三流出物分析仪，并程序化以允许独立调节第一控制器和第二控制器的第一操作参数和第二操作参数。
8.权利要求7的控制系统，其中第一流出物分析仪和第二流出物分析仪构成测定硫化氢与二氧化硫的比率。
9.权利要求7的控制系统，其中第三流出物分析仪构成测定硫化氢与二氧化硫的比率。
10.权利要求7的控制系统，所述控制系统进一步包括连接到第一控制器和第二控制器的第一温度分析仪和第二温度分析仪。
11.权利要求7的控制系统，其中使控制单元程序化，以将第一控制信号和第二控制信号分别提供到第一控制器和第二控制器，从而独立调节第一热级和第二热级的硫化氢与二氧化硫的比率的设定点。
12.权利要求7的控制系统，其中使控制单元程序化，以将第一控制信号和第二控制信号分别提供到第一控制器和第二控制器，从而独立调节第一热级和第二热级的操作温度。
13.权利要求7的控制系统，其中使控制单元与第一控制器结合。