Procedimientos y sistemas de control con realimentación de demanda de aire para unidades de recuperación de azufre.

Un procedimiento de control del funcionamiento de una planta Claus (100),

que comprende las etapas de:

(a) supervisar la composición química de uno de un primer y un segundo efluentes de fase térmica (112A,112B), en el que las fases térmicas (110A, 110B) primera y segunda funcionan en paralelo;

(b) supervisar la composición química de un efluente de fase catalítica (122) que está acoplada con la primera yla segunda fase térmica(110A, 110B) para recibir los efluentes de fase térmica (112A, 112B) primero y segundo;y

(c) ajustar de forma independiente un parámetro operativo en por lo menos una de las fases térmicas (110A,110B) primera y segunda;

caracterizado porque comprende además las etapas de:

(d) supervisar el otro del primer y el segundo efluentes de fase térmica (112B, 112A); y

(e) basar el ajuste independiente de la etapa (c) en los resultados obtenidos de las etapas ((a) y/o (d)) y (b).

Procedimientos y sistemas de control con realimentación de demanda de aire para unidades de recuperación de azufre Campo de la invención El campo de la invención son los sistemas de control para unidades de recuperación de azufre de planta Claus y, en especial, los sistemas de control para plantas Claus con múltiples fases térmicas.

Antecedentes de la invención Los compuestos de azufre (y, en especial, el sulfuro de hidrógeno) se retiran normalmente de un gas de desecho antes de su ventilación a la atmósfera usando una o más unidades de recuperación de azufre de planta Claus que incluyen una fase térmica seguida en serie de una o más fases catalíticas. A pesar de que la recuperación de azufre usando una planta Claus es conceptualmente simple y se conoce bien en la técnica, el funcionamiento efectivo de una planta Claus no es trivial debido a numerosos parámetros variables. Entre otros factores, la composición química (por ejemplo, el contenido y las proporciones relativas de sulfuro de hidrógeno, dióxido de carbono y agua) de la corriente de alimentación al interior de la planta Claus puede cambiar de forma considerable dependiendo del tipo de instalación y los procesos usados aguas arriba de la planta Claus. Por lo tanto, basándose en los requisitos estequiométricos específicos de la reacción de Claus, un control estricto de las cantidades de oxígeno para la fase térmica es crítico para el funcionamiento efectivo de una planta Claus.

En la mayor parte de las configuraciones conocidas en la actualidad con una única fase térmica, se supone una composición química constante de la alimentación de gas de desecho para el control de la cantidad de oxígeno que se necesita en la fase térmica. Para dar cabida a pequeñas variaciones en la concentración de sulfuro de hidrógeno en los gases de alimentación, y para tener en cuenta la falta de precisión en la instrumentación de control de fase térmica, es práctica común la instalación de instrumentación de control con realimentación en tales plantas para hacer ajustes finos a la lógica de demanda de aire de fase térmica. La lógica de realimentación en tales sistemas implica normalmente un análisis de gases de la relación molar de sulfuro de hidrógeno con respecto a dióxido de azufre en el gas de cola que deja la fase catalítica final. Una señal de control a partir de un analizador de gas de cola se usa entonces para hacer pequeños cambios en la cantidad de aire u otro gas que contiene oxígeno que se entrega a la fase térmica para lograr la relación deseada de sulfuro de hidrógeno con respecto a dióxido de azufre en la corriente de efluente. Un ejemplo típico para tal configuración se describe en la patente de los EE. UU. con n.º 4.100.266, en la que el flujo de un gas que contiene oxígeno se regula usando un controlador que funciona en función de una concentración de oxígeno medido en el gas que contiene oxígeno y una concentración medida de varios componentes en el gas de cola y la corriente de gas ventilado. De forma similar, el documento RE028864 describe un sistema en el que una señal de control para regular el flujo de oxígeno o de gas que contiene oxígeno se genera a partir de (a) unas concentraciones medidas de sulfuro de hidrógeno y oxígeno en la entrada de la fase térmica y un valor correctivo, y (b) unas concentraciones medidas de los componentes en el gas de cola.

El documento US 4.988.494 describe un proceso en el que la concentración de H2S en el gas de cola se controla (i) mediante la reducción de la cantidad de aire de oxidación o combustión en la fase de oxidación 5 y/o (ii) mediante la derivación de una porción de la materia prima alrededor de la fase térmica hacia la fase catalítica.

El documento US 3.854.876 describe un proceso en el que el control 10 del proceso se logra mediante la oxidación de gas de cola y el análisis del gas de cola oxidado para CO2 y SO2.

En configuraciones conocidas adicionales (por ejemplo, el documento WO 2006/005155 o la patente de los EE. UU. con n.º 3.026.184) , el control del proceso se logra usando unas mediciones aguas abajo tanto de la fase térmica como de la fase catalítica para formar una señal de control combinada que se usa entonces para regular directamente el flujo del gas que contiene oxígeno para la fase térmica. Las señales de control combinadas permiten un ajuste fino aumentado del flujo de oxígeno basándose en dos puntos de proceso, no obstante, no permitirán normalmente la diferenciación entre los desequilibrios en los dos puntos de proceso.

Como alternativa, el control de temperatura de la fase térmica puede emplearse para optimizar el rendimiento global de una planta Claus tal como se describe en la patente de los EE. UU. con n.º 4.543.245 y, en otro enfoque conocido más, la alimentación de oxígeno a la fase térmica puede controlarse mediante la calibración de una señal de respuesta representativa de hidrocarburo (en lugar de una señal de respuesta representativa de sulfuro de hidrógeno) que es sensible a la relación de sulfuro de hidrógeno/ dióxido de azufre en el gas de cola de planta Claus, tal como se describe en la patente de los EE. UU. con n.º 4.836.999.

A pesar de que tales circuitos de control de gas de cola conocidos tienden a funcionar de forma satisfactoria bajo muchas circunstancias, siguen existiendo varias dificultades, especialmente en plantas Claus relativamente grandes que necesitan procesar muy grandes cantidades de alimentaciones sulfurosas. Tales plantas incluyen a menudo varias fases térmicas que funcionan en paralelo seguidas de una o más fases catalíticas que funcionan en serie. Desafortunadamente, tales configuraciones conocidas con fases térmicas en paralelo presentan problemas con el control con realimentación a partir del analizador de gas de cola (que mide normalmente la relación de sulfuro de hidrógeno con respecto a dióxido de azufre) . Por ejemplo, la relación de gas de cola deseada puede no lograrse cuando una de las fases térmicas funciona con demasiado aire u oxígeno mientras que la otra fase o fases térmicas funcionan con la cantidad correcta de o con demasiado poco aire. Debido a que en tales plantas el analizador de gas de cola está colocado aguas abajo de la fase catalítica común, el analizador de aguas abajo no es sensible a diferencias entre las fases térmicas que funcionan de forma independiente. En ese sentido, la señal de control con realimentación del analizador adoptará la acción correcta para una de las fases térmicas, pero una acción incorrecta para la otra u otras, intensificando potencialmente el problema. Por lo tanto, el control de la planta Claus puede oscilar de forma continua de unas relaciones de sulfuro de hidrógeno con respecto a dióxido de azufre de gas de cola que son demasiado altas, a unas relaciones que son demasiado bajas.

Para eludir por lo menos parte de los problemas asociados con plantas que tienen múltiples fases térmicas en paralelo, puede implementarse una configuración de planta Claus en la que el control de flujo de oxígeno para la fase térmica adicional se logra mediante la medición del caudal de gas combustible al interior de la fase térmica adicional y la relación de sulfuro de hidrógeno con respecto a dióxido de azufre en la corriente de gas empobrecida en azufre a partir de la fase térmica adicional, tal como se describe en la patente de los EE. UU. con n.º 6.287.535. A pesar de que tales configuraciones y procedimientos permiten, de forma ventajosa, una producción significativamente aumentada de gas ácido combustible, siguen existiendo no obstante varios problemas. Una vez más, no puede seguirse la pista de cualquier desviación de una relación deseada entre sulfuro de hidrógeno con respecto a dióxido de azufre en el gas de cola hasta una fase térmica particular que produjera o precipitara la desviación.

Por lo tanto, a pesar de que en la técnica se conocen numerosos procedimientos de control operativo para las plantas Claus, la totalidad o casi la totalidad de estos adolecen de una o más desventajas. Por lo tanto, aún existe una necesidad de proporcionar configuraciones y procedimientos mejorados para el control en las plantas Claus.

Sumario de la invención La presente invención se dirige a configuraciones y procedimientos de control de una planta Claus que tiene múltiples fases térmicas en paralelo en los que la medición de la composición de efluente a partir de las fases térmicas y a partir de la fase o fases catalíticas se usa para producir unas señales de control que permiten el cambio de uno o más parámetros operativos de una o más fases térmicas de forma independiente.

En un aspecto de la materia objetivo de la invención, un procedimiento de control del funcionamiento... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento de control del funcionamiento de una planta Claus (100) , que comprende las etapas de:

(a) supervisar la composición química de uno de un primer y un segundo efluentes de fase térmica (112A, 112B) , en el que las fases térmicas (110A, 110B) primera y segunda funcionan en paralelo;

(b) supervisar la composición química de un efluente de fase catalítica (122) que está acoplada con la primera y la segunda fase térmica (110A, 110B) para recibir los efluentes de fase térmica (112A, 112B) primero y segundo; y

(c) ajustar de forma independiente un parámetro operativo en por lo menos una de las fases térmicas (110A, 110B) primera y segunda; caracterizado porque comprende además las etapas de:

(d) supervisar el otro del primer y el segundo efluentes de fase térmica (112B, 112A) ; y

(e) basar el ajuste independiente de la etapa (c) en los resultados obtenidos de las etapas ( (a) y/o (d) ) y (b) .

2. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la etapa de supervisar la composición química en por lo menos una de las etapas (a) , (b) y (d) comprende medir una concentración de por lo menos uno de sulfuro de hidrógeno y dióxido de azufre.

3. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la etapa de supervisar la composición química en las etapas (a) , (b) y (d) comprende la medición de una relación de sulfuro de hidrógeno con respecto a dióxido de azufre.

4. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 2 o la reivindicación 3, que comprende además una etapa de calcular una primera y una segunda señal de control, y usar por lo menos una de las señales de control primera y segunda para ajustar respectivamente el parámetro operativo en la por lo menos una de las fases térmicas (110A, 110B) primera y segunda.

5. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además una etapa de supervisar la temperatura en por lo menos una de las fases térmicas (110A, 110B) primera y segunda.

6. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el parámetro operativo está seleccionado del grupo que consiste en un caudal de aire, un caudal de un gas que contiene oxígeno, un caudal de un gas sulfuroso al interior de la por lo menos una de las fases térmicas (110A, 110B) primera y segunda, y la temperatura en por lo menos una de las fases térmicas (110A, 110B) primera y segunda.

7. Un sistema de control de planta Claus (100) que comprende:

- un primer analizador de efluente (132A) acoplado de forma operativa con una primera fase térmica (110A) de una planta Claus (100) , en el que la primera y una segunda fases térmicas (110A, 110B) están configuradas para funcionar en paralelo;

- un primer controlador (132A) acoplado de forma operativa con la primera fase térmica (110A) , en donde el primer controlador (132A) está configurado para controlar un primer parámetro operativo de la primera fase térmica (110A) ;

- un segundo controlador (132B) acoplado de forma operativa con la segunda fase térmica (110B) , en donde el segundo controlador (132B) está configurado para controlar un segundo parámetro operativo de la segunda fase térmica (110B) ; y

- un tercer analizador de efluente (152) acoplado de forma operativa con una fase catalítica (120A, 120B) de la planta Claus (100) , en donde la fase catalítica (120A, 120B) de la planta Claus (100) está configurada para recibir el efluente (112A, 112B) combinado a partir de la primera y la segunda fase térmica (110A, 110B) ;

caracterizado porque el sistema de control comprende además:

- un segundo analizador de efluente (132B) acoplado de forma operativa con la segunda fase térmica (110B) de la planta Claus (100) ; y

- una unidad de control (152) que está acoplada con los analizadores de efluente (132A, 132B, 152) primero, segundo y tercero y programada para permitir el ajuste independiente de los parámetros operativos primero y segundo de los controladores (132A, 132B) primero y segundo.

8. El sistema de control de acuerdo con la reivindicación 7, en el que los analizadores de efluente (132A, 132B) primero y segundo están configurados para medir una relación de sulfuro de hidrógeno con respecto a dióxido de azufre.

9. El sistema de control de acuerdo con la reivindicación 7, en el que el tercer analizador de efluente (152) está configurado para medir una relación de sulfuro de hidrógeno con respecto a dióxido de azufre.

10. El sistema de control de acuerdo con la reivindicación 7, que comprende además unos analizadores de efluente primero y segundo acoplados con los controladores (132A, 132B) primero y segundo.

11. El sistema de control de acuerdo con la reivindicación 7, en el que la unidad de control (152) está programada para proporcionar las señales de control primera y segunda a los controladores (132A, 132B) primero y segundo, respectivamente, para ajustar de ese modo de forma independiente unos puntos de ajuste para una relación de sulfuro de hidrógeno con respecto a dióxido de azufre para las fases térmicas (110A, 110B) primera y segunda.

12. El sistema de control de acuerdo con la reivindicación 7, en el que la unidad de control (152) está programada para proporcionar señales de control primera y segunda a los controladores (132A, 132B) primero y segundo, respectivamente, para ajustar de ese modo de forma independiente la temperatura de funcionamiento de las fases térmicas (110A, 110B) primera y segunda.

13. El sistema de control de acuerdo con la reivindicación 7, en el que la unidad de control (152) está integrada con 10 el primer controlador (132A) .