BR0312931B1 - processo para a separação de ácido sulfìdrico a partir de gás de coqueria com a subsequente obtenção de enxofre elementar em uma instalação de claus. - Google Patents

processo para a separação de ácido sulfìdrico a partir de gás de coqueria com a subsequente obtenção de enxofre elementar em uma instalação de claus. Download PDF

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Description

"PROCESSO PARA A SEPARAÇÃO DE ÁCIDO SULFÍDRICO APARTIR DE GÁS DE COQUERIA COM A SUBSEQUENTE OBTENÇÃODE ENXOFRE ELEMENTAR EM UMA INSTALAÇÃO DE CLAUS"
A invenção se refere a um processo para a separação de ácidosulfídrico a partir de gás de coqueria com a subsequente obtenção de enxofreelementar em uma instalação de Claus, no qual o ácido sulfídrico é removido dogás de coqueria por lavagem de gás com um líquido de absorção, o líquido deabsorção carregado é regenerado e o ácido sulfídrico que se acumula neste caso,em forma concentrada, é alimentado na instalação de Claus, em cujo processo: oácido sulfídrico é reagido com oxigênio do ar em uma caldeira de Claus, dainstalação de Claus, mediante a formação de enxofre elementar; o gás de processoque sai da caldeira de Claus é resfriado, em uma caldeira recuperadora de calorperdido para uma temperatura necessária para a condensação do enxofre, éaquecido, após a deposição do enxofre, e é alimentado a um forno de reação dainstalação de Claus, no qual compostos de enxofre em um catalisador sãoconvertidos em enxofre elementar; e, o gás de processo que sai do forno de reaçãoé resfriado para uma temperatura necessária para a condensação do enxofre bemcomo o enxofre condensado é separado.
Como se sabe, o gás de coqueria contém ácido sulfídrico, o qualtem que ser removido antes do uso em uma lavagem de gás. Durante aregeneração do líquido de absorção carregado, usado para a lavagem de gás, oácido sulfídrico se acumula em forma concentrada, o qual é convertido emenxofre elementar em uma subsequente instalação de Claus. A peça de núcleo dainstalação de Claus é uma caldeira com uma câmara de combustão, onde ácidosulfídrico é convertido com oxigênio do ar em enxofre elementar em altastemperaturas de mais que 800°C. A reação básica do processo é:
2H2S+02 S2+2H20
A reação é fortemente exotérmica e, com isto, muito dependenteda temperatura. Em correspondência ao equilíbrio de reação, aproximadamente70% do ácido sulfídrico se acumulam como enxofre elementar, o qual, por meiodo resfriamento do gás de processo, é separado por condensação em umasubsequente caldeira recuperadora de calor perdido. Nos subsequentes fornos dereação, os quais são também designados como estágios de catalisador, teoresresiduais em ácido sulfídrico e dióxido de enxofre são convertidos em enxofre noscatalisadores, de acordo com a equação de reação:
3H2S+S02 3/8S8+2H20
Os reatores de Claus são operados em temperaturas abaixo de350°C. No âmbito das medidas conhecidas, a instalação de Claus é sempreprovida com pelo menos dois reatores de Claus conectados em série e operadoscom diferentes níveis de temperatura, a fim de obter elevadas produções deenxofre. Entre os reatores de Claus conectados em série está previsto umresfriamento intermediário para a deposição de enxofre elementar condensado.Uma instalação de Claus tendo a construção descrita e a finalidade indicada édescrita na Enciclopédia de Ullmanns da Química Técnica, Tomo 21, folhas 8a 13.
Uma instalação de Claus consistindo de uma caldeira de Claus ede dois estágios de catalisador conectados em seguida com resfriamentosintermediários é dispendiosa em termos de aparelhos. A invenção tem comoobjetivo, por meio de uma alteração do processo, reduzir o dispêndio em termosde aparelhos.
Partindo do processo descrito inicialmente, o objetivo é atingido,de acordo com a invenção, pelo fato de que a instalação de Claus é operada comapenas um único forno de reação e neste é ajustada uma temperatura de trabalhoinferior a 25 O0C e que o gás de processo que sai do forno de reação é reconduzido,após a deposição do enxofre elementar com um teor residual em ácido sulfídriconão reagido no forno de reação, ao gás de coqueria a ser limpo, antes da lavagemde gás. Preferivelmente, o forno de reação é operado em uma faixa de temperaturaentre 200°C e 230°C.De acordo com a invenção, a instalação de Claus é configuradacom apenas uma caldeira de Claus e um único estágio de catalisador conectadoem seguida, o qual, em comparação com o estado da técnica, é operado em umatemperatura mais reduzida. Neste caso, é levado em consideração o fato de que aparcela reagida em H2S, referida à quantidade de ácido sulfídrico alimentado àinstalação de Claus, é mais reduzida do que no estado da técnica por ocasião douso de uma instalação de Claus com dois ou mais estágios de catalisador. Deacordo com a invenção, em uma consideração do processo total foi reconhecidoque teores de enxofre mais elevados no gás de escape da instalação de Claus sãotoleráveis, quando o gás de escape é reconduzido para o gás de coqueria a serlimpo e é submetido com este conjuntamente à lavagem de gás. A lavagem de gásé projetada de tal maneira que um teor mais elevado em ácido sulfídrico no gás decoqueria, por meio da recondução de acordo com a invenção, não tem efeito sobreo teor de ácido sulfídrico no gás limpo. Nisto, a lavagem de gás torna supérfluoum segundo ou terceiro estágio de catalisador. Por meio do processo de acordocom a invenção, a instalação de Claus pode ser construída, consoante a técnica deplantas, de uma maneira muito mais simples. A parte relativa à técnica deregulagem da instalação de Claus é consideravelmente simplificada.
Numa realização alternativa do processo de acordo com ainvenção, uma caldeira revestida de forma refratária em construção horizontal éusada como caldeira de Claus, a qual apresenta uma câmara de combustão e umacâmara de catalisador horizontalmente subsequente, limitada pelos dois lados pormódulos de grade e tendo uma carga de catalisador.
Numa outra realização alternativa do processo de acordo com ainvenção, a caldeira recuperadora de calor perdido apresenta um primeiro feixe detubos consistindo de tubos de trocador de calor, através dos quais flui gás deprocesso que sai da caldeira de Claus, sendo que a caldeira recuperadora de calorperdido apresenta um segundo feixe de tubos consistindo de tubos de trocador decalor, através do quais flui gás de processo que sai do forno de reação, e os feixesde tubos são dispostos em uma câmara de gerador de vapor em comum, na qual égerado vapor de baixa pressão.
Numa outra realização alternativa do processo de acordo com ainvenção, o enxofre elementar é extraído fluido da caldeira recuperadora de calorperdido.
Numa outra realização alternativa do processo de acordo com ainvenção, a partir do gás de processo quente que sai da caldeira de Claus, éderivada uma corrente parcial e é misturada com a corrente de processo, que éalimentada ao forno de reação, para o aquecimento.
Outros desenvolvimentos do processo de acordo com a invençãoserão explicados a seguir com base em um exemplo de realização ilustradoesquematicamente nas figuras em anexo, onde:
a figura 1 é um diagrama em blocos, fortemente simplificado, doprocesso de acordo com a invenção; e,
a figura 2 é uma instalação de Claus, a qual é usada no âmbito doprocesso de acordo com a invenção.
Consoante o processo, representado na figura 1 na forma deum diagrama em blocos, ácido sulfídrico é separado a partir de gás decoqueria COG e é convertido em enxofre elementar S em uma instalação deClaus conectada em seguida. O ácido sulfídrico é removido do gás decoqueria por lavagem de gás 1 com um líquido de absorção. O líquido deabsorção carregado 2 é regenerado em um estágio 3. Neste caso, ácidosulfídrico é acumulado em forma de vapor, em forma concentrada, o qual éalimentado em uma instalação de Claus 4. Na instalação de Claus 4, ácidosulfídrico é convertido em enxofre elementar S, o qual é removido em formafluida ou líquida. Um gás de processo 5 é também acumulado, o qual contémum teor residual não reagido em ácido sulfídrico e para o qual é reconduzidoo gás de coqueria COG a ser limpo, antes da lavagem de gás 1.
A estrutura da instalação de Claus 4 está representada na figura 2.A estrutura fundamental desta planta compreende uma caldeira de Claus 6, umacaldeira recuperadora de calor perdido 7 bem como um forno de reação 8 comuma carga de catalisador 9. Uma corrente de alimentação 10 que contém ácidosulfídrico é alimentada juntamente com ar 11 e gás de aquecimento 12 em umacâmara de combustão 13 da caldeira de Claus 6 e convertida a temperaturas decerca de 1200°C, em uma reação exotérmica, mediante formação de enxofreelementar. O gás de processo que sai da caldeira de Claus 6 é resfriado na caldeirarecuperadora de calor perdido 7 para uma temperatura necessária apara acondensação do enxofre inferior a 170°C. Enxofre elementar S é condensado eseparado. Após a separação do enxofre, o gás de processo 14 é aquecido mediantea mistura com uma corrente parcial 15 removida da caldeira de Claus 6 ealimentado no forno de reação 8 da instalação de Claus. No forno de reação 8,ácido sulfídrico e dióxido de enxofre são convertidos em catalisadores 16 emenxofre elementar. O forno de reação 8 é operado com uma temperatura detrabalho inferior a 250°C, preferivelmente em uma faixa de temperatura entre200°C e 23O°C.
Da figura 2 pode ser depreendido que a instalação de Claus 4 éconstruída com apenas um único forno de reação 8. O gás de processo que sai doforno de reação 8 é resfriado para uma temperatura necessária para a condensaçãodo enxofre. Após a deposição do enxofre condensado, o gás de processo 5, o qualainda contém um teor residual em ácido sulfídrico, é reconduzido para o gás decoqueria COG a ser limpo, antes da lavagem de gás 1. De acordo com umdesenvolvimento preferido do processo de acordo com a invenção, a instalação deClaus é operada de tal maneira que 80 a 85% do ácido sulfídrico são convertidosem enxofre elementar e são removidos como condensado.
Uma caldeira revestida de forma refratária em construçãohorizontal é usada como caldeira de Claus 6, a qual apresenta uma câmara decombustão 13 e uma câmara de catalisador horizontalmente subsequente, limitadapelos dois lados por módulos de grade 17 permeáveis a ar, e tendo uma carga decatalisador 9.
Na caldeira recuperadora de calor perdido 7, tanto a corrente degás quente tendo aproximadamente 1200°C, que sai da caldeira de Claus 6, comotambém a corrente de gás de processo, que sai do forno de reação 8 com umatemperatura inferior a 250°C, são resinadas para uma temperatura abaixo datemperatura de condensação de enxofre elementar. Neste caso, é produzido umvapor de baixa pressão 18. A caldeira recuperadora de calor perdido 7 apresentaum primeiro feixe de tubos 19 consistindo de tubos de trocador de calor, atravésdos quais flui gás de processo que sai da caldeira de Claus 6. A caldeirarecuperadora de calor perdido 7 também apresenta um segundo feixe de tubos 20consistindo de tubos de trocador de calor, através do quais flui gás de processo quesai do forno de reação 8. Os feixes de tubos 19, 20 são dispostos em uma câmarade gerador de vapor em comum. Enxofre elementar já se condensa na caldeirarecuperadora de calor perdido 7 e é extraído em forma líquida ou fluida dacaldeira recuperadora de calor perdido 7 bem como de separadores 21 conectadosem seguida.
Para o aquecimento do gás de processo 14 alimentado no forno dereação 8, uma corrente parcial 15 é derivada da caldeira de Claus. O conduto dederivação é acoplado à periferia de uma câmara 22 da caldeira de Claus, do ladode efluxo, revestida de forma refratária, e desemboca no conduto de gás deprocesso adjacente à caldeira. Na região de desembocadura do conduto dederivação, um corpo de válvula é disposto de modo ajustável, com o qual acorrente em volume da corrente de gás quente que sai do conduto de derivaçãopode ser regulada. O corpo de válvula e um dispositivo de ajuste associado aocorpo de válvula são resfriados pelo gás de processo 14 que é conduzido atravésdo conduto de gás de processo, de modo que materiais metálicos convencionaispodem ser usados para o corpo de válvula.

Claims (6)

1. Processo para a separação de ácido sulfídrico a partir de gásde coqueria com a subsequente obtenção de enxofre elementar em umainstalação de Claus, no qual o ácido sulfídrico é removido do gás de coqueriapor lavagem de gás com um líquido de absorção, o líquido de absorçãocarregado é regenerado e ácido sulfídrico que se acumula neste caso em formaconcentrada é alimentado na instalação de Claus, em cujo processo: o ácidosulfídrico é reagido com oxigênio do ar em uma caldeira de Claus, dainstalação de Claus, mediante formação de enxofre elementar; o gás deprocesso que sai da caldeira de Claus é resfriado, em uma caldeirarecuperadora de calor perdido para uma temperatura necessária para acondensação do enxofre, é aquecido após a deposição do enxofre, e éalimentado a um forno de reação da instalação de Claus, no qual compostosde enxofre em um catalisador são convertidos em enxofre elementar; e, o gásde processo que sai do forno de reação é resfriado para uma temperaturanecessária para a condensação do enxofre bem como o enxofre condensado éseparado, caracterizado pelo fato de que: a instalação de Claus é operada comapenas um único forno de reação e neste é ajustada uma temperatura detrabalho inferior a 250°C; e, o gás de processo que sai do forno de reação éreconduzido, após a precipitação do enxofre elementar com um teor residualem ácido sulfídrico não reagido no forno de reação, ao gás de coqueria a serlimpo, antes da lavagem de gás.
2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que o forno de reação é operado em uma faixa de temperaturaentre 200°C e 230°C.
3. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2,caracterizado pelo fato de que uma caldeira revestida de forma refratária emconstrução horizontal é usada como caldeira de Claus, a qual apresenta umacâmara de combustão e uma câmara de catalisador horizontalmentesubsequente, limitada pelos dois lados por módulos de grade e tendo umacarga de catalisador.
4. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3,caracterizado pelo fato de que a caldeira recuperadora de calor perdidoapresenta um primeiro feixe de tubos consistindo de tubos de trocador decalor, através dos quais flui gás de processo que sai da caldeira de Claus,sendo que a caldeira recuperadora de calor perdido apresenta um segundofeixe de tubos consistindo de tubos de trocador de calor, através do quais fluigás de processo que sai do forno de reação, e os feixes de tubos são dispostosem uma câmara de gerador de vapor em comum, na qual é gerado vapor debaixa pressão.
5. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4,caracterizado pelo fato de que o enxofre elementar é extraído fluido dacaldeira recuperadora de calor perdido.
6. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5,caracterizado pelo fato de que a partir do gás de processo quente que sai dacaldeira de Claus é derivada uma corrente parcial e é misturada com acorrente de processo, que é alimentada ao forno de reação, para oaquecimento.
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