CN101610976B - 生产硫化氢的反应器和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种由氢气和硫连续制备H2S的反应器(1),其包括用于将气态氢分布于至少反应器下部含有的硫熔体(9)中的分布器装置(15)。该分布器装置(15)排列于硫熔体(9)中并且包括排列于反应器(1)中且具有向下延伸的边缘(17)及任选具有通道孔(19)的分布器板(16)。氢气通过分布器板(16)(例如穿过通道孔(19))从在分布器板(16)下方形成的氢气泡分布于硫熔体(9)中。

Description

生产硫化氢的反应器和方法
本发明涉及由氢气和硫连续制备硫化氢H2S的一种反应器和一种方法。
在现有技术中,硫化氢例如通过根据Girdler的H2S工艺(Ullmann’sEncyclopedia of Industrial Chemistry(Ullmann工业化学百科全书),第六版,2003,第17卷,第291页)制备。在该工艺中,H2S以非催化方式由单质硫和氢在具有内件和基本上水平排列的延长底部的塔中制备。将氢气引入填充有沸硫的底部并将硫汽提至上升的气相中。氢气与上升的硫在塔的气体空间中反应,并通过用液态硫洗涤而从产物气体中排出释放的反应热。为此,液态硫从塔底排出,与新鲜的冷硫混合并在塔顶引入。将主要包含硫化氢的产物气体在两个换热器中冷却。发现缺点为所述工艺必须在加压和高温下进行。高温导致腐蚀速率及反应器壁上的材料磨耗增加。在泄漏的情况下,较大量的有毒H2S由于高压而逸出。
在Angew.Chem.;第74卷,1962;4;第151页中描述了H2S的催化制备。在该制备中,使氢气穿过外部加热的硫浴。载有硫蒸气的氢气穿过孔进入催化剂空间中。未反应的硫在离开催化剂空间之后在H2S出口管上部冷凝并经由溢流管通回硫浴中。催化剂空间围绕H2S出口管同心排列。以工业规模进行该方法的缺点为没有利用反应热加热硫浴,而是通过硫浴的加热夹套进行加热。
US 2,863,725描述了一种在含钼催化剂作用下制备H2S的方法,其中气态氢被引入包含硫熔体的反应器中并且以气泡形式上升穿过硫熔体。调节引入的氢气量和硫熔体温度(规定温度低于326℃)使得在硫熔体上方气体区中形成的气体混合物包含氢气与硫反应物,其中氢气过量超过化学计量反应比。为了利用氢气和硫产生硫化氢的放热反应中的反应热,使反应在置于硫熔体中的反应管中进行。利用放出的反应热蒸发硫熔体中的硫。氢气经由多孔管引入硫熔体下部区域。
US 5,173,285利用另一种方法制备H2S,其中利用引入的氢气将硫从硫熔体汽提出进入气相中。该方法包括两步制备,其中在第一步中使引入的氢气与硫熔体中的硫在没有催化剂作用下反应而产生H2S,并且在第二步中使额外引入气相中的氢气在催化剂作用下完成反应。发现缺点为产物中存在氢气残留。气态氢经由排列于硫熔体中的分布器引入,所述分布器由基本水平排列于硫熔体中且具有氢气通道孔的单管或支管体系组成。当用于制备H2S的反应器启动时,液体硫可渗入通道孔并且在相应低温下在那里固化而堵塞通道孔。
US 2,876,070公开了一种在间隔成上下两部分的基本上水平的容器中非催化制备H2S的方法。氢气与硫的反应主要在所述两部分的气体空间中进行。下部第一气体空间(第一部分)以底部开口钟为边界并且具有向下延伸的边缘。氢气在所述钟下方经由多孔管引入部分填充有液体硫的第一部分;氢气以气泡形式在该部分硫熔体中上升并且在第一气体空间所述钟的水平底座下方收集。载有硫的氢气在所述钟下方第一气体空间中以非催化剂方式反应而产生H2S。然后,气体混合物向下流动经由所述钟的锯齿状边缘进入第二部分,即进入存在于该第二部分中的硫熔体中。包含产物和未转化反应物的气体混合物再次被气态硫饱和并且在伴随的第二气体空间中进一步反应而产生H2S。该两步工艺基本上需要一定程度的装置复杂性。发现另一缺点为气态氢经由具有通道孔的管供入以所述钟为边界的第一部分的硫熔体中,这意味着渗入的硫不可避免地导致管的通道孔堵塞(尤其在启动和停工阶段)。使气体混合物经由所述钟的锯齿状边缘从第一部分再分布于第二部分的硫熔体中导致只有紧邻边缘上方的硫熔体起泡,因此再分布不均匀。尤其在大尺寸反应器的情况下,这种形式的起泡可能不够且效率较低。发现又一缺点为多步工艺,其显著之处为氢气在各步骤中再分布。
相反,当单一入口管用作进料装置时,出现了氢气在硫熔体中分布不均的难题。此时,从入口点开始形成大氢气泡并随着它们在硫熔体中上升而汽提少量硫进入气相中。为了补偿这种效应,可延长氢气穿过硫熔体的路程及由此延长氢气载硫的停留时间。缺点是为此反应器需要大体积。
因此,本发明目的为提供避免现有技术的缺点并且特别是能够使引入的气态氢与硫熔体高效接触并由此导致H2S的制备更高效、安全和经济的一种反应器和一种方法。
该目的通过一种用于由氢气和硫连续制备H2S的反应器实现,其包括用于将气态氢分布于至少存在于反应器下部的硫熔体中的分布器装置。该分布器装置排列于硫熔体中并且包括排列(优选水平)于反应器中且具有向下延伸的边缘的分布器板。氢气借助该分布器装置从分布器板下方形成的氢气泡分布于硫熔体中。该分布可唯一或额外经由分布器装置边缘进行。所以在分布器板下方聚集的氢气经由向下延伸边缘的边缘区分散使来自氢气泡的氢气穿过分布器装置与反应器夹套之间的间隙分布于硫熔体中而进入硫熔体中。在本发明优选的实施方案中,分布器装置的分布器板具有通道孔。则氢气可借助该分布器装置经由分布器板唯一或额外穿过通道孔从分布器板下方形成的氢气泡进入硫熔体中。
H2S的连续制备优选在垂直反应器中进行,垂直反应器包括被反应器夹套围绕的圆柱形或棱柱形中心壳体,反应器夹套在其各端被外壳封闭。所述外壳可各自具有任何合适形状,例如为半球形或锥形。
反应器优选在下部填充有硫熔体。气态氢可经由进料装置引入硫熔体中,此时主要包含气态硫和气态氢的反应混合物在硫熔体上方的反应物区聚集,所述反应物区与硫熔体经由相边界接触,并且反应物区顶部优选以分隔物如板为边界。
每种情况下将气态氢和液态硫经由分布器装置下方的合适进料装置供入反应器中。使硫化氢产物在合适位置如上部外壳处从反应器产物区流出。
在本发明反应器的优选实施方案中,借助进料装置将气态氢引入反应器中的硫熔体中并且借助本发明分布器装置将其分布于硫熔体中。
进料装置包括例如管,其在两端开口且垂直排列于反应器中,并且排列于分布器装置下方且其上端优选伸入由分布器板与向下延伸的边缘限定的空间中,伸入氢气泡中。伸入分布器板下方空间及尤其是在其下方形成的氢气泡中有利地防止了引入硫熔体中的氢气不均匀。
用来从反应器外部引入氢气的倾斜向下延伸的入口管优选通向进料装置的垂直管。有利地构造进料装置使得进入垂直排列管的硫可以自由向下流动而不堵塞氢气进料装置。氢气在垂直排列管内上升并在分布器装置下方聚集。
本发明反应器的分布器装置包括在反应器中基本水平排列的分布器板(优选具有通道孔)和向下延伸的边缘。优选平面分布器板优选基本上在反应器整个横截面上延伸,在反应器夹套与分布器装置之间保留有间隙。在分布器装置边缘与反应器夹套之间的间隙宽度优选为1-50mm,特别为2-25mm,更优选为5-10mm。分布器板的形状由其中排列有分布器板的反应器的几何结构控制。它可以优选具有圆形或多边形或任何其它所需形状。可优选在分布器板的外圆周上提供凹槽,凹槽提供了例如用于引入氢气、引入硫和再循环硫的通道孔。分布器装置与反应器夹套之间的间隙因此可仅具有小的宽度以避免分布器装置在反应器中的剧烈振动。
聚集的氢气可经由分布器板向下延伸的边缘区分散进入硫熔体中,此时来自氢气泡的氢气通过分布器装置与反应器夹套之间的间隙分布于硫熔体中。在本发明优选的实施方案中,分布器装置向下延伸的边缘具有锯齿状边缘区,来自氢气泡的氢气经由所述边缘区穿过该边缘与反应器的反应器夹套之间的间隙进入硫熔体中。这使得分布器板下方聚集的分散进入微气泡的氢气经由该间隙分散进入硫熔体中。
在分布器装置下方引入的氢气在该分布器板下方聚集而在由向下延伸的边缘与分布器板限定的空间中形成氢气泡。氢气泡指的是由于至少在反应器启动过程中供入分布器装置下方反应器中的氢气比分散进入硫熔体中(例如经由边缘)的氢气多而形成的大量内聚氢气,并且在硫化氢连续制备过程中通过连续供入氢气而维持氢气泡。
分布器板优选水平排列于反应器中,使得分布器板下方聚集的氢气泡高度基本恒定。
分布器板优选具有通道孔,分布器板下方聚集的氢气经由所述通道孔分散于置于分布器板上方的硫熔体中,这通过氢气在整个反应器横截面上均匀分布而有利地防止了反应器内的振动。聚集的氢气由于分布器板中的通道孔而分布均匀地从氢气泡分散至置于分布器板上方的硫熔体中。分布器板中的通道孔数量由包括所引入氢气的体积流速的因素控制并且优选为2-100个,尤其是4-50个,更优选为8-20个/100标准m3/小时。通道孔例如可以为圆形或限定为狭缝,优选的直径或狭缝宽度为2-30mm,优选为5-20mm,更优选为7-15mm。通道孔优选规则排列于分布器板中。所有通道孔的面积比例基于分布器板的面积优选为0.001-5%,优选为0.02-1%,更优选为0.08-0.5%。
为了确保硫熔体通过上升的氢气而良好混合及由此确保硫非常有效地汽提进入上升的氢气中,通过通道孔分散的氢气的气体速率优选为20-400m/s,尤其是50-350m/s,优选为90-300m/s,更优选为150-250m/s。
本发明反应器优选在下部填充有硫熔体。气态氢经由进料装置引入硫熔体中,并且主要包含气态硫和气态氢的反应混合物在硫熔体上方的反应物区聚集,所述反应物区与硫熔体经由相边界接触。反应物区顶部例如以反应器分隔物如板为边界。在本发明优选的实施方案中,所述板与反应器上部,优选反应器内上部三分之一,更优选上部四分之一的反应器夹套连接。
在本发明一个实施方案中,反应器包括至少一个接触管,其中气态硫和氢向H2S转化。此时,所述至少一个接触管部分与硫熔体接触。
在本发明反应器的优选实施方案中,在反应器中提供至少一个与硫熔体至少部分接触的U形管。因此将反应器设计为具有U形结构接触管的管束反应器。这种U形管具有两个臂,其通过位于其下端的弯曲部分彼此连接。各U形管可具有长度不同或优选长度相同的臂。U形管臂的直径例如可为2-20cm,特别是2.5-15cm,更优选为5-8cm。该至少一个U形管优选垂直排列于反应器中,其中弯曲部分位于底部而臂的两端位于顶部。由于为氢气与硫反应产生H2S所提供的反应区可在各U形管的两臂上分开,所以在U形接触管中设置反应区使反应器在反应器长度上设计紧凑。
就本发明而言,“接触”指的是热交换可在硫熔体与接触管内部之间经由接触管壁进行。该至少一个U形管优选部分浸入硫熔体中。
在例如经由垂直入口管而不是本发明分布器装置将氢气简单引入硫熔体中的情况下,可产生不均匀氢气分布。在入口管附近,在硫熔体内产生大氢气泡。在硫熔体其他区域,则几乎没有任何氢气。从而可导致(优选U形的)接触管振动。在本发明反应器中存在且构造类似于底部开口钟的分布器装置因此也用于稳定本发明反应器中管束的接触管。
在该至少一个(优选)U形接触管内,优选排列有用于将氢气和硫转化成H2S的催化剂,其结果是提供了反应区。对本发明而言,反应区指的是U形管内放置有催化剂的区域。反应物主要在包含催化剂的反应区中转化。催化剂的使用允许向H2S的转化在中等温度和低压下进行。催化剂优选以疏松材料固定床形式排列于该至少一个U形管中。合适的催化剂例如为包含负载于载体上的钴和钼的催化剂,其可以任何形状的成型体使用。例如,成型体直径为2-12mm,特别为3-10mm,更优选为4-8mm,并且长度优选为2-12mm,特别为3-10mm,更优选为4-8mm。
在具有U形管的反应器中制备硫化氢时,反应混合物从反应物区经由至少一个入口孔进入该至少一个U形管的臂中。该入口孔优选在该至少一个U形管的臂中位于硫熔体上方。该入口孔由反应物区通向U形管的一个臂中。优选选择硫熔体相边界与U形管入口孔之间的距离使得最少量的液态硫以液滴形式与反应混合物料流夹带进入U形管内部。入口孔与硫熔体相边界之间的距离优选为0.3-3m,特别是0.6-2.5m,更优选为0.9-2m。
在具有U形管的反应器中制备硫化氢时,反应物混合物沿着流路流过U形管,即它经由入口孔进入之后首先自上而下流过U形管的一个臂,经由U形管的弯曲部分进入第二个臂并随后自下而上流过第二个臂。反应物混合物主要在存在于U形管内的反应区中在优选在其中排列的催化剂作用下转化。在本发明优选的实施方案中,包含产物的气体经由U形管第二个臂中的出口孔进入产物区(优选位于硫熔体上方和反应器中反应区上方),其(例如借助板)与反应物区隔开。
优选经由合适的进料装置将气态氢和液态硫供入反应器中。使硫化氢产物在合适位置如上部外壳处从反应器产物区流出。
在本发明优选的变型中,该至少一个接触管与本发明反应器中的板连接。在U形接触管的情况下,U形管的两个臂优选在它们上端各自与反应器的板连接,所述板又合适地在反应器上部固定在反应器夹套上。所述板使反应器优选分隔成两个分区;它特别确定了其上方的产物区。该至少一个(优选U形的)接触管优选固定在与反应器夹套连接的板上使反应器和接触管的热纵向改变彼此独立,因为管束仅经由板固定在反应器夹套上,使得在反应器结构中可以不使用张力调节器。接触管与所述板在接触管上端的连接获得的有利效果是接触管因重力而变得稳定。
在本发明优选的实施方案中,将反应器内部分隔成位于其下方的下部分区和位于其上方的上部分区的板置于反应器上部,优选靠近上部外壳。
上部分区优选包括产物区,其在反应器运行过程中主要包含硫化氢产物。例如,在每种情况下U形管的一个臂与产物区相通。
反应器下部分区优选包括直接位于所述板下方的反应物区和位于其下方的硫熔体(将液态硫从外部来源和/或以回流供入硫熔体中)。(优选U形的)接触管优选部分与硫熔体热接触;它们中的一些优选直接排列于硫熔体内,即浸入硫熔体中。在产生H2S的放热反应中释放出的热能由此经由该至少一个(优选U形的)接触管传递至围绕的硫熔体中。反应热用于蒸发其中存在的硫。这种热组合使能够进行其中外部供热可显著减少或不需要的能量上有利的工艺。同时,可避免催化剂过热,这提高了催化剂寿命。
为了实现热能的良好传递,优选使反应区中催化剂床的耐热性最小化。为了使反应物转化成H2S,优选提供多个含催化剂的(优选U形的)接触管,使得催化剂床中心至接触管壁的特定路程短。所有接触管(或U形接触管的所有臂)的横截面积之和基于(优选圆柱形的)反应器壳体横截面积的比优选为0.05-0.9,尤其为0.15-0.7,更优选为0.2-0.5,最优选为0.25-0.4。
目的为使沿包含催化剂的反应区的特定(优选U形的)接触管的外部夹套面积的20-100%与硫熔体接触从而有足够的热接触使热从(优选U形的)接触管传递至围绕的硫熔体中。为了使向硫熔体的传热高效作用,无论在接触管中的何处反应,沿包含催化剂的反应区的接触管的外部夹套面积应在大于20%,优选大于50%,更优选大于80%的程度上被硫熔体围绕。在反应器中硫熔体填充量太低及由此接触管与硫熔体接触太低的情况下,存在的风险为不能充分转移反应热。
在反应混合物流动方向,在该至少一个(优选U形的)接触管内,反应混合物在进入接触管后可首先流过惰性床,此时以液滴形式存在的任何夹带液态硫均在该惰性床处从反应混合物中分离出。例如,在包含气态氢和硫的反应混合物中可以存在的液态硫的比例至多为100000重量ppm。为了分离出硫液滴,在该至少一个U形管中优选提供有基于由惰性床和催化剂床组成的整个床的比例为1-30%,尤其是2-25%,优选为5-20%,更优选为8-16%的惰性床。所述惰性床可由任何形状如鞍形或优选球形的由合适材料如氧化锆或优选氧化铝组成的物体组成。
在本发明优选的变型中,该至少一个接触管与本发明反应器中分布器装置的分布器板连接。
为了实现(优选U形的)接触管的较高稳定性,可将该至少一个接触管与靠近其下端(在U形管的情况下,靠近其下部弯曲部分)的分布器装置连接,所述分布器装置限制了接触管或相应管束在其尺度内沿着水平方向振动的范围。此时,分布器装置又不直接与反应器的反应器夹套连接,而是经由接触管与例如所述板的连接而间接与反应器夹套连接。因此,避免了在反应器、接触管与分布器装置之间由长度上的热改变引起的应力所导致的问题。
在一个实施方案中,分布器板与至少一个U形管的特定臂在靠近U形管下端如通过焊接相连,包括至少一部分弯曲部分的U形管段置于分布器板下方。因为该U形管段与硫熔体不接触,而是伸入在分布器装置下方聚集的氢气泡区域中,所以该段中的U形管优选不含任何催化剂床。因此不存在向H2S的转化并且不会产生待转移的反应放热。在该至少一个U形管内,可提供分隔物而使催化剂床区域与不含床的区域分隔,但是分隔物必须允许H2S制备中的反应物和产物可渗透。
在本发明中,优选在反应器下部如靠近下部外壳处提供有气态氢的进料装置和分布器装置。借助进料装置引入硫熔体中的氢气以通过分布器装置分布的气泡形式上升穿过熔体,其从熔体中汽提出硫并且在反应器反应物区(例如在反应器上部板的下方)聚集作为反应混合物,其经由相边界与硫熔体接触。反应混合物包含的气态氢和硫的摩尔比借助主要工艺参数即温度、压力和引入的氢气量及借助硫蒸发平衡确定。在这一点上,可以根据转化成H2S的所需反应而经由工艺参数的选择确定氢气或硫的过量或者对应于反应化学计量的摩尔比。在本发明中,为使氢气与硫产生H2S的反应基本完全而优选硫过量。每千克所产生H2S的硫过量优选为0.2-3,特别是0.4-2.2,优选为0.6-1.6,更优选为0.9-1.2。
在本发明反应器中,优选提供气态氢经由单一分布器装置的一步分布。
本发明还提供了一种由氢气和硫连续制备H2S的方法,包括将气态氢引入至少存在于反应器下部的硫熔体中。本发明方法包括经由分布器装置(其排列于硫熔体中并且包括排列(优选水平)于反应器中的具有向下延伸的边缘的分布器板)在分布器板(合适的话具有通道孔)下方形成氢气泡,将氢气从氢气泡经由分布器板分布于硫熔体中而将气态氢分布于硫熔体中。
在本发明方法中引入的氢气在分布器装置(优选提供在反应器下部)处分散进入硫熔体中。氢气经由分布器装置的基本水平排列于反应器中的分布器板经由分布器装置边缘和/或分布器板中提供的通道孔从分布器板下方聚集的氢气泡分布进入置于分布器板上方的硫熔体中。
在本发明方法的一个变型中,气态氢经由分布器装置向下延伸的边缘从分布器装置下方的氢气泡穿过该边缘与反应器的反应器夹套之间的间隙分布进入硫熔体。来自分布器装置下方氢气泡的气态氢的该分布优选经由向下延伸的边缘的锯齿状边缘区进行。
代替经由边缘分布或额外地,氢气也可更优选穿过分布器装置的分布器板中提供的通道孔分散于存在于分布器板上方的硫熔体中。当氢气穿过该通道孔例如被其中沉积的硫阻碍或供入的氢气量多于可通过通道孔转移的氢气量时,氢气泡聚集在由分布器板与分布器板向下延伸的边缘限定的空间内,经由向下延伸的边缘的边缘区将氢气通入围绕它的间隙中并且从那里经由分布器板通入硫熔体中。此时,氢气从分布器装置下方的氢气泡穿过分布器装置与反应器夹套之间的间隙而进入存在于分布器装置上方的硫熔体中。从而确保了在连续制备H2S过程中有足量的氢气分布于硫熔体内。
本发明制备H2S的方法优选在反应器中在反应混合物与包含催化剂的反应物区的温度为300-450℃,优选为320-425℃,更优选为330-400℃时进行,这使为构造单元所选择的材料上的腐蚀应力最小化。硫熔体的温度优选为300-450℃,尤其是320-425℃,优选为330-400℃,更优选为350-360℃。在硫浴上方的反应物空间中的温度优选为300-450℃,尤其是320-425℃,优选为330-400℃,更优选为350-360℃。从(优选U形的)接触管出来进入产物空间的产物混合物的温度优选为300-450℃,尤其是320-425℃,优选为330-400℃,更优选为350-360℃。在反应器夹套空间中和(优选U形的)接触管内部的压力优选为0.5-10绝对巴,特别为0.75-5绝对巴,更优选为1-3绝对巴,最优选为1.1-1.4绝对巴。
优选调节本发明中硫的蒸发速率使得反应混合物包含硫过量。然后,从反应器产物区与产物一起排出过量硫并且随后以熔体分离出。该液态硫例如可经由置于反应器上部分区中的收集和分流结构再循环回存在于反应器下部分区中的硫熔体中,所述收集和分流结构尤其包括收集板和源于其且浸入硫熔体中的溢流管。离开反应器的H2S气体优选在换热器中冷却,其中过量硫被冷凝出并且经由收集和分流结构通回硫熔体中。所用冷却介质可以为二次回路中的热压水。
在下文参考附图详细阐述本发明。附图说明:
图1为本发明反应器的优选实施方案的纵断面示意图
图2为排列于本发明反应器的优选实施方案中的分布器装置俯视图
图1显示出本发明反应器的优选实施方案的纵断面示意图。
反应器1用外壳3、4在圆柱形壳体2的两端封闭。产物可在上部外壳3处排出。在下部外壳4处配置有出口短管5,从而尽可能完全地排出反应器1的内容物。在反应器1上部提供有板6,其使包括产物区7的上部分区与下部分区8隔开。板6与反应器1的反应器夹套25连接。下部分区8中部分填充有硫熔体9,硫熔体9经由相边界与顶部以板6为边界的反应物区10接触。反应物区10主要包含气态氢和硫。
氢气经由进料装置11进入反应器1下部如下部外壳4中而引入硫熔体9中。进料装置11包括倾斜延伸且侧向通向管13的管线12,管13在反应器1中垂直排列且在顶部和底部开口。管13的上端伸入以分布器装置15为边界的空间14中。
分布器装置15包括在反应器1中水平排列的分布器板16和向下延伸且具有优选锯齿状边缘区18的边缘17。经由进料装置11引入的氢气在垂直管13内上升并且在分布器板16下方聚集而形成氢气泡。分布器板16中的通道孔19使氢气分散于存在于其上方的硫熔体9中并且氢气以气泡形式在硫熔体9内上升,这从硫熔体9中汽提出硫。这在硫熔体9上方的反应物区10中形成了包含气态氢和硫的反应混合物。
例如当分布器板16中的用于使氢气通过的通道孔19被堵塞时,氢气还可经由边缘区18从分布器板16下方聚集的氢气泡分散进入反应器夹套25与分布器装置15的边缘17之间的间隙20而进入硫熔体9中,所述边缘区18优选为锯齿状的。
在反应器1圆柱形壳体内排列有根据本发明具有U形结构的管21。U形管21通过它们的两个臂26、27与板6连接。可通过焊缝使臂26、27与板6连接。U形管21部分浸入硫熔体9中,这使经由管21的外部夹套表面28使管21内部与硫熔体9之间的直接热交换成为可能。在各U形管21内排列有固定催化剂床22,其提供在U形管21的两个臂26、27中。
如图1所示,分布器装置15与U形管21连接,并且特定U形管21的一部分且尤其是由一个臂26到第二个臂27的过渡部分在分布器板16下方延伸穿过空间14。因为U形管21的该部分伸入聚集的氢气泡中并且没有与硫熔体9直接接触,所以这部分不含任何催化剂。间隙20位于分布器装置15与反应器夹套25之间。分布器装置15没有与反应器夹套25直接连接。
在反应器1中,本发明硫化氢的制备按如下进行。经由进料装置11将分布器装置15下方反应器中的气态氢通入硫熔体9中,其结果是在分布器板16下方形成氢气泡。借助分布器装置15,将来自氢气泡的氢气分布于其上方的硫熔体9中并且以气泡形式在硫熔体9内上升,这从硫熔体9汽提出硫。因此在硫熔体9上方的反应物区10中形成了包含气态氢和硫的反应混合物。反应混合物从反应物区10穿过一个或多个排列于各U形管21的臂26圆周上的入口孔23而进入U形管21的一个臂26内部,流过其中存在的催化剂床22(其可通过上游惰性床补充)并且沿着流路在包含固定催化剂床22的反应区内基本转化成硫化氢。产物经由至少一个出口孔24由第二个臂27流出进入产物区7并且可在那经由外壳3收集并排出。因为U形管21与硫熔体9直接接触,在向H2S转化中放出的反应热从固定催化剂床22中释放经由沿着反应区的U形管的外部夹套表面28进入硫熔体9中并且用于硫蒸发。
为了使硫熔体9在工艺过程中保持在基本相同的高度上,将气态氢和液态硫以适当量经由进料装置11和硫入口29连续供入反应器1中。将从产物中沉积出的过量硫以熔体形式输送到排列于反应器1上部分区中的收集和分流结构。该收集和分流结构包括收集板31,收集板31上排列有入口短管34,用于使产物从置于收集板31下方的产物区7流入置于其下方的产物区7中,并且收集板31以棱35为边界。分离出的液态硫在水平排列于反应器1的产物区7中的收集板31上收集,并且经由浸入硫熔体9中的溢流管32再循环回存在于反应器的下部分区8中的硫熔体9中。反应器1优选为绝热的,从而使得能耗最低。
图2显示出本发明反应器的优选实施方案中的分布器装置俯视图。
分布器装置15包括在反应器1中水平排列的具有通道孔19和向下延伸的边缘17的分布器板16。平面分布器板16优选基本上在反应器1整个横截面上延伸,在反应器夹套与边缘17之间保留有间隙。分布器板16的形状由其中排列有分布器板的反应器几何结构控制。在本案中,它优选为圆形的。在分布器装置15下方引入的氢气在该分布器板16下方聚集而在由向下延伸的边缘17和分布器板16限定的空间中形成氢气泡。聚集的氢气经由分布器板16中的通道孔19而分布均匀地从氢气泡分散至置于分布器板16上方的硫熔体中。
图2显示出通道孔19在分布器板16中的一种可能排列,其呈圆形排列并均匀分布于分布器板16上。在分布器板16中还显示有通道30,本发明反应器中U形管21的臂26、27穿过通道30并且例如通过焊缝与分布器板16连接。在分布器板16的圆周上提供凹槽33,凹槽33提供有氢气12入口、硫29入口和硫溢流管入口32。
参考号列表:
1反应器            31收集板
2反应器壳体      32溢流管
3上部外壳        33凹槽
4下部外壳        34入口短管
5出口短管        35棱
6板
7产物区
8反应器下部分区
9硫熔体
10反应物区
11氢气进料装置
12管线
13垂直排列管
14空间
15分布器装置
16分布器板
17边缘
18边缘区
19通道孔
20间隙
21管
22固定催化剂床
23入口孔
24出口孔
25反应器夹套
26第一个臂
27第二个臂
28外部夹套表面
29硫入口
30通道

Claims (11)

1.一种由氢气和硫连续制备H2S的反应器(1),包括用于将气态氢分布于至少存在于反应器下部的硫熔体(9)中的分布器装置(15),其中所述分布器装置(15)排列于硫熔体(9)中并且包括排列于反应器(1)中且具有向下延伸的带有边缘区(18)的边缘(17)的分布器板(16),氢气经由边缘区(18)从在分布器板(16)下方形成的氢气泡分布于硫熔体(9)中;其中所述反应器包括用于将气态氢供入反应器(1)中的进料装置(11),该进料装置(11)包括垂直排列于反应器(1)中且用来将气态氢从分布器装置(15)下方通入硫熔体中的开口管(13),以在分布器板(16)下方形成氢气泡。
2.根据权利要求1的反应器(1),其中所述分布器板(16)具有用来使氢气经由所述分布器板(16)从氢气泡分布于硫熔体(9)中的通道孔(19)。
3.根据权利要求2的反应器(1),其特征在于所述分布器板(16)的通道孔(19)的总孔面积基于分布器板(16)的面积为0.001-5%。
4.根据权利要求2的反应器(1),其特征在于所述分布器板(16)的圆形通道孔(19)的直径为0.2-3cm或所述分布器板(16)的狭缝状通道孔的狭缝宽度为0.2-3cm。
5.根据权利要求1的反应器(1),其中向下延伸的边缘(17)具有锯齿状边缘区(18),经由其氢气可以从氢气泡穿过边缘(17)与反应器(1)的反应器夹套(25)之间的间隙(20)而通入硫熔体中。
6.根据权利要求1的反应器(1),其中所述反应器(1)包括气态硫和氢在其中向H2S转化的至少一个接触管(21),所述至少一个接触管(21)部分与硫熔体(9)接触。
7.根据权利要求6的反应器(1),其中所述至少一个接触管(21)与分布器装置(15)的分布器板(16)连接。
8.一种由氢气和硫连续制备H2S的方法,包括将气态氢通入至少存在于反应器下部的硫熔体中,其特征在于经由分布器装置(15)将气态氢分布于硫熔体中,所述分布器装置(15)排列于硫熔体中并且包括排列于反应器(1)中且具有向下延伸的边缘(17)的分布器板(16)以在分布器板(16)下方形成氢气泡,将来自氢气泡的氢气通过所述分布器装置分布于硫熔体(9)中,其中所述反应器包括用于将气态氢供入反应器(1)中的进料装置(11),该进料装置(11)包括垂直排列于反应器(1)中且用来将气态氢从分布器装置(15)下方通入硫熔体中的开口管(13),以在分布器板(16)下方形成氢气泡,以及开口管(13)的上端伸入由分布器板(16)与向下延伸的边缘(17)限定的空间中,伸入氢气泡中。
9.根据权利要求8的方法,其特征在于将来自分布器板(16)下方氢气泡的气态氢经由分布器装置(15)的向下延伸的边缘(17)穿过边缘(17)与反应器(1)的反应器夹套(25)之间的间隙(20)而分布于硫熔体(9)中。
10.根据权利要求8的方法,其特征在于将来自分布器板(16)下方氢气泡的气态氢经由向下延伸的边缘17)的锯齿状边缘区(18)分布。
11.根据权利要求8的方法,其特征在于将来自分布器板(16)下方氢气泡的气态氢穿过分布器板(16)中提供的通道孔(19)分布于置于分布器板(16)上方的硫熔体(9)中。
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