DD300097A5

DD300097A5 - METHOD FOR OPERATING A CLAUS SYSTEM

Info

Publication number: DD300097A5
Application number: DD34171790A
Authority: DD
Original assignee: Krupp Koppers Gmbh
Priority date: 1989-06-19
Filing date: 1990-06-15
Publication date: 1992-05-21
Also published as: PL284933A3; PL165217B3; ES2024191A6; CN1048201A; ZA902342B; CN1024524C

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ausgestaltung des Verfahrens zum Betrieb einer Claus-Anlage, in der das H2S-haltige Einsatzgas zunaechst einer Teilverbrennung unterworfen und danach in einem zwei- oder mehrstufigen Claus-Reaktor weiter umgesetzt wird, wobei eine optimale Teilverbrennung des Einsatzgases in Abhaengigkeit von dem mit dem Einsatzgas zugefuehrten Schwefelwasserstoffmassestrom entweder in einem oder in zwei parallel geschalteten Verbrennungsoefen mit Abhitzekessel erfolgt, worauf die weitere Behandlung des Gases in einem einzigen Claus-Reaktor durchgefuehrt wird, dessen Produktionskapazitaet auf den maximal zu erwartenden Schwefelmassestrom ausgelegt ist, nach dem DD-Patent 290 404. Hierbei ist vorgesehen, dasz dem Einsatzgas vor dem Eintritt in die Verbrennungsoefen ein ammoniakhaltiges Abgas zugemischt wird.{Schwefel; Schwefelwasserstoff; Claus-Anlage; Schwefelwasserstoffmassestrom; optimale Teilverbrennung; Verbrennungsofen; Parallelschaltung; Zumischung; ammoniakhaltiges Abgas; Mengenverhaeltnis; Abhitzekessel; Hydrierreaktor}The invention relates to an embodiment of the method for operating a Claus plant in which the H2S-containing feed gas is initially subjected to a partial combustion and then further reacted in a two- or multi-stage Claus reactor, with an optimal partial combustion of the feed gas as a function of the supplied with the feed gas hydrogen sulfide mass flow either in one or in two parallel combustion furnaces with waste heat boiler, whereupon the further treatment of the gas is carried out in a single Claus reactor whose production capacity is designed for the maximum expected mass flow of sulfur, according to the DD patent 290th 404. It is envisaged that an ammonia-containing off-gas will be added to the feed gas prior to entering the combustion furnaces. hydrogen sulfide; Claus plant; Hydrogen sulphide mass flow; optimal partial combustion; Incinerator; Parallel; admixture; ammonia-containing exhaust gas; Mengenverhaeltnis; waste heat boiler; hydrogenation}

Description

Hierzu 1 Seite ZeichnungFor this 1 page drawing

Das DD-Patent 290404 beschreibt ein Verfahren zum Betrieb einer Claus-Anlage, in der das H₂S-haltige Einsatzgas zunächst einer Teilverbrennung unterwoifen und danach in einem zwei- oder mehrstufigen Claus-Roaktor weiter umgesetzt wird, wobei eine optimale Teilverbrennung des Einsatzgases in Abhängigkeit von dem mit dem Einsatzgas zugeführten Schwefelwasserstoffmassestrom entweder in einem oder in zwei parallel geschalteten Vbrbnnnungcöfen mit Abhitzekessel erfolgt, worauf dia wehere Behandlung des Gases in einem einzigen Claus-Reaktor durchgeführt wird, dessen Produktionskapazität auf dem maximal zu erwartenden Schw "ifelmassestrom ausgelegt ist.DD patent 290404 describes a method for operating a Claus plant, in which the H ₂ S-containing feed gas initially undercuts a partial combustion and then further reacted in a two- or multi-stage Claus-Roaktor, with an optimal partial combustion of the feed gas in Depending on the supplied with the feed gas hydrogen sulfide mass flow either in one or in two Vbrbnnnungcöfen connected in parallel with waste heat boiler, followed dia the treatment of the gas is carried out in a single Claus reactor whose production capacity is designed on the maximum expected Schwelforsemassestrom.

Beim Verfahren nach diesem Patent ist vorgesehen, das hinter dem Claus-Reaktor anfallende Restgas einer katalytischer! Hydrierung zu unterwerfen, durch die alle im Restgas noch enthaltenen Schwefelverbindungen in Schwefelwasserstoff überführt werden. Als Wasserstoffträger für diese Hydrierung soll dabei Heizgas verwendet werden. A ißerdem wird dabei auch der im Resigas vorhandene Wasserstoff, der bei der katalytischer! Zersetzung der im Einsatzgas vorhandenen Stickstoffverbindungen an den Katalysators^hichten der Verbrennungsöfen gebildet wurde, mitverwendet. Die normalerweise im Restgas vorhandene Wasserstoffmenge reicht jedoch in keinem Falle für die vollständige Hydrierung der vorhandenen Schwefelverbindungen aus, weshalb die Zufuhr von Heizgas als Wasserstoffträger unerläßlich ist.In the process according to this patent, it is provided that the residual gas accumulating behind the Claus reactor is catalytic! Subjecting hydrogenation, are converted by all the sulfur compounds still contained in the residual gas in hydrogen sulfide. As a hydrogen carrier for this hydrogenation while heating gas should be used. In addition, the hydrogen present in the Resigas, which in the case of the catalytic! Decomposition of the nitrogen compounds present in the feed gas to the Katalysator ^ the combustion ovens was formed, co-used. However, the amount of hydrogen normally present in the residual gas is in no case sufficient for the complete hydrogenation of the sulfur compounds present, which is why the supply of fuel gas as a hydrogen carrier is essential.

Die Erfindung betrifft eine Ausgestaltung des Verfahrens nach dem o. g. Patent, durch die einerseits die katalytische Hydrierung des Restgases kostengünstiger gestaltet werden und andererseits gleichzeitig eine Möglichkeit geschaffen werden soll, ammoniakhaltige Abgase umweltschonend zu entsorgen.The invention relates to an embodiment of the method according to the o. G. Patent, on the one hand, the cost of the catalytic hydrogenation of the residual gas are made cheaper and on the other hand, a way to simultaneously create a way to environmentally friendly disposal of ammonia-containing exhaust gases.

,Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß dem Einsatzgas vor dem Eintritt in die Verbrennungsöfen ein i'mmoniakhaltiges Abgas zugemischt wird.This object is achieved in that the feed gas before the entry into the combustion ovens an ammonia-containing exhaust gas is added.

Bei dem dem Einsatzgas zugesetzten ammoniakhaltigen Abgas kann es sich um ein Abgas aus beliebiger Quelle, z. B. um die ammoniakhaltigen Brüden handeln, die aus einer Abwasser-Strippung stammen. Die Menge des dem Einsatzgas zugemischten Abgases richtet sich dabei nach dessen Ammoniakgehalt und kann bis zu einem Nm³ Abgas pro Nm³ Einsatzgas betragen. Das auf diese Weise zugeführte Ammoniak wird zusammen mit den im Einsatzgas vorhandenen Stickstoffverbindungen an den Katalysatorschichten der Verbrennungsöfen katalytisch zersetzt und dadurch die Menge des auf diese Weire erzeugten Wasserstoffes entsprechend erhöht. Diese erhöhte Wasserstoffmenge steht somit für die katalytische Hydrierung des Restgases zur Verfügung, weshalb für diesen Zweck die Zufuhr von Wasserstoff aus einer anderen Quelle entsprechend reduziert oder gegebenenfalls sogar ganz eingestellt werden kann. 'The ammonia-containing exhaust gas added to the feed gas may be an off-gas from any source, e.g. B. act to the ammonia-containing vapors that come from a sewage stripping. The amount of exhaust gas added to the feed gas depends on its ammonia content and can be up to one Nm ^{3 of} waste gas per Nm ³ feed gas. The ammonia fed in this way is catalytically decomposed together with the nitrogen compounds present in the feed gas at the catalyst layers of the incinerators, thereby correspondingly increasing the amount of hydrogen produced in this wheat. This increased amount of hydrogen is thus available for the catalytic hydrogenation of the residual gas, which is why for this purpose the supply of hydrogen from another source can be correspondingly reduced or possibly even completely adjusted. '

Weitere Einzelheiten des erfindungsgemäßen Verfahrens sollen nachfolgend an Hand des in der Abbildung dargestellten Fließschemas erläutert werden.Further details of the method according to the invention will be explained below with reference to the flow chart shown in the figure.

Dieses Fließschema unterscheidet sich vom Fließschema des DD-Patents 290404 lediglich dadurch, daß dem Einsatzgas in der Leitung 1 vor dem Eintritt in die Brennsr 2 und 5 der Verbrennungsöfen 3 und 6 über die Leitung 42 ein ammoniakhaltiges Abgas zugemischt wird. Ist der mit dem Einsatzgas zugeführte Schwefelwasserstoffmassestrom größer als die vorgegebene Kapazität des Verbrennungsofens 3, so wird ein Teilstrom des Gemisches aus Einsatzgas und ammoniakhalligem Abgas aus der Leitung 1 abgezweigt und über die Leitung 4 in den Brenner 5 des zweiten Verbrennungsofens 6 eingeleitet. Die orforderliche Verbrennungsluft wird den Brennern 2 und 5 über die Leitung 7 bzw. 8 zugeführt, während die von der Leitung 9 abzweigenden Leitungen 10 und 11 der notwendigen Zufuhr von Heizgas, z. B. Koksofen- oder Partialoxidationsgas, zu den Brennern 2 und 5 dienen. In den Verbrennungsöfen 3 und 6 ist dabei jeweils eine Katalysatorschicht 3a bzw. 6a angeordnet, die der Zeisetzung der iin Einsatzgas vorhandenen Stickstoffverbindungen sowie des mit dem Abgas eingebrachten Ammoniaks dient. In den Kaiilysatorschichten 3a und 6a sind hierbei für diesen Zweck geeignete, handelsübliche Katalysatoren, die beispielsweise Nickel als katalytisch aktive Substanz enthalten, angeordnet.This flow diagram differs from the flow chart of DD patent 290404 only in that the feed gas in the line 1 before entering the Brennsr 2 and 5 of the combustion furnaces 3 and 6 via the line 42, an ammonia-containing exhaust gas is added. If the hydrogen sulphide mass flow supplied with the feed gas is greater than the predetermined capacity of the incinerator 3, a substream of the mixture of feed gas and ammoniacal waste gas is diverted from the line 1 and introduced via the line 4 into the burner 5 of the second incinerator 6. The required combustion air is supplied to the burners 2 and 5 via the line 7 and 8, while the branched off from the line 9 lines 10 and 11 of the necessary supply of fuel gas, for. B. coke oven or partial oxidation gas, serve to the burners 2 and 5. In each case, a catalyst layer 3a or 6a is arranged in the incinerators 3 and 6, which serves for the introduction of the nitrogen compounds present in the feed gas and the ammonia introduced with the exhaust gas. In the Kaiilysatorschichten 3a and 6a are suitable for this purpose, commercially available catalysts containing, for example, nickel as a catalytically active substance arranged.

Der bei der katalytischen Zersetzung des Ammoniaks und der übrigen Stickstoffverbindungen gebildete Wasserstoff verbleibt im Gas. Nach Passieren des Verbrennungsofens 3 gelangt das heiße Gas über die Leitung 12 in den Abhitzekessel 13, in dem es bis auf eine Temperatur von 27O⁰C abgekühlt wird, um anschließend über die Leitung 14 in die Sammelleitung 15 eingeleitet zu werden, durch die das Gas der ersten Stufe des Claus-Reaktors 16 zugeführt wird. Sofern der zweite Verbrennungsofen 6 ebenfalls betrieben wird, so wird der dort behandelte Teilstrom des Gases auch die Leitung 17 abgezogen, im dazugehörigen Abhitzekessel 18 entsprechend gekühlt und danach über die Leitung 19 ebenfalls in die Sammelleitung 15 eingeleitet, so daß beide Teilströme des Gasss gemeinsam dem Claus-Reaktor 16 zugeführt werden. Aus der ersten Stufe des Claus-Reakcoiä 16 wird das Gas durch die Leitung 20 abgezogen und gelangt über den Wärmetauscher 21 in den ersten Zug des Abhitzekessels 22,The hydrogen formed in the catalytic decomposition of the ammonia and the remaining nitrogen compounds remains in the gas. After passing through the incinerator 3, the hot gas passes via the line 12 into the waste heat boiler 13, in which it is cooled to a temperature of 27O ⁰ C to be subsequently introduced via the line 14 into the manifold 15, through which the gas the first stage of the Claus reactor 16 is supplied. If the second combustion furnace 6 is also operated, the treated there partial flow of gas and the line 17 is withdrawn, cooled accordingly in the associated waste heat boiler 18 and then introduced via the line 19 also in the manifold 15, so that both partial flows of the gas together the Claus reactor 16 are supplied. From the first stage of Claus Reakcoiä 16, the gas is withdrawn through line 20 and passes through the heat exchanger 21 in the first train of the waste heat boiler 22,

in dem es bis auf eine Temperatur von 154⁰C abgekühlt wird. Danach wird das Gas über die Leitung 23 in die zweite Stufe des Claus-Reaktors 16 eingeleitet. Hierbei erfährt es im dazwischen geschalteten Wärmetauscher 21 eine gewisse Wiederaufwärmung. Aus der zweiten Stufe des Claus-Reaktors 16 tritt das Gas über die Leitung 24 aus und wird dem zweiten Zug des Abhitzekessels 22 zugeführt, in dem es bis auf eine Temperatur von 154⁰C abgekühlt wird. Aus dem Gas hinter dem Abhitzekessel 22 ist die Hauptmenge des Schwefels abgeschieden worden, so daß dieses Gas das vielfach auch als Claus-Restgas bezeichnet wird, nur noch geringe Mengen an nicht umgesetzten H₂S und SO₂ aufweist. Wegen dieser Verunreinigungen kann dietO3 Restgas jedoch nicht ohne weiteres in die Atmosphäre abgelassen werden. Über die Leitung 25 wird es daher zurcchst in den Wärmetauscher 26 eingeleitet und gelangt dann über die Leitung 27 in den h'ydrierreaktor 29, wobei es zuvor in dem dazwischen geschalteten Erhitzer 28 eine Aufwarmung bis auf ca. 28O⁰C erfährt. Im Hydrierreaktor 29 werden alle im Restgas enthaltenen Schwefelverbindungen durch katalytische Hydrierung in Schwefelwasserstoff überführt. Als Wasserstoffträger für die Hydrierung dient dabei in erster Linie der im Restgas selbst enthaltene Wasserstoff. Durch die erfindungsgemäße Zumischung des ammoniakhaltigen Abgases zum Einsatzgas ist der Wasserstoffgehalt des Restgases entsprechend erhöht. Falls dieser trotzdem für die vollständige Hydrierung aller im Restgas noch vorhandenen Schwefelverbindungen nicht ausreicht, kann über die Leitung 9 zusätzlich wasser: offhaltiges Gas, wie z. 8 Heizgas, in den Hydrierreaktor 29 eingeleitet werden. Für die kbtalytische Hydrierung der Schwefelverbindungen werden hierbei handelsübliche Hydrierkatalysatoren, die z. B. Nickel als aktive Komponente aufweisen, verwendet. Das hydrierte Restgas wird über die Leitung 30 aus dem Hydrierreaktor 29 abgezogen. Da dieses Restgas, wie bereits gesagt wurde, als Schwefelkomponente nur noch H₂S enthält, kann es durch eine HjS-Wäsche weiterbohandelt werden. Sofern die Claus-Anlage im Verbund mit einer Kohlevergasungs- oder -verkokungsanlage betrieben wird, kann das Restgas deshalb beispielsweise dem dort erzeugten Rohgas vor der H₂S-Wäsche zugemischt werden.in which it is cooled to a temperature of 154 ⁰ C. Thereafter, the gas is introduced via line 23 into the second stage of the Claus reactor 16. Here it undergoes a certain reheating in the intermediate heat exchanger 21. From the second stage of the Claus reactor 16, the gas exits via the line 24 and is the second train of the waste heat boiler 22 is supplied, in which it is cooled to a temperature of 154 ⁰ C. From the gas behind the waste heat boiler 22, the majority of the sulfur has been deposited, so that this gas is often referred to as Claus residual gas, only small amounts of unreacted H ₂ S and SO ₂ has. However, because of these contaminants, the residual gas can not be readily vented to the atmosphere. Via the line 25, it is therefore zurcchst in the heat exchanger 26 and then introduced passes via the line 27 into the h'ydrierreaktor 29 wherein it undergoes a Aufwarmung previously in the intervening heater 28 to about 28O ⁰ C. In the hydrogenation reactor 29 all sulfur compounds contained in the residual gas are converted by catalytic hydrogenation in hydrogen sulfide. The hydrogen carrier used for the hydrogenation is primarily the hydrogen contained in the residual gas itself. The inventive admixture of the ammonia-containing exhaust gas to the feed gas, the hydrogen content of the residual gas is increased accordingly. If this still is not sufficient for the complete hydrogenation of all sulfur compounds still present in the residual gas, can via the line 9 additionally water: off-containing gas such. 8 heating gas, are introduced into the hydrogenation reactor 29. For the kbtalytic hydrogenation of the sulfur compounds here are commercially available hydrogenation catalysts z. As nickel as the active component used. The hydrogenated residual gas is withdrawn via line 30 from the hydrogenation reactor 29. Since this residual gas, as already said, contains only H ₂ S as the sulfur component, it can be weiterbohandelt by a HjS-laundry. If the Claus plant is operated in conjunction with a coal gasification or coking plant, the residual gas can therefore be added, for example, to the raw gas produced there before the H ₂ S scrubbing.

Der in den Abhitzekesseln 13,18 und 22 bei der Abkühlung des Gases abgeschiedene Schwefel wird über die Leitungen 31,32,33 und 34 abgezogen, die alle in der Sammelleitung 35 munden, durch die der Schwefel seiner weiteren Verarbeitung zugeführt wird. Die Leitung 36 dient der Zufuhr von Kesselspeisewasser zum Abhitzekessel 22, während der dort erzeugte Dampf über die Leitung 37 abgezogen wird. Der Abhitzekessel 13 wird über die Leitung 38 mit dem erforderlichen Kesselspeisewasser versorgt. Von dieser Leitung zweigt die Leitung 39 ab, durch die die Kesselspeisewasserzufuhr zum Abhitzekessel 18 erfolgt. Durch die Leitungen 40 und 41 wird der in den Abhitzekesseln 13 und 18 erzeugte Dampf abgezogen, wobei der Dampf aus der Leitung 41 mit dem Dampf aus der Leitung 40 vereinigt wird.The separated in the waste heat boilers 13,18 and 22 in the cooling of the gas sulfur is withdrawn via the lines 31,32,33 and 34, all in the manifold 35, through which the sulfur is fed to its further processing. The line 36 is used to supply boiler feed water to the waste heat boiler 22, while the steam generated there is withdrawn via line 37. The waste heat boiler 13 is supplied via line 38 with the required boiler feed water. From this line, the line 39 branches off, through which the boiler feed water supply to the waste heat boiler 18 takes place. Through the lines 40 and 41 of the steam generated in the waste heat boilers 13 and 18 is withdrawn, wherein the steam from the line 41 is combined with the steam from the line 40.

Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens wird durch das nachfolgende Ausführungsbeispisl belegt. Hierbei wurden 1210 NmVh Einsatzgas mit einem H₂S-Gehalt von 53 Vol.-% über die Leitung 1 dem Verfahren zugeführt. Diesem Gasstrom wurde 240NmVh Abgas mit einem NH₃-Gehalt von 18 Vol.-% über die Leitung 42 zugemischt. Anschließend wurde dieses Gasgemisch unter den vorstehend beschriebenen Bedingungen behandelt. Der Wasserstoffgehalt des dabei anfallenden Restgases war so groß, daß über die Leitung 9 nur noch 59Nm³ Heizgas in den Hydrierreaktor 29 eingeleitet werden mußten. Dadurch ergibt sich bei der Hydrierung das Restgases gegenüber dem Verfahren nach dem Hauptpatent eine Kostenersparnis in Höhe von 79%. Gleichzeitig wurde das zugesetzte ammoniakhaltige Abgas umweltschonend entsorgt.The mode of action of the method according to the invention is demonstrated by the following Ausführungsbeispisl. In this case, 1210 NmVh feed gas with an H ₂ S content of 53% by volume were fed via line 1 to the process. 240NmVh of exhaust gas with an NH ₃ content of 18% by volume was admixed via line 42 to this gas stream. Subsequently, this gas mixture was treated under the conditions described above. The hydrogen content of the resulting residual gas was so great that only 59 Nm ³ heating gas had to be introduced into the hydrogenation reactor 29 via the line 9. This results in the hydrogenation of the residual gas over the method according to the main patent a cost savings of 79%. At the same time, the added ammonia-containing exhaust gas was disposed of in an environmentally friendly way.

Claims

1. A method for operating a Claus plant in which the H ₂ S-containing feed gas is first subjected to partial combustion and then further reacted in a two- or multi-stage Claus reactor, with an optimal partial combustion of the feed gas as a function of the with Feed gas supplied hydrogen sulfide mass flow either in one or in two parallel combustion furnaces with waste heat boiler, whereupon the further treatment of the gas is carried out in a single Claus reactor whose production capacity is designed for the maximum expected mass flow of sulfur, characterized in that the feed gas before the Entry into the incinerators an ammonia-containing exhaust gas is mixed.

2. The method according to claim 1, characterized in that the amount of the feed gas admixed ammonia-containing exhaust gas can be up to a Nm ³ exhaust gas per Nm ³ feed gas.