DE102019003985A1 - Process and device for sulfur production - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Gewinnung von Schwefel (20), bei dem aus einem Schwefelwasserstoff enthaltenden Sauergas (11) durch Zumischung von Wasser (14) ein mit Wasserdampf angereichertes Sauergas (15) gebildet wird, das gemeinsam mit einem sauerstoffreichen Gas (16) und Luft (17) über einen Brenner (B) in einen Claus-Reaktor (R) eingeleitet wird, um unter Ausbildung einer Flamme (F) in einem Claus-Prozess zu einem elementaren Schwefel umfassenden Abstrom (19) umgesetzt zu werden, aus dem elementarer Schwefel (20) abgetrennt wird. Kennzeichnend dabei ist, dass ein erster Teil (12) des Schwefelwasserstoff enthaltende Sauergases (11) mit Wasser (14) zu dem mit Wasserdampf angereicherten Sauergas (15) gemischt und anschließend zusammen mit dem sauerstoffreichen Gas (16) in den inneren Bereich (K) der Flamme (F) eingeleitet wird, während der verbleibende zweite Teil (13) des Schwefelwasserstoff enthaltenden Sauergases (11) zusammen mit der Luft (17) dem Außenbereich (A) der Flamme (F) zugeführt wird.The invention relates to a method and a device for obtaining sulfur (20), in which an acid gas (15) enriched with water vapor is formed from an acid gas (11) containing hydrogen sulfide by admixing water (14), which acid gas (15) together with an oxygen-rich gas (16) and air (17) is introduced via a burner (B) into a Claus reactor (R) in order to be converted into an effluent (19) comprising elemental sulfur in a Claus process with the formation of a flame (F) , from which elemental sulfur (20) is separated. It is characteristic that a first part (12) of the acid gas (11) containing hydrogen sulfide is mixed with water (14) to form the acid gas (15) enriched with water vapor and then together with the oxygen-rich gas (16) in the inner area (K) the flame (F) is introduced, while the remaining second part (13) of the acid gas (11) containing hydrogen sulfide is fed together with the air (17) to the outer region (A) of the flame (F).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Schwefel, bei dem aus einem Schwefelwasserstoff enthaltenden Sauergas durch Zumischung von Wasser ein mit Wasserdampf angereichertes Sauergas gebildet wird, das gemeinsam mit einem sauerstoffreichen Gas und Luft über einen Brenner in einen Claus-Reaktor eingeleitet wird, um unter Ausbildung einer Flamme in einem Claus-Prozess zu einem elementaren Schwefel umfassenden Abstrom umgesetzt zu werden, aus dem elementarer Schwefel abgetrennt wird.The invention relates to a process for the production of sulfur, in which an acid gas enriched with water vapor is formed from an acid gas containing hydrogen sulfide by admixing water, which acid gas is introduced together with an oxygen-rich gas and air via a burner into a Claus reactor in order to under Formation of a flame in a Claus process to be converted into an effluent comprising elemental sulfur, from which elemental sulfur is separated.

Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Schwefelgewinnung, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben werden kann.The invention also relates to a device for producing sulfur which can be operated according to the method according to the invention.

Die Gewinnung von elementarem Schwefel aus Schwefelwasserstoff enthaltenem Sauergas ist seit vielen Jahren Stand der Technik. Ein derartiges Sauergas fällt etwa bei der Aufbereitung von Erdgas oder Erdöl an. Es umfasst neben den Hauptkomponenten Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid typischerweise auch weitere Schwefelverbindungen wie Mercaptane, COS oder CS2 sowie aromatische Kohlenwasserstoffe, insbesondere Benzol, Toluol und Xylole (kurz BTX).The extraction of elemental sulfur from sour gas containing hydrogen sulfide has been state of the art for many years. Such an acid gas occurs, for example, when processing natural gas or crude oil. In addition to the main components hydrogen sulfide and carbon dioxide, it typically also includes other sulfur compounds such as mercaptans, COS or CS 2 as well as aromatic hydrocarbons, in particular benzene, toluene and xylenes (BTX for short).

Eine für diese Art der Schwefelgewinnung eingesetzte, als SRU (engl. Sulfur Recovery Unit) bezeichnete Vorrichtung umfasst einen Reaktor (Claus-Reaktor), der sich in einen thermischen und einen katalytischen Teil gliedert. Der thermische Teil besteht im Wesentlichen aus einem Ofen (Claus-Ofen), in den das Sauergas sowie ein Sauerstoff enthaltendes Oxidationsmittel wie etwa Luft über einen Brenner eingeleitet werden, um unter Ausbildung einer Flamme miteinander zu reagieren, wobei ein Teil des im Sauergas enthaltenen Schwefelwasserstoffs zu Schwefeldioxid verbrennt. An den thermischen Teil des Claus-Reaktors schließt sich der aus zwei bis drei Claus-Stufen bestehende katalytische Teil an, wo das bei der Verbrennung gebildete Schwefeldioxid mit Schwefelwasserstoff gemäß 2H2S + SO2 → 2/xSx + 2H2O (1) reagiert.A device called SRU (Sulfur Recovery Unit) used for this type of sulfur recovery comprises a reactor (Claus reactor) which is divided into a thermal and a catalytic part. The thermal part essentially consists of a furnace (Claus furnace) into which the acid gas and an oxidizing agent containing oxygen, such as air, are introduced via a burner in order to react with one another to form a flame, with part of the hydrogen sulfide contained in the acid gas burns to sulfur dioxide. The thermal part of the Claus reactor is followed by the catalytic part consisting of two to three Claus stages, where the sulfur dioxide formed during combustion with hydrogen sulfide according to 2H 2 S + SO 2 → 2 / xS x + 2H 2 O (1) responds.

Im Allgemeinen wird bei der Verbrennung im Claus-Ofen ein Drittel des eingesetzten Schwefelwasserstoffs zu Schwefeldioxid umgewandelt, der im katalytischen Teil des Claus-Reaktors mit dem verbliebenen Schwefelwasserstoff vollständig reagiert. Es kann auch ein sehr geringer Überschuss an Schwefelwasserstoff eingestellt werden, um eine Sulfatbildung am Claus-Katalysator zu unterbinden. Der gebildete Schwefel liegt in elementarer Form im Abstrom des katalytischen Teils des Claus-Reaktors in der Gasphase vor, aus der er insbesondere durch Abkühlung im Abtrennteil der SRU auskondensiert wird.In general, one third of the hydrogen sulfide used is converted into sulfur dioxide during combustion in the Claus furnace, which reacts completely with the remaining hydrogen sulfide in the catalytic part of the Claus reactor. A very small excess of hydrogen sulfide can also be set in order to prevent sulfate formation on the Claus catalyst. The sulfur formed is in elemental form in the effluent of the catalytic part of the Claus reactor in the gas phase, from which it is condensed out, in particular by cooling in the separating part of the SRU.

Zur Kapazitätserhöhung kann dem Claus-Ofen ein sauerstoffreiches Gas als Oxidationsmittel zugeführt werden, wobei unter einem sauerstoffreichen Gas ein Gas zu verstehen ist, das einen höheren Sauerstoffgehalt aufweist als atmosphärische Luft; im Extremfall handelt es sich bei dem sauerstoffreichen Gas um technisch reinen Sauerstoff, der zu wenigstens 95% aus Sauerstoff besteht. Entsprechende Verfahren kennt die Fachwelt als Claus-Prozesse mit Sauerstoffanreicherung (engl. Oxygen Enrichment). Aufgrund der erhöhten Sauerstoffmenge und des geringeren Inertgasballasts erlauben es diese Prozesse, im Claus-Ofen, und damit in der SRU mehr Schwefelwasserstoff je Zeiteinheit umzusetzen, als bei der Verwendung von atmosphärischer Luft.To increase the capacity, the Claus furnace can be supplied with an oxygen-rich gas as an oxidizing agent, with an oxygen-rich gas being understood to mean a gas that has a higher oxygen content than atmospheric air; in the extreme case, the oxygen-rich gas is technically pure oxygen, at least 95% of which is oxygen. Corresponding processes are known to experts as Claus processes with oxygen enrichment (English Oxygen Enrichment). Due to the increased amount of oxygen and the lower inert gas ballast, these processes allow more hydrogen sulfide to be converted per unit of time in the Claus furnace, and thus in the SRU, than when using atmospheric air.

Da die Verminderung des Inertgasballasts zu einem Anstieg der Flammentemperatur führt, wird die Höhe der Sauerstoffanreicherung durch die maximal zulässige Betriebstemperatur des im Claus-Ofen eingesetzten Feuerfestmaterials begrenzt, die typischerweise bei ca. 1400°C liegt. Zur Überwindung dieser Begrenzung schlägt die Patentanmeldung WO2015/176180A1 vor, das eingesetzte Schwefelwasserstoff enthaltende Sauergas stromaufwärts des Claus-Ofens mit Wasserdampf anzureichern. Durch die Aufnahme von Wärme reduziert der Wasserdampf zum einen die Ofentemperatur, so dass das Oxidationsmittel höher mit Sauerstoff angereichert werden kann. Zum anderen wird ihm von den Autoren die Wirkung zugeschrieben, die Claus-Reaktionen mit einem geringeren Bedarf an molekular zugeführtem Sauerstoff und unter zusätzlicher Wärmeaufnahme ablaufen zu lassen.Since the reduction in inert gas ballast leads to an increase in the flame temperature, the level of oxygen enrichment is limited by the maximum permissible operating temperature of the refractory material used in the Claus furnace, which is typically around 1400 ° C. The patent application proposes to overcome this limitation WO2015 / 176180A1 before enriching the acid gas containing hydrogen sulphide used upstream of the Claus furnace with water vapor. On the one hand, by absorbing heat, the water vapor reduces the furnace temperature so that the oxidizing agent can be enriched with more oxygen. On the other hand, the authors ascribe to it the effect of allowing the Claus reactions to proceed with a lower need for molecularly supplied oxygen and with additional heat absorption.

Die beschriebene Wirkung könnte durch die reverse Schwefeldioxid-Hydrierung H2S + 2H2O → SO2 + 3H2 (2) hervorgerufen werden, die allerdings bei der maximal zulässigen Betriebstemperatur eines Claus-Ofens noch nicht merklich zur Oxidation von Schwefelwasserstoff beiträgt.The described effect could be due to the reverse sulfur dioxide hydrogenation H 2 S + 2H 2 O → SO 2 + 3H 2 (2) which, however, does not contribute noticeably to the oxidation of hydrogen sulfide at the maximum permissible operating temperature of a Claus furnace.

Aus dem Stand der Technik, wie er beispielsweise in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry 2012, Vol. 35, Sulfur, Chapter 6.6. beschrieben wird, ist es bekannt, einen Teil des eingesetzten Sauergases zusammen mit technisch reinem Sauerstoff in den inneren, als Kern bezeichneten Bereich der gebildeten Flamme einzuleiten, während das übrige Sauergas zusammen mit Luft in den äußeren, als Mantel bezeichneten Bereich der Flamme eingebracht wird. Die Flamme besteht daher aus einem vergleichsweise kalten Mantel, der die feuerfeste Auskleidung des Claus-Ofens vor der extremen Hitze des Flammenkerns schützt. Aufgrund der hohen Temperaturen entstehen im Flammenkern elementarer Schwefel sowie Sauerstoff über die Zersetzungsreaktionen H2S → H2 + 1/xSx (3) CO2 → CO + 1/2O2 (4) H2O → H2 + 1/2O2 (5) From the prior art, as described, for example, in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry 2012, Vol. 35, Sulfur, Chapter 6.6. is described, it is known to introduce part of the acid gas used together with technically pure oxygen into the inner area of the flame formed, called the core, while the remaining acid gas is introduced together with air into the outer area of the flame called the jacket. The flame therefore consists of a comparatively cold jacket, which is the refractory lining of the Claus furnace from the extreme Protects the heat of the flame core. Due to the high temperatures, elemental sulfur and oxygen are generated in the flame core through the decomposition reactions H 2 S → H 2 + 1 / xS x (3) CO 2 → CO + 1 / 2O 2 (4) H 2 O → H 2 + 1 / 2O 2 (5)

Durch die Kombination dieser Technik mit der Lehre aus WO2015/176180A1 ergibt sich ein Claus-Prozess mit hoher Kapazität bei einem deutlich reduzierten Bedarf an elementar zugeführtem Sauerstoff. Besonders dann, wenn ein Sauergas mit niedriger Schwefelwasserstoffkonzentration, wie es etwa bei der Entschwefelung von Erdgas anfällt, eingesetzt wird, können im Mantel der Flamme aufgrund des von der Verbrennungsluft mitgeführten Stickstoffs nur sehr geringe Temperaturen von weniger als 1100°C erreicht werden, die bei der Kürze der Verweilzeiten eine effektive Zerstörung von BTX nicht erlauben. Da BTX auch in geringen Konzentrationen zu einer Deaktivierung der Claus-Katalysatoren führen, ist dies als sehr problematisch anzusehen.By combining this technique with teaching WO2015 / 176180A1 the result is a Claus process with high capacity with a significantly reduced requirement for elementary oxygen. Particularly when a sour gas with a low hydrogen sulfide concentration, such as that obtained in the desulfurization of natural gas, is used, only very low temperatures of less than 1100 ° C can be reached in the jacket of the flame due to the nitrogen carried along by the combustion air, which at the short dwell times do not allow an effective destruction of BTX. Since BTX lead to a deactivation of the Claus catalysts even in low concentrations, this is to be regarded as very problematic.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der gattungsgemäßen Art sowie eine Vorrichtung zu dessen Durchführung anzugeben, durch die es möglich ist, Schwefel effektiver zu gewinnen, als dies nach dem Stand der Technik möglich ist.The object of the present invention is to provide a method of the generic type and a device for carrying it out, by means of which it is possible to obtain sulfur more effectively than is possible according to the prior art.

Diese Aufgabe wird verfahrensseitig erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein erster Teil des Schwefelwasserstoff enthaltende Sauergases mit Wasser zu dem mit Wasserdampf angereicherten Sauergas gemischt und anschließend zusammen mit dem sauerstoffreichen Gas in den inneren Bereich der Flamme eingeleitet wird, während der verbleibende zweite Teil des Schwefelwasserstoff enthaltenden Sauergases zusammen mit der Luft dem Außenbereich der Flamme zugeführt wird.In terms of the method, this object is achieved according to the invention in that a first part of the acid gas containing hydrogen sulfide is mixed with water to form the acid gas enriched with water vapor and then introduced together with the oxygen-rich gas into the inner region of the flame, while the remaining second part of the acid gas containing hydrogen sulfide is fed together with the air to the outside of the flame.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es, im Flammenkern hohe Temperaturen zu erzeugen und die oben beschriebenen Vorteile, die sich durch die Anreicherung von Wasserdampf im Sauergas ergeben, weitgehend vollständig zu nutzten. Wegen des Verzichts auf die Zumischung von Wasser, besitzt der zweite Teil des Schwefelwasserstoff enthaltenden Sauergases einen höheren Heizwert als das aus dem ersten Teil erzeugte, mit Wasserdampf angereicherte Sauergas. Dadurch ist es möglich, im Mantel der Flamme trotz des mit der Luft eingetragenen Stickstoffballasts Temperaturen von mehr als 1100°C zu erreichen, bei denen im Sauergas enthaltenes BTX sicher zerstört wird. Gleichzeitig ist der Flammenmantel aber kalt genug, um den Claus-Reaktor vor der Hitze des Flammenkerns wirksam zu schützen.The method according to the invention allows high temperatures to be generated in the flame core and the advantages described above, which result from the enrichment of water vapor in the acid gas, to be largely fully utilized. Because water is not added, the second part of the sour gas containing hydrogen sulfide has a higher calorific value than the sour gas enriched with water vapor generated from the first part. This makes it possible to reach temperatures of more than 1100 ° C in the jacket of the flame in spite of the nitrogen ballast carried in with the air, at which BTX contained in the acid gas is safely destroyed. At the same time, the flame jacket is cold enough to effectively protect the Claus reactor from the heat of the flame core.

Vorzugswese wird der erste, mit einem ersten Druck vorliegende Teil des Schwefelwasserstoff enthaltenden Sauergases zur Anreicherung mit Wasserdampf einer aus dem Stand der Technik bekannten Dampfstrahlpumpe zugeführt, in der Wasserdampf mit einem höheren als dem ersten Druck als Treibmedium eingesetzt wird. Das Sauergas wird durch den Wasserdampf angesaugt und mit diesem vermischt, so dass ein aus Wasser und dem Schwefelwasserstoff enthaltenden Sauergas bestehendes Stoffgemisch die Dampfstrahlpumpe verlässt. Dieses Stoffgemisch wird entweder direkt oder nach Abtrennung von evtl. flüssig vorliegendem Wasser als mit Wasserdampf angereichertes Sauergas zum Brenner geleitet, um dem inneren Flammenbereich zugeführt zu werden.Preferably, the first part of the acid gas containing hydrogen sulfide, which is present at a first pressure, is fed to a steam jet pump known from the prior art for enrichment with water vapor, in which water vapor at a higher pressure than the first pressure is used as the driving medium. The sour gas is sucked in by the water vapor and mixed with it so that a substance mixture consisting of water and the acid gas containing hydrogen sulfide leaves the steam jet pump. This mixture of substances is fed to the burner either directly or after the separation of any liquid water that may be present as acid gas enriched with water vapor, in order to be fed to the inner flame area.

Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Gewinnung von Schwefel, mit einer Mischeinrichtung zur Bildung eines mit Wasserdampf angereicherten Sauergases durch Zumischung von Wasser zu einem Schwefelwasserstoff enthaltenden Sauergas, einem Claus-Reaktor mit einem Brenner, über den das mit Wasserdampf angereicherte Sauergas gemeinsam mit einem sauerstoffreichen Gas und Luft in den Claus-Reaktor einleitbar ist, um unter Ausbildung einer Flamme in einem Claus-Prozess zu einem elementaren Schwefel umfassenden Abstrom umgesetzt zu werden, sowie einem Abtrennteil zur Abtrennung von elementarem Schwefel aus dem Abstrom.Furthermore, the invention relates to a device for the production of sulfur, with a mixing device for the formation of an acid gas enriched with water vapor by admixing water with an acid gas containing hydrogen sulfide, a Claus reactor with a burner, via which the acid gas enriched with water vapor together with an oxygen-rich one Gas and air can be introduced into the Claus reactor in order to be converted into an effluent comprising elemental sulfur with the formation of a flame in a Claus process, as well as a separation part for separating elemental sulfur from the effluent.

Vorrichtungsseitig wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, dass die Vorrichtung eine Trenneinrichtung umfasst, die es erlaubt, das Schwefelwasserstoff enthaltende Sauergas in einen ersten und einen zweiten Teil zu trennen, von denen der erste zur Bildung des mit Wasserdampf angereicherten Sauergases in die Mischeinrichtung eingeleitet werden kann, und der Brenner wenigstens vier konzentrisch angeordnete Zuführungskanäle aufweist, wobei über den innersten Zuführungskanal das sauerstoffreiche Gas, den dem innersten nächst benachbarten Zuführungskanal das mit Wasserdampf angereicherte Sauergases, den äußersten Zuführungskanal Luft und den dem äußersten nächst benachbarten Zuführungskanal der zweite Teil des Schwefelwasserstoff enthaltenden Sauergases in den Reaktor einleitbar ist.In terms of the device, the object is achieved in that the device comprises a separating device that allows the acid gas containing hydrogen sulfide to be separated into a first and a second part, of which the first can be introduced into the mixing device to form the acid gas enriched with water vapor , and the burner has at least four concentrically arranged supply channels, with the oxygen-rich gas via the innermost supply channel, the acid gas enriched with water vapor in the innermost supply channel next to it, the outermost supply channel air and the supply channel next to the outermost supply channel containing the second part of the acid gas containing hydrogen sulfide can be introduced into the reactor.

Vorzugsweise werden die Zuführungskanäle durch gerade Rohre mit Kreisquerschnitt gebildet, deren Wände die Zuführungskanäle gegeneinander abgrenzen. Entlang der Längsachse kann sich der Durchmesser eines oder mehrerer der Rohre ändern, so dass beispielsweise ein oder mehrere der Zuführungskanäle reaktorseitig in einer Düse enden.The feed channels are preferably formed by straight tubes with a circular cross-section, the walls of which delimit the feed channels from one another. The diameter of one or more of the tubes can change along the longitudinal axis, so that, for example, one or more of the supply channels end in a nozzle on the reactor side.

Die stromaufwärts der Mischeinrichtung angeordnete und mit dieser sowie dem Brenner verbundene Trenneinrichtung umfasst bevorzugt eine beispielsweise als Hosenrohr oder T-Stück ausgeführte Rohrverzweigung, an die sich ein oder mehrere Regelorgane anschließen, über die das Mengenverhältnis zwischen dem ersten und dem zweiten Teil des Schwefelwasserstoff enthaltende Sauergases einstellbar ist.The separating device arranged upstream of the mixing device and connected to it and to the burner preferably comprises a branch pipe, for example designed as a Y-pipe or T-piece, to which one or more control elements connect, via which the proportion between the first and the second part of the hydrogen sulfide-containing acid gas is adjustable.

Eine Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass die Mischeinrichtung mit einem Mischelement ausgeführt ist. Dieses Mischelement, dem der erste Teil des Schwefelwasserstoff enthaltenden Sauergases sowie Wasser zuführbar sind, kann beispielsweise aus einem Rohrstück bestehen, dessen Querschnitt entlang seiner Achse konstant oder veränderlich ist. Weiterhin kann das Rohrstück ein oder mehrere statische Mischer enthalten. Vorzugsweise ist das Mischelement jedoch als Dampfstrahlpumpe ausgeführt, in der Wasserdampf als Treibmedium einsetzbar ist, um den ersten Teil des Schwefelwasserstoff enthaltenen Sauergases anzusaugen und mit dem Wasserdampf zu vermischen.A variant of the device according to the invention provides that the mixing device is designed with a mixing element. This mixing element, to which the first part of the acid gas containing hydrogen sulfide and water can be fed, can consist, for example, of a pipe section whose cross section is constant or variable along its axis. Furthermore, the pipe section can contain one or more static mixers. Preferably, however, the mixing element is designed as a steam jet pump, in which water vapor can be used as a propellant medium in order to suck in the first part of the acid gas containing hydrogen sulfide and to mix it with the water vapor.

Die Mischeinrichtung kann außerdem einen stromabwärts des Mischelements angeordneten Phasentrenner umfassen, mit dem flüssiges Wasser aus dem durch das Mischelement erzeugten Stoffgemisch abtrennbar ist, um das mit Wasserdampf angereicherte Sauergas zu erhalten.The mixing device can also comprise a phase separator arranged downstream of the mixing element, with which liquid water can be separated from the mixture of substances generated by the mixing element in order to obtain the acid gas enriched with water vapor.

Im Folgenden soll die Erfindung anhand zweier in den 1 und 2 schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert werden.In the following, the invention is based on two in the 1 and 2 schematically illustrated embodiments are explained in more detail.

Die 1 zeigt eine SRU mit einem Claus-Reaktor, die nach einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens betreiben wird.The 1 shows an SRU with a Claus reactor, which is operated according to a preferred variant of the method according to the invention.

Die 2 zeigt einen Teil des Kopfes eines erfindungsgemäß betreibbaren Brenners für den Claus-Reaktor einer SRU.The 2 shows part of the head of a burner which can be operated according to the invention for the Claus reactor of an SRU.

Im Ausführungsbeispiel der 1 wird ein Schwefelwasserstoff enthaltendes Sauergas 11 mit Hilfe der Trenneinrichtung T in einen ersten 12 und einen zweites Teil 13 getrennt, von denen der erste 12 in der Mischeinrichtung M mit flüssig oder in Dampfform zugeführtem Wasser 14 gemischt wird, um ein mit Wasserdampf angereichertes Sauergas 15 zu erhalten, das anschließend über den Brenner B in den Claus-Reaktor R eingeleitet und im Claus-Ofen O unter Bildung des Kerns K einer Flamme F mit einem sauerstoffreichen Gas 16, bei dem es sich beispielsweise um technisch reinen Sauerstoff handelt, verbrannt wird. Der zweite Teil 13 des Schwefelwasserstoff enthaltenden Sauergases 11 wird dem Claus-Ofen O ebenfalls über den Brenner B zugeführt und mit Luft 17 verbrannt, wobei der Flammenmantel A entsteht, in dem aufgrund des fehlenden Wasserdampfs Temperaturen von mehr als 1100°C erreicht werden, die insbesondere eine sichere BTX-Zersetzung gewährleisten. Gleichzeitig ist der Flammenmantel A kalt genug, um Beschädigungen des Claus-Ofens O durch die extreme Hitze des Flammenkerns K zu verhindern. Das bei der Verbrennung erzeugte, insbesondere BTX-freie Stoffgemisch, in dem Schwefelwasserstoff und Schwefeldioxid im Verhältnis 2:1 vorliegen, wird über Leitung 18 dem katalytischen Teil D des Claus-Reaktors R zugeführt. Aus dem hier erhaltenen, elementaren Schwefel umfassenden Abstrom 19 wird im Abtrennteil Z elementarer Schwefel 20 abgetrennt.In the embodiment of 1 becomes an acid gas containing hydrogen sulfide 11 with the help of the separator T in a first 12th and a second part 13th separated from which the first 12th in the mixing device M with water supplied in liquid or vapor form 14th is mixed to a sour gas enriched with water vapor 15th to get that afterwards via the burner B. into the Claus reactor R. initiated and in the Claus furnace O forming the core K a flame F. with an oxygen-rich gas 16 , which is, for example, technically pure oxygen, is burned. The second part 13th the acid gas containing hydrogen sulfide 11 becomes the Claus furnace O also over the burner B. fed and with air 17th burned with the flame mantle A. arises, in which temperatures of more than 1100 ° C are reached due to the lack of water vapor, which in particular ensures reliable BTX decomposition. At the same time is the flame mantle A. cold enough to damage the Claus stove O due to the extreme heat of the flame core K to prevent. The mixture of substances produced during the incineration, especially BTX-free, in which hydrogen sulphide and sulfur dioxide are present in a ratio of 2: 1, is conveyed via line 18th the catalytic part D of the Claus reactor R. fed. From the effluent containing elemental sulfur obtained here 19th becomes elemental sulfur in the separation part Z. 20th severed.

Der in 2 im Längsschnitt dargestellte Brennerkopf umfasst die vier konzentrisch angeordneten Brennerrohre O, H, G und L, die jeweils einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen und vier, zum Reaktionsraum R des Claus-Ofens C hin offene Zuführungskanäle 21, 22, 23 und 24 bilden.The in 2 The burner head shown in longitudinal section comprises the four concentrically arranged burner tubes O , H , G and L. , each having a circular cross-section and four, to the reaction space R. of the Claus furnace C open feed channels 21st , 22nd , 23 and 24 form.

Im Brennerbetrieb können über den innersten 21 ein sauerstoffreiches Gas und den äußersten Zuführungskanal 24 Luft in den Reaktionsraum R eingeleitet werden. Hier mischt sich das sauerstoffreiche Gas 21 vorwiegend mit dem über den nächst benachbarten Kanal 22 zuführbaren, mit Wasserdampf angereicherten Sauergas, um mit diesem unter Ausbildung des heißen Flammenkerns K zu verbrennen. Über den zum äußersten Kanal 24 nächst benachbarten Zuführungskanal 23 ist Sauergas in den Reaktionsraum R einleitbar, wo es sich vorwiegend mit der Luft 24 mischt und mit dieser verbrennt, wobei der vergleichsweise kalte Flammenmantel A entsteht.When the burner is in operation, the innermost 21st an oxygen-rich gas and the outermost feed channel 24 Air in the reaction space R. be initiated. This is where the oxygen-rich gas mixes 21st mainly with the one via the next adjacent canal 22nd Sour gas enriched with water vapor that can be fed in, in order to use this with the formation of the hot flame core K to burn. Via the outermost canal 24 next adjacent feed channel 23 is sour gas in the reaction chamber R. can be introduced where it is predominantly with the air 24 mixes and burns with this, whereby the comparatively cold flame jacket A. arises.

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • WO 2015/176180 A1 [0007, 0010]WO 2015/176180 A1 [0007, 0010]

Claims (6)

Verfahren zur Gewinnung von Schwefel (20), bei dem aus einem Schwefelwasserstoff enthaltenden Sauergas (11) durch Zumischung von Wasser (14) ein mit Wasserdampf angereichertes Sauergas (15) gebildet wird, das gemeinsam mit einem sauerstoffreichen Gas (16) und Luft (17) über einen Brenner (B) in einen Claus-Reaktor (R) eingeleitet wird, um unter Ausbildung einer Flamme (F) in einem Claus-Prozess zu einem elementaren Schwefel umfassenden Abstrom (19) umgesetzt zu werden, aus dem elementarer Schwefel (20) abgetrennt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Teil (12) des Schwefelwasserstoff enthaltende Sauergases (11) mit Wasser (14) zu dem mit Wasserdampf angereicherten Sauergas (15) gemischt und anschließend zusammen mit dem sauerstoffreichen Gas (16) in den inneren Bereich (K) der Flamme (F) eingeleitet wird, während der verbleibende zweite Teil (13) des Schwefelwasserstoff enthaltenden Sauergases (11) zusammen mit der Luft (17) dem Außenbereich (A) der Flamme (F) zugeführt wird.Process for the production of sulfur (20), in which an acid gas (15) enriched with water vapor is formed from an acid gas (11) containing hydrogen sulfide by admixing water (14), which acid gas (15) together with an oxygen-rich gas (16) and air (17 ) is introduced into a Claus reactor (R) via a burner (B) in order to be converted into an effluent (19) comprising elemental sulfur, with formation of a flame (F) in a Claus process, from which elemental sulfur (20 ) is separated, characterized in that a first part (12) of the acid gas (11) containing hydrogen sulfide is mixed with water (14) to form the acid gas (15) enriched with water vapor and then together with the oxygen-rich gas (16) into the inner area (K) of the flame (F) is introduced, while the remaining second part (13) of the acid gas (11) containing hydrogen sulfide is fed together with the air (17) to the outer region (A) of the flame (F). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teil (12) des Schwefelwasserstoff enthaltenden Sauergases (11) zur Anreicherung mit Wasserdampf einer Dampfstrahlpumpe (M) zugeführt wird, in der Wasserdampf (14) als Treibmedium eingesetzt wird, um das Schwefelwasserstoff enthaltende Sauergas (12) anzusaugen mit Wasser zu mischen.Procedure according to Claim 1 , characterized in that the first part (12) of the acid gas (11) containing hydrogen sulfide is fed to a steam jet pump (M) for enrichment with water vapor, in which water vapor (14) is used as a propellant to suck in the acid gas (12) containing hydrogen sulfide to mix with water. Vorrichtung zur Gewinnung von Schwefel (20), mit einer Mischeinrichtung (M) zur Bildung eines mit Wasserdampf angereicherten Sauergases (15) durch Zumischung von Wasser (14) zu einem Schwefelwasserstoff enthaltenden Sauergas (11), einem Claus-Reaktor (R) mit einem Brenner (B), über den das mit Wasserdampf angereicherte Sauergas (15) gemeinsam mit einem sauerstoffreichen Gas (16) und Luft (17) in den Claus-Reaktor (R) einleitbar ist, um unter Ausbildung einer Flamme (F) in einem Claus-Prozess zu einem elementaren Schwefel umfassenden Abstrom (19) umgesetzt zu werden, sowie einem Abtrennteil (Z) zur Abtrennung von elementarem Schwefel (20) aus dem Abstrom (19), dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Trenneinrichtung (T) umfasst, die es erlaubt, das Schwefelwasserstoff enthaltende Sauergas (11) in einen ersten (12) und einen zweiten Teil (13) zu trennen, von denen der erste (12) zur Bildung des mit Wasserdampf angereicherten Sauergases (15) in die Mischeinrichtung (M) eingeleitet werden kann, und der Brenner (B) wenigstens vier konzentrisch angeordnete Zuführungskanäle (21, 22, 23, 24) aufweist, wobei über den innersten Zuführungskanal (21) das sauerstoffreiche Gas, den dem innersten nächst benachbarten Zuführungskanal (22) das mit Wasserdampf angereicherte Sauergases (15), den äußersten Zuführungskanal (24) Luft und den dem äußersten nächst benachbarten Zuführungskanal (23) der zweite Teil (13) des Schwefelwasserstoff enthaltenden Sauergases (11) in den Reaktor (R) einleitbar ist.Device for the production of sulfur (20), with a mixing device (M) for the formation of an acid gas (15) enriched with water vapor by adding water (14) to an acid gas (11) containing hydrogen sulfide, a Claus reactor (R) with a Burner (B), via which the acid gas (15) enriched with water vapor, together with an oxygen-rich gas (16) and air (17) can be introduced into the Claus reactor (R) in order to form a flame (F) in a Claus -Process to be converted to an elemental sulfur-comprising effluent (19), as well as a separation part (Z) for separating elemental sulfur (20) from the effluent (19), characterized in that it comprises a separation device (T), which it allows the acid gas (11) containing hydrogen sulfide to be separated into a first (12) and a second part (13), of which the first (12) are introduced into the mixing device (M) to form the acid gas (15) enriched with water vapor k ann, and the burner (B) has at least four concentrically arranged supply ducts (21, 22, 23, 24), the oxygen-rich gas via the innermost supply duct (21) and the acid gas enriched with water vapor via the innermost supply duct (22) next to it (15), the outermost supply duct (24) air and the supply duct (23) next to the outermost supply duct (23), the second part (13) of the acid gas (11) containing hydrogen sulfide can be introduced into the reactor (R). Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass Zuführungskanäle (21, 22, 23, 24) des Brenners (B) durch gerade Rohre (O, H, G, L) mit Kreisquerschnitt gebildet werden, deren Wände die Zuführungskanäle (21, 22, 23, 24) gegeneinander abgrenzen.Device according to Claim 3 , characterized in that supply channels (21, 22, 23, 24) of the burner (B) are formed by straight tubes (O, H, G, L) with a circular cross-section, the walls of which are the supply channels (21, 22, 23, 24) delimit each other. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischeinrichtung (M) als Mischelement eine Dampfstrahlpumpe umfasst, in der Wasserdampf (14) als Treibmedium einsetzbar ist, um den ersten Teil (12) des Schwefelwasserstoff enthaltenen Sauergases (11) anzusaugen und mit dem Wasserdampf (14) zu vermischen.Device according to one of the Claims 3 or 4th , characterized in that the mixing device (M) comprises a steam jet pump as the mixing element, in which water vapor (14) can be used as the propellant medium to suck in the first part (12) of the acid gas (11) containing hydrogen sulfide and to add it with the water vapor (14) mix. Vorrichtung nach einem der Ansprüchen 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischeinrichtung (M) einen stromabwärts des Mischelements angeordneten Phasentrenner umfassen, mit dem flüssiges Wasser aus dem durch das Mischelement erzeugten Stoffgemisch abtrennbar ist, um das mit Wasserdampf angereicherte Sauergas (15) zu erhalten.Device according to one of the Claims 3 to 5 , characterized in that the mixing device (M) comprises a phase separator arranged downstream of the mixing element, with which liquid water can be separated from the mixture of substances generated by the mixing element in order to obtain the acid gas (15) enriched with water vapor.
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