DE1792280A1 - Verfahren zur Ausscheidung von Schwefelwasserstoff aus einem Gasstrom und zur Umwandlung desselben in Elementarschwefel - Google Patents

Description

BIACK, SIVALLS & BRXSON, INC., 7500 East 12th Street, Kansas Oity, Missouri 6412.6'(U.S.A.)

Verfahren zur Ausscheidung von Schwefelwasserstoff aus., einem Gasstrom und zur Umwandlung desselben in "Elementar schwefel..-'

Die Erfindung betrifft die Gewinnung von Elementarschwefel aus Schwefelwasserstoff enthaltenden Gasströmen. Das Naturgas, das zahlreichen Öl- und Gasquellen entströmt, enthält Schwefelwasserstoffj ,der zunächst einmal ausgeschieden werden muss, bevor das Gas für wirtschaftliche Zwecke, im Haushalt oder dgl. verwendet werden kann. Zur Ausscheidung des Schwefelwasserstoffes aus diesen natürlichen Gasströmen wurdei bereits zahlreiche Verfahren entwickelt und auch angewandt. Bei dem hiervon am häufigsten verwendeten Verfahren findet eine flüssige Äbsorbtionslösung Verwendung, die eine Affinität, zu· Schwefelwasserstoff besitzt. Hierbei wird der den Schwefelwasserstoff enthaltende Gasstrom mit der flüssigen Äbsorbtionslösung zum Kontakt gebracht-, wodurch der Schwefelwasserstoff in der lösung absorbiert. Anschliessend wird diese lösung

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^Mr'·^ ''Erlagen (Art.7fTAb3.2rv inatz

soweit erhitzt, dass"ein Niederdruckgas erzeugt wird, wodurch der in der lösung enthaltende Schwefelwasserstoff wiederum freigesetzt wird.

Es wurden zwar schon zahlreiche Verfahren vorgeschlagen, mit deren Hilfe der so ausgeschiedene Schwefelwasserstoff wieder in Elementarschwefel verwandelt werden soll, jedoch waren die für diese Verfahren erforderlichen Anlagen stets äusserst kostspielig. So wurde beispielsweise in einem derartigen Verfahren der Schwefelwasserstoff dadurch in Elementarschwefel verwan-• dsLt, dass er mit luft vermischt und dann in einer grossen Brennkammer verbrannt wurde, welche eine entsprechende Katalysatorsubstanz entiielt. Hierbei fand dann folgende Umsetzung statt ι

H₂S+ 1/2 O₂ H₂Q + S

Wegen der grossen, bei dieser Umsetzung frei werdenden Wärmemengen werden die Betriebstemperaturen jedoch bei diesen Verfahren sehr hoch und die erzielten Umwandlungsresultate zu Elementarschwefel waren nur gering. Desweiteren ist auch noch ein anderes Verfahren bekannt, bei dem die vorstehend erläuterte Umsetzung in zwei Abschnitten vorgenommen wird, die wie folgt vor sich gehen:

H₂S * 3/2 O₂

2H₂S + SO» 3S -fr 2H₂O

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Hierbei wurde die erste Umsetzung, bei der die grösseren Wärmemengen frei werden, in einem Hochdruckdampfkessel ausgeführt und die Wärme wurde von dem erzeugten Dampf abgeleitet. Ein Drittel des Schwefelwasseretoffee wurde im Kessel verbrannt und die so erhaltenen Verbrennungsprodukte wurden anschliessend .mit den verbleibenden zwei Dritteln vermischt und dann durch ein mit einem Katalysator versehenes Umsetzungsgefäss geschickt, wodurch ein hoher Ertrag an Elementarschwefel erzielt wurde. Zur Verdichtung des so erhaltenen Elementarschwefels wurde ein Kondensator eingesetzt. Dieses Verfahren hat eich jedoch insofern als unwirtschaftlich erwiesen, als ein Hochdruckdampfkessel verwendet werden muss, um die bei der.ersten Umsetzung frei werdende Wärme abzuführen. Hochdruckkessel sind überaus kostspielig und müssen in ihrer Ausführung ganz bestimmten Vorschriften genügen, die auch in bezug auf ihren Betrieb gelten. Hinzu kommt, dass die in dem erzeugten Dampf vorhandene Wärme-· energie bei diesem Verfahren entweder ganz oder A

doch zumindest teilweise unausgenutzt vergeudet wird.

Die Erfindung sieht demgegenüber ein einziges kombiniertes Verfahren vor, in dem sowohl Schwefelwasserstoff aus einem Gasstrom abgeschieden als auch in einfacher und wirtschaftlicher Weise in Elementarschwefel umgewandelt wird, ohne dass dabei irgendwelche hohen Temperaturen zur Wirkung gebracht werden müssen oder Wärmeenergie in Form von unauegenutztem Hochdruckdampf verschwendet wird. Ausserdem nützt die Erfindung diejenige Wärme aus, welche bei der Umsetzung frei wird,

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bei welcher der Schwefelwasserstoff in Elementarschwefel umgewandelt wird und auch diejenige Wärme, die beim Kondensieren des erhaltenen Elementarschwefels freigesetzt wird, um damit die flüssige Absorptionslösung zu regenerieren, die erfindungsgemäss dazu verwendet wird, den Schwefelwasserstoff aus dem zu reinigenden Gasstrom abzuscheiden.

Die Erfindung sieht zu diesem Zweck ein Verfahren vor, bei welchem der Schwefelwasserstoff unter Zuhilfenahme einer flüssigen Absorptionslösung aus einem Gasstrom absorbiert wird. Die den absorbierten Schwefelwasserstoff enthaltende flüssige Absorptions-' lösung wird unmittelbar in einem Wärmerückgewinnungsbehälter erhitzt, wodurch ein Niederdruckdampf bei einer Temperatur erzeugt wird, welche unterhalb derjenigen Temperatur liegt, die zum Verdichten von Elementarschwefel notwendig ist. Der so erzeugte Dampf wird mit der·einströmenden flüssigen Absorptionslösung,zum Kontakt gebracht, wodurch der Schwefelwasserstoff,, herausgelöst und freigesetzt wird. Der so freigesetzte Schwefelwasserstoff wird dann entweder ganz oder teilweise mit Luft vermischt und in dem Wärmerückgewinnungsbehälter verbrannt, wobei ein Wärmeaustausch mit der darin enthaltenen flüssigen Absorptionslösung stattfindet, so dass wenn nicht alle, so doch der grösste Teil derjenigen Wärme gegeben ist, die dazu erforderlich· iät, um die flüssige Absorptionslösung entsprechend zu erhitzen. Anschliessend werden die Verbrennungsprodukte durch einen oder mehrere katalytisch wirkende Umsetzungsgefässe geschickt, so dass ein hoher Ertrag an in Dampfform

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vorliegendem Elementarschwefel erzielt wird. Der so erhaltene Elementarschwefeldampf wird anachliessend in der V/eise kondensiert, dass er wiederum durch den Wärmerückgewinnungsbehälter geführt wird, wobei wiederum ein Wärmeaustausch mit der flüssigen Absorptionslösung stattfindet. Damit ist also ein Verfahren gegeben, in dem sowohl Schwefelwasserstoff aus einem Gasstrom ausgeschieden und in dem zudem dieser Schwefelwasserstoff in Elementarschwefel umgewandelt wird, wobei die gesamte Wärme ausgenützt wird, die bei der Umsetzung frei wird, in deren Verlauf der Schwefelwasserstoff in Elementarschwefel umgewandelt wird; desweiteren wird bei diesem Vorgang· auch diejenige gesamte Wärme ausgenutzt, die den erhaltenen Schwefeldämpfen entzogen wird, wenn diese unter Bildung einer Flüssigkeit kondensiert werden. Dies bedeutet also.mit anderen Worten, dass ein einfaches und wirtschaftliches Verfahren gegeben ist, das auch mit einer entsprechend einfachen und wirtschaftlichen Anlage durchgeführt werden kann. Die besonderen Merkmale des erfindungsgemässen Verfahrens bestehen demnach im wesentlichen darin, dass der ia einem Gasstrom enthaltene Schwefelwasserstoff mit Hilfe einer flüssigen Absorptionslösung aus diesem absorbiert wird, dass mindestens ein Seil der so erhaltenen Schwielwasserstoff lösung durch einen Wärmerückgewinnungsbehälter geführt und dabei aus dieser Lösung Dampf erzeugt wird, dass der absorbierte Schwefelwasserstoff mit dem Dampf aus der Lösung ausgeschieden wird, dass ein Teil des so erhaltenen Schwefelwasserstoffes verbrannt und damit Schwefeldioxyd erhalten wird, dass die damit erzeugten Haldengase durch Hindurchleitung durch

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den Wärmerückgewinnungsbehälter abgekühlt werden, dass das abgekühlte Schwefeldioxyd mit dem Heat des Schwefelwasserstoffes vermischt und das Gemisch in Gegenwart eines Katalysators derart umgesetzt wird, dass Schwefel entsteht, und dass dieser Schwefel durch seine Hindurchführimg durch den Wärmerückgewinnungsbehälter abgekühlt wird·

Sie drei Figuren der Zeichnungen veranschaulichen jeweils schematisch drei Verfahren zur Verwirklichung der Erfindung, wobei jeweils einander gleiche feile auch mit gleichen Bezugs-.zeichen bezeichnet sind.

So veranschaulicht die Figur 1, wie ein unter Druck stehender und Schwefelwasserstoff enthaltender Gasstrom über eine Leitung .2 in den unteren Teil eines Absorbers 1 eingeleitet wird. In dem Absorber 1 können sich aus Metall bestehende Einsätze 3 zur Herstellung eines Kontaktes zwischen. Dampf und Flüssigkeit befinden, oder der Absorber kann auch mit einem keramischen . oder mit einem anderen geeigneten Material vollgepackt sein, durch das gewährleistet wird, dass es zwischen dem Dampf und der Flüssigkeit zu- einem guten Kontakt kommt. Eine eine Affinität zu Schwefelwasserstoff besitzende flüssige Absorptionslösung wird durch die Leitung 4 oberhalb der Einsätze 3 von oben her in den Absorber 1 eingeführt.

Die flüssige Absorptionslösung flieset unter der Einwirkung der Schwerkraft über die Einsätze 3 warn unteren Seil des ' Absorbers 1 und gelangt dabei mit dem den Schwefelwasserstoff enthaltenden Gasstrom zum Kontakt, der im Absorber 1 naoh

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oben strömt. In dem Masse, in dem sich das Gas nach oben bewegt, wird der darin enthaltene Schwefelwasserstoff von der nach unten fliessenden flüssigen Absorptionslösung ab-' sorbiert. Die nunmehr den absorbierten Schwefelwasserstoff enthaltende flüssige Absorptionslösun^ sammelt sich dann am Boden des Absorbers 1 und tritt aus diesem durch das Niveausteuerungsventil 5 aus, an dem ihr Druck in etwa auf atmosphärischen Druck verringert wird; von dort aus gelangt sie dann in die Leitung 4. Die Steuerung des Niveausteuerventils erfolgt unter Zuhilfenahme einer Niveaufühlervorrich.tung 5, die in Form einer geeigneten pneumatischen oder elektrischen Flüssigkeitsniveausteuerung ausgebildet sein kann. Das keinen Schwefelwasserstoff mehr enthaltende Gas wird aus dem Absorber 1 durch die Leitung 7 abgezogen.

Die Schwefelwasserstoff enthaltende flüssige Absorptionslösung wird über die Leitung 4 in den Wärmeaustauscher 8 und dann weiter über die Leitung 5 in den Destillierbehälter 9 eingeleitet. Auf die flüssige Absorptionslösung wird bei ihrem Durchlauf durch den Wärmeaustauscher 8 Wärme übertragen, so dass sie entsprechend vorerhitzt wird. Der Destillationsbehälter 9 kann aus Metall bestehende,einen Kontakt zwischen den Dämpfen und der Flüssigkeit bewirkende Einsätze 10 enthalten oder aber ebenfalls mit einem anderen geeigneten Material vollgepackt sein, welches einen guten Kontakt zwischen dem Dampf und der Flüssigkeit zustande bringt. In dem Masse, in dem die vorerhitzte Lösung in den Destillationsbehälter 9 gelangt und in diesem dann über die Einsätze 10

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nach unten flieset, gelangt sie mit dem nach oben strömenden Dampf zum Kontakt. Der Dampf hat diejenige Wirkung, dass dadurch der Teildruck des Schwefelwasserstoffes in bezug auf die !Flüssigkeitslösung vermindert wird, was zur Folge hat, dass dadurch eine entsprechende Verschiebung in dem Gleichgewichtszustand von Schwefelwasserstoff und. Lösung eintritt und der Schwefelwasserstoff damit in Dampfform aus der flüssigen Absorptionslösung ausgeschieden wird. Der ausgeschiedene Schwefelwasserstoff und der Dampf steigen nach oben in den oberen Bereich des Destillationsbehälters 9 und gelangen über die Leitung 11 aus diesen heraus. Anschliessend werden Dampf und Schwefelwasserstoff abgekühlt und der Dampf im Kondensator 12 verdichtet, indem entweder Wasser oder Luft als Kühlmittel Verwendung finden kann. Das so kondensierte Wasser und der Schwefelwasserstoffdampf gelangen anschliessend über eine Leitung 13 in einen Akkumulator 14. Das Kondenswasser sammelt sich im unteren Bereich des Akkumulators 14 an und wird über eine Leitung 15 aus diesem abgezogen. Eine Pumpe 16 treibt das Wasser durch ein Steuerventil 17» durch eine Leitung 18 und wiederum in den oberen Bereich des Destillationsbehälters 9. Die Betätigung des Steuerventils 17 erfolgt wiederum unter Zuhilfenahme einer Flüssigkeiten!veaukontrollvorrichtung 19, so dass in dem Akkumulator 14 stets ein bestimmter Wasserstand aufrecht erhalten bleibt. Das in den Destillationsbehälter 9 eintretende kondensierte Wasser dient als Rückflussmedium, wodurch die Abtrennung des Schwefelwasserstoffes von der flüssigen Aböorptionslosung innerhalb des Destillationsbehälters 9 erleichtert wird*

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Die flüssige Absorptionslösung fliesst unter der Einwirkung der Schwerkraft über eine leitung 27 aus dem Destillationsbehälter 9 und gelangt von dort aus in einen Wärmerückgewinnungsbehälter 28. In diesem Behälter 28 wird die flüssige Absorptionslösung erhitzt und dadurch entsprechend D_ampf erzeugt, was zur Folge hat, dass die heisse flüssige Absorptionslösung selbsttätig in einen Umlauf versetzt wird. Der so erzeugte Dampf und die heisse flüssige Absorptionslö-, sung gelangen durch eine Leitung 29 wieder zurück in den Destillationsbehälter 9.

Die Schwefelwasserstofffreie heisse flüssige Absorptionslösung sammelt sich im unteren Bereich des Destillationskörpers 9 an und fliesst infolge ihrer Schwerkraft durch die Leitung 20. Die Mveaukontrollvorrichtung 22 bewirkt eine entsprechende Betätigung der Steuerventile 21, so dass im unteren Teil des Destillationsbehälters 9 stets ein entsprechendes Niveau an flüssiger Absorptionslösung aufrecht erhalten wird. Anschliessend gelangt die Lösung durch eine Leitung 23 in einen Zwischenbehälter 24· Aus diesem Zwischenbehälter 24 wird sie über eine Leitung 25 abgezogen und durch eine Pumpe 26 durch den Wärmeaustauscher 8 gepumpt. Von der heissen Lösung wird Wärme auf die den Wärmeaustauscher 8 durchströmende kältere Lösung übertragen. Damit wird die heisse Lösung im Wärmeaustauscher 8 abgekühlt und anschliessend durch die Leitung 30 ' wieder zum Absorber 1 zurückgeleitet.

Es hat sich gezeigt, dass flüssige Absorptionslösungen, die

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eine Affinität zu Schwefelwasserstoff besitzen, gleichzeitig auch eine Affinität zu Kohlenstoffdioxyd, haben. Ausserdem können derartige lösungen auch geringe Mengen an Kohlenwasserstoff -verbindungen absorbieren; d.h. also, dass in solchen Fällen, in denen der zu reinigende Gasstrom Kohlenstoffdioxyd und Schwefelwasserstoff enthält, diese beiden Bestandteile mit Hilfe der flüssigen Absorptionslösung absorbiert und im Destillator ausgeschieden werden können. In denjeni-φ gen Fällen, in denen das erfindungsgemässe Verfahren dazu verwendet wird, um Schwefelwasserstoff aus einem natürlichen Gasstrom zu entfernen und diesen Schwefelwasserstoff in Elementarschwefel umzuwandeln, besteht stets eine sehr hohe

. Wahrscheinlichkeit, dass in dem Gasstrom auch Kohlenstoffdioxyd vorhanden ist, das somit gleichzeitig mit dem S_chwefel-

- ..wasserstoff und einigen Kohlenwasserstoffverbindungen absorbiert wird. Die in Figur 1 veranschaulichte Ausführungsform

■ der Erfindung findet in.all denjenigen Pällen Anwendung, wenn der zu reinigende Gasstrom einen Kohlenstoffdioxydanteil enthält, der dem im Gasstrom vorhandenen Schwefelwasserstoffantei3/gleich oder grosser als dieser ist.

Unter Bezugnahme auf die Figur 1 sei nunmehr davon ausgegangen, dass der zu reinigende Gasstrom einen Kohlenstoffdioxydgehalt besitzt, welcher gleich oder sogar grosser als der Schwefelwasserstoffgehalt desselben ist. Der aus der flüssigen Ab-. Sorptionslösung ausgeschiedene Schwefelwasserstoff und Kohlenstoff dioxyddampf sammelt sich im oberen Bereich des Akkumulators 14 an. Er gelangt dann von dort'über eine Leitung31 zu dem

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Dreiwegventil 32. Das Dreiwegventil 32 kann von Hand betätigt sein und dient dazu, dass aus Schwefelwasserstoff und Kohlenstoff dioxyd bestehende Gemisch in zwei Teile zu unterteilen, von denen der erste etwa einen Drittel des Gesamtvolumens und der zweite zwei Dritteln des Gesamtvolumens entspricht. Der erste Anteil gelangt über eine leitung 33 in den Brenner 34. Durch eine Pumpe 35 wird Luft von aussen angesaugt und diese Luft wird durch eine Leitung 36 über ein Ventil 37 in den Brenner 34 gepumpt. Bei dem Brenner 34 kann es sich um einen Luft- und Gasbrenner der herkömmlichen Bauart handeln, in dem Luft und Gas in sich miteinander vermischt und verbrannt werden. Dadurch dass dem Schwefelwasserstoff Kohlenstoff dioxyd beigemischt ist, wird die Verbrennung etwas verzögert und es hat· dies ausserdem auch eine entsprechende Begrenzung des Temperaturniveaus zur Folge, welches die Verbrennungsprodukte erreichen. Aus diesem Grunde wird auch nur ein Drittel des aus'Schwefelwasserstoff und Kohlenstoffdioxyd bestehenden Gemisches verbrannt, was zur Folge hat, dass Schwefeldioxyd und Wasserdampf entstehen. Diese Verbrennungsprodukte gelangen in eine Leitung 38, die untergetaucht in der im Wärmerückgewinnungsbehälter 38 befindlichen flüssigen Absorptionslösung verläuft. Die in der Leitung 38 liegenden heissen Verbrennungsprodukte gelangen damit zum Wärmeaustausch mit der flüssigen Absorptionslösung und von den Verbrennungsprodukten wird Warne auf die flüssige Absorptionslösung übertragen. Die Temperatur der heissen Verbrennungsprodukte lässt sich je nach der anteiligen Zusammensetzung des aus dem Schwefelwasserstoff, dem Kohlenstoffdioxyd und Luft bestehenden Ge-

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■ mlsches errechnen. Die Leitung 38 muss dabei derart ausgebildet sein, dass jeweils genau die richtige Wärmemenge von den heissen Verbrennungsprodukten auf die flüssige Absorptionslösung übertragen wird, um die Verbrennungsprodukte auf 370 bis 43O⁰O abzukühlen. Die'abgekühlten Verbrennungsprodukte werden anschliessend durch eine Leitung 39 geleitet und mit dem zweiten Teilstrom des aus Schwefelwasserstoff und Kohlenstoffdioxyd bestehenden Gemisches _t in der Leitung 40 vermischt Das so erhaltene Gemisch aus Schwefelwasserstoff, Kohlenstoffdioxyd, Schwefeldioxyd und Wasserdampf erreicht eine Durchschnittstemperatur von etwa 23O⁰O und wird durch eine Leitung 40 in den Umsetzungsbehälter 41 eingeleitet. Der Umsetzungsbehälter 41 enthält einen Katalysator, der dahingehend wirkt, -dass er die Umsetzung zwischen dem Schwefelwasserstoff und dem Schwefeldioxyd zur Bildung von Elementarschwefel beschleunigt. Ee hat sich gezeigt, dass als der am meisten geeignete Katalysator für diesen Zweck natürliches Bauxit in Präge kommt, das 5 bis 15 i° Eisenoxyd enthält. Innerhalb des Umsetzungsbehälters 41 reagieren der Schwefelwasserstoff und das Schwefeldioxyd derart, dass ein hoher Ertrag an Elementarschwefel in Dampfform erzielt wird. Das so erhaltene Dampfgemisch aus Elementarschwefel, Kohlenstoffdioxyd, Wasserdampf, nicht umgesetztem Schwefelwasserstoff und nicht umgesetztem Schwefeldioxyd wird durch eine Leitung 42 einer Leitung 43 zugeführt, an der ein Wärmeaustausch mit der in dem Wärmerückgewinnungsbehälter 28 befindlichen flüssigen Absorptionslösung stattfindet. * .

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Bei der erfindungsgemäss verwendeten flüssigen Absorptionslösung muss es sioh um eine solche lösung handeln, die hei einher Temperatur zum Sieden kommt, welche erheblich unterhalb der KondensatIonstemperatur von Elementarschwefeldämpfen liegt. Ausserdem muss sie eine Affinität zu Schwefelwasserstoff besitzen. Es hat sich gezeigt, dass eine 15 bis 20 $ige lösung von. Monoäthanolamin den vorgenannten Anforderungen genügt und sich zur Anwendung in Verbindung mit der Erfindung ganz. besonders gilt eignet. Eine 15 bis 20 $ige Monoäthanolaminlösung kommt bei annähernd atmosphärischem Druck etwa bei 121° 0· zum Sieden. ' ,

Die der flüssigen Absorptionslösung von den heissen Verwendungsprodukten in der Leitung 38 zugeführte Wärme wird noch von einer Hilfswärmequelle 44 her ergänzt. Bei der Wärmequelle 44 kann es sich um einen Brenner mit einem Verbrennungsraum handeln, in dem Naturgas verbrannt und damit Wärme erzeugt wird, die dann auf die in dem Wärmerückgewinnungsbehälter 28 befindliche flüssige Absorptionslösung übertragen wird. ' Insgesamt muss der flüssigen AbsorptionslÖsung genug Wärme zugeführt werden,' um die den Wärmerückgewinnungs behält er 28 durchlaufende flüssige AbsorptionslÖsung soweit zu erhitzen, dass ein entsprechender Anteil an Abscheidungsgas erzeugt wird, welcher ausreicht, um in der in den Destillationsbehälter 9 befindlichen flüssigen Absorptionelösung eine Abscheidung hervorzurufen.

Die Leitung 43 ist so ausgebildet, dass aus dem in der Leitung

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fliessenden Elementarschwefel enthaltenden Dampfgemisch genug Wärme auf die in dem Wärmerüekgewinnungsbehälter 28 befindliche flüssige Absorptionslösung übertragen wird, um eine Kondensation des Elementarschwefels zu bewirken. Da eine 15 bis 20 $ige Monoäthanolaminlösung bei 121⁰C zum Kochen kommt und sich der Elementarschwefel insgesamt bei etwa 145 bis 180⁰C kondensiert, lässt sich dies ohne weiteres erreichen. Der kondensierte Elementarschwefel sowie das restliche unkondensierte Dampfgemisch gelangt durch eine Leitung 85 in den Separator 45. In diesem fliesst der flüssige Elementarschwefel nach unten und gelangt von dort aus in eine Leitung 46, welche innerhalb eines Schwefelsammelbehälters 4J vaiäuft. Diese Leitung 46 ist in ihrem Verlauf innerhalb des Schwefelsammelbehälters 47 in etwa U-förmig ausgebildet, so dass in der Leitung 46 stets eine Flüssigkeitsdichtung gegeben ist. Das aus Kohlenstoffdioxyd, Wasser, nicht umgesetztem Schwefelwasserstoff und nicht umgesetztem Schwefeldioxyd bestehende ' Dampfgemisch gelangt aus dem Separator 45 in eine Leitung 48. Durch diese Leitung 48 wird· das Gemisch einer Abfäckelstelle oder einer anderen Aufbrauchvorrichtung zugeleitet, wo es endgültig abgeleitet wird. Der flüssige Elementarschwefel kann aus dem Sammelbehälter 47 mit Hilfe einer Pumpe 49 in entsprechende Tankwagen eingefüllt und zur weiteren Verarbeitung wegbefördert werden. -

Es versteht sich, dasa während der Verbrennung des einen

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Drittels des aus Schwefelwasserstoff und Kohlenstoffdioxyd "bestehenden Gemisches auch noch einige andere Hebenreaktionen stattfinden. Insbesondere bildet sich etwas Karbonylsulfid . infolge einer Umsetzung zwischen dem Kohlenstoffdioxyd und dem Schwefelwasserstoff. Es hat sich jedoch gezeigt, dass die auf die Bildung von Karbonylsulfid zurückzuführenden Schwefelverluste nur sehr gering und damit vernachlässigbar sind.

Desweiteren ist zu bemerken, dass die zusätzliche Wärmequelle 44- gross genug sein muss, um die in dem Wärmerückgewinnungsbehälter 28 befindliche flüssige Absorbtionslösung ausreichend zu erhitzen und dabei entsprechend Abscheidedampf zu erzeugen. Insbesondere muss diese Erwärmung auch dann ausreichend sein, wenn die Anlage erst anläuft und bevor noch Schwefelwasserstoff in Brenner 34 verbrannt wird.

Die Figur 2 zeigt eine etwas andere Ausführungsmöglichkeit. des bereits in Figur 1 veranschaulichten Verfahrens. Diese Form der Erfindung ist im wesentlichen die gleiche wie die Ausführungs form nach Figur 1,mit der Ausnahme, dass ein zusätzlicher, unter Katalysatorwirkung vor sich gehender Umsetzungsvorgang vorgesehen ist. In solchen Fällen, in denen durch eine zusätzliche unter Katalysatorwirkung vor sich gehende Umsetzung eine erhöhte Schwefelausbeute erzielt werden kann, rechtfertigt sich der zusätzliche Aufwand für entsprechende Vorrichtungen und es sollte dann diese Ausführungsform der Erfindung Anwendung finden. Wie aus der Zeichnung hervorgeht,werden die in der Leitung 39 befindlichen Verbrennungsprodukte durch ein

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von Hand zu betätigendes Dreiwegventil 50 in zwei gleiche Teilströme geteilt. Der erste Teilstrom fliesst durch eine Leitung 51 und wird mit dem zweiten Teil des aus Schwefelwasserstoff und Kohlenstoffdioxyd bestehenden Gemisches in der Leitung 40 vermischt. Dieses Gemisch wird anschliessend durch die Leitung 40, durch· den Umsetzungsbehälter 41? durch die Leitung 42 und durch die Leitung 45 geleitet, wie dies bereits in Verbindung mit der vorstehenden Anordnung nach Figur 1 der Pail war» Der zweite Teilstrom der Verbrennungsprodukt© wird durch die Leitung 52 geführt.. Der in der Leitung 45 kondensierte flüssige Elementarschwefel gelangt durch die Leitung 55 in den Schwefelsammerbehälter 47. Das restliche nicht kondensierte Gemisch aus Kohlenstoff-■ dioxyd, Wasserdampf, nicht umgesetztem Schwefelwasserstoff und nicht umgesetztem Schwefeldioxyd strömt durch die Leitung 54, die dann in die Leitung 52 mündet. Damit wird das nicht kondensierte Gemisch mit den wärmeren Verbrennungsprodukten vermischt und erreicht dabei eine Durchschnitts- ' temperatur von annähernd 25O⁰C. Dieses Gemisch gelangt dann durch die Leitung 55 in einen zweiten Umsetzungsbehälter Dieser Umsetzungsbehälter 56 enthält einen Katalysator, welcher dahingehend wirkt, dass er die Umsetzung zwischen dem · Schwefelwasserstoff und dem Schwefeldioxyd zur Bildung von Elementarschwefeldämpf beschleunigt. Der zusätzlich so erhaltene Elementarschwefeldampf strömt zusammen mit dem restlichen nicht umgesetzten Schwefelwasserstoff, Schwefeldioxyd, Wasserdampf und Kohlenstoffdioxyd durch die Leitung 57 und in eine Leitung 58, die sich innerhalb des V/ärmerückgewinnungs-

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behälters 28 befindet und in Wärmeaustausch mit der darin befindlichen flüssigen Absorptionslösung steht. Der Elementarschwefeldampf wird abgekühlt und kondensiert sich dabei und das Gemisch gelangt durch eine leitung 59 in den Separator Der zusätzlich erhaltene Elementarschwefel wird im Sammelbehälter 47 gesammelt und das restliche Gemisch aus nicht kondensierten Verbindungen wird ohne weitere Ausnutzung abgeleitet oder abgefackelt.

Es ist zu bemerken, dass die Temperaturen der verschiedenen Ströme vor ihrer katalytischen Umsetzung nicht kritisch sind. Es hat sich jedoch gezeigt, dass eine rasche Umsetzung zwischen Schwefelwasserstoff und Schwefeldioxyd dann erfolgt, wenn die Umsetzung bei Temperaturen oberhalb 204° G in Anwesenheit eines verunreinigten Bauxit-Katalysators vor sich geht. Das Verfahren ist deshalb derart einzustellen, dass di-e Umsetzungen zwischen 205 und 260° C stattfinden.

Die Figur 3 zeigt ,eine weitere Ausführungsmöglichkeit der Erfindung. Diese Ausführungsform sollte insbesondere in denjenigen Fällen zur Anwendung gebracht werden, in denen der in dem zu reinigenden Gasstrom enthaltene Kohlenstoffdioxydanteil kleiner ist als der darin enthaltene Schwefelwasserstoffanteil. Der Ablauf derjenigen Verfahrensabschnitte, die sich auf die Absorption des Schwefelwasserstoffes aus dem zu reinigenden Gasstrom und dessen Ausscheidung aus der flüssigen Absorptionslösung ■ beziehen, ist der gleiche wie bei den vorstehend beschriebenen Vorgängen. Der abgesonderte Schwefelwasserstoffstrom sammelt sich im Akkumulator 14 an und wird durch die leitung 31 aus diesem.abgezogen. Die Leitung 51 steht unmittelbar

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mit einem Brenner 60 in Verbindung, so dass der gesamte Schwefelwasserstoffstrom in den Brenner 60 gelangt. Von der AussenatmoSphäre her wird Luft durch eine Pumpe 61 angesaugt und durch eine Leitung 62 über ein Ventil 63 in den Brenner 60 gepumpt. Aufgabe des Ventils 63 ist es, das Volumen der in den Brenner 6o gelangenden Luft entsprechend zu drosseln, wobei das Ventil derart eingestellt sein muss, dass -es nur ein Drittel derjenigen Luftmenge in den Brenner'60 gelangen lässt, die dazu erforder-

W lieh ist, um den gesamten Schwefelwasserstoff vollständig zu verbrennen. Dann wird das aus Schwefelwasserstoff und Luft bestehende Gemisch verbrannt und bei der darauffolgenden Umsetzung wird eine 50 bis 60 folge Umwandlung von Schwefelwasserstoff in Elementarschwefel erreicht. Die Verbrennungsprodukte einschliesslich des Schwefeldioxyd, Schwefelwasserstoff, Wasserdampf und Elementarschwefeldampf erreichen im Brenner 60 Temperaturen zwischen 1 425 und 1 65O⁰C. Sie gelangen von dort in eine Leitung 64, welche

α mit der im Wärmerückgewinnungsbehälter 28 befindlichen flüssigen Absorptionslösung in Wärmeaustausch steht. An die Leitung 64 ist eine Leitung 65 an einer innerhalb des Wärmerückgewinnungsbehälters 28 befindlichen Stelle angeschlossen, so dass ein erster Anteil der Verbrennungsprodukte bei einer Semperatür von etwa 538⁰C abgezogen werden kann. Der verbleibende zweite Teil der heissen Verbrennungsprodukte strömt durch die Leitung 64 weiter und wird durch eine Leitung66 abgezogen. Die Leitung 64 muss derart ausgelegt sein, dass der zweite Teil der Verbrennungsprodukte bis auf eine Temperatur von 177⁰C abgekühlt und damit der darin befindli-

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ehe Elementarschwefel zur Kondensation gebracht wird. Der so' kondensierte Elementarsehwefel und die anderen abgekühlten Verbrennungsprodukte strömen durch die Leitung 66. Von der Leitung 66 ist an einer Stelle eine Leitung 67 abgezweigt, wodurch der kondensierte Elementarsehwefel dazu veranlasst wird, in die Leitung 67 einzufliessen. Der kondensierte Elementarsehwefel gelangt durch die Leitung 67 in. eine biehtungsschleife 68 und von-dort in den Schwefelsammelbehälter 69.

Der erste Teil der Verbrennungsprodukte gelangt aus der Leitung 65.in eine Leitung 70. Sr wird dabei in zwei Teilströme aufgeteilt, von denen der erste durch ein Ventil 71 und eine Leitung 72 strömt. Die Leitung 72 mündet in die Leitung 66·, so dass die in der Leitung 66 befindlichen abgekühlten Verbrennungsprodukte mit den durch die Leitung 72 einströmenden wärmeren Verbrennungsprodukten vermischt werden. Das sich dabei ergebende Gemisch muss eine Durchschnittstemperatur von 200 bis 26Q⁰C erreichen. Das Volumen der zuströmenden Wärmeverbrennungsprodukte lässt sich durch entsprechende Einstellung des Ventils .71 derart verändern, dass für das Gemisch jeweils die richtige Temperatur erzielt wird. Das Gemisch gelangt dann über die Leitung 66 in einen ümsetzungsbehälter 73, welcher einen Katalysator enthält, dessen "Wirkung dahin geht _t dass er die Umsetzung zwischen dem Schwefelwasserstoff und dem Schwefeldioxyd zur Bildung von Elementarschwefeldampf beschleunigt. Der so gebildete Elementarschwefeldampf, sowie das nicht umgesetzte Schwefeldioxyd und der nicht umgesetzte Schwefelwasserstoff strömen über eine Leitung 74 i

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. tung 75 ein, die sich im Wärmerückgewinnungsbehälter 28 befindet und mit der darin befindlichen flüssigen Absorptionslösung in·Wärmeaustausch steht. Das Gemisch strömt durch die Leitung 75, in der es abgekühlt wird, so dass der Elementarschwefeldampf kondensiert. Abschliessend gelangt das Gemisch in eine Leitung 76. An die Leitung 76 ist eine Leitung 77 derart angeschlossen, dass der kondensierte Elementarschwefel dazu veranlasst wird, in die Leitung 77 einzufHessen. Der Schwefel strömt dann durch die Leitung 77 und gelangt in die Dichtungsphase 68 und von dort aus wiederum in den Schwefelsammelbehälter 69. Der zweite Teil der in der Leitung befindlichen warmen Verbrennungsprodukte gelangt über ein Ventil 78 in die Leitung 76, so dass der in der Leitung 76 befindliche nicht umgesetzte Schwefelwasserstoff und das nicht umgesetzte Schwefeldioxyd mit den durch die Leitung 79 einströmenden wärmeren Verbrennungsprodukten vermischt werden. Das so gebildete Gemisch muss eine Durchschnittstemperatur von 200 bis 260° C erreichen. Das Volumen der in die Leitung 76 eintretenden warmen Verbrennungsprodukte lässt sich durch entsprechende Einstellung des Ventils 78 derart verändern, dass genau die richtige Gemischtemperatur erzielt wird. Anschliessend gelangt das Gemisch durch die Leitung 76 in einen zweiten Umsetzungsbehälter 80, der einen zusätzlichen Katalysator enthält, dessen Wirkung wiederum dahingeht, dass er die Umsetzung zwischen dem Schwefelwasserstoff und dem Schwefeldioxyd zur Bildung von Elementarschwefeldampf beschleunigt. Der so erhaltene Elementarschwefeldampf und das restliche nicht umgesetzte Schwefeldioxyd und der nicht umgesetzte Schwefelwasserstoff gelangen über eine Leitung 81 in eine Leitung 82, die sich wiederum in-

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nerhalb des Wärmerüekgewinnungsbehälters 28 befindet und im' Wärmeaustausch mit der darin befindlichen flüssigen Absorptionslösung steht.. Der Elementarschwefeldampf wird kondensiert und das 'Gemisch gelangt in den Separator 83. Aus dem Separator 83 gelangt der flüssige Schwefel in die Dichtungsschleife öSund.von dort aus wiederum in den Schwefelsammelbehälter 69. Die restlichen nicht umgesetzten Verbindungen werden von oben aus dem Separator 83 abgeleitet und gelangen in eine leitung 84, welche entweder zu einer Abfackel- oder zu einer anderen Aufbrauchvorrichtung führt. ' w

In diesem Zusammenhang ist noch zu bemerken, dass die in Figur 1 veranschaulichte Ausführungsform der Erfindung auch in der Weise ausgeführt werden kann, dass im Anschluss an den Verbrennungsvorgang nur eine einzige unter Katalysatorwirkung erfolgende Umsetzung vor sich geht.

Desweiteren wird darauf hingewiesen, dass bei der in Figur 3 veranschaulichten und vorstehend beschriebenen. Ausführungsform der ^ Erfindung die grösste Ausbeute an Elementarschwefel erzielt werden kann, weil in diesem Falle Schwefeldioxyd und Schwefelwasserstoff sowohl beim Verbrennungsvorgang als auch bei dem nachfolgenden unter Katalysatorwirkung vor sich gehenden Umsetzungsvorgang bzw. den nachfolgenden unter Katalysatorwirkung stehenden Umsetzungsvorgangen umgesetzt werden. Wie jedoch bereits vorstehend bemerkt wurde, sollte in denjenigen Fällen, in denen der Kohlenstoffdioxydgehalt des zu verbrennenden Schwefelwasserstoffstromes so hoch ist, dass er die Verbrennung insoweit behindert, dass keine ausreichend hohen lemperaturen erzielt wer-

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den können, jeweils die in Figur 1 oder in Figur 2 veranschaulichte Form der Erfindung zur Anwendung gebracht werde.

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Claims (1)

1. LOUIS & LOHRENTZ

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   Az.: P 17 92 280.4-4-1 29. Mai 1970

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   Neue Patentansprüche

   1. Verfahren zur Abtrennung von Schwefelwasserstoff aus einem Gasstrom und zur Umwandlung des Sohwefelwasserstoffs in elementaren· Schwefel, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Massnahmen:

   (a) Absorption des Schwefelwasserstoffes aus dem Gasstrom in eine wässrige Absorptionsflüssigkeit;

   (b) Austreiben dee absorbierten SchwefelwasserStoffs aus der Absorptionsflüssigkeit mit Dampf;

   (c) Hindurchführen von mindestens einem Teil der

   bei (b) angefallenen Absorptionsflüssigkeit durch einen Wärmerückgewinnungsbehälter zwecks Erzeugung von Dampf aus der Flüssigkeit;

   (d) Verbrennung eines Teils des bei (b) erhaltenen Schwefelwasserstoffs zur Erzeugung von Schwefeldioxid w

   (·) Abkühlung der bei (d) erzeugten Gase durch Hindurchführen durch den Wärmerückgewinnungsbehälter;

   (f) Vormischung des abgekühlten Schwefeldioxids mit dem- < übrigen Seil des Schwefelwasserstoffe und tJmseteupg dieser Mischung in Gegenwart eines Katalysators Hweoka Erzeugung von Schwefel; und

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   (g) Abkühlung des Schwefele durch Hindurchführen durch den Wärmerückgewinnungsbehälter.

   2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der beim Austreiben aus.der Absorptionsflüssigkeit erhaltene Schwefelwasserstoff mit einem Luftvolumen ver- . ^! brannt wird, das ein Drittel der für die vollständige Verbrennung benötigten stöchiometrischen Menge darstellt, wobei eine heisse Mischung aus Schwefel, Schwefeldioxid, Wasserdampf und Schwefelwasserstoff erhalten wird, dass diese Mischung durch Hindurchführen durch den V/ärmerückgewinnungsbehälter abgekühlt, zur Eildung von weiterem Schwefel und Wasserdampf aus einem wesentlichen Toil des in der Mischung enthaltenen Schwefelwasserstoffs und

   Schwefeldioxids in Gegenwart eines Katalysators umgesetzt ;'

   und hiernach zur Kondensation des Schwefels durch den j

   Wärmerückgewinnungsbehälter hindurchgeführt wird. I

   3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch'gekennzeichnet, dass die MiSQhung noch ein zweites Mal in Gegenwart eines Katalysators umgesetzt wird, so dass noch nicht umgesetater Schwefelwasserstoff mit Schwefeldioxid weiteren

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   Schwefel und-Wasserdampf bildet. . .. ;

   4··: Verfahr en. nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, "* dass die Verbrennungsmischung innerhalb des WärmerÜckgewinnungsbehälters in einen erstön und einen zweiten An-

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   teil unterteilt wird, dass der zweite Teil bei einer !temperatur aus dem Wärmerückgewinnungsbehälter abgezogen wird, welche niedrig genug ist, um eine Kondensation des. darin befindlichen elementaren Schwefels su bewirken, dass der erste !eil bei einer Tenperatur aus dem Wärmerückgewinnungsbehälter abgezogen wird, welche höher ist als die Temperatur· des zweiten Teils und dass der erste und zweite Anteil miteinander vermischt werden, bevor eine Umsetzung in Gegenwart' *des Katalysators erfolgt.,;

   Verfahren nach Anspruch 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungsmischung innerhalb des V/ärmerüclrgewinnungsbehälters in einen ersten und einen zweiten Anteil unterteilt wird, dass der zweite Anteil bei einer Temperatur aus dem Ruckgewinnungsbehälter abgezogen wird, die niedrig genug ist, um eine Kondensation des darin befindlichen Elementarschwefels zu bewirken, dass der erste .-Teil bei einer Temperatur aus dem Värmerückgewinnuttgsbe·-.. hälter abgezogen wii*d, welche höher ist als die Tempe-> . ^:;^

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   ratur des zweiten. Teils, dass der erste Anteil in einen..--/^ dritten und vierten Anteil unterteilt wird, dass eine ^v;^* Kj_8cbung aus dem zweiten und dritten Anteil in Gegen- _> ,. ·, wart eines Katalysators umgesetzt viird, wobei wesentli-' ,?._;i ehe Mengen des darin enthaltenen Schwefelwasseretofi·.'._:[;^M

   und Schwefeldioxids Schwefel und Wasserdampf bilden,^; '·■■■■.·. ',·."· '··■

   dass die Miechuug aur Kondensation des Schwefels durch

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   den Y/ärmerückgewinnun~sbehälter hindurchgeführt und · mit dem vierten Anteil vermischt wird, wonach eine Umsetzung· .in Gegenwart eines Katalysators stattfindet, wobei aus den in der Mischung enthaltenen zusätzlichen Mengen an Schwefelwasserstoff und Schwefeldioxid zusätzlicher Schv/efel und YJasserdampf gebildet wird, und die Mischung hiernach wieder durch den YJariserückge-. winnungsbehälter hindurchgeführt wird.

   6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die abgekühlte Verbrennungsraischung in einen ersten Anteil und in einen zweiten Anteil unterteilt wird, dass der erste Anteil mit dem Hest des Schwefelwasserstoffs vereinigt wird, dass hiernach zur Erzeugung von Schwefel , eine Umsetzung in Gegenwart eines Katalysators erfolgt, wonach die Mischung zur Kondensation des Schwefels durch den WärmerückgewinnungBbehälter hindurchgeführt wird und dass dann der zweite Anteil zugemischt wird und zur Erzeugung von Schwefel in Gegenwart eines Katalysators eine Umsetzung erfolgt, wonach zur Kondensation des Schwefels die Mischung wieder durch den Wärmerückgewinnungsbebältex hindurchgefühlt wird. . J

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