DE1941703B2

DE1941703B2 -

Info

Publication number: DE1941703B2
Application number: DE1941703A
Authority: DE
Inventors: Hermann Dipl.-Ing. 6232 Bad Soden Reitzenstein; Hans Joachim Dipl.-Ing. Dr. 6232 Neuenhain Wernicke
Original assignee: Uhde GmbH
Current assignee: ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Priority date: 1969-08-16
Filing date: 1969-08-16
Publication date: 1978-09-14
Also published as: NL7011637A; DE1941703A1; GB1318074A; US3666418A; FR2058015A5; JPS4817434B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Gewinnen von Schwefel aus schwefelwasserstoffhaltigen Gasen.

Die technische Gewinnung von Schwefel aus schwefelwasserstoffhaltigen Gasen erfolgt heute fast ausschließlich nach dem sog. verbesserten I.G.-Claus-Verfahren (DRP 6 66 572), von dem es zahlreiche Varianten gibt. Die Gewinnung des Schwefels beruht dabei auf der partiellen Oxydation des Schwefelwasserstoffes gemäß der allgemeinen Gleichung

H₂S+ O₂ = 2H₂O+ 2S+ 2391 kcal/NHV¹H₂S. (1)

Diese Gleichung gibt zwar die Reaktion des Gesamtprozesses wieder, bei den komplexen Gleichgewichten treten jedoch noch weitere Reaktionen auf, deren wichtigste die folgenden sind:

2H₂S + 3O₂ = 2H₂O + 2SO₂ + 5593 keal/Nnr' H₂S

(2)
2H₂S + SO₂ = 2H₂O + 3S + 789 kcal/Nnr¹ H₂S (3)

S + O₂ = SO₂ + 3241 kcal/Nnr¹ SO₂ (4)

Alle diese Reaktionen treten sowohl bei hohen Temperaturen (ca. 1000° C) in der offenen Flamme auf als auch bei niedrigen Temperaturen (ca. 200 —400° C) an katalytisch wirkenden Oberflächen.

Bei dem verbesserten I.G.-Claus-Verfahren wird das schwefel-wasserstoffhaltige Gas zunächst mit der stöchiometischen Luftsauerstoffmenge bei hoher Tem- <ή peratur verbrannt, wobei etwa 70% des im Einsatzgas eingeführten Schwefels als dampfförmiger elementarer Schwefel anfallen und nach Kondensation in einen Sammelbehälter geleitet werden. Die Umsetzung des restlichen im Reaktionsgasgemisch enthaltenen Schwefelwasserstoffes und Schwefeldioxyds Findet in einem oder meist zwei nachgeschalteten Kontaktofen bei niedriger Temperatur statt, wobei weitere 22 bis 27% Schwefel dampfförmig anfallen und nach Kondensation abgezogen werden, so daß sich Gesamtausbeuten von etwa 92 - 97% Schwefel ergeben.

Das beschriebene Verfahren läßt sich praktisch nur bis zu Schwefelwasserstoffgehalten des Einsatzgases von über 15% durchführen. Wird diese Konzentration unterschritten, so liefert die Verbrennung mit Luft nicht mehr die erforderliche Wärmeenergie zur Aufrechterhaltung des gesamten Prozesses.

Die genannte Konzentrationsgrenze läßt sich unterschreiten, wenn man dem zur Verbrennung bestimmten Anteil des Einsatzgases. zusätzlich Heizgas zumischt und mit Luft oder Sauerstoff verbrennt Durch die zusätzliche Verbrennung von Heizgas wird der Prozeß unwirtschaftlicher, die Gesamtausbeute an Schwefel herabgesetzt und die Anlagekosten werden erhöht Es muß eine zusätzliche Versorgungsleitung mit Heizgas bereitgestellt werden, Einrichtungen zur Kontrolle des Heizwertes und zur Mengenregelung sind erforderlich.

Es ist ferner bekannt (Chemie-Ing.-Techn. 1967, Seite 517), zur Schwefelgewinnung aus schwefelwasserstoffarmem Einsatzgas das Einsatzgas zusammen mit Schwfcfeldioxyd durch Kontaktofen zu leiten. Dieses Verfahren setzt voraus, daß Schwefeldioxyd verfügbar ist. Ferner benötigt es in der Regel Fremdwärme.

Aus Chemical Engineering Progress, Vol. 49 (1953), Seite 203 bis 215, Fig. 18 ist ein Verfahren zur Gewinnung von Schwefel bekannt bei dem Schwefelwasserstoff in niedriger Konzentration gemeinsam mit separat erzeugtem Schwefeldioxyd über Katalysatorbetten geführt und in Schwefel umgesetzt wird. Die zusätzliche Bereitstellung von SO2 durch Schwefelverbrennung bedeutet zwar Erzeugung von Stützwärme für den katalytischen Umwandlungsprozeß, aber auch gleichzeitig eine volumenmäßige Belastung für die Katalysatorbetten.

Die Erfindung hat die Aufgabe, ein dem verbesserten I.G.-Claus-Verfahren ähnliches Verfahren durchzuführen, bei dem sich die Konzentration von 15% Schwefelwasserstoff im Einsatagas weit unterschreiten läßt, ohne daß es mit den genannten Nachteilen behaftet ist.

Es wurde nun ein Verfahren zum Gewinnen von Schwefel aus weniger als 15% Schwefelwasserstoff enthaltenden Gasen gefunden, bei dem zumindest ein Teil des zugeführten Schwefelwasserstoffes durch Umsetzung mit Schwefeldioxyd in der Mischkammer eines Dampferzeugers und gegebenenfalls mindestens einem nachgeschalteten Kontaktofen im wesentlichen zu Schwefel und Wasser umgesetzt wird, welches sich dadurch auszeichnet, daß das für die Reaktion erforderliche Schwefeldioxyd durch Verbrennung von Schwefel mit Sauerstoff oder sauerstoffreichem Gas erzeugt wird und in einer mit dem Brenner in Verbindung stehenden Mischkammer eines Dampferzeugers mit Schwefelwasserstoff umgesetzt wird.

Bei dem Verfahren der Erfindung wird demnach zumindest ein Teil des bei dem verbesserten I.G.-Claus-Verfahren sich bildenden Schwefeldioxyds nach Gleichung (4) und nicht wie bisher nach Gleichung (2) erzeugt. Es ist vorteilhaft, die direkte Reaktion von Schwefelwasserstoff mit Sauerstoff gemäß Gl. 1 und 2 ganz zu unterbinden und ausschließlich in dem Brenner

Schwefel mit Sauerstoff oder sauerstoffreichem Gas zu verbrennen und das entstandene Schwefeldioxyd in der Brennkammer des Dampferzeugers mit dem Schwefelwasserstoff zur Reaktion zu bringen gemäß Gl. 3. Zweckmäßig steht dabei die Menge des im Brenner erzeugten Schwefeldioxyds zur Menge des in die Anlage eintretenden Schwefelwasserstoffes im stöchiometrischen Verhältnis 1 :2. Brenner zur Verbrennung flüssigen Schwefels mit Luft sind bekannt, z. B. aus der deutschen Patentschrift 11 78 407. Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Strahlbrenner, wie sie z.B. aus der amerikanischen Patentschrift 30 92 166 bekannt sind, besonders gut geeignet, da diese Brenner vor allem für die Verbrennung mit Sauerstoff oder sauerstoffreichem Gas gedacht sind und eine vollständige Umsetzung des Sauerstoffs mit dem Schwefel gewährleisten.

In der Regel ist es am vorteilhaftesten, im Brenner einen Teil des Schwefels zu verbrennen, der unmittelbar zuvor in der Anlage erzeugt wurde, das erfindungsgemäße Verfahren ist aber nicht darauf beschränkt. Da der zu Schwefeldioxyd im Brenner verbrannte Schwefel nicht verlorengeht, kann in Sonderfällen auch Schwefel verwendet werden, der nicht unmittelbar zuvor in der Anlage gewonnen wurde, z. B. schwefelhaltige Filterrückstände. Verwendet man jedoch unmittelbar zuvor in der Anlage gewonnenen Schwefel, so wird eine gewisse Schwefelmenge in einem offenen Kreislauf immer wieder durch den Dampferzeuger und die gegebenenfalls nachgeschalteten Kontaktofen geführt, wodurch der Wärmebedarf des Prozesses aus sich selbst heraus gedeckt wird und die an sich nachteilige Verbrennung eines Heizgases mit Sauerstoff vermieden wird. Die Konzentrationsgrenze von 15% für den Schwefelwasserstoffgehalt kann weitgehend unterschritten werden.

Gegenüber dem Stand der Technik und der darin gegebenen Lehre, bei Vorliegen von niedrigprozentigen H₂S-haltigen Gasen nur die katalytische H₂S-Umwandlung einzusetzen, wendet sich die vorliegende Erfindung von dieser Lehre ab und findet, daß die direkte Zusammenführung des niedrigprozentigen H2S-haltigen Gases mit dem heißen, noch nicht abgekühlten Schwefeldioxyd zur thermischen Umwandlung einen wesentlichen technischen Fortschritt bringt. Die primäre thermische HaS-Umwandlung kommt mit einem Minimum an apparativen und energetischem Aufwand aus. Das einzusetzende Katalysator-Volumen für die restliche katalyiische H₂S-Umwandlung vermindert sich entsprechend dem hohen Anteil der thermischen Umwandlung.

Die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist nicht davon abhängig, daß Kontaktofen verwendet werden. Wenn man sich mit relat'v niedrigen Schwefelausbeuten begnügt, genügen die Reaktionen im Brenner und der Mischkammer des Dampferzeugers. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in schematischer Form dargestellt
In einem Strahlbrenner ί wird ein Teil des in der Anlage erzeugten Schwefels mit Sauerstoff zu Schwefeldioxyd verbrannt. Der Schwefel tritt über Leitung 2, der Sauerstoff über Leitung 3 in den Strahlbrenner 1. Das schwefelwasserstoffhaltige Einsatzgas gelangt

ίο durch die Leitung 4 in die Mischkammer 5 des Dampferzeugers δ und aus dem Strahlbrenner 1 tritt Schwefeldioxyd 7 in die Mischkammer 5. Dabei steht die Menge des im Strahlbrenner 1 erzeugten Schwefeldioxyds 7 zur Menge des über Leitung 4 in die Anlage eintretenden Schwefelwasserstoffes im Verhältnis 1 :2. Über Leitung 8 tritt Wasser in den Dampferzeuger 6 und verläßt ihn in Form von Dampf über Leitung 9. Etwa 70% des in Form von Schwefeldioxyd und Schwefelwasserstoff in den Dampferzeuger 6 eintretenden Schwefels wird aus diesem nach Kondensation im flüssigen Zustand mittels Leitung 10 abgezogen. Das restliche Reaktionsgas strömt aus dem Dampferzeuger 6 über Leitung 11, den ersten Kontaktofen 12, Leitung 13, den zweiten Kontaktofen 14 und Leitung 15 in einem in der Zeichnung nicht mehr dargestellten Nachverbrennungsofen. Dabei fällt in den Kontaktofen 12 und 14 fast der gesamte restliche Schwefel nach Kondensation in flüssiger Form an und wird über die Leitungen 16 und 17 mit dem flüssigen Schwefel in Leitung 10 vereinigt. Der erforderliche Anteil des so gewonnenen flüssigen Schwefels wird von Leitung 10 abgezweigt und über Leitung 2 zurück zum Strahlbrenner 1 gefördert, der Rest als Produkt abgezogen. Drücke und Temperaturen sowie die Konstruktion der Apparateteile entsprechen im wesentlichen denen des verbesserten l.G.-Claus-Verfahrens.

Vor Eintritt in die Kontaktofen 12 bzw. 14 kann die Temperatur des Reaktionsgasgemisches erforderlichenfalls durch Zwischenaufheizbrenner auf den optimalen Temperaturbereich angehoben werden. Diese Brenner werden zweckmäßig wie der Hauptbrenner 1 mit Sauerstoff und auch Schwefel als Brennstoff betrieben.

Enthalten die zur Verfügung stehenden Einsatzgase neben H₂S auch andere schwefelhaltige gasförmige Anteile wie CS₂, COS, Mercaptane und/oder andere verbrennliche Stoffe wie z. B. Kohlenwasserstoffe in beliebiger Form, so können auch diese nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ohne Nachteil und Änderungen umgesetzt werden, indem die hierfür erforderliche Sauerstoffmenge über die Schwefelbrenner oder getrennt in entsprechender Menge zugeführt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Gewinnen von Schwefel aus weniger als 15% Schwefelwasserstoff enthaltenden Gasen, bei dem zumindest ein Teil des zugeführten Schwefelwasserstoffes durch Umsetzung mit Schwefeldioxyd in der Mischkammer eines Dampferzeugers und gegebenenfalls mindestens einem nachgeschalteten Kontaktofen im wesentlichen zu Schwefel und Wasser umgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das für die Reaktion erforderliche Schwefeldioxyd durch Verbrennung von Schwefel mit Sauerstoff oder sauerstoffreichem Gas erzeugt wird und in einer mit dem Brenner in Verbindung stehenden Mischkammer eines Dampferzeugers mit Schwefelwasserstoff umgesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des im Brenner erzeugten Schwefeldioxyds zur Menge des in der Anlage eintretenden Schwefelwasserstoffes im Verhältnis 1 :2 steht.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Schwefelverbrennung ein Teil des in der Anlage gewonnenen flüssigen Schwefels dient.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennung des Schwefels mit Sauerstoff in einem Strahlbrenner erfolgt.