DE202020005861U1 - Hydrogen sulphide thermal cracking reactor to obtain sulfur and hydrogen - Google Patents
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- C01B2203/0822—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by combustion of fuel the fuel containing hydrogen
Abstract
Reaktor für thermische Spaltung von Schwefelwasserstoff zur Gewinnung von Schwefel und Wasserstoff, in dem ein schwefelwasserstoffhaltiges Gas (3) oder ein Gasgemisch in einer Kammer (1, 4) eingeführt, auf an sich bekannte Weise aufgeheizt und thermisch in dessen Bestandteile Schwefel und Wasserstoff zerlegt wird, wobei das Gas (3) in der Kammer (1, 4) unter ständiger Drehung gehalten wird und durch das Wirken von Zentrifugalkraft eine Trennung von kälterer und damit schwerer Gasschicht und heißerer und damit leichterer Gasschicht erfährt und dadurch eine Verdrängung des heißeren (leichteren) Gases in Richtung der Drehachse der Kammer (1,4) und des kälteren (schwereren) Gases in Richtung Kammerwand erfolgt, mit den Folgen, dass Wärmeverluste durch die kältere Gasschicht im Bereich der Kammerwänden wegen geringer Wärmeleitfähigkeit der Gase minimiert werden und dadurch hohe Temperaturen im Bereich der Drehachse der Kammer erreicht werden, wobei kein Plasma in dem Arbeitsbereich der Kammer (1, 4) vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, dass schwererer Schwefel unter Wirkung von Zentrifugalkraft zu den Kammerwänden verdrängt wird und leichterer Wasserstoff sich im Bereich der Drehachse der Kammer (1, 4) sammelt. Reactor for the thermal cracking of hydrogen sulphide to obtain sulfur and hydrogen, in which a gas (3) containing hydrogen sulphide or a gas mixture is introduced into a chamber (1, 4), heated in a manner known per se and thermally broken down into its components sulfur and hydrogen , whereby the gas (3) in the chamber (1, 4) is kept under constant rotation and undergoes a separation of the colder and therefore heavier gas layer and the hotter and therefore lighter gas layer due to the action of centrifugal force, and the hotter (lighter) gas layer is thereby displaced Gas in the direction of the axis of rotation of the chamber (1.4) and the colder (heavier) gas in the direction of the chamber wall, with the consequences that heat losses through the colder gas layer in the area of the chamber walls are minimized due to the low thermal conductivity of the gases and thus high temperatures in the Area of the axis of rotation of the chamber can be achieved, with no plasma in the working area of the comb it (1, 4) is present, characterized in that heavier sulfur is displaced towards the chamber walls under the action of centrifugal force and lighter hydrogen collects in the region of the axis of rotation of the chamber (1, 4).
Description
Die Erfindung betrifft einen Reaktor zur Gewinnung von Schwefel und Wasserstoff aus schwefelwasserstoffhaltigen Gasen durch thermische Spaltung des Schwefelwasserstoffes.The invention relates to a reactor for the production of sulfur and hydrogen from gases containing hydrogen sulfide by thermal cracking of the hydrogen sulfide.
Schwefel ist ein wichtiger Grundstoff sowohl in der chemischen Industrie als auch in der pharmazeutischen Industrie und wird unter anderem zur Produktion von Schwefelsäure, Farbstoffen, Pestiziden und Kunstdüngern verwendet. Schwefel wird in großen Mengen bei der Abtrennung von Schwefelwasserstoff aus Erdgasen und bei der hydrierenden Entschwefelung von Erdöl in Raffinerien produziert, wobei der Schwefelwasserstoff mit Hilfe des Claus-Verfahrens zu flüssigem Schwefel oxidiert wird. Aus Umwelt- und Sicherheitsgründen muss Schwefel bzw. Schwefelwasserstoff aus schwefelhaltigen Rohstoffen entfernt werden, bevor solche Stoffe verwendet oder in die Atmosphäre abgegeben werden.Sulfur is an important raw material in both the chemical and pharmaceutical industries and is used in the production of sulfuric acid, dyes, pesticides and artificial fertilizers, among other things. Sulfur is produced in large quantities in the separation of hydrogen sulfide from natural gases and in the hydrodesulfurization of petroleum in refineries, where the hydrogen sulfide is oxidized to liquid sulfur using the Claus process. For environmental and safety reasons, sulfur or hydrogen sulfide must be removed from sulphur-containing raw materials before such materials are used or released into the atmosphere.
Das derzeit am meisten verwendete Verfahren zur Schwefelgewinnung aus H2S-haltigen Gasen ist der modifizierte Claus-Prozess. Das Claus-Verfahren besteht aus mehreren Stufen: in der thermischen Stufe wird H2S durch teilweises Verbrennen mit der Luft oxidiert und bis zu 70% Schwefel gewonnen. In den nächsten zwei oder drei katalytischen Stufen wird weiterer Schwefel gewonnen. Anschließend werden die restlichen Schwefelverbindungen mit Hilfe von verschiedenen Feinentschwefelungsverfahren aus den Claus-Endgasen entfernt. Durch die katalytischen Stufen und die Feinentschwefelung steigen die Kosten der Schwefelproduktion erheblich. Ein weiterer Nachteil des Verfahrens ist, dass kein Wasserstoff im Claus-Prozess gewonnen werden kann, da Wasserstoff in Wasser umgewandelt wird.The modified Claus process is currently the most widely used process for obtaining sulfur from H 2 S-containing gases. The Claus process consists of several stages: in the thermal stage, H 2 S is oxidized by partial combustion with the air and up to 70% sulfur is recovered. More sulfur is recovered in the next two or three catalytic stages. The remaining sulfur compounds are then removed from the Claus tail gases using various fine desulfurization processes. The costs of sulfur production increase significantly due to the catalytic stages and the fine desulfurization. Another disadvantage of the process is that no hydrogen can be obtained in the Claus process, since hydrogen is converted into water.
In zahlreichen Patentierungen, wie z.B.
In
Der Erfindung liegt eine Aufgabe zugrunde, einen hocheffizienten thermischen Reaktor zur Gewinnung von elementarem Schwefel aus Schwefelwasserstoff mit einer effektiven Trennung von Spaltungsprodukten bereitzustellen, wobei Wasserstoff als Nebenprodukt hergestellt werden kann. Eine weitere Aufgabe liegt darin, eine Isolierung von heißen Gasen von Konstruktionswänden und dadurch hohe Gastemperaturen bei minimalen Wärmeverlusten im Arbeitsbereich zu gewährleisten.It is an object of the invention to provide a highly efficient thermal reactor for the recovery of elemental sulfur from hydrogen sulfide with an effective separation of fission products, whereby hydrogen can be produced as a by-product. Another task is to ensure insulation of hot gases from construction walls and thereby high gas temperatures with minimal heat loss in the work area.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit einem Verfahren, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass ein schwefelwasserstoffhaltiges Gas in einer Kammer auf eine Temperatur von >800 °C aufgeheizt und unter ständiger Drehung gehalten wird, wobei das rotierende Gas durch das Wirken von Zentrifugalkraft eine Trennung von kälterer und damit schwerer und heißerer und damit leichterer Gasschichten erfährt und dadurch eine Verdrängung des heißeren (leichteren) Gases in das Drehzentrum der Kammer und des kälteren (schweren) Gases in Richtung Kammerwand erfolgt. Da Gase eine sehr geringe Wärmeleitfähigkeit besitzen, bildet sich zwischen den Kammerwänden und den heißen Gasmassen im Zentrum eine wärmeisolierende Gasschicht, wodurch Wärmeverluste minimiert werden und eine Überhitzung der Kammerwände vermieden werden kann. Im zentralen Bereich der Kammer können dabei hohe Temperaturen erreicht werden, sodass Schwefelwasserstoff in Schwefel und Wasserstoff thermisch zerlegt wird. Die Spaltung läuft gemäß der Reaktionsgleichung:
Da das Schwefelgas 32-mal schwerer als Wasserstoffgas ist, wird es unter der Wirkung der Zentrifugalkraft zu den Kammerwänden geschleudert und Wasserstoff bleibt im zentralen Bereich der Kammer. Dadurch wird eine effektive Trennung der Reaktionsprodukte gewährleistet. Der durch die Zentrifugalkraft getrennte Schwefel wird dann aus dem Reaktor in Form von Gas oder als Flüssigkeit (bei einer Wandtemperatur unter dem Schwefelsiedepunkt von 444,6 °C) abgeführt und je nach Verwendungszweck aufbereitet.Since the sulfur gas is 32 times heavier than hydrogen gas, it is thrown towards the chamber walls under the action of centrifugal force and hydrogen remains in the central area of the chamber. This ensures effective separation of the reaction products. The sulfur separated by centrifugal force is then discharged from the reactor in the form of a gas or liquid (at a wall temperature below the sulfur boiling point of 444.6 °C) and treated depending on the intended use.
Die Erfindung wird schematisch in den Zeichnungen
In der
Die Zentrifugalkraft wirkt bei Drehbewegung nur in radialer Richtung, das heißt, in axialer Richtung funktioniert die Wärmeisolierung erfindungsgemäß nicht. Um diesen Nachteil zu minimieren, kann die Rohrlänge wesentlich größer als der Rohrdurchmesser (z.B. im Verhältnis 10 zu 1) ausgewählt werden. Dieser Nachteil kann nicht entstehen, wenn eine Kammer ringförmig, wie z.B. ein Torus oder zwei an beiden Enden verbundene Rohre, ist, sodass es keine freien Enden des heißen Gaswirbels gibt. Das Ausführungsbeispiel 4 (
Die Kammer (1, 4) kann waagerecht oder mit einer Neigung ausgerichtet werden, siehe
Die vorliegende Erfindung bietet mehrere Vorteile. Der gesamte Prozess kann in einer Stufe bis zur vollständigen Zerlegung von Schwefelwasserstoff in elementaren Schwefel und Wasserstoffgas durchgeführt, eine Notwendigkeit der Feinentschwefelung entfällt dabei. Es werden keine Katalysatoren benötigt, im Vergleich zum Claus-Verfahren fallen wesentlich niedrigere Investitions- und Betriebskosten an, was zur erheblichen Senkung der Gestehungskosten der Schwefelproduktion führt.The present invention offers several advantages. The entire process can be carried out in one step up to the complete decomposition of hydrogen sulphide into elementary sulfur and hydrogen gas, there is no need for fine desulfurization. No catalysts are required, compared to the Claus process there are significantly lower investment and operating costs, which leads to a significant reduction in the production costs of sulfur production.
Durch Verwendung von einem erfindungsgemäß gebauten Reaktor zur Schwefelproduktion können Wärmeverluste und dadurch Energieverbrauch wesentlich reduziert werden. Für eine Senkung des Energiebedarfs und der Umweltemissionen kann ein Teil des im Reaktor produzierten Wasserstoffs als Brennstoff für die Erzeugung der für die Zersetzung von Schwefelwasserstoff notwendigen Temperatur verwendet werden.By using a reactor constructed in accordance with the invention for sulfur production, heat losses and thereby energy consumption can be significantly reduced. To reduce energy demand and environmental emissions, part of the hydrogen produced in the reactor can be used as fuel to generate the temperature needed for hydrogen sulfide decomposition.
Während das Claus-Verfahren sich für Gasströme mit mehr als 30% H2S Gehalt eignet, kann man in dem patentierenden Reaktor auch Gase mit niedrigeren Konzentrationen von Schwefelwasserstoff verwenden, so dass der Reaktor für die Feinentschwefelung, z.B. in den Ölraffinerien, benutzt werden kann.While the Claus process is suitable for gas streams with more than 30% H 2 S content, gases with lower concentrations of hydrogen sulphide can also be used in the patenting reactor, so that the reactor can be used for fine desulfurization, for example in oil refineries .
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Rotierende Kammerrotating chamber
- 22
- Kammerendechamber end
- 33
- Gasgas
- 44
- Nichtrotierende KammerNon-rotating chamber
- 4.14.1
-
Aufbauform 1
Structure 1 - 4.24.2
-
Aufbauform 2
design 2 - 4.34.3
-
Aufbauform 3
Structure 3 - 55
- Laufrad mit Schaufeln bzw. VentilatorImpeller with blades or fan
- 5.15.1
- Ausrichtung nach untenOrientation down
- 5.25.2
- Ausrichtung nach obenOrientation up
- 5.35.3
- Geknickte AufbauKinked construction
- 66
- Behältercontainer
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
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