DE2449258A1

DE2449258A1 - Verfahren zur gewinnung von elementarem schwefel aus einem schwefelwasserstoffarmen beschickungsgas einer schwefelherstellungsanlage

Info

Publication number: DE2449258A1
Application number: DE19742449258
Authority: DE
Inventors: John William Palm
Original assignee: BP America Production Co
Current assignee: BP America Production Co
Priority date: 1973-04-23
Filing date: 1974-10-16
Publication date: 1976-04-22
Also published as: CA1012737A; US3860697A; FR2288706A1; GB1482274A; FR2288706B1; DE2449258C2

Description

Dr. F. Zumsteln sen. - Dr. E. Assmann Dr. R. Koenigsberger - Dlpl.-Phys. R. Holzbauer - Dr. F. Zumsteln Jun.

PATENTANWÄLTE

TELEFON: SAMMEL-NR. 22 53 41 ₈ MÜNCHEN TELEX 529979 BRÄUHAUSSTRASSE TELEGRAMME: ZUMPAT POSTSCHECKKONTO: MÜNCHEN 91139'809. BLZ 70O1008O BANKKONTO: BANKHAUS H. AUFHÄUSER

KTO..NR. 397997. BLZ 70030600

Case US 353 813 tM/th

AMOCO PRODUCTION COMPANY,TuIsa,Oklahoma/USA

Verfahren zur Gewinnung von elementarem Schwefel aus einem Schwefelwasserstoffarmen Beschickungsgas einer Schwefelherstellungsanlage

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von freiem oder elementarem Schwefel aus dem Beschickungsgas einer Schwefelherstellungsanlage, das einen geringen Gehalt an Schwefelwasserstoff aufweist.

Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Gewinnung von freiem Schwefel aus einem Beschickungsstrom, der weniger als 45 Mol-% H₃S enthält und mit Kohlenwasserstoff verunreinigt ist.

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Die bislang zur Gewinnung von Schwefel aus H^S-armen sauren Gasen benutzten Claus-Prozesse haben sich nicht als zufrieden-r stellend erwiesen, da in dem sauren Gas enthaltene Kohlenwasserstoffe und andere Verunreinigungen den Claus-Katalysator deaktivieren. Somit ist keine der bislang zur Verarbeitung von Beschickungsgasen von Schwefelherstellungsanlagen mit niedrigem I^S-Gehalt beschriebenen Methoden völlig zufriedenstellend. Diese Methoden schließen folgende Verfahren ein:

1. Verfahren, bei denen der Gasstrom aufgeteilt wird,

2. Verfahren, bei denen der Gasstrom aufgeteilt wird und bei denen ein Vorerhitzen oder die Einführung eines Brenngases oder die Rezyklisierung von Schwefel erfolgt,

3. die direkte Oxidation.

Alle diese Methoden wären zufriedenstellend, wenn in dem Beschickungsgas keine Kohlenwasserstoffe (oder äquivalente Bestandteile) enthalten wären. Es ist jedoch so, daß praktisch sämtliche Beschickungsgase Kohlenwasserstoffe enthalten. Weiterhin können diese Kohlenwasserstoffe ein relativ hohes Molekulargewicht aufweisen, das heißt ein Molekulargewicht, das so hoch ist, daß die Kohlenwasserstoffe bei Raumtemperatur und Atmosphärendruck durch Absorption an Aktivkohle nachgewiesen werden können.

Die schweren Kohlenwasserstoffe bewirken eine Katalysatordeaktivierung und ergeben bei dem Direktoxidationsprozeß dunkel gefärbten Schwefel. Bei Abänderungen der Verfahren mit aufgeteiltem Gasstrom erhält man normalerweise Schwefel mit zufriedenstellender Qualität, wobei jedoch häufig eine Katalysatordeaktivierung eintritt. Diese Katalysatordeaktxvierung wird wahrscheinlich durch Kohlenwasserstoffe in dem sauren Gas verursacht, das unter Umgehen des. Brennofens für die katalytische Reaktion in den Reaktor eingeführt wird. Einige Anlagen, die nach der Methode des aufgeteilten Gasstroms arbeiten, benötigen etwa einmal jährlich eine Regenerierung des Katalysators. Andere Anlagen, die die Methode des aufgeteilten Gasstroms anwenden, zei-

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gen häufig eine schlechte Ausbeute und der Katalysator muß häufig bis zu dreimal im Jahr ersetzt werden.

Bei der Gewinnung von freiem Schwefel aus H2S-enthaltenden Gasen ist es bevorzugt, den gesamten H₂S-Strom zusammen mit einer Luft- oder Sauerstoff-Menge, die zur Umwandlung etwa eines Drittels des Schwefelwasserstoffs in Schwefeldioxid ausreicht, durch den Ofen zu führen. Ein Grund hierfür ist, daß in den meisten Fällen die Kohlenwasserstoffe und/oder die anderen Kohlenstoff enthaltenden, als Verunreinigungen in der Beschickung vorhandenen Verbindungen im wesentlichen vollständig in dem Öfen zu CO₂ und Wasser verbrannt werden können. Hierdurch wird verhindert, daß sich diese Verunreinigungen zu freiem Kohlenstoff zersetzen, der sich in den stromabwärts gelegenen Reaktoren auf dem Katalysator abscheidet und schließlich zu einer Katalysatordeaktivierung führt. Tatsächlich ist von der Anmelderin festgestellt worden, daß die nach dem Prinzip der direkten Oxidation arbeitenden Anlagen mit einem bei 1093⁰C (2000°F) betriebenen Muffelofen mit einer sehr geringen Katalysatordeaktivierung betrieben werden können, selbst wenn das (überwiegend H₃S enthaltende) saure Gas einen Bruchteil eines Mols von Kohlenwasserstoffen mit 5 oder mehr Kohlenstoffatomen enthält.

Es können jedoch nicht alle Schwefelgewinnungsanlagen diese ¹¹ Direkt "-Methode (straight-through-method) anwenden, da die hierfür verwendeten Beschickungsgase einen H^S-Gehalt von mindestens 45 Mol-% aufweisen sollten. Zur Behandlung von Gasen, die weniger H₂S enthalten, müssen im allgemeinen Methoden mit aufgeteiltem Gasstrom (split-flow processes) angewandt werden, um eine stabile Brennerflamme und eine geeignete Ofentemperatur zu erreichen. Bei dem Prozeß mit aufgeteiltem Gasstrom wird das gesamte in den Ofen eingeführte H₉S zu SO₀ verbrannt, während der Rest des Gases um den Ofen herumgeführt und mit den aus dem Ofen austretenden Verbrennungsprodukten vermischt wird, wonach die erhaltene Mischung in an sich bekannter Weise über Bauxit oder einem ähnlichen Katalysator in freien Schwefel umgewandelt wird. Die direkte Methode ist auf Beschickungen mit

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niedrigem E^S-Gehalt nicht anwendbar, da lediglich ein Drittel des H₂S in dem Ofen in SO₂ überführt wird. Somit ist es wegen des Sauerstoffunterschusses und der niedrigen Temperatur normalerweise nicht möglich, die Verbrennung solcher Beschickungen in dem Ofen aufrechtzuerhalten.

Obwohl der Prozeß mit aufgeteiltem Gasstrom es ermöglicht, Beschickungsmaterialien mit niedrigem H₂S-Gehalt zu behandeln, vermag er nicht vollständig zu befriedigen. Einer der Hauptnächteile ergibt sich aus der Tatsache, daß die H₂S-Beschickungen von mit aufgeteiltem Gasstrom arbeitenden Anlagen praktisch ohne Ausnahme Kohlenwasserstoffe enthalten und obwohl die in dem Teil der Beschickung enthaltenen, der durch den Ofen geführt wird, zerstört werden, bewirken die zwei Drittel des um den Ofen herumgeführten Stromes, daß die Beschickung der katalytisch arbeitenden Reaktoren mit Kohlenwasserstoffen verunreinigt wird, die dazu neigen sich in Form von Kohlenstoff oder nichtflüchtigen kohlenstoffhaltigen Verbindungen auf dem Katalysator abzuscheiden und schließlich zu einer Deaktivierung des Katalysators führen. Der Katalysator muß, natürlich in Abhängigkeit von den in der Beschickung enthaltenen Kohlenwasserstoffen, in Zeitabschnitten von einigen Monaten bis zu einem Jahr entweder regeneriert oder ersetzt werden. Im allgemeinen erlangt der Katalysator bei der Regenerierung seine ursprüngliche Aktivität nicht zurück, obwohl diese während der ersten Behandlungen, nach denen der Katalysator dann ersetzt werden muß, wieder auf annehmbare Werte gebracht werden kann. Der Betrieb einer Schwefelanlage mit vermindertem Wirkungsgrad ist nicht nur aus wirtschaftlichen Gründen nicht zu vertreten, sondern wird auch durch die jüngsten Bestimmungen hinsichtlich der Reinhaltung der Umwelt eingeschränkt, die den Betrieb derartiger Anlagen bei Rückgewinnungen von 60% bis 85% verbieten.

Für Beschickungen mit außergewöhnlich niedrigen H₂S-Gehalten, zum Beispiel Strömen, die 20% H₀S oder weniger enthalten, ist vorgeschlagen worden, zur Stabilisierung der Flamme die Brenner-

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beschickung mit zusätzlichem Brennstoff zu versetzen. Dies ist jedoch für Direktoxidationsanlagen nicht möglich. Untersuchungsergebnisse haben gezeigt, daß die in der Beschickung einer Schwefelherstellungsanlage enthaltenen Kohlenwasserstoffe nicht vollständig verbrennen, wenn nicht entsprechende Temperaturen und Sauerstoffkonzentrationen angewandt werden. Zum Beispiel enthielt das bei einer Untersuchung, die bei 1037⁰C (1898⁰F) durchgeführt wurde, erhaltene gasförmige Verbrennungsprodukt etwa 0,14 Mol-% Methan, 0,001 Mol-% Äthan, 0,002 Mol-% Propan und 0,003 Mol-% Äthylen. Der für die vollständige Oxidation der Kohlenwasserstoffe erforderliche Sauerstoffgehalt ist mit dem Sauerstoffgehalt nicht verträglich, der für die Oxidation von Schwefelwasserstoff zu Schwefel notwendig ist. Zur vollständigen Verbrennung der Kohlenwasserstoffe müßte die Sauerstoff-(Luft)Beschickungsrate um einen Faktor von etwa 3 gesteigert werden, wobei der Schwefelwasserstoff im wesentlichen vollständig zu Schwefeldioxid verbrannt würde. Somit ist es im allgemeinen nicht möglich, in einem Direktoxidationsofen Schwefelwasserstoff unter Bildung von Schwefel zu verbrennen und gleichzeitig die .Kohlenwasserstoffe vollständig zu oxidieren. Mit anderen Worten besitzen die Schwefelherstellungsanlagen eine beschränkte Verträglichkeit für in den Beschickungsgasen enthaltene Kohlenwasserstoffe. Während geringe Kohlenwasserstoff konzentrat ionen toleriert werden können, ist es nicht möglich, zusätzliches Brenngas zu der Brennerbeschickung zuzusetzen, um die Flamme bei dem Direktoxidationsbetrieb zu stabilisieren, da die größere Menge der nicht-verbrannten Kohlenwasserstoffe eine Katalysatordeaktivierung zur Folge hätte.

Es hat sich nun gezeigt, daß Ströme mit niedrigem H^S-Gehalt, die normalerweise einem Prozeß mit aufgeteiltem Gasstrom zugeführt würden, im wesentlichen in gleicher Weise wie Beschickungen mit hohem H₉S-Gehalt nach der Direktoxidationsmethode (straight-through method) einem Muffelofen zugeführt werden können. Dies wird dadurch ermöglicht, daß durch Verbrennen zusätzlichen Brennstoffs, zum Beispiel Erdgas, Äthan, etc. in

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einer ersten Zone eine gute Flammenstabilität erreicht werden kann, wonach das saure Gas in einer zweiten Zone des Ofens verbrannt wird. Im allgemeinen ist es bevorzugt, die Luft und das saure Gas auf 204⁰C (400°P) oder dergleichen vorzuerhitzen. Zur Verbrennung des zusätzlichen Brennstoffs (Restgas) ist es notwendig, eine besondere Verbrennungszone vorzusehen, in der genügend Sauerstoff für die vollständige Verbrennung der Kohlenwasserstoffe vorhanden ist.

Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Gewinnung von freiem Schwefel aus einem Beschickungsstrom, der weniger als 45 Mol-% H₉S enthält und mit Kohlenwasserstoffen verunreinigt ist, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man einen Teil des Stroms mit einem Kohlenwasserstoffgas und Luft vermischt, wobei Luft in einer zur Umwandlung des Kohlenwasserstoffgases in CO2 und H₃O ausreichenden und ein H₂S/SO₂-Molverhältnis von nicht größer als 0,2 ergebenden und damit die Anwesenheit von SO₂ unterdrückenden Menge vorhanden ist, die erhaltene Mischung in dem vorderen Bereich einer Verbrennungszone verbrennt, die hierbei gebildeten, heißen Verbrennungsprodukte in den hinteren Bereich der Verbrennungszone führt, sie dort bei einer Temperatur von etwa 1093⁰C bis etwa 1538⁰C (2000°F bis 28OO°F) mit dem Rest des Beschickungsstroms vermischt, aus dem hinteren Bereich der Verbrennungszone einen Abstrom abzieht, der H₂S und SO₂ in einem Molverhältnis von etwa 2:1 enthält und im wesentlichen von Kohlenwasserstoffen frei ist, elementaren Schwefel von dem Abstrom abtrennt und anschließend in dem von Schwefel befreiten Abstrom enthaltenes H₉S und SO₀ in an sich bekannter Weise in Kontakt mit einem Katalysator zu Schwefel umsetzt.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird es möglich, H₂S-SO₂-Mischungen katalytisch in freien Schwefel umzuwandeln. Insbesondere wird es möglich, Gase zu behandeln, die relativ geringe Gehalte an Schwefelwasserstoff aufweisen und zum Beispiel 50 Mol-% H₂S oder weniger enthalten und die normalerweise nach dem sogenannten Prozeß mit aufgeteiltem Gasstrom (split-flow

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process) behandelt werden, da sich mit ihnen häufig Schwierigkeiten bei der Aufrechterhaltung einer stabilen Brennerflamme ergeben, wenn das gesamte Gas durch den Ofen geführt wird.

Erfindungsgemäß wird die Flammenstabilität dadurch erreicht, daß die Beschickungsgase vorerhitzt werden und in einer ersten Zone zusätzliches Brenngas verbrannt wird, wonach das saure Gas in einem zweiten Bereich des Ofens verbrannt wird. Hierzu können erfindungsgemäß zwei Bjrennertypen eingesetzt werden.

Weitere Ausführungsformen, Gegenstände und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, in der auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird.

Die Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht eines Muffelofens mit einem einzigen Brenner, der für ein Zweistufendirektverbrennungssystem einer Schwefelanlage angewandt wird.

Die Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht einer abgeänderten Ausführungsform mit einem Doppelbrennersystem, bei dem eine Luft-Kohlenwasserstoff-Mischung in dem ersten Brenner und das saure Gas in dem zweiten Brenner verbrannt werden.

Die Fig. 3 zeigt eine Querschnittsansicht des in der Fig. 2 wiedergegebenen Brenners 22.

Wie aus der Fig. 1 zu ersehen ist, werden der Muffelofen 2 sowie (nicht dargestellte) stromabwärts gelegene Vorrichtungsteile vorzugsweise dadurch aufgeheizt, daß man zunächst Luft und Brenngas über die Leitungen 6 bzw. 8 in den Brenner 4 einströmen läßt. Obwohl als Brennstoff irgendein Kohlenwasserstoff verwendet werden kann, ist es bevorzugt, einen Strom mit konstanter Zusammensetzung zu verwenden, zum Beispiel die Ströme, die als Rückstandsgas oder Verkaufsgase in GasVerarbeitungsbetrieben anfallen. Während der Inbetriebnahme der Einheit wird ein Inertgas, wie CO₂/ Stickstoff oder Dampf etc., über die Leitungen und 6 in das System eingeführt, um die Flammentemperatur zu

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mäßigen, so daß die Reaktoren schneller auf die Betriebstemperatur gebracht werden können, ohne daß eine Beschädigung der Wärmeauskleidung des Ofens erfolgt. Ein Vorgehen dieser Art ist in der US-PS 3 366 455 beschrieben. Wenn die stromabwärts gelegenen, katalytisch arbeitenden Reaktoren die geeignete Temperatur erreicht haben, wird die Zuführung des Inertgases über die Leitung 10 unterbrochen und mit der Zuführung des sauren Gases über die Leitungen 12 und 14 in das System begonnen. Das gesamte Rückstandsgas wird mit einem Teil des über die Leitung 12 in das System eintretenden sauren Gases vermischt und in dem vorderen Bereich A der Verbrennungszone verbrannt. Die Menge des über die Leitung 12 in den Brenner eintretenden und in den Bereich A geführten sauren Gases wird derart gesteuert, daß in dem Bereich A ein niedriges H₂S/SO₂-Verhältnis erreicht wird, so daß eine vollständige Verbrennung der Kohlenwasserstoffe erfolgt. Das restliche saure Gas wird in den Bereich B eingeführt. Es wird angenommen, daß die in diesem sauren Gas enthaltenen, aus dem Entschwefelungsturm (sweetening tower) stammenden Kohlenwasserstoffe und Monoäthanolamin, solange sie in mäßigen Mengen vorhanden sind, mit Wasser und SO-in dem Bereich B bei einer Temperatur von etwa 1093⁰C bis etwa 1204⁰C (2000°P bis 22OO°F) reagieren. Somit stellen sie keine gravierende Schädigung des Katalysators dar, wie es bei herkömmlichen Verfahren mit aufgeteiltem Gasstrom der Fall ist, bei denen dieser Strom direkt in den katalytisch betriebenen Reaktor'eingeführt wird. Das H₂S/SO₂-Verhältnis sollte in beiden Bereichen kontrolliert bzw. gesteuert werden. Der geeignete Bereich für das H₂S/SO₂-Verhältnis in dem Bereich A wird während des Betriebs der Anlage bestimmt und hängt von Veränderungen der Zusammensetzung des sauren Gases ab. Ein H₂S/SO₂-Molverhältnis von etwa 0,2 oder weniger ist hierfür erwünscht. Wenn jedoch das gesamte H₂S in SO₂ überführt würde, würde korrodierendes SOo gebildet werden, so daß eine ausreichende Menge restlichen H₂S vorhanden sein sollte, um eine

SOg-Bildung zu verhindern, wenn sich die Zusammensetzung des sauren Gases unerwartet ändern sollte.

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_ 9 —

Das über die Leitung 14 in den Bereich B eingeführte saure Gas kann durch eine einzige Düse oder über eine Gruppe von zwei bis vier Düsen zugeführt werden, die geeigneterweise über ein Verteilerrohr miteinander verbunden sind.

Der in der Fig. 2 dargestellte Muffelofen 20 ist mit zwei Brennern 25 und 22 ausgerüstet. Das über die Leitung 34 zugeführte Rückstandsgas wird in dem Brenner 25 mit Luft, die über die Leitung 30 zugeführt wird, vermischt und dann in der Verbrennungszone 32 verbrannt. Die Inbetriebnahme der Einheit erfolgt nach der hinsichtlich der Fig. 1 beschriebenen Weise, indem über die Leitung 28 zugeführtes Inertgas in der Leitung 30 mit Luft vermischt und dann in den Brenner 25 eingeführt wird. Wenn die gewünschte Temperatur erreicht ist, werden die Zuführung des Inertgases unterbrochen, mit der Einführung des sauren Gases über die Leitung 36 in den Brenner 22 -begonnen und Luft über die Leitung 39 in den Brenner 22 eingebracht. Der Brenner 22 ist so ausgelegt, daß die austretende Gas/Luft-Mischung' augenblicklich mit dem heißen Abgas der Kammer 32 vermischt wird. Obwohl dem Fachmann verschiedene Methoden geläufig sind, mit denen dieses Vermischen erreicht werden kann, ergibt sich ein geeignetes Verfahren aus der Fig. 2, gemäß der die in den Brenner 22 eingeführte Luft aus dem Ringspalt 40 austritt, während die überschüssige Luft enthaltenden Verbrennungsprodukte aus der Kammer 32 über den Ring 42 zuströmen. Wenn man in der in der Fig. 2 dargestellten Vorrichtung ein entschwefeltes Rückstandsgas (sweet residue gas) in dem Brener 25 verbrennt, besteht weder in der Brennkammer 32 noch in der Brennkammer 44 die Gefahr einer SO^-Bildung. Diese Möglichkeit wird durch die Doppelbrenneranordnung beseitigt, gemäß der das entschwefelte Gas unter Verwendung von überschüssiger Luft verbrannt und der dabei anfallende Abstrom mit dem Abstrom des das saure Gas verbrennenden Brenners 22 vermischt wird. Die heißen Verbrennungsprodukte der Zone 32 steigern die Temperatur in der Zone 44 in ausreichendem Maße, daß sich dort bei einem Direktbetrieb eine stabile Verbrennung ergibt. Mit der in der Fig. 2 dargestellten Vorrichtung kann

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über eine Kontrolle der Temperatur die dem Brenner 25 zugeführte Luftmenge ausgewählt werden, während das H₂S/SO₂~Verhältnis in dem austretenden Gas dazu benutzt werden kann, die gesamte Luftmenge für beide Brenner auszuwählen.

Bei der Verwendung jeder der in den Fig. 1 oder 2 wiedergegebenen Vorrichtungen kann das saure Gas durch indirekten Wärmeaustausch mit dem Abstrom des ersten Reaktors vorerhitzt werden, zum Beispiel typischerweise auf 204⁰C (400⁰F), wobei in dieser Weise die Menge des verbrannten entschwefelten Gases vermindert werden kann. Für das Vorerhitzen können auch andere Wärmequellen, wie Dampf, verwendet werden.

In der folgenden Tabelle sind Verfahrensfließraten und -temperaturen einer herkömmlichen Schwefelgewinnungsanlage, die für einen Durchsatz von 23,369 t/Tag (23 long-ton/day) ausgelegt ist, im Vergleich zu einer die erfindungsgemäßen Merkmale verwirklichenden Anlage wiedergegeben.

saures Gas Mol/Std.
H₂O

. Tabelle	erfindungsgemäß
Herkömmliche Anlage mit geteiltem Gasstrom . .	12,87**
12,2*	0,02
2,2	169,50
139,4	60,24
74,0	2,04
4,0	244,67
231,8	4435 (9778)
4084 (9003)

CH₄
Gesamt

* das der ursprünglichen Konstruktion zugrundeliegende saure Gas ** das derzeit während des Betriebes verwendete Beschickungsgas

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Fortsetzung Tabelle

Herkömmliche Anlage mit
geteiltem Gasstrom

erfindungsgemäß

In den Ofen eingeführtes entschwefelte s Gas (sweet gas) Mol/Std

N₂
CH₄

Gesamt

Gesamt, kg/Std. (lb/hr)

O (O)

0,22

14,65 0,73 0,12

15,72 122 (268)

Luftmenge zur Verbrennung des sauren Gases, Mol/Std.

H₂O	4,63	3,85
N₂	149,30	123,85
°2	. 39,69	32,82
Gesamt	193,62	. 160,52
Gesamt, kd/Std (lb/hr)	2511 (5536)	2091 (4609)
Luft zur Verbrennung des Brenngases
Gesamt, Mol/Std.	0	154,67
kg/Std. (lb/hr)	0	2014 (4441)

In die Schwefelgewinnun gs e inhe it eingeführte Gesamtbeschickung
(Luft + Gase), Mol/Std.

425,42 kg/Std (lb/hr) 6595 (14,539)

575,58 (19,096)

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2 -

Fortsetzung Tabelle

Herkömmliche Anlage mit
geteiltem Gasstrom

erfindungsgemäß.

In den Ofen eingeführte Gesamtbeschickung (Luft + Gase), Mol/Std

Adiabatische Flamme Mol/Std
kg/Std (lb/hr) ⁰C (⁰F)

Angenäherte theoretische Schwefelgewinnung

t/Tag (long-tons/day)

Prozentsatz des in der Beschickung enthaltenen Schwefels

286,34

274,31
(9137)
(2446)

23,78 (23,4)
92,2

575,58

(a,b)

569,28

8662 (19,096)

1093 (2000)

18,8 (18,5) 89,5

Bemerkungen

a) Wenn die in der Fig. 1 dargestellte Vorrichtung verwendet wird, wird das saure Gas wie folgt aufgeteilt:

Mol/Std kg/Std(lb/hr)

Zum Brenner

Unterhalb des Brenners

112,335 2218 (4889) 112,335 2218 (4889)

244,67 4435 (9778)

50 50

100

Die adiabatische Flamme aus dem Brenner (Bereich A) und aus dem Muffelofen (Bereich B) wird mit folgenden Mengen eingeführt und setzt sich wie folgt zusammen:

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2 A Λ 9 2 5 8

Fortsetzung Bemerkungen

Abstrom des In den Bereich B Abstrom des Bereiches A umgeleitetes Bereiches B . . saures. Gas

Durchsatz kg/Std (lb/hr)	6426 (14167)	2218 (4889)	8662 (19097)
Durchsatz, Mole/Std
H₂	0,60		0,60
H₂O	75,32	6,43	81,82
CO	2,67		3,69
^N2	242,69	0,01	243,41
co₂	98,59	84,75	183,34
H₂S	3,16	30,12	34,30
so₂	18,85		17,83
COS	0,48		0,48
CS₂	0,50		0,50
^S2	3,31		3,31
CH₄	0	1 ,02	0

Gesamt

446,17

122,335

569,28

Ungefähre Temperatur der adiabatischen Flamme ⁰C (⁰F)

1394 (2542)

43,3 (110)

1093 (2000)

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Fortsetzung Bemerkungen

b) Wenn man die in der Fig. 2 angegebene Vorrichtung verwendet,

wird die Betriebstemperatur des Brenners 25(zwischen etwa 1316°C und 1371⁰C (24OO°F bis 2500⁰F)) ausgewählt und die zugeführte Luft wie folgt aufgeteilt:

Temperatur ⁰C (⁰F)

1316 (2400)

1371 (2500)

Luftdurchsatz, Mol	154,67	154,67
Brenner 25	125,8	110,7
für die Verbrennung des Brenngases	280,47	265,37
für die Mäßigung der Temperatur	. 34,72	49,82
Gesamtmenge der in den Brenner 25 ein geführten Luft
Brenner 22

Gesamtmenge für
beide Brenner

315,19

Der Gesamtabstrom aus der Zone 32 ergibt sich wie folgt:

Temperatur ⁰C (⁰F) 1316 (2400)

Gesamt

300,89

1371 (2500)

Gesamtabstrom aus der Zone 32, Mol	39,28	38,92
H₂O	219,41	207,77
N₂	25,73	22,65
°2	16,47	16,47
C0„

285,81

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Obwohl die in der obigen Tabelle angegebenen Werte für die Anlage mit geteiltem Gasstrom, verglichen mit der erfindungsgemäßen Anlage, eine höhere tägliche Schwefelgewinnung ergeben, ist zu sagen, daß die H₂S-Menge in der Beschickung der ersteren Vorrichtung etwa um 14% höher lag. Obwohl die theoretische prozentuale Umwandlung des Schwefelwasserstoffs in freien Schwefel bei der Anlage mit geteiltem Gasstrom etwa 3% höher liegt, ist Wert darauf zu legen, daß das erfindungsgemäße Verfahren bei längeren Betriebszeiten in der Lage ist, eine höhere Durchschnittsumwandlung in freien Schwefel zu ermöglichen und weniger oft einen Austausch des Katalysators benötigt.

Es versteht sich jedoch, daß der Fachmann im Rahmen der Erfindung gewisse Abänderungen vornehmen kann. Zum Beispiel können die Betriebsbedingungen in Abhängigkeit von dem besonderen Beschickungsgas geändert werden. Bei Gasverarbeitungsanlagen sind die Verunreinigungen des sauren Gases derart, daß eine Temperatur in dem Bereich B der in der Fig. 1 dargestellten Vorrichtung oder der Verbrennungszone 44 der in der Fig. 2 dargestellten Vorrichtung von etwa 1O93°C bis 12O4°C (2000⁰F bis 220O⁰F) dazu ausreicht, die Verunreinigungen in dem sauren Gas zu verbrennen. Dieser Strom hält jedoch im Fall von Raffinerien und verschiedenen anderen chemischen Anlagen häufig nicht nur Kohlenwasserstoffe sondern auch andere Verunreinigungen, wie Ammoniak, Mercaptane, Disulfide und Cyanide, die für eine zufriedenstellende Verbrennung höhere Temperaturen, zum Beispiel Temperaturen von 1316°C bis 1538°C (24OO°F bis 280O⁰F) notwendig machen. Um die gewünschte Verbrennungstemperatur zu erreichen, wenn diese Gasströme behandelt werden, können die Mengen des verbrannten Rückstandsgases und die entsprechenden Luftmengen gesteigert werden.

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Claims

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Patentansprüche

Verfahren zur Gewinnung von freiem Schwefel aus einem Beschickungsstrom, der weniger als 45 Mol-% H₂S enthält und mit Kohlenwasserstoffen verunreinigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Teil des Stroms mit einem Kohlenwasserstoffgas und Luft vermischt, wobei Luft in einer zur Umwandlung des Kohlenwasserstoffgases in CO₂ und H₂O ausreichenden und ein H₂S/S0₂-Molverhältnis von nicht größer als 0,2 ergebenden und damit die Anwesenheit von SOw„unterdrückenden Menge vorhanden ist, die erhaltene Mischung in dem vorderen Bereich einer Verbrennungszone verbrennt, die hierbei gebildeten, heißen Verbrennungsprodukte in den hinteren Bereich der Verbrennungszone führt, sie dort bei einer Temperatur von etwa 1O93°C bis etwa 1538°C mit dem Rest des Beschickungsstroms vermischt, aus dem hinteren Bereich der Verbrennungszone einen Abstrom abzieht, der H₂S und SO₂ in einem Molverhältnis von etwa 2:1 enthält und im wesentlichen von Kohlenwasserstoffen frei ist, elementaren Schwefel von dem Abstrom abtrennt und anschließend in dem von Schwefel befreitem Abstrom H₂S und SO₂ in an sich bekannter Weise in Kontakt mit einem Katalysator zu Schwefel umsetzt.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft und der Anteil des Beschickungsstroms vor der Einführung in die Verbrennungszone auf eine Temperatur von etwa 149⁰C bis etwa 316°C vorerhitzt werden.

3. Verfahren zur Gewinnung von freiem Schwefel aus einem Beschickungsstrom, der eine H₂S-Menge enthält, die zur Aufrechterhaltung einer Verbrennung in einem Direktoxidationsprozeß nicht ausreicht, und der mit Kohlenwasserstoffen verunreinigt ist, dadurch gekenn-

naohträn teh

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zeichnet , daß man

1. den Beschxckungsstrom mit Luft vermischt,

2. gleichzeitig und getrennt einen gasförmigen Kohlenwasserstoff mit Luft in einer Menge.verbrennt, die im Überschuß über die Menge vorhanden ist, die zur Umwandlung des gasförmigen Kohlenwasserstoffs in CO₂ und Wasser erforderlich ist,

3. die Produkte der Stufen 1 und 2 in eine nicht-katalytisch betriebene Reaktionszone einführt, in der freier Schwefel bei einer Temperatur von etwa 1093⁰C bis etwa 1538⁰C gebildet wird,

4. einen Abstrom aus der Reaktionszone abzieht, der

H₂S und SO₂ in einem Molverhältnis von etwa 2:1 enthält,

5. den Schwefel aus diesem Abstrom abzieht und

6. anschließend in dem von Schwefel befreiten Abstrom enthaltenes H₂S und SO₂ in an sich bekannter Weise in Kontakt mit einem Katalysator zu Schwefel umsetzt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft und der genannte Strom vor der Durchführung der Stufe 1 auf eine Temperatur von etwa 149°C bis etwa 316⁰C vorerhitzt werden.

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