DE2451413A1

DE2451413A1 - Verfahren zur ueberfuehrung einer schwefelwasserstoffverbrennungsanlage in wartestellung und brenner zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE2451413A1
Application number: DE19742451413
Authority: DE
Inventors: Willem Groenendaal; Heinz-Gerhard August Kock; Philippus Loof
Original assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Current assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date: 1973-10-31
Filing date: 1974-10-29
Publication date: 1975-05-07
Also published as: CA1043541A; BE821641A; FR2249831A1; NL7314939A; JPS581041B2; FR2249831B1; JPS5074596A; AU7482174A; SE7413631L; GB1485016A; SE406758B

Description

SHELL INTERNATIONALE RESEARCH MAATSCHAPPIJ B.V. Den Haag, Niederlande

" Verfahren zur Überführung einer Schwefelwasserstoffverbrennungsanlage in Wartestellung'und Brenner zur Durchführung des Verfahrens "

Priorität: 31. Oktober 1973, Niederlande, Nr. 7314939

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überführung einer Schwef elwasserstof fverbrennungsanlage in Wartestellung durch Unterbrechung der Schwefelwasserstoffzuspeisung und Zuspeisen eines Brennstoffs, eines, sauerstoffhaltigen Gases und von Wasser zu der Anlage und Verbrennen des Brennstoffs mit dem sauerstofffhaltigen Gas. Weiter betrifft die Erfindung einen Brenner zur Durchführung des Verfahrens.

Die Gewinnung von elementarem Schwefel aus Schwefelwasserstoff enthaltenden Gasen mittels des Claus-Verfahrens ist allgemein bekannt und wird in der Praxis in verschiedenen Verfahren ange-

wendet. Bei einem dieser Verfahren wird die Claus-Reaktion in einer thermischen Reaktionszone (nachstehend als Claus-Reaktor . bezeichnet) in einer oder mehreren katalytischen Reaktionszonen durchgeführt und dabei der Schwefel nach jeder Zone durch Abkühlen des Gases und Kondensieren des erhaltenen Schwefeldampfes gewonnen. In einem Brenner wird Schwefelwasserstoff partiell zu Schwefelwasserstoff und Schwefeldioxid in praktisch stöchiome-

enthaltenden Gasen für die
trischen Mengen / Herstellung von elementarem Schwefel mittels der Claus-Reaktion in einem Claus-Reaktor verbrannt. Im Claus-Reaktor wird eine.erhebliche Menge an Schwefel dampf gebildet, die beim Verlassen des Claus-Reaktors abgekühlt wird, wodurch der Schwefeldampf zum größten Teil kondensiert und der Schwefel in flüssiger Form gewonnen wird. Die Gase werden anschließend wieder erhitzt und durch eine oder mehrere katalytische Reaktionszonen geleitet, in denen zusätzliche Schwefelmengen gebildet und durch Abkühlen und Kondensieren gewonnen werden.

Die für die Claus-Reaktion zur Verfügung stehende Schwefelwasserstoffmenge stammt in den meisten Fällen aus Entschwefelungsverfahren in einer. Raffinerie oder aus Erdgas und kann im Zeitablauf erheblich schwanken. Aus diesem Grund kann es erforderlich sein, die Verbrennung von Schwefelwasserstoff für eine bestimmte Zeitspanne zu unterbrechen und die Anlage in Wartestellung zu überführen, aus der sie kurzfristig wieder auf die Verbrennung von Schwefelwasserstoff umgestellt werden· kann. Erwünschtenfalls kann eine Anlage aus der Wartestellung durch Abkühlen vollständig stillgelegt werden, wenn zum Beispiel Reparaturen der Anlage werden müssen, was jedoch bei einer erwünschten

Wiederaufnahme der Schwefelwasserstoffverbrennung eine zeitraubende Aufheizspanne erforderlich macht- Eine vollständig äurch Abkühlen stillgelegte Anlage kann'deshalb nicht mehr als in Wartestellung befindlich angesehen werden.

Ziel der überführung der Anlage in die Wartestellung und der Aufrechterhaltung dieses Zustandes ist es hauptsächlich, einen Temperaturanstieg in der Anlage auf Werte zu verhindern, die zu einer Zerstörung des Materials, aus der die Anlage und insbesondere der Brenner bestehen, führen würde, während es andererseits erwünscht ist, eine solche Temperatur aufrechtzuerhalten, daß eine kurzfristige Umschaltung der Anlage auf die Schwefelwasserstoffverbrennung möglich ist» Ein weiteres Ziel der Überführung in die Wartestellung ist es, die Bildung von korrodierenden Materialien und insbesondere von Schwefeltrioxid zu verhindern.

Um die Anlage bei der Überführung in die Wartestellung auf der erwünschten Temperatur zu halten, wird im allgemeinen in der Anlage ein Brennstoff mit einem Sauerstoff enthaltenden Gas, insbesondere mit Luft, verbrannt. Da die durch diese Verbrennung verursachten Temperaturen höher als erwünscht sind, wurde versucht, eine größere als die zur vollständigen Verbrennung des Brennstoffes erforderliche Menge an sauerstoffhaltigem Gas zuzuspeisen, was zu einer Herabsetzung der Temperatur des bei der Verbrennung gebildeten Gases (nachstehend als Verbrennungsgas bezeichnet) führt. Dabei wird jedoch der SauerstoffÜberschuß vom

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Verbrennungsgas in die katalytischen Reaktionszonen mitgerissen, was dazu führt, daß gegebenenfalls in diesen Zonen vorliegender Schwefel sowie der in den Verbindungsleitungen und Kühlern zurückgebliebene Schwefel verbrannt wird. Außerdem wird bei der Schwefelverbrennung neben Schwefeldioxid auch eine gewisse Menge an Schwefeltrioxid gebildet. Schwefeltrioxid führt zurKorrosion der Anlage,und seine Bildung bei der Verbrennung eines Brennstoffes in der Anlage mit einen Überschuß an Sauerstoff enthaltendem Gas ist in hohem Maße unerwünscht.

Es wurde außerdem vorgeschlagen, anstelle eines Überschusses an Sauerstoff enthaltendem Gas ein "Inertgas als Verdünnungsmittel zur Herabsetzung der Temperatur des bei der Verbrennung des Brennstoffes gebildeten Verbrennungsgases zu verwenden. Zu diesem Zweck wird ein Inertgas mit dem Sauerstoff enthaltenden Gas vermischt und der Brennstoff mit diesem Gasgemisch verbrannt. Als Inertgas. wird zweckmäßigerweise Dampf verwendet, da er wenig kostspielig und ohne weiteres erhältlich ist. Beim Vermischen

j des Dampfes mit dem Sauerstoff enthaltenden Gas wird es als unerwünscht angesehen, daß der Dampf in den Zuspeisungsleitungen

ί kondensiert, was dazu führt, daß die reguläre Zuspeisung des mit einer vorbestimmten Dampfmenge vermischten Sauerstoff enthaltenden Gases behindert wird.

ι Die Erfindung stellt jetzt ein Verfahren zur Verfügung, das die unerwünschte Kondensation des Wassers verhindert.

Die Erfindung betrifft demgemäß ein Verfahren zur überführung

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einer Schwefelwasserstoffverbrennungsanlage in Wartestellung durch Unterbrechung der Schwefelwasserstoffzuspeisung und Zuspeisen eines Brennstoffs, eines öauerstoffhaltigen Gases und von Wasser zu der Anlage und Verbrennen des Brennstoffs mit dem sauerstoffhaltigen Öas, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das Wasser in die durch die Verbrennung des Brennstoffs mit dem sauerstoffhaltigen Gas gebildete Flamme eingedüst wird".

Das Wasser wird vorzugsweise als Dampf in die durch die Verbrennung des Brennstoffs gebildete Flamme eiiigsdüst, obwohl es auch möglich ist, das Wasser in flüssiger Form zuzuspeisen. Im letztgenannten Fall muß dafür Sorge getragen werden, daß das Wasser vorzugsweise in fein verteilter Form auf solche Weise in die Flamme eingedüst wird, daß die Temperatur des gesamten Verbrennungsgemisches so gleichmäßig wie möglich vermindert wird. Dies kann zum Beispiel mittels einer Düse erreicht werden. Das Wasser kann außerdem teilweise in flüssigem und teilweise in gasförmigem Zustand zugespeist werden. "

Als Sauerstoff enthaltendes Gas wird vorzugsweise Luft verwendet, obwohl mit Sauerstoff angereicherte oder mit Stickstoff oder Kohlendioxid verdünnte Luft ebenfalls zweckmäßigerweise verwendet werden kann.

Als Brennstoff wird vorzugsweise ein praktisch vollständig oder teilweise aus einem Kohlenwasserstoff bestehender gasförmiger oder flüssiger Brennstoff verwendet. Vorzugsweise werden Kohlenwasserstoffbrennstoffe verwendet, die bei der Verbrennung

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ohne Sauerstoffüberschuß nicht zur Rußbildung führen, nämlich Kohlenwasserstoffbrennstoffe mit einem Siedepunkt bei Atmosphärendruck von höchstens 35O°C. Beispiele von für diesen.Zweck geeigneten Kohlenwasserstoffbrennstoffen sind Erdgas, Propan, Butan, Schwerbenzin, Kerosin, Gasöl und Gemische von zwei oder mehreren der vorgenannten Materialien. Wasserstoff und/oder Kohlenmonoxid können ebenfalls Bestandteile des Brennstoffes sein. Manchmal in Raffinerien zur Verfügung stehendes Heißgas, das Wasserstoff und Kohlenwasserstoffe mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen enthält, ist als Brennstoff besonders geeignet.

Sauerstoff enthaltende Gas enthält vorzugsweise eine-- ^ Sauerstoffmenge, die höchstens zur vollständigen Verbrennung des Brennstoffes ausreicht, um die vorbeschriebene Bildung von Schwefeltrioxid zu verhindern,und insbesondere wird ein Sauerstoffgehalt von nur 90 bis 95% des für die vollständige Verbrennung des Brennstoffes erforderlichen Gehaltes verwendet.

Die in' die Flamme eingedüste Wassermenge kann erheblich schwanz Jeiund hängt natürlich von der bei der Verbrennung des Brennstoffes erzeugten Hitze ab. Im allgemeinen werden besonders zweckmäßigerweise Mengen von 1 bis 5 kg Wasser je kg Brennstoff zugedüst.

Bei der erfindungsgemäßen überführung der. Anlage in Wartestellung wird ein praktisch sauerstofffreies Gasgemisch in der Anlage erzeugt, das auch durch die katalytischen Reaktionszonen geleitet wird, wodurch gegebenenfalls in den Katalysatorbetten und im restlichen Teil der Anlage vorhandene Schwefelmengen verdampft

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und entfernt werden. Es muß dafür Sorge getragen werden, daß sich in diesen Katalysatorbetten keine zu hohen Temperaturen (z.B. keine Temperaturen oberhalb 35O°C) entwickeln, um irgendwelche Beschädigungen des Katalysators zu verhindern.

Es ist nicht erforderlich, vor der Zuspeisung des Brennstoffes zur Schwefelwasserstoffverbrennungsanlage die Schwefelwasserstoffzuspeisung zu unterbrechen. Gemäß einer besonders geeigneten Arbeitsweise werden Brennstoff, zusätzliche Luft und Wasser unter Fortsetzung der Schwefelwasserstoffzuspeisung zugesetzt, anschliessend wird die Schwefelwasserstoffzuspeisung unterbrochen und die Luftzuspeisung auf solche Wei&e eingeregelt, daß die erwünschte Sauerstoffmenge in Abhängigkeit von der zur Anlage zugespeisten j Brennstoffmenge erhalten wird. Erwünschtenf alls werden" die Brennstoff- und Wasserzuspeisung ebenfalls nach der Unterbrechung der Schwefelwasserstoffzuspeisung eingeregelt. !

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Wenn die Anlage in Wartestellung gehalten werden soll, kann die !

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Zuspeisung an Brennstoff, Sauerstoff enthaltendem Gas und Wasser auf die vorbeschriebene Weise weitergeführt werden,oder es können nach der vollständigen oder praktisch vollständigen Entfernung des gesamten Schwefels in der Anlage durch Verdampfen die Menge an zugespeistem Sauerstoff enthaltenden Gas erhöht und-die Wasserzuführung unterbrochen werden.

Wenn die in Wartestellung befindliche Anlage stillgelegt werden soll, ist es möglich, die Wasser- und Brennstoffzuspeisung zu unterbrechen und zur Beschleunigung der Abkühlung einen kleinen

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Luftstrom durch die Anlage zuleiten.

Die Erfindung betrifft außerdem einen Brenner zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, der eine Zuspeisungseinrichtunq, einen Luftschieber.und eine Verbrennungskammer enthält, wobei die Zuspeisungseinrichtung jeweils mit Einlassen versehene Zuspeisungsleitungen für Wasser oder Dampf, Schwefelwasserstoff und den Brennstoff aufweist.

Vorzugsweise ist die Zuspeisungseinrichtung so konstruiert, daß sie ein zentral angeordnetes Zuspeisungsrohr für Wasser oder Dampf

und ein konzentrisch darum herum angeordnetes Zuspeisungsrohr für den Brennstoff enthält, die beide durch das Zuspeisungsrohr für den Schwefelwasserstoff umschlossen sind. Das zentrale Zuspeisungsrohr für den Dampf oder das Wasser kann insbesondere bei Einspeisung des Wassers in flüssiger Form abbaubar sein und kann demgemäß beim normalen Betrieb des Brenners entfernt werden.

Bei einer insbesondere bevorzugten Ausführungsform des Brenners ist die Zuspeisungsleitung für den Brennstoff an einem Ende geschlossen und endet in einem konischen Zerstäuber, wobei der Brennstoff durch eine Vielzahl von» um dieses verschlossene Ende

-neten öffnungen

angeord/ in den Brenner eintritt, die nahe an dem vorbeschriebenen Zerstäuber angeordnet sind. Dabei handelt es sich um mindestens zwei, vorzugsweise jedoch 4 bis 12 gleichmäßig um den umfang des betreffenden Rohres herum angeordnete öffnungen. Das zentrale Zuleitungsrohr für den Dampf oder das Wasser führt

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durch das verschlossene vordere Ende der Brennstoff zuleitung und weist einen aus einer Vielzahl von in den konischen Zerstäuber mündenden Öffnungen bestehenden Auslaß für den Dampf oder das Wasser auf» Insbesondere bei Zuspeisung des Wassers in flüssiger Form zum Brenner wird dadurch eine feine Verteilung des Wassers in der Flamme sichergestellt. Andere geeignete Einrichtungen zur feinen Verteilung des flüssigen eingespeisten Wassers an dem in den Claus-Reaktor mündenden ,Ende der Wasser-Zuleitung sind eine Düse oder eine Streuplatte.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Zuspeisung seinrichtung auf solche Weise konstruiert, daß der konische Zerstäuber des Brennstoff-Zuleitungsrohres aus dem einen Ende des Schwefelwasserstoffzuleitungsrohres herausragt, wobei die Ausläßäfnungen für den Brennstoff in diesem Rohr so angeordnet sind, daß sie sich innerhalb des letztgenannten Zuleitungsrohres befinden. .

Die Erfindung wird jetzt anhand der Figuren und eines Beispiels näher erläutert.

Fig. 1 stellt einen teilweisen-Längsschnitt -- durch einen erfindungsgemäßen Brenner und durch einen Teil eines sich an diesen Brenner anschließenden C laus-Reaktors dar. In dieser Zeichnung wird der die Zulextungseinrichtung darstellende Teil nicht im Schnitt gezeigt?. * "

Fig. 2 zeigt einen vergrößerten Schnitt durch die Zulextungseinrichtung des Brenners.

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In beiden Figuren weisen gleiche Bezugszahlen gleiche Bedeutungen aif.

In Fig. 1 stellen die Bezugszahl 1 das Zuleitungsrohr für Schwefelwasserstoff mit einem Schwefelwasserstoffeinlaß, die Bezugszahi 2 das Brennstoff-Zuleitungsrohr mit einem Brennstoffeinlaß und die Bezugszahl 3 das Zuleitungsrohr für Wasser oder Dampf'mit einem Einlaß für Wasser oder Dampf dar. Luft wird über Leitung 4 zugespeist und mittels des Ituftschiebers 5 in die Verbrennungskammer eingeblasen. Das Verbrennungsgas strömt aus der Verbrennungskammer 6 zu einem Claus-Reaktor 7, in dem während des normalen Betriebs Schwefel gebildet wird.

Sowohl .die Verbrennungskammer als auch der Claus-Reaktor weisen Auskleidungen aus den Schichten 11 und 12 aus feuerfesten Materialien auf.

In Fig. 2 ist die Zuspeisungseinrichtung detaillierter gezeigt. Das die Zuleitung für Wasser oderDampf 3 konzentrisch umschliessende Brennstoffzuleitungsröhr 2 ist an einem Ende geschlossen -und endet in einem konischen Zerstäuber 1O. Der Brennstoff wird in den Brenner eingespeist, wenn es erwünscht ist, die Anlage in Wartestellung zu überführen und strömt durch eine Vielzahl von .öffnungen 9, von denen zwei in Fig. 2 im Schnitt gezeigt sind, aus dem Zuleitungsrohr aus. Der Brennstoff wird mit Luft und Dampf bzw. Wasser vermischt und in der Verbrennungskammer 6 verbrannt. Bei der gezeigten Ausführungsform sind die Öffnungen 9 innerhalb des Schwefelwasserstoffzuspeisungsrohres 1 nahe am Zerstäuber IO angeordnet. Das in dampfförmiga" und/oder flüssiger

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Form in den Brenner eingespeiste Wasser strömt durch die Öffnungen 8 aus dem zentralen Zuspeisungsrohr 3 aus, die in dem konischen Zerstäuber münden.

Beispiel ■ _r ■

In einer Anlage zur partiellen Verbrennung von Schwefelwasserstoff und zur Herstellung von.Schwefel wird n-Propan ohne Schwefelwasserstoff zuspeisung mit einer 35% des für die vollständige Verbrennung in einem Brenner gemäß Fig. 1 mit einer Zuspeisungseinrichtung gemäß Fig. 2 erforderlichen Sauerstoffs enthältenden Luftmenge verbrannt.

Verschiedene Mengen an Wasser in flüssiger Form und als Dampf werden in - die Flamme eingedüst und die Flammentemperatureh gemessen-. Die dabei gemessenen Flammentemperaturen sind in der Tabelle in Abhängigkeit ' von den Gewicht s Verhältnis sei an eingedüstera flüssigem Wasser, Dampf bzw. Propan aufgeführt.

Gewicht sverhältnis
flüssiges Wasser
zu Propan

0
1
2

3 '

Tabelle

Gewichtsverhältnis von Dampf zu Propan

0 1 2 3

Flammentemperatur

1800 1560 . 1340 1150 1800 1660 1520 . 1410

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Claims

Patentansprüche

Verfahren zur überführung einer Schwefelwasserstoffverbrennungsanlage in Wartestellung durch unterbrechung der Schwefelwasserstoffzuspeisung und Zuspeisen eines Brennstoffes, eines sauerstoffhaltigen Gases und von Wasser zu der Anlage und Verbrennen des Brennstoffes mit dem sauerstoffhaltigen Gas, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser in die durch die Verbrennung des Brennstoffes mit dem sauerstoffhaltigen Gas gebildete Flamme eingedüst wird.
2.. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser als Dampf in die Flamme eingedüst wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als sauerstoffhaltiges Gas Luft verwendet wird.
4.. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Brennstoff ein gasförmiger oder flüssiger Kohlenwasserstoff brennstoff verwendet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Brennstoff mit einem Siedepunkt bei Atmosphärendruck von höchstens 35O°C verwendet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein sauerstoffhaltiges Gas mit einem Sauerstoffgehalt verwendet wird, der höchstens zur vollständigen Verbrennung

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des Brennstoffes ausreicht.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein sauerstoffhaltiges Gas mit einem Sauerstoffgehalt verwendet wird, der 90 bis 95% des für die vollständige Verbrennung des Brennstoffes erforderlichen Sauerstoffgehalts entspricht.

8. Verfahren nach Anspruch, 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß 1 bis 5 kg Wasser je kg Brennstoff in die Flamme eingedüst werden.

9.- Brenner zur Durchführung des Verfahrens- nach Anspruch 1 bis 8, enthaltend eine Zuspeisungseinrichtung, einen Luftschieber und eine Verbrennungskammer, wobei die Zuspeisungseinrichtung jeweils mit Einlassen versehene Zuspeisungsleitungen für Wasser oder Dampf, Schwefelwasserstoff und den Brennstoff aufweist.

10. Brenner nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet/ daß die Zuspeisungseinrichtung ein zentrales Zuspeisungsrohr für Wasser oder Dampf, ein konzentrisch um das zentrale Rohr herum angeordnetes Zuspeisungsrohr für den Brennstoff und ein die beiden vorgenannten Züspeisungsrohre umschließendes Zuspeisungsrohr für den Schwefelwasserstoff aufweist.

ili Brenner nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennstoff-Zuspeisungsrohr an einem Ende verschlossen

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ist und in einen konischen Zerstäuber endet und daß das Brenn-

stoff-Zuspeisungsrohr einen aus einer Vielzahl von um dieses . Ende herum und nahe am vorgenannten Zerstäuber angeordneten öffnungen bestehenden Auslaß für den Brennstoff aufweist.

12. Brenner nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das zentrale Zuspeisungsrohr für den Dampf oder das Wasser durch das geschlossene vordere Ende des Brennstoff-Zuspeisungsrohres hindurchführt und einen Auslaß für Dampf oder Wasser in Form einer Vielzahl von in den konischer Zerstäuber mündenden öffnungen aufweist.

13. Brenner nach Anspruch 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß. der konische Zerstäuber des Brennstoffzuleitungsrohres aus dem einen Ende des Schwefelwasserstoff-Zuleitungsrohres herausragt und daß die Auslässe für den Brennstoff innerhalb des Schwefelwasserstoff-Zuleitungsrohres angeordnet sind.

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