DE2620700A1 - Verfahren zur herstellung von schwefel aus gemischen von schwefelwasserstoff und fixierten stickstoffverbindungen nach dem claus-prozess und thermischer reaktor zur durchfuehrung dieses verfahrens - Google Patents

Verfahren zur herstellung von schwefel aus gemischen von schwefelwasserstoff und fixierten stickstoffverbindungen nach dem claus-prozess und thermischer reaktor zur durchfuehrung dieses verfahrens

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DE2620700A1 DE19762620700 DE2620700A DE2620700A1 DE 2620700 A1 DE2620700 A1 DE 2620700A1 DE 19762620700 DE19762620700 DE 19762620700 DE 2620700 A DE2620700 A DE 2620700A DE 2620700 A1 DE2620700 A1 DE 2620700A1
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
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Description

H. KINKELDEY
CJl IMG
W. STOCKMAlR
CA-INa- JUEICALTECH
K. SCHUMANN P. H. JAKOB
OPU-ING
G. BEZOLD
8 MÜNCHEN 22
MAXIMILIANSTRASSEL 43
11. Mai 1976
380 - 60/co
THE RALPH M. PARSONS COMPANY,
100 West Walnut Street,
Pasadena, California 91124, V.St.A.
Verfahren zur Herstellung von Schwefel aus Gemischen von Schwefelwasserstoff und fixierten
Stickstoffverbindungen nach dem Claus-Prozeß
und thermischer Reaktor zur Durchführung dieses
Verfahrens
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung bzw. Gewinnung von Schwefel aus Gemischen von Schwefelwasserstoff und fixierten Stickstoffverbindungen nach dem Claus-Prozeß und eine Vorrichtung, insbesondere einen thermischen Reaktor, zur Durchführung dieses Verfahrens; die Erfindung bezieht sich insbesondere auf die Ausschaltung von Problemen, die bei der Einführung von Schwefelwasserstoffgasströmen, die fixierte Stickstoffverbindungen, d. h. KH7 und HCiT, enthalten, in den modifizierten Claus-Prozeß für die Schwefelherstellung bzw. Schwefelgewinnung auftreten.
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TELfIFCN (OBO) 22:862
TELEX 0B-2O380
TE.I.EKOr'IL-PIET<
In der Pig. 1 der beiliegenden Zeichnungen ist eine typische Claus-Schwefelgewinnungs&tilage dargestellt, die eine thermische Resktionsstufe aufweist, in der der"Schwefelwasserstoff zuerst au Schwefeldioxid und Wasser oxidiert wird und in der ein Teil des gebildeten Schwefeldioxids mit dem nicht-umgewandelten Schwefelwasserstoff kombiniert wird unter Bildung von Schwefel und Wasser. Da beide Reaktionen exotherm sind, erlauben sie die Erzeugung von Wasserdampf für Verfahrenszwecke. Bis au 60 % des gebildeten Schwefels befinden sich in der thermischen Reaktionsstufe. Daran schließen sich zwei oder mehr katalytisch^ Claus-Umwandlungsstufen an, in denen 1 Hol Schwefeldioxid mit 2 Mol Schwefelwasserstoff kombiniert werden unter Bildung von zusätzlichem Schwefel. Die Reaktionswärme der exothermen Reaktion wird zwischen Jeder Stufe abgeführt, um den verwendeten Katalysator su schonen (zu schützen). Eventueller Restschwefel, der sich der Rückgewinnung entzieht, wird verbrannt und in die Atmosphäre abgelassen oder der Abfallstrom (Rückstandsstrom) wird für die Schwefelrückgewinnung weiter-^verarbeitet, beispielsweise nach dem in der US-Patentschrift 3 752 877 beschriebenen Verfahren.
Der als Ausgangsmaterial in diesem Verfsiren verwendete Schwefelwasserstoff kann aus vielen Quellen stammen. Beispiele für einige davon sind die Verarbeitung oder Raffinierung von Rohölen, Teersanden., Bitumen und Schieferöl sowie die Umwandlung' von Kohle in Gase oder Flüssigkeiten. Der Schwefelwasserstoff wird im allgemeinen durch Hydrierung von Schwefelverbindungen in dem Ausgangsmaterial erzeugt. Gleichzeitig können Ammoniak (HH,) und Cyanwasserstoff (HCiT) vorhanden sein und sie werden häufig aus vorhandenen oder eingeführten Stickstoffverbindungen gebildet. Ammoniak und HCN sind in Wasser gut löslich, wobei das Ammoniak den Schwefelwasserstoff besser löslich macht. Wenn das die extrahierten Komponenten enthaltende Wasser mit Wasserdampf
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gestrippt (abgestreift) wird, enthalten die abgetrennten Gase HpS, Mi-?, HCN und Wasserdampf sowie Kohlendioxid. Die von den*Absorptionslösungen abgetrennten Gasströme können 10 bis 30 Mol % oder mehr fixierte Stickstoffverbindungen, berechnet als Ammoniak, enthalten.
Es ist bekannt, daß die vorstehend beschriebenen Claus-Anlagen in zufriedenstellender Weise mit einem Beschickungsgas betrieben werden können, das bis zu etwa 0,5 Vol.% oder möglicherweise bis zu T Vol.% NH3 enthält. Bei höheren KH7-Konzentrationen treten jedoch beitnßetrieb der Claus-Anlage ernsthafte Schwierigkeiten auf. Diese Schwierigkeiten sind auf die Bildung von festen Stickstoff-Schwefel-Salzen, wie Ammoniumsulfat und Ammoniumhydrogensulfat, zurückzuführen und sie äußern sich dadurch, daß die Katalysatorbetten, die Schwefelkondensatoren und die Abflußrohre, die den Schwefel aus den Kondensatoren abführen, verstopft werden.
Der Cyanwasserstoff kann unter dem gleichen Gesichtspunkt wie BH, betrachtet werden, da er in dem Reaktionsofen der Schwefelgewinnungsanlage leicht in HEU umgewandelt wird, z. B. nach der Gleichung:
HCU + H2O > EH3 + CO (1)
Ammoniak ist unter den normalen Betriebsbedingungen einer modifizierten Claus-Schv/efelgewirmungs anlage, wie sie beispielsweise in der Fig. 1 dargestellt ist, verhältnismäßig stabil. Die Temperatur in der thermischen Eeaktionszone liegt in der Segel innerhalb des Bereiches von 1038 bis 12600C (1900 bis 230O0F), bei der die thermische Zersetzungsgeschwindigkeit von EEy. nach der Reaktion:
2 NH3 > N2 + 3 H2 (2)
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verhältnismäßig niedrig ist. Deshalb passiert ein größerer Teil des KL bei den üblichen Betriebstemperaturen die thermische Reaktionszone unverändert. In der""katalytischen TJmwandlungszone der Claus-Anlage liegen die Temperaturen in der Regel unterhalb etwa 399°C (75O0F) und der Katalysator ist nicht in der Lage, die Reaktion (2) zu fördern. Da die vollständige und absolute Vermeidung der Schwefeltrioxidbildung nach Reaktionen, wie z. B.:
3 SO2 > S + 2 SO5 (3)
großtechnisch nicht praktikabel ist, reagiert das nicht-zersetzte KEL beispielsweise nach der nachfolgend angegebenen Gleichung (4-) unter Bildung von festen Stickstoff-Schwefel-Salzen in den Zonen mit niedrigerer Temperatur:
5 + SOj + H2O —-
Man hat die Erfahrung gemacht, daß in konventionellen Claus-Anlagen, wie in der Fig. 1 dargestellt, nicht mehr als etwa 0,5 Mol % NH7 in dem Beschickungsgas vorhanden sein dürfen« Bei einer konventionellen Anlage treten innerhalb weniger Tage schwerwiegende Yerstopfungsprobleme als Folge der Bildung von festen Stickstoff-Schwefel-Salzen auf, wenn sie mit einem Beschickungsgas betrieben wird, das beispielsweise 5 % Ammoniak als solches oder in Form von Cyanwasserstoff enthält.
Bessere Ergebnisse werden erzielt, wenn man das HpS-Beschikkungsgas in zwei Ströme aufteilt, in einen an HH* reichen Strom und in einen von HH- praktisch freien Strom, und die thermische Reaktionsstufe in einem zylindrischen Ofen mit zwei im Abstand voneinander angeordneten Beschickungseinlässen unterteilt. Die an Ammoniak reiche Beschickung mit deni gesamten erforderlichen Sauerstoff, wie z. B. Luft, wird
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2 H2S + 2 °2 \ p 2 SO 2+2 H2O
2 so2 + 3 0 So3
2 NH7 + Γ °2 V N2 +
? 3 H2O
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durch den ersten Beschickungseinlaß eingeführt, wobei durch Reaktionen, wie z. B. die folgenden, eine hohe Resktionstemperatur aufrechterhalten wird:
(5) (6) 2 2 2 (7)
und für die Reaktion
2 H2S + O2 > 2 H2O + 2S (8)
Bei dieser Anordnung steigen die Reaktionsflammenteinperaturen proportional zur Menge der in die erste Beschickungszone eingeführten Mischung aus Schwefelwasserstoff und fixierter Stickstoffverbindung. Wenn die gesamte, die fixierten Stickstoffverbindungen enthaltende Mischung zusammen mit etwas Schwefelwasserstoff, der praktisch frei von fixierten Stickstoffverbindungen ist, eingeführt wird, steigen die Temperaturen in dem Maße, wie das stöchiometrische "Verhältnis des Sauerstoffs für die Umwandlung praktisch des gesamten Schwefelwasserstoffs in Schwefeldioxid erreicht wird. Bei diesem Punkt erreicht die Flamtnentemperatur den Wert von etwa 1705oC (3i00oF). Obgleich die Temperatur für die Ammoniakzersetzung ausreichend hoch ist, nähert sie sich dem Punkte, an dem die feuerfeste Schamotteauskleidung versagt.
Unabhängig von der in der zu dom ersten Beschickungscinlaß benachbarten Flammenzone herrschenden Temperatur wird der Rest der Beschickung durch den zweiten Beschickungseinlaß in den Ofen eingeführt unter Erzeu.gung einer zweiten Reaktionszone, in der die Reaktionsprodukte aus der ersten
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Beschickung mit der zweiten Beschickung gemischt werden,, wodurch z. B. die folgenden Reaktionen gefördert werden:
3 H2S + SO2 » 2S + 2 H2O (9)
3 H2S + SO7 » 4S + 3 H2O (10)
Die Temperattir wird bei gleichseitiger Verringerung der Schwefeltrioxidbildiing herabgesetzt.
Eine großtechnische Anlage, die auf die vorstehend beschriebene Weise betrieben wird, hat sich in der Praxis jedoch nur als mäßig erfolgreich erwiesen. Zu Beginn wurden etwa 96,5 % des eingeführten Schwefels in Form von verkäuflichem elementarem Schwefel gewonnen. Jedoch nach dreimonatigem Betrieb trat eine Verstopfung des letzten katalytischen Konverters und des Schwefelkondensafcors auf. Innerhalb von einem Jahr verringerte sich die Schwefelgewinnung auf etwa 94-, 5 %· Die Schwefelverluste in dem Rückstandsgas stiegen, wenn es nicht behandelt wurde, bezogen auf SO2, von 3,5 % auf 5,5 % und somit um etwa 57 % gegenüber der Anfangsrate der Schwefel-Verluste. Es traten ständig Verstopfungen der Kondensatoren und der Abflußrohre auf.
Ziel der Erfindung ist es, den vorstehend beschriebenen Claus-Prozeß zur Herstellung bzw. Gewinnung von Schwefel so zu verbessern, daß er kontinuierlich mit einer Beschickung aus einem Gemisch von Schwefelwasserstoff und fixierten Stickstoffverbindungen durchgeführt werden kann, ohne daß die vorstehend geschilderten Nachteile auftreten. Gegenstand der Erfindung ist ein verbessertes Verfahren zur Herstellung bzw. Gewinnung von Schwefel aus einer Beschickung aus eineni Gemisch von Schwefelwasserstoff 'und fixierten Stickstoffverbindungen nach dem Claus-Prozeß, das besteht aus einer
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thermischen Reaktionsstufe und einer katalytischen Claus-Um~ wandlungsstufe, "bei dem in der thermischen Reaktionsstufe ein Teil der gesamten Schwefelwasserstoffbeschickung in Gegenwart von Sauerstoff oxidiert wird unter Bildung von Schwefeldioxid in einer Menge, die ausreicht für die Umsetzung mit dem Rest der Schwefelwasserstoff "beschickung vxiter Bildung von Schwefel, wobei ein Teil des Schwefels in der thermischen Reaktionsstufe gebildet wird und der Rest in der katalytischen Claus-Umwandlungsstufe gebildet wird, das dadurch gekennzeichnet ist, daß es kontinuierlich ohne Bildung von festen Stickstoff-Schwefel-Salzen mit einem Be-schickungsgasstroci durchgeführt wird, der beträchtliche Mengen an fixierten Stickstoffverbindungen aus der Gruppe Ammoniak, Cyanwasserstoff und Mischungen davon enthält, indem man
(a) in einer ersten thermischen Reaktionszone der thermischen Reaktionsstufe, die mindestens zwei hintereinander angeordnete thermische Reaktionszonen aufweist, praktisch die Gesamtmenge einer ersten Schwefelwasserstoffsulfid-Beschickung, die beträchtliche Mengen an fixierten Stickstoffverbindungen enthält, eine Sauerstoffquel'le und einen Teil einer zweiten Schwefelwasserstoff-Beschickung, die praktisch frei von fixierten Stickstoffverbindungen ist, miteinander kombiniert, xifobei die Menge des in die erste thermische Reaktionszone eingeführten Sauerstoffs nicht ausreicht, um den gesamten, in die erste thermische Reaktionszone eingeführten Schwefelwasserstoff in Schwefeldioxid umzuwandeln, und wobei die Menge der zweiten Schwefelwasserstoff-Beschickung ausreicht, um die erste thermische Reaktionszone bei einer Temperatur von etwa 1371 bis etwa 16490C (25OÖ bis 300O0I1) zu halten, unter Bildung eines Reaktionsstrome3, der praktisch frei von fixierten Stickstoffverbindungen ist und nicht-umgewandelten Schwefelwasserstoff und
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gebildetes Schwefeldioxid, Stickstoff und Wasser enthält , und
den Reaktionsstrom aus der ersten thermischen Reaktionszone mit mindestens einem Teil des Restes der zweiten Schwefelwasserstoff-Beschickung in einer zweiten thermischen Reaktionsζone der thermischen Reaktionsstufe kombiniert, die bei einer Temperatur unterhalb der ersten thermischen Umwandrungszene gehalten wird, unter Bildung von Schwefel und eines zweiten Reaktionsstromes, der Schwefelwasserstoff und Schwefeldioxid enthält, und der in die kstalytische Claus-Unwandlungsstufe eingeführt wird.
Die Erfindung basiert auf der Anwendung einer thermischen Reaktionsstufe, die zwei hintereinander angeordnete getrennte thermische Reaktionszonen aufweist. In die erste thermische Reaktionszone, in der eine Oxidation auftritt, werden die gesamte erste Schwefelwasserstoff-Beschickung, die beträchtliche Mengen an fixierten Stickstoffverbindungen enthält, ein Teil einer zweiten Schwefelwasserstoff-Beschickung, die praktisch frei von fixierten Stickstoffverbindungen ist, und eine Sauerstoffquelle, normalerweise Luft, eingeführt. Es ist wichtig, daß die Gesamtmenge des zugeführten Sauerstoffs geringer ist als diejenige, die erforderlich ist, uai den gesamten Schwefelwasserstoff in Schwefeldioxid umzuvrandeln, und daß die Ges&ratbeSchickung so eingestellt wird, g&B eine Temperatur zwischen, etwa 137^ unä etwa 164-90C (2500 bis 30000F) aufrechterhalten wird. Je nach Zusammensetzung der ersten Schwefelwasserstoff-Beschickung werden etwa 33 bis etwa 66 %t vorzugsweise etwa 33 bis etwa 50 % der Gesar/l-inenge des in die thermische Reaktionsstufe eingeführten Schwefelwasserstoffs in die erste thermische Reaktionszone eingeführt.
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Die Reaktionsprodukte der ersten thermischen Reaktionszeit werden mit dem Rest des zweiten Schwefelwasserstoff-Bescliik-kungsgasstromes in der zweiten thermischen Reaktionsζone, die "bei einer tieferen Temperatur als die erste thermische Reaktionszöne betrieben wird, kombiniert, in der der Schwefelwasserstoff und das Schwefeldioxid miteinander reagieren unter Bildung von Schwefel.
Der Betrieb der ersten thermischen Umwandlurigszone mit einem Sauerstoffdefizit hat sich als vorteilhaft erwiesen zur Verhinderung der Bildung von verstopfenden festen Stickstoff— Schwefel-Salzen als Folge der praktisch vollständigen Umwandlung der fixierten Stickstoffverbindungen in inerten Stickstoff, während in der zweiten Zone, die in Kombination mit der ersten Zone betrieben wird, die Bildung von Schwefeltrioxid wesentlich verringert oder die thermische Uciwcaiö-lung des gebildeten Schwefeltrioxids in Schwefeldioxid gefördert wird. Der Abstrom aus der zweiten thermischen Zone kann nach der Entfernung des Schwefels in eine katalytisch^ Claus-Umwandlungszone eingeführt werden, ohne daß die Gefahr einer Verstopfung durch Bildung von festen Stickstoff-Schwefel-Salzen besteht. Die Schwefeltrioxidbildung wird auf Werte verringert, bei denen konstante Gesamtumwandlungswirkungsgrade von 97»0 % erzielt werden können.
Gegenstand der Erfindung ist ferner ein verbesserter- thermischer Reaktor zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens. Der einen weiteren Gegenstand der Erfindxxng bildende verbesserte thermische Reaktor besteht aus zwei hintereinander angeordneten thermischen Reaktionszonen, wobei die erste Zone der Umsetzung des Schwefelwasserstoffs mit Sauerstoff dient, während die zweite Zone der Umsetzung des gebildeten Schwefeldioxids mit der zweiten Schwefelwasserstoff -Beschickung dient. Die beiden Reaktionszonen sind durch ein Paar im Abstand voneinander angeordneten, rait
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Öffnungen versehenen Wänden voneinander getrennt, Yfobei die Öffnungen in den Wänden durch eine Gasdurchflußleitung miteinander verbunden sind, welche die erste thermische Seaktionszone mit der zweiten thermischen Reaktionszone verbindet. Außerdem ist eine Einrichtung zur Einführung der zweiten Schwefelwasserstoff-Beschickung in die Leitung zur Erzielung einer innigen turbulenten Durchmischung mit des Ee aV-'Lions· produktgasstrom aus der ersten thermischen Eeaktionsζone vorgesehen, die in die zweite thermische Reaktionszone iaün~ det» Die Geschwindigkeiten innerhalb der Gasdurchflt^ßleibung betragen vorzugsweise mindestens etwa 9 m (30 feet) pro Sekunde und die Querschnittsflache der Gasdurchflußleitung (Gasdurchströmungsleitung) wird so dimensioniert, daß in Abhängigkeit von der Beschickungsgeschwindigkeit der Anlage diese Geschwindigkeit erzielt wird. Bei diesem Aufbau dient eine der Wände, welche clie Trennung darstellen und welche dem Innenraum des ersten thermischen. Reaktors zugewandt ist, der Wärmerückstrahlung in die erste thermische Reaktioiiszone, um in der ersten thermischen Reaktionszone hohe Reaktionstemperaturen aufrechtzuerhalten imd gleichzeitig die Wärmeverluste an die zweite thermische Reaktionszone und den Abwärmeboiler zu verringern.
Eine bevorzugte Einrichtung zur Einführung des zv.reiten Schwefelwasserstoffstromes in den erfindungsgemäßen verbesserten thermischen Reaktor besteht aus einer Vielzahl von Öffnungen in der Leitung,· die von einem Verteilerrohr umgeben ist, das aus der Außenwand des thermischen Reaktors gebildet sein kann, dem der zweite Schwefelwasserstoffström zugeführt wird. Der Schwefelwasserstoff tritt durch die Vielzahl von Öffnungen ein unter Erzielung einer innigen Durchmischung mit dem in der Leitung fließenden Gasstrom εus dei* ex'sten thermischen Reaktionssone in die zweite thermische Reaktionszone. Vorzugsweise ist der Aufbau des Reaktors auch so, daß der in die erste thermische Reaktionszone
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eingeführte Beschickungsgasstrom aus einer Mischling von Schwefelwasserstoff und Sauerstoff besteht, die außerhalb des Reaktors hergestellt wird und tangential durch eine Wandoberfläche des Reaktors in einer Ebene etwa senkrecht zur Achse des Eeaktors in den Reaktor eintritt. Die Beschik kungsgeschwindigkeit (Zuführungsgeschwindigkeit) sollte min destens 15 ra (50 feet) pro Sekunde, vorztigsweise 30 m (100 feet) pro Sekunde, betragen, um sicherzustellen, daß keine lokalen Sauerstoffkonzentrationen auftreten, welche die Bil dung von Schwefeltrioxid begünstigen.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die bei liegenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der Durchführung des fizierten Claus-Prozesses zur Gewinnung von Schwefel;
Fig. 2 die bevorzugten Betriebsbedingungen der ersten thermischen Umwanälungszone für eine Beschickung aus äquimolaren Mengen Ammoniak, Schwefelwasserstoff und Wasser;
Fig. 3 einen typischen Schwefeltrioxidabstrom als Funktion der Schwefelwasserstoffgasstrom-Gesamtbeschickung, wobei ein Teil der Beschickung fixierte Stickstoffverbindungen (fixed nitrogen compounds) enthält;
Fig. 4 eine in konventioneller Weise aufgeteilte Beschickung für einen thermischen Reaktor;
Fig. 5 eine bevorzugte Ausführungsform des zur Durchführiuic·; des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendbaren thermischen Reaktors; und
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Fig. 6 eine andere Ausführungsform des zur Durchführung dec erfindungsgemäßen Verfahrens verwendbaren thermischen Reaktors.
Erfindungsgemäß wird das Claus-Verfahren zur Herstellung bzw. Gewinnung von Schwefel in der Weise verbessert, daß es unter Verwendung einer Schwefelwasserstoff-Beschickung, die beträchtliche Mengen an fixierten Stickstoffverbindungen enthält, kontinuierlich durchgeführt werden kann. Bei den Schwefelwasserstoff-Beschickungsgasen, die beträchtliche Mengen an fixierten Stickstoffverbindungen enthalten, die nach d.em erfindungsgemäßen Verfahren behandelt (verarbeitet) werden können, handelt es sich um solche, die fixierte Stickstoffverbindungen, d. h. Ammoniak, Cyanwasserstoff oder Mischungen davon, in Konzentrationen enthalten, die für die Verwendung in einer konventionellen Claus-Anlage zu groß sind. In der Regel enthalten diese Gasströme etwa 1, vqtzugsweise etwa 5 his etwa 50 Mol % fixierte StickstoffVerbindungen. In der weiter unten folgenden Diskussion, die sich auf die Fig. 2 und 3 bezieht, ist zur Abkürzung stets von einem Gasstrom die Rede, der etwa äquimolare Mengen Schwefelwasserstoff, Ammoniak und V/asser enthält.
Bei den Schwefelwasserstoff-Beschickungsgasströmen, die praktisch frei von fixierten Stickstoffverbindungen sind, handelt es sich um solche, die in eine einfache Claus-Anlage eingeführt werden können, ohne daß Betriebsprobleme aufτroten, do h. um solche, die weniger als etwa 1, vorzugsweise weniger als etwa 0,5 Mol % fixierte Stickstoffverbindungen enthalten.
Bezugnehmend a.uf die Fig. 1 der beiliegenden Zeichnungen bezieht sich das erfindungsgemäße Verfahren auf die thsruiische Reaktionsstufe eines Claus-Prozesses. Es bezieht eich, insbesondere auf die Art und Weise, in der ein B
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strom, der Schwefelwasserstoff und beträchtliche Mengen an fixierten Stickstoffverbindungen enthält, sowie ein Beschikkungsgasstrom, der praktisch frei von fixierten Stickstoffverbindungen ist, in der thermischen Hochtemperatur-Reaktionsstufe mit Sauerstoff kombiniert (vereinigt) werden zur Erzielung der anfänglichen Bildung von Schwefel vor der Einführung des Gasstromes in die katalytische Glaus-Umwandlungsstufe, die eine vollständige Umwandlung der fixierten Stickstoffverbindungen in inerten Stickstoff erlaubt.
Bei der- praktischen Durchführung der Erfindung ist die dem Abwärmeboiler unmittelbar vorgeschaltete thermische Eeaktionsstufe, wie in den Fig. 1, 4, 5 und 6 dargestellt, in zv/ei verschiedene und voneinander getrennte Reaktionszonen 10 und 12 unterteilt. In die erste Zone 10 werden eine erste Schwefelwasserstoff-Beschickung, die beträchtliche Ilcngv>n an fixierten Stickstoffverbindungen enthält, ein Teil einer zweiten Schwefelwasserstoff»Beschickung, die praktisch frei von fixierten Stickstoffverbindungen ist, und Sauerstoff, normalerweise in Form von Luft, eingeführt. Die Menge des in die erste Reaktionszone eingeführten »Sauerstoffs reicht nicht aus für die vollständige Oxidation der oxidierbaren Bestandteile, in erster Linie des Schwefelwasserstoffs* Die Gesamtbeschickung, die in die erste Zone eingeführt wird, reicht jedoch aus, um die erste thermische Reaktionszone bei einer Temperatur zwischen etwa 1371 und 1649°C (2^00 bis 50000F) zu halten, um eine vollständige Umwandlung des Stickstoffs in den fixierten Stickstoffverbindungen in inerten Stickstoff zu erzielen. Diese Temperatur wird durch die Menge der zweiten Schwefelwasserstoff-Beschickung, die in die erste thermische Reaktionszone 10· eingeführt wird, gesteuert (kontrolliert).
In der ersten thermischen Reaktionszone 10 wird.der Schwefelwasserstoff entsprechend den vorhandenen Sauerstoff in
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Schwefeldioxid umgewandelt, das Ammoniak wird in dem Ausmaß, in dem es vorliegt, in Stickstoff umgewandelt und das Wasser- und der Cyanwasserstoff werden in dem vorhandenen Ausmaß in inerten Stickstoff, Kohlendioxid und Wasser umgewandelt*
Bei der bevorzugten Arbeitsweise beträgt die Verweilzeit in der ersten thermischen Reaktionsζone etwa 0,2 bis etwa 1 Sekunde oder mehr zur Erzielung einer praktisch vollständigen Zersetzung der fixierten Stickstoffverbindungen zu inertem Stickstoff. Gleichzeitig wird durch Anwendung eines geeigneten Kischens innerhalb der ersten thermischen Reaktionsaone die Schwefeltrioxidbildung minimal gehalten. Um die gewünschte Reaktionstemperatur aufrechtzuerhalten, werden etwa 33 bis etwa 66, vorzugsweise 33 "bis 50 % der Gesamtmenge des 211 die thermische Reaktionsstufe eingeführten Schwefelwasserstoffs in die erste thermische Reaktionszone eingeführt»
Die Reaktionsprodukte au.s der ersten thermischen Reaktionszone 10 werden dann in einer zweiten thermischen Reaktionszone 12, in der der Rest der zweiten Wasserstoffsulfid-Beschickutig zugemischt wird, mit dem Abstrom aus der ersten thermischen Reaktionszone kombiniert (vereinigt) unter Bildung von Schwefel durch Umsetzung des Schwefelwasserstoffs und des in den oben angegebenen Reaktionen (9) und (10) gebildeten Schwefeldioxids bei einer geringeren Temperatur. Die Temperatur beträgt vorzugsweise weniger als 13710C (25000P), insbesondere etwa 1038 bis etwa 13710C (I900 "bis 25000P). Auch hier ist zur Erzielung eines hohen Umwandlungsgrades ein inniges Mischen erwünscht und die Verweilzeit beträgt wiederum normalerweise etwa 0,2 bis etwa 1 Sekunden.
Der aus der zweiten thermischen Reaktionszone austretende Gasstrom wird dann durch einen Abwärmebciler geführt, anschließend xvrird eine erste Schwefellückgewinnung
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führt, wie in Fig. 1 dargestellt, und dann wird er in die katalytisehen Stufen des Claus-Prozesses eingeführt, in denen der Schwefelwasserstoff und das Schwefeldioxid miteinander kombiniert werden unter Bildung von Schwefel nach einer katalytischen Reaktion auf die in Fig. 1 dargestellte Weise.
Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ^vird nicht nur das Problem der Bildung von festen Stickstoff-Schwefel-Salzen vermieden, sondern die Schwefeltrioxidkonzentrationen werden auch auf minimalen Werten gehalten.
Die Fig. 2 und 3 der beiliegenden Zeichnungen erläutern deutlicher die Vorteile, die bei der Durchführung der Umwandlung in der- ersten thermischen Reaktionszone 10 -in einen Säuerst off de fizit erzielt v/erden. Obgleich die dargestellten Diagramme für eine Beschickung gelten, in übt das Molverhältnis von Schwefelwasserstoff zu Ammoniak zu Wasser Ί:'1;1 beträgt, könnte eine Schar von ähnlichen Kurven für Gasstrome mit anderen Zusammensetzungen eingezeichnet werden· Der Teil links von dem Punkt B der Fig. 2 stellt den Bareich dar, in dem der Gasstrom in die erste thermische Uaiwendlungszone mit überschüssigem Sauerstoff eingeführt wird. Dtr Punkt B stellt den Punkt dar, an dem die stöchionietrische Menge Sauerstoff vorhanden ist, die für die Umwandlung des gesamten in die erste Zone eingeführten Schwefelwasserstoffs in Schwefeldioxid erforderlich ist, und der Bereich rechts von dem Punkt B stellt den Bereich dar, in dem überschüssiger Schwefelwasserstoff in Form des zweiten Beschickungsstromes, der im wesentlichen frei von fixierten Stickstoffverbindungen ist, verwendet wird, um ein Säuerstoffdeficit in der ersten thermischen Reaktionszone zu erzeugen^
Beim Betrieb einer normalen Anlege wird Sauerstoff zwar in Mengen zu.gegebcn, die der Stöchiosetrio der oben angegebenea Re edit ionen (7) und (8) genügen, die rjeweils
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BAD
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Sauerstoffmenge entspricht jedoch derjenigen, die erforderlich ist, das thermodynamisch^ Gleichgewicht so zu verschieben, daß etwas freier Wasserstoff gemäß der Reaktion (2) gebildet wird.
* Ausgehend von dem Ursprung (Ausgangspunkt) steigt die Reaktionstemperatur wegen der Exothermie der oben angegebenen Reaktionen (5) und (7) an, wenn die erste Schwefelwasserstoff-Beschickung, welche die fixierten Stickstoffverbindungen, in diesem Falle Ammoniak, enthält, der gesamten Luftmenge zugesetzt wird, die für die Umwandlung des Schwefelwasserstoffs in Schwefeldioxid in der ersten Reaktionszono erforderlich ist. Wenn der Gesamtmenge des verfügbaren ersten Beschickungsstromes ein Teil der Schwefelwasserstoff-Beschickung, die praktisch frei von den fixierten Stickstoffverbindungen ist, zugesetzt wird, steigt die Temperatur weiter an bis zu dem Funkt (B), der nahe bei den stöchiometrischen Hengenaiiteilen des Sauex'stoffs liegt, die für- die Reaktionen (5) und (7) erforderlich sind und wo nahezu sästliehe Schwefeloxide in Form von Schwefeldioxid vorliegen«.
In dem Bereich links von dem Punkt (B) wird, obgleich hohe Temperaturen für die erforderliche Zersetzung des Ammoniaks aufrechterhalten werden können, dann, wenn die T sich der stöchiocietrischen Temperatur, d. h. etwa (31000F) nähert, eine Temperatur erreicht, die nahe bei der thermischen Zersetzung der verwendeten feuerfesten Schamottesteine liegt. Bisher wurde Luft im Überschuß gegenüber der Menge, die für die obigen Reaktionen (5) und (7) erforderlich, war, verwendet, um eine Betriebstemperatur von etwa 15380C (28000F) aufrechtzuerhalten. Es wurde beobachtet, daß freier Sauerstoff in dem Abstrota der ersten Reaktionszene vorhanden ist. Beim Arbeiten unter diesen Bedingungen nirrur':; jedoch, wie gefunden wurde, der Wirkungsgrad der Anlage '--..Ltr der Zeit ab als Folge der Verstopfung der
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Konverter und des letzten Kondensators, die zu einer Abnahme des gewonnenen freien Schwefels von anfänglich 96,5 % auf 94-, 5 % (Arbeitswirkungsgrad) führt. Der 'Verlust an Schwefel ist zum Teil auf die festen Stickstoff-Schwefel-Salze, beispielsweise Ammoniumsulfat, Ammoniumhydrogensulfat und dergleichen, zurückzufuhren, welche die Eatalysatorbetten yerstopfen und den Ee akt ions ab lauf stören. Außerdem führt 'bei den angewendeten hohen Temperaturen, nämlich an dem Punkt (A), der in der ersten thermischen Reaktionszone vorhandene überschüssige Sauerstoff zu ungewöhnlich hohen Konzentrationen von Schwefeltrioxid, die in der Eegel etwa I3O.OOO Teile pro Milliarde Teile (ppb) liegen.
Beim Arbeiten rechts von dera Punkt (B) wurde dagegen überraschenderweise gefunden, dsß, obwohl die Temperaturen öle gleichen blieben, ein kontinuierlicher Betrieb ohne Bila^i^· von festen Stickstoff-Schwefel-Salzen mit einem konstanton Arbeitswirkungsgrad von 97»0 % aufrechterhalten werden konnte. Es entstand ein Verlust von nur etwa 3 % Schwefel in Form von Schwefeldioxid anstelle von 5»5 %> dies entspricht einer Abnahme der möglichen Verschmutzung der Luft von etvjs. 45 %· Über einen längeren Testbetriebszeitraum hinweg traten keine Verstopfungsprobleme auf.
Der Betrieb bei einem Sauerstoffdefizit war auch außerordentlich vorteilhaft wegen der Vermeidung einer Schwefeltrioxidbildung. Beim Betrieb beispielsweise an dein Punkt (C) betrug bei der gleichen erreichten UuiwandlungBtemperatur, nämlich bei etwa 15380C (28000F) die Menge des gebildeten Schwefeltrioxids nur 300 Teile pro Milliarde Teile (ppb) im Vergleich zu 130*000 ppb an dem Punkt (A)7 entsprechend einer Verminderung um einen Faktor von etwa 400.
In der Fig. 3 ist ein Diagramm des Logarithmus der ßchwsfeltrioxidbiläung als Funktion der gesamten Schwefelwasser-
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stoff-Beschickung für die in Fig, 2 angegebenen Punkte dar gestellt. Sie werden in der folgenden Tabelle I zusammen^«: faßt:
Tabelle I
Adiabatische Flannaentempera- SO--Konsentra!;J a runlet tür in °C (0F) AsdSPi!
(A) 1538 (2800) 130000
(B) 1705 (3100) 4600
(C) 1538 (2800) 300
(D) 114-9 (2100) 23
Wie daraus ersieht lieh, konnte trotz des Arbeit cn ο mit e:uK Sauerstoffdefizit eine für die vollständige Zerstörung ccs Ammoniaks zur Verhinderung der Bildung von verstopfenden Salzen ausreichend hohe Temperatur aufrechterhalten v/erden während gleichzeitig die Schwefeltrioxldhildung, die für dd Bildung der Salze aus dem Ammoniak, das dor Zerstörung ent geht, erforderlich ist, minimal gehalten wurde* Von dem gebildeten Schwefeltrioxid konnte eine wesentliche Kongo ncc weiter dadurch eliminiert werden, daß cian in dc:r zweiten thermischen Reaktionszone bei Tewpei'aturen untea/halb 1571 ' (25000I') arbeitete.
Um die Umwandltingen, die durchgeführt v.rerden sollen, zn erzielen, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, einen modifi zierten theriaiscben Reaktor zu verwenden, um eine gute Gasdurchmischung zu erzielen und die gewünschten Umv/cxidlutigs™ teraperaturen der ersten thermischen Eeaktionszone ί·ϊί£ϊ·>.:'.-}<; zucrhalten.
In der Fig. 4 wurde zuerst ein einfacher, rohrförn.irjer-, ni·' Schamottesteinen ausgekleideter Reaktor mit zwei 3?oiUri;:i.o:.:-
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zonen 10 und 12, definiert durch die Beschickungseinlässe 1' und 16, verwendet. In den Beschickungseinlaß 14- wurden Sauerstoff in Form von Luft, die erste Schwefelwasaerstoff-Beschickung, die beträchtliche Mengen on fixierten Stickstoffverbindungen enthielt, und ein Teil der von. den fixier ten. Stickstoffverbindungen praktisch freien Schwefelwasserstoff-Beschickung eingeführt. In die zweite Reaktionsz-one, definiert durch den Einlaßpunkt 16, wurde der Rest der von den fixierten Stickstoffverbindungen praktisch, freien zweiten Schwefelwasserstoff-Beschickung eingeführt. Bei der Durchführung der Erfindung hat es sich als erforderlich erwiesen, eine gute Durchiaischurig und Reaktion in den Reaktionszonen K) und 12 zu erzielen. Die in der Fig. 4- dargestellte konventionelle Vorrichtung ergab keine ausreichendο Mischung, um zu gewährleisten, daß die zweite Schwefelwasserstoff-Beschickung üs.s in der ersten Rosktionssone gemäß der Reaktionsgleichung (10) unvermeidlich gebildete Schwefeltrioxid verringert.
In der Fig. 5 ist der erfindungsgemäß modifizierte thermische Reaktor dargestellt, der das beste Leistungsvermögen ergibt und dadurch erhalten wird, daß man dem in Fig. 4- dar gestellten rohrförmigen Reaktor an dem Punkt, an dem die er ste Reaktionsz-one 10 von der zweiten Reakthnszono 12 getrennt ist, einen mit Öffnungen versehenen hohlen, feuerfesten inneren Eing 18 zuordnet, der eine Trennwand zwischen der ersten Reaktionszone 10 und der zweiten Reaktionssono ''I bildet. Der hohle feuerfeste Ring 18 besteht aus einem Pacu? in einem Abstand voneinander angeordneten Wänden 20 und 22, die durch eine Leitung 24- miteinander verbunden sind, durch welche das Gas aus der ersten Reaktionszone 10 austritt unu unter turbulenten Strönaungsbedingungen durch den Durc}r-:;inc; 26 in die zweite Reaktionszone 12 eintritt. Um den Un fan..-; der Leitung 24 herum ist eine Vielzahl von Öffnungen 28 c..ageordnet, die eine Verbindung zwischen dei- äußeren HuIjX =.·..-
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Ringes 18 und der Gasdurchflußleitung 26 herstellen. Der äußere Umfang des Ringes 18 ist durch eine Wand 30, in ä^r Rege3. die Außenwand des Reaktors, verschlossen, unter Bildimg eines Verteilorrohres 32, in dem das bei dom Einlaß 16 eintretende Gas in die Vielzahl von Öffnungen 28 gelengt, die mit der Gaadurchflußleitung 26 in Verbindung stehöii.
Dex* turbulente Strom durch die Gasdurchflußleitung 26, gekoppelt mit der Mehrfacheinspritzung der durch die Öffnung-:: 26 eintretenden zweiten Schwefelwasserstoff-BesehJxkurig, gowährleishot eine giündliche Durchmischxmg dew aus der ertx'-j Eeaktionszone 10 in die zweite Realcbionsz-oiis 12 überfülir-bori Gaßstj-Osies mit der durch die Öffnungen 28 eintretenden z::c.iton Schwefelwasserstoff-Beschickung vor der Hauptreaktion (IiasBenre Aktion) zwischen dem Schwefeldioxid und dem fjclr-rc-· feiwasserst off, die in der zweiten Reaktionssone 12 able.ti'L:. Um. eine geeignete DurchKischung zu erKielen, wird die Querschnitt soff nung der Gasdxircliflußlerfcung 26 für die gevmr-tncL-te Strömungsgeschwindigkeit der Beschickung durch die ü%e':.i~ tionszone 10 so dimensioniert, daß Gasgescliv.'indigkciten vor. mindestens 9 m (30 feet) pro Sekunde, in der Regel in der Größenordnung von 9 bis 15 na (30 bis 50 feet) pro Sekunde erzielt werden.
Durch Einführung der Trennwand 18 in den thermischen Reaktor um die erste thermische Reaktionsaone 10 von der z'wodton therciisehen Reaktionszone 12 zu trennen, werden mehrere Vorteile ersielt. Vor allem und insbesondere im Falle der -vorliegenden Erfindung wird die erste thermische Reaktionsp.cne mit einem Säuerstoffdefizit betrieben. Infolge—dessen muß die Wärme energie so weit wie möglich beibehalten werden-, ■.:-:■:. öio hohen Rcoktionstemperaturen aufrechtzuerhalten, vs, tw·.;. vollständige Bliminierung der fixierten Stickstofxvcr! ir■":-■?.'.-gen zu ersdcslen. Die Wand 20 der ersten thernricchen R^.'-1'"-· oiiESone wirkt als Sperrschicht, welche äen Ver3 uot t.a
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Strahlungswärme sus der ersten thermischen Reaktionπaone verhindert. Ba es sich dabei vorzugsweise um ein feuerfeste;: Material handelt, dient es als strahlende Oberfläche, welche die Wärme in die erste thermische Reaktionszone zurückstrahlt raid so die Aufrechterhaltimg der hohen Tenux-ralnxcor. darin gewährleistet.
Die zweite thermische HoakfcionsKone viird dagegen bei niedrigeren Temperaturen betrieben, um die Mengo an aus der »weiten thermischen Eeektioxiszone 12 austretendem Schwefeltrioxid minimal zu halten. Dies wird dadurch erzielt, claJ3 in äer zweiten thermische}! Reaktionszone 12 der Sohweiclv/müycr-· stoff mit dem in der ersten thermischen Reektionszcmo 10 gebildeten Schwefeldioxid umgesetzt wird. Da in der ernten thennischen Eeaktionfjaone 10 als Folge der wand 20 die V'ärr«-.·- gespeichert wird, arbeitet die swcite thencloche 'Ror.lrbioijrzone 12 zweckmäßig bei einer tieferen T'enporatur. Jn diesc-si Falle dient die Wand 22 &ls isolierenäa V/snd, wobe.1 öle iv. den Hohlraum 52 zwischen den Wänden eingeführte zweite Schwefelwasserstoff-Beschickung die Wärmeübertragung von dor V/and 20 auf die Wand 22 vermindert.
Ein weiterer wichtiger Aspekt der Anordnung der Sperrschicht 18 ist der, dsß die von der ersten thermischen Ilornibz.ottEiZo^e 10 an die Einlaßwände ^1V des Abwärmeboilers J6 abgestrahlte Wärmemenge minimal gehalten wird.
Beim Betrieb des thermiochen Reaktors, wie er in der Fig,. !} dargestellt ist, ist es höchst erwünscht, außerhalb des Re-akt ore inlasse s eine gute Durchtn is ellung der Reaktanteii r-;\i erzielen. Dadurch werden zum Teil lokalisierte hohe Sauerstoxi'konzeiitrei.tionen innerhalb der Re ekt ions zone 10 veruiieden, die aur Bildxjn.g von Schwefeltrioxid führen. Da die Vervreiizeit in der ersten thermischen Reuktionszone ncrsialervreise kurs ist, in eier Regel nur etwa 0,2 bis etvra "ι Βγ>-ι::.ιο·.~
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beträgt, ist eine außerhalb durchgeführte Durchmischung erwünscht. Da die Reaktoren normalerweise eine zylindrische Form haben, ist es erwünscht, daß die vereinigten Beschikkungsgasströme durch eine Düse 38» die mit dem Einlaß 14- in Verbindung steht, der tangential zu den Innenwänden fies thermischen Reaktors IO angeordnet ist, in die thermische Reaktionszone 10 eingeführt werden. Die gleiche Ausführungs-forrr, kenn auf jede beliebige Querschnitts form des thermischen Reaktors angewendet v/erden.
Um eine innige Durchmischung der Reaktanten zu erzielen und eine gleichmäßige und vollständige Reaktion in der ersten thermischen Reaktionszone zu gewährleisten, ist es »weckmä-Big, daß die Beschickung mit einer Geschwindigkeit von mindestens etwa 15 πι (50 feet) pro Sekunde, vorzugsxtfeise von mindestens etwa 30 m (100 feet) pro Sekunde, in die erste thermische Reaktionssone eingeführt wird· Wie ersichtlich., werden die für die Einführung der Beschickung in die erste thermische Reaktionszone 10 verwendeten Düsen sowie die Querschnittsfläche der"Trennwand 18 zwischen der ersten Ee-aktionszone 10 und der zweiten thermischen Reaktionszone· 12 dimensioniert in Abhängigkeit von der für den Reaktor vorgesehenen Beschickungsgeschwindigkeit. Für einen zylindrischen Reaktor mit konventionellen Dimensionen beträgt die durch die Trennwand 18 zwischen der ersten thermischen Reaktionszone 10 und der zweiten thermischen Reaktionszone 12 gebildete Öffnung etwa die Hälfte der Querschnittsfläche der ersten thermischen Reaktionszone 10 oder weniger. Die relativen Flächen der beiden ändern sich natürlich in Abhängigkeit von der Form der Querschnittsfläche der ersten thermischen Reaktionszone 10.
In der Pig. 6 ist eine andere Ausführungsform des in Fig«, 5 dargestellten Reaktors erläutert. Wiederuni ist zwischen der ersten thermischen Reaktionszone 10 und der zweiten
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thermisehen Reaktionszone 12 mittels einer Leitung 24 eine Durchflußleitung 26 vorgesehen. Die zweite Schwefelwasserstoff-Beschickung tritt durch den Einlaß-16 in die Durchflußleitung 24 ein zum innigen Mischen mit dem zwischen der ersten thermischen Reaktionszone 10 und der zxfeiten thermischen Reaktionszone 12 mit einer hohen Geschwindigkeit strömenden turbulenten Gasstrom. Die Auslaßwand 20 der ersten thermischen Reaktionszone 10 hält die Sti-ahlungsenergie innerhalb der ersten thermischen Reaktionszone zurück, wodurch die Reaktioristeapere-tur maximal gesteigert wird, während ö.I.q Wand 22 den Gasstrom mit einer tieferen Temperatur in der zweiten thermischen Reaktionszone 12 begrenzt. Obgleich er eine wesentliche Vei'besserung gegenüber dem in Fig«, <-;■ dargestellten thermischen Reaktor daxstellt, hat es sich in asr Praxis gezeigt, daß der in Fig. 6 dargestellte Reaktor texirer ist als der in Fig. 5 dargestellte Reaktor. Bei Verwendung der in den Fig. 5 und 6 dargestellten thermischen Realctoren, vorzugsweise bei Verwendung des Reaktors gemäß Fig.. 5, können die Temperaturen innerhalb der ersten thermischen Reaktionszone 10 auch bei einem Sausrstoffdefizit leicht bei etwa 15380C (28000F) oder höher und unterhalb der Zersetzungstemperatur der feuerfesten Auskleidungen, wie sie in der Regel verwendet werden, gehalten werden, so daß eine vollständige Zersetzung der fixierten Stickstoffverbindungen zu inertem Stickstoff innerhalb eines Zeitraumes von etwa 0,2 bis etwa 1 Sekunde auftritt.
Um die Umsetzung des gebildeten Schwefeldioxids mit dem. Schwefelwasserstoff sowie eine Verminderung der Schwefe.ltrioxidbildung zu erzielen, ist die Verweilzeit in der weiten thermischen Reaktionszone die gleiche· wie in der ersten thermischen Reaktionszone. Innerhalb dieses Verweilseitbereiches von etwa 0,2 bis etwa 1 Sekunde können die ßchv/e.£oltrioxidkonzontrationen bei Temperaturen von etwa 1149°0
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(21000F) bis auf einen Wert von etwa 23 ppb vermindert werden, d. h. bits auf einen Wert, der in den nachfolgenden kstalytischen Claus-Umwandiungsstufen gut tolerierbar ist« Diese Konzentration ist ura etwa das 13-fs.che geringer als die Eonsentration an dem Punkt (C), einer typischen Arbeit st enrper at ur für die erste thermische Ee akt ions zone.
Die Erfindung wurde zwar vorstehend unter Bezugnahme auf bevorzugte AusführungsfornLen näher erläutert, es ist Jedoch für den Fachmann selbstverständlich, daß sie darauf keineswegs beschränkt ist, sondern daß diese in vielfacher Hinsicht abgeändert und modifiziert werden können„ ohne daß dadurch der Rahmen der vorliegenden Erf ino/urL-g verlassen v/ird.
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Claims (1)

  1. Patentansprüche
    .1. Verfahren zur Herstellung von Schwefel aus Gemischen von Schwefelwasserstoff und fixierten Stickstoffverbindungen nach dem Claus-Prozeß, "bestehend aus einer thermischen Reaktionsstufe und einer katalytischen Claus-Umwanälungsstufe, bei dem in der thermischen Reaktion,?, stuf ο ein Teil der gesamten Schwefelwasserstoffbeschickung in Gegenwart von Sauerstoff oxidiert wird unter Bildung von Schwefeldioxid in einer Menge, die ausreicht für die umsetzung mit dem Rest der Schtiefelwasserstoffbeschickung unter Bildrag von Schwefel, wobei ein l'eil dos Schwefels in der thermischen Reaktionsstufe und der Rest dos Schwefels in der katalytischen CHa'as-UaLwandlungsstufo ge "bildet werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren kontinuierlich ohne Bildung von feston Stickstoff-Schwefel-Salzen mit oinom Beschickungsgasptrom durchgeführt wird, der beträchtliche Mengen an fixierten £1;ickst off verbindungen aus der Gruppe Ammoniak, Cyanwa^serstoff und Mischungen davon enthält, bei den man
    (a) in einer ersten thermischen Reaktionszone der t-hormischen Roaktionsstufe, die mindestens zwei hintereinander angeordnete thermische Reaktionsr-onen aufweist, praktisch die gesamte erste Schwefelwasserstoff-Beschickung, die beträchtliche Mengen an. fixierten Stickstoffverbimlungen enthält, eine Sauerstoffquelle und einen Teil einer zweiten Schwefelwasserstoff-Beschickung, die praktisch frei von fixierten Stickstoffverbindungen ist, miteinander vereinigt, wobei die Menge des in die erste thcrsisehe Reaktionszone eingeführten Sauerstoffs für äiz Umwandlung des gesamten in die erste thermische Reaktionszone eingeführten Schwefelwassex'stoffs in.
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    Schwefeldioxid nicht ausreicht und wobei die Menge der zweiten Schwefelwasserstoffbeschiekung ausreicht, um die erste thermische Seaktionszone bei einer Temperatur von etwa 1371 Ms etwa 1649°C (250: bis $000oF) zu halten, unter Bildung eines Reaktion.' stromes, der im wesentlichen frei von fixierten Stickstoffverbindungen ist und nicht-umgeifane.elten Schwefelwasserstoff und das gebildete Schvrefelaioxi-' Stickstoff und Wasser enthält, und
    (b) bei dem. man den Reaktionsstrom aus der ersten thermischen Reaktionsζone mit mindestens einem Teil deο Restes der zweiten Schwefelwassex'stoff-Be-cjiicVavog in einer zweiten thermischen .Reaktionszone der thermischen Reaktionsstufe, die bei einer {Temperatur;- -anterhaXfa der Tesijoratur der ersten thermischen TfewandliHigsstufe gehalten wird, voreinigt imter Bildung von Schwefel xxnä eines zweiten Reskt!Gasstromes, der Schwefelwasserstoff und Schwefeldioxid, enthält und in die katalytisch^ Claus-Umwandltingistufe eingeführt wird.
    2· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man etwa 33 bis etwa 66 % der Gesamtmenge des in die thermische Reaktionsstufe eingeführten Schwefelwasserstoffs in die erste thermische Eeaktionszcne einführt.
    3· Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man etwa 35 bis etwa 50 % der Gesamtmenge! des in die thermische Reaktionsstvife eingeführten Scux-.'e- : felwasserstoffs in die erste thermische Reaktionssoxis einführt.
    4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis .5,
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    dadurch gekennzeichnet, daß man die zweite thermische Beaktionszone "bei einer Temperatur von etwa 10J8 bis et wa 137^0C (1900 bis 250O0F) hält. "
    5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verweilzeit der Reaktsnten in jeder der thermischen Reaktionszomm etwa 0,2 biäj ettva 1,0 Sekunde beträgt.
    6. Thermischer Reaktor für die Verwendung zur Herstellung von Schwefel, insbesondere nach den Verfahren ηsch mindestens einera der Ansprüche 1 bis 5» bestehend aus svei hintereinander angeordneten thermischen Reaktionszonen, wobei die erste thermische Reaktionszone einen Einlcü für die Einführung einer ersten Schwefelwasserstoff«Beschickung und eine Sauerstoffquelle aufweist und in üer mindestens ein Teil des Schwefelwasserstoffs in Schwofeldioxid umgewandelt wird, und wobei die zweite Kosktionszone durch eine zweite Schwefelwassei'stoff-Beschikkung definiert ist, in der ein Teil des gebildeten Schwefeldioxids mit dem Schwefelwasserstoff in der zwei ten thermischen Reaktionszone reagiert unter Bildung von Schwefel, dadurch gekennzeichnet, daß die erste thermische Reaktionszone (10) und die zweite thermische .Reaktionszone (12) durch eine Trennwand (18) voneinander getrennt sind, die aus zwei im Abstand voneinander angeordneten, mit Öffnungen ,versehenen wanden (20, 22) besteht, die mit den Außenwänden (30) des thermischen Reaktors an dem Umfang desselben verbunden sind, wobei die Öffnungen (28) dieser Wände Teil einer eine Verbindung
    : herstellenden Gasdurchflußleitung· (26) mit einer Querschnitt sflache sind,.die einen turbulenten Gasstrom zwischen der ersten thermischen Reaktionszone (10) und der zweiten thermischen Reaktionszone (12) ergibt, wobei die Trennwand (18) mit Einrichtungen zur Einführung der
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    zweiten Schwefelwasserstoff-Beschickung in den thermischen Reaktor in der Gasdurchflußleitung (26) versehen ist zur Erzielung einer turbulenten Durchmischtmg mit dem aus der ersten thermischen Eeaktionsζone (10) in dis zweite thermische Reaktionszone (12) strömenden Gasstrom.
    7· Thermischer Reaktor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasdurchflußleitung (26) Gasir.assengeschwinöigkeiten zwischen der ersten thermischen Reale tionszone (10) und der zweiten thermischen Reaktionsaone (12) von mindestens etwa 9 m (30 feet) pro Sekunde ergibt.
    8. Thermischer Reaktor nach Anspruch 6 und/oder 7* da du 2.'Ch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Einführung der zweiten Schwefelwasserstoff-Beschickung in den aus der ersten thermischen ReaktionsEone (10) in die zweite thermische Reaktionszone (12) strömenden Gasstrom besteht aus
    (a) einer Vielzahl von Öffnungen (28) in der G-asdurchflußleitung (26), die sich von der äußeren Oberfläche der Gasdurchflußleitung (26) bis zu der inneren Oberfläche der Gasdurchflußleitung (26) erstrecken,
    . und
    (b) einem Verteilerrohr(32),welches die Vielzahl der Öffnungen (28) ixmgibt, für die Einführung der zweiten Schwefelwasserstoff-Beschickung in die Öffnungen (28).
    9. Thermischer Reaktor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasdurchflußleitung (26) eine Gasnassengeschwindigkeit von mindestens etwa 9 m (30 feet) pro Sekunde zwischen der ersten thermischen ReaktionsEone
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    (10) und der zweiten thermischen Reaktionszone (12) ergibt.
    10. l'hermischer Reaktor nach mindestens einem der Ansprüche bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Einrichtung zum Mischen der ersten Schwefelwasserstoff-Beschickung mit der Sauerstoffquelle außerhalb des thermischen Reaktors und zur Einführung der Mischung in den thermischen Reaktor tangential zu einer axialen Wand der ersten thermischen Reaktionszone (10) mit einer Geschwindigkeit von mindestens etwa 15 m (50 feet) pro Sekunde aufweist,
    11. Thermischer Reaktor für die Herstellung von Schwefel, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 55 gekennzeichnet durch
    (a) eine erste, feuerfest ausgekleidete thermische Reek-· tionszone (10) für die Umsetzung einer ersten Schwefelwasserstoff -Beschickung mit Sauerstoff unter Bildung von Schwefeldioxid, wobei die erste thexnaischo Reaktionszone (10) an einem Ende derselben einen Beschickungseinlaß (16) aufweist für die Einführung einer vorgemischten Beschickung aus der ersten Schwefelwasserstoff-Beschickung und der Sauerstoffquelle in die erste thermische Reaktionsζone (10) und an ihrem gegenüberliegenden Ende eine erste, mit öffnungen versehene feuerfeste Wand aufweist, die einen Auslaß für die in der ernten thermischen Ro^k-tionszone (10) gebildeten Reaktionsprodukte bildet:
    (b) eine zweite thermische Reaktionenone (12) mit einem Einlaß, der durch eine zweite, mit Öffnungen versehene feuerfeste Wand (34-) gebildet wird, und eino Einrichtung, welche die Verbindung mit einen -4bwär~ meboiler (56) herstellt; und.
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    (c) eine Gaeäurcbflußleitung (26), welche die öffnungen dei* ersten feuerfesten Wand und der zweiten feuerfesten Wand miteinander verbindet,- unter Bildung eines turbulenten Gasstromdurchganges zwischen der ersten thermischen Reaktionszone (10) und der zweiten thermischen Reaktionär one (12), wot) ei die Gasdurchflußleitung (26) eine Vielzahl von öffnungen (28) um ihren Umfang herum sowie ein Verteilerrohr (32) mit einer Verbindung für eine zweite Schwefelwasserstoff-Beschickung, welches die Öffnungen (28) un~ gibt, für die Einführung einer zweiten Schwefelwasserstoff-Beschickung durch die Vielzahl der Öffnungen (28) in das aus der ersten thermischen Reaktionszone (10) in dio zweite thermische ßeaktiojxGsone (12) strömende Gas aufweist.
    12, Thermischer Reaktor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasdurchflußleitung (26) eine G-asmassengeschwindigkeit von mindestens etwa 9 m (30 feet) pro Sekunde zxfischen der ersten thermischen Reaktionszene (10) und der zweiten thermischen Reaktionszone (12) ergibt .
    13- thermischer Reaktor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Beschickungseinlaß eine Einrichtung zur Einführung der vorgemischten Beschickung aus Sohwoffclwassei'stoff und der Sauerstoffquelle in die erste thor-Piische Reaktionszone (10) mit einer Gasmas senge se Ixt -indigkeit von mindestens etwa 15 iß (50 feet) pro Sekunde tangential zu einer axialen Wand der ersten thermischen Eeaktionssone (10) aufweist«
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DE19762620700 1974-09-16 1976-05-11 Verfahren zur herstellung von schwefel aus gemischen von schwefelwasserstoff und fixierten stickstoffverbindungen nach dem claus-prozess und thermischer reaktor zur durchfuehrung dieses verfahrens Granted DE2620700A1 (de)

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