DE2756992C2

DE2756992C2 - Vorrichtung zur Kondensation von Schwefeldampf und Abscheidung von Schwefeltröpfchen

Info

Publication number: DE2756992C2
Application number: DE2756992A
Authority: DE
Inventors: Rainer Ing.(Grad.) 5159 Kerpen Lell; Werner 5000 Koeln Lemberg
Original assignee: Davy Powergas GmbH
Current assignee: GEA Group AG
Priority date: 1977-12-21
Filing date: 1977-12-21
Publication date: 1979-04-05
Also published as: DE2756992B1; GB2010684B; US4249921A; JPS5489995A; GB2010684A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kondensation von Schwefeldampf und Abscheidung von Schwefeltröpfchen aus einem Gasstrom, vorzugsweise aus dem Reaktionsgasstrom eines Claus-Kontaktes, bestehend aus einem Gehäuse, einem im Gehäuse zwischen Rohrboden angeordneten Rohrbündel, Stutzen am Gehäuse für die Zu- und Abführung eines das Rohrbündel umströmenden Kühlmittels und je einem Eintritts- und Austrittsstutzens für den Gasstrom an dem Gehäuse an- bzw. abströmseitig des Rohrbündels.

Bei der Gaus-Reaktion nach der Reaktionsgleichung

2 H₂S + SO₂- 3/n S_n + 2 H₂O + 35,7 Kcal

entsteht ein schwefeldampfhaltiges Reaktionsgas von beispielsweise 220 bis 32O°C, das zwecks Abscheidung des gebildeten Schwefels abgekühlt werden muß. Bisher erfolgt die Abkühlung des Reaktionsgasstromes auf die Kondensationstemperatur des dampfförmigen Schwefels, d. h. auf etwa 130 bis 160° C, in einem indirekt gekühlten Schwefelkondensator. In diesem Kondensator fällt bereits ein Teil des kondensierten Schwefels in flüssiger Form an. Ein weiterer Teil verläßt den Schwefelkondensator in Form feiner Tröpfchen mit dem Gasstrom, so daß ein separater Abscheider nachgeschaltet ist, in dem die Schwefeltröpfchen aus dem Reaktionsgasstrom abgeschieden werden. Da der Schwefel bei der Abkühlung des Reaktionsgasstromes unter den Taupunkt eine gewisse Zeit für die Bildung und das Wachstum der Tröpfchen braucht, ergab sich durch die von dem Kondensator getrennte Anordnung des Abscheiders eine verlängerte Zeitdauer zwischen Abkühlung und Abscheidung und damit die Möglichkeit der Bildung für die Abscheidung geeignet großer Schwefeltröpfchen. Da sowohl im Schwefelkondensator wie auch im Abscheider flüssiger Schwefel anfällt, waren getrennte Leitungen erforderlich, die den flüssigen Schwefel zum Schwefelsammelbehälter leiteten und dort syphonartig eingetaucht waren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den apparativen Aufwand für die Abscheidung von elementarem Schwefel aus einem schwefelhaltigen Gasstrom, insbesondere dem Reaktionsgas einer Claus-Kontaktstufe, ohne Beeinträchtigung des Schwefelabschei dungsgrades zu verringern.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei der eingangs genannten Vorrichtung dadurch gelöst daß in dem Gehäuse zwischen dem gasaustrittsseitigen Rohr boden des Rohrbündels und dem Gasaustrittsstutzen ein von dem Gasstrom durchströmtes Abscheideaggregat und am Gehäuseboden an- und abströmseitig des Abscheideaggregats Ablauföffnungen für den vor bzw. in und hinter dem Abscheideaggregat abgeschiedenen Schwefel angeordnet sind. Es hat sich gezeigt, daß trotz des zwangsläufig kurzen Gasweges zwischen Kühler und dem Abscheideaggregat insgesamt eine der Gastemperatur entsprechene Auskondensation und

Abscheidung des Schwefels erreicht wird. Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung werden die Kosten für einen separaten Abscheider, die insbesondere durch das Abscheidergehäuse, Gerüst, Fundamente, die Isolation des Abscheiders und die Montage bedingt sind, entweder verringert oder ganz vermieden. Durch die anströmseitige Ablauföffnung wird der Schwefel abgezogen, der sich infolge der Abkühlung unter den Taupunkt spontan in flüssiger Form bildet Durch die abströmseitige Aolauföffnung läuft der im Abscheideaggregat niedergeschlagene Schwefel ab.

Vorzugsweise nimmt das Abscheideaggregat nur einen Teil des Gehäusequerschnitts senkrecht zur Gasströmungsrichtung ein und ist der übrige Teil des Gehäusequerschnitts durch eine gasdichte Wandung abgesperrt Das Abscheideaggregat hat zweckmäßigerweise einen viereckigen z. B. quadratischen Anströmquerschnitt, das Gehäuse dagegen im allgemeinen einen runden, vorzugsweise kreisförmigen Querschnitt Die gasdichte Trennwand sperrt den Gasweg zwischen dem Abscheideaggregat und dem Gehäusemantel ab. so daß das mit feinen Schwefeltröpfchen beladene C as deii Weg durch das Abscheideaggregat nehmen muß.

Nach der bevorzugten AusfUhrungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, daß die beiden Ablauföffnungen in einen durch eine Verlängerung der Trennand unterteilten, am Boden geschlossenen Stutzen münden, dieser Stutzen abströmseitig der Trennwand eine Schwefelüberlauföffnung aufweist, die Trennwandverlängerung mit Abstand oberhalb des Stutzenbodens endet und die Schwefelüberlauföffnung in einer solchen Höhe über der Unerkante der Trennwandverlängerung angeordnet ist, daß der dieser Höhe entsprechende hydrostatische Druck des flüssigen Schwefels wenigstens gleich dem maximalen Gasdruckabfall am Abscheideaggregat ist Der Apparat wird hierdurch vereinfacht und verbilligt weil der vor und hinter dem Abscheideaggregat anfallende flüssige Schwefel durch denselben Stutzen abläuft und dieselbe Überlauföffnung abgezogen wird. Die erfindungsgemä-Be Vorrichtung erfordert somit nur eine beheizte Schwefelleitung zum Schwefel-Sammelbehälter gegenüber zwei Leitungen bei getrenntem Kondensator und Abscheider. Dadurch, daß die SchwefelUberlauföffnung in solcher Höhe über der Unterkante der Trennwand-Verlängerung angeordnet ist daß cHr dieser Höhe entsprechende hydrostatische Druck des flüssigen Schwefels wenigstens gleich dem maximalen Gasdruckabfall am Abscheideaggregat ist. wird gewährleistet daß die Gasräume im Strtzen beiderseits der Trennwandverlängerung ständig durch eine Säule aus flüssigem Schwefel getrennt sind. Das mit Schwefeltröpfchen beladene Reaktionsgas kann somit nicht durch den Stutzen als By-pass zum Austrittsstutzen gelangen, sondern muß das Abscheideaggregat passieren. Da der Druckabfall am Abscheideaggregat variabel ist z. B. von der Gasströmungsgeschwindigkeit und der Schwefelbeladung des Aggregats abhängt ist für die Höhe der Schwefelüberlauföffnung über der Unterkante der Trennwandverlängerung der überhaupt mögliche maximale Gasdruckabfali maßgebend. Da nicht nur der Schwefelsammelstutzen, sondern auch die zum Schwefelsammelbehälter führende Leitung zwecks Beheizung mit einem Heizmaterial versehen sein muß, ergibt sich durch die Zusammenführung des an- und abströmseitig des Abscheideaggregcts anfallenden flüssigen Schwefels in einem Stutzen und in einer Leitung eine kostengünstige Lösung.

Weiterhin ist vorzugsweie vorgesehen, daß auf der Oberseite des Gehäuses oberhalb des Abseheideaggregats ein der Dimensionierung des Abscheideaggregats entsprechender Öffnungsstutzen ausgebildet ist und das Abscheideaggregat und gegebenenfalls wenigstens ein Teil der Trennwand an einem den Öffnungsstutzen verschließenden Deckel aufgehängt sind. Durch diese Konstruktion können das Abscheideaggregat und gegebenenfalls Teile der Trennwand bzw. die in den Stutzen reichende Trennwandverlängerung aus dem Gehäuse gezogen und gewartet oder ausgetauscht werden. Zweckmäßigerweise ist die Trennwand mit dem Abscheideaggregat im wesentlichen senkrecht zu den Rohren des Rohrbündels angeordnet Vorzugsweise besteht das Abscheideaggregat anströmseitig aus einer Schicht Drahtgestrick und abströmseitig aus einer Blechlamellenschicht Die Drahtgestrickschicht dient der Agglomerierung feiner Tröpfchen zu größeren abscheidefähigen Tröpfchen; die Blechlamellenschicht sorgt für die Abscheidung der Schwefeltröpfchen aus dem hindurchströmenden Gas.

Da in einer Claus-Anlage der Gasstrom <m allgemeinen mehrere Kontaktstufen durchströmt sind auch mehrere erfindungsgemäße Kondensator-Absche'der erforderlich. Hierbei können die Schwefelüberlauföffnung de. Stutzens und Schwefelüberlauföffnungen weiterer erfindungsgemäßer Kondensator-Abscheider an eine gemeinsame Schwefel Sammelleitung angeschlossen sein, die syphonartig mit einem Schwefel-Sammelbehälter verbunden ist Es erübrigt sich somit für jeden Kondensator-Abscheider eine eigene, beheute Schwefelleitung zum Sammelbehälter zu führen. Es genügt eine Sammelleitung, an die die Oberlauföffnungen aller Kondensator-Abscheider angeschlossen sind.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnung näher beschrieben, in der ein Querschnitt einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung schematisch dargestellt ist

Nach der Zeichnung ist in einem Behälter 1 ein Eintrittsstuzen 5 für das schwefelhaltige Gas und ein Austrittsstutzen 6 für das vom Elementarschwefel befreite Gas vorgesehen. Im vorderen Teil des Behälters befindet sich ein Rohrbündelwärmeaustauscher 3, der durch den Stutzen 4 mit einem Kühlmittel, beispielsweise Kesselspeisewasser beaufschlagt wird. Über den Stutzen 4* entweicht der erzeugte Dampf. Als Kühlmittel kann selbstverständlich auch kaltes Reaktionsgas oder Kesselspeisewasser zwecks Aufheizung eingesetzt werden. Abströmseitig des Rohrbündels 3 ist auf der Oberseite 1* des Behälters 1 ein Stutzen 13 angeordnet, der mit einem Deckel 14 verschlossen ist An dem Deckel ist ein Abscheideaggregat 7 aufgehängt das aus einer Drahtge.itnckschicht 7' und einer abs'röi istitig befindlichen Blechlamellenschicht 7* besteht Das Abscheideaggregat 7 ist von einer Wandung 10 umrahmt die den Gasdurchtritt zwischen dem Gehäuse 1 und dem Abscheideaggregat absperrt

Am Gehäuseboden 1' ist unter dem Aggregat 7 ein Stutzen 11 angeflanscht Die Trennwand 10 ist in diesen Stuuen hinein verlängert, so daß sich beiderseits der Trennwand 10 Ablauföffnungen 8 bzw. 9 für den flüssigen Schwefel ergeben. Die Trennwandvirlangerung 10* endet ein Stück über dem Boden 11' des Stutzens 11. Auf der Abströmseite der Trennwandverlängerung 10*, d. h. auf der Seite, die mit der Abströmseite des Aggregats 7 verbunden ist befindet sich eine SchwefelUberlauföffnung, durch die der in dem Gehäuse 1 angesammelte Schwefel ablaufen kann. Beim

Betrieb stellt sich am Abscheideaggregat 7 ein Druckabfall ein. der die Niveaudifferenz des Schwefels beiderseits der Trennwandverlängerung 10* bestimmt. Die öffnung 12 befindet sich so hoch über der Unterkante der Trennwandverlängening 10*, daß das Schwefelniveau auf der Anströmseite der Trennwandverlängerung 10* auch bei dem maximal möglichen Druckabfall am Aggregat 7 nicht unter die Unterkante der Trennwandverlängerung 10* gedrückt wird. So wird vermieden, daß Reaktionsgas unter Umgehung des Aggregats 7 zum Austrittsstutzen 6 gelangt. Der Gehäuseboden 1 * wie auch der Stutzen 11 sind mit einer Ummantelung 15 versehen, die mit Dampf beheizt werden kann, um den abgeschiedenen Schwefel flüssig zu halten. Auch die ν m der Überlauföffnung 12 abführende Schwefelleit' ng muß beheizbar sein.

Beim Betrieb wird das durch Stutzen 5 mit z. B. 300⁰C eintretende Reaktionsgas aus einer Claus-Kontaktstufe in dem Rohrbündel 3 auf beispielsweise 160° C abgekühlt, wobei der Schwefel-Taupunkt unterschritter und ein Teil des Elementarschwefels verflüssigt wird Dieser flüssige Schwefel scheidet sich bereits vor Eintritt des Gasstroms in das Abscheideaggregat 7 am Boden des Gehäuses ab und fließt durch Ablauföffnung 8 in den Stutzen U. Der Gasstrom passiert dann da; Abscheideaggregat 7, in dem weiterer Schwefe agglomeriert und abgeschieden wird. Dieser Schwefe

ίο sammelt sich am Boden 1* des Gehäuses abströmseitig des Aggregats 7 und fließt durch Ablauföffnung S ebenfalls in den Stutzen 11. Das Reaktionsgas verläßt den Kondensator-Abscheider durch Stutzen 6. In derr Stutzen 11 stellt sich eine dem Druckabfall an Aggregal

π 7 entsprechende Niveaudifferenz des Schwefels beiderseits der Trennwandverlängerung 10* ein. Der in der Stutzen 11 einfließende flüssige Schwefel wird durch die Überlauföffnung 12 abgezogen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Kondensation von Schwefeldampf und Abscheidung von Schwefeltröpfchen aus einem Gasstrom, vorzugsweise aus einem Reaktionsgasstrom eines Claus-Kontaktes, bestehend aus einem Gehäuse, einem in dem Gehäuse zwischen Rohrboden angeordneten Rohrbündel, Stutzen am Gehäuse für die Zu- und Abführung eines das Rohrbündel umströmenden Kühlmittels und je to einem Eintritts- und Austrittsstutzen für den Gasstrom an dem Gehäuse an- bzw. abströmseitig des Rohrbündels, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gehäuse (1) zwischen dem gasaustrittsseitigen Rohrboden (2) des Rohrbündels '⁵ (3) und dem Gasaustrittsstutzens (6) ein von dem Gasstrom durchströmtes Abscheideaggregat (7) und am Gehäuseboden (1*) an- und abströmseitig des Abscheideaggregats (7) Ablauföffnungen (8 bzw. 9) für den vor bzw. in und hinter dem Abscheideaggregat (7) abgeschiedenen Schwefel angeordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Abscheideaggregat (7) einen Teil des Gehäusequerschnitts senkrecht zur Gasströmungsrichtung einnimmt und der übrige Teil des Gehäusequerschnitts durch eine gasdichte Wandung (10) abgesperrt ist

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Ablauföffnungen (8,

9) in einen durch eine Verlängerung (1(H) der Trennwand (10) unterteilten, am Boden geschlossenen Stutzen [H) münden, dieser Stutzen (11) abströmseitig der Trennwand '1O) eine Schwefelüberlauföffnung (12) hat, die Trennwandverlängerung (10*) mit Abstand oberhalb r'-is Stutzenbodens (11*) endet und die Schwefelüberlauföffnung (12) in einer solchen Höhe über der Unterkante der Trennwandverlängerung (10*) angeordnet ist, daß der dieser Höhe entsprechende hydrostatische Druck des flüssigen Schwefels wenigstens gleich dem maximalen Gasdruckabfall am Abscheideaggregat (7) ist

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Oberseite (I⁶) des Gehäuses (1) oberhalb des Abscheideaggregats (7) ein der Größe des Abscheideaggregats entsprechender Öffnungsstutzen (13) ausgebildet ist und das Abscheideaggregat (7) und gegebenenfalls wenigstens ein Teil der Trennand (10) an einem den Öffnungsstutzen (13) verschließenden Deckel (14) aufgehängt sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (10) mit dem Abscheideaggregat (7) im wesentlichen senkrecht zu den Rohren des Rohrbündels (3) angeordnet ist

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet daß das Abscheideaggregat (7) anströmseitig aus einer Schicht Drahtgestrick (7') und abströmseitig aus einer Biechlamellenschicht (7») besteht

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet daß die Schwefelüberlauföffnung (12) des Stutzens (11) und die Schwefelüberlauföffnung weiterer gleichartiger Vorrichtungen an eine gemeinsame Schwefelsammelleitung angeschlossen sind, die syphonartig mit einem Schwefelsammelbehälter verbunden ist