DE2759049A1

DE2759049A1 - Verfahren zur entfernung und gewinnung von h tief 2 s aus kohlengas

Info

Publication number: DE2759049A1
Application number: DE19772759049
Authority: DE
Inventors: Shoichi Kimura; Toshihiko Takahashi
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1977-01-05
Filing date: 1977-12-30
Publication date: 1978-07-06
Also published as: DE2759049C3; US4155990A; DE2759049B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entfernen und Gewinnen von Schwefelwasserstoff aus einem durch Vergasen von Kohle erhaltenen Kohlengas bzw. Generatorgas und bezieht sich insbesondere auf ein Verfahren zum Entfernen und Gewinnen von Schwefelwasserstoff aus einem Kohlengas zum Betrieb einer Gasturbine. Bei diesem Verfahren wird Schwefelwasserstoff in Gegenwart eines Eisenoxid-Katalysators aus dem Kohlengas entfernt, das Eisenoxid mit verminderter Entschv/efelungsaktivität durch Oxydation Regeneriert und elementarer Schwefel aus dem Abgas der Regenerierung, welches Schwefeldioxid enthält, gewonnen.

Die Herstellung eines gasförmigen Brennstoffes, der Wasserstoff, Kohlenmonoxid, Methan und dergleichen enthält, durch Vergasen von fossilen Brennstoffen ist ein alt-bekanntes Verfahren.

In Jüngerer Zeit hat man wieder die Verwendung von Kohle als Energiequelle als Ersatz für Erdöl in Betracht gezogen und Energieerzeugungssysteme, die auf Kohle als Brennstoffquelle basieren, wurden untersucht und entwickelt. Bei einem Energieerzeugungssystem auf Basis von Kohle als Brennstoffquelle ist es im Hinblick auf die Wirtschaftlichkeit und Wärmeausnutzung eines Verfahrens wesentlich, eine Gasturbine durch Verbrennung eines heißen gasförmigen Brennstoffes zu betreiben, der durch Vergasung von Kohle erhalten wurde, wobei das heiße Kohlengas bei der hohen Temperatur seiner Herstellung gehalten wird, ohne daß die Temperatur vermindert wird. In den fossilen Brennstoffen, wie Kohle und dergleichen, natürlich vorkommender Schwefel wird jedoch bei der Vergasung

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in Schwefelwasserstoff umgewandelt und der durch die Vergasung erhaltene gasförmige Brennstoff enthält 100 ppm bis 2 bis 3 %, gewöhnlich etwa 0,5 % Schwefelwasserstoff, was zu Problemen beim Betrieb eines Energieerzeugungssystems fuhrt, das auf Kohlengas bzw. Generatorgas als Brennstoffquelle basiert. Schwefelwasserstoff ist ein sehr korrosiv wirkendes Gas und stellt außerdem die Quelle für schwerwiegende Umweltverschmutzungen dar. Schwefelwasserstoff muß daher aus dem Kohlengas entfernt werden, bevor dieses in der Gasturbine verbrannt wird, um die Maschinenteile und Vorrichtungen, wie die Gasturbine, vor der Korrosion zu schützen und um die Quellen für die Umweltverschmutzung zu beseitigen. Außerdem wird die V/irtschaftlichkeit des Verfahrens erhöht, wenn Schwefelwasserstoff als brauchbares Material gewonnen wird.

Die Entfernung von Schwefelwasserstoff aus einem heißen Gas ist nicht auf den gasförmigen Brennstoff aus Kohle als Rohmaterial beschränkt, sondern ist für einen weiten Bereich von gasförmigen Brennstoffen und Industriechemikalien erforderlich. Die Entschwefelung von heißem Gas wird jedoch als besonders schwierig angesehen.

Bisher wurde zur Entfernung von Schwefelwasserstoff aus einem heißen Gas ein Trockenverfahren unter Anwendung eines granulierten festen Entschwefelungsmittels als wirksam angesehen und es sind Verfahren bekannt, bei denen Calciumcarbonat, Dolomit, Eisenoxid und dergleichen als Sntschwefelungsmittel verwendet wird. Unter diesen Entschwefelungsmitteln wird Eisenoxid im Hinblick auf die prozentuale Entfernung von Schwefelwasserstoff und die Regenerierung des desaktivierten Entschwefelungsmittels sowie die Wirtschaft lichkeit als am günstigsten angesehen (Keshava S. Murthy: "Investigation of the removal of hydrogen sulfide at high temperature from coal gas", Manuskript des Vortrags bei dem Symposium über Kohlevergasung, Division of Fuel Chemistry,

170th ACS National Meeting, Chicago, Illinois, USA, 24. bis 29. August 1975; W.L. Farrior et al: "Regenerable iron oxide-silica sorbents for the removal of H₂S from hot producer gas", Manuskript des Vortrags auf der vierten Energiequellen-Konferenz, University of Kentucky, Lexington, Kentucky, USA, 6. bis 7. Januar 1976, US-PS 3 822 337 und US-Patentanmeldung S.N. 771 911).

Eisenoxid reagiert mit Schwefelwasserstoff bei erhöhter Temperatur unter Bildung von Eisensulfid nach der folgenden Gleichung (1)

Fe₂O₃ + 2H₂S + H₂ » 2 FeS + 3H₂O (1)

Wenn Eisenoxid einmal in Eisensulfid übergeführt ist, so verliert es die Fähigkeit zur Entfernung von Schwefelwasserstoff und es ist daher erforderlich, die- Fähigkeit zur Entfernung von Schwefelwasserstoff durch Regenerieren wieder herzustellen. Das Regenerieren von Eisensulfid erfolgt durch Umsetzen von Eisensulfid mit Sauerstoff oder Wasserdampf, um das Eisensulfid in Eisenoxid umzuwandeln, wobei Schwefeldioxid oder Schwefelwasserstoff in Form eines Gases gebildet wird. Die Reaktion von Eisensulfid mit Sauerstoff oder Wasserdampf ist in den folgenden Gleichungen (2) und (3) dargestellt.

4FeS + 7O₂ ν 2Fe₂O₃ + 4SO₂ (2)

2FeS + 3H₂O > Fe₂O₃ + 2H₂S + H₂ (3)

Die durch Gleichung (2) dargestellte Oxydationsreaktion von Eisensulfid ist eine exotherme Reaktion, bei der eine sehr hohe Reaktionswärme freigesetzt wird, während die Reaktion von Eisensulfid mit Wasserdampf, die durch Gleichung (3) dargestellt ist, eine endotherme Reaktion ist.

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Da ein Gemisch aus Eisenoxid und Eisensulfid die Eigenschaft zeigt, bei 70O⁰C oder darüber zu sintern, ist es erforderlich, die Regenerierung des Eisensulfids zu Eisenoxid bei Temperaturen von weniger als 700⁰C durchzuführen. Daher wird als Gas zur Regenerierung von Eisensulfid normalerweise mit Wasserdampf verdünnte Luft angewendet. Zur Regelung der Regenerierungstemperatur von Eisensulfid auf weniger als 700 C durch Unterdrückung eines Temperaturanstiegs in der Regenerierungsstufe auf weniger als 100⁰C oberhalb der üblichen Entschwefelungstemperatur von 600 C ist es erforderlich, die durch Gleichung (2) dargestellte Oxydationsreaktion zu unterdrücken und überwiegend die Reaktion mit Wasserdampf durchzuführen, welche durch Gleichung (3) dargestellt ist. Die Gleichgewichtskonzentration des durch die Reaktion gemäß Gleichung (3) gebildeten Schwefelwasserstoffes ist jedoch so niedrig, daß eine große Menge Wasserdampf erforderlich ist, um die Reaktion der Regenerierung des Eisensulfids zu vervollständigen, was nachteilig ist.

Um das Sintern zu vermeiden, wurde vorgeschlagen, einen modifizierten Eisenoxid-Katalysator zu verwenden, der durch Zugabe von Aluminiumoxid, Siliziumdioxid und dergleichen zu dem Eisenoxid-Katalysator erhalten wird, wobei die Temperaturgrenze der Regenerierung bis auf etwa 900⁰C erhöht werden kann. Bei Verwendung des modifizierten Eisenoxid-Katalysators kann die durch Gleichung (2) dargestellte Oxydationsreaktion vorherrschend als Reaktion zur Regenerierung von Eisensulfid in Eisenoxid angewendet werden.

Die durch Gleichung (2) dargestellte Oxydationsreaktion von Eisensulfid läuft mit sehr hoher Reaktionsgeschwindigkeit ab xtnd fast, der gesamte Sauerstoff in dem Re gener ie rungs gas -wird verbraucht. Vv'ie in Gleichung (2) gezeigt wird, werden aus 7 Mol des verbrauchten Sauerstoffes als Nebenprodukt 4 Mol Schwefeldioxid gebildet und die Konzentration des als Nebenprodukt gebildeten Schwefeldioxids ist somit höher und

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das erforderliche Volumen des Regenerierungsgases ist geringer, so daß der Maßstab der anschließenden Vorrichtungen zur Behandlung des Regenerierungsabgases, welches das als Nebenprodukt gebildete Schwefeldioxid enthält, kleiner wird. Das als Nebenprodukt gebildete Schwefeldioxid kann in einer nachfolgenden Verfahrensstufe in verschiedenen Formen wiedergewonnen werden. So sind als Endprodukte der Wiedergewinnung im einzelnen Schwefelsäure, Gips, elementarer Schwefel und dergleichen bekannt, der elementare Schwefel wird jedoch im Hinblick auf die leichte Handhabung, den Handelswert, die Nachfrage und dergleichen als bevorzugtestes Produkt angesehen (Russell F. Robards et al: "Evaluation of H₂S removal processes for desulfurization of coal gas", Vortrag und Manuskript anläßlich der vierten Energiequellen-Konferenz, 7. bis 8. Januar 1976, University of Kentucky, Lexington, Kentucky, USA).

Bei der Bildung von elementarem Schwefel aus Schwefeldioxid, welches als Nebenprodukt bei der Regenerierung von Eisensulfid gebildet wird, ist es bekannt, das Schwefeldioxid direkt mit Methan, Kohlenmonoxid oder Kohlenstoff, wie Kohle und Koks zu reduzieren, wobei Kohlenoxysulfid (COS) als Nebenprodukt gleichzeitig mit dem elementaren Schwefel entsteht und es ist in nachteiliger Weise sehr schwierig, das Kohlenoxysulfid zu entfernen.

Eine weitere bekannte Verfahrensweise besteht darin, einen Teil des als Nebenprodukt gebildeten Schwefeldioxids mit Hilfe von Wasserstoff zu reduzieren und den elementaren Schwefel mit Hilfe der Claus-Reaktion des gebildeten Schwefelwasserstoffes mit dem restlichen Anteil des Schwefeldioxids zu bilden. Bei diesem indirekten Verfahren wird jedoch die Claus-Reaktion bei einer Temperatur oberhalb des Taupunkts des gebildeten elementaren Schwefels durchgeführt und die Umwandlung in elementaren Schwefel ist somit niedrig. Das bedeutet, daß die Konzentrationen des verbleiben-

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den Schwefelwasserstoffes und Schwefeldioxids ungünstig hphe Vierte haben.

Als Verfahren zur Verminderung der Konzentration der verbleibenden Schwefelverbindungen sind Methoden zur Durchführung der Claus-Reaktion bei einer Temperatur unterhalb des Taupunkts des elementaren Schwefels bekannt (CS. Goddin et al: Hydrocarbon Processing, Oktober 1974, S. 122-124; US-PS 3 702 834; US-PS 3 753 676; Canadische Patentschrift 938 087). Bei diesen Verfahren wird der elementare Schwefel auf dem Katalysator der Claus-Reaktion kondensiert und abgeschieden, wodurch die Aktivität des Katalysators der Claus-Reaktion vermindert wird* Um die Aktivität des Katalysators wiederherzustellen, ist es erforderlich, den Katalysator zu regenerieren und die gebildeten Abgase der Regenerierung des Katalysators aufzubereiten. Es treten somit bei diesen Verfahren zahlreiche Probleme selbst bei der Herstellung des elementaren Schwefels auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabenstellung zugrunde, die bei den einzelnen Verfahrensstufen der bekannten Verfahren auftretenden verschiedenen Probleme zu überwinden und ein neues Gesamtverfahren zur Entfernung und Gewinnung von Schwefelwasserstoff aus einem durch Vergasung von Kohle gebildeten Gas (Kohlengas) zu schaffen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Entfernung und Gewinnung von Schwefelwasserstoff aus einem Kohlengas zur Energieerzeugung in einer Gasturbine zur Verfügung zu stellen, welches die wirksame Entfernung von Schwefelwasserstoff aus dem durch Vergasung gebildeten Kohlengas ermöglicht und bei dem Schwefeldioxid, das bei der Regenerierung des Eisenoxidkatalysators zur Entschwefelung als Nebenprodukt gebildet wird, in Form von elementarem Schwefel gewonnen wird.
Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zur Ent-

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fernung und Gewinnung von Schwefelwasserstoff aus einem Kohlengas, insbesondere für die Energieerzeugung in einer Gasturbine, welches folgende Verfahrensstufen umfaßt: Eine Stufe zum Vergasen der Kohle,

eine Stufe zur Entfernung von Schwefelwasserstoff aus dem Kohlengas durch Kontakt mit einem Eisenoxid-Katalysator, eine Stufe zur Regenerierung des Eisenoxid-Katalysators mit verminderter Entschwefelungsaktivität und Ausbildung eines Regeneriungs-Abgases, welches Schwefeldioxid enthält, eine Stufe, in der ein Teil des von Schwefelwasserstoff freien entschwefelten Kohlengases in ein Wasserstoff enthaltendes reduzierendes Gas übergeführt wird, eine Stufe, in der der Wasserstoff dieses reduzierenden Gases mit dem Schwefeldioxid aus einem Teil des in der Stufe der Regenerierung des Eisenoxid-Katalysators gebildeten Regenerierungsabgases umgesetzt wird, wobei Schwefelwasserstoff gebildet wird,

und eine Stufe, in v/elcher der Schwefelwasserstoff mit dem Schwefeldioxid des verbleibenden Anteils des Regenerierungsabgases umgesetzt wird, wobei elementarer Schwefel gebildet wird, welcher gewonnen wird.

Erfindungsgemäß wird somit ein in wirtschaftlicher Weise arbeitendes Energieerzeugungssystem auf Basis von Kohlengas als Brennstoffquelle zugänglich, in dem Schwefelwasserstoff mit Hilfe eines Eisenoxid-Katalysators aus einem heißen Kohlengas entfernt wird und die Regenerierung des Eisenoxid-Katalysators, der in Eisensulfid umgewandelt ist, hauptsächlich durch Oxydation wirksam durchgeführt wird, und bei dem das als Nebenprodukt der Regeneriung des Katalysators durch Oxydation gebildete Schwefeldioxid in Form von elementarem Schwefel gewonnen wird.

Gemäß einer Ausführüngsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird elementarer Schwefel gebildet und gewonnen, indem der so gebildete Schwefelwässerstoff in Gegenwart eines Ka-

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talysators für die Claus-Reaktion bei einer Temperatur oberhalb des Taupunkts von elementarem Schwefel in einer Claus-Reaktion mit Schwefeldioxid in dem verbleibenden Anteil des Regenerierungsabgases umgesetzt wird, das Abgas der Claus-Reaktion auf den Taupunkt des elementaren Schwefels abgekühlt wird, wobei elementarer Schwefel aus dem Abgas der Claus-Reaktion durch Kondensation abgetrennt wird, und das Abgas aus der Kondensation in die Stufe der Vergasung von Kohle zurückgeführt wird (geschlossenes System). Die Claus-Reaktion und die Abtrennung des elementaren Schwefels durch Kondensation können in mehreren Stufen durchgeführt werden.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung werden in dem Kondensationsabgas verbliebener Schwefelwasserstoff und Schwefeldioxid erneut der Claus-Reaktion Tsei einer Temperatur unterhalb des Taupunkts des elementaren Schwefels unterworfen, um elementaren Schwefel zu bilden, ohne daß das Abgas der Kondensation in die Stufe der Vergasung von Kohle zurückgeführt wird, und der gebildete elementare Schwefel wird kondensiert und auf dem Katalysator der Claus-Reaktion abgeschieden. Der Katalysator der Claus-Reaktion, der aufgrund der Kondensation und Abscheidung von elementarem Schwefel verminderte Aktivität besitzt, wird durch Oxydation mit Luft oder Austrittsgas aus der Gasturbine (Verbrennungsgas) regeneriert und das Abgas der Regenerierung des Katalysators der Claus-Reaktion, welches das als Nebenprodukt der Regenerierung des Claus-Katalysators gebildete Schwefeldioxid enthält, wird durch Rückführung mit dem Schwefeldioxid enthaltenden Hegenerierungsabgas vereinigt, welches als Nebenprodukt loei der Regenerierung des Eisenoxid-Katalysators gebildet wurde, und wird schließlich der Stufe der Gewinnung von elementarem Schwefel zugeführt. Abgas aus der Claus-Reaktion bei der Temperatur unterhalb des Taupunkts des elementaren Schwefels kann ohne Rückführung an die Atmosphäre freigegeben werden (offenes System).

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Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann dieser Claus-Reaktions-Katalysator, dessen Aktivität durch die Kondensation und Abscheidung von elementarem Schwefel bei der Durchführung der Claus-Reaktion bei einer Temperatur unterhalb des Taupunkts des elementaren Schwefels vermindert wurde, mit Hilfe des Abgases der Claus-Reaktion regeneriert werden, welches von dem bei der Temperatur unterhalb des Taupunkts gebildeten elementaren Schwefel durch Abscheidung durch Kondensation befreit worden ist. Dabei wird das Abgas der Claus-Reaktion erhitzt und mit dem Claus-Reaktions-Katalysator mit verminderter Aktivität in Berührung gebracht, um den abgeschiedenen elementaren Schwefel freizusetzen und den Claus-Reaktions-Katalysator zu regenerieren. Das erhitzte Abgas, welches den freigesetzten elementaren Schwefel enthält, wird abgekühlt, um den mitgeschleppten elementaren Schwefel durch Kondensation abzuscheiden, und an die Atmosphäre freigesetzt (offenes System).

Die Erfindung wird nachstehend ausführlicher anhand verschiedener Ausführungsformen der Erfindung beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen gezeigt sind.

In diesen Zeichnungen bedeutet

Fig. 1 ein Fließschema eines Gasturbinen-Energieerzeugungssystems, das eine AusfUhrungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Entfernung und Gewinnung von Schwefelwasserstoff aus Kohlengas zeigt.

Die Fig. 2 und 3 sind Fließschemata anderer Ausführungsformen der Erfindung.

Gemäß Fig. 1 wird Kohle 27 mit Luft 1 und Wasserdampf 2 in einem Vergasungsofen 31 vergast, wobei heißes Kohlengas 3 gebildet wird, während die Asche 4 aus dem Kohlengas abgetrennt wird. Das heiße Kohlengas 3 wird in einer Entschwe-

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felungsvorrichtung 32 des Fluidbett- bzw. Wirbelschichttyps mit einem Eisenoxid-Katalysator in Berührung gebracht, um Schwefelwasserstoff aus dem heißen Kohlengas zu entfernen. Das resultierende entschwefelte heiße Kohlengas 5 wird in die Verbrennungskammer 41 einer Gasturbine 42 geleitet, in der das heiße Kohlengas mit Preßluft 6, die mit Hilfe des Kompressors 40 komprimiert worden ist, verbrannt wird, die Gasturbine 42 antreibt und als heißes Austrittsgas (Verbrennungsgas) 7 die Gasturbine 42 verläßt. Der größte Teil des Austrittsgases 7 aus der Gasturbine wird in einen Kesselerhitzer zur V/arme ge w innung (der in der Zeichnung nicht gezeigt ist) geleitet, um die V/ärme daraus zu gewinnen, ein Anteil 8 des Gasturbinen-Austrittsgases wird jedoch zur Regenerierung des Eisenoxid-Katalysators mit verminderter Entschwefelungsaktivität verwendet. In der Entschwefelungsvorrichtung 32 reagiert der Eisenoxid-Katalysator mit Schwefelwasserstoff unter Bildung von Eisensulfid und ein Teil des Katalysators, dessen Entschwefelungsaktivität durch die Bildung von Eisensulfid vermindert ist, wird durch Leitung 23 aus der Entschwefelungsvorrichtung 32 abgezogen und wird durch einen Anteil 25 des heißen Gasturbinen-Austrittsgases 8 pneumatisch in eine Katalysator-Regeneriervorrichtung 33 des Fluidbett-Typs für den Eisenoxid-Katalysator gefördert. In der Katalysator-Regeneriervorrichtung 33 wird der Eisenoxid-Katalysator, der partiell in das Sulfid umgewandelt ist, mit Hilfe des Gasturbinen-Austrittsgases 8 oxydiert und dadurch regeneriert. Ein Teil des in der Katalysator-Regeneriervorrichtung 33 regenerierten Eisenoxid-Katalysators wird durch eine Leitung 24 abgezogen und mit Hilfe eines Teils des Kohlengases 3 pneumatisch durch Leitung 26 in die Entschwefelungsvorrichtung 32 zurückgeführt*

Das aus der Regenerierung stammende Abgas, das bei der Regenorierungsreaktion des Eisenoxid-Katalysators als Nebenprodukt gebildetes Schwefeldioxid enthält, wird durch Leitung aus der Katalysator-Regeneriervorrichtung 33 abgezogen. Ein

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Teil des in der Entschwefelungsvorrichtung 32 von Schwefelwasserstoff befreiten Kohlengases 5 wird durch Leitung 12 abgezogen und zusammen mit Wasserdampf 13 in einen Shift-Konverter 34 geleitet. In dem Shift-Konverter 34 reagiert das in dem Kohlengas vorliegende Kohlenmonoxid an einem in dem Shift-Konverter 34 eingefüllten Katalysator unter Bildung von Wasserstoff und Kohlendioxid. Der Anteil des Kohlengases, der in dem Shift-Konverter 34 zur Entfernung von Kohlenmonoxid und zur Erhöhung der Wasserstoffkonzentration behandelt wird, wird als reduzierendes Gas 14 zusammen mit einem Anteil 10 des Regenerierungsabgases 9» welches als Nebenprodukt gebildetes Schwefeldioxid enthält, in einen SO2-Reduktionsreaktor 35 geleitet. In dem Reduktionsreaktor

35 reagiert Schwefeldioxid mit Wasserstoff an einem in den Reaktor eingefüllten Katalysator unter Bildung von Schwefelwasserstoff.

Das gebildete Reduktionsabgas 15» das Schwefelwasserstoff enthält, und der verbleibende Anteil 11 des Regenerierungsabgases, welches das als Nebenprodukt gebildete Schwefeldioxid enthält, werden in einen ersten Claus-Reaktor 36 eingeleitet, der mit einem Katalysator für die Claus-Reaktion gefüllt ist. In dem ersten Claus-Reaktor 36 reagiert Schwefelwasserstoff mit Schwefeldioxid unter Bildung von elementarem Schwefel. Abgas 17, welches den so gebildeten elementaren Schwefel enthält, wird aus dem ersten Claus-Reaktor

36 in einen ersten Schwefelkondensator 37 geleitet, in welchem kondensierter elementarer Schwefel 21 abgetrennt wird, und danach wird das Abgas 18 aus dem Kondensator 37 durch einen Erhitzer 43 erhitzt und in einen zweiten Claus-Reaktor 33 eingeleitet, der mit einem Katalysator für die Claus-Reaktion gefüllt ist, in welchem das verbliebene Schwefeldioxid und der Schwefelwasserstoff aus dem ersten Claus-Reaktor 36 der Reaktion zur Bildung von elementarem Schwefel unterworfen werden. Abgas 19 aus dem zweiten Claus-Reaktor 38 wird in den zweiten Schwefelkondensator 39 geleitet, in

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welchem der elementare Schwefel 22 durch Kondensation abgetrennt wird, und Kondensationsabgas aus dem zweiten Schwefelkondensator wird in den Vergasungsofen 31 durch Leitung 20 zurückgeführt, nachdem es mit der Luft 1 zur Vergasung der Kohle vereinigt worden ist.

In Fig. 2 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung gezeigt, in welcher das Abgas 20 aus dem zweiten Schwefelkondensator 39, der letzten Stufe der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform, d.h. das Kondensationsabgas 20, das immer noch restlichen Schwefelwasserstoff und Schwefeldioxid enthält, noch in einen dritten Fluidbett-Claus-Reaktor 44 geleitet wird, ohne daß das Kondensationsabgas 20 in den Vergasungsofen 31 zurückgeführt wird, was sich von der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform unterscheidet.

In dem dritten Claus-Reaktor 44 reagiert Schwefelwasserstoff mit Schwefeldioxid bei einer Temperatur unterhalb des Taupunkts des so gebildeten elementaren Schwefels. Abgas 45 aus dem dritten Claus-Reaktor 44 enthält Schwefel nur in einer Menge entsprechend dem Sättigungsdampfdruck des elementaren Schwefels bei der im dritten Claus-Reaktor 44 herrschenden Reaktionstemperatur. Der gebildete elementare Schwefel kondensiert und scheidet sich in dem dritten Claus-Reaktor 44 auf dem fluidisierten Claus-Reaktions-Katalysator ab. Der Claus-Reaktions-Katalysator, dessen Aktivität durch die Abscheidung des gebildeten elementaren Schwefels vermindert ist, wird durch Leitung 46 aus dem dritten Claus-Reaktor 44 teilweise abgezogen und durch eine Leitung 47 mit Hilfe eines Anteils8cfes heißen Gasturbinen-Austrittsgases 7 pneumatisch in eine Regeneriervorrichtung 48 für den Glaus-Reaktions-Katalysator gefördert. In der Regeneriervorrichtung 48 für den Claus-Reaktions-Katalysator v/erden Teilchen des Claus-Reaktions-Katalysators mit dem Anteil 3 des Gasturbinen-Austrittsgases heiß und in fluidisiertera Zustand in Berührung gebracht und der elementare Schwefel, der auf dem

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Claus-Reaktions-Katalysator kondensiert und abgelagert ist, wird zu Schwefeldioxid oxydiert und von dem Katalysator entfernt. Auf diese Weise wird der Katalysator für die Claus-Reaktion regeneriert.

Nachdem der Claus-Reaktions-Katalysator in der Regeneriervorrichtung 48 für den Claus-Reaktions-Katalysator regeneriert wurde, wird er aus der Regeneriervorrichtung zum Teil durch eine Leitung 49 abgezogen und durch Leitung 50 mit Hilfe eines Anteils des Kondensationsabgases 20 pneumatisch in den dritten Claus-Reaktor 44 zurückgeführt.

Schwefeldioxid enthaltendes Abgas 51, welches bei der Regenerierung des Claus-Katalysators in der Regeneriervorrichtung 48 für den Claus-Katalysator gebildet wurde, wird mit dem Regenerierungs-Abgas 9 aus der Katalysator-Regeneriervorrichtung 33f welches bei der Regenerierung des Eisenoxid-Katalysators als Nebenprodukt gebildetes Schwefeldioxid enthält, vereinigt.

In Fig. 3 ist eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verfahrensweise dargestellt, gemäß der die Regenerierung des Katalysators für die Claus-Reaktion, der wegen der im dritten Claus-Reaktor 44 gebildeten Abscheidung von elementarem Schwefel verminderte Aktivität hat, mit Hilfe des Abgases 45 aus dem dritten Claus-Reaktor 44 durchgeführt wird, ohne daß der Anteil 8 des Gasturbinen-Austrittsgases 7 benutzt wird, was von der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform abweicht. Das heißt, der Claus-Katalysator, der aufgrund der Kondensation und Ablagerung des elementaren Schwefels in dem dritten Claus-Reaktor 44 verminderte Aktivität hat, wird zum Teil durch Leitung 46 entnommen und mit Hilfe eines Teils eines heißen Gases, welches durch Erhitzen des Abgases 45 aus dem dritten Claus-Reaktor 44 mit Hilfe einer Heizvorrichtung 52 erhalten wurde, pneumatisch durch die Leitung 47 zu der Regeneriervorrichtung 48 für den Claus-

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Katalysator gefördert. In der Regeneriervorrichtung 48 für den Claus-Reaktions-Katalysator werden die Teilchen des Claus-Reaktions-Katalysators in fluidisierter Fora in der Hitze in Kontakt mit dem erhitzten Abgas gebracht und der auf dem Claus-Reaktions-Katalysator kondensierte und abgeschiedene elementare Schwefel wird verdampft und von dem Katalysator entfernt, wodurch der Katalysator für die Claus-Reaktion regeneriert wird.

Der Claus-Reaktions-Katalysator, der in der Regeneriervorrichtung 43 für den Claus-Reaktions-Katalysator regeneriert worden ist, wird zum Teil durch Leitung 49 abgezogen und durch Leitung 50 mit Hilfe eines Anteils des Kondensationsabgases 20 pneumatisch in den dritten Claus-Reaktor 44 zurückgeführt .

Abgas 531 welches den elementaren Schwefel enthält, der bei der Regenerierung des Claus-Reaktions-Katalysators in der Regeneriervorrichtung 48 für den Claus-Katalysator verdampft und freigesetzt wurde _Ί wird in einem dritten Schwefe!kondensator 54 abgekühlt, um den enthaltenen und mitgerissenen Schwefel durch Kondensation abzutrennen. Kondensationsabgas 56, welches von dem kondensierten Schwefel befreit worden ist, wird an die Atmosphäre abgeleitet.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Entfernung und Gewinnung von Schwefelwasserstoff in Form von elementarem Schwefel aus einem Kohlengas für die Energieerzeugung mit Hilfe einer Turbine ist durch die vorstehenden Fließschemata dargestellt worden und die gezeigten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden nachstehend deutlicher anhand von Beispielen und Daten erläutert.

Das in dem Vergasungsofen 31 gebildete Kohlengas 3 hat die in der nachstehenden Tabelle 1 gezeigte Zusammensetzung:

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Tabelle 1

Bestandteil N₂ CO H₂ Η_£Ο CO_{2 4} Konzentration (%) 50 23 8 8 5 5

Das Kohlengas 3 enthält 5.000 ppm Schwefelwasserstoff.

Das Gasturbinen-Austrittsgas 7 (Verbrennungsgas), das bei der Entfernung von Schwefelwasserstoff aus dem Kohlengas 3 und der Verbrennung des entschwefelten Kohlengases 5 in der Verbrennungskammer 41 gebildet wird, hat eine Temperatur von 535⁰C und die in der nachstehenden Tabelle 2 gezeigte Zusammensetzung.

Tabelle 2

Bestandteil N₂ 0_£ CO₂

Konzentration (,%) 77 14

Das Abgas 9 aus der Regenerierung, welches Schwefeldioxid enthält und erhalten wurde, indem der Eisenoxid-Katalysator in der Katalysator-Regeneriervorrichtung 33 unter Verwendung des Anteils 8 des heißen Gasturbinen-Austrittsgases 7 bei einer Temperatur von 535°C durch Oxydation regeneriert wurde, hat die in der nachstehenden Tabelle 3 gezeigte Zusammensetzung.

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Tabelle 3

Bestandteil N₂ SO₂ CO₂

Konzentration (JS) 81,9 8,5 5,3 4,;

Die Temperatur der Katalysator-Regeneriervorrichtung 33 beträgt 850⁰C und die Grenztemperatur für den modifizierten Eisenoxid-Katalysator beträgt 90O⁰C. Es findet daher keine Sinterung des Eisenoxids und Eisensulfids statt. Die erforderliche Menge des Gases für die Katalysator-Regenerierung beträgt 0,6 % des Gasturbinen-Austrittsgases 7.

Ein Anteil 12 des entschwefelten Kohlengases 5, welches die in Tabelle 2 gezeigte Zusammensetzung hat, wird in den Shift-Konverter 34 geleitet und mit Wasserdampf 13 in Berührung gebracht. Das erhaltene reduzierende Gas 14 hat die in der nachstehenden Tabelle 4 gezeigte Zusammensetzung.

Tabelle 4

Bestandteil N₉ H₉ CO₉ H₉O ΐ?^ΪΣ ??Γ

<L <± 2 2 standteile

Konzentration (%) 37 23 21 15

Das reduzierende Gas 14 hat eine etwa dreimal so hohe Wasserstoff konzentration wie das Kohlengas und enthält kein Kohlenmonoxid. Das gebildete reduzierende Gas zeigt somit eine gute reduzierende Wirkung aufgrund des Wasserstoffes gegenüber Schwefeldioxid und bildet keine schädlichen Nebenprodukte, wie Kohlenoxysulfid und dergleichen.

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Die Reaktion zur Herstellung von elementarem Schwefel aus Schwefeldioxid und Schwefelwasserstoff verläuft nach der folgenden Gleichung (4):

SO₂ + 2H₂S 3S + 2H₂O (4)

Das bedeutet, daß zwei Mol Schwefelwasserstoff für die Reaktion mit einem Mol Schwefeldioxid erforderlich sind. Zwei Drittel des als Nebenprodukt gebildeten Schwefeldioxids, welches in dem Regenerierungs-Abgas 9 vorliegt, werden in Schwefelwasserstoff übergeführt und das restliche Drittel verbleibt in nichtumgesetzter Form. Der erforderliche Wasserstoff für die Umwandlung von zwei Dritteln des als Nebenprodukt gebildeten Schwefeldioxids in Schv/efelwasserstoff wird durch den in den reduzierenden Gas 14 enthaltenen Wasserstoff zugeführt, welches die in Tabelle 4 gezeigte Zusammensetzung hat, und das durch Leitung 12 zur Bildung des reduzierenden Gases abgezogene Kohlengas entspricht 3,5 % des gesamten Kohlengases.

Die Umwandlung von Schwefeldioxid in Schwefelwasserstoff durch die Reduktion mit Wasserstoff wird in Gegenwart eines Molybdänkatalysators bei 350⁰C durchgeführt.

Ein Teil des als Nebenprodukt gebildeten Schwefeldioxids wird in Schwefelwasserstoff übergeführt, der dann mit dem verbleibenden Schwefeldioxid vermischt wird. Das erhaltene Gas 16, dessen Zusammensetzung in der folgenden Tabelle 5 gezeigt ist, wird in den ersten Claus-Reaktor 36 eingeleitet.

Tabelle 5

Konzentration {%) 63,7 15,9 12,7 3,2 1,6 2,8

ORIGINAL INSPECTED

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Schwefelwasserstoff und Schwefeldioxid aus dem Gas 16 mit der in Tabelle 5 gezeigten Zusammensetzung werden in dem ersten Claus-Reaktor 36 unter Bildung von elementarem Schwefel umgesetzt, wobei das Abgas 17 mit der in der folgenden Tabelle 6 gezeigten Zusammensetzung erhalten wird. Die Reaktionstemperatur in dem Claus-Reaktor 36 wird auf 213 C eingestellt, eine Temperatur,die oberhalb des Taupunkts des gebildeten elementaren Schwefels liegt.

Tabelle 6

Bestandteil	Ng	HgO	COg	H₂	S	SOg	S	andere Bestand teile
Konzentration (JO	64,0	19,2	12,8	o,	4	0,2 0	,5*	2,8

*: als S

Das Abgas 17 aus dem ersten Claus-Reaktor wird in dem ersten Schwefelkondensator 37 durch Kondensation von dem elementaren Schwefel befreit und das Kondensations-Abgas 18 mit der in der nachstehenden Tabelle 7 gezeigten Zusammensetzung wird auf diese V/eise erhalten. Die Temperatur des Abgases 18 aus dem ersten Schwefelkondensator 37 beträgt

100°C.

Tabelle 7

Bestandteil	N₂	H	2°	COg	Hg	S	so₂	S	aH3ere Bestand teile
Konzentration 00	64,3	1	9,3	12,9	o,	4	0,2	-	2,3

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Das Abgas 18 der in Tabelle 7 gezeigten Zusammensetzung wird erhitzt und in den zweiten Claus-Reaktor 38 eingeleitet, in welchem Schwefeiwasserstoff bei 19O⁰C mit Schwefeldioxid reagiert, wobei der elementare Schwefel gebildet wird. Das Abgas aus dem zweiten Claus-Reaktor 38 hat die in der nachstehenden Tabelle 8 gezeigte Zusammensetzung.

Tabelle 8

Bestandteil N₀ H₀O CO₀ H₀S SO₀ S Bestandf f f f_ f teile

Konzentration

(So) 64,4 19,3 12,9 0,032 0,016 0,07*2,8

*: als S₃

Das Abgas 19 der in Tabelle 8 gezeigten 'Zusammensetzung wird in dem zweiten Schwefelkondensator 39 abgekühlt, um den elementaren Schwefel 22 durch Kondensation abzuscheiden, wobei das Kondensationsabgas 20 der in der folgenden Tabelle 9 gezeigten Zusammensetzung erhalten wird.

Tabelle 9

Bestandteil N₀ H₀O CO₉ H₀S SO₀ S* re Be- Gesamt- * ■ * ■ * stand- Schwefel

teile

Konzentration (%) 64,7 19,4 12,9 360** 180** 13** 2,8 500***

*: in ppm; **: als S₈; ***: in ppm als Schwefel-Atome

Das Kondensations-Abgas 20, welches einen Gesamt-Schwefelgehalt von 500 ppm hat, wird in den Vergasungsofen 31 zurückgeführt, nachdem es mit Luft 1 gemäß Fig. 1 vereinigt

800827/1 (M 4

wurde. Der Anstieg des Schwefelgehalts des Kohlengases durch Zurückführung des Kondensationsabgases 20, welches Schwefelverbindungen und Schwefel enthält, in den Vergasungsofen 31, beträgt 0,6 %.

Gemäß Fig. 2 wird das Kondensationsabgas 20, das die in Tabelle 9 gezeigte Zusammensetzung hat, danach in den dritten Claus-Reaktor 44 geleitet, in welchem Schwefelwasserstoff bei'60⁰C mit Schwefeldioxid reagiert, also bei einer Temperatur, die unterhalb des Taupunkts des elementaren Schwefels liegt. Das aus dem dritten Claus-Reaktor 44 ausströmende Abgas 45 hat die in der nachstehenden Tabelle 10 gezeigte Zusammensetzung.

Tabelle 10

Bestandteil	N₂	1	H₂	0	1	CO	2	Gesamt- Schwefel	andere Be standteile
Konzentration (%]	) 64,8	9,	4	2,	9	8*	2,8

*: in ppm, bezogen auf Schwefelatome

Der Katalysator für die Claus-Reaktion, auf dem kondensierter elementarer Schwefel abgeschieden ist, wird mit dem Anteil 3 des Gasturbinen-Austrittsgases der in Tabelle 2 gezeigten Zusammensetzung durch Oxydation in der Regeneriervorrichtung 48 für den Claus-Katalysator regeneriert und das gebildete Abgas 51 enthält Schwefeldioxid, wie in der nachstehenden Tabelle 11 gezeigt ist.

Tabelle 11

Bestandteil N₂ SO₂ CO₂ H₅O

Konzentration (^a)

ORIGINAL INSPECTED

Der Anstieg der Strömungsrate des Schwefeldioxid enthaltenden Regenerierungsabgases 9 hei der Regenerierung des Eisenoxid-Katalysators durch Zurückftihrung des Abgases 51, welches bei der Regenerierung des Katalysators für Claus-Reaktion als Nebenprodukt gebildetes Schwefeldioxid enthält, beträgt nur 0,7 %.

Gemäß Fig. 3 wird der Katalysator für die Claus-Reaktion, auf dem kondensierter elementarer Schwefel abgelagert ist, in der Regeneriervorrichtung 48 für den Claus-Reaktions-Katalysator durch das auf 450°C erhitzte Abgas 45 erhitzt, wobei der abgelagerte Schwefel verdampft und freigesetzt wird und der Katalysator regeneriert wird. Das Abgas 53, welches den verdampften und freigesetzten Schwefel enthält, wird in dem dritten Schwefelkondensator 54 auf 60°C abgekühlt, um den enthaltenen Schwefel durch Kondensation abzutrennen, und das Kondensationsabgas 56, das nur 8 ppm Schwefel (als Gesamtschwefel gemäß Tabelle 12) enthält, wird aus dem dritten Schwefelkondensator an die Atmosphäre freigegeben.

Tabelle 12

~""~"*"~~~~~"^M""*"**~"~i5esa5E~"""*~än3ere"'Be-"'~""~" Bestandteil N₂ HgO CO₂ Schwefel standteile

Konzentration

(5i) 64,8 19,4 12,9 8* 2,8

♦: in ppm, bezogen auf Schwefelatome

Betriebsbedingungen des erfindungsgemä£en Verfahrens zur Entfernung und Gewinnung von Schwefelwasserstoff nach dem Fließschema gemäß Flg. 1 sind in den nachstehenden Tabellen 13 und 14 für die Erzeugung einer Energie von 500.000 kW als Beispiel dargestellt.

27590A9

	Tabelle '	Bezeichnung	I3	388,89	5175	X	■	Fließrate
Bezugs -				826,22	115,01
Ziffern	Luft		1090,14	4166,7	X	10³ Nm³/h
gemäß	Wasserdampf		1090,14	folgende	X	Tonne/Tag
1	Kohlengas*	1998,69		X	10³ Nm³/h
2	Entschwefeltes Kohlengas	2547,99		•v -n.	10³ Nm³/h
3	Verbrennungsluft	115,04		X	10³ Nm³/h
5	Gasturbinen-Austrittsgas	112,55		X	10³ Nm³/h
6	Regenerierungsgas	24,63		X	10³ Nm³/h
7	Regenerierungsabgas	Gas für die Claus-Reaktion 134,98		X	10³ Nm³/h
8	Reduzierendes Gas	Gewonnener Schwefel		X	10³ Nm³/h
9	zurückgeführtes Gas		X	10³ Nm³Zh
14	Kohle			10³ kg/h
16	Anmerkung: * Das Kohlengas hatte		10³ Nm³/h
21+22			Tonne/Tag
20			Zusammensetzung
27









in %i
CO 15,484
CO₂ 9,628
H₂ 12,804
CH₄ 2,462
N₂ 43,437
H₂O 10,420
H₂S 0,310
COS 0,029
NH₃ 0,370
HCN 0,044
RN 0,012

insgesamt 100,000

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Tabelle 14

Bezugs ziffern gemäß Fig. 1	Bezeichnung	Katalysator	Temperatur	Druck
32
33	Entschwefelungsvorrichtung	Modifizierter Eisen oxid-Katalysator	650⁰C	16 atm
34	Regeneriervorrichtung		800⁰C	1 atm
35	Shift-Konverter	Eisen-Katalysator	400⁰C	1 atm
36	SOg-Reduktionsreaktor	Kobalt-Molybdän- Katalysator	35O⁰C	1 atm
38	erster Claus-Reaktor	Claus-Katalysator	200⁰C	1 atm
zweiter Claus-Reaktor	Claus-Katalysator	172⁰C	1 atm

cn co ο

- 23 -

In der vorstehenden Beschreibung wurde das Verfahren anhand einer Sntschwefelungsvorrichtung und einer Katalysator-Regeneriervorrichtung des Wirbelschicht-Typs beschriebenJ es können natürlich ebenso gut auch eine Sntschv/efelungsvorrichtung bzw. eine Regeneriervorrichtung des Fließbett-Typs verwendet werden. Ebenso gut können eine Entschwefelungsvorrichtung und Regeneriervorrichtung des Festbett-Typs angewendet werden, indem diese abwechselnd für den Entschwefelungs- und Regeneriervorgang umgeschaltet werden.

Wenn das zu reinigende Kohlengas eine hohe Wasserstoffkonzentrat ion und geringe Kohlenmonoxidkonzentration hat, ist der Shift-Konverter, der zur Umsetzung des in dem Kohlengas vorliegenden Kohlenmonoxids zu Wasserstoff und Kohlendioxid mit Hilfe von Wasserdampf dient, nicht erforderlich, und ein derartiges Kohlengas kann direkt als Reduktionsgas für das als Nebenprodukt gebildete Schwefeldioxid verwendet werden. Natürlich kann auch eine andere Wasserstoffquelle als das Kohlengas verwendet werden.

Die Stufe der Umwandlung eines Teils des als Nebenprodukt gebildeten Schwefeldioxids in Schwefelwasserstoff, die wesentliche Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Entfernung und Gewinnung von Schwefelwasserstoff aus Kohlengas, kann das gesamte Regenerierungsabgas aus der Katalysator-Regeneriervorrichtung, welches das als Nebenprodukt gebildete Schwefeldioxid enthält, aufnehmen, ohne daß eine Abzweigung des Regenerierungs-Abgases erforderlich ist, indem die Umsetzung des als Nebenprodukt gebildeten Schwefeldioxids zu Schwefelwasserstoff gesteuert wird. Das Verhältnis des gebildeten Schwefelwasserstoffes zu dem verbleibenden Schwefeldioxid kann so geregelt werden, daß es den geeignetsten Wert für die nachfolgende Claus-Reaktion hat.

Die Stufe der Bildung von elementarem Schwefel bei einer Temperatur oberhalb des Taupunkts des elementaren Schwefels

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durch die Claus-Reaktion und das anschließende Abkühlen des Abgases, das den elementaren Schwefel enthält, auf eine Temperatur unterhalb des Taupunkts, um den Schwefel aus dem Abgas durch Kondensation abzutrennen, kann gewünschtenfalls in mehreren Stufen durchgeführt werden.

Die Regenerierung des Eisenoxid-Katalysators kann mit Hilfe von Luft oder Gasturbinen-Austrittsgas vorgenommen werden; die Luft oder das Gasturbinen-Austrittsgas können jedoch gewünschtenfalls mit Wasserdampf etc. verdünnt werden, um die Temperatur bei der oxydativen Regenerierung zu regeln.

Die Regenerierung des Claus-Reaktions-Katalysators kann ebenfalls mit Hilfe von Luft und, erforderlichenfalls, mit Hilfe von mit Wasserdampf verdünnter Luft oder verdünntem Gasturbinen-Austrittsgas durchgeführt werden, um die Temperatur bei der oxydativen Regenerierung zu regeln.

Anstelle des dritten Claus-Reaktors und der Regeneriervorrichtung für den Claus-Katalysator des Wirbelschicht-Typs, die in Ausführungsformen der Erfindung angewendet werden, können auch ein Reaktor und eine Regeneriervorrichtung vom Fließbett-Typ angewendet werden. Außerdem können ein Reaktor und eine Regeneriervorrichtung des Festbett-Typs verwendet werden, die abwechselnd für die Claus-Reaktion und die Regenerierung durch Oxydation geschaltet werden.

Wie vorstehend beschrieben wurde, umfaßt das erfindungsgemäße Verfahren zur Entfernung und Gewinnung von Schwefelwasserstoff aus einem Kohlengas das Vergasen der Kohle, die Umsetzung des gebildeten Kohlengases mit einem Eisenoxid-Katalysator zur Entfernung von Schwefelwasserstoff aus dem Kohlengas, die Umwandlung eines Anteils des entschwefelten Kohlengases in ein Wasserstoff enthaltendes reduzierendes Gas, das Unterwerfen des gebildeten reduzierenden Gases und eines Anteilsdes Regenerierungs-Abgases, welches in der Stufe

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der Regenerierung des Eisenoxid-Katalysators als Nebenprodukt gebildetes Schwefeldioxid enthält, der Reduktion durch Wasserstoff unter Bildung von Schwefelwasserstoff, und Umsetzung des gebildeten Schwefelwasserstoffes mit dem anderen Anteil des Regenerierungsabgases, welches Schwefeldioxid enthält, unter Bildung von elementarem Schwefel und Gewinnung des elementaren Schwefels. Auf diese Weise kann der in dem Kohlengas enthaltene Schwefelwasserstoff entfernt werden und außerdem kann das als Nebenprodukt bei der Regenerierung des Eisenoxid-Katalysators, der zur Entschwefelung verwendet wird, als Nebenprodukt gebildete Schwefeldioxid in wirksamer V/eise in Form von elementarem Schwefel gewonnen werden.

Erfindungsgemäß kann somit der in dem Kohlengas enthaltene Schwefelwasserstoff bei erhöhter Temperatur entfernt und in Form von elementarem Schwefel gewonnen werden, wobei eine geringe Volumenmenge von Behandlungsgas angewendet wird und eine hohe Gewinnungsausbeute erreicht wird. Auf diese i/eise kann ein Energieerzeugungssystem auf Basis der Kohlevergasung in wirksamer Weise mit hoher V/ärme aus nutzung betrieben werden, ohne daß die Gefahr von Umweltverschmutzungen besteht.

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Claims

DIPL, CHEM. DR. ALEXANDER V. FÜNER

OtM-INQ. PETER STREHL

EMPL. CHEM. OR. URSULA SCHÜBEL-HOPF

DIPL. INQ. OIETER EBBINQHAUS

OR. INO. DIETER FINCK

TELEFON (OBH) 4B3OS4 TELEX 6-93 βββ AURO D

TELEQRAMME auromarcpat München

HITACHI, LTD. ·. . DA-14226

30. Dezember 1977

VERFAHREN ZUR ENTFERNUNG UND GEWINNUNG VON

AUS KOHLENGAS

Patentansprüche

1. Verfahren zur Entfernung und Gewinnung von Schwefelwasserstoff aus einem Kohlengas für die Energieerzeugung in einer Gasturbine, gekennzeichnet durch folgende Verfahronsschritte:

(1) Vergasung von Kohle unter Bildung eines Kohlengases, (Z) Behandlung des gebildeten Kohlengases mit einem Eisenoxid-Katalysator zur Entfernung von Schwefelwasserstoff aus dem Kohlengas,

(3) Regenerieren des Eisenoxid-Katalysators mit verminderter Entschwefelungsaktivität unter Bildung eines Schwefeldioxid enthaltenden Regenerierungs-Abgases,

(4) Umwandlung eines Teils des entschwefelten Kchlengases

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ORIGINAL INSPECTED

aus Stufe (2) in ein V/asserstoff enthaltendes reduzierendes Gas,

(5) Umsetzung des Wasserstoffes in dem in Stufe (4) gebildeten reduzierenden Gas mit den Schwefeldioxid in einem Teil des Regenerierungsabgases aus Stufe (5) unter Bildung von Schwofelwasserstoff, und

(6) Umsetzung des Schwafelwasserstoffes aus Stufe (5) nit dem Schwefeldioxid in dem anderen Teil des Regenerierungsabgases aus Stufe (3) in Gegenwart eines Katalysators unter Bildung eines elementaren Schwefel enthaltenden Gases und Gewinnung des elementaren Schwefels aus dem Gas.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der verbleibende Anteil des entschwefelten Kohlengases aus Stufe (2) als Brennstoff für eine Gasturbine zur Energieerzeugung verwendet wird und daß ein Teil des Gasturbinen-Austrittsgases zur Regenerierung des Eisenoxid-Katalysators in Stufe (3) verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, d a durch g e k c η η ze ichnet, daß ein Teil des Eisenoxid-Katalysators, dessen Sntschwefelungsaktivitüt in Stufe (2) vermindert wurde, mit Hilfe des Gasturbinen-Austrittsgases pneumatisch in die Stufe (3) gefördert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des in Stufe (3) regenerier-

ten Eisenoxid-Katalysators rait Hilfe des Kohlengases aus Stufe (1) pneumatisch in die Stufe (2) gefördert wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a -

d urch geken nzeichnet, daß das in dem Teil des entschwefelten Kohlengases aus Stufe (2) vorliegende Kohlenmonoxid in Stufe (4) an einem Katalysator mit Wasserdampf umgesetzt wird und dadurch das Wasserstoff enthaltende reduzierende Gas gebildet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das elementaren Schwefel enthaltende Gas in Stufe (6) mindestens einem Abtrennvorgang durch Kondensation zur Gewinnung des elementaren Schwefels unterworfen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das durch Kondensation des elementaren Schwefels erhaltene Abgas in Stufe (1) zurückgeführt wird.

C. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das durch Kondensation des elementaren Schwefels erhaltene Abgas der Reaktion bei einer Temperatur unterhalb des Taupunkts des elementaren Schwefels in Gegenwart eines Katalysators unterworfen wird, wobei der verbleibende Schwefelwasserstoff und Schwefeldioxid unter Bildung von elementarem Schwefel in dem Abgas umgesetzt werden, daß

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der Katalysator, dessen Aktivität durch die Kondensation und Ablagerung des elementaren Schwefels vermindert worden ist, mit Hilfe von Luft oder eines Teils des Gasturbinen-Austrittsgases durch Oxydation regeneriert wird, und das Abgas, welches als Nebenprodukt gebildetes Schwefeldioxid enthält, mit dem Regenerierungs-Abgas aus Stufe (3) vereinigt wird.

9. Verfahren nach Anspruch S, dadurch gekennzeichnet , daß der Katalysator mit verminderter Aktivität durch das Abgas regeneriert wird, welches bei der Reaktion des verbleibenden Schwefelwasserstoffes und Schwefeldioxids bei einer Temperatur unterhalb des Taupunkts des sl3r.e:itaren Schwefels gebildet wird, nachdem das Abgas erhitzt worden ist, und das gebildete elementaren Schwefel enthaltende Abgas abgekühlt wird und der elementare Schwefel durch Kondensation gewonnen wird.

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