DE3335931A1

DE3335931A1 - Verfahren zur herstellung von schwefel aus einem nh(pfeil abwaerts)3(pfeil abwaerts)-haltigen und einem nh-(pfeil abwaerts)3(pfeil abwaerts)-freien sauergas

Info

Publication number: DE3335931A1
Application number: DE19833335931
Authority: DE
Inventors: Jamil Dr. 5020 Frechen Anwer; Rainer Ing.(Grad.) 5014 Kerpen Lell
Original assignee: Davy McKee AG
Current assignee: Davy McKee AG
Priority date: 1983-10-04
Filing date: 1983-10-04
Publication date: 1985-04-25
Also published as: DE3335931C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Schwefel aus NH₃-haltigem und NH₃-freiem Sauergas durch teilweise Verbrennung unter Bildung eines Schwefelwasserstoff und Schwefeldioxid im Molverhältnis von etwa 2:1 sowie elementaren Schwefel enthaltenden Gases, Kondensation und Abscheidung des Schwefels aus dem Gas, weitere Umsetzung des Gases in wenigstens einer Claus-Kontaktstufe und Abscheidung des dabei gebildeten Schwefels aus dem Gas.

Bei der Umsetzung von NH₃-haltigem und NH₃-freiem, H₂S-haltigem Gas (Sauergas) zu elementarem Schwefel nach dem Claus-Verfahren ist die Eliminierung des Ammoniaks aus dem Prozessgas für das Claus-Verfahren von wesentlicher Bedeutung, da NH₃ mit dem im Gas enthaltenen H₂S und CO₂ Salze bildet, die zu Ablagerungen und Verstopfungen in der Anlage führen können. Es ist bekannt, den NH₃-hai ti gen Teil des Sauergases vollständig unter Bildung von SO₂, N₂ und H₂O zu verbrennen. Um in der Brennkammer das für die Claus-Reaktion erforderliche H₂S/SO_a-Molverhältnis von etwa 2/1 zu schaffen, ist es darüber hinaus im allgemeinen nötig, auch einen Teil des NH₃-freien Sauergases zu verbrennen, wobei dieser Anteil mit dem Molverhältnis des H₂S in dem NH₃-freien Sauergas zu dem H₂S in dem NH₃-haltigen Sauergas variabel sein sollte. Tatsächlich ist die Möglichkeit der Einstellung des H₂S/S0₂-Molverhältnis in dem Gesamtgas durch Teil verbrennung des NH₃-freien Sauergases durch die Zündgrenze dieses Gases limitiert. Das hat zur Folge, daß nur bei Mol Verhältnissen η von mindestens 4 durch Teil verbrennung des NH₃-freien Sauergases das für die Claus-Reaktion angestrebte H₂S/S0₂-Molverhältnis von etwa 2/1 erreicht werden kann. Diese Beschränkung ist unerwünscht, weil oftmals ein höherer Anteil an NH₃-hai ti gern Sauergas

entweder ständig oder im Teillastbereich vorübergehend zu verarbeiten ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, NH₃-haltiges Sauergas und NH₃-freies Sauergas nach dem Claus-Verfahren zu elementarem Schwefel zu verarbeiten. Dabei soll der NH₃-Gehalt im Prozessgas des Claus-Verfahrens soweit gesenkt werden, daß ein störungsfreier Betrieb der Claus-Anlage, insbesondere der Schwefelabscheider, möglich ist. Darüber hinaus soll auch eine große Variabilität in dem Mengenverhältnis des verarbeitbaren NH₃-freien Sauergases zu dem NH₃-haltigen Sauergas möglich sein, wobei insbesondere ein höherer Anteil NH₃-haltiges Sauergas verarbeitbar sein soll.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei dem eingangs genannten Verfahren dadurch gelöst, daß man das NH₃-haltige Sauergas mit Luft unter NH₃-Zersetzung zu Stickstoff und Wasserdampf verbrennt, das NH₃-freie Sauergas in zwei Teilströme trennt, den ersten Teilstrom mit Luft, mit Sauerstoff angereicherter Luft oder mit reinem Sauerstoff verbrennt, den zweiten Teilstrom unverbrannt mit den Verbrennungsgasen vereinigt und das NH₃-freie Sauergas in einem solchen Mengenverhältnis in die Teilströme trennt, daß das H₂S/SO₂-Molverhältnis in den vereinigten Gasen etwa 2/1 beträgt. Hierdurch wird einerseits ein vertretbarer NH₃-Gehalt von weniger als 200 bis 300 ppm im Prozessgas der Claus-Anlage erreicht. Andererseits ergibt sich eine hohe Flexibilität in dem Mengenverhältnis des zu verarbeitenden NH₃-freien und des NH₃-haltigen Sauergases. Dabei kann der Anteil des NH₃-haltigen Sauergases auf Werte gesteigert werden, die bisher infolge ungenügender Zersetzung des NH₃ und/oder der durch die Zündgrenze einge-

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schränkten Möglichkeit der Teil verbrennung des NH₃-freien Sauergases nicht erreicht werden konnten.

Nach der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens verbrennt man den ersten Teil strom des NH₃-freien Sauergases und den Strom des NH₃-haltigen Sauergases durch verschiedene Brenner in zwei räumlich getrennten Zonen einer Brennkammer. Beide Sauergase können daher bei den für sie spezifischen Temperaturen verbrannt werden, die bei dem NH₃-haltigen Sauergas wegen der Ammoniak-Zersetzung höher als bei dem NH₃-freien Sauergas liegen. Bei dieser Ausführungsform führt man den zweiten Teilstrom des NH₃-freien Sauergases zweckmäßigerweise zwischen der Verbrennungszone des ersten Teilstroms und der Verbrennungszone des NH₃-haltigen Sauergases in die Brennkammer ein. Vorzugsweise verbrennt man das NH₃-haltige Sauergas in dem Temperaturbereich von 1300 bis 1600 ⁰C und den Teilstrom des NH₃-freien Sauergases in dem Temperaturbereich von 1000 bis 1300 °C.

Selbstverständlich ist es auch möglich, das NH₃-haltige Sauergas und den Teilstrom des NH₃-freien Sauergases in getrennten Brennkammern zu verbrennen und den unverbrannten zweiten Teil strom anschließend vor oder nach der Vereinigung der beiden Verbrennungsgase zuzumischen.

Bei einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens mischt man einen Teil des NH₃-haltigen Sauergases dem ersten

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Teilstrom des NH₃-freien Sauergases bis zu einer Konzentration von maximal 3 Vol.-% NH₃ zu. Auf diese Weise kann die verarbeitbare Menge des NH₃-haltigen Sauergases gesteigert werden, ohne daß der NH₃-Gehalt im Prozessgas merklich ansteigt. Ammoniak-Gehalte bis zu 3 Vol.-% im Sauergas werden auch bei Verbrennungstemperaturen von 1000 bis 1300 ⁰C im wesentlichen vollständig zersetzt, so daß sich in der nachgeschalteten Anlage keine Probleme ergeben. Demgegnüber enthalten die angelieferten, zu Elementarschwefel zu verarbeitenden, NH₃-haltigen Sauergase im all-, gemeinen mehr als 10 Vol.-% NH₃, insbesondere z.B. 25 bis 30 Vol.-% NH₃. Zur Erzielung einer stabilen Flamme kann man dem NH₃-haltigen Sauergas und/oder dem ersten Teilstrom des NH₃-freien Sauergases Wasserstoff oder Methan zumischen. Von dieser Maßnahme wird man insbesondere bei Verarbeitung eines NH₃-reichen Sauergasstroms Gebrauch machen.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnung näher beschrieben, in der die Stirnseite einer gemeinsamen Brennkammer mit den Gaszuführungen und Brennern schematisch dargestellt ist.

Nach der Zeichnung hat die Stirnwand 2 der Brennkammer 1 ein nach außen gezogenes Zentralteil 2^a, in dem die Brenner 5 für das NH₃-haltige Sauergas angeordnet sind. Den Brennern 5 wird über die Leitung 3 das NH₃-haltige Sauergas und über die Leitung 4 Verbrennungsluft zugeführt. Das NH₃-haltige Sauergas verbrennt im wesentlichen in der zentralen Zone 1^a der Brennkammer 1, in der in Abhängigkeit von dem H₂S/NH₃-Verhältnis dieses Sauergases eine Temperatur in dem Bereich von 1300 bis 1600 ⁰C herrscht.

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In der Stirnwand 2 sind ferner zum Rande hin Brenner 6 für die Verbrennung eines Teils des NH₃-freien Sauergases angeordnet. Diesen Brennern wird das Sauergas über die Leitungen 7,7 und die Verbrennungsluft über Leitung 8 zugeführt. Die Verbrennung dieses Teils des Sauergases erfolgt in der Brennkammer 1 überwiegend in der Randzone 1 . In der Stirnwand 2 befinden sich ferner für die Einspeisung von unverbranntem NH₃-freiem Sauergas Zuleitungen 9, die zwischen der zentralen Zone 1^a und der Randzone 1 in die Brennkammer einmünden. Die Sauergaszuführung zu den Einspeiseleitungen 9 erfolgt durch die Leitungen 7,7 .

Die Leitung 3 für die Zuführung des NH₃-haltigen Sauergases ist durch eine Leitung 10 mit der Leitung 7^a für die Zuführung des zu verbrennenden Anteils des NH₃-freien Sauergases verbunden. Die normalerweise geschlossene Leitung 10 eröffnet die Möglichkeit, dem zu verbrennenden Anteil des NH₃-freien Sauergases eine gewisse Menge NH₃-haltiges Sauergas zuzumischen und in der Randzone zu verbrennen.

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Claims

Davy McKee
Aktiengesellschaft

Verfahren zur Herstellung von Schwefel aus einem NH₃-haltigen und einem NH₃-freien Saüergas

•Patentansprüche

/ 1J Verfahren zur Herstellung von Schwefel aus einem NH₃-haltigen Sauergas und einem NH₃-freien Sauergas durch teilweise Verbrennung unter Bildung eines Schwefelwasserstoff und Schwefeldioxid im Mol verhältnis von etwa 2:1 sowie elementaren Schwefel enthaltenden Gases, Kondensation und Abscheidung des Schwefels aus dem Gas, weitere Umsetzung des Gases in wenigstens einer Claus-Kontaktstufe und Abscheidung des dabei gebildeten Schwefels aus dem Gas, dadurch gekennzeichnet, daß man das NH₃-haltige Sauergas mit Luft unter NH₃-Zersetzung zu Stickstoff und Wasserdampf vollständig verbrennt, das NH₃-freie Sauergas in zwei Teiiströme trennt, den ersten Teilstrom mit Luft, mit Sauerstoff angereicherter Luft oder mit Sauerstoff verbrannt, den zweiten Teilstrom unverbrannt mit den Verbrennungsgasen vereinigt und das NH₃-freie Sauergas in einem solchen Mengenverhältnis in die Teilströme trennt, daß das H₂S/S0₂-Molverhältnis in den vereinigten Gasen etwa 2:1 beträgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den ersten Teilstrom des NH₃-freien Sauergases und den Strom des NH₃-haltigen Sauergases durch verschiedene Brenner in zwei räumlich getrennte Zonen einer Brennkammer verbrennt.

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3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man den zweiten Teil strom zwischen der Verbrennungszone des ersten Teil Stroms und der Verbrennungszone des NH₃-hai ti gen Sauergases in die Brennkammer einführt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man das NH₃-haltige Sauergas in dem Temperaturbereich von 1100 bis 1600 ⁰C und den Teilstrom des NH₃-freien Sauergases in dem Temperaturbereich von 900 bis 1300 ⁰C verbrennt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Teil des NH₃-haltigen Sauergases dem ersten Teilstrom bis zu einer Konzentration von maximal 3 Vol.-% NH₃ zumischt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man dem ersten Teilstrom und/oder dem NH₃-haltigen Sauergas Wasserstoff oder Methan zumischt.