DE3428452A1 - Process and reactor for the catalytic conversion of hydrogen sulphide into elemental sulphur - Google Patents
Process and reactor for the catalytic conversion of hydrogen sulphide into elemental sulphurInfo
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Abstract
Description
Verfahren und Reaktor zur katalytischen Umsetzung Process and reactor for catalytic conversion
von Schwefelwasserstoff zu elementarem Schwefel Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur katalytischen Umsetzung von in einem Gasstrom enthaltenem Schwefelwasserstoff in Gegenwart von Schwefeldioxid zu elementarem Schwefei, wobei der Gasstrom vorgewärmt und zur Umsetzung über ein Katalysatorbett geleitet, der entstehende dampfförmige Schwefel durch Abkühlen auskondensiert und der von Schwefelverbindungen befreite Gasstrom abgezogen wird., sowie einen Reaktor zur Durchführung des Verfahrens. From Hydrogen Sulphide to Elemental Sulfur The invention relates to a process for the catalytic conversion of hydrogen sulfide contained in a gas stream in the presence of sulfur dioxide to elemental sulfur, the gas stream being preheated and passed over a catalyst bed for reaction, the resulting vapor Sulfur condensed out by cooling and the sulfur compounds were removed Gas stream is withdrawn., And a reactor for carrying out the process.
Ein bei der Verarbeitung von Rohgasströmen häufig erforderlicher Verfahrensschritt ist die Abtrennung von Sauergasen, worunter im wesentlichen C02, H2S und Mehrkaptane zu verstehen sind. Diese Abtrennung kann auf verschiedene Weise erfolgen, beispielsweise adsorptiv oder durch Wäsche. Von besonderem Vorteil ist es dabei, wenn CO2 und die schwefelhaltigen Sauergase getrennt aus den Rohgasströmen entfernt werden. Hierzu eignen sich sowohl chemische als auch physikalische Waschverfahren in besonderer Weise, wobei letzteren insbesondere dann der Vorrang eingeräumt wird, wenn die Rohgasströme stark CO2-haltig sind. Die beispielsweise bei der für H2S selektiven Wäsche anfallende, mit H2S angereicherte Restgasfraktion enthält, je nach dem Schwefel- des wasserstoffgehalt zu reinigenden Gasstromes, üblicherweise zwischen 25 und 90 mol.% H2S.A process step that is often required when processing raw gas streams is the separation of acid gases, including mainly C02, H2S and multicaptans are to be understood. This separation can be done in various ways, for example adsorptive or by washing. It is particularly advantageous if CO2 and the sulfur-containing acid gases are removed separately from the raw gas streams. For this Both chemical and physical washing processes are particularly suitable Way, the latter being given priority in particular when the raw gas flows contain a lot of CO2. The washing that occurs, for example, during washing that is selective for H2S, Contains residual gas fraction enriched with H2S, depending on the sulfur of hydrogen content of the gas stream to be cleaned, usually between 25 and 90 mol.% H2S.
Es ist bereits seit langem bekannt, aus einem derart mit H2S angereicherten Gasstrom Schwefel rückzugewinnen. Dies kann beispielsweise gemäß einer auf der Claus-Reakton basierenden Schwefelrückgewinnungsanlage (Claus-Anlage) geschehen. Die H2S und SO2 enthaltenden Gase werden z.B. an Katal~storn entsprechend er obenger en reaktion katalytisch -.gegehencnfalls in mehreren Stufen - zu Schwefel umgesetzt, der zunächst dampfförmig anfällt und durch Abkühlen auskondensiert unter an der Katalysatoroberfläche adsorbiert wird und bei einer Heißgasdesorption als Elementarschwefel hoher Reinheit anfällt (z.B. Ullmann Enzyklopädie der technischen Chemie, Verfahrenstechnik, Band 2, 1972, Seite 614).It has long been known to recover sulfur from a gas stream enriched in this way with H2S. This can, for example, according to one of the Claus Reakton based sulfur recovery system (Claus system) happen. The gases containing H2S and SO2, for example, are converted catalytically on catalysis according to the above reaction - if necessary in several stages - to sulfur, which is initially obtained in vapor form and is condensed by cooling and is adsorbed on the catalyst surface and is higher in the case of hot gas desorption as elemental sulfur Purity is obtained (eg Ullmann Encyclopedia of Industrial Chemistry, Process Engineering, Volume 2, 1972, page 614).
Die Schwefelgewinnung wird dabei im allgemeinen aus unter niedrigem Druck stehenden Gasströmen durchgeführt. Dies bedeutet, daß die Gesamtanlage nur geringen Druckverlust aufweisen sollte. Der Gasstrom zu einer Claus-Anlage enthält, wie bereits erwähnt, meist größere Konzentrationen von H2S.The sulfur production is generally from under low Pressurized gas flows carried out. This means that the entire system only should have a low pressure loss. The gas flow to a Claus plant contains as already mentioned, mostly larger concentrations of H2S.
Da dieses hochgiftig ist, wird eine Kompression des Gases möglichst vermieden, da sich die Gefahr des Ausströmens von H2S aus z.B. Rohrleitungen oder Apparaten bei erhöhtem Druck wesentlich steigert. Die Claus-Reaktion ist, wie in der Gleichung angegeben, exotherm. Aus diesem Grunde sollte die Reaktion bei möglichst niedrigen Temperaturen enden, um eine möglichst hohe Schwefelgewinnung zu erreichen.Since this is highly toxic, a compression of the gas is possible avoided, as there is a risk of H2S escaping from e.g. pipes or Apparatus at increased pressure increases significantly. The Claus reaction is, as in given in the equation, exothermic. For this reason, the response should be as close as possible end low temperatures in order to achieve the highest possible sulfur recovery.
Wenn die Temperatur so niedrig wird, daß der elementare Schwefel auf dem Katalysator auskondensiert, verringert sich jedoch die Aktivität desselben schnell. Dafür ist aber im Gegenzug die den Reaktor verlassende Schwefelmenge sehr gering. Zur Rückgewinnung des auf dem Katalysator abgelagerten Schwefels und zur Regenerierung der Aktivität des Katalysators nissen dann mehrere einander zyklisch ersetzende Katalysatorbetten eingesetzt werden. Diese Betten werden üblicherweise zyklisch unter dem Schwefeltaupunkt und über dem Schwefeltaupunkt betrieben. Während der Zeit unter dem Schwefeltaupunkt wird Schwefel auskondensiert, während der Zeit über dem Schwefeltaupunkt wird Schwefel wieder verdampft und im nachgeschalteten Kondensator gewonnen.When the temperature gets so low that the elemental sulfur increases condenses out of the catalyst, however, the activity of the same decreases rapidly. For that is but in return the amount of sulfur leaving the reactor very low. To recover the sulfur deposited on the catalyst and to regenerate the activity of the catalyst, several of them then cycle through one another replacing catalyst beds are used. These beds are commonly used operated cyclically below the sulfur dew point and above the sulfur dew point. While the time below the sulfur dew point, sulfur is condensed out, during the time Sulfur is evaporated again above the sulfur dew point and in the downstream Capacitor won.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und einen Reaktor der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß bei minimalem Druckverlust und unter Reduzierung der Investitions- und Betriebskosten die Schwefelausbeute bis nahe an den theoretisch möglichen Wert herangebracht wird.The present invention is based on the object of a method and to design a reactor of the type mentioned so that with minimal Pressure loss and, with a reduction in investment and operating costs, the sulfur yield until it is brought close to the theoretically possible value.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Gasstrom über ein quasi-isotherm betriebenes Katalysatorbett geleitet wird, das Katalysatorbett mittels eines Kühlmediums innen gekühlt wird, der Gasstrom nach der Reaktion unten in einen Kondensator geleitet, der Kondensator innen gekühlt und der auf der Kondensatoroberfläche niedergeschlagefie Schwefel flüssig abgezogen wird.This object is achieved according to the invention in that the gas stream is passed over a quasi-isothermally operated catalyst bed, the catalyst bed is cooled internally by means of a cooling medium, the gas flow after the reaction below passed into a condenser, the condenser is cooled inside and the one on the condenser surface precipitated sulfur is withdrawn in liquid form.
Die Erfindung basiert auf dem Grundgedanken, anstelle der bisher üblichen Serie von quasi-adiabatischen Reaktoren mit Zwischenkühlung einen quasi-isothermen Reaktor mit Nachkühlung zu verwenden. Dies bietet den Vorteil, daß durch die geringe Zahl von Apparaten ein minimaler Druckverlust möglich ist. Da die Temperatur innerhalb eines einzigen Reaktors auf die optimale Endtemperatur für die Claus-Reaktion gebracht werden kann, wird die Anlage einfacher zu betreiben, die Investitionskosten sinken drastisch, die Schwefelausbeute kann in gewünschter Weise bis nahe an den theoretisch möglichen Wert herangebracht werden, wodurch zugleich geringere Aufwendungen für die Nachreinigung des Abgases aus der Claus-Anlage anfallen. Die Gefahr der H2S-Leckage aus der Claus-Anlage verringert sich, da die Zahl der Apparate kleiner wird. Gleichzeitig kann eine maximale Dampferzeugung durch die isotherme Reaktionsführung erreicht werden, was der Wirtschaftlichkeit des Verfahrens zugute kanot.The invention is based on the basic idea, instead of the conventional ones Series of quasi-adiabatic reactors with intercooling a quasi-isothermal Use reactor with after-cooling. This has the advantage that the low Number of apparatus a minimal pressure loss is possible. Because the temperature is within a single reactor to the optimum final temperature for the Claus reaction can be brought, the system is easier to operate, the investment costs decrease drastically, the sulfur yield can in the desired manner close to the theoretically possible value can be brought, whereby at the same time lower expenses incurred for the post-purification of the exhaust gas from the Claus plant. The danger of H2S leakage from the Claus plant is reduced as the number of devices is smaller will. At the same time, maximum steam generation can be achieved through the isothermal reaction can be achieved, which can benefit the economy of the process.
Die Vorwärmung von Kesselspeisewasser kann gegebenenfalls im Schwefelkondensator erfolgen, wenn die Eintrittstemperatur des Wassers so liegt, daß der Dampfdruck über festem Schwefel höher ist als der Partialdruck von Schwefel im Gas. Dadurch verringert sich zugleich die Korrosionsgefahr für die Rohre des Kühlmittels, da das Kühlmittel mit höherer Temperatur zum Reaktor gelangt.The boiler feed water can, if necessary, be preheated in the sulfur condenser take place when the inlet temperature of the water is such that the vapor pressure over solid sulfur is higher than the partial pressure of sulfur in the gas. Through this at the same time the risk of corrosion for the tubes of the coolant is reduced because the coolant reaches the reactor at a higher temperature.
Als weiterer wesentlicher Vorteil ergibt sich, daß während eines Anlagenstillstandes der Reaktor durch extern zugeführten Dampf warm gehalten werden kann. Das ist nötig, weil anderenfalls dampfförmiger Schwefel auf der Kondensatoroberfläche auskondensiert und diesen inaktiviert. Vor dem Wiederanfahren der Anlage müßte der Reaktor aufwendig gereinigt, gegebenenfalls sogar die Schüttung ersetzt werden. Der warmgehaltene Reaktor kann dagegen ohne Probleme wieder angefahren werden, was eine wesentliche Erhöhung der Betriebssicherheit der Gesamtanlage bedeutet. Eine zweite parallele Claus-Anlage die häufig zur Sicherheit gefordert ist, kann hiedurch überflüssig werden.Another important advantage is that during a system shutdown the reactor can be kept warm by externally supplied steam. This is necessary, otherwise vaporous sulfur will condense out on the condenser surface and inactivated it. Before restarting the plant, the reactor would have to be expensive cleaned, if necessary even the bed replaced. The one kept warm The reactor, on the other hand, can be started up again without any problems, which is an essential Increasing the operational safety of the entire system means. A second parallel Claus system, which is often required for safety, can therefore be superfluous will.
Das H2S-haltige Gas durchströmt erfindungsgemäß das quasi-isotherme Katalysatorbett, das von innen gekühlt wird. Da die effektive Strömungsgeschwindigkeit des Gases im Reaktor wegen des geringen zur Verfügung stehenden Druckverlustes niedrig sein muß, ist ein Aufwühlen des Katalysatorbettes durch eine bevorzugt von unten nach oben ge- richtete Strömung nicht zu erwarten. Ebenso ist ein Aufwühlen durch Druckstöße wegen des niedrigen Gesamtdruckes nicht zu erwarten.According to the invention, the H2S-containing gas flows through the quasi-isothermal Catalyst bed that is cooled from the inside. Because the effective flow rate of the gas in the reactor is low because of the low pressure loss available has to be, is a churning up of the catalyst bed by a preferably from below to the top directional current not expected. Likewise is a No churning due to pressure surges due to the low total pressure.
Über dem Katalysator findet die Claus-Reaktion statt. Nach dieser Reaktion wird das Gas in einen Kondensator zur Schwefelrückgewinnung geleitet. Das Gas strömt dabei von unten nach oben durch einen, gleichfalls - im Gegenstrom - innen gekühlten Kondensator. Durch den Gegenstrom von Kühlmedium und Gas wird eine rektifikatorische Wirkung erzielt, so daß am Kopf des Kondensators der Schwefelgehalt im Gas praktisch dem dampfdruckbedingten Anteil entspricht. Da das Kühlmedium relativ kalt am Kopf aufgegeben wird, ist die Temperatur am Kopf sehr niedrig, so daß sich auch ein niedriger Schwefelgehalt im Gas einstellt. Praktisch kann die Gasaustrittstemperatur aus dem Kondensator auf einen Wert, bevorzugt 5 bis 100C, über dem Schwefelfestpunkt eingestellt werden.The Claus reaction takes place over the catalyst. After this Reaction, the gas is sent to a condenser for sulfur recovery. That Gas flows from the bottom up through a, also - in countercurrent - internally cooled condenser. The counterflow of cooling medium and gas creates a Rectifying effect achieved, so that the sulfur content at the top of the condenser practically corresponds to the proportion due to the vapor pressure in the gas. Because the cooling medium is relatively cold on the head is abandoned, the temperature on the head is very low, so that also sets a low sulfur content in the gas. In practice, the gas outlet temperature from the condenser to a value, preferably 5 to 100 ° C., above the sulfur fixed point can be set.
Ein Mitreißen von Schwefeltröpfchen, eine Quelle von deutlichen Schwefelverlusten und damit von Umweltbelastungen bzw. Grund für teure Nachreinigungsschritte, ist aus dem Kondensator minimal, da diese Tröpfchen von weiter oben hinuntertropfendem Flüssigschwefel gefangen werden. Der Kondensator wirkt demnach in ähnlicher Weise wie die Böden einer Rektifikationskolonne. Gegebenenfalls kann am Gasaustritt des Kondensators ein Gestrick eingebaut werden, um Schwefeltröpfchen zurückzuerhalten.An entrainment of sulfur droplets, a source of significant sulfur losses and thus from environmental pollution or the reason for expensive post-cleaning steps from the condenser minimal, as these droplets dripping down from further above Liquid sulfur can be caught. The capacitor works in a similar way like the bottoms of a rectification column. If necessary, at the gas outlet of the Condenser a knitted fabric can be built in to get sulfur droplets back.
Im Kondensator kann zusätzlich eine Schüttung eingefüllt sein, die aus Füllkörpern bestehen kann. Die Schüttung dient zur Verbesserung des Bodenwirkungsgrades der oben beschriebenen rektifikatorischen Wirkung des Kondensators.In addition, a bed can be filled in the condenser may consist of random packings. The fill serves to improve the soil efficiency the rectification effect of the capacitor described above.
Zugleich wird dadurch die Wahrscheinlichkeit weiter verringert, daß Schwefeltröpfchen ins Reingas mitgerissenwerden.At the same time, this further reduces the probability that Sulfur droplets are entrained into the clean gas.
Durch Adsorption von Schwefel auf der Schüttung kann zugleich der Schwefelgehalt im Reingas zumindest zeitweise unter den Gleichgewichtswert entsprechend dem Dampfdruck gesenkt werden.Due to the adsorption of sulfur on the bed, the Sulfur content in the clean gas at least temporarily below the equilibrium value accordingly the vapor pressure can be lowered.
Der Schwefelgehalt am Austritt aus dem Kondensator entspricht deshalb praktisch demvom chemischen Gleichgewicht am Austritt des Katalysatorbettes her gegebenen thermodynamischen Gleichgewicht.The sulfur content at the outlet from the condenser therefore corresponds practically based on the chemical equilibrium at the exit of the catalyst bed given thermodynamic equilibrium.
Da das thermodynamische Gleichgewicht neben der Zusammensetzung des Rohgases vor allem von der Temperatur am Austritt aus dem Katalysatorbett abhängt, muß diese Temperatur so niedrig wie möglich gehalten werden. Die Claus-Reaktion ist exotherm und maximalen Umsatz erhält man deshalb bei möglichst niedriger Temperatur. Die Temperaturuntergrenze wird in der Praxis vom ochwefelfestpunktfestge legt. Der Katalysator kann jedoch unterhalb des Schwefeltaupunktes beim Austritt aus dem Bett betrieben werden, so daß dort der Schwefel auf dem Katalysator auskondensiert.Since the thermodynamic equilibrium in addition to the composition of the The raw gas depends primarily on the temperature at the outlet from the catalyst bed, this temperature must be kept as low as possible. The Claus reaction is exothermic and maximum conversion is obtained therefore if possible low temperature. In practice, the lower temperature limit is determined by the sulfur fixed point lays. However, the catalyst can exit below the sulfur dew point operated from the bed, so that the sulfur condenses there on the catalyst.
Im Gegensatz zu den bekannten Verfahren ist hier jedoch kein paralleles Katalysatorbett nötig, denn durch zyklisches Anheizen des Katalysatorbettendes, insbesondere durch Verringerung des Durchflusses von Kühlmedium, das gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zuerst den Kondensator und dann das Katalysatorbett durchströmt, durch den Kondensatorteil, wodurch sich die Temperatur des Kühlmediums am Eintritt in den Reaktor erhöht und gleichzeitig die verringerte Kühlung im Katalysatorbett auch die Gastemperatur am Bettende erhöht, wird der Schwefel vom Katalysator abgedampft und in den Kondensator ausgetragen. Dort wird er kondensiert und rückgewonnen.In contrast to the known processes, however, there is no parallel process here Catalyst bed necessary, because by cyclical heating of the end of the catalyst bed, in particular by reducing the flow of cooling medium, which according to a preferred embodiment of the method according to the invention first the capacitor and then flows through the catalyst bed, through the condenser part, whereby the temperature of the cooling medium at the entrance to the reactor is increased and at the same time the reduced cooling in the catalyst bed also increases the gas temperature at the end of the bed, the sulfur is evaporated from the catalyst and discharged into the condenser. There it is condensed and recovered.
Da nunmehr der Kondensator eine erhöhte Leistung gegenüber dem Normalbetrieb erbringen müßte, könnte nicht mit der verringerten Menge an Kühlmedium eine ausreichende Schwefelrückgewinnung erreicht werden, außer der Kondensator wäre auf Überkapazität ausgelegt. Ist dies nicht der Fall, so ist erfindungsgemäß vorgesehen, in den Kopf des Kondensators zusätzlich Kühlmedium einzubringen und so den Kühleffekt zur praktisch vollständigen Schwefelentfernung zu nutzen.Since the capacitor now has an increased performance compared to normal operation would have to provide could not be sufficient with the reduced amount of cooling medium Sulfur recovery can be achieved unless the condenser was on overcapacity designed. If this is not the case, the invention provides for the head of the condenser to bring in additional cooling medium and thus the cooling effect to practical to use complete sulfur removal.
.nn der Schwefel vai atalysat6r vcllig abgedemnft.ist, was durch eine schnelle Temperaturerhöhung am Austritt aus dem Katalysatorbett erkennbar ist, wird wieder die Durchflußmenge des Kühlmediums der ursprünglichen Kühlschlange auf den Dauerbetrieb umgestellt, wodurch sich die Temperatur am Austritt aus dem Katalysatorbett unter den Schwefeltaupunkt senkt. Damit beginnt der Zyklus von neuem..nn the sulfur may be completely atalysed rapid increase in temperature can be seen at the exit from the catalyst bed again the flow rate of the cooling medium of the original cooling coil on the Switched to continuous operation, which increases the temperature at the outlet from the catalyst bed drops below the sulfur dew point. This starts the cycle all over again.
Diese Verfahrensführung hat den bereits erwähnten Vorteil, daß kein zweites paralleles Katalysatorbett erforderlich ist.This process has the advantage already mentioned that no second parallel catalyst bed is required.
Werden die Vorschriften für die Schwefelrückgewinnung jedoch sehr hoch angesetzt, muß möglicherweise doch ein zweites Katalysatorbett installiert werden, da während der Regenerierung ein etwas erhöhter Schwefelgehalt im Abgas auftritt, verursacht durch die höhere Reaktionstemperatur am Austritt aus dem Katalysatorbett und dadurch verringertem Schwefelumsatz.However, the regulations for sulfur recovery are becoming very much set high, a second catalyst bed may need to be installed due to the slightly increased sulfur content in the exhaust gas during the regeneration occurs, caused by the higher reaction temperature at the exit from the catalyst bed and thereby reduced sulfur turnover.
Auf dem Trennboden zwischen Katalysatorbett und Kondensator sammelt sich flüssiger Schwefel, der von oben von den Kondensatorkühlschlangen tropft. Da das Katalysatorbett heißer ist als der flüssige Schwefel, wird der Trennboden aufgeheizt und damit der darauf gesammelte flüssige Schwefel aufgekocht. Dieser flüssige Schwefel enthält gelösten Schwefelwasserstoff, z.B. in Form von Polysulfiden. Durch das Aufkochen steigt Schwefeldampf nach oben und kommt dort nur mit Gas in Berührung, das wenig H2S enthält. Deshalb kann nur wenig H2S in dem flüssigen Schwefel in Lösung bleiben. Das aus dem Katalysatorbett aufsteigende heiße Gas tritt ebenfalls in Kontakt mit dem flüssigen Schwefelrücklauf, wodurch es zu einem Wärme- und Stoffübergang kommt, der das Ausgasen von H2S aus den Schwefeltröpfchen fördert. Im allgemeinen ist aus diesem Grunde eine eigene Entgasung des flüssigen Schwefels nicht mehr erforderlich, wie sie z.B. bei Flüssigtransport des Schwefels üblicherweise verlangt ist. Durch Einsparen dieser Einrichtung sinken die Kosten für die Gesamtanlage.Collects on the separating tray between the catalyst bed and the condenser liquid sulfur dripping from the top of the condenser cooling coils. There the catalyst bed is hotter than the liquid sulfur, the separating tray is heated and with it the liquid sulfur collected on it boiled up. That liquid sulfur contains dissolved hydrogen sulfide, e.g. in the form of polysulfides. By boiling sulfur vapor rises and only comes into contact with gas there, that little Contains H2S. Therefore, only a little H2S can remain in solution in the liquid sulfur. The hot gas rising from the catalyst bed also comes into contact with the liquid sulfur return, which leads to a heat and mass transfer, which promotes the outgassing of H2S from the sulfur droplets. In general it is off For this reason, your own degassing of the liquid sulfur is no longer necessary, as is usually required for the liquid transport of sulfur, for example. By Saving this facility reduces the costs for the entire system.
Durch die gute Tepperaturkontrolle in dem c;uasi-isothermen Reaktor ist die Gefahr von Schwefelfeuern drastisch reduziert. Das gilt insbesondere für Außerbetriebnahme und Wiederinbetriebnahme . Durch die Innenkühlung kann sehr schnell und zuverlässig im Katalysatorbett eine Temperatur unterhalb von 2000C eingestellt werden, bei der sich der Schwefel nicht mehr spontan entzündet. Beispielsweise kann kurz nach Betriebsunterbrechung Luft zur Spülung der Claus-Anlage verwendet werden. Es muß lediglich abgewartet werden, bis das Kühlmedium mit deutlich unter 2000C lieqender Temperatur das Katalysatorbett verläßt. Danach ist die Gefahr von Schwefelfeuern durch Luftkontakt äußerst gering. Die übliche Kühlung von Katalysatorbett und Claus-Anlage mit teurem Inertgas von Betriebstemperatur auf unter 2000C entfällt.Due to the good temperature control in the c; uasi-isothermal reactor the risk of sulfur fires is drastically reduced. This is especially true for Decommissioning and recommissioning. Thanks to the internal cooling, it can be done very quickly and reliably set a temperature below 2000C in the catalyst bed in which the sulfur no longer spontaneously ignites. For example, can air can be used to flush the Claus system shortly after the interruption in operation. All we have to do is wait until the cooling medium with clearly below 2000C lying temperature leaves the catalyst bed. After that is the danger from sulfur fires through contact with air is extremely low. The usual cooling of the catalyst bed and Claus plant with expensive inert gas from operating temperature to below 2000C is omitted.
Die Innenkühlung der Katalysatorbetten und Spülen mit Luft hat gegenüber dem bekannten Verfahren mit Inertgas den Vorteil der geringeren Kosten und daß die Außerbetriebnahme wesentlich schneller erfolgen kann.The internal cooling of the catalyst beds and purging with air has opposite the known method with inert gas the advantage of lower costs and that the Decommissioning can be done much faster.
Auch die Inbetriebnahme kann bes-chleunigt werden, da das Katalysatorbett durch die Wärmetauscherflächen nicht mehr gekühlt, sondern auch beheizt werden kann. Für die Inbetriebnahme wird zunächst Dampf oder ein anderes geeignetes Heizmedium durch die Rohre im Katalysatorbett und Kondensator geleitet. Wenn die Katalysatoranspringtemperatur erreicht ist, kann direkt mit Prozeßgas die Anlage angefahren werden. Es ist nicht, wie bisher üblich, erforderlich, die Anlage durch Durchleiten von Verbrennungsgasen aus dem Claus-Brenner langsam aufzuheizen.Commissioning can also be accelerated because the catalyst bed can no longer be cooled by the heat exchanger surfaces, but can also be heated. For commissioning, steam or another suitable heating medium is first used passed through the tubes in the catalyst bed and condenser. When the catalyst light-off temperature is reached, the system can be started up directly with process gas. It is not, as previously usual, the system required by passing combustion gases through slowly heat up from the Claus burner.
Sollten sich durch Verfestigung von Schwefel im Katalysatorbett Blockaden ergeben haben, z.B. bei einer Notabschaltung ohne die Möglichkeit, die Anlage von Schwefel freizuspülen, können diese Blockaden durch Aufheizen des Katalysatorbettes mit Hilfe eines Heizmediums in den Rohren der Schüttung problemlos beseitigt werden.There should be blockages due to solidification of sulfur in the catalyst bed have shown, e.g. in the event of an emergency shutdown without the possibility of disconnecting the system from Flushing sulfur free can remove these blockages by heating up the catalyst bed can be easily eliminated with the help of a heating medium in the pipes of the bed.
Im Rohgas zu dem quasi-isothermen Reaktor muß das H2S/SO2-Verhältnis ungefähr auf 2/1 eingestellt sein. Wenn COS und/oder CS2 im Rohgas vorhanden sind, ist es vorteilhaft, vor Überleiten des Gasstromes über den gekühlten Teil des Katalysatorbettes eine Hydrolyse von COS und/oder CS2 zu quasi-H2S durchzuführen, und zwar in einer adiabaten Vorschicht (ohne Kühlschlangen), um die erforderliche hohe Temperatur von ca. 3400C erreichen zu können.The H2S / SO2 ratio must be in the raw gas to the quasi-isothermal reactor be set to approximately 2/1. If COS and / or CS2 are present in the raw gas, it is advantageous, before passing the gas stream over the cooled part of the catalyst bed hydrolysis of COS and / or CS2 to perform quasi-H2S, in an adiabatic preliminary layer (without cooling coils) to achieve the required to be able to reach a high temperature of approx. 3400C.
Bei niedrigen H2S-Gehalten im Gasstrom von z.B. unter 10 mol% kann die H2S-Oxidation und die Claus-Reaktion in einem Katalysatorbett durchgeführt werden. Durch die innere Kühlung des Katalysatorbettes erweitert sich der Anwendungsbereich des Verfahrens zu höheren ,S-Gehaltn.In the case of low H2S contents in the gas flow of, for example, less than 10 mol% the H2S oxidation and the Claus reaction can be carried out in one catalyst bed. The range of application is expanded by the internal cooling of the catalyst bed of the process to higher, S-contents.
Da beide Reaktionen (Claus und Oxidation) exotherm sind, spielt für den Erfolg des Prozesses eine gute Temperaturkontrolle im Katalysatorbett eine wesentliche Rolle.Since both reactions (Claus and oxidation) are exothermic, plays for Good temperature control in the catalyst bed is essential to the success of the process Role.
Unter entsprechenden Voraussetzungen - nicht zu hoher H2S-Gehalt, keine Katalysatorgifte im Rohgas, die durch Verbrennen zu zerstören sind - kann also gemäß der Erfindung eine komplette Claus-Anlage aus Vorwärmung des Rohgases, Reaktor und Kondensator bestehen.Under appropriate conditions - not too high a H2S content, no catalyst poisons in the raw gas that can be destroyed by burning So according to the invention a complete Claus system from preheating of the raw gas, Reactor and condenser exist.
Das Kühlmedium muß nicht immer direkt vom Kondensator zum Katalysatorbett strömen. Statt dessen besteht die Möglichkeit, die Kondensationswärme extern zu nutzen und Kühlmedium für das Katalysatorbett von außen zu beziehen.The cooling medium does not always have to go directly from the condenser to the catalyst bed stream. Instead, there is the option of adding the heat of condensation externally use and obtain cooling medium for the catalyst bed from the outside.
Im Katalysatorbett können überdies je nach Bedarf mehrere Kühlmedien eingesetzt werden. Hierdurch ist das Temperaturprofil im Katalysatorbett zu optimieren. In besonderer Ausgestaltung dieser Verfahrensführung ist dabei vorgesehen, daß kaltes Rohgas zur Vorwärmung als Kühlmedium verwendet wird. Mit dem Einsatz verschiedener Kühlmedien können zugleich folgende Vorteile erzielt werden: Im unteren Teil des Katalysatorbettes sind höhere Temperaturen einstellbar, wie sie z.B. zur COS/CS2-Hydrolyse benötigt werden. Dampf, der im Katalysatorbett erzeugt wurde, kann im unteren Teil überhitzt werden. Kaltes Rohgas kann durch Verwendung als Kühlmedium praktisch auf Reaktionstemperatur vorgewärmt werden.In addition, depending on requirements, several cooling media can be used in the catalyst bed can be used. In this way, the temperature profile in the catalyst bed can be optimized. In a special embodiment of this process, it is provided that cold Raw gas is used as a cooling medium for preheating. With the use of various Cooling media can also achieve the following advantages: In the lower part of the In the catalyst bed, higher temperatures can be set, e.g. for COS / CS2 hydrolysis are needed. Steam generated in the catalyst bed can be in the lower part get overheated. Cold raw gas can practically be used as a cooling medium Reaction temperature are preheated.
In manchen Fällen scheint es zweckmäßig, die im Reingas aus dem Kondensator enthaltenen Schwefelkomponenten rückzugewinnen, um damit eine Ausbeute von über 99,9% zu erreichen.In some cases it seems appropriate to use the clean gas from the condenser to recover the sulfur components contained in order to achieve a yield of over To achieve 99.9%.
Hierzu ist erfindungsgemäß vorgesehen, das aus dem Kondensator austretende Reingas einer vorzugsweise katalytischen Nachverbrennung der darin enthaltenen Schwefelverbindungen zu im wesentlichen SO21 aber auch SO3 zu unterziehen.For this purpose, it is provided according to the invention that the one emerging from the condenser Pure gas from a preferably catalytic afterburning of the sulfur compounds contained therein to undergo essentially SO21 but also SO3.
Das Gas aus der Nachverbrennung wird daraufhin einer Gaswäsche zugeleitet, bei der selektiv SO2 mit hoher Konzentration gewonnen wird. Das gereinigte Gas, welches die Wäsche anschließend verläßt, ist von Schwefelverbindungen bis auf minimale Restgehalte befreit. Mit Vorteil wird das gewonnene SO2 dann vor den erfindungsgemäßen Reaktor oder auch vor eine konventionelle Clausanlage zurückgeführt.The gas from the post-combustion is then sent to a gas scrubber, in which SO2 is selectively obtained with a high concentration. The purified gas, which leaves the laundry afterwards is of sulfur compounds to a minimum Exempt residual contents. The SO2 obtained is then advantageously used before the process according to the invention Reactor or returned to a conventional Claus plant.
Ein derartiges Verfahren hat nicht nur zur Folge, daß eine mit herkömmlichen Anlagen kaum oder nur mit höchstem Aufwand erreichbare Schwefelrückgewinnung erzielt wird; es zeigt sich auch, daß das Regelverhalten sehr stark verbessert wird.Such a method not only has the consequence that one with conventional Systems achieved hardly any sulfur recovery, or only achieved with great effort will; it is also shown that the control behavior is very much improved.
Solange die Mischung des Gases aus dem Claus-Brenner und dem zurückgeführten SO2 einen gewissen H2S-Uberschuß aufweist, regelt sich die Anlage problemlos von selbst, d.h.As long as the mixture of the gas from the Claus burner and the recycled SO2 has a certain H2S excess, the system regulates itself without any problems itself, i.e.
eine exakte Einstellung des Verhältnisses H2S : SO2 für den Reaktor istnichterforderlich. Der Grund hierfür liegt darin, daß alle nicht umgesetzten Schwefelverbindungen in der Anlage zu S02 verbrannt, ausgewaschen und rückgeführt werden. Auf diese Weise gelangt mehr SO2 vor den Reaktor und gleicht den ursprünglichen H2S-Uberschuß aus.an exact setting of the H2S: SO2 ratio for the reactor not necessary. The reason for this is that all of them have not been implemented Sulfur compounds burned, washed out and recycled in the plant to form S02 will. In this way, more SO2 gets in front of the reactor and balances the original one H2S excess from.
Die anfällige Luftregelung - wie sie in konventionellen Claus-Anlagen erforderlich ist - kann hier also durch eine einfache und sogar relativ ungenaue Proportionalregelung vor dem Claus-Brenner ersetzt werden, ohne daß dadurch die Leistungsfähigkeit der Anlage sinkt.The vulnerable air control - as in conventional Claus systems is required - can therefore be done here by a simple and even relatively imprecise Proportional control can be replaced before the Claus burner, without thereby the Plant efficiency drops.
Die Erfindung betrifft überdies einen Reaktor zur Durchführung des Verfahrens mit einer Gaszuleitung für zu behandelndes Rohgas, einer Gasableitung für schwefelfreies Gas sowie einem Katalysatorbett. In kennzeichnender Weise ist dieser Reaktor quasi-isotherm ausgebildet, weist ein Katalysatorbett und einen Kondensator auf sowie jeweils Kühlschlangen in dem Katalysatorbett und in dem Kondensator.The invention also relates to a reactor for carrying out the Process with a gas supply line for the raw gas to be treated, a gas discharge line for sulfur-free gas and a catalyst bed. Significantly is this reactor is designed quasi-isothermally, has a catalyst bed and a condenser on and cooling coils in the catalyst bed and in the condenser.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltungsform ist der Reaktor nach Art eines gewickelten Rohrbündelwärmetauschers mit Wicklungskernrohr ausgebildet, wobei die gewickelten Rohre als Kühlschlangen für das Kühlmedium dienen und das Katalysatorbett im unteren Teil des Außenraumes desKernrohres angeordnet ist.According to a preferred embodiment, the reactor according to Art of a wound tube bundle heat exchanger with a winding core tube, wherein the coiled tubes serve as cooling coils for the cooling medium and the catalyst bed is arranged in the lower part of the outer space of the core tube.
In der Praxis hat sich erwiesen, daß der erfindungsgemäße Reaktor für verschiedene exotherme Reaktionen verwendbar ist, wobei der Katalysatorverschleiß gegenüber herkömmlichen Festbett-Reaktoren niedriger ist. Ebenso ist der auftretende Druckverlust im Vergleich zu bisher üblichen Reaktoren geringer.In practice it has been found that the reactor according to the invention can be used for various exothermic reactions, the catalyst wear compared to conventional fixed bed reactors is lower. Likewise is the occurring Lower pressure loss compared to conventional reactors.
Desweiteren kann der Reaktor so ausgebildet sein, daß die Kühlschlangen in Kondensator und Katalysatorbett miteinander verbunden sind. Diese Verbindung kann beispielsweise über das Wicklungskernrohr gegeben sein.Furthermore, the reactor can be designed so that the cooling coils are connected to one another in the condenser and catalyst bed. This connection can for example be given via the winding core tube.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltungsform des Reaktors können in dem Kondensator zusätzliche Kühlschlangen angeordnet sein. Das gleiche gilt für das Katalysatorbett, in dem ebenfalls mehrere Kühlschlangen angeordnet sein können.According to a further embodiment of the reactor can in the Condenser additional cooling coils can be arranged. The same goes for that Catalyst bed in which several cooling coils can also be arranged.
In bevorzugter Weise ist überdies eine adiabatische, für die Hydrolyse von COS und/oder CS2 zu H2S aktive Katalysatorschicht vorgesehen.In addition, an adiabatic one is preferred for the hydrolysis COS and / or CS2 to H2S active catalyst layer provided.
In manchen Fällen kann es auch erforderlich sein, Reaktor und Kondensator zu trennen, z.B. um eine bessere Baubarkeit und Transportierbarkeit zu erreichen. In solch einem Fall ist das Durchströmen des Katalysatorbettes von oben nach unten möglich, ggf. auch eine horizontale Durchströmung.In some cases it may also be necessary to have a reactor and a condenser to be separated, e.g. in order to achieve better buildability and transportability. In such a case, the flow through the catalyst bed is from top to bottom possible, possibly also a horizontal flow.
Wenn die Claus-Reaktion durch die Bildung von Schwefel begrenzt ist und nicht durch die Katalysatorendtemperatur, können auch mehrere Reaktoren hintereinandergeschaltet werden. Dabei ist vorzugsweise das erste Katalysatorbett konventionell mit externem Schwefelkondensator, das letzte Bett dagegen erfindungsgemäß ausgebildet.When the Claus reaction is limited by the formation of sulfur and not through the final catalyst temperature, several reactors can be connected in series will. The first catalyst bed is preferably conventional with an external one Sulfur condenser, the last bed, however, designed according to the invention.
Diese Anordnung ist aus folgende Gründen zu wählen. Im ersten Reaktor ist gute Einstellung des chemischen Gleichgewichts nicht unbedingt nötig, so daß konventionelle Bauweise ausreicht.This arrangement should be chosen for the following reasons. In the first reactor good adjustment of the chemical equilibrium is not absolutely necessary, so that conventional construction is sufficient.
Im ersten Kondensator ist maximale Schwefelentfernung nicht so kritisch, so daß dort auch eine konventionelle Konstruktion ausreicht. Das letzte Bett muß bei möglichst tiefer Temperatur gefahren werden, am besten unterhalb des Schwefeltaupunktes, was mit dem vorgeschlagenen Verfahren in einem statt zwei Betten möglich ist, und Schwefeltröpfchen müssen bei möglichst tiefer Temperatur möglichst vollständig zurückgehalten werden, was mit dem hier vorgeschlagenen Kondensator besser durchführbar ist als mit konventioneller Bauweise.In the first condenser, maximum sulfur removal is not so critical, so that a conventional construction is sufficient there. The last bed has to be be driven at the lowest possible temperature, preferably below the sulfur dew point, what is possible with the proposed method in one instead of two beds, and Sulfur droplets must be retained as completely as possible at the lowest possible temperature become, which is better feasible with the capacitor proposed here than with conventional construction.
Der im ersten Kondensator gewonnene Schwefel enthält viel H2S, das mit noch H2S-haltigem Gas im Gleichgewicht stand.The sulfur obtained in the first condenser contains a lot of H2S, that was in equilibrium with gas still containing H2S.
Dieser Schwefel kann im oberen Teil des erfindungsgemäßen Kondensators aufgegeben werden. Er erhöht dort den Rücklauf und verbessert damit die Rückgewinnung von aufsteigendem, dampfförmigem Schwefel.Zugleich wird der H2S-haltige Schwefel entgast.This sulfur can in the upper part of the condenser according to the invention to be abandoned. There it increases the return and thus improves the recovery from rising, vaporous sulfur. At the same time the H2S-containing sulfur becomes degassed.
Es ist möglich, daß bei dem vorgeschlagenen Reaktor dessen Material höher temperaturfest sein muß als bei konventioneller Bauweise, da eine Ausmauerung des Claus-Reaktors mit Innenkühlung nur mit großem Aufwand möglich ist. Dafür ist aber die Zahl der nötigen Apparate geringer als bei konventionellen Reaktoren. Die Beherrschung von Schwefelfeuern ist durch die Innenkühlung einfacher, da schnell und sicher kontrollierbar tiefe Temperaturen eingestellt werden können, bei denen sich Schwefel nicht mehr entzündet.It is possible that in the proposed reactor its material must be higher temperature resistant than with conventional construction, because a brick lining of the Claus reactor with Internal cooling only possible with great effort is. For this, however, the number of devices required is lower than with conventional ones Reactors. The control of sulfur fires is easier due to the internal cooling, as low temperatures can be set quickly and safely, in a controllable manner, in which sulfur no longer ignites.
Im folgenden sei das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines in fünf Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.In the following, the method according to the invention is based on a in five figures illustrated embodiment explained in more detail.
Es zeigen: Figur 1 erfindungsgemäßer Reaktor einfachster Ausgestaltungsform Figur 2 Reaktor mit Adiabatenschicht zur COS/CS2-Hydrolyse Figur 3 Reaktor mit zusätzlicher Kühlung des Katalysatorbettes Figur 4 Reaktor mit Rohgasvorwärmung.They show: FIG. 1 reactor according to the invention of the simplest embodiment FIG. 2 reactor with adiabatic layer for COS / CS2 hydrolysis. FIG. 3 reactor with additional Cooling of the catalyst bed Figure 4 reactor with raw gas preheating.
Figur 5 Verfahrensschema In dem Reaktor 1 gemäß Figur 1 ist ein Katalysatorbett 2 sowie ein Kondensatorteil 3 angeordnet. Der Reaktor ist in bevorzugter Weise als gewickelter Rohrbündelwärmetauscher mit einem Wicklungskernrohr 4 ausgebildet. Die Rohrbündel dienen dabei als Kühlschlangen 5 im Kondensator bzw. 6 im Katalysatorbett, die miteinander verbunden sein können, 7.FIG. 5 Process scheme In the reactor 1 according to FIG. 1 there is a catalyst bed 2 and a capacitor part 3 are arranged. The reactor is preferably as wound tube bundle heat exchanger with a winding core tube 4. the Tube bundles serve as cooling coils 5 in the condenser or 6 in the catalyst bed, which can be connected to each other, 7.
Mit 8 ist ein Einfüllstutzen mit 9 ein Entleerungstutzen für den Katalysator bezeichnet. Der Reaktor weist eine Gaszuleitung 10 für den zu behandelnden Gasstrom und eine Gasableitung 11 fur das an Schwefelverbindungen verarmte Gas auf. Weiterhin ist eine Abzugsleitung 12 für flüssigen Schwefel vorgesehen.With 8 a filler neck with 9 is a drainage neck for the catalytic converter designated. The reactor has a gas feed line 10 for the gas stream to be treated and a gas discharge line 11 for the gas depleted in sulfur compounds. Farther a discharge line 12 for liquid sulfur is provided.
Als Kühlmittel wird vorzugsweise Kesselspeisewasser mit einer Temperatur oberhalb 100°C in den Kondensator über Leitung 5 eingeleitet und in das Katalysatorbett verdampfendes Kesselspeisewasser mit einer Temperatur zwischen 240 und 3200C. In den Rohren kann auch ein beliebig anderes Medium angewärmt werden.Boiler feed water with a temperature is preferably used as the coolant introduced above 100 ° C into the condenser via line 5 and into the catalyst bed Evaporating boiler feed water with a temperature between 240 and 3200C. In Any other medium can also be heated in the pipes.
Der Reaktor gemäß Figur 2 unterscheidet sich von dem nach Figur 1 lediglich darin, daß unterhalb der Katalysatorschicht 2 eine weitere für die Hydrolyse von COS und/oder CS2 zu H2S aktive, quasi-adiabatische Schicht 13 angeordnet ist. Die Kühlschlangen 5 und 6 sind gemäß dieser Ausführungsform außerdem über das Wicklungskernrohr 4 mit einem Rohr 14 verbunden.The reactor according to FIG. 2 differs from that according to FIG. 1 only in the fact that below the catalyst layer 2 another for the hydrolysis from COS and / or CS2 to H2S active, quasi-adiabatic layer 13 is arranged. According to this embodiment, the cooling coils 5 and 6 are also via the winding core tube 4 connected to a pipe 14.
Der Reaktor gemäß Figur 3 weist gegenüber dem gemäß Figur 2 oder 1 weitere Kühlschlangen 15, 16 auf, in denen noch weitere Kühlmedien angewärmt werden. So kann beispielsweise in den Kühlschlangen 5, 6 Kesselspeisewasser, in Kühlschlange 15 kaltes Rohgas und in Kühlschlange 16 Dampf zur Überhitzung angewärmt werden.The reactor according to FIG. 3 has, compared to that according to FIG. 2 or 1 further cooling coils 15, 16, in which further cooling media are heated. For example, boiler feed water can be used in the cooling coils 5, 6 in the cooling coil 15 cold raw gas and in cooling coil 16 steam to be warmed for overheating.
In dem Ausführungsbeispiel der Figur 4 erfolgt über eine im Katalysatorbett angeordnete Kühlschlange 17 eine Rohgasvorwärmung. Rohgas z.B. aus einem Claus-Ofen und erstem Schwefelkondensator wird als Kühlmedium verwendet, dabei auf 250 bis 3500C angewärmt und sodann über Leitung 18 in das Katalysatorbett eingeführt.In the exemplary embodiment in FIG. 4, one takes place in the catalyst bed arranged cooling coil 17 a raw gas preheating. Raw gas e.g. from a Claus furnace and the first sulfur condenser is used as a cooling medium, while on 250 bis 3500C and then introduced via line 18 into the catalyst bed.
In Figur 5 ist ein Beispiel zur Behandlung eines Claus-Gases gezeigt. Die Anlage besteht wie eine konventionelle Anlage aus einem Claus-Brenner 19 mit Abhitzekessel, einem ersten Schwefelkondensator 20 und einer Wiederanwärmung über Bypassleitung 21 sowie erfindungsgemäß aus einem innen gekühlten 22, isothermen Claus-Reaktor 23 mit Adiabatvorbett für COS/CS2-Hydrolyse und einem zweiten Schwefelkondensator 24.FIG. 5 shows an example for the treatment of a Claus gas. Like a conventional system, the system consists of a Claus burner 19 with Waste heat boiler, a first sulfur condenser 20 and a reheating over Bypass line 21 and according to the invention from an internally cooled 22, isothermal Claus reactor 23 with adiabatic pre-bed for COS / CS2 hydrolysis and a second sulfur condenser 24.
68 mol/sec Sauergase mit einer Temperatur von 300C und einem Druck von 2 bar werden über Leitung 25 aus z. B.68 mol / sec acid gases with a temperature of 300C and a pressure of 2 bar are via line 25 from z. B.
einer Methanolwäsche in den Claus-Brenner geführt. Das Sauergas hat folgende Zusammensetzung: N2 2,94 mol% CO2 47,02 molE CH3OH 0,09 mol% H2S 48,27 mol% COS 1,68 mol% Im Claus-Brenner wird das Sauergas partiell verbrannt, im Abhitzekessel gekühlt und im ersten Schwefelkondensator flüssig anfallender Schwefel über Leitung 26 abgezogen.a methanol scrub into the Claus burner. The sour gas has the following composition: N2 2.94 mol% CO2 47.02 molE CH3OH 0.09 mol% H2S 48.27 mol% COS 1.68 mol% In the Claus burner, the acid gas is partially burned, Cooled in the waste heat boiler and liquid sulfur in the first sulfur condenser withdrawn via line 26.
Die Wiederanwärmung des Gases in Leitung 27 erfolgt über hot bypass 21, und zwar auf die für die COS/CS2-Hydrolyse erforderliche Temperatur von etwa 3400C. Das Gas tritt sodann in den erfindungsgemäßen Reaktor 23. The reheating of the gas in line 27 takes place via a hot bypass 21, to the temperature of about 3400C. The gas then enters the reactor 23 according to the invention.
Zunächst wird in einem adiabaten Vorbeit COS und CS2 hydrolisiert. Danach gelangt das Gas in den mit Kesselspeisewasser über Leitung 22 gekühlten Teil der Schüttung, wo praktisch ausschließlich die Claus-Reaktion abläuft. Die Temperatur am Austritt des gekühlten Bettes liegt bei 260"C. Die Temperatur wurde zur besseren Vergleichbarkeit so hoch gewählt wielneiner konventionellen Claus-Anlage. Durch Absenken der Temperatur, insbesondere durch sub-dewpoint-Fahrweise, läßt sich selbstverständlich die Schwefelrückgewinnunq erheblich steigern. Hierfür sind erfindungsgemäß keine zusätzlichen Apparate nötig, im Gegensatz zur konventionellen Claus-Anlage.First, COS and CS2 are hydrolyzed in an adiabatic preliminary work. The gas then enters the part cooled with boiler feed water via line 22 the bed, where practically only the Claus reaction takes place. The temperature at the outlet of the cooled bed is at 260 "C. The temperature has improved Comparability selected as high as a conventional Claus system. By Lowering the temperature, in particular by means of a sub-dewpoint procedure, can of course be done increase the sulfur recovery considerably. According to the invention, there are none for this additional equipment required, in contrast to the conventional Claus system.
Teils des Am Eintritt des gekühlten Bettes liegt die Temperatur bei 370°C. Die Temperaturerhöhung gegenüber der Eintrittstemperatur in das Adiabatbett ist eine Folge der Hydrolyse und Claus-Reaktion. Innerhalb der gekühlten Schüttung stellt sich zunächst ein recht steiles, gegen das Bettende hin abflachendes Temperaturprofil ein. Am Bettende ist die Temperatur gerade so hoch, daß kein flüssiqer Schwefel auskondensiert. Part of the temperature is at the inlet of the cooled bed 370 ° C. The temperature increase compared to the entry temperature into the adiabatic bed is a consequence of the hydrolysis and Claus reaction. Inside the cooled bulk At first there is a steep temperature profile that flattens out towards the end of the bed a. At the end of the bed the temperature is just so high that no liquid sulfur condensed out.
Das Gas verläßt die gekühlte Schüttung und gelanqt in den zweiten Schwefelkondensator 24. Dort wird das Gas im Gegenstrom zu Kesselspeisewasser aus Leitung 28 abgekühlt, wodurch flüssiger Schwefel auskondensiert, der über Leitung 29 abgezogen wird. Reingas verläßt den Schwefelkondensator über Kopf (Leitung 30). Das Reingas (132,94 mol/sec hat bei 1,6 bar und 1200C folgende Zusammensetzung: N2 49,64 mol% CO2 24,83 mol% H2S 1,57 mol% S02 0,81 mol% COS 260 ppm CS2 65 ppm Schwefel 27 ppm H20 23,11 mol% Der abgezogene Schwefel (3,84 mol/sec) hat bei 1500C und 1,6 bar die Zusammensetzung: N2 19 ppm CO2 190 ppm H2S 170 ppm S, 99,91 mol% H2O 320 ppm Bei dieser Variante ohne Schwefelentgasung im zweiten Schwefelkondensator beträgt die Schwefelrückgewinnung 90,3%, d.h.The gas leaves the cooled bed and enters the second Sulfur condenser 24. There the gas is discharged in countercurrent to boiler feed water Line 28 cooled, as a result of which liquid sulfur condenses out, which via line 29 is withdrawn. Clean gas leaves the sulfur condenser at the top (line 30). The clean gas (132.94 mol / sec at 1.6 bar and 1200C has the following composition: N2 49.64 mol% CO2 24.83 mol% H2S 1.57 mol% S02 0.81 mol% COS 260 ppm CS2 65 ppm Sulfur 27 ppm H20 23.11 mol% The sulfur drawn off (3.84 mol / sec) has at 1500C and 1.6 bar the composition: N2 19 ppm CO2 190 ppm H2S 170 ppm S, 99.91 mol% H2O 320 ppm With this variant without sulfur degassing in the second sulfur condenser the sulfur recovery is 90.3% i.e.
sie ist praktisch gleich groß wie bei einer zweistufigen konventionellen Claus-Anlage (91,8% , 8% Schwefelrückgewinnung).it is practically the same size as a two-stage conventional one Claus plant (91.8%, 8% sulfur recovery).
Die gewonnene Schwefelmenge beträgt 85,2 t/Tag.The amount of sulfur obtained is 85.2 t / day.
Es ist demnach also ein erfindungsgemäßer Reaktor in etwa gleich leistungsfähig wie in einer konventionellen Claus-Anlage folgende Apparate: 1. Claus-Reaktor; 2. Schwefel- kondensator; Wiederanwärmung durch indirekten Wärmetausch, 2. Claus-Reaktor und 3. Schwefelkondensator.Accordingly, a reactor according to the invention has approximately the same performance as in a conventional Claus plant, the following apparatus: 1. Claus reactor; 2. Sulfur- capacitor; Reheating through indirect heat exchange, 2. Claus reactor and 3. sulfur condenser.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Reaktors sind in Bezug auf Einfachheit, geringem Platzbedarf, verringerten Enqineeringaufwand durch kleine Zahl von Apparaten und Regelungen, verringerte Investitionskosten evident.The advantages of the reactor according to the invention are in terms of simplicity, low space requirement, reduced engineering effort due to the small number of devices and regulations, reduced investment costs evident.
In einer zweiten Variante ist der Prozeß identisch mit dem vorher beschriebenen, jedoch wird das Schwefelprodukt aus dem ersten Kondensator direkt zur Entgasung über die gestrichelt dargestellte Leitung 31 im oberen Teil des erfindungsgemäßen Schwefelkondensators aufgegeben.In a second variant, the process is identical to the one before however, the sulfur product from the first condenser is direct for degassing via the line 31 shown in dashed lines in the upper part of the invention Abandoned sulfur condenser.
Während im Gesamtschwefelprodukt der vorbeschriebenen Variante 1 ein ähnlicher H2S-Gehalt vorliegt wie im konventionellen Verfahren, nämlich ca. 170 ppm bis 200 ppm, weil der Großteil des H2S im Schwefel aus dem Schwefel des ersten Kondensators stammt, ist der H2S-Gehalt nach Variante 2 nur noch 12 ppm. Dieser gute Entschwefelungsgrad wird insbesondere dadurch erreicht, daß die Schwefelentgasung praktisch sofort einsetzt und nicht erst nach längerer Zeit der Schwefel Schwefellagerung im -Pit, wie das üblicherweise gehandhabt wird.While in the total sulfur product of the above-described variant 1 a The H2S content is similar to that in the conventional process, namely approx. 170 ppm to 200 ppm because most of the H2S in sulfur comes from the sulfur of the first Condenser originates, the H2S content according to variant 2 is only 12 ppm. This a good degree of desulfurization is achieved in particular by the fact that the sulfur degassing starts practically immediately and not only after a long period of sulfur storage in the -Pit, as is usually done.
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DE19843428452 DE3428452A1 (en) | 1984-02-02 | 1984-08-01 | Process and reactor for the catalytic conversion of hydrogen sulphide into elemental sulphur |
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