DE3708957C2 - Reaktor zur katalytischen Umsetzung von in einem Gasstrom enthaltenem H¶2¶S und SO¶2¶ zu elementarem Schwefel - Google Patents

Reaktor zur katalytischen Umsetzung von in einem Gasstrom enthaltenem H¶2¶S und SO¶2¶ zu elementarem Schwefel

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Description

Die Erfindung betrifft einen Reaktor zur katalytischen Umsetzung von in einem Gas­ strom enthaltenem H₂S und SO₂ zu elementarem Schwefel mit einem Katalysatorbett.
Bei der Umsetzung von H₂S und SO₂ zu elementarem Schwefel handelt es sich um eine exotherme Reaktion, d. h. je mehr Wärme abgeführt wird, desto weiter liegt das Reaktionsgleichgewicht auf Seiten der Schwefelbildung.
Um besonders hohe Schwefelausbeuten zu erzielen (bis über 99%), muß man ent­ sprechend weit runterkühlen. Kühlt man dabei bis unter den Schwefeltaupunkt bzw. Schwefelfestpunkt, so setzt sich der Katalysator mit flüssigem bzw. festem Schwefel zu.
Der abgeschiedene flüssige bzw. feste Schwefel inaktiviert den Katalysator und muß deshalb wieder entfernt werden.
Das geschieht dadurch, daß das Katalysatorbett angeheizt wird und der Schwefel somit wieder verdampft.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Reaktor der eingangs genannten Art so aus­ zugestalten, daß die Umsetzung von H₂S und SO₂ zu Elementarschwefel auch bei Unterschreitung des Schwefelfestpunktes großtechnisch kostengünstig durchgeführt werden kann, daß der apparative Aufwand und damit die Investitionskosten sowie die Betriebskosten verringert werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Reaktor zumindest teil­ weise innen gekühlt bzw. beheizt ausgebildet und in dem Katalysatorbett in zumindest einem Teilbereich mindestens eine Kühl-/Heizschlange angeordnet ist.
Das Katalysatorbett ist in eine quasi adiabatische Zone ohne Kühlwirkung und eine quasi isotherme Zone mit Kühlwirkung unterteilt. Dies ermöglicht die Durchführung der häufig erforderlichen Hydrolyse von COS/CS₂ zu H₂S in der quasi adiabaten Vor­ schicht, so daß kein weiterer Reaktor hierfür benötigt wird. Außerdem wirkt die quasi adiabate Vorschicht gleichzeitig als eine Art Tiefenfilter, d. h. eventuelle Verunreinigun­ gen des Gasstromes mit Feststoffpartikeln, wie beispielsweise Staub aus einer voran­ gegangenen Verbrennung, werden in dieser Schicht abgeschieden.
Der Reaktor ist nach Art eines gewickelten Rohrbündelwärmetauschers ohne Wick­ lungskernrohr ausgebildet, wobei die gewickelten Rohre als Kühl/Heizschlangen für das Kühl/Heizmedium dienen, und der verbleibende Zwischenraum mit Katalysator­ masse ausgefüllt ist. Als einfaches und billiges Kühl- bzw. Heizmedium bieten sich Kesselspeisewasser bzw. Hochdruckdampf an.
Durch die gleichmäßig über der Höhe verteilten Kühl/Heizschlangen verringert sich die mechanische Beanspruchung des Katalysators beim Einfüllen, da die Fallhöhe geringer ist.
Je nach Zusammensetzung des Gasstromes ist es von Vorteil, wenn die Teilbetten unterschiedliche Katalysatoren enthalten. So zum Beispiel Katalysatoren für die COS/CS₂-Hydrolyse und die Direktoxidation von H₂S zu SO₂ und/oder S oder die Claus-Reaktion.
Für eine günstige Beeinflussung der Strömungsverhältnisse ist erfindungsgemäß vor­ gesehen, daß die parallelen Teilbetten über ein sämtliche Teilbetten abdeckendes gas­ undurchlässiges Blech an ihren Stirnseiten miteinander zu einer Einheit verbunden sind und daß auf der einen Stirnseite die Gaszuleitung bis in dieses Blech hineingeführt ist.
Eine andere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Reaktors sieht vor, daß zwischen den einzelnen Teilbetten Leitbleche installiert sind.
Mit Vorteil ist außerdem ein Teil des Katalysatorbettes als eine adiabatische für die Hydrolyse von COS und/oder CS₂ zu H₂S aktive Katalysatorschicht ausgebildet.
Für eine möglichst von der Gaszusammensetzung unabhängige Umsetzung ist es er­ findungsgemäß vorgesehen, daß das Katalysatorbett für die katalytische Oxidation von H₂S zu SO₂ und/oder Elementarschwefel aktiv ist.
Insgesamt bietet der erfindungsgemäße Reaktor mitsamt seinen Ausgestaltungen den Vorteil, daß er einen niedrigen Druckverlust, einen guten Wärmeübergang sowie eine gute Gasverteilung aufweist. Durch die Aufteilung des Katalysatorbettes in mehrere Teilbetten erhält man darüber hinaus quasi eine beliebige Schütthöhe bei gleichzeiti­ gem minimalen Druckverlust.
Weiterhin zeichnet sich der erfindungsgemäße Reaktor durch eine gute Regelbarkeit aus, womit sich Inbetrieb- sowie Außerbetriebnahme vereinfachen und die Betriebssi­ cherheit sich erhöht. Insbesondere ist beim erfindungsgemäßen Reaktor die Einstellung eines optimalen Temperaturprofils speziell für die Aufheizung des Katalysators bei der Regenerierung im Schwefeltaupunkt- bzw. Schwefelfestpunktbetrieb möglich.
Der erfindungsgemäße Reaktor ist überall da einsetzbar, wo H₂S und SO₂ katalytisch zu Elementarschwefel umgesetzt werden sollen, insbesondere aber bei Anlagen, die unterhalb des Schwefeltaupunktes bzw. des Schwefelfestpunktes arbeiten.
Nachfolgend sei die Erfindung anhand des in der Figur schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert.
Die Figur zeigt einen erfindungsgemäßen Reaktor mit einem in mehrere Teilbetten auf­ geteilten Katalysatorbett.
Ein zu reinigender Gasstrom tritt über einen Rohrstutzen 1 in den Reaktor 2 ein. Dabei wird das Gas über ein Rohr 3, welches mit einer gasundurchlässigen Platte 4 verbun­ den ist, zentrisch zwischen mehreren Katalysatorteilbetten 5, 6 aufgegeben.
In diesem Fall ist das Katalysatorteilbett 5 quasi adiabat und das Katalysatorteilbett 6 quasi isotherm ausgebildet. Zur Beheizung bzw. Kühlung des Katalysatorteilbettes 6 dienen die Kühl/Heizschlangen 7.
Das Gas strömt von innen nach außen zuerst durch das Katalysatorteilbett 5, dann durch das Katalysatorteilbett 6 und weiter sich vermischend zum unteren Ende des Reaktors, wo es über Rohrstutzen 8 abgezogen wird.

Claims (7)

1. Reaktor zur katalytischen Umsetzung von in einem Gasstrom enthaltenem H₂S und SO₂ zu elementarem Schwefel mit einem Katalysatorbett, wobei der Reaktor (2) zumindest teilweise innen gekühlt bzw. beheizt ausgebildet und in dem Katalysator­ bett in zumindest einem Teilbereich mindestens eine Kühl-/Heizschlange (7) für ein Kühl-/Heizmedium angeordnet ist, und der Reaktor (2) nach Art eines gewickelten Rohrbündelwärmetauschers ausgebildet ist, wobei die gewickelten Rohre als Kühl- /Heizschlangen (7) für das Kühl-/Heizmedium dienen und der verbleibende Zwi­ schenraum mit Katalysatormasse ausgefüllt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das gewickelte Rohrbündel ohne Wicklungskernrohr ausgeführt ist.
2. Reaktor (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Katalysatorbett in eine quasi adiabatische Zone ohne Kühlwirkung und eine quasi isotherme Zone mit Kühlwirkung unterteilt ist.
3. Reaktor (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Teilbereiche als Katalysatorteilbetten (5, 6) ausgebildet unterschiedliche Katalysatoren enthalten.
4. Reaktor (2) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Katalysatorteilbetten (5, 6) über eine sämtliche Katalysatorteilbetten abdeckende gasundurchlässige Platte (4) an ihren Stirnseiten miteinander verbunden sind und daß auf der einen Stirnseite der Rohrstutzen (1) bis in diese Platte (4) hineingeführt ist.
5. Reaktor (2) nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwi­ schen den einzelnen Katalysatorteilbetten (5, 6) Leitbleche installiert sind.
6. Reaktor (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Katalysatorbettes als eine adiabatische, für die Hydrolyse von COS und/oder CS₂ zu H₂S aktive Katalysatorschicht ausgebildet ist.
7. Reaktor (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Katalysatorbett für die katalytische Oxidation von H₂S zu SO₂ und/oder Elementar­ schwefel aktiv ist.
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