DE3843295A1 - Verfahren zum betrieb einer claus-anlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Claus-Anlage, in der das H₂S-haltige Einsatzgas zunächst einer Teilverbrennung unterworfen und danach in einem zwei- oder mehrstufigen Claus-Reaktor weiter umgesetzt wird.

Bei der Durchführung des sogenannten Claus-Verfahrens wird das H₂S-haltige Einsatzgas zunächst in einem Verbrennungs­ ofen einer Teilverbrennung unter solchen Bedingungen unter­ worfen, daß nur ein Drittel des im Einsatzgas enthaltenen Schwefelwasserstoffes gemäß folgender Reaktionsgleichung verbrannt wird:
H₂S+1,5 O₂ → SO₂+H₂O
Im Verbrennungsofen kann dabei eine spezielle Katalysator­ schicht installiert sein, die der Zersetzung der im Ein­ satzgas befindlichen Stickstoffverbindungen dient.

Anschließend wird das heiße Gas in einem Abhitzekessel ge­ kühlt und danach in einen zwei- oder mehrstufigen Claus- Reaktor eingeleitet, in dem in Gegenwart von Katalysato­ ren die weitere Umsetzung des Gases gemäß folgender Re­ aktionsgleichung stattfindet:
2 H₂S+SO₂ → 3 S+2 H₂O.

Bei den üblichen Claus-Anlagen sind der der Teilverbrennung des Einsatzgases dienende Verbrennungsofen mit Abhitzekes­ sel, der Claus-Reaktor mit Nebeneinrichtungen sowie der Schwefelabscheider in Reihe geschaltet. Die Dimensionie­ rung dieser Anlagen erfolgt dabei in Abhängigkeit vom zu erwartenden H₂S-Gehalt des Einsatzgases und des normaler­ weise zu verarbeitenden Einsatzgasmassenstromes, so daß die Kapazität der Schwefelproduktion in der Anlage insge­ samt begrenzt ist. Abweichungen von der vorgegebenen Pro­ duktionskapazität sind hierbei nur in einem eng begrenz­ ten Schwankungsbereich möglich. Sofern in der Praxis so­ wohl mit erheblichen Schwankungen des H₂S-Gehaltes im Ein­ satzgas als auch des zu verarbeitenden Einsatzgasmassen­ stromes zu rechnen war, hat man dieses Problem bisher durch die Errichtung von zwei- oder mehrstraßigen Claus- Anlagen zu lösen versucht. Dies bedeutet jedoch einen erheblichen Aufwand an Anlage- und Betriebskosten, da in diesem Falle alle Anlagenteile der Gesamtanlage zwei­ bzw. mehrfach vorhanden sein müssen und außerdem im Falle einer niedrigen Schwefelproduktion die nicht genutzten Anlagenteile warmgehalten werden müssen, da sie sich bei einem plötzlichen Ansteigen der benötigten Produktions­ kapazität stets im betriebsbereiten Zustand befinden müssen.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, das Verfahren zum Betrieb einer Claus-Anlage dahingehend zu verbessern, daß im Falle von Schwankungen der benötigten Produktionskapazität gegenüber der vorstehend beschrie­ benen Arbeitsweise eine Einsparung an Anlage- und Be­ triebskosten erzielt werden kann.

Das der Lösung dieser Aufgabe dienende Verfahren der eingangs genannten Art ist erfindungsgemäß dadurch ge­ kennzeichnet, daß eine optimale Teilverbrennung des Einsatzgases in Abhängigkeit von dem mit dem Einsatzgas zugeführten Schwefelwasserstoffmassenstrom entweder in einem oder in zwei parallel geschalteten Verbrennungsöfen mit Abhitzekessel erfolgt, worauf die weitere Behandlung des Gases in einem einzigen Claus-Reaktor durchgeführt wird, dessen Produktionskapazität auf den maximal zu er­ wartenden Schwefelmassenstrom ausgelegt ist.

Das heißt, zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfah­ rens werden nicht mehr zwei oder mehr als zwei komplette, parallelgeschaltete Claus-Anlagen benötigt. Stattdessen werden nur noch zwei Verbrennungsöfen mit den dazugehöri­ gen Abhitzekesseln installiert. Wird dabei der Anlage mit dem Einsatzgas eine verhältnismäßig niedriger Schwefelwas­ serstoffmassenstrom zugeführt, so erfolgt die Teilver­ brennung des Gases nur in einem Verbrennungsofen. Ist der zugeführte Schwefelwasserstoffmassenstrom dagegen groß, so wird die Teilverbrennung des Gases in zwei Verbren­ nungsöfen durchgeführt. Unabhängig davon ist für die wei­ tere Gasbehandlung nur ein einziger Claus-Reaktor mit den dazugehörigen Nebeneinrichtungen vorgesehen, der für den maximal zu erwartenden Schwefelmassenstrom ausgelegt ist.

Weitere Einzelheiten des erfindungsgemäßen Verfahrens sol­ len nachfolgend an Hand des in der Abbildung dargestellten Fließschemas erläutert werden.

Hierbei wird das zu behandelnde Einsatzgas über die Lei­ tung 1 in den Brenner 2 des Verbrennungsofens 3 eingelei­ tet. Ist der mit dem Einsatzgas zugeführte Schwefelwas­ serstoffmassenstrom größer als die vorgegebene Kapazität des Verbrennungsofens 3, so wird ein Teilstrom des Ein­ satzgases aus der Leitung 1 abgezweigt und über die Lei­ tung 4 in den Brenner 5 des zweiten Verbrennungsofens 6 eingeleitet. Die erforderliche Verbrennungsluft wird den Brennern 2 und 5 über die Leitung 7 bzw. 8 zugeführt, während die von der Leitung 9 abzweigenden Leitungen 10 und 11 der notwendigen Zufuhr von Heizgas, z. B. Koksofen­ oder Partialoxidationsgas, zu den Brennern 2 und 5 dienen. In den Verbrennungsöfen 3 und 6 ist dabei jeweils eine Katalysatorschicht 3 a bzw. 6 a angeordnet, die der Zer­ setzung der im Einsatzgas vorhandenen Stickstoffverbindun­ gen dient. Nach Passieren des Verbrennungsofens 3 gelangt das heiße Gas über die Leitung 12 in den Abhitzekessel 13, in dem es bis auf eine Temperatur von 270°C abgekühlt wird, um anschließend über die Leitung 14 in die Sammel­ leitung 15 eingeleitet zu werden, durch die das Gas der ersten Stufe des Claus-Reaktors 16 zugeführt wird. Sofern der zweite Verbrennungsofen 6 ebenfalls betrieben wird, so wird der dort behandelte Teilstrom des Gases durch die Leitung 17 abgezogen, im dazugehörigen Abhitzekessel 18 entsprechend gekühlt und danach über die Leitung 19 ebenfalls in die Sammelleitung 15 eingeleitet, so daß beide Teilströme des Gases gemeinsam dem Claus-Reaktor 16 zugeführt werden. Aus der ersten Stufe des Claus-Re­ aktors 16 wird das Gas durch die Leitung 20 abgezogen und gelangt über den Wärmetauscher 21 in den ersten Zug des Abhitzekessels 22, in den es bis auf eine Temperatur von 154°C abgekühlt wird. Danach wird das Gas über die Leitung 23 in die zweite Stufe des Claus-Reaktors 16 eingeleitet. Hierbei erfährt es im dazwischen geschalteten Wärmetauscher 21 eine gewisse Wiederaufwärmung. Aus der zweiten Stufe des Claus-Reaktors 16 tritt das Gas über die Leitung 24 aus und wird dem zweiten Zug des Abhitze­ kessels 22 zugeführt, in dem es bis auf eine Temperatur von 154°C abgekühlt wird. Aus dem Gas hinter dem Abhitze­ kessel 22 ist die Hauptmenge des Schwefels abgeschieden worden, so daß dieses Gas, das vielfach auch als Claus- Restgas bezeichnet wird, nur noch geringe Mengen an nicht umgesetzten H₂S und SO₂ aufweist. Wegen dieser Verunrei­ nigungen kann dieses Restgas jedoch nicht ohne weiteres in die Atmosphäre abgelassen werden. über die Leitung 25 wird es daher zunächst in den Wärmetauscher 26 eingelei­ tet und gelangt dann über die Leitung 27 in den Hydrier­ reaktor 29, wobei es zuvor in dem dazwischen geschalteten Erhitzer 28 eine Aufwärmung bis auf ca. 280°C erfährt. Im Hydrierreaktor 29 werden alle im Restgas enthaltenen Schwefelverbindungen durch katalytische Hydrierung in Schwefelwasserstoff überführt. Als Wasserstoffträger für die Hydrierung dient dabei das Heizgas, das dem Hydrier­ reaktor 29 über die Leitung 9 zugeführt wird. Das hydrier­ te Restgas wird über die Leitung 30 aus dem Hydrierreak­ tor 29 abgezogen. Da dieses Restgas, wie bereits gesagt wurde, als Schwefelkomponente nur noch H₂S enthält, kann es durch eine H₂S-Wäsche weiterbehandelt werden. Sofern die Claus-Anlage im Verbund mit einer Kohlevergasungs­ oder -verkokungsanlage betrieben wird, kann das Restgas deshalb beispielsweise dem dort erzeugten Rohgas vor der H₂S-Wäsche zugemischt werden.

Der in den Abhitzekesseln 13, 18 und 22 bei der Abkühlung des Gases abgeschiedene Schwefel wird über die Leitungen 31, 32, 33 und 34 abgezogen, die alle in der Sammelleitung 35 münden, durch die der Schwefel seiner weiteren Verarbei­ tung zugeführt wird. Die Leitung 36 dient der Zufuhr von Kesselspeisewasser zum Abhitzekessel 22, während der dort erzeugte Dampf über die Leitung 37 abgezogen wird. Der Abhitzekessel 13 wird über die Leitung 38 mit dem erfor­ derlichen Kesselspeisewasser versorgt. Von dieser Lei­ tung zweigt die Leitung 39 ab, durch die die Kesselspei­ sewasserzufuhr zum Abhitzekessel 18 erfolgt. Durch die Leitungen 40 und 41 wird der in den Abhitzekesseln 13 und 18 erzeugte Dampf abgezogen, wobei der Dampf aus der Leitung 41 mit dem Dampf aus der Leitung 40 vereinigt wird.

Bei der zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens verwendeten Anlageteilen handelt es sich um bekannte und der Fachwelt geläufige Anlageteile. Der Verbrennungsofen und der Claus-Reaktor arbeiten dabei mit den für die Durchführung des Claus-Verfahrens üb­ lichen Bedingungen und Katalysatoren. Da diese Verfah­ rensbedingungen ebenso wie die konstruktive Ausgestal­ tung der einzelnen Anlagenteile nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind, braucht hierauf nicht näher eingegangen zu werden.

Das Ausführungsbeispiel betrifft die Behandlung eines Einsatzgases, das aus der H₂S-Wäsche eines durch Kohle­ druckvergasung gewonnenen Partialoxidationsrohgases stammt, welches nach entsprechender Gasbehandlung als Brenngas zum Betrieb eines nachgeschalteten Gas- und Dampfturbinenkraftwerkes benutzt werden soll. Da hier­ bei einerseits der Schwefelgehalt der zur Vergasung ge­ langenden Kohle zwischen 0,5 und 3,0 Gew.-% schwanken kann und andererseits das Kraftwerk mit einer Kapazitäts­ auslastung zwischen 40 und 110% betrieben werden soll, liegt es auf der Hand, daß in diesem Falle der mit dem Einsatzgas der Claus-Anlage zugeführte Schwefelwasser­ stoffmassenstrom ganz erheblichen Schwankungen unterwor­ fen ist, die die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfah­ rens erforderlich machen. Unter der Voraussetzung, daß der Claus-Reaktor für eine maximale Produktionskapazität von ca. 200 kg Schwefel/h ausgelegt wird, ergab sich hierbei durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfah­ rens gegenüber einer zweistraßigen Claus-Anlage eine Einsparung an Investitions- und Betriebskosten in Höhe von ca. 10-15%.

Claims (1)

1. Verfahren zum Betrieb einer Claus-Anlage, in der das H₂S-haltige Einsatzgas zunächst einer Teilverbrennung unterworfen und danach in einem zwei- oder mehrstufigen Claus-Reaktor weiter umgesetzt wird, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine optimale Teilverbrennung des Ein­ satzgases in Abhängigkeit von dem mit dem Einsatzgas zugeführten Schwefelwasserstoffmassenstrom entweder in einem oder in zwei parallel geschalteten Verbrennungs­ öfen mit Abhitzekessel erfolgt, worauf die weitere Be­ handlung des Gases in einem einzigen Claus-Reaktor durchgeführt wird, dessen Produktionskapazität auf den maximal zu erwartenden Schwefelmassenstrom ausgelegt ist.