DE3919908A1

DE3919908A1 - Verfahren zum betrieb einer claus-anlage

Info

Publication number: DE3919908A1
Application number: DE19893919908
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dr Ing Meisl
Original assignee: Krupp Koppers GmbH
Current assignee: ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Priority date: 1988-12-22
Filing date: 1989-06-19
Publication date: 1990-12-20

Description

Das Hauptpatent (Patentanmeldung P 38 43 295.1) 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, wobei eine optimale Teilverbrennung des Einsatzgases in Abhängigkeit von dem mit dem Einsatzgas zugeführten Schwefelwasserstoffmassen strom entweder in einem oder in zwei parallel geschalte ten Verbrennungsöfen mit Abhitzekessel erfolgt, worauf die weitere Behandlung des Gases in einem einzigen Claus- Reaktor durchgeführt wird, dessen Produktionskapazität auf dem maximal zu erwartenden Schwefelmassenstrom aus gelegt ist.

Beim Verfahren nach dem Hauptpatent ist vorgesehen, das hinter dem Claus-Reaktor anfallende Restgas einer kata lytischen Hydrierung zu unterwerfen, durch die alle im Restgas noch enthaltenen Schwefelverbindungen in Schwe felwasserstoff überführt werden. Als Wasserstoffträger für diese Hydrierung soll dabei Heizgas verwendet wer den. Außerdem wird dabei auch der im Restgas vorhandene Wasserstoff, der bei der katalytischen Zersetzung der im Einsatzgas vorhandenen Stickstoffverbindungen an den Katalysatorschichten der Verbrennungsöfen gebildet wur de, mitverwendet. Die normalerweise im Restgas vorhande ne Wasserstoffmenge reicht jedoch in keinem Falle für die vollständige Hydrierung der vorhandenen Schwefelver bindungen aus, weshalb die Zufuhr von Heizgas als Was serstoffträger beim Verfahren nach dem Hauptpatent uner läßlich ist.

Die Erfindung betrifft daher eine Ausgestaltung des Ver fahrens nach dem Hauptpatent, durch die einerseits die katalytische Hydrierung des Restgases kostengünstiger gestaltet werden und andererseits gleichzeitig eine Mög lichkeit geschaffen werden soll, ammoniakhaltige Abgase umweltschonend zu entsorgen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß dem Einsatzgas vor dem Eintritt in die Verbrennungsöfen ein ammoniakhaltiges Abgas zugemischt wird.

Bei dem dem Einsatzgas zugesetzten ammoniakhaltigen Ab gas kann es sich um ein Abgas aus beliebiger Quelle, z.B. um die ammoniakhaltigen Brüden handeln, die aus einer Abwasser-Strippung stammen. Die Menge des dem Einsatzgas zugemischten Abgases richtet sich dabei nach dessen Ammoniakgehalt und kann bis zu einem Nm³ Abgas pro Nm³ Einsatzgas betragen. Das auf diese Weise zugeführte Ammoniak wird zusammen mit den im Einsatz gas vorhandenen Stickstoffverbindungen an den Kataly satorschichten der Verbrennungsöfen katalytisch zer setzt und dadurch die Menge des auf diese Weise erzeug ten Wasserstoffes entsprechend erhöht. Diese erhöhte Wasserstoffmenge steht somit für die katalytische Hy drierung des Restgases zur Verfügung, weshalb für die sen Zweck die Zufuhr von Wasserstoff aus einer anderen Quelle entsprechend reduziert oder gegebenenfalls so gar ganz eingestellt werden kann.

Weitere Einzelheiten des erfindungsgemäßen Verfahrens sollen nachfolgend an Hand des in der Abbildung darge stellten Fließschemas erläutert werden.

Dieses Fließschema unterscheidet sich vom Fließschema des Hauptpatentes lediglich dadurch, daß dem Einsatzgas in der Leitung 1 vor dem Eintritt in die Brenner 2 und 5 der Verbrennungsöfen 3 und 6 über die Leitung 42 ein ammoniakhaltiges Abgas zugemischt wird. Ist der mit dem Einsatzgas zugeführte Schwefelwasserstoffmassenstrom größer als die vorgegebene Kapazität des Verbrennungs ofens 3, so wird ein Teilstrom des Gemisches aus Ein satzgas und ammoniakhaltigem Abgas aus der Leitung 1 ab gezweigt und über die Leitung 4 in den Brenner 5 des zweiten Verbrennungsofens 6 eingeleitet. Die erforder liche 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 notwen digen Zufuhr von Heizgas, z.B. Koksofen- oder Partial oxidationsgas, zu den Brennern 2 und 5 dienen. In den Verbrennungsöfen 3 und 6 ist dabei jeweils eine Kata lysatorschicht 3a bzw. 6a angeordnet, die der Zer setzung der im Einsatzgas vorhandenen Stickstoffverbin dungen sowie des mit dem Abgas eingebrachten Ammoniaks dient. In den Katalysatorschichten 3a und 6a sind hier bei für diesen Zweck geeignete, handelsübliche Kataly satoren, die beispielsweise Nickel als katalytisch aktive Substanz enthalten, angeordnet.

Der bei der katalytischen Zersetzung des Ammoniaks und der übrigen Stickstoffverbindungen gebildete Wasser stoff verbleibt im Gas. Nach Passieren des Verbrennungs ofens 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 Sammelleitung 15 eingeleitet zu werden, durch die das Gas der ersten Stufe des Claus-Reaktors 16 zu geführt wird. Sofern der zweite Verbrennungsofen 6 eben falls betrieben wird, so wird der dort behandelte Teil strom des Gases durch die Leitung 17 abgezogen, im da zugehörigen Abhitzekessel 18 entsprechend gekühlt und danach über die Leitung 19 ebenfalls in die Sammellei tung 15 eingeleitet, so daß beide Teilströme des Gases gemeinsam dem Claus-Reaktor 16 zugeführt werden. Aus der ersten Stufe des Claus-Reaktors 16 wird das Gas durch die Leitung 20 abgezogen und gelangt über den Wärmetauscher 21 in den ersten Zug des Abhitzekessels 22, in dem es bis auf eine Temperatur von 154°C abge kühlt wird. Danach wird das Gas über die Leitung 23 in die zweite Stufe des Claus-Reaktors 16 eingeleitet. Hierbei erfährt es im dazwischen geschalteten Wärme tauscher 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 in erster Linie der im Rest gas selbst enthaltene Wasserstoff. Durch die erfindungs gemäße Zumischung des ammoniakhaltigen Abgases zum Ein satzgas ist der Wasserstoffgehalt des Restgases entspre chend erhöht. Falls dieser trotzdem für die vollständi ge Hydrierung aller im Restgas noch vorhandenen Schwefel verbindungen nicht ausreicht, kann über die Leitung 9 zusätzlich wasserstoffhaltiges Gas, wie z.B. Heizgas, in den Hydrierreaktor 29 eingeleitet werden. Für die katalytische Hydrierung der Schwefelverbindungen werden hierbei handelsübliche Hydrierkatalysatoren, die z.B. Nickel als aktive Komponente aufweisen, verwendet. Das hydrierte Restgas wird über die Leitung 30 aus dem Hy drierreaktor 29 abgezogen. Da dieses Restgas, wie be reits gesagt wurde, als Schwefelkomponente nur noch H₂S enthält, kann es durch eine H₂S-Wäsche weiterbehan delt 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 Abküh lung des Gases abgeschiedene Schwefel wird über die Lei tungen 31, 32, 33 und 34 abgezogen, die alle in der Sammelleitung 35 münden, durch die der Schwefel seiner weiteren Verarbeitung zugeführt wird. Die Leitung 36 dient der Zufuhr von Kesselspeisewasser zum Abhitzekes sel 22, während der dort erzeugte Dampf über die Lei tung 37 abgezogen wird. Der Abhitzekessel 13 wird über die Leitung 38 mit dem erforderlichen Kesselspeisewas ser versorgt. Von dieser Leitung zweigt die Leitung 39 ab, durch die die Kesselspeisewasserzufuhr zum Abhitze kessel 18 erfolgt. Durch die Leitungen 40 und 41 wird der in den Abhitzekesseln 13 und 18 erzeugte Dampf ab gezogen, wobei der Dampf aus der Leitung 41 mit dem Dampf aus der Leitung 40 vereinigt wird.

Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens wird durch das nachfolgende Ausführungsbeispiel belegt. Hierbei wurden 1210 Nm³/h Einsatzgas mit einem H₂S-Ge halt von 53 Vol.-% über die Leitung 1 dem Verfahren zugeführt. Diesem Gasstrom wurde 240 Nm³/h Abgas mit einem NH₃-Gehalt von 18 Vol.-% über die Leitung 42 zugemischt. Anschließend wurde dieses Gasgemisch unter den vorstehend beschriebenen Bedingungen behandelt. Der Wasserstoffgehalt des dabei anfallenden Restgases war so groß, daß über die Leitung 9 nur noch 59 Nm³ Heizgas in den Hydrierreaktor 29 eingeleitet werden mußten. Dadurch ergibt sich bei der Hydrierung des Rest gases gegenüber dem Verfahren nach dem Hauptpatent eine Kostenersparnis in Höhe von 79%. Gleichzeitig wurde das zugesetzte ammoniakhaltige Abgas umweltschonend entsorgt.

Claims

1. Verfahren zum Betrieb einer Claus-Anlage, in der das H₂S-haltige Einsatzgas zunächst einer Teil verbrennung unterworfen und danach in einem zwei- oder mehrstufigen Claus-Reaktor weiter umgesetzt wird, wobei eine optimale Teilverbrennung des Einsatzgases in Abhängigkeit von dem mit dem Ein satzgas zugeführten Schwefelwasserstoffmassen strom 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, ge mäß Patent (Patentanmeldung P 38 43 295.1), da durch gekennzeichnet, daß dem Einsatzgas vor dem Eintritt in die Verbrennungsöfen ein ammoniak haltiges Abgas zugemischt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des dem Einsatzgas zugemischten ammoniakhaltigen Abgases bis zu einem Nm³ Abgas pro Nm³ Einsatzgas betragen kann.