EA002241B1 - Способ извлечения серы из газа, содержащего сероводород - Google Patents

Abstract

Элементарную серу извлекают из сероводорода, присутствующего в природном газе и в других технологических газах в реакционном контуре, в котором объединены жидкофазный реактор, печь и абсорбер диоксида серы. В реакторе протекает взаимодействие сероводорода с диоксидом серы с использованием избытка сероводорода в жидкой фазе в присутствии гомогенного катализатора, причем в реактор подают диоксид серы, образовавшийся при сжигании непрореагировавшего сероводорода в печи, из газообразных продуктов сгорания извлекают диоксид серы в абсорбере и направляют извлеченный диоксид серы в реактор. В реакционном контуре не образуются какие-либо продукты реакции, отличающиеся от серы и воды.

Description

Это изобретение относится к области удаления и извлечения серы и, особенно, к обработке кислых газов и других газов химической промышленности, в которых содержится сероводород.

2. Описание уровня техники.

Большая часть природного газа, добываемого в США, имеет содержание сероводорода, превышающее 4 части на миллион (ч./млн) и поэтому этот газ классифицируется как кислый. Поскольку сероводород представляет собой опасность для окружающей среды, полагают, что кислый природный газ неприемлем для транспорта или использования. Высокое содержание сероводорода также представляет собой проблему при производстве топлива нефтяного происхождения, а также из угля и лигнита, так как содержащаяся в них сера превращается в сероводород в ходе переработки этих материалов в бензин, реактивное топливо, нефтезаводской газ, каменноугольный газ, водяной газ и тому подобное. Кроме опасности для окружающей среды, с сероводородом из исходных материалов теряется ценная сера, которую в случае ее извлечения в виде элементарной серы можно было в существенной степени использовать в химической промышленности.

Традиционным способом превращения сероводорода из природных газов и заводских отходящих газовых потоков является процесс Клауса, в котором часть сероводорода сжигается на воздухе с образованием диоксида серы и воды

Н₂§ + 3 О₂ 2 §О₂ + 2 Н₂О (А) и полученный таким образом диоксид серы взаимодействует с дополнительным количеством сероводорода с образованием серы и дополнительного количества воды

Н₂§ + §О₂ 3/х δ_χ + 2Н₂О (В)

Символ х в реакции В используется для обозначения того, что элементарная сера существует в виде смеси молекулярных частиц, с различным числом атомов серы в молекуле.

В процессе Клауса печь (реакция А) работает со смесью, обогащенной топливом, в которой превращается только третья часть сероводорода в диоксид серы. В результате использования смеси, обогащенной топливом, происходит частичное превращение углеводородов, которые присутствуют в сероводородном сырье, в такие соединения, как сероокись углерода и сероуглерод, которые снижают выход элементарной серы и сами являются опасными газами.

Кроме того, смесь, обогащенная топливом, способствует разложению ароматических соединений в сажу. Для высокой степени извлечения серы необходим точный контроль общей стехиометрии, что является особенно затруднительным, когда в смеси присутствуют значительные количества диоксида углерода и других инертных газов.

Часть реакции В происходит в печи, а остальная часть смеси превращается в гетерогенной системе, в которой реакционная смесь в газовой фазе контактирует с твердым катализатором - активированным оксидом алюминия, такого типа, который хорошо известен специалистам в области техники процесса Клауса. В процессе использования катализатор, оксид алюминия, загрязняется и с течением времени теряет активность по тем или иным причинам. При этом требуется остановка установки, потеря времени на переработку и затраты на регенерацию или замену катализатора, в сочетании с затратами труда на эти операции.

Дополнительным недостатком реакции В является тот, что она ограничена равновесием при температуре выше точки росы серы, и, несмотря на то, что эту реакцию проводят в двечетыре ступени, после нее остается от 2 до 5% непревращенных сероводорода и диоксида серы. На каждой ступени требуется отдельный холодильник, для того чтобы удалить элементарную серу, и для этих холодильников требуется большая поверхность теплообмена и повторный нагрев газа, выходящего из каждого холодильника, кроме последнего. Кроме того, пар, образующийся в каждом холодильнике, находится под низким давлением, что ограничивает его полезность. Обработка отходящих газ влечет за собой дополнительные затраты, поскольку необходимо снизить в них содержание серы в 10-20 раз.

Сущность изобретения

Теперь установлено, что можно добиться существенно полного превращения сероводорода в природном газе или в других газовых смесях в элементарную серу и воду при использовании одностадийной реакции между сероводородом и диоксидом серы таким образом, что не образуются какие-либо продукты реакции, отличающиеся от элементарной серы и воды. Реакцию

Н₂§ + §О₂ 3 δ + 2 Н₂О (I) проводят с избытком сероводорода в жидкой фазе, в присутствии гомогенного жидкофазного катализатора Клауса, при температуре выше температуры плавления серы, но достаточно низкой, чтобы реакция протекала в жидкой фазе, и до печи (по потоку), в которой непрореагировавший сероводород сжигают с образованием диоксида серы, который потребляется в реакции (I). Сероводород, который сжигается в печи, представляет собой избыточный сероводород, который выходит непрореагировавшим из жид кофазного реактора, при этом необязательно добавляют сероводород из содержащего сероводород потока, проходящего мимо реактора, где идет реакция (I). Диоксид серы из печи сжигания газа возвращается обратно в реактор, где идет реакция (I), или в виде газа, или в виде раствора в растворителе, и в любом случае является единственным диоксидом серы, подаваемым в реактор.

В основных терминах показанное на фиг. 1 изобретение осуществляется следующим образом:

a) на первой стадии 1, смесь, содержащую сероводород, пропускают через каталитический реактор с непрерывным потоком, в котором эта смесь контактирует с диоксидом серы в соответствии с реакцией

Н₂8 + 8О₂ 3 8 + 2 Н₂О (I) при использовании избытка сероводорода, приблизительно от 10 до 50%. Сероводород поступает в реактор или в виде газа, или в виде раствора в органическом растворителе, в большинстве случаев сероводород будет поступать как газ. Аналогично, диоксид серы поступает в реактор или в виде газа, или в виде раствора в органическом растворителе. Независимо от фазового состава потоков, поступающих в реактор, оба реагента растворяются в жидком органическом растворителе, проходящем через реактор, причем растворитель поступает либо с одним из двух входящих потоков реагентов, с сероводородом или диоксидом серы, растворенными в этом растворителе, или в виде циркулирующего потока, который возвращается из потока, выходящего из реактора. В реакторе превращается основная часть диоксида серы, предпочтительно весь диоксид серы. Термин основная часть используется здесь для того, чтобы обозначить, по меньшей мере, половину, а предпочтительно 80-90% или более того. Жидкий органический растворитель также содержит растворенный катализатор, который ускоряет реакцию (I). В этой реакции образуется элементарная сера, которая извлекается из смеси продуктов путем разделения фаз. Реакцию проводят при температуре выше температуры плавления серы и ниже температуры кипения растворителя, предпочтительно ниже температуры, при которой сера полимеризуется.

b) На второй стадии, 2, сероводород, включая сероводород, который проходит через первую стадию непрореагировавшим, сжигается кислородом, в соответствии с реакцией

Н₂8 + 3 О₂ 2 8О₂ + 2 Н₂О (II) чтобы сероводород превратился в диоксид серы. Углеводороды, которые могут сопровождать сероводород, сгорают до диоксида углерода и воды, в то время как органические соединения серы, которые могут присутствовать, дают дополнительное количество диоксида серы.

с) На третьей стадии, 3, образующийся на второй стадии диоксид серы извлекается путем поглощения и возвращается в реактор (на первую стадию). Диоксид серы на третьей стадии может быть извлечен растворителем, использованным на первой стадии, 1, вместе с катализатором первой стадии, растворенным в растворителе. Затем раствор, содержащий как диоксид серы, так и катализатор, можно полностью рециркулировать в реактор непрерывного потока (первая стадия), в виде диоксида серы, поступающего в реактор. Альтернативно растворитель, используемый для извлечения диоксида серы на третьей стадии, 3, можно хранить отдельно от растворителя в реакторе первой стадии, 1, в виде газа. После третьей стадии абсорбции остается отходящий газ, который практически не содержит сероводорода и диоксида серы.

Различные дополнительные технологические стадии (до, после и между этих трех стадий) включаются в любых различных компоновках в предпочтительных вариантах воплощения изобретения, чтобы усилить скорость течения и обмена между потоками, чтобы разделить фазы и регулировать концентрации и скорость потока, чтобы отделить воду, образовавшуюся в реакциях (I) и (II), и чтобы регулировать другие параметры процесса, такие как температуру и давление. Эти и другие характеристики, особенности и преимущества настоящего изобретения можно будет лучше понять из последующего описания.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 представляет собой блочную технологическую схему, которая иллюстрирует три основные стадии способа согласно изобретению;

фиг. 2 - блочную технологическую схему, которая иллюстрирует вариант воплощения изобретения, в котором поступающий газ является потоком кислого природного газа под высоким давлением или другим содержащим сероводород потоком, имеющим относительно высокое содержание сероводорода и относительно низкое содержание углеводородов с числом атомов углерода 5 или более. Диоксид серы поступает в реактор в виде раствора в органическом растворителе, который, кроме того, содержит растворенный катализатор;

фиг. 3 - блочную технологическую схему, которая иллюстрирует вариант воплощения изобретения, в котором поступающий газ является содержащим сероводород газовым потоком, типичным для работы алканоламинного абсорбера/отпарной колонны, в которой сероводород извлекается из технологического газа. Как и в варианте воплощения фиг. 2, диоксид серы поступает в реактор в виде раствора в органическом растворителе, который, кроме того, содержит растворенный катализатор;

фиг. 4 - блочную технологическую схему, которая иллюстрирует дополнительный вариант воплощения этого изобретения, в котором снижается количество воды, рециркулирующей в сепаратор фаз после реактора;

фиг. 5 - блочную технологическую схему, иллюстрирующую еще один дополнительный вариант воплощения изобретения, в котором диоксид серы, поглощенный из газов сгорания в печи, выпаривается из поглощенного растворителя, до его поступления в реактор;

фиг. 6 - блочную технологическую схему, которая иллюстрирует еще один дополнительный вариант воплощения изобретения, аналогичный варианту на фиг. 5, за исключением того, что газ и жидкости в реакторе двигаются противотоком.

Подробное описание изобретения и его предпочтительных вариантов воплощения

Обратимся к фиг. 1, на которой в описанном выше реакторе 1 с непрерывным потоком протекает первая стадия. На этой стадии сероводород контактирует с диоксидом серы в присутствии органической жидкости, которая способствует превращению этих реагентов в элементарную серу и воду, в соответствии с реакцией (I). Эта реакция протекает в жидкой фазе, причем в жидкости содержится гомогенный жидкофазный катализатор, т.е. катализатор, который растворяется в жидкой реакционной смеси.

Когда содержащий сероводород поток поступает в реактор в виде газа, этот поток предпочтительно содержит, по меньшей мере, приблизительно 20 мол.% сероводорода и предпочтительно приблизительно от 25 до практически 100 мол.% сероводорода. Концентрация сероводорода в потоке, поступающем в реактор, не имеет значения для этого изобретения, и она может изменяться в широких пределах, но предпочтительно она выше, чем концентрация сероводорода в типичном потоке природного газа или в технологическом потоке из установки переработки ископаемого топлива. По желанию, концентрация сероводорода легко увеличивается за счет селективного поглощения сероводорода из газового потока растворителем, с последующим выпариванием сероводорода из растворителя. Растворитель может быть тем же самым, что и растворитель, используемый в реакторе с непрерывным потоком. Альтернативно можно использовать другой растворитель в отдельном контуре потока. Если растворитель выводится из реактора, то он также может содержать воду, образовавшуюся выше по реакции (I), а отпаривающий аппарат может предпочтительно испарять воду из растворителя, одновременно с отпариванием сероводорода. Тогда образовавшийся газовый поток будет содержать и сероводород, и пары воды. В любом случае, в предпочтительном варианте воплощения поток, содержащий сероводород и посту пающий в реактор 1 с непрерывным потоком, в указанном выше интервале концентраций будет представлять собой или частично, или полностью газовую фазу. Газовая смесь, содержащая сероводород, до концентрирования обычно представляет собой кислый газ, в котором содержание сероводорода может изменяться в широких пределах от столь малых как 0,01 мол.% до уровня 1 мол.% и выше.

В вариантах воплощения, где диоксид серы поступает в реактор с непрерывным потоком в виде жидкости, диоксид серы может быть переведен в жидкую фазу путем растворения в растворителе, который используется в аппарате поглощения диоксида серы (указан выше, как третья стадия), при концентрации, по меньшей мере, приблизительно 1 вес.%, более предпочтительно приблизительно от 1 до 40 вес.% и наиболее предпочтительно приблизительно от 3 до 10 вес.%. Альтернативно диоксид серы может быть растворен до или при поступлении в реактор в растворителе, который независимо циркулирует через реактор.

Растворители, используемые при практическом осуществлении этого изобретения, предпочтительно имеют вязкость от умеренной до низкой, а также являются химически инертными по отношению к реагентам, продуктам или другим компонентам, с которыми они могут контактировать. Для любого конкретного растворителя это будет зависеть от конкретного блока процесса, в котором используется растворитель. Предпочтительными растворителями являются те, которые легко поглощают сероводород и диоксид серы, которые не образуют азеотропа с водой, которые химически инертны по отношению к реагентам, жидкой сере и воде и которые обладают ограниченной взаимной растворимостью с жидкой серой. Предпочтительными растворителями являются те, которые получаются из этиленоксида или пропилен оксида по реакции раскрытия цикла с сореагентом, имеющим активный атом водорода, при условии, что образующийся растворитель является инертным по отношению к сере, а также к диоксиду серы. Этим требованиям удовлетворяют многие простые эфиры полигликолей и многие простые диэфиры как этиленгликоля, так и пропиленгликоля. Когда реакция протекает в этих растворителях, не образуются соединения серы в высшем окислительном состоянии, и таким образом элементарная сера и вода являются единственными продуктами реакции. Примерами являются гликоли и простые эфиры гликолей, полученные из этиленоксида или пропиленоксида, в частности простые эфиры этиленгликоля, диэтиленгликоля, триэтиленгликоля, тетраэтиленгликоля, пропиленгликоля, дипропиленгликоля, трипропиленгликоля и тетрапропиленгликоля. Конкретными примерами являются простые монометиловые, диметиловые, моноэтиловые и диэтиловые эфиры этих гликолей. Из них более предпочтительными являются монометиловый эфир диэтиленгликоля и монометиловый и диэтиловый эфиры триэтиленгликоля, пролиленгликоля, дипропиленгликоля и трипропиленгликоля. Наиболее предпочтительным является монометиловый эфир диэтиленгликоля (МЭДГ). Дополнительные растворители, которые можно использовать в этом изобретении, представляют собой различные триалкил- и алкилдиалканоламины, такие как триэтиламин и метилдиэтаноламин и жидкие алкиловые и ариловые соли четвертичного аммония. Первичные и вторичные амины реагируют с элементарной серой и поэтому непригодны.

В качестве катализатора для реакции (I) предпочтительными являются, в частности, низшие алкилзамещенные третичные амины, низшие алкил- и арилзамещенные третичные амины и арилзамещенные третичные амины, включая те, в которых аминный атом азота представляет собой атом ароматического кольца. Примерами применяемых третичных аминов, которые не содержат азота в ароматическом кольце, являются Ν,Ν-диметиланилин, триэтиламин, три-н-бутиламин и смешанные триалкиламины. Предпочтительными катализаторами являются те, что действительно содержат в ароматическом кольце атом азота, который не является стерически затрудненным вследствие замещений при атомах углерода, соседних с атомом азота кольца. Особенно предпочтительными катализаторами являются пиридин и изохинолин, необязательно замещенные полярной группой в одном или нескольких положениях при атомах углерода, которые отличаются от атомов углерода, соседних с атомом азота кольца. Примерами подходящих замещающих полярных групп являются гидроксильная, гидроксиалкильная, ацетамидо-, ацетамидоалкильная, ацетильная, ацетилалкильная, ацетилокси-, ацетилоксиалкильная, алкокси-, алкоксиалкильная, амино-, алкиламино- и аминоалкильная группы. Алкильные части этих групп относятся к низшему алкилу, т.е. алкилам, содержащим 1-6 атомов углерода с прямой или разветвленной цепью, при условии, что эти алкильные группы полностью не маскируют полярный характер заместителя. Предпочтительными алкильными группами являются группы, имеющие от 1 до 4 атомов углерода, в частности, метил и этил. Особенно предпочтительными заместителями являются гидроксильная, гидроксиметильная, ацетамидо-, ацетамидометильная, ацетильная, ацетилметильная, ацетилокси- и ацетилоксиметильная группы. Наиболее предпочтительной циклической структурой является пиридин, а наиболее предпочтительным катализатором является З-(гидроксиметил) пиридин (3-пиридилкарбинол).

Концентрация катализатора в растворителе не является существенной в этом изобретении и может изменяться в широких пределах. Для получения эффективных и выгодных результатов обычный интервал концентраций составляет приблизительно от 0,1 до 1,0 вес.%, хотя также можно эффективно применять концентрации выше и ниже указанного интервала.

Сероводород, входящий в секцию реактора 1, может часто содержать от малых до умеренных концентраций других газов, таких как диоксид углерода, углеводороды, меркаптаны, сероокись углерода и сероуглерод. Такие соединения являются инертными на стадии 1 реакции, причем они будут проходить через реактор 1 без превращений, вместе с избытком сероводорода.

Когда один или оба реагента сырьевого потока, поступающего на стадию реакции, представляют собой газ, потоки через реактор могут быть либо параллельными, либо противоточными. Для параллельных потоков реактор предпочтительно представляет собой свободно заполненный слой инертной колонной насадки, предназначенной для усиленного контакта жидкости с твердым веществом в турбулентных условиях. Примерами колонной насадки, которую можно использовать, являются кольца Рашига, кольца Лессинга, седловидная насадка Берля, седла Инталокс, Тс11сгс11с8, кольца Полла и различные конструкции структурных насадок, которые весьма доступны в промышленности. Реакторы с противотоком также имеют традиционную конструкцию. Для организации противотока также можно использовать колонны с набивкой, такой, что описана выше для параллельного потока. Однако возможны альтернативные решения, например, колонны с тарелками, такими как колпачковые тарелки, сетчатые тарелки, клапанные тарелки и отражательные тарелки.

Время пребывания газа внутри реактора не является существенным и может изменяться в широких пределах, но должно быть достаточным для затухания реакции с диоксидом серы. С учетом избытка сероводорода, обычно это достигается при времени пребывания газовой фазы в интервале приблизительно от 0,5 с до приблизительно 30 с, предпочтительно приблизительно от 1 до 20 с, более предпочтительно приблизительно от 1 до 15 с. В особенно предпочтительном практическом осуществлении настоящего изобретения время пребывания газовой фазы составляет приблизительно от 2 до 10 с.

Температуру и давление этой реакции обычно выбирают таким образом, чтобы получить элементарную серу в виде отдельной жидкой фазы прозрачно желтого цвета. Это обычно достигается при проведении реакции при температуре между точкой плавления серы (119°С) и температурой ее полимеризации (около 155°С). Предпочтительный интервал температур составляет приблизительно от 125 до 145°С. Затем также предпочтительно, чтобы, по мень шей мере, часть воды, образовавшейся в результате реакции, испарялась в реакторе, покидая реактор как часть отходящего газа. Однако возможен режим работы реактора ниже температуры плавления серы, если имеется средство для транспорта твердого, кристаллического продукта по мере его образования. Поэтому в широком смысле реактор может работать в интервале температур приблизительно от 45 до 150°С. Однако предпочтительно такое значение температуры, которое находится внутри цитированных выше интервалов. Температуру поддерживают на заданном уровне, позволяя воде испаряться из растворителя, или за счет подходящего косвенного теплообмена. Устройства для достижения теплообмена вполне очевидны для специалиста в области конструирования реакторов.

В печи 2, описанной выше как вторая стадия способа согласно изобретению, сгорает непрореагировавший (избыточный) сероводород из реактора с непрерывным потоком кислородсодержащего газа. Наиболее удобен воздух, но можно использовать другие содержащие кислород газовые смеси (в которых практически все другие компоненты являются инертными) или собственно кислород. Для того чтобы избежать образования триоксида серы и оксидов азота (ΝΟ_Χ) или чтобы свести к минимуму образование этих газов, предпочтительно печь работает таким образом, чтобы в газообразных продуктах сгорания, покидающих печь, практически не оставалось кислорода. Этого можно добиться, осуществляя сгорание в условиях, изменяющихся от стехиометрических до слегка обогащенных топливом, т.е. количество сероводорода, поступающего в печь, должно изменяться от приблизительно стехиометрического относительно кислорода в указанной выше реакции II, до почти 5%-го избытка. В некоторых вариантах воплощения настоящего изобретения печь работает при небольшом избытке кислорода, а не сероводорода. Газообразные компоненты сероводородного сырья, такие как углеводороды, меркаптаны, сероокись углерода (СО8) и сероуглерод (С8₂), полностью сгорают в этих условиях, причем содержащаяся в них сера превращается в диоксид серы. Когда диоксид углерода является компонентом сырья, он проходит через печь без превращения и затрудняет сгорание только в случае избыточной концентрации СО₂.

Сероводородное сырье, поступающее в печь 2, может включать весь сероводородсодержащий газ, который проходит мимо (байпас) реакционной стадии 1. В таком случае все еще предпочтительно поддерживать избыток сероводорода на реакционной стадии 1, хотя, возможно, меньший, чем когда весь сероводород, поступающий на переработку, направляется на реакционную стадию. В способах, которые включают байпас сероводорода, приблизительно вплоть до 30% или предпочтительно приблизительно от 10 до 30% сероводорода, посту пающего на переработку, можно пропускать по обводной линии. Независимо от того, используется ли байпас сероводорода, суммарное количество сероводорода, подаваемого на переработку в целом (включая байпас сероводорода, если он используется), предпочтительно составляет приблизительно 50-процентный избыток относительно диоксида серы, поступающего на реакционную стадию 1, в расчете на стехиометрию реакции (I).

В абсорбере 3, поглощающем диоксид серы, - третьей стадии способа этого изобретения, диоксид серы извлекается из дымового газа в том виде, в котором его можно подвергать рециркуляции, или дополнительно подготавливают для рециркуляции, обратно на реакционную стадию 1. Поглощающий растворитель может быть тем же самым растворителем, который используется на реакционной стадии 1, и таким образом он возвращается в реактор, как носитель диоксида серы. Альтернативно поглощающий растворитель может быть частью отдельного контура, из которого сначала отпаривают диоксид серы, до подачи в реактор. Когда поглощающий растворитель применяется в качестве носителя диоксида серы в реактор, этот растворитель также может содержать жидкофазный катализатор реакции (I).

Когда поглощающий растворитель извлекается из потока продуктов, покидающих реакционную стадию 1, из этого растворителя предпочтительно отпаривают чистую воду, добавленную к растворителю на стадии 1, и практически весь растворенный сероводород, до поступления растворителя в абсорбер. В предпочтительных для этого способа растворителях диоксид серы очень хорошо растворяется. В этих растворителях поглощается практически весь диоксид серы из газов сгорания. Количество диоксида серы в отходящем газе, покидающем абсорбер, может быть снижено до 10-100 объемных частей на миллион (ч./млн), что существенно ниже существующих ограничений для газовых выбросов.

Растворимость диоксида углерода в этих растворителях относительно ниже, причем количество СО₂, поглощенное из газов сгорания, является незначительным.

Газ, отходящий из абсорбера диоксида серы, таким образом, практически не содержит сероводорода и диоксида серы. В этом контексте, термин практически не содержит используется с учетом следовых количеств каждого газа, таких как в интервале приблизительно 10100 ч./млн или ниже, для диоксида серы и приблизительно 0,01-1,0 ч./млн или ниже, для сероводорода.

На фиг. 2-6 приведены подробные технологические схемы для конкретных способов извлечения серы в пределах объема изобретения.

Фиг. 2 представляет собой технологическую схему установки, которая предназначена для взаимодействия с использованием жидкофазного диоксида серы и жидкофазного катализатора с сырьевым кислым природным газом 11, под давлением 6,8 МПа, который содержит 2,7 мол.% сероводорода и 0,1 мол.% воды. Кислый газ сначала проходит через абсорбер 12, снизу вверх, причем абсорбер представляет собой насадочную колонну с противотоком газа и жидкости. Растворитель 13 с растворенным катализатором поступает наверх абсорбера 12 с температурой 40°С в количестве приблизительно 3 кг на 100 молей сырьевого газа или приблизительно в 1,5 раза больше минимального потока, требующегося для поглощения сероводорода из сырьевого газа.

При использовании монометилового эфира диэтиленгликоля (МЭДГ) в качестве растворителя, газовый поток, поднимающийся после секции абсорбера 12 с насадкой (еще внутри абсорбера), приводится в равновесие с водой, присутствующей в приходящем потоке растворителя 13, и содержит около 10 объемных ч./млн МЭДГ. В части 14 абсорбера, выше слоя насадки, вводится небольшой поток воды 15, чтобы поглощать оставшийся растворитель и предотвратить потерю растворителя в нейтральном (не содержащем сероводорода) газе 16, выходящем сверху абсорбера.

Обогащенный сероводородом растворитель 17, покидающий абсорбер, содержит почти весь сероводород и воду из сырьевого кислого газа. Обогащенный сероводородом растворитель проходит через клапан 21, где его давление сбрасывается почти до атмосферного, затем его подогревают в теплообменнике 22, до поступления в отгонную колонну растворителя 23 в виде бокового потока. Сверху в отгонную колонну растворителя 23 поступает поток влажного растворителя 24, который также содержит небольшое количество сероводорода. Поток влажного растворителя 24 представляет собой жидкий поток, выходящий из реактора 25 с непрерывным потоком (который соответствует стадии 1 на фиг. 1 и обсуждается ниже), после разделения с непрореагировавшим сероводородом, парами воды и жидкой серой, которые образуются в реакторе 25, причем разделение осуществляют в сепараторе газ-жидкостьжидкость 26 (рассмотрен ниже). Поток влажного растворителя 24 содержит растворитель и катализатор, используемый в этом реакторе, плюс воду и небольшое количество сероводорода, причем влажный растворитель отделяют от газа и жидкой серы в сепараторе газ-жидкостьжидкость 26.

Отпарная колонна 23 работает под давлением несколько выше атмосферного, и она обогревается кипятильником 27. Тощий растворитель 28, выходящий снизу отпарной колонны, практически не содержит сероводорода, полно стью освобождается от диоксида серы и содержит приблизительно 1 вес.% воды при температуре около 170°С. Поток паров 29, выходящий из отпарной колонны растворителя, содержит сероводород, воду, углеводороды и другие компоненты, которые были адсорбированы из кислого сырьевого газа 11, плюс вода и сероводород, возвращенные из сепаратора газ-жидкостьжидкость 26. Этот поток паров, который содержит приблизительно 2,5 моля воды на моль сероводорода, направляется через аппарат частичной конденсации 31 в реактор 25.

Подвод тепла в кипятильник 27 составляет приблизительно 102 ккал на 1 моль сероводорода в сырьевом газе. Коэффициент отпаривания для воды из растворителя МЭДГ, К_воды (пар/жидкость), составляет 7 или выше. Требуется только 4 теоретических тарелки, для того чтобы снизить содержание воды в растворителе до 1 вес.% и отпарить 99,99 вес.% сероводорода из растворителя.

Тощий растворитель 28, выходящий снизу отпарной колонны растворителя 23, разделяется на две фракции, одна, 34, направляется в абсорбер 35 диоксида серы (что соответствует стадии 3, фиг. 1 и рассматривается ниже), а другая, 36, направляется в абсорбер 12 сероводорода. Последняя фракция 36 нагревает обогащенный сероводородом растворитель 17 в теплообменнике 22 между абсорбером 12 сероводорода и отпарной колонной 23 растворителя и затем охлаждается дополнительно холодной водой до температуры приблизительно 40°С в теплообменнике 37. Первая фракция 34 проходит через теплообменник 38, где она подогревает жидкий поток, выходящий из сепаратора газ-жидкостьжидкость 26, до поступления этого потока в отпарную колонну 23 растворителя. Тощий растворитель в этой фракции охлаждается дополнительно холодной водой до температуры приблизительно 40°С в теплообменнике 39 до поступления диоксида серы в абсорбер 35.

Поток паров 29, выходящий из отпарной колонны растворителя 23, содержит приблизительно 2,5 моля воды на моль сероводорода. Приблизительно одна треть водяного пара конденсируется в аппарате частичной конденсации 31, и весь поток, включая как конденсат, так и газ, поступает на верх реактора 25. Также на верх реактора поступает обогащенный сероводородом растворитель 41 (плюс растворенный катализатор) при температуре около 45°С, и эти оба потока параллельно проходят сверху вниз через слой насадки 30. В качестве примера, скорость потока растворителя 41 может составлять 0,33 кг на моль сероводорода в кислом сырьевом газе 11. Собственно реактор может иметь активный объем, составляющий приблизительно 7,5% от часовой объемной скорости потока растворителя, и может иметь насадку из колец Полла размером 1,3 см. Температура в точке, близкой к входу в реактор, составляет прибли зительно 115°С, а температура потока смешанной фазы продукта 42, покидающей реактор, регулируют в интервале 120-140°С.

Поток смешанной фазы продукта 42 поступает в сепаратор газ-жидкость-жидкость 26, в котором разделяются на три отдельных потока: а) жидкая сера 43, б) вода, сероводород и растворитель 44, содержащий катализатор, и в) сероводород и газ 45, содержащий воду. Поток 45 сероводорода и газа, содержащего воду, проходит через конденсатор 46 с холодной водой в сепаратор газ-жидкость 47. Выходящий из этого сепаратора жидкий поток 48 разделяется на два потока 49 и 50. Один из них, поток 49, возвращается на верх сепаратора газ-жидкостьжидкость 26, чтобы поглотить дополнительное количество паров растворителя, предотвращая тем самым его потери. Это дополнительное количество воды также позволяет снизить растворимость жидкой серы в растворителе, в сепараторе 26. Затем из растворителя удаляют воду в отпарной колонне 23 растворителя. Тощий растворитель 28, с пониженным таким образом содержанием серы, может быть охлажден до 40°С с помощью показанных теплообменников, без осаждения твердой серы на поверхностях теплообмена. В настоящее время считается, что для достижения этого результата, требуемое количество воды составляет приблизительно 7,5 моль/кг МЭДГ. Это составляет около 0,33 моль воды на моль сероводорода в кислом сырьевом газе 11.

Второй поток 50 подают в небольшую отпарную колонну 51 сероводорода и воды, где сероводород выпаривается из воды 53 в виде газа 52. Оставшаяся вода 53 представляет собой чистый поток воды, извлеченной из сырьевого газа, а также воды, образовавшейся в результате реакции как в реакторе 25, так и в печи 54 (обсуждается ниже). Отпаренный таким образом сероводород 52 снова проходит через сепаратор газ-жидкость 47.

Поток жидкой серы 43, полученный в реакторе 25 и выделенный в сепараторе газжидкость 26, поступает в отпарную колонну 61, в которой под действием перегретого пара извлекается весь сероводород и растворитель 62, которые присутствуют в сере и которые возвращаются в сепаратор газ-жидкость-жидкость 26. Количество полученной серы составляет более 0,9999 моль на моль сероводорода в кислом сырьевом газе 11.

Газовый поток 63, покидающий сепаратор газ-жидкость 47, поступает непосредственно в печь 54 (соответствует стадии 2, фиг. 1), в которой этот газовый поток сжигается в атмосферном воздухе 64. В печи 54, в обогащенной топливом смеси, сероводород превращается в диоксид серы, причем сера, содержащаяся в меркаптанах, сероокиси углерода и других серосодержащих соединениях, также превращается в диоксид серы. Углеводороды и другие органиче ские вещества сгорают до диоксида углерода и воды. Вследствие высокой концентрации диоксида серы в газах сгорания, водород, СО, СО8, С8₂ или сажа не образуются.

При сгорании сероводорода с эффективностью 95% выделяется тепло в количестве 118 ккал/моль. Это тепло утилизируется путем генерации пара из исходной котловой воды 65, которую пропускают через печь. Пар можно использовать в кипятильнике 27, внизу отпарной колонны 23. В дополнение к энергии, генерируемой в печи, выделяется теплота сгорания органических веществ, присутствующих в отходящем газе 45 отпарной колонны, который проходит вместе с сероводородом через сепаратор газ-жидкость 47.

Газы сгорания 66, покидающие печь, содержат по одному молю диоксида серы и воды и 6 моль газообразного азота на моль газообразного сероводорода, поступающего в печь. Газы сгорания 66 направляются в абсорбер 35 диоксида серы, где они поглощаются тощим растворителем 34, движущимся противотоком (который практически не содержит сероводорода и полностью освобожден от диоксида серы). При использовании МЭДГ в качестве растворителя, теплоты растворения диоксида серы и воды составляют приблизительно 9 и 10 ккал/моль, соответственно; это тепло может привести к росту температуры растворителя приблизительно на 32°С при выходной концентрации 1 моль диоксида серы на 1 кг МЭДГ. Теплосодержание печного газа, вместе с водой от сгорания любых углеводородов, будет давать дополнительный вклад в увеличение температуры. Для регулирования температуры и минимизации объема чистого потока растворителя через абсорбер, предусмотрен закаливающий поток 67, который отбирают из растворителя 68, несущего диоксид серы и выходящего снизу абсорбера, охлаждают в теплообменнике 69 и рециркулируют в абсорбер. Как и в абсорбере сероводорода, наверх абсорбера диоксида серы 35 вводят небольшой поток воды 71, выше точки ввода тощего растворителя 34, для того чтобы снизить содержание растворителя в дымовых газах 72.

На фиг. 3 изображен вариант технологической схемы фиг. 2, предназначенной для кислых сырьевых газов, в которых преобладает сероводород. Такие сырьевые газы являются типичными отходящими газами при работе алканоламинного (или с активированным карбонатом калия) абсорбера/отпарной колонны, которую используют для удаления сероводорода и других кислых газов из технологических газовых потоков, хотя сырьевой газ, обогащенный сероводородом, может также иметь другое происхождение. Сырьевой газ также может содержать диоксид углерода, углеводороды, меркаптаны, сероокись углерода и другие компоненты, но обычно доля сероводорода будет превышать 50% и может достигать 100%. Все компоненты и потоки в этом примере являются такими же, как в соответствующих частях фиг. 2, за исключением отпарной колонны растворителя 81, которая в этом способе служит только для разделения воды и сероводорода, растворенного в растворителе, покидающем сепаратор газжидкость-жидкость 26.

Упомянутая в предыдущем абзаце абсорбер/отпарная колонна не показана на фиг. 3, но она имеет традиционную конструкцию и режим работы. Аминный растворитель, используемый в поглощающей части абсорбера/отпарной колонны, предпочтительно представляет собой водный раствор алканоламина, диалканоламина или карбоната щелочного металла. Среди алканоламинов предпочтительными являются (С₁С₄-алканол)амины, и ди-(С₁ -С₄-алканол)амины, примерами которых являются моноэтаноламин, диэтаноламин, метилдиэтаноламин, дигликольамин, пропаноламин и изопропаноламин. Среди карбонатов щелочных металлов предпочтительным является карбонат калия. Затем сероводород отпаривают из растворителя, используя традиционные средства.

Обогащенный сероводородом сырьевой поток 82 поступает непрерывным потоком в абсорбер/реактор 25 (соответствует стадии 1, фиг. 1), где он контактирует с параллельным потоком раствора диоксида серы 84, который содержит гомогенный катализатор для реакции Клауса в жидкой фазе между сероводородом и диоксидом серы. Абсолютное давление в абсорбере/реакторе 25 поддерживают равным от 1,5 до 2 ата (0,15-0,2 МПа). Любой растворенный диоксид серы, который десорбируется на входе в реактор, будет поглощаться снова по мере протекания реакции. Время контакта в абсорбере/реакторе 25 регулируют таким образом, чтобы было достигнуто полное или практически полное превращение диоксида серы в растворе.

Поток 85, выходящий снизу абсорбера/реактора 25, представляет собой сочетание газовых и жидких фаз, которые разделяются в сепараторе газ-жидкость-жидкость 26. Газовая фаза проходит через часть с насадкой 86 на верху сепаратора и промывается водой 87, чтобы удалить пары растворителя. Газ 88, покидающий секцию промывки паров, охлаждается в теплообменнике 89, в случае необходимости конденсации воды 90, а неконденсирующийся газ 91 поступает в печь 54.

Обратимся к сепаратору газ-жидкостьжидкость 26, где нижняя из двух жидких фаз представляет собой жидкую серу, которую декантируют от более легкой жидкой фазы растворителя 93. Вода поступает в сепаратор газжидкость-жидкость 26 из двух источников один является потоком продуктов 85 из абсорбера/реактора 25, а другой представляет собой конденсат 87, образующийся при конденсации верхнего потока из сепаратора газ-жидкостьжидкость. Вода, добавленная таким образом в сепаратор, способствует выделению из растворителя большей части растворенной серы, причем эту выделенную серу объединяют с остальным потоком серы 94, образовавшимся в реакторе.

Влажный растворитель 101, выходящий из сепаратора газ-жидкость-жидкость 26, подают непосредственно в отпарную колонну растворителя 81, где из растворителя удаляют сероводород и большую часть воды. Затем растворитель 102, покидающий отпарную колонну 81, охлаждают в теплообменнике 103 и направляют в абсорбер 35. Поскольку в этой точке содержание диоксида серы в растворителе фактически равно нулю, этот растворитель является весьма эффективным сорбентом для диоксида серы в абсорбере 35.

Печь 54 работает при небольшом избытке воздуха 111 относительно стехиометрии, чтобы получить диоксид серы, который затем поглощается тощим растворителем 102 в абсорбере диоксида серы 161, и избежать образования триоксида серы. Содержащие серу соединения, такие как меркаптаны, сероокись углерода и другие, также сгорают в печи 54, отдавая свое теплосодержание и серу (в виде диоксида серы), при этом отсутствует риск выброса таких соединений в атмосферу. Обычно в печи 54 вырабатывается отходящий газ, содержащий от 10 до 20 об.% диоксида серы. Этот газ охлаждается приблизительно до 150°С в котле-утилизаторе 112 и подается в абсорбер диоксида серы 35. Раствор диоксида серы 113, выходящий из абсорбера, подогревают и возвращают в абсорбер/реактор 35. Этот способ характеризуется тем, что количество пара, необходимое для извлечения воды из влажного растворителя, поступающего в отпарную колонну, больше того количества, которое образуется в котлеутилизаторе.

Дальнейшее видоизменение схемы представлено на фиг. 4. Обогащенный сероводородом сырьевой поток 171 поступает непрерывным потоком в абсорбер/реактор 172 (соответствует стадии 1, фиг. 1), где он контактирует с параллельным потоком раствора диоксида серы 173, который содержит гомогенный катализатор для реакции Клауса в жидкой фазе между сероводородом и диоксидом серы при абсолютном давлении, равном от 1,5 до 2 ата (0,15-0,2 МПа). Время контакта в абсорбере/реакторе является достаточным для достижения полного или почти полного превращения диоксида серы.

Поток 174, выходящий снизу абсорбера/реактора 172, содержит как газовую, так и жидкую фазы, которые разделяются в сепараторе газ-жидкость-жидкость 175. Газовая фаза проходит через секцию с насадкой 176 вверху сепаратора и промывается водой 177, чтобы удалить пары растворителя. Газ 178, покидающий секцию промывки паров (слой с насадкой), охлаждается в теплообменнике 179, в случае необходимости конденсации воды, которую выделяют из неконденсирующегося газа в сепараторе газ-жидкость 181 и возвращают обратно в секцию 176 со слоем насадки. Неконденсирующийся газ 182 поступает в печь и котелутилизатор 183.

В сепараторе газ-жидкость-жидкость 175 жидкая сера 185 образует нижнюю из двух жидких фаз, и ее декантируют от растворителя, который образует верхнюю из двух жидких фаз.

Фазу растворителя 184 подают непосредственно в отпарную колонну растворителя 191, где сероводород, растворенный в растворителе, отпаривается водяным паром 190 и удаляется как верхний поток 192. Растворитель 193, выходящий внизу отпарной колонны, поступает в вакуумный кристаллизатор 194, где большая часть оставшейся воды быстро испаряется, чтобы охладить растворитель до необходимой рабочей температуры (35-45°С) абсорбера диоксида серы 195, который является практически таким же, что и соответствующее устройство в технологической схеме фиг. 2. Суспензию, оставшуюся в кристаллизаторе, закачивают в уравнительный резервуар 196, в котором дают осесть кристаллам серы, образовавшимся в кристаллизаторе, с получением более концентрированной суспензии 197, которую перекачивают обратно в сепаратор газ-жидкость-жидкость 175. В этом сепараторе газ-жидкость-жидкость 175 кристаллы концентрированной суспензии плавятся и соединяются с продуктом - жидкой серой. Осветленный растворитель 198, который является обедненным относительно сероводорода, а также диоксида серы, выводится из уравнительного резервуара 196 и подается в абсорбер диоксида серы 195.

Для работы этой конфигурации способа требуется только приблизительно 20% пара, вырабатываемого в котле-утилизаторе.

Конфигурация на фиг. 5 представляет собой еще один пример способа. Основные элементы этого изобретения представлены в виде реактора-колонны с насадкой 201, который соответствует стадии 1 на фиг. 1, печь и котелутилизатор 202, соответствующий стадии 2, и абсорбер диоксида серы 203, соответствующий стадии 3 на фиг. 1. Как входящий в колонну реактора 201 поток 204, обогащенный сероводородом, так и входящий поток 205, обогащенный диоксидом серы, находятся в газовой фазе. В колонне реактора эти два потока смешиваются с органическим растворителем 206, который содержит растворенный гомогенный катализатор, и реакцию Клауса проводят в жидкой фазе в параллельных потоках как газов, так и жидкостей. В колонне реактора 201 имеется насадка, которая разделена на секции 207, 208, 209, 210, 211, причем в каждой секции насадки обеспечивается интенсивное перемешивание между газовой и жидкой фазами. Охлаждение осуществляют между каждой смежной парой секций, пу тем впрыскивания воды 212, которая испаряется в колонне. Вместо воды можно использовать другие средства охлаждения, такие как различные способы косвенного теплообмена. Снизу колонны выходит смесь продуктов 213, которая содержит газ, а также жидкость, и направляется в сепаратор газ-жидкость-жидкость 214, где разделяются газ и две жидкие фазы (растворитель 206 и жидкая сера 215), как и в конфигурациях способа на предыдущих фигурах. Растворитель 206 рециркулируется на вход реактора.

Компоненты конфигурации способа на фиг. 5, которые не описаны в предыдущем тексте, также появляются в конфигурации способа на фиг. 6. Описание этих компонентов, которое появляется в следующем обсуждении фиг. 6, применимо к обеим фигурам 5 и 6.

Колонна 201 с параллельным потоком (фиг. 5) заменяется колонной 221 с противотоком в конфигурации способа на фиг. 6. Эта противоточная колонна 221 содержит колпачковые тарелки 222, с помощью которых можно независимо регулировать время пребывания газа и жидкости. Индивидуальные тарелки также позволяют независимо устанавливать уровень жидкой серы и растворителя. Условия противотока организуются путем введения обогащенного сероводородом газа 223 и газообразного диоксида серы 224 снизу колонны 221, и этот поток движется вверх, в то время как органический растворитель 225 с растворенным катализатором вводят сверху, и он стекает вниз под действием силы тяжести. Из сырьевого обогащенного сероводородом газа 226, входящего в эту систему, отводится часть 227 газа, составляющая до 30% от всего входящего газа 226, которая направляется в обход колонны-реактора 221 и подается непосредственно в печь 228.

Потоки обогащенного сероводородом газа 223 и газа, содержащего диоксид серы 224, регулируют таким образом, чтобы приблизительно от 80 до 90% сероводорода и весь или практически весь диоксид серы реагировали в колонне. Для поддержания экономически эффективной скорости реакции в колонне, в ходе протекания реакции необходимо поддерживать высокую концентрацию сероводорода в газовой фазе. Если обогащенный сероводородом сырьевой газ содержит большие количества других газов, то относительные скорости подачи сероводорода и диоксида серы в газообразных потоках, входящих в колонну, предпочтительно подбирают таким образом, чтобы получить относительно большой избыток сероводорода, поступающего в колонну. Напротив, если обогащенный сероводородом сырьевой газ представляет собой почти чистый сероводород, то для поддержания скорости реакции будет достаточным относительно небольшой избыток сероводорода.

На конфигурации фиг. 6 поток диоксида серы 224 поступает в колонну 221 в точку ниже места ввода обогащенного сероводородом газа 223. Даже если только часть потока диоксида серы вводится в этой точке, это приводит к контактированию жидкой серы 229, образовавшейся в этой колонне, с обогащенным диоксидом серы раствором до выхода из колонны. При этом из жидкой серы удаляется любой нерастворенный сероводород, что является желательным, поскольку сероводород обладает значительной растворимостью в жидкой сере, и он является токсичной и поэтому нежелательной примесью. Кроме того, небольшой поток отпаривающего водяного пара 230 можно вводить ниже точки ввода диоксида серы, чтобы отпарить диоксид серы как из серы 229, так и из растворителя 225.

Реакция, протекающая в колонне 221, является жидкофазной реакцией между сероводородом и диоксидом серы, которые оба поглощаются из газовой фазы циркулирующим растворителем 225 и вводятся с такими относительными скоростями, чтобы установился стехиометрический избыток сероводорода. При температуре этой реакции сероводород и диоксид серы обладают близкими значениями растворимости в гликолях и простых эфирах гликолей. Использование избытка сероводорода способствует практически полному превращению диоксида серы, за счет поддержания относительно высокой концентрации сероводорода в растворителе.

Поток паров 241, покидающий колонну 221, состоит главным образом из воды и непрореагировавшего сероводорода, вместе с другими компонентами, которые присутствовали в исходном сероводородном сырье 226. Пары 241 охлаждаются в теплообменнике 242, причем сконденсировавшаяся вода 245 отделяется от неконденсирующихся компонентов 244 в сепараторе газ-жидкость 243. Неконденсирующиеся компоненты 244 направляются в печь 228, а часть конденсата 245 возвращается в колонну реактора 221, в виде охлаждающего агента. Дополнительным источником охлаждающего агента (не показан на чертеже) является вода, сконденсировавшаяся из потока 246, обогащенного диоксидом серы, покидающего отпарную колонну 247 диоксида серы.

Остальная часть 248 конденсата 245 из потока паров реактора насыщается сероводородом. Эту часть конденсата направляют в отпарную колонну кислой воды 249, чтобы удалить сероводород. Часть нижнего продукта 250 отпарной колонны кислой воды можно использовать в качестве промывной воды наверху отпарной колонны диоксида серы и наверху 253 поглотителя диоксида серы 254. Неконденсирующиеся компоненты 244, покидающие колонну реактора 221, объединяются с частью 227 обогащенного сероводородом газа, которая направляется в обход колонны-реактора, и этот объединенный поток подается в печь 228, где он сгорает в воздухе. Количество воздуха, которое используется в печи, предпочтительно немного больше, чем стехиометрическое количество, необходимое для полного сгорания сероводорода, углеводородов и других горючих компонентов. Однако это избыточное количество воздуха поддерживают достаточно небольшим, чтобы избежать образования триоксида серы. Обычно в печи 228 вырабатывается отходящий газ, содержащий до 10 об.% диоксида серы или более 10%. Этот газ можно охлаждать в котлеутилизаторе 255 и затем подавать в поглотитель диоксида серы 254.

Избыток диоксида углерода является меньшей проблемой в этой печи, чем в печи традиционного процесса Клауса, с точки зрения поддержания стабильного уровня сгорания в печи. В традиционном процессе Клауса только третья часть сероводорода сгорает в печи, и таким образом, газ из печи разбавляется большим количеством избыточного сероводорода, который отсутствует в описанном здесь способе. Если в смеси, подаваемой в печь, присутствует избыточное количество диоксида углерода или другого инертного газа, то в нее можно добавить газообразное топливо, такое как природный газ, для того чтобы обеспечить стабильное горение. В настоящем изобретении также отсутствуют проблемы, которые приводят к образованию сажи в реакторах традиционного процесса Клауса. В традиционном способе сажа, которая образуется в результате неполного сгорания органических веществ в печи в обогащенной топливом смеси, поступает в газофазный реактор Клауса и отравляет твердофазный катализатор (а также целевой продукт - серу). Эта проблема устранена в настоящем изобретении за счет проведения реакции Клауса в жидкой фазе, до печи.

В способе, представленном на фиг. 6, предложено дополнительное усовершенствование, которое позволяет использовать один растворитель в абсорбере 254 и отпарной колонне 247 и второй растворитель в колонне реактора 221. Таким образом, эти два растворителя можно выбирать независимо так, чтобы каждый выбранный растворитель лучше всего соответствовал конкретной функции, выполняемой в отдельном блоке.

Все блоки и типовые вспомогательные операции, включая отпарные колонны, абсорберы, колонны с насадкой, сепараторы, теплообменники и связанные с ними насосы и клапаны, имеют традиционную конструкцию, выполнены из обычных материалов, причем их выбор будет вполне очевиден для квалифицированных инженеров химиков-технологов, особенно специалистам в области техники обработки потоков кислых газов.

Предшествующее описание приведено в основном с целью иллюстрации изобретения. Для специалистов в этой области техники будет вполне очевидно, что технологические схемы, относительные скорости потоков, состав потоков, рабочие условия и другие параметры описанных здесь процессов можно дополнительно модифицировать или заменить различными способами, без отклонения от замысла и объема изобретения.

Claims (18)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Способ извлечения серы из потока газа, содержащего сероводород, который содержит следующие стадии:

   a) подача потока, содержащего сероводород, в каталитический реактор с непрерывным потоком, в котором этот поток, содержащий сероводород, контактирует с потоком, содержащим диоксид серы и жидкий органический растворитель в следующих условиях:

   ί) жидкий органический растворитель содержит гомогенный катализатор, который способствует протеканию жидкофазной реакции
2. 2 Н₂8 + §О₂ 3 8 + 2 Н₂О (I) ίί) в реакторе поддерживают температуру выше температуры плавления серы и ниже температуры кипения указанного растворителя, и

   ш) потоки, содержащие сероводород и диоксид серы, поступают в реактор с такими относительными скоростями подачи, чтобы сероводород находился в избытке относительно диоксида серы в соответствии с реакцией (I), чтобы превратить практически весь диоксид серы в жидкую элементарную серу и получить на выходе из реактора поток, содержащий жидкую элементарную серу и непрореагировавший сероводород;

   b) сжигание непрореагировавшего сероводорода с кислородсодержащим газом в соответствии с реакцией

   2 Н₂8 + 3 О₂ 2 8О₂ + 2 Н₂О (II) чтобы превратить непрореагировавший сероводород в диоксид серы и получить газообразные продукты сгорания, содержащие диоксид серы и воду; и

   c) газообразные продукты сгорания пропускают через абсорбер диоксида серы, чтобы извлечь практически весь диоксид серы из продуктов сгорания, в результате получают отходящий газ, практически не содержащий сероводорода и диоксида серы, и извлеченный таким образом диоксид серы полностью рециркулируют в указанный реактор непрерывного потока в виде суммарного потока диоксида серы, поступающего в реактор.

   2. Способ по п. 1, в котором температуру в а) ίί) поддерживают между 119 и 155°С.
3. 3. Способ по п. 1, в котором температуру в а) ίί) поддерживают между 125 и 145°С.
4. 4. Способ по п.1, в котором поток, содержащий сероводород, представляет собой газовый поток, указанный поток, содержащий диоксид серы, растворен в жидкой фазе указанного растворителя и катализатор также растворен в указанном растворителе.
5. 5. Способ по п.1, в котором как поток, содержащий сероводород, так и поток, содержащий диоксид серы, представляют собой газообразные потоки, причем оба потока поглощаются в реакторе в растворителе, который содержит растворенный катализатор.
6. 6. Способ по п.5, в котором реактор представляет собой газожидкостной контактный аппарат колонного типа, в котором газовые потоки проходят параллельно с потоком растворителя и с жидкой элементарной серой.
7. 7. Способ по п.5, в котором реактор представляет собой газожидкостной контактный аппарат колонного типа, в котором газовые потоки проходят в противотоке с растворителем и с жидкой элементарной серой.
8. 8. Способ по п.5, который дополнительно включает следующие стадии:

   б) пропускание потока, выходящего из реактора, через сепаратор для выделения фазы жидкой серы, органическую жидкую фазу и газовую фазу в виде отдельных потоков;

   е) экстракция сероводорода из органической жидкой фазы в отпарной колонне с получением внизу отпарной колонны жидкого потока органического растворителя, практически не содержащего сероводорода, воды и серы;

   Г) быстрое испарение жидкого потока, выходящего снизу отпарной колонны, в вакуумном кристаллизаторе, чтобы испарить значительное количество воды из жидкого потока снизу отпарной колонны и чтобы осадить из него серу, получая в итоге суспензию кристаллической серы;

   д) осаждение кристаллической серы в суспензии с образованием концентрированной суспензии и осветленного растворителя; и

   11) подача осветленного растворителя в абсорбер диоксида серы, а концентрированную суспензию подают в сепаратор стадии б).
9. 9. Способ по п.1, в котором вводят на стадии Ь) дополнительный поток газа, содержащий сероводород, который не был пропущен через реактор стадии а) с непрерывным потоком, в сочетании с непрореагировавшим сероводородом, выходящим из реактора, причем содержание сероводорода в дополнительном газовом потоке составляет приблизительно от 10 до 30% от всего сероводорода, поступающего на переработку, причем суммарное количество сероводорода, поступающего на переработку составляет приблизительно 50%-ный избыток относительно диоксида серы, поступающего в реактор с непрерывным потоком, в расчете на реакцию (I).
10. 10. Способ по п.1, который дополнительно включает контактирование жидкой элементарной серы, образовавшейся на стадии а), с диоксидом серы в жидкой фазе для удаления серово дорода, растворенного в жидкой элементарной сере.
11. 11. Способ по п.7, который дополнительно включает введение потока, содержащего диоксид серы, в газожидкостной контактный аппарат колонного типа, в месте ниже точки ввода потока, содержащего сероводород, оба в восходящем течении, в противотоке с нисходящим течением жидкой фазы, для того чтобы удалить из жидкости растворенный сероводород из жидкой элементарной серы, до выведения этой жидкой элементарной серы из указанного контактного аппарата.
12. 12. Способ по п.1, в котором растворитель выбирают из группы, состоящей из простых эфиров этиленгликоля, диэтиленгликоля, триэтиленгликоля, тетраэтиленгликоля, пропиленгликоля, дипропиленгликоля, трипропиленгликоля и тетрапропиленгликоля.
13. 13. Способ по п.1, в котором растворитель выбирают из группы, состоящей из простых монометиловых, диметиловых, моноэтиловых и диэтиловых эфиров этиленгликоля, диэтиленгликоля, триэтиленгликоля, тетраэтиленгликоля, пропиленгликоля, дипропиленгликоля, трипропиленгликоля и тетрапропиленгликоля.
14. 14. Способ по п.13, в котором растворитель выбирают из группы, состоящей из простых монометиловых и диметиловых эфиров диэтиленгликоля, триэтиленгликоля, пропиленгликоля, дипропиленгликоля и трипропиленгликоля.
15. 15. Способ по п.14, в котором гомогенный катализатор выбирают из группы, состоящей из

    Фиг. 1 пиридина и изохинолина, необязательно замещенных в одном или нескольких положениях при атомах углерода, которые отличаются от атомов углерода, соседних с атомом азота кольца, полярной группой, состоящей из гидроксильной, гидроксиалкильной, ацетамидо-, ацетамидоалкильной, ацетильной, ацетилалкильной, ацетилокси-, ацетилоксиалкильной, алкокси-, алкоксиалкильной, амино-, алкиламино- и аминоалкильной группы.
16. 16. Способ по п.14, в котором гомогенный катализатор выбирают из группы, состоящей из пиридина и изохинолина, необязательно замещенных полярной группой в одном или нескольких положениях при атомах углерода, которые отличаются от атомов углерода, соседних с атомом азота кольца, полярной группой, состоящей из гидроксильной, гидроксиметильной, ацетамидо-, ацетамидометильной, ацетильной, ацетилметильной, ацетилокси- и ацетилоксиметильной.
17. 17. Способ по п.1, в котором гомогенным катализатором является пиридин, замещенный полярной группой в одном или нескольких положениях при атомах углерода, которые отличаются от атомов углерода, соседних с атомом азота кольца, полярной группой, состоящей из гидроксиметильной, ацетамидо-, ацетамидометильной, ацетильной, ацетилметильной, ацетилокси- и ацетилоксиметильной.
18. 18. Способ по п.1, в котором гомогенным катализатором является 3-(гидроксиметил)пиридин.