EA011897B1 - Способ регенерации серы из газообразных потоков, содержащих сероводород, и устройство для его осуществления - Google Patents

Способ регенерации серы из газообразных потоков, содержащих сероводород, и устройство для его осуществления Download PDF

Info

Publication number
EA011897B1
EA011897B1 EA200600994A EA200600994A EA011897B1 EA 011897 B1 EA011897 B1 EA 011897B1 EA 200600994 A EA200600994 A EA 200600994A EA 200600994 A EA200600994 A EA 200600994A EA 011897 B1 EA011897 B1 EA 011897B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
zone
hydrogen sulfide
sulfur
hydrogen
thermal
Prior art date
Application number
EA200600994A
Other languages
English (en)
Other versions
EA200600994A1 (ru
Inventor
Адальберто Бестетти
Original Assignee
Сииртек-Ниджи Спа
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Сииртек-Ниджи Спа filed Critical Сииртек-Ниджи Спа
Publication of EA200600994A1 publication Critical patent/EA200600994A1/ru
Publication of EA011897B1 publication Critical patent/EA011897B1/ru

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B17/00—Sulfur; Compounds thereof
    • C01B17/02—Preparation of sulfur; Purification
    • C01B17/04—Preparation of sulfur; Purification from gaseous sulfur compounds including gaseous sulfides
    • C01B17/0404—Preparation of sulfur; Purification from gaseous sulfur compounds including gaseous sulfides by processes comprising a dry catalytic conversion of hydrogen sulfide-containing gases, e.g. the Claus process
    • C01B17/0413—Preparation of sulfur; Purification from gaseous sulfur compounds including gaseous sulfides by processes comprising a dry catalytic conversion of hydrogen sulfide-containing gases, e.g. the Claus process characterised by the combustion step
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/86—Catalytic processes
    • B01D53/8603—Removing sulfur compounds
    • B01D53/8612—Hydrogen sulfide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B17/00—Sulfur; Compounds thereof
    • C01B17/02—Preparation of sulfur; Purification
    • C01B17/04—Preparation of sulfur; Purification from gaseous sulfur compounds including gaseous sulfides
    • C01B17/0404—Preparation of sulfur; Purification from gaseous sulfur compounds including gaseous sulfides by processes comprising a dry catalytic conversion of hydrogen sulfide-containing gases, e.g. the Claus process
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B17/00—Sulfur; Compounds thereof
    • C01B17/02—Preparation of sulfur; Purification
    • C01B17/04—Preparation of sulfur; Purification from gaseous sulfur compounds including gaseous sulfides
    • C01B17/0404—Preparation of sulfur; Purification from gaseous sulfur compounds including gaseous sulfides by processes comprising a dry catalytic conversion of hydrogen sulfide-containing gases, e.g. the Claus process
    • C01B17/0413—Preparation of sulfur; Purification from gaseous sulfur compounds including gaseous sulfides by processes comprising a dry catalytic conversion of hydrogen sulfide-containing gases, e.g. the Claus process characterised by the combustion step
    • C01B17/0417—Combustion reactors
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B17/00—Sulfur; Compounds thereof
    • C01B17/02—Preparation of sulfur; Purification
    • C01B17/04—Preparation of sulfur; Purification from gaseous sulfur compounds including gaseous sulfides
    • C01B17/0404—Preparation of sulfur; Purification from gaseous sulfur compounds including gaseous sulfides by processes comprising a dry catalytic conversion of hydrogen sulfide-containing gases, e.g. the Claus process
    • C01B17/0426—Preparation of sulfur; Purification from gaseous sulfur compounds including gaseous sulfides by processes comprising a dry catalytic conversion of hydrogen sulfide-containing gases, e.g. the Claus process characterised by the catalytic conversion

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Treating Waste Gases (AREA)

Abstract

Описан способ, а также устройство для его осуществления, регенерации серы из газообразных потоков, содержащих сероводород, состоящий из 1) стадии неполного сгорания, в которой поддерживаются образование восстановительного газа и превращение части сероводорода в диоксид серы; 2) одной или более стадий процесса Клауса, в которых образуется сера и в которых восстановительные газы остаются неизмененными; 3) каталитической стадии, в которой соединения серы, содержащиеся в остаточном газе процесса Клауса, полностью восстанавливают вышеуказанными восстановительными газами с образованием сероводорода, затем преобразуемого в серу.

Description

Настоящее изобретение относится к способу регенерации серы из газообразных потоков, содержащих сероводород, который состоит из:
1) стадии неполного сгорания, обладающей возможностью способствовать образованию и удерживанию восстановительных соединений, подобных водороду и оксиду углерода, при этом превращать часть сероводорода, содержащегося в обрабатываемом кислом газе, в диоксид серы;
2) одной или более каталитических стадий согласно процессу Клауса, в котором сероводород и оксид серы, присутствующие в газе, полученном в предыдущей стадии, реагируют согласно реакции Клауса:
2Н23 + 2О2 <-> 2Н2О + 3/п 5П;
3) каталитической стадии, в которой соединения серы, содержащиеся в остаточном газе процесса Клауса, вступающие в контакт с восстановительными газами, образующимися в начальной стадии неполного сгорания процесса, восстанавливают до сероводорода, который обычно подвергают повторной обработке для преобразования в элементарную серу.
Настоящее изобретение относится также к устройству, состоящему из пригодного термического дожигателя или камеры сгорания, в котором осуществляют стадию неполного сгорания 1), которая является частью вышеописанного способа.
Способ, хотя его можно обычно использовать для газообразных потоков с любым количеством сероводорода, является особенно пригодным для газообразных потоков с низкими содержаниями сероводорода.
Особенно важным является тот факт, что как способ, так и устройство изобретения являются пригодными для использования или в новой конструкции, или на уже существующих установках.
Уровень техники
Удаление сероводорода и других загрязняющих веществ, содержащихся в отходящем газе, выделяющемся в некоторых производственных процессах, таких как переработка нефти, превращение в газ твердого топлива и кондиционирование природного газа, является необходимым для удовлетворения все более ограничительных норм относительно атмосферного загрязнения от высокотоксичных соединений.
Сероводород, сопровождаемый другими соединениями, удаляют из отходящего газа и, обычно, направляют на установку регенерации серы, где большую часть сероводорода восстанавливают до элементарной серы, в то время как другие компоненты обычно термически разрушают.
Большинство хорошо известных и промышленных процессов регенерации серы из отходящих газов, содержащих сероводород, является так называемым процессом Клауса. Этот процесс, который непрерывно усовершенствовали годами, все еще остается наиболее используемым и наиболее экономичным для количественного регенерирования серы в форме, качественно пользующейся спросом, из газообразных потоков, содержащих сероводород. Основными химическими реакциями, которые происходят в процессе Клауса, являются следующие:
Н23+3/2 О2 <-> ЗО2+Н2О (1)
2Н23+5О2 <-> 3/п Зп+2Н2О (2), которые, объединенные, дают в результате общую реакцию:
НгЗ+1/2 О2 <-> 1/п 3Л+Н2О (3)
Реакция окисления (1) и реакция (2) - обе являются экзотермическими. Одновременно с ними имеют место другие реакции окисления, восстановления и диссоциации. В частности, имеют место реакции между кислородом, сероводородом, а также сульфидом карбонила и бисульфидом, азотом, водородом, аммиаком, фенолами, углеводородами и другими загрязняющими веществами. Воздух, кислород или их смесь могут быть использованы в качестве окисляющих средств для образования диоксида серы согласно реакции (1). Процесс Клауса обычно состоит из термической стадии и одной или более каталитических стадий и обладает способностью достигать эффективности регенерации между 93 и 97,5% от суммарной серы, содержащейся в газообразном подаваемом потоке к термической стадии. Обычно нормы по защите окружающей среды требуют эффективностей регенерации более высоких, чем те, которые достижимы на установке, основанной на процессе Клауса. Поэтому, для того, чтобы соответствовать этим требованиям, необходимо обеспечить устройство обработки основного потока отходящего газа установками Клауса для уменьшения загрязняющих соединений, все еще в нем присутствующих, главным образом состоящих из диоксида серы и других соединений серы.
Известно, что для увеличения эффективности регенерации серы необходимо осуществить каталитическую гидрогенизацию остаточных соединений, содержащихся в газообразном потоке, поступающем из последней каталитической стадии процесса Клауса для получения сероводорода, который соответственно окисляют до элементарной серы.
Упомянутая каталитическая гидрогенизация имеет место обычно с использованием водорода, поступающего из устройства, внешнего к установке, или, в некоторых особых случаях, с использованием восстановительных газов, производимых в самой установке генератором восстановительного газа.
Примеры использования восстановительных газов, производимых в установке посредством досте
- 1 011897 хиометрического сгорания, и/или введения водорода, и/или других восстановительных соединений, представлены в процессе Бивона (Веауои), описанного в патенте США № 4055401, и в процессе Скота (8со1), описанного в патенте США № 3985861.
Недостатком упомянутых процессов представляется тот факт, что аномалия, если это имеет место, в системах достехиометрического сгорания для производства водорода или другого восстановительного газа привела бы к образованию углеродной сажи и/или неудовлетворительному осуществлению реакции гидрогенизации с последующим загрязнением катализатора восстановления, и поэтому проникновения серы и диоксида серы непосредственно в основной поток реактора гидрогенизации из-за превращения диоксида серы и серы в сероводород не происходит. Эта аномалия поэтому непосредственно вызывает процессы по основному потоку реактора гидрогенизации, причиняя проблемы из-за загрязнения и/или химической деструкции реагентов или отравления катализаторов.
Примером процесса, который не требует внешнего специализированного производства водорода или другого восстановителя, является НСЯ-процесс, описанный в итальянском патенте № 1203898, который основан на минимизации содержания диоксида серы в остаточном газе установки Клауса таким образом, что водород, произведенный в термическом реакторе, составляет достаточное количество для осуществления гидрогенизации.
Кроме того, вышеуказанные процессы предвидят конденсацию и удаление избытка воды и экстракцию сероводорода путем поглощения подходящим растворителем и последующую регенерацию его же при повторной обработке сероводорода в термическом дожигателе установки Клауса. Все вышеуказанные процессы являются способными обеспечить эффективность регенерации серы, содержащейся в подаваемом кислом газе, которая может быть более 99,5% и близкой к 99,8%.
Веауои/8е1ес1ох, ЕигоС1аи8 и 8ирегС1аи§ процессы представляют собой примеры каталитического восстановления с использованием восстановительных газов. В упомянутых процессах образующийся сероводород затем каталитически окисляют до элементарной серы. Каталитическое окисление, осуществленное для сероводорода, полученного в предыдущей реакции гидрогенизации, может быть осуществлено или после удаления избытка воды, содержащейся в газообразном потоке (процесс Веауои/8е1ес1ох), или, непосредственно, без удаления воды (процессы ЕигоС1аи8 и 8ирегС1аи§).
Обе вышеуказанные каталитические стадии гидрогенизации и окисления, которые делают возможным повышение эффективности регенерации серы, содержащейся в подаваемом кислом газе, вплоть до 99,5%, осуществляют в специализированных реакторах, расположенных по основному потоку установки Клауса, или, иногда, внутри последнего реактора Клауса.
Недостаток, обнаруженный в упомянутых способах, отображается тем фактом, что они не являются пригодными для использования газов с низкой концентрацией сероводорода; при применении на газах, содержащих менее 25 об.% сероводорода, они не будут достигать приемлемых показателей регенерации.
Реакцией, которая способствует регенерации серы и образованию водорода, используемого в основном потоке стадии гидрогенизации установки Клауса, является диссоциация сероводорода, которая повышает температуру камеры сгорания, и отображается реакцией
Η2ε <-> н2+з (4)
Другие реакции, которые могут иметь место в камере сгорания процесса Клауса, производящей водород, отображаются как
СН4+Н2О <-> СО+ЗН2 (5)
СО+Н2О <-> СО2 + Н2 (6)
В реакторе каталитической гидрогенизации могут иметь место реакции (7) и (8) и, в дополнение к ним, при тех же условиях гидрогенизации может происходить вышеупомянутая реакция (6)
ЗО2+ЗН2 <-> Н23+2Н2О (7)
3+Н2 <-> Н23 (8)
В любом случае является предпочтительным то, что газообразный поток, поступающий из последней стадии Клауса, имеет содержание сероводорода и содержание диоксида серы с соответственным мольным отношением (Н28:8О2), равным или более 2.
В процессах очистки природного газа получающиеся кислые газы содержат немного сероводорода. С упомянутыми газами могут иметь место несколько проблем в процессе Клауса и последующей стадии гидрогенизации, таких как
1) получить устойчивое пламя и термический градиент при высокой температуре реакции;
2) гарантировать и сделать достаточной подачу водорода к реактору каталитической гидрогенизации.
Для решения проблемы в пункте 1) предполагаются некоторые решения, такие как, например, часть технологического потока подаваемого кислого газа обходит термический дожигатель так, чтобы давать устойчивое пламя и подходящую температуру в камере сгорания. Варианты этого расположения предлагают подразделение термического дожигателя на две отдельные зоны и нагревание кислого газа и/или воздуха для горения;
подразделение расхода кислого газа со снабжением горючим газом;
- 2 011897 рециркуляция к горелке части произведенной серы.
До сих пор для решения проблемы в пункте 2) относительно пригодности водорода в течение стадии гидрогенизации использовали способ получения водорода посредством специализированного устройства сгорания, известного как генератор восстановительного газа (ГВГ), такого как в вышеуказанных процессах Бивона и Скота. Альтернативой ГВГ был бы ГВГ прямой подачи водорода в реактор гидрогенизации от внешней производственной установки в процесс Клауса. Система могла содержать набор цилиндров или криогенный газификатор или также вносимую систему из установки производства водорода. Эти альтернативы, хотя технически допустимые, имеют недостаток: потребность в очень высоких капитальных и эксплуатационных затратах.
На фиг. 1 показана блочная схема, относящаяся к известному способу регенерации серы из газообразных потоков, содержащих сероводород, в которой проиллюстрированы камера сгорания или термический дожигатель Клауса - 1, тепловой рекуперационный бойлер - 2, одна или более каталитических стадий и стадий конденсации серы - 3, стадия гидрогенизации - 4, стадия удаления сероводорода и повторного использования - 5 или стадия прямого окисления - 5 и установка производства водорода - 6.
На фиг. 2 показана упрощенная карта технологического процесса термического реактора 1 одинарной зоны процесса Клауса: упомянутую компоновку используют в очень многих установках Клауса, которые обрабатывают кислые газы, богатые сероводородом, и обычно присутствующих на большинстве очистительных заводов. В этой компоновке газ 7, богатый сульфидом водорода, сжигается с воздухом, кислородом или их смесями 8. Горючий газ 9 может быть добавлен в случае поддерживаемого горения, но, обычно, если кислые газы богаты сероводородом, этот вариант не используют. После достаточной продолжительности обработки в очистном сооружении для осуществления процесса Клауса продукты горения 10 обычно охлаждают в котле-утилизаторе 2, как показано на блок-диаграмме фигуры 1, в котором теплота сжигаемого газа высвобождается для получения потока 11, и технологический газ 12, содержащий серу, образовавшуюся согласно реакции Клауса, затем направляют к последующим стадиям 3 каталитической реакции и конденсации процесса Клауса.
Фиг. 3 показывает упрощенную карту технологического процесса «двойной зоны» термического дожигателя 1, обычно используемой в установках Клауса. Эта карта технологического процесса пригодна для обработки кислых газов с умеренным содержанием сероводорода и/или аммиака. В этой карте технологического процесса газ 7, содержащий сероводород, разделяют на две части: одну часть 13 сжигают с воздухом, воздухом, обогащенным кислородом, или даже с чистым кислородом 8 в горелке на передней стороне термического дожигателя 1. Горючий газ 9 может быть использован в качестве поддержки правильного и стабильного сгорания. Часть оставшегося газа 14 взамен направляют ко второй зоне термического дожигателя 1, в которой она смешивается с продуктами сгорания из первой зоны, и получающаяся в результате смесь 15 направляется для осуществления реакции в течение достаточного полезного времени. Как показано на блок-диаграмме фиг. 1, продукты реакции 10 затем охлаждают в котле-утилизаторе 2 с получением потока 11 и технологические газы 12, содержащие полученную серу, образовавшуюся в реакции Клауса, затем направляют на последующие стадии 3 конденсации и каталитической реакции процесса Клауса. Эта система позволяет обработать газы с умеренным содержанием сероводорода и/или аммония, так как возможно поддерживать стабильные условия сгорания и такие температуры, чтобы способствовать реакции Клауса и разложению аммиака в первой зоне термического дожигателя 1.
Оба случая, показанные на фиг. 2 и 3, имеют значительную выработку водорода согласно реакциям (4), (5) и (6); доказано, что это является адекватным стадии гидрогенизации 4 остаточных газов процесса Клауса, если процесс Клауса осуществляют согласно вышеуказанному НСЯ-процессу. Восстановительным газам, которые взамен направляют на избирательное окисление в стадии 5, как для процесса Веауоп/8е1ес1ох, требуется образование водорода, в то время как, при направлении их на избирательное окисление, как для процессов ЕигоС1аи§ и §црегС1аи8, не требуется дополнительной выработки водорода.
В случае обработки кислых газов, очень бедных сероводородом, значительная выработка восстановительного газа, имеющая место в термическом дожигателе 1, не является достаточной для проведения реакции гидрогенизации сернистых продуктов, особенно диоксида серы, до сероводорода в процессах, которые требуют обработки остаточных газов установки Клауса.
Описание изобретения
Цель настоящего изобретения состоит в способе регенерации серы из газообразных потоков, которые могут также иметь особенно низкие содержания сероводорода, в котором восстановительные газы, необходимые для гидрогенизации соединений серы, особенно диоксида серы, присутствующих в остаточных газах процесса Клауса, производятся в термическом дожигателе упомянутого способа и удерживаются до их использования в стадии гидрогенизации. Упомянутый процесс одинаково пригоден для использования при регенерации серы из газообразных потоков, богатых сероводородом: более конкретно, он имеет обоснованное применение в газообразных потоках с содержанием сероводорода от 5 до 100 об.%, предпочтительно в газообразных потоках, содержащих сероводород от 5 до 30 об.%.
Более конкретно, производство восстановительных газов имеет место путем реакции, предпочтительно в присутствии пара, газообразного потока, содержащего сероводород и другие загрязняющие ве
- 3 011897 щества, с воздухом, кислородом или их смесью в достехиометрических количествах, в присутствии подходящих количеств горючего, при высокой температуре, равной или более 950°С. Количество восстановительных газов, водорода и оксида углерода, которое образуется вместе с другими реакциями, удерживается в установке вплоть до стадии гидрогенизации, и показало, что представляет собой достаточные количества для осуществления полного восстановления соединений серы, особенно диоксида серы, содержащихся в остаточных газах установки Клауса.
Дополнительный пар имеет функцию избегать образования углеродной сажи, регулирования температуры сгорания и увеличения производства восстановителей, водорода и оксида углерода.
Настоящее изобретение имеет дополнительную задачу описания термического дожигателя Клауса, с применением которого возможно преодолеть вышеуказанные недостатки.
Упомянутый термический дожигатель является, по существу, образованным двумя отдельными зонами. Газообразный поток, содержащий сероводород, горючее и воздух или кислород или их смесь, распределяют с пригодными сроками пребывания и температурами между двумя зонами таким путем, что в первой зоне кислород находится в недостатке, и присутствует значительное образование восстановительных соединений, подобных водороду и оксиду углерода, согласно реакциям (4), (5) и (6), и во второй зоне, где главным образом происходит реакция Клауса, упомянутые восстановительные соединения являются, по существу, удержанными.
Способ настоящего изобретения дает возможность получить восстановительные газы в количестве более высоком, чем количество, произведенное традиционными методами, и в результате дополнительные устройства для получения восстановительного газа и/или подачи извне от процесса Клауса уже не являются необходимыми. Это усовершенствование ведет к поразительному снижению капитальных и эксплуатационных затрат не только из-за устранения дефицитного устройства, подобного ГВГ, но также, и главным образом, к закономерному увеличению производства серы с меньшими внеплановыми отключениями и меньшим необходимым текущим ремонтом; все эти факторы вместе улучшают движущую силу потока установки. Последняя характеристика, относящаяся к движущей силе потока, сегодня является, безусловно, важной, особенно для установки, подобной установке Клауса, которая предназначена для уменьшения газообразных выбросов в атмосферу и тем самым защищает окружающую среду.
Кроме того, производство восстановителей, водорода и оксида углерода, которое непосредственно осуществляют в камере сгорания процесса Клауса, и удерживание получающихся восстановительных газов в стадии гидрогенизации вплоть до их использования означает, что количество газа, которое нужно обработать, остается неизмененным, так как нет увеличения, вызванного дополнительным горючим газом или воздухом, введенным от устройства ГВГ.
В прилагаемых чертежах показано несколько предпочтительных вариантов осуществления устройства настоящего изобретения. Номера ссылок соответствуют тем же самым по тексту.
Фиг. 4 представляет собой блочную схему способа изобретения, в которой отсутствие устройства производства водорода 6 по сравнению с фигурой 1 является очевидным.
Фиг. 5, 6, 7 и 8 представляют различные варианты воплощения термического дожигателя или камеры сгорания настоящего изобретения. В частности, в термическом дожигателе, показанном на схематическом рисунке фиг. 5, получившим определение «с параллельными однотипными камерами», сгорает горючий газ 9 в незначительно достехиометрических условиях в зоне сгорания 16 с воздухом, кислородом или их смесями 8 до тех пор, пока не получатся подходящая температура и стабильность пламени и добавляют соответствующее количество пара.
Газообразный поток 7 с незначительным сероводородом направляют, необязательно и частично, к камере 16 и, частично или полностью 17, вместе с воздухом, кислородом или их остаточной смесью 18 к зоне 19, в которой они вступают в реакцию в достехиометрических условиях. Зоны 16 и 19 отделены друг от друга стенкой 20, необязательно плоской, построенной из огнеупорного кирпича высокой плотности. В стенке 20 несколько специализированных щелевых отверстий перемещают тепло из зоны 16 к зоне 19.
В камере сгорания, показанной на схематическом рисунке фиг. 6, получившей определение «с коаксиальными однотипными камерами», подача к различным частям устройства в точности отражает операции, представленные на фиг. 5 варианта осуществления только с одним различием, так в данном варианте осуществления камеры 16 и 19 являются коаксиальными друг другу. В этом варианте осуществления стенка 20 является практически цилиндрической.
В обоих вышеуказанных вариантах осуществления, идентифицируемых как «однотипные камеры термического дожигателя», среда, образовавшаяся в зонах 16 и 19, представляет идеальные условия для производства восстановительных газов, водорода и оксида углерода. Технологические газы, поступающие из зон 16 и 19, смешиваются в зоне 21 перед охлаждением в котле-утилизаторе 2, в котором производится поток 11, или они остаются разъединенными также в котле-утилизаторе 2 и смешиваются на выходе из него же. Технологический газ 12, содержащий серу, произведенную в реакции Клауса, направляют к последующим стадиям 3 реакции конденсации Клауса и каталитической реакции. Эти «однотипные камеры термического дожигателя» позволяют, благодаря двум отделенным зонам: зоне сгорания 16 и зоне Клауса 19, хорошо поддерживать уровни производимых восстановительных газов, водорода и ок
- 4 011897 сида углерода, так как упомянутые два реагента не вовлечены в химизм реакции, где присутствует кислород.
Дополнительные теплообмены продуктов реакции обеспечивают окончание реакции в пользу производства восстановителей, а также последующее удерживание восстановителей в технологическом газе, блокируя также любые нежелательные реакции, и поэтому благоприятствуя их пригодности для последующей стадии гидрогенизации по основному потоку процесса Клауса.
Из патента И8 4038036 известно устройство для обработки газообразных потоков, содержащих сероводород, содержащее две последовательные реакционные зоны, причём имеющееся количество кислорода недостаточно для превращения всего присутствующего сероводорода.
Для оценки эффективности предпочтительных вариантов осуществления изобретения, обозначенных как «с двумя зонами, расположенными параллельно» и «с двумя зонами, расположенными коаксиально», по сравнению с эффективностью устройства, описанного в патенте И8 4038036, в лабораториях А1Ьег1а 8и1рйиг Векеагсй ЬТО., Калгари, Канада, были проведены эксперименты, которые показали, что и в «двух зонах, расположенных параллельно», и в «двух зонах, расположенных коаксиально» достигается улучшенное осуществление процесса, что проявляется в увеличении выхода восстановительного газа (водорода и окиси углерода), а именно 2,7-3% вместо 1,1-1,4% в случае использования устройства по И8 4038036. Такое улучшение является положительным в смысле снижения затрат и получения восстановительного газа для стадии гидрирования.
В дополнительном варианте осуществления термического дожигателя настоящего изобретения, названного «разделяющим воздух для горения», схематическое изображение которого показано на фиг. 7, упомянутый термический дожигатель 1 разделен на две зоны, расположенные последовательно и отделенные вертикальной стенкой 20, снабженной подходящим отверстием 26 для прохода газа из одной зоны к другой: зона 16, в которой имеет место образование восстановительного газа, и зона 19, в которой происходит реакция Клауса. Горючий газ 9 сжигается в зоне 16, в которой, предпочтительно, также находится пар, с воздухом, кислородом или их смесями 22 в достехиометрических условиях для получения хорошей стабильности пламени и температуры, пригодной для производства восстановительных газов. Кислый технологический газ 7 с незначительным сероводородом частично или полностью направляют через 17 ко второй зоне 19. Поток 8 воздуха, кислорода или их смесей для горения разделяют и часть его 23 вдувают во вторую зону 19, таким образом обеспечивая необходимость в кислороде для неполного окисления до диоксида серы сероводорода, содержащегося в кислом газе 17, и затем он направляется в реакцию Клауса. Часть 22 потока воздуха обеспечивает в зоне 16 необходимые условия для производства и удерживания восстановительных газов. Технологический газ 10 затем охлаждают в котле-утилизаторе 2 до технологического газа 12 с получением потока 11, и потом направляют к стадиям 3 реакции конденсации и каталитической реакции для отделения серы, образовавшейся в процессе Клауса.
В упомянутом варианте осуществления, так как часть воздуха для горения может идти вокруг термического дожигателя, проверка стехиометрии реакции оказывается проще и легче. Технологический газ, произведенный в первой зоне, так как он содержит достаточное количество водорода и оксида углерода для обработки остаточного газа, конкурирует с кислым газом за потребление кислорода, вдуваемого во второй зоне. Хотя этот вариант осуществления может вести к более низкому уровню производства восстановительных газов по сравнению с вариантами осуществления фиг. 5 и 6, он гарантирует более высокий уровень производства, чем уровень обычного термического дожигателя фиг. 3. Согласно характеристикам обрабатываемого кислого газа вариант осуществления «разделяющий воздух для горения» на фиг. 7 может в любом случае считаться достаточным и более легко выполняемым, чем вариант осуществления «однотипных камер термического дожигателя» на фиг. 5 и 6. В частности, вариант осуществления «разделяющий воздух для горения» может быть экономически более выгодным для производства восстановительных газов по сравнению с «однотипными камерами термического реактора», особенно когда его промышленный вариант осуществления касается уже осуществленных проектов или даже уже существующих установок.
Эксперименты, осуществленные в лаборатории, показали, что уровень концентрации восстановителей, водорода и оксида углерода, присутствующих в технологическом газе, который покидает термический, «разделяющий воздух для горения» дожигатель, является поразительно более высоким, чем уровень концентрации, измеренный в технологическом газе, который покидает термический дожигатель с обычным горением и снабжением горючим газом.
В варианте осуществления, показанном на фиг. 8, кислый газ 7 частично окисляется в присутствии горючего газа 9, который сгорает с воздухом, кислородом или их смесями 8, таким образом определяя зону с достаточно высокой температурой. Реакцию осуществляют предпочтительно в присутствии пара в зоне 16 сгорания в достехиометрических условиях, пригодных для установления стабильности пламени и подходящей температуры для производства восстановительных газов. Технологический поток горячих восстановительных газов 24 затем отводят из зоны 16 термического дожигателя 1 и направляют к холодной зоне установки Клауса. Кислый газ 7 с незначительным сероводородом разделяют: часть 25 сжигают в камере 16, в то время как остающаяся часть 17 входит во вторую зону 19.
Альтернативно к упомянутому варианту осуществления кислый газ 7 может быть полностью на
- 5 011897 правлен ко второй зоне 19. Также часть 23 воздуха для горения может быть направлена ко второй зоне 19 для получения необходимых условий восстановления в первой зоне 16. Технологические газы 10, истекающие из зоны 19, охлаждают в котле-утилизаторе 2, в котором производят пар 11. Технологический газ 12, содержащий серу, образовавшуюся в реакции Клауса, затем направляют к стадиям 3 конденсации процесса Клауса и каталитической реакции.
В этом варианте осуществления часть 24 восстановительного газа, произведенная в первой зоне 16, идет полностью вокруг второй зоны 19 термического дожигателя 1, сохраняя свои восстановительные свойства и свой химический состав.
Отправка этой части восстановительного газа к секции 3 установки Клауса, где она может быть смешана с холодным потоком, таким как, например, на входе первого холодильника, позволяет сохранить ее химический состав неизменившимся.
Пример.
Описана регенерация серы при очистке природного газа. Полученный кислый газ, который подают к установке Клауса, имеет следующий мольный состав:
Компонент мол.%
Н2318
СО27 6
СН«1
Н2О5
Производительность установки составляет 100 т в день в виде регенерированной серы с эффективностью выше 99,5% относительно входного содержания серы.
Процесс Клауса был разработан с использованием современного уровня развития техники, т.е. обработки газа, имеющего вышеуказанный состав, путем использования горючего газа (доступный природный газ) для поддерживания горения, чтобы достигнуть стабильности пламени и температуры реакции 950°С.
Для того чтобы достигнуть более высокой эффективности, чем 99,5%, установка была снабжена подобным устройством обработки Скота остаточного газа, которое включает в себя: 1) стадию гидрогенизации остаточных серных соединений; 2) последующее поглощение растворителем произведенного сероводорода; 3) регенерацию сероводорода и рециркуляцию к термическому дожигателю установки Клауса. Установка, кроме того, была снабжена внешним устройством для снабжения водородом. Эффективность регенерации серы была повышена до 99,8%.
При подаче такого же кислого газа регенерация серы была осуществлена с использованием способа и устройства согласно настоящему изобретению, в частности варианта осуществления с термическим, «разделяющим воздух для горения» дожигателем.
Полученные результаты позволили оценить сбережение примерно в 10% капитальных затрат, а также сбережение эксплуатационных затрат, оцениваемое около 110000 евро в год, а также упрощение установки и переналаживаемость с ожидаемым закономерным продлением среднего срока ее службы.

Claims (8)

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1) стадию сожжения с воздухом, кислородом или их смесью и паром при температуре, равной или более высокой чем 950°С, причем упомянутое сожжение двух разделенных частей указанных газообразных потоков осуществляют одновременно, как описано ниже:
а) сероводорода, содержащегося в первой части газообразных потоков, в присутствии подходящего горючего и при достехиометрическом окислительном условии с образованием также восстановительных газов, по существу, состоящих из водорода и оксида углерода, согласно следующим реакциям:
нгз <-> н2+з (4) ! сн4+нго <-> СО+ЗН2 (5) ; СО+Н2О <-> СО2+Н2 (6)
упомянутые восстановительные газы удерживают и перемещают к последующей конечной стадии гидрогенизации и
Ь) сероводорода, содержащегося во второй части газообразных потоков при отсутствии добавленного горючего, главным образом с превращением в диоксид серы и элементарную серу согласно следующим реакциям:
НгЗ+3/2 О2 <-> 302+Н20 (1)
2НгЗ+ЗО2 <-> 3/п Зп+2НгО (2)
1. Способ регенерации серы из газообразных потоков, содержащих сероводород при процентном содержании от 5 до 30 об.%, который включает в себя:
2. Способ по п.1, в котором сероводород и диоксид серы, содержащиеся в газообразном потоке, выходящем из последней стадии процесса Клауса, находятся в мольном соотношении (Н28:8О2), равном или более 2.
2) одну или более каталитических стадий, в которых сероводород и диоксид серы из предыдущей стадии реагируют согласно реакции Клауса
3. Термический дожигатель (1), состоящий из двух зон, которые расположены рядом, отделенные стенкой, при этом в одной из упомянутых зон сожжение части газообразного потока, содержащего сероводород, осуществляют с достехиометрическими количествами воздуха, кислорода или их смесей в присутствии подходящего горючего с образованием также восстановительных газов, по существу, состоящих из водорода и оксида углерода, и в другой зоне, по существу, имеют место приведенные реакции (1) и (2), без добавленного горючего, при этом упомянутые восстановительные газы смешивают с потоком газа из другой зоны в контактном участке термического дожигателя (1).
3) каталитическую стадию, в которой соединения серы, содержащиеся в остаточном газе процесса Клауса, полностью восстанавливаются до сероводорода путем воздействия водорода и оксида углерода, образованных на стадии сожжения 1), и полученный таким образом сероводород впоследствии преобразуют в элементарную серу.
4. Термический дожигатель (1), состоящий из двух зон (16) и (19), которые расположены рядом, параллельны и отделены, по существу, горизонтальной, необязательно, плоской стенкой (20), при этом в зоне (16) проводят сожжение части газообразного потока, содержащего сероводород, с достехиометрическим количеством воздуха, кислорода или их смесей в присутствии подходящего горючего с образованием также восстановительных газов, по существу, состоящих из водорода и оксида углерода, а в другой зоне (19) приведенные реакции (1) и (2) проводят, по существу, без добавленного горючего, и упомянутые восстановительные газы смешивают с потоком газа из зоны (19) в контактном участке (21) термического дожигателя (1).
5. Термический дожигатель (1), состоящий из двух зон (16) и (19), которые расположены рядом, коаксиальны и отделены, по существу, цилиндрической стенкой (20), при этом в зоне (16) проводят сожжение части газообразного потока, содержащего сероводород, с достехиометрическим количеством воздуха, кислорода или их смесей в присутствии подходящего горючего с образованием также восстановительных газов, по существу, состоящих из водорода и оксида углерода, а в другой зоне (19) приведенные реакции (1) и (2) проводят, по существу, без добавленного горючего, и упомянутые восстановительные газы смешивают с потоком газа из зоны (19) в контактном участке (21) термического дожигателя (1).
6. Термический дожигатель (1), состоящий из двух зон (16) и (19), которые расположены рядом, параллельны и отделены, по существу, вертикальной стенкой (20), снабжённой подходящим отверстием (26) для прохода газа из зоны (16) в зону (19) термического дожигателя (1), при этом в зоне (16) проводят сожжение части газообразного потока, содержащего сероводород, с достехиометрическим количеством воздуха, кислорода или их смесей в присутствии подходящего горючего с образованием также восстановительных газов, по существу, состоящих из водорода и оксида углерода, а в другой зоне (19) приведенные реакции (1) и (2) проводят, по существу, без добавленного горючего, и упомянутые восстановительные газы смешивают с потоком газа из зоны (19) в контактном участке (21) термического дожигателя (1).
- 6 011897
2Н25 + ЗО2 <-> 2НгО + 3/п 5П с образованием элементарной серы;
7. Термический дожигатель по п.6, в котором часть газообразного потока, образовавшегося в зоне (16), обходит зону (19) и посылается на участок установки Клауса (3).
8. Применение термического дожигателя (1) по пп.3-7 в способе регенерации серы из газообразных потоков.
EA200600994A 2003-11-18 2004-11-16 Способ регенерации серы из газообразных потоков, содержащих сероводород, и устройство для его осуществления EA011897B1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
IT002245A ITMI20032245A1 (it) 2003-11-18 2003-11-18 Processo per il ecupero dello zolfo da correnti gassose contenenti acido solfidrico ed apparecchiatura per la sua realizzazione.
PCT/IB2004/003745 WO2005049487A1 (en) 2003-11-18 2004-11-16 Process for the recovery of sulphur from gaseous streams containing hydrogen sulphide and apparatus for its embodiment

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA200600994A1 EA200600994A1 (ru) 2006-10-27
EA011897B1 true EA011897B1 (ru) 2009-06-30

Family

ID=34611233

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA200600994A EA011897B1 (ru) 2003-11-18 2004-11-16 Способ регенерации серы из газообразных потоков, содержащих сероводород, и устройство для его осуществления

Country Status (6)

Country Link
EP (1) EP1689673B1 (ru)
CN (1) CN1882499B (ru)
CA (1) CA2545084C (ru)
EA (1) EA011897B1 (ru)
IT (1) ITMI20032245A1 (ru)
WO (1) WO2005049487A1 (ru)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101715362A (zh) 2007-04-04 2010-05-26 沃利帕森斯集团股份有限公司 用于克劳斯尾气处理单元中的氨破坏方法
CN103687801B (zh) 2011-05-06 2019-04-23 代表Mt创新中心的斯塔米卡邦有限公司 同时制备氢的零排放硫回收方法
CN103663386B (zh) 2012-09-19 2015-05-20 中国石油化工股份有限公司 一种降低硫磺装置so2排放浓度的方法
CN103979500B (zh) * 2014-05-21 2015-09-09 中国石油集团工程设计有限责任公司 综合制氢的硫磺回收及尾气处理系统及工艺

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4038036A (en) * 1974-09-16 1977-07-26 The Ralph M. Parsons Company Apparatus for the production of sulfur from mixtures of hydrogen sulfide and fixed nitrogen compounds
IT1203898B (it) * 1987-04-14 1989-02-23 Nuova Igi Impianti Gas Interna Perfezionamento al processo claus per il recupero di zolfo elementare
WO2002020138A1 (en) * 2000-09-07 2002-03-14 The Boc Group Plc Process and apparatus for recovering sulphur from a gas stream containing hydrogen sulphide

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4038036A (en) * 1974-09-16 1977-07-26 The Ralph M. Parsons Company Apparatus for the production of sulfur from mixtures of hydrogen sulfide and fixed nitrogen compounds
IT1203898B (it) * 1987-04-14 1989-02-23 Nuova Igi Impianti Gas Interna Perfezionamento al processo claus per il recupero di zolfo elementare
WO2002020138A1 (en) * 2000-09-07 2002-03-14 The Boc Group Plc Process and apparatus for recovering sulphur from a gas stream containing hydrogen sulphide

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
HEISEL M. ET AL.: "CLINSULF -DO ZUR SCHWEFELRUCKGEWINNUNG AUS H2S-HALTIGEM GAS", LINDE BERICHTE AUS TECHNIK UND WISSENSCHAFT, LINDE AG. WIESBADEN, DE, no. 70, January 1993 (1993-01), pages 15-19, XP000439152, ISSN: 0942-332X, the whole document *
PLANTS C.: "KEEPING ABREAST OF THE REGULATIONS", SULPHUR, THE BRITISH SULPHUR CO., LONDON, GB, no. 231, 1 March 1994 (1994-03-01), pages 35-36, 38, XP000434872, ISSN: 0039-4890, p. 36 - middle column p. 38: "Hyrdogen Sulphide Recycle Processes", p. 43-44: "HCR process", figure 5 *

Also Published As

Publication number Publication date
CA2545084A1 (en) 2005-06-02
CN1882499A (zh) 2006-12-20
EP1689673B1 (en) 2020-08-12
CA2545084C (en) 2013-04-30
ITMI20032245A1 (it) 2005-05-19
EA200600994A1 (ru) 2006-10-27
WO2005049487A1 (en) 2005-06-02
CN1882499B (zh) 2010-09-08
EP1689673A1 (en) 2006-08-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6403051B1 (en) Recovery of sulfur from H2S and concurrent production of H2 using short contact time CPOX
CA2597301A1 (en) Apparatus and catalytic partial oxidation process for recovering sulfur from an h2s-containing gas stream
WO2020225061A1 (en) Method for production of elemental sulfur and sulfuric acid
US4117100A (en) Process for reduction of sulfur dioxide to sulfur
US6780392B2 (en) Method and device for converting hydrogen sulfide into elemental sulfur
CZ297100B6 (cs) Zpusob kontinuální výroby thiosíranu amonného
CN101193690A (zh) 燃料气体的处理
US8449860B2 (en) Method and system for recovering sulfur in the thermal stage of a Claus reactor
US4012488A (en) Process for the treatment of sulfur and nitrogen oxides formed during power generation
CA1197665A (en) Process and apparatus for the combustion of ammonia- containing waste gases
EA011897B1 (ru) Способ регенерации серы из газообразных потоков, содержащих сероводород, и устройство для его осуществления
US8029750B2 (en) Process and device for removal of exhaust gases
CN108178132B (zh) 一种二硫化碳生产中的硫回收方法及设备
RU2696477C2 (ru) Термическое восстановление серы
UA78671C2 (en) Process for obtaining heating fluid as indirect heat source for carrying out endothermic reactions, method for carrying out endothermic reactions, method for carrying out reaction of hydrocarbon reforming in the reformer of exchange type and use of water in the form of vapor, in the process for obtaining heating fluid
EA026172B1 (ru) Поэтапное сжигание сернистых горючих отходящих потоков с извлечением серы по способу клауса
US20020021993A1 (en) Treatment of feed gas streams containing hydrogen sulphide
CN220951181U (zh) 通过氨热重整制氢的设备
KR20200054245A (ko) 코크스 오븐 연도 가스의 선택적 촉매 환원을 수행하기 위한 방법
US10722843B2 (en) Method and system for catalytic oxidation of a lean H2S stream
JPS6012521B2 (ja) 電力発生装置における燃焼廃ガス中の有害ガス除去方法
CN116848062A (zh) 从精炼厂酸性气体和酸性水汽提物生产氢气
DK201670723A1 (en) Production of sulfuric acid from coke oven gas desulfurization product
US20080286704A1 (en) Method of burning a nitrogen-containing fuel
JPH11300154A (ja) 硫黄分回収方法

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): AM AZ KG MD TJ TM

MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): BY KZ RU