EA039970B1 - METHOD FOR PRODUCING SULFUR AND SULFURIC ACID - Google Patents

METHOD FOR PRODUCING SULFUR AND SULFURIC ACID Download PDF

Info

Publication number
EA039970B1
EA039970B1 EA202091345 EA039970B1 EA 039970 B1 EA039970 B1 EA 039970B1 EA 202091345 EA202091345 EA 202091345 EA 039970 B1 EA039970 B1 EA 039970B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
claus
gas
sulfuric acid
reaction furnace
outlet
Prior art date
Application number
EA202091345
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Мадс Ликке
Original Assignee
Хальдор Топсёэ А/С
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 Хальдор Топсёэ А/С filed Critical Хальдор Топсёэ А/С
Publication of EA039970B1 publication Critical patent/EA039970B1/en

Links

Description

(57) Изобретение относится к технологической установке, включающей реакционную печь Клауса, устройство для охлаждения газа установки Клауса, секцию конверсии Клауса, устройство для окисления отходящего газа установки Клауса и секцию получения серной кислоты, причем реакционная печь Клауса имеет впускное отверстие и выпускное отверстие, и одну или более распылительных форсунок, предназначенных для добавления рециркулируемого потока концентрированной серной кислоты в реакционную печь Клауса в виде капель, устройство для охлаждения газа установки Клауса имеет впускное отверстие для газа, выпускное отверстие для газа и выпускное отверстие для элементарной серы, секция конверсии Клауса имеет впускное отверстие для газа, выпускное отверстие для газа и выпускное отверстие для элементарной серы, устройство для окисления отходящего газа установки Клауса имеет впускное отверстие для отходящего газа установки Клауса, впускное отверстие для окислителя отходящего газа установки Клауса, а секция получения серной кислоты имеет впускное отверстие для газа, выпускное отверстие для газа и выпускное отверстие для серной кислоты, и причем впускное отверстие реакционной печи Клауса выполнено так, что принимает исходный газ, серную кислоту и окислитель для реакционной печи Клауса, а выпускное отверстие реакционной печи Клауса выполнено так, что сообщается по потоку с впускным отверстием устройства для охлаждения газа установки Клауса, причем выпускное отверстие устройства для охлаждения газа установки Клауса выполнено так, что сообщается по потоку с впускным отверстием секции конверсии Клауса, и причем впускное отверстие для отходящего газа установки Клауса устройства для окисления отходящего газа установки Клауса выполнено так, что сообщается по потоку с выпускным отверстием указанной секции конверсии Клауса, выпускное отверстие для технологического газа устройства для окисления отходящего газа установки Клауса выполнено так, что сообщается по потоку с впускным отверстием секции получения серной кислоты, и выпускное отверстие для серной кислоты секции получения серной кислоты сообщается по потоку с впускным отверстием указанной реакционной печи Клауса, а также к связанному с ней способу. Указанный способ обладает соответствующим преимуществом, состоящим в том, что такой способ предотвращает нежелательное производство серной кислоты, а также уменьшает объем газа в процессе Клауса.(57) The invention relates to a process plant including a Claus reaction furnace, a Claus gas cooler, a Claus conversion section, a Claus off-gas oxidizer, and a sulfuric acid production section, the Claus reaction furnace having an inlet and an outlet, and one or more spray nozzles for adding a recycled stream of concentrated sulfuric acid to the Claus reaction furnace in the form of droplets, the gas cooling device of the Claus plant has a gas inlet, a gas outlet and an outlet for elemental sulfur, the Claus conversion section has an inlet gas outlet, gas outlet and elemental sulfur outlet, the Claus off-gas oxidizer has a Claus off-gas inlet, a Claus off-gas oxidizer inlet, and a floor section has a gas inlet, a gas outlet, and a sulfuric acid outlet, and wherein the inlet of the Claus reaction furnace is configured to receive feed gas, sulfuric acid, and oxidant for the Claus reaction furnace, and the outlet of the Claus reaction furnace is made so that it communicates in flow with the inlet of the gas cooling device of the Claus plant, and the outlet of the gas cooler of the Claus plant is made so that it communicates in flow with the inlet of the Claus conversion section, and the inlet for the exhaust gas of the Claus plant of the device for oxidizing the off-gas of the Claus plant is made so that it communicates with the outlet of the specified section of the Claus conversion, the outlet for the process gas of the device for oxidizing the off-gas of the Claus plant is made so that it communicates with the flow with the inlet of the section obtained and the sulfuric acid outlet of the sulfuric acid production section is in fluid communication with the inlet of said Claus reaction furnace and associated process. Said method has the corresponding advantage that such a method prevents the undesired production of sulfuric acid and also reduces the volume of gas in the Claus process.

039970 В1039970 B1

Настоящее изобретение относится к способу превращения H2S в элементарную серу и серную кислоту, при необходимости с регулируемым соотношением между элементарной серой и серной кислотой.The present invention relates to a process for converting H2S into elemental sulfur and sulfuric acid, optionally with a controlled ratio between elemental sulfur and sulfuric acid.

H2S является распространенным побочным продуктом во многих процессах, включая гидродесульфуризацию потоков нефтепереработки и производство вискозы. Желательно перед выбросом в атмосферу подвергать H2S конверсии, так как H2S является высокотоксичным, пахучим и представляет собой проблему для окружающей среды.H2S is a common by-product in many processes, including the hydrodesulfurization of refinery streams and the production of viscose. It is desirable to undergo H 2 S conversion prior to release to the atmosphere, as H 2 S is highly toxic, odorous, and a problem for the environment.

Процессы нефтепереработки помимо образования хорошо известного газа с высокой концентрацией H2S часто могут также производить так называемый газ из стриппинг-колонны кислой воды, который содержит H2S, H2O и NH3 в почти одинаковых количествах.Refining processes, in addition to producing the well-known gas with a high concentration of H 2 S, can often also produce a so-called sour water stripping gas, which contains H2S, H2O and NH 3 in almost equal amounts.

В частности, на нефтеперерабатывающих заводах выбранный процесс для снижения выбросов H2S представляет собой процесс Клауса, который известен и оптимизирован в течение уже более 8 десятилетий. Процесс Клауса протекает в результате субстехиометрического сжигания H2S с образованием SO2 в реакционной печи Клауса с получением исходного газа для конвертера Клауса. Последующий процесс Клауса будет превращать H2S и SO2 с образованием элементарной серы, которая может конденсироваться и выводиться.Particularly in refineries, the process of choice for reducing H2S emissions is the Claus process, which has been known and optimized for more than 8 decades. The Claus process proceeds by sub-stoichiometric combustion of H2S to form SO2 in a Claus reaction furnace to provide feed gas for the Claus converter. The subsequent Claus process will convert H2S and SO2 to form elemental sulfur which can condense and be removed.

Как правило, эффективность удаления для процесса Клауса составляет от 95 до 98%, что недостаточно для соблюдения экологических норм. Поэтому общепринятой практикой является обеспечить обработку отходящих газов после процесса Клауса, чтобы получить снижение выбросов серы больше чем на 99%. Обработка отходящего газа часто представляет собой установку получения серной кислоты, что вводит требование в отношении работы с серной кислотой.Typically, the removal efficiency for the Claus process is between 95 and 98%, which is not enough to meet environmental regulations. Therefore, it is common practice to provide off-gas treatment after the Claus process in order to obtain a reduction in sulfur emissions of more than 99%. The off-gas treatment is often a sulfuric acid plant, which introduces a requirement for handling sulfuric acid.

В настоящее время установлено, что серная кислота может подвергаться рециркуляции в реакционную печь Клауса, где она может способствовать образованию серы и, кроме того, предоставлять возможности для оптимизации размеров процесса Клауса и производственных затрат.It has now been found that sulfuric acid can be recycled to the Claus reaction furnace, where it can contribute to the formation of sulfur and, in addition, provide opportunities for optimizing the size of the Claus process and operating costs.

В международной заявке WO 2012/152919 А1 представлен способ получения серной кислоты для обработки отходящего газа установки Клауса, в котором описывается превращение H2S в H2SO4 в отходящем газе установки Клауса.International application WO 2012/152919 A1 discloses a process for the production of sulfuric acid for Claus off-gas treatment, which describes the conversion of H2S to H2SO4 in the Claus off-gas.

Стадиями процесса являются:The process steps are:

1) Субстехиометрическое окисление;1) Substoichiometric oxidation;

2) Конверсия Клауса;2) Klaus conversion;

3) Окисление восстановленных соединений серы (H2S) в отходящем газе установки Клауса в атмосфере с высоким содержанием кислорода при 400-700°С;3) Oxidation of reduced sulfur compounds (H2S) in the off-gas of the Claus plant in an atmosphere with a high oxygen content at 400-700°C;

4) Каталитическое окисление SO2 до SO3;4) Catalytic oxidation of SO2 to SO 3 ;

5) Конденсация H2SO4.5) H 2 SO 4 condensation.

Признано, что продукт H2SO4 не всегда является желаемым, и предлагается рециркулировать серную кислоту в находящуюся выше по потоку реакционную печь Клауса или на стадию окисления H2S, как описано выше. Тем не менее, рециркуляция серной кислоты задумывается всего лишь как снижение выбросов серной кислоты, и последствия рециркуляции H2SO4 в процессе WSA® или процессе Клауса не были оценены, то есть не учтено, что рециркуляция H2SO4 требует уменьшения количества О2, направленного в реакционную печь Клауса, а также не реализовано благотворное влияние на процесс Клауса и процесс получения серной кислоты. Это особенно верно в том случае, когда подвергают рециркуляции высококонцентрированную серную кислоту из установки по получению серной кислоты.It is recognized that the H 2 SO 4 product is not always desirable and it is proposed to recycle the sulfuric acid to an upstream Claus reaction furnace or to the H2S oxidation stage as described above. However, sulfuric acid recycling is only thought of as a reduction in sulfuric acid emissions, and the consequences of H 2 SO 4 recycling in a WSA® or Claus process have not been assessed, i.e. it has not been taken into account that H 2 SO 4 recycling requires reducing the amount of O 2 sent to the Claus reaction furnace, and the beneficial effect on the Claus process and the process of obtaining sulfuric acid is not realized. This is especially true when highly concentrated sulfuric acid from a sulfuric acid plant is recycled.

В международной заявке WO 2012/152919 А1 также признается, что для получения желаемой рабочей температуры может потребоваться вспомогательное топливо как в реакционной печи Клауса, так и на стадии окисления H2S, без понимания полезных эффектов использования исходных газов в качестве вспомогательного топлива для окисления H2S в процессе получения серной кислоты.WO 2012/152919 A1 also acknowledges that auxiliary fuel may be required in both the Claus reaction furnace and the H2S oxidation step to achieve the desired operating temperature without understanding the beneficial effects of using feed gases as auxiliary fuel for the oxidation of H 2 S during the production of sulfuric acid.

Следовательно, предложение по рециркуляции H2SO4 в реакционную печь Клауса само по себе не обеспечит рабочий процесс, но потребует дополнительных модификаций процесса.Therefore, the proposal to recycle H2SO4 to the Claus reaction furnace would not provide a workflow by itself, but would require additional process modifications.

Согласно настоящему изобретению представляют способ превращения H2S в элементарную серу с повышенной эффективностью, в котором процесс Клауса объединяют с процессом получения серной кислоты. Кроме того, реализуется взаимное усиление оптимального сочетания этих двух процессов. Согласно этому способу серную кислоту, произведенную в процессе получения серной кислоты, при обработке отходящего газа установки Клауса, подвергают рециркуляции в реакционную печь Клауса для разложения и получения элементарной серы.The present invention provides a process for converting H2S to elemental sulfur with increased efficiency, in which the Claus process is combined with a process for producing sulfuric acid. In addition, mutual reinforcement of the optimal combination of these two processes is realized. According to this method, the sulfuric acid produced in the sulfuric acid production process of the Claus off-gas treatment is recycled to the Claus reaction furnace to decompose and produce elemental sulfur.

Для целей настоящей заявки стехиометрическое количество кислорода должно определяться с предположением, что продукты, полученные из N, Н, С, S и О в исходном газе, представляют собой N2, Н2О, СО2 и SO2. Если присутствует количество кислорода меньше стехиометрического (также называемое субстехиометрическим), это означает, что не все компоненты исходного сырья полностью окислены. Для подаваемого газа установки Клауса это означает, что технологический газ после субстехиометрического сгорания/реакции будет содержать непрореагировавшие H2S, NH3 и углеводороды из потока(ов) исходного сырья и Н2, СО, COS, SO2 и CS2, образованные в среде с дефицитом О2.For the purposes of this application, the stoichiometric amount of oxygen must be determined with the assumption that the products obtained from N, H, C, S and O in the feed gas are N 2 , H 2 O, CO 2 and SO 2 . If less than stoichiometric (also called substoichiometric) oxygen is present, this means that not all of the feedstock components are completely oxidized. For the Claus plant feed gas, this means that the substoichiometric combustion/reaction process gas will contain unreacted H2S, NH3 and hydrocarbons from the feed stream(s) and H2 , CO, COS, SO2 and CS2 formed in the O2 deficient environment .

Для целей настоящей заявки топливо следует определять как композицию, которая при окислении сFor the purposes of this application, a fuel should be defined as a composition that, when oxidized with

- 1 039970 помощью О2 будет образовывать N2, H2O, СО2 и SO2 в качестве продуктов реакции и выделять при этих реакциях значительное количество энергии. Смесь углеводородов (например, природного газа с СН4 и С2Н6), а также H2S является типичным топливным газом, но топливный газ также может содержать СО, NH3 и Н2.- 1 039970 using O 2 will form N2, H2O, CO2 and SO2 as reaction products and release a significant amount of energy during these reactions. A mixture of hydrocarbons (eg natural gas with CH 4 and C 2 H 6 ) as well as H2S is a typical fuel gas, but fuel gas can also contain CO, NH3 and H 2 .

Для целей настоящей заявки кислород (О2) понимают как поток, содержащий О2, такой как воздух, обогащенный воздух и чистый кислород, но который также может представлять собой технологический газ, содержащий О2.For the purposes of this application, oxygen (O 2 ) is understood to be an O 2 containing stream such as air, enriched air and pure oxygen, but which can also be an O 2 containing process gas.

Для целей настоящей заявки стехиометрические количества H2S и О2 процесса Клауса, скорректированные для окисления до соединений, отличных от H2S и SO2, должны быть рассчитаны на основе теоретической потребности в О, исходя из стехиометрии процесса Клауса и неосуществленного потребления О2 из-за частично окисленных продуктов (отличающихся от H2S и SO2).For the purposes of this application, the stoichiometric quantities of H2S and O2 of the Claus process, corrected for oxidation to compounds other than H2S and SO2, should be calculated based on the theoretical O demand based on the stoichiometry of the Claus process and the unrealized consumption of O2 due to partially oxidized products ( other than H2S and SO2).

Для целей настоящей заявки единица измерения мас.%, должна обозначать % мас./мас., а единица измерения об.% должна обозначать % об./об.For the purposes of this application, the unit of wt.%, should denote % wt./wt., and the unit of vol.% should denote % v/v.

Для целей настоящей заявки там, где указаны концентрации в газовой фазе, они, если не указано иное, даны как концентрация объем/объем.For the purposes of this application, where gas phase concentrations are indicated, unless otherwise indicated, they are given as volume/volume concentration.

Предполагают, что соединения серы на входе окисляются в соответствии с суммарными реакциями Клауса, при среднем потреблении одного атома О на один атом S. Предполагают, что атомы азота не предусматривают потребления О. Предполагают, что соединения углеводородов предусматривают потребление 2 атомов О на каждый атом С и % атома О на каждый атом Н:The input sulfur compounds are assumed to be oxidized according to the overall Claus reactions, with an average consumption of one O atom per S atom. The nitrogen atoms are assumed to require no O consumption. The hydrocarbon compounds are assumed to require the consumption of 2 O atoms per C atom. and % O atom for each H atom:

^•0,Клауса 2tIq Т Т ^-S^•0,Klaus 2tIq T T ^-S

Потребление кислорода должно быть скорректировано из-за неполного окисления в соответствии с требуемым потреблением кислорода для полностью окисляющихся продуктов до теоретических конечных продуктов, например COS + 3/2 О2 до СО2 и SO2. Продукты неполного окисления, представленные здесь, являются просто примерами и не должны рассматриваться как полный список.The oxygen consumption must be corrected due to incomplete oxidation according to the required oxygen consumption for fully oxidizing products to theoretical end products, eg COS + 3/2 O 2 to CO 2 and SO2. The partial oxidation products presented here are merely examples and should not be considered a complete list.

^•О,неполное 3 ncos + 6пС5-2 + тгсо _ 1^ • O, incomplete 3 n cos + 6n C5 - 2 + mr co _ 1

Ио2,скорректированное Д (Ао,стехиометрическое ^О,неполное.Io 2 , corrected - D (Ao, stoichiometric ^ O, incomplete.

2,скорректированное 2 С^О,стехиометрическое 71о,неполное)'^суммарное^O 2 , corrected 2 C^O, stoichiometric 71o, incomplete) '^total

Скорректированное потребление кислорода в процессе Клауса на практике может быть оценено на основе анализа объемов и составов потоков, поступающих в секцию Клауса технологической установки и выходящих из нее, возможно, в сочетании с объемами и составами других потоков.The corrected oxygen consumption in the Claus process can in practice be estimated based on an analysis of the volumes and compositions of the streams entering and leaving the Claus section of the process plant, possibly in combination with the volumes and compositions of other streams.

В широком аспекте настоящее изобретение относится к способу получения серы из исходного газа, содержащего от 30, 40 или 50 до 99 об.% или 100 об. % H2S, и рециркулируемого потока серной кислоты, включающему стадии:In a broad aspect, the present invention relates to a method for producing sulfur from a source gas containing from 30, 40 or 50 to 99 vol.% or 100 vol. % H2S, and a recycled stream of sulfuric acid, including the stages:

a) подача в реакционную печь Клауса, работающую при повышенной температуре, такой как выше 900°С, потока исходного сырья для реакционной печи Клауса, содержащего указанный исходный газ, некоторое количество рециркулируемой серной кислоты и некоторое количество кислорода и при необходимости некоторое количество топлива, с получением исходного газа для конвертера Клауса, причем количество кислорода является субстехиометрическим,a) supplying to a Claus reaction furnace operating at an elevated temperature, such as above 900° C., a Claus reaction furnace feed stream containing said feed gas, some recycled sulfuric acid and some oxygen, and optionally some fuel, with obtaining the source gas for the Claus converter, and the amount of oxygen is substoichiometric,

b) охлаждение указанного исходного газа для конвертера Клауса для получения охлажденного исходного газа для конвертера Клауса и при необходимости некоторого количества элементарной серы,b) cooling said Claus converter feed gas to produce a cooled Claus converter feed gas and, if necessary, some elemental sulfur,

c) направление указанного охлажденного исходного газа для конвертера Клауса для контактирования с каталитически активным в реакции Клауса материалом,c) directing said cooled feed gas to the Claus converter to contact the Claus catalytically active material,

d) выведение отходящего газа установки Клауса и элементарной серы, при необходимости посредством охлаждения вытекающего потока из указанного каталитически активного в реакции Клауса материала,d) removing the Claus plant off-gas and elemental sulfur, if necessary by cooling the effluent from said Claus catalytic material,

e) направление потока, содержащего указанный отходящий газ установки Клауса, кислород и топливо, в качестве исходного газа в устройство для окисления отходящего газа установки Клауса, работающее при температуре выше 900°С, и/или каталитическое устройство для окисления с получением исходного газа для конвертера с высоким содержанием SO2,e) sending a stream containing said Claus off-gas, oxygen and fuel as feed gas to a Claus off-gas oxidizer operating at a temperature above 900° C. and/or a catalytic oxidizer to produce a converter feed gas with a high content of SO 2 ,

f) направление указанного исходного газа для конвертера SO2 для контактирования с материалом, каталитически активным в окислении SO2 до SO3, с получением газа с высоким содержанием SO3, иf) sending said feed gas to the SO2 converter to contact a material catalytically active in the oxidation of SO 2 to SO 3 to produce a high SO 3 gas, and

g) превращение указанного газа с высоким содержанием SO3 в концентрированную серную кислоту и газ, обедненный по содержанию SO3, либо путем абсорбции SO3 в серной кислоте, либо посредством гидратации SO3, охлаждения и конденсации серной кислоты,g) converting said SO3 rich gas into concentrated sulfuric acid and SO3 depleted gas, either by absorbing SO3 in sulfuric acid or by hydrating SO 3 , cooling and condensing the sulfuric acid,

- 2 039970 причем указанный рециркулируемый поток серной кислоты содержит некоторое количество указанной концентрированной серной кислоты и причем указанная концентрированная серная кислота содержит от 90 до 98 мас.% или 98,5 мас.% H2SO4, причем соответствующее преимущество такого способа состоит в том, что он имеет высокую конверсию и термическую эффективность и предотвращает нежелательное образование серной кислоты. Применение реакционной печи Клауса и устройства для окисления отходящего газа установки Клауса, работающего при температуре выше 900°С, обладает эффектом обеспечения полной конверсии присутствующих компонентов, и это может при необходимости требовать присутствия топлива в дополнение к исходному газу. Кроме того, в реакционной печи Клауса будут происходить гомогенные реакции Клауса, так что сера может выводиться, когда охлаждается исходный газ для конвертера Клауса. Поток, подаваемый в устройство для окисления отходящего газа установки Клауса, обычно может включать H2S в качестве топлива из отходящего газа установки Клауса и/или отдельный поток, содержащий H2S, углеводород или другое топливо. В дополнение к упомянутым стадиям процесса этот способ может включать в себя другие стадии, такие как теплообмен для изменения температуры (или установление параметров технологических потоков другими способами) до соответствующего диапазона для происходящих процессов.- 2 039970 wherein said sulfuric acid recycle stream contains some of said concentrated sulfuric acid, and wherein said concentrated sulfuric acid contains from 90 to 98 wt.% or 98.5 wt.% H2SO 4 , the corresponding advantage of such a process being that it has high conversion and thermal efficiency and prevents unwanted formation of sulfuric acid. The use of a Claus reaction furnace and a Claus off-gas oxidizer operating at a temperature above 900° C. has the effect of ensuring complete conversion of the components present, and this may, if necessary, require the presence of fuel in addition to the feed gas. In addition, homogeneous Claus reactions will occur in the Claus reaction furnace so that sulfur can be removed when the feed gas for the Claus converter is cooled. The feed stream to the Claus off-gas oxidizer may typically include H2S as fuel from the Claus off-gas and/or a separate stream containing H2S, a hydrocarbon or other fuel. In addition to the process steps mentioned, this method may include other steps such as heat exchange to change the temperature (or adjust the process streams by other means) to an appropriate range for the processes involved.

В другом варианте осуществления исходный поток для реакционной печи Клауса содержит менее 0,1 мас.% неэлементарного азота, такого как NH3, причем соответствующее преимущество состоит в предотвращении образования, например солей аммиака, которые могут закупоривать конденсатор(ы) в процессе Клауса.In another embodiment, the feed stream for the Claus reaction furnace contains less than 0.1 wt.% non-elemental nitrogen, such as NH 3 , with the corresponding advantage of preventing the formation of, for example, ammonia salts, which can clog the condenser(s) in the Claus process.

В другом варианте осуществления исходный поток для реакционной печи Клауса содержит менее 50, 20, 10 или 1 об.% N2, причем соответствующее преимущество состоит в обеспечении процесса с высокой температурой в реакционной печи Клауса и в уменьшенном объеме технологического газа из-за уменьшенного присутствия N2. Это может быть достигнуто путем использования в качестве источника кислорода чистого О2 или обогащенного кислородом воздуха.In another embodiment, the Claus reaction furnace feed stream contains less than 50%, 20%, 10% or 1 vol% N2, with the corresponding advantage of providing a high temperature process in the Claus reaction furnace and in a reduced volume of process gas due to the reduced presence of N2 . This can be achieved by using pure O 2 or oxygen enriched air as the oxygen source.

В альтернативном способе стадии c) и d) выполняются последовательно 2-5 раз, причем соответствующее преимущество состоит в обеспечении возможности более высокой конверсии в процессе, когда выполняются несколько стадий процесса Клауса, в результате смещения равновесия в сторону образования продукта, если сера выводится.In an alternative process, steps c) and d) are performed sequentially 2-5 times, with the corresponding advantage of allowing higher conversion in the process when multiple Claus steps are performed, as a result of the equilibrium being shifted towards product formation if sulfur is removed.

В альтернативном способе стадия f) выполняется последовательно 2-5 раз при температуре между 380 и 450°С, с промежуточным охлаждением и, как правило, также охлаждением между стадиями f) и g), причем соответствующее преимущество состоит в сдвиге равновесия экзотермического процесса в направлении образования продуктов, таким образом, обеспечивая возможность более высокой конверсии в процессе, когда несколько слоев окисления SO2 работают при оптимальной температуре.In an alternative process, step f) is carried out 2-5 times in succession at a temperature between 380 and 450° C., with intermediate cooling and usually also cooling between steps f) and g), with the corresponding advantage of shifting the equilibrium of the exothermic process towards product formation, thus enabling higher conversions in the process when multiple SO2 oxidation beds are operated at optimum temperature.

В другом варианте осуществления соотношение H2S : SO2 в указанном отходящем газе установки Клауса составляет больше 2, предпочтительно от 2,5 или 5 до 10 или 20, причем соответствующее преимущество состоит в том, что такой исходный газ обеспечивает содержащий H2S отходящий газ установки Клауса для устройства окисления отходящего газа установки Клауса.In another embodiment, the ratio of H 2 S : SO2 in said Claus off-gas is greater than 2, preferably from 2.5 or 5 to 10 or 20, the corresponding advantage being that such a source gas provides an H2S-containing Claus off-gas for the Claus off-gas oxidizer.

Такой исходный газ, содержащий повышенное количество H2S, сводит к минимуму необходимость добавления топливного газа, поскольку окисление H2S выделяет значительное количество энергии, тогда как SO2 не выделяет энергию в устройстве для окисления отходящего газа установки Клауса. Такой состав отходящего газа может быть получен, если соотношение H2S : SO2 в исходном газе для конвертера Клауса слегка выше 2:1.Such a feed gas containing an increased amount of H2S minimizes the need to add fuel gas, since the oxidation of H2S releases a significant amount of energy, while SO2 does not release energy in the Claus off-gas oxidizer. This off-gas composition can be obtained if the ratio of H 2 S : SO2 in the Claus converter feed gas is slightly above 2:1.

В другом варианте осуществления соотношение H2S : SO2 в указанном отходящем газе установки Клауса составляет менее 2, предпочтительно от 0,05 или 0,1 до 1 или 1,8, причем соответствующее преимущество состоит в наличии по существу не содержащего H2S отходящего газа установки Клауса. В находящейся ниже по потоку установке получения серной кислоты такой отходящий газ установки Клауса, по существу не содержащий H2S, может быть преимуществом, поскольку SO2 не будет окисляться без катализатора конверсии SO2, и, таким образом, будет возможно предварительно нагревать отходящий газ установки Клауса с помощью комбинации каталитического окисления H2S (контролируемое пропускание исходного газа, содержащего H2S, по байпасной линии), и рециркуляции технологического газа в зоне каталитического окисления H2S, так что повышение температуры в пределах катализатора окисления H2S может тщательно контролироваться. При неизвестной и/или варьирующейся концентрации H2S в отходящем газе установки Клауса риск перегрева катализатора окисления H2S является высоким. Такой состав отходящего газа может быть получен, если соотношение H2S : SO2 в исходном газе для конвертера Клауса слегка ниже 2:1.In another embodiment, the ratio of H 2 S : SO2 in said off-gas from the Claus plant is less than 2, preferably from 0.05 or 0.1 to 1 or 1.8, the corresponding advantage being the presence of an essentially H 2 S-free off-gas. gas installation Claus. In a downstream sulfuric acid plant, such a Claus off-gas substantially free of H2S can be advantageous since SO2 will not oxidize without a SO2 shift catalyst and thus it will be possible to preheat the Claus off-gas with a combination of H2S catalytic oxidation (controlled bypass of H2S containing feed gas) and process gas recirculation in the H2S catalytic oxidation zone so that temperature rise within the H2S oxidation catalyst can be carefully controlled. With an unknown and/or varying concentration of H 2 S in the off-gas of the Claus plant, the risk of overheating the H 2 S oxidation catalyst is high. Such an off-gas composition can be obtained if the ratio of H 2 S : SO 2 in the Claus converter feed gas is slightly below 2:1.

В другом варианте осуществления способ дополнительно включает стадию направления некоторого количества дополнительного исходного газа в указанное устройство для окисления отходящего газа установки Клауса, причем соответствующее преимущество состоит в обеспечении дополнительной серы и топлива для процесса получения серной кислоты. Этот дополнительный исходный газ может содержать примеси, которые могут быть сожжены перед обработкой в процессе получения серной кислоты, и/или сероводород и другие топлива, которые могут способствовать производству серной кислоты и сжиганиюIn another embodiment, the method further includes the step of directing some additional feed gas to said Claus off-gas oxidizer, with the corresponding benefit of providing additional sulfur and fuel for the sulfuric acid production process. This additional feed gas may contain impurities that may be burned prior to treatment in the sulfuric acid production process and/or hydrogen sulfide and other fuels that may contribute to the production of sulfuric acid and combustion

- 3 039970 в устройстве для окисления отходящего газа установки Клауса. Если дополнительный исходный газ содержит большое количество инертных газов или топлива, не содержащего серу, то способ также имеет преимущество, заключающееся в предотвращении увеличения размера конвертера Клауса благодаря потоку, не вносящему свой вклад. Дополнительный исходный газ может происходить из того же источника, что и исходный газ, или он может происходить из другого источника.- 3 039970 in the Claus off-gas oxidizer. If the additional source gas contains a large amount of inert gases or sulfur-free fuel, the method also has the advantage of preventing the Claus converter from growing in size due to the non-contributing flow. The additional feed gas may come from the same source as the feed gas, or it may come from a different source.

В другом варианте осуществления указанный дополнительный исходный газ содержит более 5 об.% неэлементарного азота, такого как NH3, причем соответствующее преимущество состоит в том, что он позволяет осуществлять процесс, в котором неэлементарные азотные составляющие, которые могут быть трудно окисляемыми в субстехиометрической атмосфере реакционной печи Клауса, могут быть направлены в устройство для окисления отходящего газа установки Клауса. Такой процесс может быть особенно полезен, если дополнительный исходный газ представляет собой газ из стриппинг-колонны кислой воды (SWS), содержащий H2S, NH3 и Н2О, из которых только H2S является желательным в процессе Клауса, а NH3 является проблематичным для процесса Клауса из-за потенциального засорения солью аммиака. Вместо этого такой газ SWS может быть направлен в установку получения серной кислоты, где, как хорошо известно, работают c NH3.In another embodiment, said additional feed gas contains more than 5% by volume of non-elemental nitrogen, such as NH 3 , with the corresponding advantage being that it allows for a process in which non-elemental nitrogen species that may be difficult to oxidize in a sub-stoichiometric reaction atmosphere Claus furnaces can be sent to the Claus off-gas oxidizer. Such a process can be particularly useful if the additional feed gas is a sour water stripper (SWS) gas containing H2S, NH 3 and H2O, of which only H2S is desirable in the Claus process and NH 3 is problematic in the Claus process. due to potential clogging with ammonia salt. Instead, such SWS gas can be sent to a sulfuric acid plant where NH 3 is well known to be operated.

В другом варианте осуществления количество серы в дополнительном исходном газе составляет по меньшей мере 1, 2, или 5 мас.% от общего количества элементарной серы, отводимой из процесса, причем соответствующее преимущество такого исходного газа в том, что он способен обеспечить термическую энергию, и при этом также способствует снижению выбросов серы.In another embodiment, the amount of sulfur in the additional feed gas is at least 1, 2, or 5 wt % of the total elemental sulfur removed from the process, the corresponding advantage of such a feed gas being that it is capable of providing thermal energy, and while also helping to reduce sulfur emissions.

В другом варианте осуществления материал, каталитически активный в реакции Клауса, содержит активированный оксид алюминия (III) или оксид титана (IV), причем соответствующее преимущество такого материала в том, что он обеспечивает эффективный процесс получения элементарной серы.In another embodiment, the material catalytically active in the Claus reaction contains activated alumina (III) or titanium (IV) oxide, and the corresponding advantage of such a material is that it provides an efficient process for obtaining elemental sulfur.

В другом варианте осуществления стадию (с) проводят при давлении от 200 до 700 мбар изб., температуре от 200 до 350°С и объемной скорости от 800 до 3000 нм3/ч/м3, причем соответствующее преимущество таких условий в том, что они являются эффективными для получения элементарной серы.In another embodiment, step (c) is carried out at a pressure of 200 to 700 mbarg, a temperature of 200 to 350° C. and a space velocity of 800 to 3000 Nm 3 /h/m 3 , with the corresponding advantage of such conditions being that they are effective for obtaining elemental sulphur.

В другом варианте осуществления стадию (с) проводят при температуре от 100 до 150°С, а стадия (d) включает стадию периодического нагревания указанного материала, каталитически активного в реакции Клауса, чтобы позволить выведение конденсированной элементарной серы в жидкой или газовой фазе, причем соответствующее преимущество низкой температуры в том, что она выгодна для достижения очень высокой конверсии SO2 и H2S в элементарную серу, как из-за низкой температуры, так и поскольку продукт реакции удаляется, обеспечивая еще лучшие условия для высокой конверсии.In another embodiment, step (c) is carried out at a temperature of from 100 to 150°C, and step (d) includes the step of periodically heating said material catalytically active in the Claus reaction to allow the removal of condensed elemental sulfur in the liquid or gas phase, and the corresponding The advantage of low temperature is that it is advantageous in achieving very high conversions of SO2 and H2S to elemental sulfur, both because of the low temperature and because the reaction product is removed, providing even better conditions for high conversion.

В другом варианте осуществления указанный материал, каталитически активный в превращении SO2 в SO3, содержит ванадий, причем соответствующее преимущество такого материала в том, что он обеспечивает эффективный процесс получения серной кислоты.In another embodiment, said material catalytically active in the conversion of SO 2 to SO 3 contains vanadium, the corresponding advantage of such a material being that it provides an efficient process for producing sulfuric acid.

В другом варианте осуществления указанную стадию (g) проводят при давлении от 50 до 200 мбар изб., температуре от 380 до 520°С и объемной скорости от 800 до 1500 нм3/ч/м3, в пересчете на слой катализатора, причем соответствующее преимущество таких условий состоит в том, что они являются эффективными для окисления SO2 с образованием SO3.In another embodiment, said step (g) is carried out at a pressure of 50 to 200 mbarg, a temperature of 380 to 520° C. and a space velocity of 800 to 1500 Nm 3 /h/m 3 , based on the catalyst bed, with the corresponding the advantage of such conditions is that they are effective in oxidizing SO2 to form SO3.

В другом варианте осуществления количество серы в рециркулируемом потоке серной кислоты составляет более 1, 3, или 5 мас.% и менее 17, 21 или 25 мас.% от общего количества элементарной серы, выводимой из процесса. Рециркуляция свыше нижних границ имеет то преимущество, что обеспечивает эффект уменьшения объема технологического газа, в то время как рециркуляция, которая меньше верхних границ, позволяет избежать ситуации, когда необходимо добавлять дополнительное топливо в реакционную печь Клауса, что приводит к избыточному объему процесса и производственным затратам. В частности, когда источником кислорода в реакционной печи Клауса является воздух, обогащенный кислородом, выгодным является высокое соотношение между рециркулируемой серной кислотой и выводимой элементарной серой, как например, выше 10%.In another embodiment, the amount of sulfur in the sulfuric acid recycle stream is greater than 1, 3, or 5 wt.% and less than 17, 21, or 25 wt.% of the total amount of elemental sulfur removed from the process. Recirculation above the lower limits has the advantage of having the effect of reducing the volume of the process gas, while recirculation that is less than the upper limits avoids the situation where it is necessary to add additional fuel to the Claus reaction furnace, which leads to excessive process volume and operating costs. . In particular, when the oxygen source in the Claus reaction furnace is oxygen-enriched air, a high ratio between sulfuric acid recycle and elemental sulfur removed, such as above 10%, is advantageous.

В другом варианте осуществления серная кислота в рециркулируемом потоке серной кислоты распыляется в указанной реакционной печи Клауса либо с использованием двухпоточных форсунок, приводимых в действие сжатым воздухом, N2 или паром, либо с использованием гидравлических форсунок, и причем время пребывания в реакционной печи Клауса составляет от 1,5 до 4 с, причем соответствующее преимущество таких форсунок состоит в обеспечении распыления мелких капель, а такого времени пребывания в том, что оно достаточно для полного испарения капель серной кислоты.In another embodiment, the sulfuric acid in the sulfuric acid recycle stream is atomized in said Claus reaction furnace, either using dual-flow nozzles driven by compressed air, N2 or steam, or using hydraulic nozzles, and wherein the residence time in the Claus reaction furnace is from 1 .5 to 4 s, the corresponding advantage of such nozzles being that they atomize fine droplets and that the residence time is sufficient to completely evaporate the droplets of sulfuric acid.

В другом варианте осуществления молярное соотношение H2S:O2 в объединенных потоках, направляемых в реакционную печь Клауса, составляет по меньшей мере 2,5, причем соответствующее преимущество такого исходного сырья с низким содержанием кислорода состоит в обеспечении возможности субстехиометрического частичного превращения H2S в SO2, а из вклада от термической диссоциации H2SO4 предоставления оставшегося кислорода для получения желаемого соотношения H2S:SO2, составляющего 2,0 в подаваемом газе в конвертере Клауса.In another embodiment, the molar ratio of H 2 S:O 2 in the combined streams sent to the Claus reaction furnace is at least 2.5, with the corresponding advantage of such a low oxygen feedstock being to allow substoichiometric partial conversion of H 2 S to SO 2 and from the contribution from thermal dissociation of H 2 SO 4 providing the remaining oxygen to obtain the desired H 2 S:SO 2 ratio of 2.0 in the Claus converter feed gas.

В другом варианте осуществления молярное соотношение H2S:O2 в объединенных потоках, направляемых в реакционную печь Клауса, с поправкой на другие соединения, потребляющие кислород, в исIn another embodiment, the molar ratio of H 2 S:O 2 in the combined streams sent to the Claus reaction furnace, corrected for other oxygen consuming compounds, is

- 4 039970 ходном сырье и с поправкой на продукты неполного окисления в отходящем газе установки Клауса, составляет больше 2,1, 2,2 или 2,5, причем соответствующее преимущество состоит в том, что оставшиеся необходимые атомы кислорода получаются из серной кислоты, так что количество молекулярного кислорода, направляемого в процесс, уменьшается, и, таким образом, по сравнению с полной подачей кислорода из атмосферного воздуха обеспечивается меньшее количество инертного азота с соответствующим уменьшением в расходе технологического газа.- 4 039970 feedstock and corrected for products of partial oxidation in the off-gas of the Claus plant, is greater than 2.1, 2.2 or 2.5, with the corresponding advantage being that the remaining required oxygen atoms are obtained from sulfuric acid, so that the amount of molecular oxygen fed into the process is reduced, and thus less inert nitrogen is provided compared to a full supply of oxygen from atmospheric air, with a corresponding reduction in process gas flow.

В другом варианте осуществления некоторое количество газа в процессе при необходимости охлаждают и направляют в положение выше по потоку для регулирования температуры процесса, причем соответствующее преимущество состоит в обеспечении возможности активного контроля температуры высоко экзотермических процессов. Охлаждение может не потребоваться, если газ уже имеет более низкую температуру, чем температура в положении выше по потоку.In another embodiment, some of the gas in the process is cooled as needed and directed to an upstream position to control the process temperature, with the corresponding advantage being the ability to actively control the temperature of highly exothermic processes. Refrigeration may not be required if the gas is already at a lower temperature than the upstream temperature.

В другом варианте осуществления один или несколько потоков, направленных в указанную реакционную печь Клауса, предварительно нагревают путем теплообмена с горячим технологическим потоком, причем соответствующее преимущество состоит в минимизации или в избегании необходимости во вспомогательном топливе для достижения желаемой температуры для испарения серной кислоты и конверсии исходного сырья.In another embodiment, one or more of the streams directed to said Claus reaction furnace is preheated by heat exchange with the hot process stream, with the corresponding advantage of minimizing or avoiding the need for auxiliary fuel to achieve the desired temperature to vaporize the sulfuric acid and convert the feedstock. .

В другом варианте осуществления один или несколько потоков, направленных в упомянутое устройство для окисления отходящего газа установки Клауса, предварительно нагревают путем теплообмена с горячим технологическим потоком, причем соответствующее преимущество состоит в минимизации или в избегании необходимости во вспомогательном топливе для достижения желаемой температуры для сгорания и последующего окисления SO2.In another embodiment, one or more of the streams directed to said Claus off-gas oxidizer is preheated by heat exchange with the hot process stream, with the corresponding advantage of minimizing or avoiding the need for auxiliary fuel to reach the desired temperature for combustion and subsequent SO 2 oxidation.

В другом варианте осуществления указанный материал, каталитически активный в окислении SO2 до SO3, содержит ванадий, причем соответствующее преимущество состоит в том, что такой материал обладает высокой активностью для окисления SO2.In another embodiment, said material catalytically active in the oxidation of SO2 to SO 3 contains vanadium, the corresponding advantage being that such material has a high activity for the oxidation of SO2.

В другом варианте осуществления конденсацию серной кислоты в соответствии со стадией (g) проводят в конденсаторе, где охлаждающая среда и газ с высоким содержанием SO3 разделены с помощью стекла, причем соответствующее преимущество состоит в том, что конденсация серной кислоты проводится в оборудовании, которое устойчиво к воздействию коррозии. Стекло, в частности, может быть боросиликатным стеклом. Стекло может или быть в форме горизонтальных стеклянных трубок, заключающих охлаждающую среду, или вертикальных стеклянных трубок, заключающих газ с высоким содержанием SO3 и конденсированную серную кислоту. Охлаждающая среда предпочтительно может представлять собой технологический газ, предназначенный для процесса, работающего при повышенной температуре, и, таким образом, извлекающий выгоду из получения предварительно нагретого технологического газа, такой как отходящий газ установки Клауса, направляемый в устройство для окисления отходящего газа установки Клауса, или окислитель, направляемый в одну или обе печи Клауса или в устройство для окисления отходящего газа установки Клауса.In another embodiment, the condensation of sulfuric acid according to step (g) is carried out in a condenser where the cooling medium and the high SO 3 gas are separated by glass, the corresponding advantage being that the condensation of sulfuric acid is carried out in equipment which is stable to the effects of corrosion. The glass may in particular be borosilicate glass. The glass can either be in the form of horizontal glass tubes containing a cooling medium or vertical glass tubes containing a high SO 3 gas and condensed sulfuric acid. The cooling medium may preferably be a process gas intended for a process operating at an elevated temperature and thus benefiting from the production of a preheated process gas, such as Claus off-gas sent to a Claus off-gas oxidizer, or oxidant sent to one or both of the Claus furnaces or to the off-gas oxidizer of the Claus plant.

В другом варианте осуществления по меньшей мере один из указанных каталитически активных материалов для окисления SO2 до SO3 или H2S до элементарной серы и/или по меньшей мере один продукт, отводимый из одного из указанных каталитически активных материалов, охлаждают путем теплообмена, такого как межслойный теплообмен или каталитический реактор с внутренним охлаждением, причем соответствующее преимущество состоит в обеспечении возможности активного контроля температуры сильно экзотермических процессов посредством межслойного теплообмена или каталитического реактора с внутренним охлаждением, такого как кипящий водяной реактор, имеющий трубчатый или термопластинчатый контур охлаждения.In another embodiment, at least one of said catalytically active materials for the oxidation of SO2 to SO 3 or H2S to elemental sulfur and/or at least one product withdrawn from one of said catalytically active materials is cooled by heat exchange, such as interlayer heat exchange or an internally cooled catalytic reactor, the corresponding advantage being the ability to actively control the temperature of highly exothermic processes by means of interlayer heat exchange or an internally cooled catalytic reactor such as a boiling water reactor having a tubular or thermoplate cooling loop.

В другом варианте осуществления количество рециркулируемой серной кислоты выбирают так, чтобы температура в реакционной печи Клауса составляла от 800, 900 или 1000 до 1300°С, 1400 или 1500°С без добавления в реакционную печь Клауса вспомогательного топлива, причем соответствующее преимущество состоит в том, что этот температурный диапазон является достаточным для окисления примесей в исходном сырье при субстехиометрических условиях, в то же время будучи достаточно низким, чтобы избежать чрезмерных затрат на материалы. Количество рециркулируемой серной кислоты можно контролировать либо в регулирующем контуре в зависимости от измеренной температуры, либо по технологической схеме в соответствии с рассчитанным материальным и тепловым балансом.In another embodiment, the amount of sulfuric acid recycled is chosen such that the temperature in the Claus reaction furnace is between 800, 900 or 1000 to 1300°C, 1400 or 1500°C without the addition of auxiliary fuel to the Claus reaction furnace, the corresponding advantage being that that this temperature range is sufficient to oxidize impurities in the feedstock under sub-stoichiometric conditions, while being low enough to avoid excessive material costs. The amount of recycled sulfuric acid can be controlled either in the control loop depending on the measured temperature, or in the flow chart in accordance with the calculated material and heat balance.

Другой аспект настоящего изобретения относится к технологической установке, включающей реакционную печь Клауса, устройство для охлаждения газа установки Клауса, секцию конверсии Клауса, устройство для окисления отходящего газа установки Клауса и секцию получения серной кислоты, причем реакционная печь Клауса имеет впускное отверстие и выпускное отверстие, и одну или более распылительных форсунок, предназначенных для добавления рециркулируемого потока концентрированной серной кислоты в реакционную печь Клауса в виде капель, устройство для охлаждения газа установки Клауса имеет впускное отверстие для газа, выпускное отверстие для газа и выпускное отверстие для элементарной серы, секция конверсии Клауса имеет впускное отверстие для газа, выпускное отверстие для газа и выпускное отверстие для элементарной серы, устройство для окисления отходящего газа установAnother aspect of the present invention relates to a process plant including a Claus reaction furnace, a Claus gas cooler, a Claus conversion section, a Claus off-gas oxidizer, and a sulfuric acid production section, the Claus reaction furnace having an inlet and an outlet, and one or more spray nozzles for adding a recycled stream of concentrated sulfuric acid to the Claus reaction furnace in the form of droplets, the gas cooling device of the Claus plant has a gas inlet, a gas outlet and an outlet for elemental sulfur, the Claus conversion section has an inlet gas outlet, gas outlet and elemental sulfur outlet, off-gas oxidizer installed

- 5 039970 ки Клауса имеет впускное отверстие для отходящего газа, впускное отверстие для окислителя для отходящего газа установки Клауса и при необходимости впускное отверстие для дополнительного исходного сырья и выпускное отверстие для технологического газа, а секция получения серной кислоты имеет впускное отверстие для газа, выпускное отверстие для газа и выпускное отверстие для серной кислоты, и причем впускное отверстие реакционной печи Клауса выполнено для приема исходного газа, серной кислоты, топлива и окислителя для реакционной печи Клауса, а выпускное отверстие реакционной печи Клауса выполнено так, что сообщается по потоку с впускным отверстием устройства для охлаждения газа установки Клауса, причем выпускное отверстие устройства для охлаждения газа установки Клауса выполнено так, что сообщается по потоку с впускным отверстием секции конверсии Клауса, и причем впускное отверстие для отходящего газа установки Клауса устройства для окисления отходящего газа установки Клауса выполнено так, что сообщается по потоку с выпускным отверстием указанной секции конверсии Клауса, выпускное отверстие для технологического газа устройства для окисления отходящего газа установки Клауса выполнено так, что сообщается по потоку с впускным отверстием секции получения серной кислоты, и выпускное отверстие для серной кислоты секции получения серной кислоты сообщается по потоку с впускным отверстием упомянутой реакционной печи Клауса, причем соответствующее преимущество такого способа состоит в избегании нежелательного производства серной кислоты, а также в уменьшении объема технологического газа.- 5 039970 ki Claus has an off-gas inlet, an oxidizer inlet for the Claus off-gas and, if necessary, an inlet for additional feedstock and a process gas outlet, and the sulfuric acid section has a gas inlet, an outlet for gas and an outlet for sulfuric acid, and wherein the inlet of the Claus reaction furnace is made to receive the source gas, sulfuric acid, fuel and oxidizer for the Claus reaction furnace, and the outlet of the Claus reaction furnace is made so that it communicates downstream with the inlet of the device for gas cooling of the Claus plant, and the outlet of the device for gas cooling of the Claus plant is made so that it communicates downstream with the inlet of the Claus conversion section, and moreover, the inlet for the off-gas of the Claus plant of the device for oxidizing the off-gas of the Claus plant in is configured to be in fluid communication with the outlet of said Claus conversion section, the process gas outlet of the Claus plant off-gas oxidizer is configured to be in fluid communication with the inlet of the sulfuric acid production section, and the sulfuric acid outlet of the production section sulfuric acid is in fluid communication with the inlet of said Claus reaction furnace, the corresponding advantage of such a process being the avoidance of undesired production of sulfuric acid as well as the reduction of the process gas volume.

В предпочтительной форме осуществления технологической установки устройство для окисления отходящего газа установки Клауса дополнительно имеет впускное отверстие для топлива.In a preferred embodiment of the process plant, the Claus plant's off-gas oxidizer additionally has a fuel inlet.

В предпочтительной форме осуществления технологической установки устройство для окисления отходящего газа установки Клауса дополнительно имеет впускное отверстие и выпускное отверстие для дополнительного исходного сырья.In a preferred embodiment of the process plant, the Claus off-gas oxidizer further has an inlet and an outlet for additional feedstock.

В другом варианте осуществления упомянутая секция получения серной кислоты включает реактор окисления диоксида серы, имеющий впускное отверстие и выпускное отверстие, и конденсатор серной кислоты, имеющий технологическую сторону, имеющую впускное отверстие для технологического газа, выпускное отверстие для технологического газа и выпускное отверстие для серной кислоты, и сторону охлаждающей среды, имеющую впускное отверстие для охлаждающей среды и выпускное отверстие для охлаждающей среды, и причем конденсатор серной кислоты при необходимости выполнен так, чтобы предварительного нагревать по меньшей мере одно из двух веществ - окислитель для реакционной печи Клауса и окислитель для отходящего газа установки Клауса в результате направления во впускное отверстие со стороны охлаждающей среды конденсатора серной кислоты и в результате выведения из выпускного отверстия со стороны охлаждающей среды этого конденсатора серной кислоты, причем соответствующее преимущество такой технологической установки состоит в том, что она имеет высокую энергоэффективность и высокую эффективность при удалении серы из технологического газа.In another embodiment, said sulfuric acid production section includes a sulfur dioxide oxidation reactor having an inlet and an outlet, and a sulfuric acid condenser having a process side having a process gas inlet, a process gas outlet, and a sulfuric acid outlet, and a coolant side having a coolant inlet and a coolant outlet, and wherein the sulfuric acid condenser is optionally configured to preheat at least one of two substances, the oxidizer for the Claus reaction furnace and the oxidizer for the off-gas of the plant Claus by directing the sulfuric acid condenser into the inlet on the side of the cooling medium and by withdrawing sulfuric acid from the outlet on the side of the cooling medium of this condenser, and the corresponding advantage of such technological plant is that it has high energy efficiency and high efficiency in removing sulfur from the process gas.

В другом варианте осуществления технологическая установка дополнительно содержит по меньшей мере один теплообменник, имеющий горячую сторону теплообменника и холодную сторону теплообменника, выполненный так, что на холодной стороне теплообменника предварительно нагревается одно из указанных веществ - исходный газ, серная кислота и окислитель, перед тем, как направиться в упомянутое устройство для окисления отходящего газа установки Клауса, и так, что горячая сторона теплообменника выполнена для охлаждения горячего технологического потока, причем соответствующее преимущество состоит в повышении энергетической эффективности технологической установки. Теплообменник может быть либо теплообменником типа газ/газ, либо использовать контур циркуляции пара или другую теплообменную среду.In another embodiment, the process unit further comprises at least one heat exchanger having a hot side of the heat exchanger and a cold side of the heat exchanger, configured so that on the cold side of the heat exchanger, one of said feed gas, sulfuric acid, and oxidant is preheated before to the said device for oxidizing the off-gas of the Claus plant, and so that the hot side of the heat exchanger is designed to cool the hot process stream, the corresponding advantage being to increase the energy efficiency of the process plant. The heat exchanger can either be a gas/gas heat exchanger or use a steam circuit or other heat exchange medium.

В другом варианте осуществления горячий технологический поток берут из группы, состоящей из потока из выпускного отверстия устройства для окисления отходящего газа установки Клауса, потока из выпускного отверстия реакционной печи Клауса и потока из выпускного отверстия реактора окисления диоксида серы, причем соответствующее преимущество состоит в обеспечении энергоэффективности.In another embodiment, the hot process stream is taken from the group consisting of a Claus off-gas oxidizer outlet stream, a Claus reaction furnace outlet stream, and a sulfur dioxide oxidation reactor outlet stream, with the corresponding benefit of energy efficiency.

В другом варианте осуществления указанные одна или несколько распылительные форсунки, представляют собой двухпоточные распылительные форсуник или гидравлические распылительные форсунки, причем соответствующее преимущество состоит в том, что капли серной кислоты являются маленькими, и таким образом испаряются быстро и полностью.In another embodiment, said one or more spray nozzles are dual flow spray nozzles or hydraulic spray nozzles, the corresponding advantage being that the sulfuric acid droplets are small and thus evaporate quickly and completely.

В другом варианте осуществления технологическая установка дополнительно включает устройство для восстановления SO3, имеющее впускное отверстие и выпускное отверстие, выполненные так, что впускное отверстие устройства для восстановления SO3 сообщается по потоку с выпускным отверстием реакционной печи Клауса, и что выпускное отверстие устройства для восстановления SO3 сообщается по потоку с впускным отверстием секции конверсии Клауса, причем соответствующее преимущество состоит в том, что такое устройство эффективно предотвращает направление серной кислоты, SO3 или О2 на контактирование с каталитически активным материалом в секции конверсии Клауса. Устройство для восстановления SO3 предпочтительно может представлять собой каталитически активный материал, содержащий, например, одно или несколько соединений из ванадия (V), марганца (Mn), железа (Fe), кобальта (Со), меди (Cu), цинка (Zn), никеля (Ni), молибдена (Мо), вольфрама (W), сурьмы (Sb), титана (Ti) и висмута (Bi), нанесенных на одно или несколько соединений из алюминия (AI), титана (Ti), кремнияIn another embodiment, the process plant further includes an SO 3 reduction device having an inlet and an outlet configured such that the inlet of the SO 3 reduction device is in fluid communication with the outlet of the Claus reaction furnace, and that the outlet of the SO 3 reduction device 3 is in fluid communication with the inlet of the Claus conversion section, the corresponding advantage being that such arrangement effectively prevents sulfuric acid, SO 3 or O 2 from being directed to contact with the catalytically active material in the Claus conversion section. The SO 3 reduction device may preferably be a catalytically active material containing, for example, one or more of vanadium (V), manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Co), copper (Cu), zinc (Zn ), nickel (Ni), molybdenum (Mo), tungsten (W), antimony (Sb), titanium (Ti) and bismuth (Bi) deposited on one or more compounds of aluminum (AI), titanium (Ti), silicon

- 6 039970 (Si), диатомитовой земли, циркония (Zr), магния (Мд) и кордиерита. Устройство для восстановления SO3 может быть расположено в отдельном реакторе, отдельном слое реактора или в виде слоя каталитически активного материала поверх материала, каталитически активного в реакции Клауса.- 6 039970 (Si), diatomaceous earth, zirconium (Zr), magnesium (Md) and cordierite. The SO3 reduction device may be located in a separate reactor, a separate reactor bed, or as a layer of catalytically active material on top of the Claus catalytically active material.

Настоящее изобретение описывает комбинацию процесса Клауса и получения серной кислоты, которая эффективно может производить количество серной кислоты, требуемое технологической установкой, или даже избегать производства серной кислоты и превращать избыток серной кислоты в элементарную серу, которая может транспортироваться на другие объекты.The present invention describes a combination of the Claus process and sulfuric acid production that can efficiently produce the amount of sulfuric acid required by the process plant, or even avoid sulfuric acid production and convert excess sulfuric acid into elemental sulfur that can be transported to other facilities.

Для максимальной конверсии до элементарной серы 1/3 H2S необходимо превратить в SO2.For maximum conversion to elemental sulfur, 1/3 H2S must be converted to SO2.

H2S + 1,5 О2 - > SO2 + Н2ОH 2 S + 1.5 O 2 -\u003e SO 2 + H 2 O

Стехиометрическое соотношение между H2S и SO2 контролируется путем регулирования количества кислорода в реакционной печи Клауса. Кислород обычно поставляется атмосферным воздухом, но также может представлять собой воздух, обогащенный О2, или даже чистый О2.The stoichiometric ratio between H2S and SO2 is controlled by adjusting the amount of oxygen in the Claus reaction furnace. Oxygen is usually supplied by atmospheric air, but can also be oxygen enriched with O 2 or even pure O 2 .

Добавление кислорода в реакционную печь Клауса также должно учитывать количество NH3, CO, Н2 и углеводородов в потоках исходного сырья.The addition of oxygen to the Claus reaction furnace must also take into account the amount of NH 3 , CO, H 2 and hydrocarbons in the feed streams.

Если температура горения в реакционной печи Клауса составляет менее 1100°С, то, например, конверсия NH3 может быть неполной. Следствием этого будет исходный газ для конвертера Клауса, имеющий потенциал для образования солей аммиака, таких как (NH4)2SO4 и (NH4)2S2O3, которые могут закупоривать конденсатор установки Клауса.If the combustion temperature in the Claus reaction furnace is less than 1100°C, then, for example, the conversion of NH 3 may not be complete. The consequence of this will be the feed gas for the Claus converter, which has the potential to form ammonia salts such as (NH4)2SO4 and (NH4)2S2O 3 , which can plug the Claus plant's condenser.

Частично окисленный исходный газ для конвертера Клауса затем превращается в элементарную серу с помощью следующих реакций при температуре обычно выше 200°С, в присутствии каталитически активного материала, такого как активированный оксид алюминия (III) или оксид титана (IV).The partially oxidized Claus converter feed gas is then converted to elemental sulfur by the following reactions at temperatures typically above 200° C., in the presence of a catalytically active material such as activated alumina (III) or titanium (IV) oxide.

2H2S + SO2 ->3/8 S8 + 2Н2О2H 2 S + SO 2 -> 3/8 S 8 + 2H 2 O

Часто 3-4 конвертера Клауса работают последовательно, чтобы увеличить конверсию до максимума, что будет увеличивать стоимость установки Клауса.Often 3-4 Claus converters work in series to maximize the conversion, which will increase the cost of installing Claus.

Контроль температуры в процессе Клауса важен для обеспечения того, чтобы элементарная сера, образующаяся в каталитическом конвертере, оставалась газообразной, так чтобы она конденсировалась только в требуемом месте процесса. Поскольку реакция Клауса является экзотермической, другое ограничение связано с тем фактом, что поскольку процесс Клауса является экзотермическим, то выгодно работать при низких температурах.Temperature control in the Claus process is important to ensure that the elemental sulfur generated in the catalytic converter remains gaseous so that it condenses only at the desired location in the process. Because the Claus reaction is exothermic, another limitation comes from the fact that because the Claus process is exothermic, it is advantageous to operate at low temperatures.

Альтернативой вышеупомянутому процессу является так называемый процесс Клауса ниже точки росы, при котором материал каталитически активно работает при температурах, когда элементарная сера не находится в газовой фазе. Такой процесс Клауса ниже точки росы будет требовать соответствующей схемы для выведения конденсированной серы, например с помощью колебания температуры и продувки от элементарной серы инертным газом.An alternative to the above process is the so-called sub-dew point Claus process, in which the material is catalytically active at temperatures where elemental sulfur is not in the gas phase. Such a Claus process below the dew point would require an appropriate scheme to remove the condensed sulfur, for example by temperature fluctuation and purge of elemental sulfur with an inert gas.

Даже с 3-4 конвертерами/конденсаторами/подогревателями Клауса, работающими последовательно, невозможно достичь извлечения серы более чем на ~98%, что недостаточно для соответствия большинству законодательств по охране окружающей среды. Поэтому установка Клауса обычно оснащается так называемым технологическим решением для отходящего газа установки Клауса, где вышеупомянутый процесс ниже точки росы является примером. Существуют многочисленные способы для работы с отходящим газом, имеющие различные особенности. Для достижения очень высокой эффективности удаления эти агрегаты для отходящего газа установки Клауса усложняются и приближаются к такой же стоимости, что и сама установка Клауса.Even with 3-4 Claus converters/condensers/heaters operating in series, it is not possible to achieve sulfur recovery of more than ~98%, which is insufficient to meet most environmental regulations. Therefore, a Claus plant is usually equipped with a so-called Claus off-gas process solution, where the aforementioned sub-dew point process is an example. There are numerous ways to work with off-gas, with different characteristics. In order to achieve very high removal efficiencies, these Claus off-gas units become more complex and approach the same cost as the Claus plant itself.

Полученная элементарная сера, как правило, не имеет непосредственного использования на предприятиях, производящих поток отходов, содержащих H2S, но элементарную серу легко транспортировать в другие места и хранить в течение длительных периодов времени.The resulting elemental sulfur generally has no direct use in plants producing an H 2 S waste stream, but elemental sulfur is easily transported to other locations and stored for long periods of time.

Общепринятой альтернативой процессу Клауса является превращение H2S в серную кислоту, например, с помощью так называемого процесса получения серной кислоты мокрым катализом (процесса WSA®). Полученная серная кислота может быть использована в других химических процессах на предприятии. Процесс WSA® также может представлять собой очистку отходящих газов установки процесса Клауса. Аналогичный сухой способ получения серной кислоты также может найти применение в этой связи.A common alternative to the Claus process is the conversion of H2S to sulfuric acid, for example by the so-called wet catalysis sulfuric acid process (WSA® process). The resulting sulfuric acid can be used in other chemical processes in the plant. The WSA® process can also be an off-gas treatment of a Claus process plant. A similar dry process for the production of sulfuric acid may also find use in this connection.

Процессы получения серной кислоты окисляют H2S до SO2, a SO2 до SO3, а затем присоединяют воду к SO3 с получением серной кислоты, либо путем реакции с водой в газовой фазе в так называемом процессе получения серной кислоты мокрым катализом (процессе WSA®), либо путем абсорбции в концентрированной серной кислоте в так называемом контактном способе или сухом способе. Температура реакции во время окисления SO2 до SO3 будет находиться в диапазоне 400-500°С, в присутствии каталитически активного материала, обычно содержащего ванадий. Как правило, процессы получения серной кислоты мокрым катализом дают серную кислоту, имеющую концентрацию в диапазоне 9298%, тогда как сухие способы получения серной кислоты также могут давать серную кислоту, имеющую концентрацию, превышающую 98%.Sulfuric acid processes oxidize H2S to SO 2 and SO 2 to SO 3 and then add water to SO 3 to produce sulfuric acid, either by reacting with water in the gas phase in the so-called wet catalysis sulfuric acid process (WSA® process). ), or by absorption in concentrated sulfuric acid in the so-called contact method or dry method. The reaction temperature during the oxidation of SO2 to SO3 will be in the range of 400-500°C, in the presence of a catalytically active material, usually containing vanadium. Typically, wet catalyzed sulfuric acid processes produce sulfuric acid having a concentration in the range of 9298%, while dry sulfuric acid processes can also produce sulfuric acid having a concentration in excess of 98%.

Кроме того, также может быть привлекательным собирать пар высокого давления в диапазоне от 30In addition, it can also be attractive to collect high pressure steam in the range of 30

- 7 039970 до 80 бар изб. из сильно экзотермических процессов получения серной кислоты, тогда как процесс Клауса будет давать только пар с более низким давлением и в значительно меньших количествах.- 7 039970 up to 80 barg from highly exothermic sulfuric acid processes, while the Claus process will only produce steam at a lower pressure and in much smaller quantities.

Производство больших количеств серной кислоты, однако, может быть менее привлекательным, даже если серная кислота продается в коммерческих целях, поскольку транспортировка серной кислоты является сложной и регламентированной.The production of large quantities of sulfuric acid, however, may be less attractive, even if the sulfuric acid is sold commercially, because the transportation of sulfuric acid is complex and regulated.

Реакции, происходящие в процессе получения серной кислоты (сухим способом и мокрым катализом), представляют собойThe reactions that occur during the production of sulfuric acid (dry method and wet catalysis) are

H2S + 1,5O2 -> SO2 + H2OH 2 S + 1.5O 2 -> SO2 + H2O

SO2 + 0,5 О2 -> SO3SO 2 + 0.5 O2 -> SO3

SO3 + Н2О -> H2SO4SO 3 + H 2 O -> H2SO4

Суммарная реакция процесса получения серной кислоты может быть описана в соответствии с H2S + 2 О2 -> H2SO4 The overall reaction of the sulfuric acid production process can be described in accordance with H 2 S + 2 O 2 -> H 2 SO 4

Процесс WSA® в виде обычного технического решения для отходящих газов установки Клауса обеспечивает решение, которое соответствует экологическим нормам, при более низких как капитальных, так и эксплуатационных затратах, чем альтернативы. До сих пор единственным недостатком процесса WSA® был продукт в виде серной кислоты, что не всегда желательно. С помощью нового изобретения интегрированный процесс Клауса + WSA® устранит этот недостаток и в то же время уменьшит размер установки как процесса Клауса, так и процесса WSA®.The WSA® process, as a conventional Claus off-gas solution, provides a solution that meets environmental regulations at lower capital and operating costs than alternatives. So far, the only drawback of the WSA® process has been the product in the form of sulfuric acid, which is not always desirable. With the new invention, the integrated Claus + WSA® process will eliminate this drawback and at the same time reduce the plant size of both the Claus process and the WSA® process.

Теперь стало понятно, что объединение процесса Клауса и процесса получения серной кислоты также может быть осуществлено путем рециркуляции всей или по существу всей произведенной серной кислоты в реакционную печь Клауса. Сжигание серной кислоты известно из регенерации отработанной серной кислоты на установке получения серной кислоты мокрым катализом, но не практиковалось в реакционной печи Клауса, то есть в камере сгорания процесса Клауса. В результате сжигания/разложения серной кислоты при повышенной температуре происходит следующая реакция:It has now become clear that the combination of the Claus process and the sulfuric acid production process can also be accomplished by recycling all or substantially all of the sulfuric acid produced to the Claus reaction furnace. The combustion of sulfuric acid is known from the recovery of spent sulfuric acid in a wet catalysis sulfuric acid plant, but has not been practiced in the Claus reaction furnace, ie in the combustion chamber of the Claus process. As a result of the combustion/decomposition of sulfuric acid at elevated temperature, the following reaction occurs:

H2SO4^ Н2О + SO2 + У2 02 H 2 SO 4 ^ H 2 O + SO2 + Y2 0 2

Серная кислота не будет разлагаться до того, как испарится и нагреется до > 600°С. Чтобы обеспечить достаточное время для испарения капель, рекомендуется проектировать камеру сгорания с временем пребывания по меньшей мере 2 с, тогда как обычные реакционные печи Клауса с реакциями только в газовой фазе обычно спроектированы для времени пребывания 1 с.Sulfuric acid will not decompose until it has evaporated and heated to >600°C. To allow sufficient time for the droplets to evaporate, it is recommended to design the combustor with a residence time of at least 2 s, while conventional Claus reaction furnaces with gas phase only reactions are usually designed for a residence time of 1 s.

Распыляющей средой предпочтительно является сжатый воздух, так как кислород также будет подаваться в технологический газ. Альтернативой являются форсунки, работающие под давлением, или гидравлические форсунки.The atomizing medium is preferably compressed air, since oxygen will also be supplied to the process gas. An alternative is pressure nozzles or hydraulic nozzles.

Если вся серная кислота, произведенная в процессе получения серной кислоты ниже по потоку относительно процесса Клауса, направляется в реакционную печь Клауса, то возможно проводить процесс Клауса, в котором снижение выбросов H2S использует очень высокую эффективность удаления, а также термическую эффективность установки получения серной кислоты, но в котором продуктом является сера, которая проста в обращении и транспортировке.If all the sulfuric acid produced in the sulfuric acid process downstream of the Claus process is sent to the Claus reaction furnace, it is possible to carry out the Claus process in which the reduction of H 2 S emissions utilizes very high removal efficiency as well as the thermal efficiency of the sulfuric acid plant. acids, but in which the product is sulfur, which is easy to handle and transport.

Кроме того, при рециркуляции серной кислоты в результате разложения H2SO4 выделяется О2, так что количество добавляемого окислителя для сгорания будет уменьшаться, что, если окислитель представляет собой атмосферный воздух, обладает преимуществом в виде значительного уменьшения объема процесса, поскольку атмосферный воздух содержит почти 80% инертного N2, то есть 4 объема N2 на один объем О2.In addition, when sulfuric acid is recycled, the decomposition of H 2 SO 4 releases O 2 , so that the amount of added oxidant for combustion will be reduced, which, if the oxidant is atmospheric air, has the advantage of a significant reduction in process volume, since atmospheric air contains almost 80% inert N 2 ie 4 volumes of N 2 per volume of O2.

Суммарная реакция Клауса, основанная на воздухе в качестве носителя О2 для реакционной печи Клауса, представляет собойThe overall Claus reaction based on air as O 2 carrier for the Claus reaction furnace is

H2S + 2 О2 + 8 N2^ 2 S2 + 4 Н2О + 8 N2 H 2 S + 2 O 2 + 8 N 2 ^ 2 S 2 + 4 H 2 O + 8 N 2

Аналогично суммарная реакция Клауса, основанная на H2SO4 в качестве носителя кислорода для реакционной печи Клауса, представляет собойSimilarly, the overall Claus reaction based on H 2 SO 4 as the oxygen carrier for the Claus reaction furnace is

H2S + H2SO4^ 2 S2 + 4 Н2ОH 2 S + H 2 SO 4 ^ 2 S 2 + 4 H 2 O

Если сравнить эти две реакции, очевидно, что H2SO4 является превосходным носителем О2 и обладает (теоретическим) потенциалом снижения объемного расхода отходящего газа установки Клауса на 67% по сравнению с атмосферным воздухом.Comparing the two reactions, it is clear that H 2 SO 4 is an excellent O 2 carrier and has the (theoretical) potential to reduce the Claus off-gas volumetric flow rate by 67% compared to atmospheric air.

Приведенная выше реакция основана на 100 мас.% H2SO4, которую по практическим соображениям невозможно получить при производстве серной кислоты из отходящего газа установки Клауса, который характеризуется очень высокой концентрацией Н2О (20-35 об.%). H2SO4 является гигроскопичной и будет поглощать воду из газовой фазы. Как следствие, на установке получения серной кислоты для отходящего газа установки Клауса может быть получена слабая, например 45 мас.%, H2SO4, 45 мас.% H2SO4The above reaction is based on 100 wt.% H 2 SO 4 , which for practical reasons cannot be obtained in the production of sulfuric acid from the off-gas of the Claus plant, which is characterized by a very high concentration of H 2 O (20-35 vol.%). H 2 SO 4 is hygroscopic and will absorb water from the gas phase. As a consequence, in the sulfuric acid plant for the off-gas of the Claus plant, a weak, for example 45 wt.%, H2SO4, 45 wt.% H2SO4

- 8 039970 соответствует молярному соотношению H2SO4:H2O, составляющему 1:6,7, так как оставшиеся 55 мас.% составляет Н2О, и, таким образом, реакция с H2SO4 в качестве носителя кислорода превращается в следующую:- 8 039970 corresponds to a molar ratio of H2SO4:H2O of 1:6.7, since the remaining 55 wt.% is H2O, and thus the reaction with H2SO4 as oxygen carrier turns into the following:

H2S +H2SO4+ 6,7 Н2О 2 S2 + 10,7 Н2ОH 2 S + H2SO4 + 6.7 H 2 O 2 S 2 + 10.7 H 2 O

Можно определить α, соотношение инертного технологического газа и элементарной серы, как:One can define α, the ratio of inert process gas to elemental sulfur, as:

К _ число моль инертного технологического газа число моль s2 K _ number of moles of inert process gas number of moles s 2

Для суммарной реакции Клауса, с использованием атмосферного воздуха в качестве носителя кислорода, α составляет 6, а с использованием 100 мас.% H2SO4 в качестве носителя кислорода значение α составляет 2, то есть значительно меньше инертного технологического газа (в первую очередь, N2 и Н2О) образуется при использовании H2SO4 в качестве носителя кислорода.For the overall Claus reaction, using atmospheric air as the oxygen carrier, α is 6, and using 100 wt.% H2SO4 as the oxygen carrier, α is 2, i.e. significantly less than the inert process gas (primarily N2 and H2O ) is formed when H2SO4 is used as an oxygen carrier.

При использовании 45 мас.% H2SO4, добавленной на термической стадии установки Клауса, значение α становится равным 5,35 - значению, близкому к использованию атмосферного воздуха.When using 45 wt.% H2SO4, added at the thermal stage of the Claus installation, the value of α becomes equal to 5.35 - a value close to using atmospheric air.

В процессе WSA® концентрации серной кислоты > 90 мас.% H2SO4 легко можно получить без специально выделенной колонны для концентрирования серной кислоты, даже при высоких концентрациях Н2О, которые обнаружены в отходящем газе установки Клауса. При 95 мас.% H2SO4 значение α становится равным 2,15, то есть, близким к теоретическому минимуму и намного лучше, чем для 45 мас.% H2SO4.In the WSA® process, sulfuric acid concentrations >90 wt% H2SO4 can easily be obtained without a dedicated sulfuric acid concentration column, even at the high H 2 O concentrations found in the Claus off-gas. At 95 wt.% H2SO4, the value of α becomes equal to 2.15, that is, close to the theoretical minimum and much better than for 45 wt.% H2SO4.

Другим важным аспектом добавления серной кислоты на термическую стадию установки Клауса является энергетический баланс, так как на термической стадии требуется минимальная температура примерно 900-1000°С, чтобы обеспечить разрушение примесей, таких как СН4, в подаваемом газе. Суммарная реакция Клауса с использованием атмосферного воздуха в качестве источника кислорода является экзотермической и, таким образом, способствует достижению высокой рабочей температуры. Серная кислота, однако, требует энергии для испарения H2SO4 и Н2О, и сама реакция Клауса является эндотермической, то есть, эффективно охлаждающей термическую стадию. Помимо разбавления технологического газа установки Клауса, дополнительная вода в серной кислоте также дополнительно охлаждает термическую стадию и таким образом ограничивает количество серной кислоты, которое может быть добавлено. В качестве альтернативы, для подачи термической энергии в систему должен быть добавлен топливный газ, увеличивающий расход технологического газа в установке Клауса и стоимость эксплуатации.Another important aspect of adding sulfuric acid to the thermal stage of the Claus plant is the energy balance, since the thermal stage requires a minimum temperature of about 900-1000°C to ensure the destruction of impurities such as CH4 in the feed gas. The overall Claus reaction using atmospheric air as the oxygen source is exothermic and thus contributes to high operating temperatures. Sulfuric acid, however, requires energy to vaporize the H2SO4 and H2O, and the Claus reaction itself is endothermic, that is, effectively cooling the thermal step. In addition to diluting the Claus process gas, the additional water in sulfuric acid also further cools the thermal stage and thus limits the amount of sulfuric acid that can be added. Alternatively, fuel gas must be added to the system to supply thermal energy, increasing the process gas flow in the Claus plant and the cost of operation.

Предпочтительный рециркулирующий поток H2SO4 определяется количеством серы, подаваемой в расположенную ниже по потоку установку окисления отходящего газа установки Клауса, то есть, суммой серы в отходящем газе и других потоках исходного сырья для WSA, и извлечением серы в установке WSA. Поскольку извлечение серы в установке WSA обычно будет составлять выше 90%, большая часть серы в исходном сырье будет возвращаться в цикл в печь Клауса.The preferred H 2 SO 4 recycle stream is determined by the amount of sulfur fed to the downstream Claus off-gas oxidizer, i.e., the sum of sulfur in the off-gas and other WSA feed streams, and the sulfur recovery in the WSA. Because the sulfur recovery in a WSA unit will typically be above 90%, most of the sulfur in the feedstock will be recycled to the Claus furnace.

Увеличенный поток H2SO4 в реакционную печь Клауса будет уменьшать потребность в воздухе для сжигания и, следовательно, выход потока технологического газа из реакционной печи Клауса до момента, когда необходимо дополнительное топливо для поддержания требуемой температуры в реакционной печи.The increased flow of H2SO4 to the Claus reaction furnace will reduce the combustion air requirement and hence the output of the process gas stream from the Claus reaction furnace to the point where additional fuel is needed to maintain the desired temperature in the reaction furnace.

Следовательно, оптимальное извлечение серы на установке Клауса, суммарное количество серы в отходящем газе и газе в байпасной линии в WSA, имеет место, когда температура в реакционной печи Клауса может поддерживаться в предпочтительном диапазоне между 800 и 1400°С без необходимости подводить тепло с помощью топливного газа или принимать меры для охлаждения реакционной печи.Therefore, optimal sulfur recovery in the Claus plant, the total amount of sulfur in the off-gas and bypass gas in the WSA, occurs when the temperature in the Claus reaction furnace can be maintained in the preferred range between 800 and 1400°C without the need to supply heat with a fuel gas or take measures to cool the reaction furnace.

Также может быть выгодным некоторое количество исходного газа пропускать по байпасной линии в устройство для окисления отходящего газа установки Клауса, поскольку исходный газ имеет высокую теплотворную способность, которая может использоваться в устройстве для окисления отходящего газа установки Клауса, и, таким образом, уменьшать потребность в добавлении вспомогательного топлива. Это может быть еще более выгодным, если существуют два источника исходного газа, как например, один исходный газ, не содержащий NH3, и другой исходный газ, содержащий NH3, так как субстехиометрические условия в реакционной печи Клауса препятствуют полному окислению NH3. Так называемые газы из отпарной колонны кислой воды (SWS) являются примером такого исходного газа, содержащего NH3.It may also be advantageous to pass some feed gas through the bypass line to the Claus off-gas oxidizer because the feed gas has a high heating value that can be used in the Claus off-gas oxidizer and thus reduce the need for adding auxiliary fuel. This can be even more advantageous if there are two sources of feed gas, such as one feed gas containing no NH3 and another feed gas containing NH3, since substoichiometric conditions in the Claus reaction furnace prevent complete oxidation of NH3. The so-called sour water stripper gases (SWS) are an example of such an NH3-containing feed gas.

В процессах Клауса для обработки газа SWS решающее значение имеет полное разложение NH3 в реакционной печи Клауса, в противном случае будут образовываться соли аммиака, такие как (NH4)2SO4 и (NH4)2S2O3, и закупоривать конечный конденсатор серы. Специальные (двухступенчатые) горелки высокой интенсивности способны достигать высоких температур, необходимых для термического разрушения NH3, но требуют точного контроля кислорода в двух отдельных потоках.In Claus processes for SWS gas treatment, complete decomposition of NH3 in the Claus reaction furnace is critical, otherwise ammonia salts such as (NH 4 ) 2 SO 4 and (NH 4 ) 2 S 2 O 3 will form and clog the final condenser sulfur. Dedicated high intensity (two-stage) burners are capable of reaching the high temperatures needed to thermally destroy NH3, but require precise oxygen control in two separate streams.

Тем не менее, хорошо известно, что на установке получения серной кислоты газ SWS обрабатывают, так как полное окисление NH3 до N2 и NO достигается с избытком кислорода. Следовательно, может быть желательным сконфигурировать интегрированный процесс Клауса + получения серной кислоты с двумя камерами сгорания для направления первого исходного сырья, содержащего H2S и небольшое коHowever, it is well known that the SWS gas is treated in a sulfuric acid plant because the complete oxidation of NH3 to N2 and NO is achieved with an excess of oxygen. Therefore, it may be desirable to configure an integrated Claus + sulfuric acid process with two combustion chambers to route a first feedstock containing H 2 S and a small amount of co

- 9 039970 личество NH3 или вообще без него, в реакционную печь Клауса, в то же время направляя газ, содержащий NH3, такой как газ SWS, в устройство для окисления отходящего газа установки Клауса. В такой конфигурации может быть желательно спроектировать установку для получения серной кислоты так, чтобы включить секцию для селективного каталитического восстановления (SCR) NOx.- 9 039970 no or no NH 3 into the Claus reaction furnace, while at the same time directing a gas containing NH 3 , such as SWS gas, to the Claus off-gas oxidizer. In such a configuration, it may be desirable to design the sulfuric acid plant to include a selective catalytic reduction (SCR) NO x section.

Интегрированный процесс в соответствии с настоящим раскрытием может также выиграть от использования в реакционной печи Клауса воздуха, обогащенного кислородом, или, по существу, чистого кислорода. Использование воздуха, обогащенного кислородом, обладает преимуществом уменьшения количества инертного азота в технологическом газе и, таким образом, уменьшения объема технологического газа и, следовательно, уменьшения размера установки. Отсутствие разбавления азотом также приводит к увеличению температуры сгорания, что может быть выгодно, если присутствуют примеси, которые нуждаются в полной конверсии, особенно потому, что количество кислорода в реакционной печи Клауса является субстехиометрическим. Поскольку катализатор Клауса является чувствительным к присутствию примесей, таких как легкие углеводороды, часто может быть выгодно эксплуатировать реакционную печь Клауса с воздухом, обогащенным кислородом, для достижения повышенной температуры для полного окисления примесей. Это также имеет дополнительное преимущество, заключающееся в создании возможности начальной гомогенной некаталитической конверсии Клауса, которая может иметь место при температурах выше 900°С.An integrated process according to the present disclosure may also benefit from the use of oxygen-enriched air, or substantially pure oxygen, in the Claus reaction furnace. The use of oxygen-enriched air has the advantage of reducing the amount of inert nitrogen in the process gas and thus reducing the volume of the process gas and hence the plant size. The lack of dilution with nitrogen also results in an increase in the combustion temperature, which can be advantageous if impurities are present that need complete conversion, especially since the amount of oxygen in the Claus reaction furnace is substoichiometric. Because the Claus catalyst is sensitive to the presence of impurities, such as light hydrocarbons, it can often be advantageous to operate the Claus reaction furnace with oxygen enriched air to achieve an elevated temperature to completely oxidize the impurities. This also has the additional advantage of allowing an initial homogeneous non-catalytic Claus conversion that can take place at temperatures above 900°C.

Однако с точки зрения термической эффективности высокая температура сгорания может быть ограничена выбором конструкционных материалов в реакционной печи Клауса и находящемся ниже по потоку котле-утилизаторе. Для исходных газов с высокой концентрацией H2S обогащение кислородом может повысить температуру технологического газа выше проектных температур для материалов. Однако комбинация с рециркуляцией H2SO4 (которая охлаждает технологический газ за счет испарения и разложения кислоты) сделает возможным использование обогащенного О2 в такой технологической схеме.However, in terms of thermal efficiency, the high combustion temperature may be limited by the choice of materials of construction in the Claus reaction furnace and the downstream waste heat boiler. For feed gases with a high concentration of H2S, oxygen enrichment can raise the process gas temperature above the design temperatures for the materials. However, the combination with H2SO4 recirculation (which cools the process gas by evaporating and decomposing the acid) will make it possible to use enriched O2 in such a process flow.

Устройство для окисления отходящих газов Клауса, как правило, будет работать с атмосферным воздухом, и, кроме того, также может быть полезно направлять газы с низкой концентрацией соединений серы в это устройство для окисления отходящего газа установки Клауса, так как полное сгорание соединений серы выделяет значительно больше энергии, чем частичное окисление, происходящее в реакционной печи Клауса.The Claus off-gas oxidizer will typically operate with ambient air, and in addition, it may also be beneficial to feed gases with a low concentration of sulfur compounds into this Claus off-gas oxidizer, as the complete combustion of sulfur compounds releases significantly more energy than the partial oxidation that occurs in the Claus reaction furnace.

Как следствие, может быть выгодным направлять исходные газы, содержащие высокие концентрации H2S, в установку Клауса, в то же время пропуская по байпасной линии менее концентрированные исходные газы, а также исходные газы, содержащие NH3, в устройство для окисления отходящего газа установки Клауса.As a consequence, it may be advantageous to direct feed gases containing high concentrations of H2S to the Claus plant while bypassing less concentrated feed gases as well as feed gases containing NH 3 to the Claus off-gas oxidizer.

Если устройство для окисления отходящего газа установки Клауса получает только отходящий газ установки Клауса, содержащий лишь ограниченное количество H2S, то теплотворная способность является слишком низкой для поддержания стабильного сгорания. В этой ситуации требуется добавление вспомогательного топлива. Этим вспомогательным топливом может быть либо H2S, газ SWS, либо углеводородное исходное сырье, но предпочтительно используется некоторое количество существующего исходного газа для интегрированной установки Клауса и получения серной кислоты.If the Claus off-gas oxidizer receives only the Claus off-gas containing only a limited amount of H2S, the calorific value is too low to maintain stable combustion. In this situation, the addition of auxiliary fuel is required. This auxiliary fuel can be either H2S, SWS gas, or hydrocarbon feedstock, but preferably some of the existing feed gas is used for the integrated Claus plant and sulfuric acid production.

Интеграция между процессом Клауса и процессом получения серной кислоты обеспечивает преимущества объединения. Они включают возможность уменьшить объемный поток в процессе Клауса, обеспечивая окислитель в форме серной кислоты, которая может заменить атмосферный воздух. Кроме того, использование исходного газа может быть оптимизировано так, чтобы исходные газы, содержащие топливо, вносящие значительный вклад в производство серы, могут быть направлены в процесс Клауса, в то время как исходные газы, вносящие вклад в виде термической энергии и не вступающих в реакцию продуктов, таких как СО2, могут быть направлены на процесс получения серной кислоты. Если процесс предназначен для рециркуляции слишком большого количества серной кислоты, может потребоваться дополнительное топливо для обеспечения тепла, необходимого для испарения и диссоциации серной кислоты. Размер установки может даже выиграть от увеличенного количества рециркулируемой кислоты, поскольку размер установки WSA® не увеличивается значительно вместе с количеством произведенной кислоты, в то время как размер установки Клауса и установки WSA® уменьшается с уменьшением расхода инертного газа.The integration between the Claus process and the sulfuric acid process provides the benefits of integration. These include the ability to reduce volume flow in the Claus process by providing an oxidant in the form of sulfuric acid that can replace atmospheric air. In addition, feed gas utilization can be optimized so that fuel containing feed gases that contribute significantly to sulfur production can be sent to the Claus process, while feed gases that contribute thermal energy and do not react products, such as CO2, can be directed to the process of obtaining sulfuric acid. If the process is designed to recycle too much sulfuric acid, additional fuel may be required to provide the heat needed to vaporize and dissociate the sulfuric acid. Plant size may even benefit from increased acid recycle since the size of the WSA® plant does not increase significantly with the amount of acid produced, while the size of the Claus plant and the WSA® plant decrease with decreasing inert gas flow.

Интеграция этих двух процессов также обеспечивает способ, в котором эксплуатация процесса Клауса осуществляется с низкой конверсией, такой как 90 или 95%, поскольку по сравнению с добавлением дополнительной ступени конвертера Клауса может быть дешевле проводить дополнительную конверсию в процессе получения серной кислоты.The integration of these two processes also provides a way in which the Claus process is operated at a low conversion, such as 90 or 95%, because compared to adding an additional Claus converter stage, it may be cheaper to carry out the additional conversion in the sulfuric acid process.

В дополнение к процессу WSA®, серная кислота может также производиться в других процессах для снижения выбросов серы. Первым примером является процесс SNOX, в котором селективное каталитическое восстановление NOx интегрировано с WSA®, причем эта технологическая схема особенно благоприятна для отходящих газов с содержанием SO2 менее 1 об.%.In addition to the WSA® process, sulfuric acid can also be produced in other processes to reduce sulfur emissions. The first example is the SNOX process, in which NOx selective catalytic reduction is integrated with WSA®, a process flow that is particularly favorable for off-gases with SO2 content of less than 1 vol.%.

Стандартная схема установки Клауса требует > 50 об.% H2S в подаваемом газе (исключая газ окислителя), чтобы быть термически самодостаточной в реакционной печи Клауса. При более низких конThe standard Claus setup requires >50 vol% H2S in the feed gas (excluding oxidizer gas) to be thermally self-sufficient in a Claus reaction furnace. At lower con

- 10 039970 центрациях H2S требуется предварительный нагрев подаваемого газа и так называемая конфигурация с разделенным потоком. Установки Клауса, обрабатывающие исходные газы, содержащие < 10-20 об.% H2S, встречаются редко. Процессы получения серной кислоты, с другой стороны, очень эффективно обрабатывают эти так называемые бедные H2S газы, давая концентрированную серную кислоту. Продукт в виде серной кислоты будет высококонцентрированным по содержанию серы и кислорода.- 10 039970 H2S centration requires feed gas preheating and a so-called split flow configuration. Claus plants handling feed gases containing < 10-20 vol% H2S are rare. Sulfuric acid processes, on the other hand, treat these so-called H2S-poor gases very efficiently, producing concentrated sulfuric acid. The sulfuric acid product will be highly concentrated in sulfur and oxygen.

Комбинация установки получения серной кислоты для обработки газа с низким содержанием H2S (и/или других соединений серы) в сочетании с установкой Клауса, обрабатывающей газ с высоким содержанием H2S и принимающей кислоту из установки получения серной кислоты, будет полезной компоновкой, поскольку потоки исходного сырья, как в установку Клауса, так и в установку получения серной кислоты являются оптимальными с точки зрения эффективности конверсии, термической эффективности и размера/стоимости установки.A combination of a sulfuric acid plant to treat low H 2 S gas (and/or other sulfur compounds) in combination with a Claus plant that treats high H 2 S gas and receives acid from the sulfuric acid plant would be a useful arrangement because the feed streams to both the Claus plant and the sulfuric acid plant are optimal in terms of conversion efficiency, thermal efficiency and plant size/cost.

Взаимодействие между процессом Клауса и процессами получения серной кислоты также может быть использовано для оптимизации обработки исходного сырья. Процессы получения серной кислоты и, в частности, процесс WSA®, имеют то преимущество, что они хорошо подходят для загрязненного исходного сырья, включая газы SWS, содержащие аммиак, как обсуждалось выше, грязную серу, содержащую органические примеси и умеренные количества неорганических примесей, разбавленные потоки H2S, SO2 и других соединений серы, включая дымовые газы из горелок и газ из флюидкаталитического крекинга (FCC). Аналогичным образом, газы с высоким содержанием H2S, включая отходящие газы из процессов CS2, которые необходимо разбавлять перед обработкой на установке WSA®, вместо этого могут быть сразу направлены в процесс Клауса. Также другие технологические потоки с высоким содержанием серы, например, отходящие потоки из газификации угля или из очистки природного газа, могут быть направлены на одну или обе стадии интегрированного процесса Клауса/WSA®.The interaction between the Claus process and sulfuric acid production processes can also be used to optimize feedstock processing. Sulfuric acid processes, and in particular the WSA® process, have the advantage that they are well suited to contaminated feedstocks, including SWS gases containing ammonia as discussed above, dirty sulfur containing organic impurities and moderate amounts of inorganic impurities diluted streams of H 2 S, SO2 and other sulfur compounds, including flue gases from burners and fluid catalytic cracking (FCC) gas. Similarly, gases with a high H2S content, including off-gases from CS2 processes that need to be diluted prior to WSA® treatment, can be sent directly to the Claus process instead. Also, other high sulfur process streams, such as effluent streams from coal gasification or natural gas refining, may be sent to one or both stages of the integrated Claus/WSA® process.

Фигурыfigures

Фиг. 1 показывает интегрированный процесс Клауса + получения серной кислоты с одной камерой сгорания.Fig. 1 shows an integrated Claus + sulfuric acid process with a single combustion chamber.

Фиг. 2 показывает последовательный процесс Клауса + получения серной кислоты согласно предшествующему уровню техники.Fig. 2 shows the prior art Claus+sulfuric acid sequential process.

Фиг. 3 показывает интегрированный процесс Клауса + получения серной кислоты со сжиганием серной кислоты в реакционной печи Клауса согласно настоящему раскрытию.Fig. 3 shows an integrated Claus + sulfuric acid production process with sulfuric acid combustion in a Claus reaction furnace according to the present disclosure.

На фиг. 1 показан интегрированный процесс Клауса + получения серной кислоты с одной камерой сгорания. Исходный газ 2 с высоким содержанием H2S объединяют с газом с высоким содержанием SO2 36 и направляют в качестве подаваемого газа установки Клауса 4 в реактор 8, который, особенно если газ с высоким содержанием SO2 36 содержит О2, может содержать имеющийся при необходимости материал, каталитически активный в окислении H2S, для превращения О2 и H2S в SO2 и Н2О (10) с образованием подаваемого газа установки Клауса, не содержащего О2. Не содержащий О2 подаваемый газ установки Клауса направляют на контактирование с каталитически активным в процессе Клауса материалом 12 (то есть, катализатором Клауса) в том же самом или в другом реакторе с получением продукта процесса Клауса 14. Продукт процесса Клауса 14 направляют в установку конденсации серы 16 с получением конденсированной серы 18 и влажного отходящего газа установки Клауса 20. Влажный отходящий газ установки Клауса 20 при необходимости может дополнительно подвергаться реакции в присутствии дополнительного материала, каталитически активного в процессе Клауса, с последующей дополнительной конденсацией серы на от одной до четырех дополнительных стадиях процесса Клауса (здесь не показаны), чтобы получить конечный влажный отходящий газ установки Клауса. Водная фаза 24 при необходимости может быть отделена от влажного отходящего газа установки Клауса 20 в сепараторе 22 с получением высушенного отходящего газа установки Клауса 26. Количество высушенного отходящего газа установки Клауса, содержащего H2S, 28, при необходимости вместе с некоторым количеством серной кислоты 60, направляют в камеру сгорания 32, получая технологический газ с высоким содержанием SO2 34, который разделяют на рециркулируемый технологический газ, содержащий SO2, 36 и исходный газ для конвертера SO2 38. Некоторое количество высушенного отходящего газа установки Клауса, содержащего H2S, 26 может быть направлено в качестве рециркулируемого высушенного отходящего газа установки Клауса 30 для подавления повышения температуры в реакторах путем разбавления экзотермической реакционной смеси. Исходный газ для конвертера SO2 38 направляют в конвертер SO2 40, содержащий один или несколько пластов или слоев каталитически активного материала 42, 44, 46, при необходимости с межслойным охлаждением, из которого выводят газ 48 с высоким содержанием SO3 . Поскольку этот газ с высоким содержанием SO3 содержит воду, то SO3 может присоединять воду с образованием H2SO4. H2SO4 конденсируется в виде концентрированной серной кислоты 52 в конденсаторе серной кислоты 50. Если количество воды недостаточно для полной гидратации SO3, то может быть предпочтительным добавление пара в месте, находящемся выше по потоку. Из конденсатора серной кислоты 50 по существу чистый газ 62 может выводиться и направляться в ряд дымовых труб 64. Если образуется избыток серной кислоты, то некоторое количество 56 может быть направлено в камеру сгорания 32 для разложения на SO2, О2 и Н2О и направлено по линии 36 на катализатор реакции Клауса 12 для образоваIn FIG. 1 shows an integrated Claus + sulfuric acid process with a single combustion chamber. The H2S-rich feed gas 2 is combined with the SO2-rich gas 36 and fed as feed gas of the Claus plant 4 to the reactor 8, which, especially if the SO2-rich gas 36 contains O 2 , can contain optionally available material catalytically active in the oxidation of H2S, to convert O 2 and H2S into SO2 and H 2 O (10) to form an O 2- free Claus plant feed gas. The O2- free Claus feed gas is sent to contact the Claus catalytically active material 12 (i.e., the Claus catalyst) in the same or a different reactor to produce a Claus product 14. The Claus product 14 is sent to a sulfur condensation unit 16 to produce condensed sulfur 18 and wet Claus off-gas 20. The wet Claus off-gas 20 may optionally be further reacted in the presence of additional material catalytically active in the Claus process, followed by further condensation of the sulfur in one to four additional process steps. Claus (not shown here) to produce the final wet off-gas of the Claus plant. The aqueous phase 24 may optionally be separated from the wet Claus off-gas 20 in a separator 22 to produce a dried Claus off-gas 26. An amount of dried Claus off-gas containing H2S 28, optionally together with some sulfuric acid 60, is sent into the combustor 32 to produce a high SO2 process gas 34 which is separated into a recycle process gas containing SO2 36 and a SO2 converter feed gas 38. Some of the dried Claus off-gas containing H2S 26 can be sent as recycled dried off-gas from the Claus 30 plant to suppress temperature rise in the reactors by diluting the exothermic reaction mixture. The source gas for the SO2 converter 38 is sent to the SO2 converter 40 containing one or more layers or layers of catalytically active material 42, 44, 46, if necessary with interlayer cooling, from which gas 48 with a high content of SO3 is removed. Because this high SO3 gas contains water, SO3 can add water to form H 2 SO 4 . H 2 SO 4 condenses as concentrated sulfuric acid 52 in sulfuric acid condenser 50. If the amount of water is insufficient to completely hydrate SO3, it may be preferable to add steam at an upstream location. From the sulfuric acid condenser 50, a substantially pure gas 62 may be removed and sent to a series of stacks 64 . through line 36 to the Claus reaction catalyst 12 to form

- 11 039970 ния элементарной серы, в то время как, если серная кислота требуется в соседнем процессе, то вся серная кислота может выводиться по линии 54. Система охлаждения кислоты (не показана) расположена между выпускным отверстием конденсатора серной кислоты и разделением на два потока кислоты 54 и 56.- 11 039970 elemental sulfur, while if sulfuric acid is required in an adjacent process, then all sulfuric acid can be removed through line 54. An acid cooling system (not shown) is located between the outlet of the sulfuric acid condenser and the separation into two streams of acid 54 and 56.

В вариации способа конверсию и конденсацию серной кислоты можно проводить в две стадии, где оставшийся SO2 окисляют, присоединяют воду и конденсируют, причем соответствующее преимущество состоит в обеспечении повышенного удаления серы.In a variation of the process, the conversion and condensation of sulfuric acid can be carried out in two steps, where the remaining SO2 is oxidized, water added and condensed, with the corresponding advantage of providing increased sulfur removal.

В другой вариации подаваемый газ для конвертера SO2 38 может быть высушен, так что газ с высоким содержанием SO3 48 будет содержать мало воды или вообще не будет ее содержать. В этом случае конденсатор серной кислоты 50 может быть заменен поглотителем, в котором SO3 может быть абсорбирован в серную кислоту для получения концентрированной серной кислоты с помощью сухого способа получения серной кислоты.In another variation, the SO2 converter feed gas 38 can be dried so that the high SO3 48 gas contains little or no water. In this case, the sulfuric acid condenser 50 can be replaced by an absorber in which SO3 can be absorbed into sulfuric acid to produce concentrated sulfuric acid by a dry sulfuric acid production process.

В другом варианте некоторое количество элементарной серы также может быть перемещено в камеру сгорания 32, что будет иметь эффект подачи SO2 в процесс получения серной кислоты без введения воды, что может быть полезным, если желательно увеличить концентрацию SO3, что может быть полезным в сухом способе получения серной кислоты.Alternatively, some elemental sulfur may also be transferred to combustor 32, which will have the effect of introducing SO2 into the sulfuric acid process without introducing water, which may be useful if it is desired to increase the concentration of SO3, which may be useful in a dry process. sulfuric acid.

В другом варианте некоторое количество исходного газа 2 с высоким содержанием H2S также можно разделить на количество, направленное в реактор процесса Клауса 8, и количество, направленное в камеру сгорания 32, для окисления.Alternatively, some of the H2S rich feed gas 2 can also be divided into the amount sent to the Claus reactor 8 and the amount sent to combustion chamber 32 for oxidation.

В другом варианте некоторое количество топливного газа направляется в камеру сгорания 32, чтобы иметь возможность поддерживать стабильное пламя и достаточно высокую температуру для полного окисления восстановленных соединений, таких как H2S, CO, H2, COS, присутствующих в конечном отходящем газе установки Клауса 26.In another embodiment, some fuel gas is sent to the combustion chamber 32 to be able to maintain a stable flame and a temperature high enough to completely oxidize the reduced compounds such as H 2 S, CO, H 2 , COS present in the final off-gas of the Claus plant 26 .

На фиг. 2 показан процесс получения серы и серной кислоты в соответствии с предшествующим уровнем техники. В данном случае исходный газ 2 с высоким содержанием H2S направляют в процесс Клауса, из которого отходящий газ установки Клауса 26 направляют в процесс получения серной кислоты. Исходный газ 2 с высоким содержанием H2S направляют в реакционную печь Клауса 66, превращая некоторое количество H2S в SO2, чтобы сформировать подаваемый газ для конвертера Клауса 4, имеющий соотношение между H2S и SO2, близкое к 2:1. Этот газ для конвертера Клауса 4 направляют в конвертер 8, содержащий материал, каталитически активный в реакции Клауса, 12 для получения продукта процесса Клауса 14. Продукт процесса Клауса 14 направляют в установку конденсации серы 16, получая конденсированную серу 18 и отходящий газ установки Клауса 20. Влажный отходящий газ установки Клауса 20, как правило, дополнительно подвергают взаимодействию в присутствии дополнительного материала, каталитически активного в реакции Клауса, с последующей дополнительной конденсацией серы на от одной до четырех дополнительных стадиях процесса Клауса (здесь не показаны), чтобы получить конечный влажный отходящий газ установки Клауса. Водная фаза 24 при необходимости может быть отделена от влажного отходящего газа установки Клауса 20 в сепараторе 22 с получением высушенного отходящего газа установки Клауса 26, который направляют в камеру сгорания 32, получая подаваемый газ для конвертера SO2 34. Исходный газ для конвертера SO2 34 направляют в конвертер SO2 40, содержащий один или несколько слоев (пластов) каталитически активного материала 42, 44, 46, при необходимости с межслойным охлаждением, из которого отводят газ 48 с высоким содержанием SO3. Поскольку этот газ с высоким содержанием SO3 содержит воду, то этот SO3 может присоединять воду с образованием H2SO4. H2SO4 конденсируют в виде концентрированной серной кислоты 52 в конденсаторе серной кислоты 50. Из конденсатора серной кислоты 50 по существу чистый газ 62 может отводиться и направляться в ряд дымовых труб 64.In FIG. 2 shows a process for producing sulfur and sulfuric acid in accordance with the prior art. In this case, the source gas 2 with a high content of H2S is sent to the Claus process, from which the off-gas of the Claus plant 26 is sent to the sulfuric acid production process. The H2S rich feed gas 2 is sent to a Claus reaction furnace 66 converting some H 2 S to SO 2 to form a Claus converter feed gas 4 having a ratio between H2S and SO2 close to 2:1. This Claus converter gas 4 is sent to a converter 8 containing Claus catalytic material 12 to produce a Claus process product 14. The Claus process product 14 is sent to a sulfur condensation unit 16 to produce condensed sulfur 18 and Claus plant off-gas 20. The wet off-gas of a Claus plant 20 is typically further reacted in the presence of additional Claus catalytic material, followed by additional sulfur condensation in one to four additional Claus process steps (not shown here) to produce the final wet off-gas Claus settings. The aqueous phase 24 may optionally be separated from the wet Claus off-gas 20 in a separator 22 to produce a dried Claus off-gas 26, which is sent to combustion chamber 32 to produce feed gas for SO 2 converter 34. Feed gas for SO2 converter 34 is sent into an SO2 converter 40 containing one or more layers (layers) of catalytically active material 42, 44, 46, if necessary with interlayer cooling, from which a gas 48 with a high SO3 content is removed. Because this high SO3 gas contains water, this SO3 can add water to form H 2 SO 4 . H 2 SO 4 is condensed as concentrated sulfuric acid 52 in a sulfuric acid condenser 50. From the sulfuric acid condenser 50, a substantially pure gas 62 can be removed and sent to a series of stacks 64.

Чтобы поддерживать стабильное пламя и достаточно высокую температуру для полного окисления H2S, CO, CS2, COS и Н2, в камеру сгорания 32 может быть направлен топливный газ. Кислород также подают, как правило, посредством воздуха, чтобы обеспечивать кислород как для реакций горения в камере сгорания 32, но также и как кислород, необходимый для окисления SO2 в конвертере SO2. Чтобы уменьшить потребление топлива, кислород для окисления SO2 может быть добавлен между выпускным отверстием камеры сгорания 32 и впускным отверстием конвертера SO2 40.To maintain a stable flame and a temperature high enough to completely oxidize H 2 S, CO, CS 2 , COS, and H 2 , fuel gas may be directed into combustion chamber 32. Oxygen is also supplied, typically by air, to provide oxygen both for the combustion reactions in the combustion chamber 32, but also as the oxygen needed to oxidize the SO2 in the SO2 converter. To reduce fuel consumption, SO2 oxidation oxygen can be added between the combustion chamber outlet 32 and the SO2 converter inlet 40.

На фиг. 3 показан интегрированный процесс Клауса + получения серной кислоты со сжиганием серной кислоты в реакционной печи Клауса 66 согласно настоящему раскрытию. Исходный газ 2 с высоким содержанием H2S, серную кислоту 52, газ с высоким содержанием кислорода 72, при необходимости газ, содержащий топливо, 68 и при необходимости второй исходный газ 70 с высоким содержанием H2S и NH3 направляют в реакционную печь Клауса 66, а продукт сгорания в качестве не содержащего О2 подаваемого газа для конвертера Клауса 4 направляют в конвертер 8. Между выпускным отверстием реакционной печи Клауса 66 и впускным отверстием конвертера Клауса 8 обычно устанавливают котелутилизатор (не показан), чтобы снизить температуру до оптимальной рабочей температуры для катализатора Клауса, при необходимости также с удалением элементарной серы, образовавшейся в реакционной печи Клауса 66. Не содержащий О2 подаваемый газ для конвертера Клауса 4 направляют на контактирование с каталитически активным в реакции Клауса материалом 12, получая продукт процесса Клауса 14. Продукт процесса Клауса 14 направляют на установку конденсации серы 16, получая конденсированнуюIn FIG. 3 shows an integrated Claus+sulfuric acid process with sulfuric acid combustion in a Claus reaction furnace 66 according to the present disclosure. The H2S rich feed gas 2, sulfuric acid 52, the oxygen rich gas 72, optionally the fuel containing gas 68 and optionally the second H2S and NH3 rich feed gas 70 are sent to the Claus reaction furnace 66 and the combustion product as the O 2 free feed gas for the Claus converter 4 is sent to the converter 8. Between the outlet of the Claus reaction furnace 66 and the inlet of the Claus converter 8 a recovery boiler (not shown) is usually installed to reduce the temperature to the optimum operating temperature for the Claus catalyst, at necessary, also with the removal of elemental sulfur formed in the Claus reaction furnace 66. The O2-free feed gas for the Claus converter 4 is sent to contact with the catalytically active in the Claus reaction material 12, obtaining the product of the Claus 14 process. The product of the Claus 14 process is sent to the sulfur condensation unit 16, getting condensed

- 12 039970 серу 18 и отходящий газ установки Клауса 20.- 12 039970 sulfur 18 and off-gas from the Claus 20 plant.

Отходящий газ установки Клауса 20 при необходимости может дополнительно подвергаться реакции в присутствии дополнительного материала, каталитически активного в процессе Клауса, с последующей дополнительной конденсацией серы на от одной до четырех дополнительных стадиях процесса Клауса (здесь не показаны) для получения конечного отходящего газа установки Клауса. Некоторое количество конечного отходящего газа установки Клауса, содержащего H2S, 20 направляют в устройство для окисления отходящего газа установки Клауса 32, получая подаваемый газ для конвертера SO2 34. Чтобы обеспечить окисление соединений в отходящем газе установки Клауса, в камеру сгорания 32 направляют газ 72 с высоким содержанием O2.The Claus off-gas 20 may optionally be further reacted in the presence of additional Claus catalytic material, followed by additional sulfur condensation in one to four additional Claus process steps (not shown here) to produce the final Claus off-gas. Some of the final Claus off-gas containing H 2 S 20 is sent to the Claus off-gas oxidizer 32 to produce feed gas for the SO2 converter 34. To oxidize the compounds in the Claus off-gas, gas 72 is sent to combustion chamber 32 with a high content of O 2 .

Подаваемый газ для конвертера SO2 обычно охлаждают в котле-утилизаторе (не показан), чтобы обеспечить оптимальную температуру для первого слоя катализатора 42 в конвертере SO2 40. Подаваемый газ для конвертера SO2 34 направляют в конвертер SO2 40, содержащий один или несколько слоев/пластов каталитически активного материала 42, 44, 46, при необходимости с межслойным охлаждением, из которого отводят газ с высоким содержанием SO3 48. Поскольку этот газ с высоким содержанием SO3 содержит воду, то SO3 может присоединять воду с образованием H2SO4. H2SO4 конденсируется в виде концентрированной серной кислоты 52 в конденсаторе серной кислоты 50. Если количество воды недостаточно для полной гидратации SO3, то может быть предпочтительным добавление пара в месте, находящемся выше по потоку относительно конденсатора серной кислоты 50. Из конденсатора серной кислоты 50, по существу, чистый газ 62 может отводиться и направляться в ряд дымовых труб 64. Обычно всю серную кислоту 52 подвергают рециркуляции в реакционную печь Клауса 66, но при необходимости некоторое количество серной кислоты можно отводить для других технологических целей.The SO2 converter feed gas is typically cooled in a waste heat boiler (not shown) to provide the optimum temperature for the first catalyst bed 42 in the SO2 converter 40. The SO2 converter feed gas 34 is sent to the SO2 converter 40 containing one or more catalytic beds/beds. active material 42, 44, 46, optionally with interlayer cooling, from which the high SO3 gas 48 is removed. Since this high SO3 gas contains water, SO3 can add water to form H 2 SO 4 . H 2 SO 4 condenses as concentrated sulfuric acid 52 in sulfuric acid condenser 50. If the amount of water is insufficient to completely hydrate SO3, it may be preferable to add steam at a location upstream of sulfuric acid condenser 50. From sulfuric acid condenser 50 substantially pure gas 62 may be removed and sent to a series of stacks 64. Typically, all of the sulfuric acid 52 is recycled to the Claus reaction furnace 66, but if desired, some sulfuric acid may be withdrawn for other process uses.

В другом варианте осуществления конверсия и конденсация серной кислоты могут быть выполнены в две стадии, где оставшийся SO2 из первой стадии дополнительно окисляют, присоединяют воду и конденсируют, причем соответствующее преимущество состоит в обеспечении повышенного удаления серы.In another embodiment, the conversion and condensation of sulfuric acid can be carried out in two stages, where the remaining SO2 from the first stage is further oxidized, water is added and condensed, with the corresponding advantage of providing increased sulfur removal.

В другом варианте осуществления дополнительная конверсия SO2 может быть достигнута путем помещения установки очистки отходящего газа ниже по потоку относительно процесса получения серной кислоты. Существуют многочисленные технические решения для этих отходящих газов, где щелочные скрубберы, при необходимости в сочетании с фильтрами для очистки от взвесей, являются наиболее распространенным типом. Скрубберы, использующие Н2О2 или NH3, являются предпочтительными, поскольку выходящие потоки из этих скрубберов представляют собой H2SO4 и (NH4)2SO4 соответственно, оба из которых могут быть возвращены в цикл в реакционную печь Клауса для термической деструкции, то есть, устраняя поток отходов.In another embodiment, additional SO2 conversion can be achieved by placing the off-gas treatment plant downstream of the sulfuric acid production process. Numerous solutions exist for these off-gases, with alkaline scrubbers, if necessary in combination with suspended solids filters, being the most common type. Scrubbers using H 2 O 2 or NH3 are preferred because the effluents from these scrubbers are H 2 SO 4 and (NH 4 ) 2 SO 4 , respectively, both of which can be recycled to the Claus reaction furnace for thermal destruction , that is, by eliminating the waste stream.

В другом варианте осуществления подаваемый газ для конвертера SO2 34 может быть высушен так, что газ с высоким содержанием SO3 48 будет содержать мало воды или вообще не будет ее содержать. В этом случае конденсатор серной кислоты 50 может быть заменен абсорбером, в котором SO3 может быть абсорбирован в серную кислоту для получения концентрированной серной кислоты с помощью сухого процесса получения серной кислоты.In another embodiment, the SO2 converter feed gas 34 can be dried such that the high SO3 gas 48 contains little or no water. In this case, the sulfuric acid condenser 50 can be replaced by an absorber in which SO3 can be absorbed into sulfuric acid to produce concentrated sulfuric acid using a dry sulfuric acid process.

В другом варианте осуществления некоторое количество элементарной серы также может быть перемещено в камеру сгорания 32, что будет иметь эффект получения SO2 для процесса получения серной кислоты без введения воды, что может быть полезно, если желательно увеличить концентрацию SO3, что может быть полезным в сухом способе получения серной кислоты.In another embodiment, some elemental sulfur may also be transferred to combustor 32, which will have the effect of providing SO2 for the sulfuric acid process without introducing water, which may be useful if it is desired to increase the concentration of SO3, which may be useful in a dry process. obtaining sulfuric acid.

В другом варианте осуществления некоторое количество топливного газа 68 направляют в устройство для окисления отходящего газа установки Клауса 32, чтобы обеспечить достаточно высокую температуру для полного окисления всех восстановленных соединений в отходящем газе установки Клауса 20.In another embodiment, some fuel gas 68 is sent to the Claus 32 off-gas oxidizer to provide a temperature high enough to completely oxidize all of the reduced compounds in the Claus 20 off-gas.

В другом варианте осуществления некоторое количество подаваемого газа 2 с высоким содержанием H2S также можно разделить на количество, направленное в камеру сгорания процесса Клауса (то есть, реакционную печь Клауса) 66, и количество, направленное в устройство для окисления отходящего газа установки Клауса 32. Это снизит потребность в добавлении топливного газа в устройство для окисления отходящего газа установки Клауса 32.In another embodiment, some of the H2S rich feed gas 2 can also be divided by the amount sent to the Claus combustor (i.e., the Claus reaction furnace) 66 and the amount sent to the Claus off-gas oxidizer 32. This will reduce the need to add fuel gas to the Claus 32 off-gas oxidiser.

В другом варианте осуществления всё количество второго исходного сырья, содержащего NH3 и H2S, 70 направляют в устройство для окисления отходящего газа установки Клауса 32, устраняя риск образования соли NH3 в установках конденсации серы (то есть, конденсаторах Клауса) 16. В этом варианте осуществления будет установлена система для восстановления NOx 33, расположенная между выпускным отверстием устройства для окисления отходящего газа установки Клауса 32 и впускным отверстием конвертера SO2 40. Как правило, будет использоваться так называемый каталитический реактор SCR (селективной каталитической реакции), требующий добавления NH3 для протекания этой реакции SCR. Добавление NH3 может происходить из внешнего источника или может представлять собой небольшой поток второго исходного сырья, содержащего NH3 и H2S, 70, который тогда пускают по байпасной линии в устройство для окисления отходящего газа установки Клауса.In another embodiment, the entire second feedstock containing NH3 and H2S 70 is sent to the Claus off-gas oxidizer 32, eliminating the risk of NH3 salt formation in the sulfur condensation units (i.e., Claus condensers) 16. In this embodiment, there will be a NO x 33 reduction system is installed between the outlet of the Claus 32 off-gas oxidizer and the inlet of the SO2 converter 40. Typically, a so-called SCR (Selective Catalytic Reaction) reactor will be used, requiring the addition of NH3 for this reaction to proceed SCR. The NH3 addition may be from an external source or may be a small second feed stream containing NH3 and H2S, 70 which is then bypassed to the Claus off-gas oxidizer.

В другом варианте осуществления может быть установлен каталитический реактор 35 для окисления оставшихся примесей, таких как углеводороды, СО, COS, CS2, S и H2S.In another embodiment, a catalytic reactor 35 may be installed to oxidize remaining impurities such as hydrocarbons, CO, COS, CS 2 , S and H 2 S.

В другом варианте осуществления часть отходящего газа установки Клауса 20 пускают в обходIn another embodiment, part of the Claus 20 off-gas is bypassed

- 13 039970 устройства для окисления отходящего газа установки Клауса 32 и объединяют с горячим отходящим газом 34 из устройства для окисления отходящего газа установки Клауса в точке смешивания газа сразу ниже по потоку относительно этого устройства для окисления отходящего газа установки Клауса. Это уменьшает количество топливного газа 68, необходимое для устройства для окисления отходящего газа установки Клауса, чтобы поддерживать достаточно высокую температуру. Объединенный отходящий газ устройства для окисления отходящего газа установки Клауса и пропущенный по байпасной линии отходящий газ установки Клауса должен иметь температуру смешанного газа, превышающую 400°С, чтобы обеспечить гомогенное (то есть, в газовой фазе) окисление H2S. Для обеспечения полного окисления «сложных» соединений, таких как COS и СО, между местом смешивания газов и впускным отверстием в конвертер SO2 40 может быть установлен имеющийся при необходимости катализатор окисления 35. Чтобы обеспечить оптимальный контроль температуры катализатора окисления, между местом смешивания газов и впускным отверстием в катализатор окисления может быть установлен котел-утилизатор или любой другой теплообменник. Катализатор окисления обычно содержит благородный металл, такой как платина (Pt) или палладий (Pd).- 13 039970 of the Claus off-gas oxidizer 32 and combine with the hot off-gas 34 from the Claus off-gas oxidizer at the gas mixing point immediately downstream of the Claus off-gas oxidizer. This reduces the amount of fuel gas 68 required by the Claus off-gas oxidizer to maintain a sufficiently high temperature. The combined off-gas from the Claus off-gas oxidiser and the bypassed off-gas from the Claus must have a mixed gas temperature in excess of 400° C. to ensure homogeneous (i.e., in gas phase) oxidation of H 2 S. To ensure complete oxidation "difficult" compounds such as COS and CO, an optional oxidation catalyst 35 can be installed between the gas mixing point and the inlet to the SO2 converter 40. To ensure optimum temperature control of the oxidation catalyst, between the gas mixing point and the inlet to the oxidation catalyst a waste heat boiler or any other heat exchanger can be installed. The oxidation catalyst typically contains a noble metal such as platinum (Pt) or palladium (Pd).

В другом варианте осуществления газ, содержащий кислород, 72 может представлять собой чистый кислород или атмосферный воздух, обогащенный кислородом, так что он содержит менее 50, 20, 10 или даже 1 % N2 + Ar.In another embodiment, the oxygen containing gas 72 may be pure oxygen or atmospheric air enriched with oxygen such that it contains less than 50%, 20%, 10%, or even 1% N 2 + Ar.

Примеры 1 -3.Examples 1 -3.

Были исследованы три примера путем моделирования процесса для типичного исходного сырья процесса Клауса, которое включает углеводороды, без непосредственного отношения к настоящему изобретению.Three examples were explored by process simulations for typical Claus process feedstocks that include hydrocarbons, without being directly related to the present invention.

Исходный газ (2) представляет собой газ с высоким содержанием H2S с нефтеперерабатывающего завода и имеет следующий состав:The feed gas (2) is a high H2S gas from a refinery and has the following composition:

Расход исходного газа : 1593 нм3Feed gas consumption : 1593 Nm 3 /h

Концентрация H2S : 91,6 % объемн.H 2 S concentration: 91.6% vol.

Концентрация Н2О : 3,7 % объемн.H 2 O concentration: 3.7% vol.

Концентрация Н2 : 1,9% объемн.H 2 concentration: 1.9% vol.

Концентрация СО2 : 2,8 % объемн.CO 2 concentration: 2.8% vol.

Пример 1 относится к процессу, как показано на фиг. 1, в котором желательно конвертировать 70% H2S в элементарную серу, а оставшиеся 30% в серную кислоту. Этот пример потребует только одну камеру сгорания, и объем газа, обработанного в секции Клауса, составит 67% от объема газа, обработанного в секции получения серной кислоты.Example 1 refers to a process as shown in FIG. 1, in which it is desirable to convert 70% H2S to elemental sulfur and the remaining 30% to sulfuric acid. This example would require only one combustion chamber and the volume of gas processed in the Claus section would be 67% of the volume of gas processed in the sulfuric acid section.

Пример 2 относится к процессу, как показано на фиг. 1, в котором желательно конвертировать 100% H2S в элементарную серу путем рециркуляции всей произведенной серной кислоты. Этот пример также потребует только одну камеру сгорания. Поскольку должно образовываться больше серы, потоки вокруг секции катализатора и конденсатора Клауса были увеличены, тогда как поток в процесс получения серной кислоты немного уменьшился.Example 2 refers to a process as shown in FIG. 1, in which it is desirable to convert 100% H 2 S to elemental sulfur by recycling all of the produced sulfuric acid. This example will also require only one combustion chamber. Since more sulfur must be produced, the flows around the catalyst section and the Claus condenser were increased, while the flow to the sulfuric acid process was slightly reduced.

Пример 3 относится к способу согласно предшествующему уровню техники, как показано на фиг. 2, в котором желательно конвертировать 70% H2S в элементарную серу, а оставшиеся 30% в серную кислоту. Такой процесс может быть выполнен с помощью одной стадии процесса Клауса, но потребуется реакционная печь Клауса, а также устройство для окисления отходящего газа установки Клауса. По сравнению с примером 1 поток технологического газа через однопроходный процесс ниже в секции Клауса и является аналогичным в секции получения серной кислоты. Стоимость более крупного реактора Клауса и конденсатора серы мала по сравнению со стоимостью реакционной печи Клауса и котла-утилизатора, как в предшествующем уровне техники.Example 3 relates to the prior art method as shown in FIG. 2, in which it is desirable to convert 70% of the H 2 S to elemental sulfur and the remaining 30% to sulfuric acid. Such a process can be done with a single Claus process step, but would require a Claus reaction furnace as well as a Claus off-gas oxidizer. Compared to example 1, the process gas flow through the single pass process is lower in the Claus section and is similar in the sulfuric acid section. The cost of the larger Claus reactor and sulfur condenser is small compared to the cost of the Claus reaction furnace and waste heat boiler as in the prior art.

Из приведенных выше примеров ясно, что интеграция процесса Клауса и процесса WSA® дает возможность значительно сэкономить на затратах на оборудование. Эта интеграция может избежать необходимости в камере сгорания, и, кроме того, число стадий процесса Клауса также может быть уменьшено.It is clear from the above examples that the integration of the Claus process and the WSA® process offers the potential for significant savings in equipment costs. This integration can avoid the need for a combustion chamber, and furthermore, the number of Claus process steps can also be reduced.

Примеры 4-7.Examples 4-7.

Четыре других примера были проанализированы для способа, показанного на фиг. 3, в сравнении со способом из предшествующего уровня техники, как показано на фиг. 2.Four other examples were analyzed for the method shown in FIG. 3 compared to the prior art method as shown in FIG. 2.

Эти примеры основаны на следующих исходных газах:These examples are based on the following source gases:

Исходный газ с высоким содержанием H2S (поток 2 на фиг. 2 и 3):High H2S feed gas (stream 2 in FIGS. 2 and 3):

Общий расход газа : 8190нм3Total gas consumption : 8190nm 3 /h

Концентрация H2S : 94 % объемн.H 2 S concentration: 94% vol.

Концентрация Н2О : 6 % объемн.H 2 O concentration: 6 % vol.

Газ с высоким содержанием H2S типичен для нефтеперерабатывающих заводов и также будет соHigh H2S gas is typical of refineries and will also

- 14 039970 держать различные количества легких углеводородов.- 14 039970 hold various amounts of light hydrocarbons.

Исходный газ с высоким содержанием H2S и NH3 (поток 70 на фиг. 2 и 3):High H2S and NH3 feed gas (stream 70 in FIGS. 2 and 3):

Общий расход газа : 3669 нм3Total gas consumption : 3669 Nm3 /h

Концентрация H2S : 28 % объемн.H 2 S concentration: 28% vol.

Концентрация NH3 : 45 % объемн.NH 3 concentration: 45% vol.

Концентрация Н2О : 27 % объемн.H 2 O concentration: 27% vol.

Эти потоки, содержащие H2S и NH3, обычно являются отходящими газами из так называемых стриппинг-колонн кислой воды и определяются как газы SWS. Они также могут содержать различные количества легких углеводородов.These streams containing H2S and NH3 are typically off-gases from so-called acid water strippers and are referred to as SWS gases. They may also contain varying amounts of light hydrocarbons.

Топливный газ представляет собой смесь легких углеводородов (в основном CH4) с более низкой теплотворной способностью, составляющей 12 200 ккал/нм3.The fuel gas is a mixture of light hydrocarbons (mainly CH 4 ) with a lower calorific value of 12,200 kcal/Nm 3 .

Подаваемые потоки, воздух для горения и отходящий газ установки Клауса предварительно подогревают, насколько это возможно, за счет использования тепла, выделяющегося в комбинированных процессах Клауса + получения серной кислоты.Feed streams, combustion air and off-gas from the Claus plant are preheated as far as possible by using the heat released from the combined Claus + sulfuric acid processes.

В этих примерах процесс Клауса работает с извлечением серы из исходного сырья на 94-95%, то есть, это может быть хорошо работающая установка Клауса, имеющая только 2 каталитические стадии.In these examples, the Claus process is operating at 94-95% sulfur recovery from the feedstock, ie, it could be a well-performing Claus plant having only 2 catalytic stages.

Пример 4. Последовательный процесс Клауса + получения серной кислоты согласно предшествующему уровню техникиExample 4 Sequential Claus + Sulfuric Acid Process According to the Prior Art

В примере 4 все подаваемые потоки обрабатываются в процессе Клауса с получением потока 11,7 т/ч элементарной серы и отходящего газа установки Клауса, содержащего ~5% от S в подаваемых газах. В устройстве для окисления отходящего газа установки Клауса соединения серы, присутствующие в отходящем газе установки Клауса, окисляются, и обеспечивается топливный газ для поддержания температуры камеры сгорания, составляющей 1000°С, так что все восстановленные соединения, такие как СО, COS, Н2, H2S Sx и CS2 полностью окисляются до СО2, Н2О и SO2.In Example 4, all feed streams are treated in a Claus process to produce a stream of 11.7 t/h of elemental sulfur and a Claus plant off-gas containing ~5% of S in the feed gases. In the Claus off-gas oxidizer, the sulfur compounds present in the off-gas of the Claus plant are oxidized, and fuel gas is provided to maintain the combustion chamber temperature at 1000° C., so that all the reduced compounds such as CO, COS, H 2 , H 2 S Sx and CS2 are completely oxidized to CO 2 , H 2 O and SO2.

Получение концентрированной серной кислоты составляет 2,4 т/ч, в пересчете на 100 мас.% H2SO4.Getting concentrated sulfuric acid is 2.4 t/h, in terms of 100 wt.% H 2 SO 4 .

Общее извлечение серы и серной кислоты составляет > 99,9% от S в исходном сырье, в соответствии даже со строгим природоохранным законодательством.The total recovery of sulfur and sulfuric acid is > 99.9% of the S in the feedstock, even with stringent environmental regulations.

Пример 5. Рециркуляция H2SO4 в реакционную печь КлаусаExample 5 Recycle H 2 SO 4 to a Claus Reaction Furnace

В этом примере H2SO4 нежелательна в качестве продукта, и всё производство кислоты из процесса получения серной кислоты подвергается рециркуляции в реакционную печь Клауса. Количество рециркулируемой H2SO4 соответствует ~6% от общего количества S в потоках исходного сырья.In this example, H 2 SO 4 is not desired as a product and all acid production from the sulfuric acid process is recycled to the Claus reaction furnace. The amount of H 2 SO 4 recycled corresponds to ~6% of the total S in the feed streams.

Общий поток продукта элементарной серы теперь равен S в потоках исходного сырья, что соответствует 107% от базового варианта, такого как описан в примере 4.The total elemental sulfur product stream is now equal to S in the feed streams, which corresponds to 107% of the base case, such as described in example 4.

Температура в реакционной печи Клауса снижается на ~200°С из-за испарения и разложения H2SO4, но эта температура все еще значительно выше минимальной для полного выгорания углеводородов и NH3. В реакционной печи Клауса топливный газ не требуется.The temperature in the Claus reaction furnace decreases by ~200°C due to evaporation and decomposition of H 2 SO 4 , but this temperature is still well above the minimum for complete burnout of hydrocarbons and NH3. No fuel gas is required in the Claus reaction furnace.

Поскольку H2SO4 является превосходным носителем О2, потребности в воздухе для горения уменьшаются, и, таким образом, объем технологического газа уменьшается, поскольку уменьшается поток инертного N2. Суммарно поток технологического газа из реакционной печи Клауса уменьшается до 94% от базового потока, а поток технологического газа из устройства для окисления отходящего газа установки Клауса уменьшается до 93% благодаря этому уменьшению потока N2. Поскольку меньшее количество технологического газа необходимо нагревать до 1000°С в устройстве для окисления отходящего газа установки Клауса, потребление топливного газа составляет только 92% от базового варианта.Because H2SO4 is an excellent O2 carrier, combustion air requirements are reduced and thus process gas volume is reduced as inert N 2 flow is reduced. In total, the process gas flow from the Claus reaction furnace is reduced to 94% of the base flow, and the process gas flow from the Claus off-gas oxidizer is reduced to 93% due to this reduction in N2 flow. Since less process gas needs to be heated to 1000°C in the Claus off-gas oxidizer, the fuel gas consumption is only 92% of the base case.

Преимущество от рециркуляции H2SO4 оказалось неожиданно высоким, поскольку не только увеличилась производительность образования серы на установке Клауса на 7%, но в то же самое время объем технологического газа уменьшился на 6-7%. Это соответствует увеличению производительности установки Клауса на ~ 15%, при условии, что расход технологического газа составляет 100% от базового варианта.The benefit from H2SO4 recycling was surprisingly high, as not only did the Claus plant's sulfur production increase by 7%, but at the same time the process gas volume decreased by 6-7%. This corresponds to an ~15% increase in Claus plant capacity, assuming that the process gas flow rate is 100% of the base case.

Пример 6. Рециркуляция H2SO4 в реакционную печь Клауса и пропускание газа SWS по байпасной линии в устройство для окисления отходящего газа установки КлаусаExample 6 Recirculation of H2SO4 to a Claus Reaction Furnace and Bypass SWS Gas to the Claus Off-Gas Oxidizer

В этом примере потребление топливного газа в устройстве для окисления отходящего газа установки Клауса было минимизировано путем пропускания части газа SWS по байпасной линии в это устройство для окисления отходящего газа установки Клауса. Газ SWS имеет высокую теплотворную способность и может легко выступать в качестве топливного газа. Исходный газ с высокой концентрацией H2S также мог бы использоваться, но поскольку газ SWS может быть проблематичным в процессе Клауса и не создает проблем в процессе WSA®, пропускание газа SWS по байпасной линии имеет большие преимущества, чем пропускание по байпасной линии газа H2S. Что касается технологического газа, то здесь также будет иметь место уменьшение объема газа, поскольку NH3 в газе SWS увеличит объем технологического газа в процессе Клауса из-за потребности в кислороде (воздухе) для сгорания NH3 до N2 и Н2О.In this example, fuel gas consumption in the Claus off-gas oxidizer was minimized by passing a portion of the SWS gas through a bypass line to the Claus off-gas oxidizer. SWS gas has a high calorific value and can easily act as a fuel gas. A feed gas with a high H 2 S concentration could also be used, but since SWS gas can be problematic in the Claus process and does not pose problems in the WSA® process, bypassing the SWS gas has greater advantages than bypassing the H2S gas. As for the process gas, there will also be a decrease in gas volume because the NH3 in the SWS gas will increase the process gas volume in the Claus process due to the oxygen (air) requirement to burn the NH3 to N2 and H2O.

- 15 039970- 15 039970

Количество рециркулируемого газа SWS регулируют таким образом, чтобы в устройстве для окисления отходящего газа установки Клауса достигалось 1000°С, обеспечивая полное выгорание восстановленных соединений из отходящего газа установки Клауса, таких как H2S, COS, CO, H2, Sx и CS2.The amount of recycle gas SWS is controlled so that 1000° C. is reached in the Claus off-gas oxidizer, ensuring complete burn-off of the reduced compounds from the Claus off-gas, such as H2S, COS, CO, H2, S x and CS2.

Поскольку топливный газ в устройстве для окисления отходящего газа установки Клауса теперь содержит H2S, производство H2SO4 будет увеличиваться, составляя теперь ~13% от S в потоках исходного сырья. Это большое количество рециркулирующей серной кислоты приводит к значительному снижению температуры реакционной печи Клауса.Because the fuel gas in the Claus off-gas oxidizer now contains H2S, H2SO4 production will increase, now accounting for ~13% of S in the feed streams. This large amount of recycled sulfuric acid leads to a significant decrease in the temperature of the Claus reaction furnace.

При надлежащем предварительном нагреве подаваемого потока все еще возможно достичь достаточно высокой температуры в реакционной печи Клауса без необходимости во вспомогательном топливе.With proper feed preheating, it is still possible to achieve a sufficiently high temperature in the Claus reaction furnace without the need for auxiliary fuel.

Влияние на размер процесса Клауса является существенным: объем технологического газа снижается до 65% от базового варианта, причем все еще с получением 107% элементарной серы. Это сокращение объема технологического газа может быть использовано либо для повышения производительности существующей установки, либо для значительного снижения стоимости новой установки.The impact on the size of the Claus process is significant: the volume of process gas is reduced to 65% of the base case, still producing 107% elemental sulfur. This reduction in process gas can be used either to increase the capacity of an existing plant or to significantly reduce the cost of a new plant.

Также станет меньше установка получения серной кислоты, поскольку расход технологического газа составляет всего 90% от расхода базового варианта. Это удивительно, так как производство H2SO4 более чем удвоилось по сравнению с базовым вариантом, но это в основном из-за большого сокращения расхода отходящего газа установки Клауса.The sulfuric acid plant will also be smaller, as the process gas consumption is only 90% of that of the base case. This is surprising as the H2SO4 production more than doubled compared to the baseline, but this is mainly due to the large reduction in off-gas flow from the Claus plant.

Что наиболее примечательно, так это снижение потребления топливного газа, которое теперь составляет всего 16% от расхода в базовом варианте, что способствует значительно более низким эксплуатационным расходам интегрированных процесса Клауса + получения серной кислоты.Most notably, the reduction in fuel gas consumption, now only 16% of the base case, contributes to significantly lower operating costs of the integrated Claus + sulfuric acid process.

Пример 7. Рециркуляция H2SO4 и полное пропускание газа SWS по байпасной линии в устройство для окисления отходящего газа установки КлаусаExample 7 Recirculation of H2SO4 and complete SWS gas bypass to the Claus off-gas oxidiser

Этот пример основное внимание уделяет полному устранению газа SWS из установки Клауса, обеспечивая то, что образование соли аммиака в конденсаторах серы невозможно, и, таким образом, снижается риск выхода из строя установки Клауса.This example focuses on the complete elimination of the SWS gas from the Claus plant, ensuring that the formation of ammonia salt in the sulfur condensers is not possible, and thus the risk of failure of the Claus plant is reduced.

Поток технологического газа из реакционной печи Клауса составляет 69% от базового варианта, но немного выше по сравнению с примером 6, где только часть газа SWS пропускают по байпасной линии. Увеличение потока технологического газа обусловлено необходимостью в добавлении топливного газа в реакционную печь Клауса для поддержания высокой рабочей температуры.The flow of process gas from the Claus reaction furnace is 69% of the base case, but slightly higher compared to example 6, where only part of the SWS gas is bypassed. The increase in process gas flow is due to the need to add fuel gas to the Claus reaction furnace to maintain a high operating temperature.

Производство H2SO4 на установке WSA® в данном случае увеличилось до 17% от S в подаваемых газах, а рециркуляция всей продукции в этом случае быстро снижает температуру реакционной печи Клауса до такой степени, что требуется топливный газ. Технологический газ из устройства для окисления отходящего газа установки Клауса увеличился до 107% от базового варианта из-за увеличенной подачи серы на установку получения серной кислоты.The production of H2SO4 in the WSA® plant in this case increased to 17% of the S in the feed gases, and the recirculation of all production in this case quickly reduces the temperature of the Claus reaction furnace to the point that fuel gas is required. The process gas from the Claus off-gas oxidizer increased to 107% of the base case due to the increased sulfur feed to the sulfuric acid plant.

Даже если в реакционной печи Клауса требуется топливный газ, общий расход топливного газа составляет всего 41% от базового варианта.Even if the Claus Reaction Furnace requires fuel gas, the total fuel gas consumption is only 41% of the base case.

С точки зрения размера установки и эксплуатационных затрат этот пример кажется менее оптимальным, чем пример 6, то есть существует оптимальное соотношение рециркуляции H2SO4, которое зависит от фактических расходов и составов подаваемого газа. Пропускание по байпасной линии еще большего количества исходного газа приведет к увеличению производства серной кислоты, что будет еще больше охлаждать реакционную печь Клауса, что снова потребует больше топливного газа, и, следовательно, поток отходящего газа установки Клауса увеличится.In terms of plant size and operating costs, this example seems to be less optimal than example 6, ie there is an optimal H2SO4 recycle ratio that depends on the actual flow rates and feed gas compositions. Bypassing even more feed gas through the bypass will increase the production of sulfuric acid, which will further cool the Claus reaction furnace, again requiring more fuel gas and hence the Claus plant off-gas flow will increase.

Для составов и расходов подаваемого газа, описанных выше, оптимальное значение с точки зрения размеров установки и расхода топлива находится при рециркулирующем потоке H2SO4 между 13 и 17% от подаваемой S в потоках исходного сырья.For the feed gas compositions and flow rates described above, the optimal value in terms of plant size and fuel flow is between 13 and 17% of the H2SO4 recycle stream of the S feed stream in the feed streams.

Как правило, оптимальное пропускание по байпасной линии для исходного газа близко к точке, в которой реакционная печь Клауса работает при минимально допустимой температуре, то есть исходный материал может пропускаться по байпасной линии для производства большего количества серной кислоты до тех пор, пока температура реакционной печи Клауса не достигнет предела для термического разрушения углеводородов и серной кислоты. Увеличение соотношения для пропускаемого по байпасной линии исходного сырья будет уменьшать потребность в топливном газе в устройстве для окисления отходящего газа установки Клауса, но будет увеличивать расход топливного газа в реакционной печи Клауса в гораздо большей степени, поскольку топливный газ в реакционной печи Клауса должен испарять и разлагать серную кислоту и нагревать технологический газ, тогда как в устройстве для окисления отходящего газа установки Клауса требуется только нагревание технологического газа.Typically, the optimum feed gas bypass flow is close to the point at which the Claus reaction furnace is operating at the minimum allowable temperature, i.e. feed can be passed through the bypass to produce more sulfuric acid as long as the Claus reaction furnace temperature will not reach the limit for thermal destruction of hydrocarbons and sulfuric acid. Increasing the bypass feed ratio will reduce the fuel gas requirement in the Claus off-gas oxidizer, but will increase the fuel gas flow in the Claus reaction furnace to a much greater extent, since the fuel gas in the Claus reaction furnace must vaporize and decompose sulfuric acid and heat the process gas, while the Claus off-gas oxidizer only needs to heat the process gas.

Для исходного газа, содержащего, например, 50 об.% H2S, оптимальный рециркулируемый поток H2SO4 составляет ~7% от подачи S в потоке исходного сырья. Пропускание по байпасной линии кислотного газа в устройство для окисления отходящего газа установки Клауса составляет всего 2%, поскольку относительно низкая концентрация H2S приводит к низкой температуре в реакционной печи Клауса, и, таким образом, серная кислота будет быстро снижать температуру и требовать добавления топливногоFor a feed gas containing, for example, 50% vol. H2S, the optimal H2SO4 recycle stream is ~7% of the S feed in the feed stream. The acid gas bypass to the Claus off-gas oxidizer is only 2% because the relatively low concentration of H 2 S results in a low temperature in the Claus reaction furnace, and thus the sulfuric acid will rapidly lower the temperature and require the addition of fuel.

- 16 039970 газа в реакционную печь Клауса. Использование в реакционной печи Клауса воздуха, обогащенного О2, создаст возможность для большего рециркулируемого потока H2SO4.- 16 039970 gas into the Claus reaction furnace. The use of O2-enriched air in the Claus reaction furnace will allow for a greater H2SO4 recycle stream.

Пример 8. Рециркуляция H2SO4, пропускание газа SWS по байпасной линии в устройство для окисления отходящего газа установки Клауса и использование воздуха, обогащенного О2Example 8 Recycle H2SO4, bypass SWS gas to Claus off-gas oxidizer and use O2-enriched air

Чтобы увеличить производительность установки Клауса, хорошо известной возможностью модернизации является установка специальных горелок, которые могут работать с обогащенным воздухом, содержащим > 21 об.% О2, общепринятое качество О2 представляет собой 93-99 об.% О2.To increase the capacity of the Claus plant, a well-known retrofit option is to install special burners that can operate with enriched air containing > 21 vol.% O 2 , the generally accepted quality of O 2 is 93-99 vol.% O 2 .

В этом примере в процессе Клауса используют обогащенный воздух, содержащий 80 об.% О2, тогда как в процессе получения серной кислоты используют атмосферный воздух.In this example, enriched air containing 80% O 2 by volume is used in the Claus process, while ambient air is used in the sulfuric acid process.

Эффект от обогащенного воздуха заключается в значительном уменьшении потока технологического газа из реакционной печи Клауса, главным образом, благодаря уменьшенному количеству N2, связанному с расходом О2. Также более низкий расход технологического газа обеспечивает работу реакционной печи Клауса без добавления топлива, так как необходимо нагревать меньше инертного газа.The effect of the enriched air is to significantly reduce the process gas flow from the Claus reaction furnace, mainly due to the reduced amount of N2 associated with the O 2 consumption. Also, the lower process gas flow allows the Claus reaction furnace to operate without adding fuel, since less inert gas needs to be heated.

Поскольку поток технологического газа из реакционной печи Клауса в этом случае сокращается до 38% от базового варианта, подача отходящего газа установки Клауса в устройство для окисления отходящего газа установки Клауса также значительно уменьшается. Технологический газ, выходящий из устройства для окисления отходящего газа установки Клауса, составляет только 56% от базового варианта, это относительно выше, чем расход в установке Клауса, из-за большого количества газа SWS, пропускаемого по байпасной линии в установку WSA®.Since the process gas flow from the Claus reaction furnace is then reduced to 38% of the base case, the supply of Claus off-gas to the Claus off-gas oxidizer is also significantly reduced. The process gas leaving the Claus off-gas oxidiser is only 56% of the base case, which is relatively higher than the Claus flow due to the large amount of SWS gas bypassed to the WSA®.

С этой технологической схемой возможно работать без топливного газа как в процессе Клауса, так и в процессе получения серной кислоты, даже при таком высоком рециркулирующем потоке H2SO4 из процесса получения серной кислоты.With this process flow it is possible to operate without fuel gas in both the Claus process and the sulfuric acid process, even with such a high recycle flow of H2SO4 from the sulfuric acid process.

Пример 9. Влияние концентрации H2SO4 в рециркулируемой серной кислоте на работу установки КлаусаExample 9 Effect of H 2 SO 4 Concentration in Recycled Sulfuric Acid on Claus Plant Operation

В этом примере влияние концентрации серной кислоты демонстрируется путем сравнения с концентрированной серной кислотой, содержащей 45% H2SO4.In this example, the effect of sulfuric acid concentration is demonstrated by comparison with concentrated sulfuric acid containing 45% H2SO4.

Условия в примере соответствуют условиям из примера 6, то есть, часть газа SWS пропускают по байпасной линии в устройство для окисления отходящего газа установки Клауса для уменьшения потребления топливного газа. Однако, поскольку установка Клауса получает менее концентрированную серную кислоту, для испарения H2SO4 и Н2О в камере сгорания Клауса требуется больше энергии в форме газа SWS. Более высокий расход газа SWS приводит к более высокому расходу воздуха для горения и, следовательно, к более высокому расходу технологического газа. В добавление к этому, вода в потоке серной кислоты также значительно увеличивает расход технологического газа; эта вода составляет об. 15% от общего расхода технологического газа (в примере 6 вода из потока кислоты составляет только ~2% от общего расхода технологического газа).The conditions in the example correspond to the conditions of example 6, that is, a part of the SWS gas is bypassed to the Claus off-gas oxidizer to reduce fuel gas consumption. However, since the Claus plant receives less concentrated sulfuric acid, more energy in the form of SWS gas is required to vaporize H2SO4 and H 2 O in the Claus combustion chamber. A higher flow rate of SWS gas results in a higher combustion air flow rate and therefore a higher process gas flow rate. In addition to this, the water in the sulfuric acid stream also greatly increases the flow rate of the process gas; this water is about. 15% of the total process gas flow (in example 6, the water from the acid stream is only ~2% of the total process gas flow).

Более высокий расход технологического газа из установки Клауса требует дополнительного подведения энергии в устройство для окисления отходящего газа установки Клауса, и поскольку поток газа SWS ограничен из-за потребления в реакционной печи Клауса, требуется значительный поток топливного газа, чтобы поддерживать высокую температуру.The higher process gas flow rate from the Claus plant requires additional energy to be supplied to the Claus off-gas oxidizer, and since the SWS gas flow is limited due to consumption in the Claus reaction furnace, a significant fuel gas flow is required to maintain a high temperature.

Если сравнить данные в табл.2, видно, что совместный эффект газа установки Клауса и отходящего газа установки Клауса значительно снижен в примере 9 по сравнению с рециркуляцией высококонцентрированной серной кислоты в примере 6.Comparing the data in Table 2, it can be seen that the combined effect of the Claus gas and the Claus off-gas is significantly reduced in Example 9 compared to the highly concentrated sulfuric acid recycle in Example 6.

Количество добавляемой энергии, необходимое для реакционной печи Клауса, получающей менее концентрированную серную кислоту, может быть уменьшено, если количество рециркулируемой кислоты уменьшают, но этого потребовало бы повышенной эффективности процесса Клауса, что могло бы означать дополнительную стадию конверсии Клауса.The amount of added energy needed for a Claus reaction furnace producing less concentrated sulfuric acid can be reduced if the amount of acid recycled is reduced, but this would require increased efficiency of the Claus process, which could mean an additional Claus conversion step.

В заключение, примеры 4-9 демонстрируют, что интеграция процесса Клауса с процессом WSA® или другим процессом получения серной кислоты дает возможность оптимизации связанных с процессом расходов. Это может включать уменьшенный объем процесса Клауса и сниженное количество вспомогательного топлива. В частности, если концентрация рециркулируемой серной кислоты составляет выше 60, 80 или 90%, то интегрированный процесс является высокоэффективным.In conclusion, Examples 4-9 demonstrate that the integration of the Claus process with the WSA® process or other sulfuric acid process enables process-related cost optimization. This may include reduced Claus process volume and reduced pilot fuel. In particular, if the concentration of recycled sulfuric acid is above 60%, 80% or 90%, then the integrated process is highly efficient.

Таблица 1Table 1

Расчеты процесса для технологической схемы процесс Клауса + WSA®, как показано на фиг. 1Process calculations for the Claus + WSA® flow chart as shown in FIG. 1

Пример 1 Example 1 Пример 2 Example 2 Пример 3 Example 3 Производство серы Sulfur production 70% 70% 100% 100% 70% 70% Производство H2SO4 H2SO4 production 30% thirty% 0 % 0% 30 % thirty % Рециркуляция H2SO4 в камеру сгоранияRecirculation of H 2 SO 4 to the combustion chamber 0 % 0% 0 % 0% Технологический газ в реактор Клауса Process gas to the Claus reactor 6300 нм36300 nm 3 /h 4400 нм34400 nm 3 /h 9700 нм39700 nm 3 /h Отходящий газ установки Клауса Waste gas from the Claus plant 11450 нм311450 nm 3 /h 6800 нм36800 nm 3 /h 9200 нм39200 nm 3 /h Технологический газ в конвертер SO2 Process gas to SO 2 converter 4400 нм34400 nm 3 /h 3000 нм33000 nm 3 /h 9600 нм39600 nm 3 /h

- 17 039970- 17 039970

Таблица 2table 2

Расчеты процесса для технологической схемы процесс Клауса + WSA® , как показано на фиг. 3Process calculations for the Claus + WSA® flow chart as shown in FIG. 3

Пример 4 Example 4 Пример 5 Example 5 Пример 6 Example 6 Пример 7 Example 7 Пример 8 Example 8 Пример 9 Example 9 Содержание О2 в воздухе для горелки КлаусаThe content of O 2 in the air for the Claus burner 21% 21% 21% 21% 21% 21% 21% 21% 75% 75% 21% 21% Производство серы Sulfur production 100% 100% 107 % 107% 107 % 107% 107 % 107% 107 % 107% 107 % 107% Производство H2SO4 H2SO4 production 6 % 6% нет No нет No нет No нет No нет No Рециркуляция H2SO4 H2SO4 recycling 0% 0% 6% 6% 13% 13% 17 % 17% 13% 13% 9% 9% Концентрация H2SO4 H2SO4 concentration 93% 93% 93% 93% 93% 93% 93% 93% 93% 93% 45% 45% Подача газообразной кислоты в процесс Клауса Gaseous acid feed to the Claus process 100% 100% 100 % 100 % 100 % 100 % 100 % 100 % 100 % 100 % 100 % 100 % Подача газа SWS в процесс Клауса Supply of SWS gas to the Claus process 100% 100% 100% 100% 33% 33% 0% 0% 19% 19% 79% 79% Выход технологического газа для реакционной печи Клауса Process gas outlet for Claus reaction furnace 100% 100% 94 % 94% 65 % 65% 69 % 69% 38 % 38% 97 % 97% Выход технологического газа для устройства для окисления отходящего газа установки Клауса Process gas outlet for the Claus off-gas oxidizer 100% 100% 93 % 93% 90 % 90% 107 % 107% 56 % 56% 97 % 97% Расход топливного газа Fuel gas consumption 100% 100% 92 % 92% 16 % 16 % 41 % 41% 0 % 0% 79 % 79%

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯCLAIM

Claims (33)

1. Способ получения серы из исходного газа, содержащего от 30 до 100 об.% H2S и рециркулируемого потока серной кислоты, включающий стадии:1. A method for producing sulfur from a source gas containing from 30 to 100 vol.% H 2 S and a recycled stream of sulfuric acid, including the steps: a) подача в реакционную печь Клауса, работающую при повышенной температуре, потока исходного сырья для реакционной печи Клауса, содержащего указанный исходный газ, некоторое количество рециркулируемой серной кислоты и некоторое количество кислорода с получением исходного газа для конвертера Клауса, причем количество кислорода является субстехиометрическим,a) supplying a Claus reaction furnace operating at an elevated temperature with a Claus reaction furnace feed stream containing said feed gas, some recycled sulfuric acid and some oxygen to form a Claus converter feed gas, the amount of oxygen being sub-stoichiometric, b) охлаждение указанного исходного газа для конвертера Клауса для получения охлажденного исходного газа для конвертера Клауса,b) cooling said Claus converter feed gas to produce a cooled Claus converter feed gas, c) направление указанного охлажденного исходного газа для конвертера Клауса для контактирования с каталитически активным в реакции Клауса материалом,c) directing said cooled feed gas to the Claus converter to contact the Claus catalytically active material, d) выведение отходящего газа установки Клауса и элементарной серы,d) removal of Claus plant off-gas and elemental sulphur, e) направление потока, содержащего указанный отходящий газ установки Клауса, кислород и топливо, в качестве исходного газа в устройство для окисления отходящего газа установки Клауса, работающее при температуре выше 900°С, и/или каталитическое устройство для окисления с получением исходного газа для конвертера SO2,e) sending a stream containing said Claus off-gas, oxygen and fuel as feed gas to a Claus off-gas oxidizer operating at a temperature above 900° C. and/or a catalytic oxidizer to produce a converter feed gas SO2 f) направление указанного исходного газа для конвертера SO2 для контактирования с материалом, каталитически активным в окислении SO2 до SO3, с получением газа с высоким содержанием SO3,uf) sending said feed gas to the SO2 converter to contact a material catalytically active in the oxidation of SO2 to SO 3 to produce a gas with a high SO 3 content,u g) превращение указанного газа с высоким содержанием SO3 в концентрированную серную кислоту и газ, обедненный по содержанию SO3, либо посредством абсорбции SO3 в серной кислоте, либо посредством гидратации SO3, охлаждения и конденсации серной кислоты, причем указанный рециркулируемый поток серной кислоты содержит некоторое количество указанной концентрированной серной кислоты и причем указанная концентрированная серная кислота содержит от 90 до 98,5 мас.% H2SO4.g) converting said SO 3 rich gas into concentrated sulfuric acid and SO 3 depleted gas, either by absorbing SO 3 in sulfuric acid or by hydrating SO 3 , cooling and condensing sulfuric acid, said sulfuric acid recycle stream containing a quantity of said concentrated sulfuric acid, and wherein said concentrated sulfuric acid contains from 90 to 98.5% by weight of H2SO4. 2. Способ по п.1, причем исходный газ содержит от 30 до 99 об.% или от до 99 или от 50 до 99 об.% или от 40 до 100 об.% или от 50 до 100% H2S.2. The method of claim 1, wherein the feed gas contains 30 to 99% vol or 99% or 50 to 99% vol or 40 to 100% vol or 50 to 100% H2S. 3. Способ по п.1, причем указанная концентрированная серная кислота содержит от 90 до 98 мас.% H2SO4.3. Process according to claim 1, wherein said concentrated sulfuric acid contains 90 to 98 wt% H2SO4. 4. Способ по п.1, причем на стадии а) поток исходного сырья для реакционной печи Клауса направляют в реакционную печь Клауса, работающую при температуре от 800 до 1500°С.4. The method of claim 1, wherein in step a) the Claus reaction furnace feed stream is sent to a Claus reaction furnace operating at 800 to 1500°C. 5. Способ по п.1, причем на стадии а) указанный поток исходного сырья для реакционной печи Клауса дополнительно содержит некоторое количество топлива.5. The method of claim 1, wherein in step a) said Claus reaction furnace feedstock stream further comprises some fuel. 6. Способ по п.1, причем на стадии b) дополнительно охлаждают некоторое количество элементарной серы.6. The method according to claim 1, wherein in step b) an additional amount of elemental sulfur is cooled. 7. Способ по п.1, причем на стадии d) дополнительно охлаждают вытекающий поток из указанного каталитически активного в реакции Клауса материала.7. Process according to claim 1, wherein in step d) the effluent from said Claus catalytically active material is further cooled. 8. Способ по одному из пп.1-7, причем поток исходного сырья для реакционной печи Клауса содержит менее 0,1 мас.% неэлементарного азота, такого как NH3.8. A process according to one of claims 1 to 7, wherein the feed stream for the Claus reaction furnace contains less than 0.1 wt% non-elemental nitrogen, such as NH 3 . 9. Способ по одному из пп.1-8, причем поток исходного сырья для реакционной печи Клауса дополнительно содержит менее 50, 20, 10 или 1 об.% N2.9. A process according to one of claims 1 to 8, wherein the feed stream for the Claus reaction furnace further comprises less than 50%, 20%, 10%, or 1% N2 by volume. 10. Способ по одному из пп.1-9, причем соотношение H2S:SO2 в указанном отходящем газе установки Клауса составляет меньше 2, предпочтительно от 0,05 или 0,1 до 1 или 1,8.10. Process according to one of claims 1 to 9, wherein the H 2 S:SO 2 ratio in said off-gas from the Claus plant is less than 2, preferably from 0.05 or 0.1 to 1 or 1.8. 11. Способ по одному из пп.1-9, причем соотношение H2S:SO2 в указанном отходящем газе установки Клауса составляет больше 2, предпочтительно от 2,5 или 5 до 10 или 20.11. Process according to one of claims 1 to 9, wherein the ratio of H 2 S:SO 2 in said off-gas of the Claus plant is greater than 2, preferably from 2.5 or 5 to 10 or 20. 12. Способ по одному из пп.1-11, дополнительно включающий стадию направления некоторого ко12. The method according to one of claims 1 to 11, further comprising the step of directing some co - 18 039970 личества дополнительного исходного газа в указанное устройство для окисления отходящего газа установки Клауса.- 18 039970 supply of additional source gas to the specified device for oxidizing the off-gas of the Claus plant. 13. Способ по одному из пп.1-12, причем указанный дополнительный исходный газ содержит более 5% неэлементарного азота, такого как NH3.13. A process according to one of claims 1 to 12, wherein said additional feed gas contains more than 5% non-elemental nitrogen such as NH3. 14. Способ по п.12 или 13, причем количество серы в дополнительном исходном газе составляет по меньшей мере 1, 2 или 5 мас.% от общего количества элементарной серы, отводимой из процесса.14. The method according to claim 12 or 13, wherein the amount of sulfur in the additional source gas is at least 1, 2 or 5 wt.% of the total amount of elemental sulfur removed from the process. 15. Способ по одному из пп.1-14, причем каталитически активный в реакции Клауса материал содержит активированный оксид алюминия (III) или титана (IV).15. Process according to one of claims 1 to 14, wherein the material catalytically active in the Claus reaction comprises activated alumina (III) or titanium (IV) oxide. 16. Способ по одному из пп.1-15, причем количество серы в рециркулируемом потоке серной кислоты составляет больше чем 1, 3, или 5 мас.% и меньше чем 17, 21 или 25 мас.% от общего количества элементарной серы, отводимой из процесса.16. The method according to one of claims 1 to 15, wherein the amount of sulfur in the sulfuric acid recycle stream is greater than 1, 3, or 5 wt.% and less than 17, 21, or 25 wt.% of the total amount of elemental sulfur removed from the process. 17. Способ по одному из пп.1-16, причем рециркулируемый поток серной кислоты распыляют в указанной реакционной печи Клауса либо с использованием двухпоточных форсунок, приводимых в действие сжатым воздухом, N2 или паром, либо с использованием гидравлических форсунок, и причем время пребывания в реакционной печи Клауса составляет от 1,5 до 4 с.17. The method according to one of claims 1 to 16, wherein the recycled stream of sulfuric acid is atomized in said Claus reaction furnace, either using dual-flow nozzles driven by compressed air, N 2 or steam, or using hydraulic nozzles, and wherein the residence time in the Claus reaction furnace is from 1.5 to 4 s. 18. Способ по одному из пп.1-17, причем молярное соотношение H2S:O2 объединенных потоков, направленных в реакционную печь Клауса, составляет больше 2,5.18. Process according to one of claims 1 to 17, wherein the H 2 S:O 2 molar ratio of the combined streams sent to the Claus reaction furnace is greater than 2.5. 19. Способ по одному из пп.1-18, причем молярное соотношение H2S:O2 объединенных потоков, направленных в реакционную печь Клауса, скорректированное с учетом других соединений, расходующих кислород, в исходном сырье и скорректированное с учетом продуктов неполного окисления в отходящем газе установки Клауса, составляет больше 2,1, 2,2 или 2,5.19. The method according to one of claims 1 to 18, wherein the H 2 S:O 2 molar ratio of the combined streams directed to the Claus reaction furnace, corrected for other oxygen-consuming compounds in the feedstock and corrected for products of incomplete oxidation in exhaust gas of the Claus plant is greater than 2.1, 2.2 or 2.5. 20. Способ по одному из пп.1-19, причем некоторое количество газа в процессе при необходимости охлаждают и направляют в положение выше по потоку для управления температурой процесса.20. A process according to one of claims 1 to 19, wherein some of the gas in the process is cooled if necessary and directed to an upstream position to control the temperature of the process. 21. Способ по одному из пп.1-20, причем один или несколько потоков, направленных в указанную реакционную печь Клауса, предварительно нагревают посредством теплообмена с горячим технологическим потоком.21. A process according to one of claims 1 to 20, wherein one or more streams directed to said Claus reaction furnace are preheated by heat exchange with the hot process stream. 22. Способ по одному из пп.1-21, причем один или несколько потоков, направленных в указанное устройство для окисления отходящего газа установки Клауса, предварительно нагревают посредством теплообмена с горячим технологическим потоком.22. A process according to one of claims 1 to 21, wherein one or more streams directed to said Claus off-gas oxidizer are preheated by heat exchange with the hot process stream. 23. Способ по одному из пп.1-22, причем указанный материал, каталитически активный в окислении SO2 до SO3, содержит ванадий.23. A process according to one of claims 1 to 22, wherein said material catalytically active in the oxidation of SO2 to SO3 contains vanadium. 24. Способ по одному из пп.1-23, причем конденсацию серной кислоты согласно стадии (g) проводят в конденсаторе, причем охлаждающая среда и газ с высоким содержанием SO3 разделены стеклом.24. Method according to one of claims 1 to 23, wherein the condensation of sulfuric acid according to step (g) is carried out in a condenser, the cooling medium and the gas with a high SO3 content being separated by glass. 25. Способ по одному из пп.1-24, причем количество рециркулируемой серной кислоты выбирают так, чтобы температура в реакционной печи Клауса составляла от 800, 900 или 1000 до 1300°С, 1400 или 1500°С без добавления в реакционную печь Клауса вспомогательного топлива.25. The method according to one of claims 1 to 24, wherein the amount of recycled sulfuric acid is chosen so that the temperature in the Claus reaction furnace is from 800, 900 or 1000 to 1300 ° C, 1400 or 1500 ° C without adding an auxiliary to the Claus reaction furnace fuel. 26. Технологическая установка, включающая реакционную печь Клауса, устройство для охлаждения газа установки Клауса, секцию конверсии Клауса, устройство для окисления отходящего газа установки Клауса и секцию получения серной кислоты, причем реакционная печь Клауса имеет впускное отверстие и выпускное отверстие, и одну или более распылительных форсунок, предназначенных для добавления рециркулируемого потока концентрированной серной кислоты в реакционную печь Клауса в виде капель, устройство для охлаждения газа установки Клауса имеет впускное отверстие для газа, выпускное отверстие для газа и выпускное отверстие для элементарной серы, секция конверсии Клауса имеет впускное отверстие для газа, выпускное отверстие для газа и выпускное отверстие для элементарной серы, устройство для окисления отходящего газа установки Клауса имеет впускное отверстие для отходящего газа установки Клауса, впускное отверстие для окислителя отходящего газа установки Клауса, а секция получения серной кислоты имеет впускное отверстие для газа, выпускное отверстие для газа и выпускное отверстие для серной кислоты, и причем впускное отверстие реакционной печи Клауса выполнено так, что принимает исходный газ, серную кислоту и окислитель для реакционной печи Клауса, а выпускное отверстие реакционной печи Клауса выполнено так, что сообщается по потоку с впускным отверстием устройства для охлаждения газа установки Клауса, причем выпускное отверстие устройства для охлаждения газа установки Клауса выполнено так, что сообщается по потоку с впускным отверстием секции конверсии Клауса и причем впускное отверстие для отходящего газа установки Клауса устройства для окисления отходящего газа установки Клауса выполнено так, что сообщается по потоку с выпускным отверстием указанной секции конверсии Клауса, выпускное отверстие для технологического газа устройства для окисления отходящего газа установки Клауса выполнено так, что сообщается по потоку с впускным отверстием секции получения серной кислоты, и выпускное отверстие для серной кислоты секции получения серной кислоты сообщается по потоку с впускным отверстием указанной реакционной печи Клауса.26. A process plant including a Claus reaction furnace, a Claus gas cooler, a Claus conversion section, a Claus off-gas oxidizer, and a sulfuric acid production section, the Claus reaction furnace having an inlet and an outlet, and one or more spray nozzles. nozzles designed to add a recycled stream of concentrated sulfuric acid to the Claus reaction furnace in the form of drops, the gas cooling device of the Claus plant has a gas inlet, a gas outlet and an outlet for elemental sulfur, the Claus conversion section has a gas inlet, gas outlet and elemental sulfur outlet, the Claus off-gas oxidizer has a Claus off-gas inlet, a Claus off-gas oxidizer inlet, and the sulfuric acid production section has there is a gas inlet, a gas outlet, and a sulfuric acid outlet, and wherein the inlet of the Claus reaction furnace is configured to receive feed gas, sulfuric acid, and oxidant for the Claus reaction furnace, and the outlet of the Claus reaction furnace is configured such that which is in flow communication with the inlet of the Claus gas cooler, wherein the outlet of the Claus gas cooler is configured to be in flow communication with the inlet of the Claus conversion section, and wherein the off-gas inlet of the Claus unit of the off-gas oxidizer of the Claus plant is configured to be in flow communication with the outlet of said Claus conversion section, the process gas outlet of the Claus plant off-gas oxidizer is configured to be in fluid communication with the inlet of the sulfuric acid production section, and the outlet The sulfuric acid inlet of the sulfuric acid production section is in fluid communication with an inlet of said Claus reaction furnace. 27. Технологическая установка по п.26, причем устройство для окисления отходящего газа установки Клауса дополнительно имеет впускное отверстие для топлива.27. Process plant according to claim 26, wherein the Claus plant off-gas oxidizer further has a fuel inlet. - 19 039970- 19 039970 28. Технологическая установка по п.26, причем устройство для окисления отходящего газа установки Клауса дополнительно имеет впускное отверстие и выпускное отверстие для дополнительного исходного сырья.28. Process plant according to claim 26, wherein the Claus off-gas oxidizer further has an inlet and an outlet for additional feedstock. 29. Технологическая установка по одному из пп.26-28, причем указанная секция получения серной кислоты включает реактор окисления диоксида серы, имеющий впускное отверстие и выпускное отверстие, и конденсатор серной кислоты, имеющий сторону процесса, имеющую впускное отверстие для технологического газа, выпускное отверстие для технологического газа и выпускное отверстие для серной кислоты и сторону охлаждающей среды, имеющую впускное отверстие для охлаждающей среды и выпускное отверстие для охлаждающей среды, и причем конденсатор серной кислоты выполнен с возможностью предварительного нагрева по меньшей мере одного из двух - окислителя для реакционной печи Клауса и окислителя для отходящего газа установки Клауса посредством направления во впускное отверстие стороны охлаждающей среды конденсатора серной кислоты и выведения из выпускного отверстия стороны охлаждающей среды конденсатора серной кислоты.29. Process plant according to one of claims 26 to 28, wherein said sulfuric acid production section includes a sulfur dioxide oxidation reactor having an inlet and an outlet, and a sulfuric acid condenser having a process side having a process gas inlet, an outlet a process gas outlet and a sulfuric acid outlet, and a coolant side having a coolant inlet and a coolant outlet, and wherein the sulfuric acid condenser is configured to preheat at least one of two - an oxidizer for a Claus reaction furnace and an oxidizer for the exhaust gas of the Claus plant by leading the sulfuric acid condenser refrigerant side inlet to the inlet and withdrawing the sulfuric acid condenser refrigerant side from the outlet. 30. Технологическая установка по одному из пп.26-29, дополнительно включающая по меньшей мере один теплообменник, имеющий горячую сторону теплообменника и холодную сторону теплообменника, выполненный для предварительного нагрева на холодной стороне теплообменника одного из вышеуказанных - исходного газа, серной кислоты и окислителя перед направлением в указанную реакционную печь Клауса, и так, что горячая сторона теплообменника выполнена для охлаждения горячего технологического потока.30. The process plant according to one of claims 26-29, further comprising at least one heat exchanger having a hot side of the heat exchanger and a cold side of the heat exchanger, made for preheating on the cold side of the heat exchanger of one of the above - source gas, sulfuric acid and oxidizer before directing to said Claus reaction furnace, and such that the hot side of the heat exchanger is configured to cool the hot process stream. 31. Технологическая установка по п.30, причем горячий технологический поток берут из группы, состоящей из потока из выпускного отверстия устройства для окисления отходящего газа установки Клауса, потока из выпускного отверстия реакционной печи Клауса и потока из выпускного отверстия реактора окисления диоксида серы.31. The process plant of claim 30, wherein the hot process stream is taken from the group consisting of a Claus plant off-gas oxidizer outlet stream, a Claus reaction furnace outlet stream, and a sulfur dioxide oxidation reactor outlet stream. 32. Технологическая установка по одному из пп.26-31, причем указанные одна или несколько распылительных форсунок представляют собой двухпоточные распылительные форсунки или гидравлические распылительные форсунки.32. Process plant according to one of claims 26 to 31, wherein said one or more spray nozzles are dual flow spray nozzles or hydraulic spray nozzles. 33. Технологическая установка по одному из пп.26-32, дополнительно включающая устройство для восстановления SO3, имеющее впускное отверстие и выпускное отверстие, выполненное так, что это впускное отверстие устройства для восстановления SO3 сообщается по потоку с выпускным отверстием реакционной печи Клауса, и так, что выпускное отверстие устройства для восстановления SO3 сообщается по потоку с впускным отверстием секции конверсии Клауса.33. Process plant according to one of claims 26 to 32, further comprising an SO 3 reduction device having an inlet and an outlet configured such that the inlet of the SO 3 reduction device is in fluid communication with the outlet of the Claus reaction furnace, and so that the outlet of the SO 3 reduction device is in fluid communication with the inlet of the Claus conversion section.
EA202091345 2017-11-28 2018-11-28 METHOD FOR PRODUCING SULFUR AND SULFURIC ACID EA039970B1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EPPCT/EP2017/080721 2017-11-28
DKPA201800244 2018-05-30

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EA039970B1 true EA039970B1 (en) 2022-04-04

Family

ID=

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11691877B2 (en) Method for production of sulfur and sulfuric acid
JP7041745B2 (en) Method for producing sulfur and sulfuric acid
EA039970B1 (en) METHOD FOR PRODUCING SULFUR AND SULFURIC ACID
RU2824360C2 (en) Method of producing elementary sulphur and sulphuric acid
RU2822142C2 (en) Method of producing sulphur and sulphuric acid
DK201800928A1 (en) Method for production of sulfur and sulfuric acid
CN111874871B (en) Method for producing elemental sulphur by partial or complete catalytic oxidation of Claus tail gas