EP2424816A1 - Verfahren zum herstellen von prozessgas für das claus-verfahren - Google Patents

Verfahren zum herstellen von prozessgas für das claus-verfahren

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EP2424816A1
EP2424816A1 EP10723912A EP10723912A EP2424816A1 EP 2424816 A1 EP2424816 A1 EP 2424816A1 EP 10723912 A EP10723912 A EP 10723912A EP 10723912 A EP10723912 A EP 10723912A EP 2424816 A1 EP2424816 A1 EP 2424816A1
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combustion chamber
tube
hydrogen sulfide
surrounding
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Eckhard JÜNGST
Wolfgang Nehb
Alexander Schriefl
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Lurgi GmbH
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Definitions

  • the invention relates to a process for the production of hydrogen sulfide and sulfur dioxide-containing process gas for the Claus process from hydrogen sulfide-containing feed gas which is burned with pure oxygen at temperatures in the range of 800 to 1650 ° C by means of several burners opening into a combustion chamber, in which, respectively Pure oxygen is introduced via a central tube, the feed gas is passed through a tube surrounding the central tube coaxially, and purge gas is introduced into the combustion chamber via a ring channel coaxially surrounding the feed gas tube and via a central tube of water vapor into a support combustion chamber arranged at a distance from the burners and connected to the combustion chamber a tube surrounding the central tube coaxially fuel gas and fed via a Schugasrohr coaxially surrounding outer tube Sauerwasserstrippgas and the combustion gases formed in the Stützakiungsraum be guided into the combustion chamber.
  • DE 34 30 015 C1 discloses an apparatus for burning hydrogen containing hydrogen to produce a process gas containing hydrogen sulfide and sulfur dioxide for the Claus process, with a combustion chamber for generating the process gas at temperatures of 1000 to 1300 ° C. Feeders for air and hydrogen sulfide containing gas to the combustion chamber and with a Stützfashionung in a combustion chamber opening into the combustion chamber known, the combustion gases of the support fire are passed into the combustion chamber and the support fire supply lines for hydrocarbon-rich heating gas, water vapor and air.
  • the combustion chamber opens at least one burner having a central tube for the oxygen supply, a coaxial surrounding the central tube second tube for the supply of the hydrogen sulfide containing ga- ses and a second conduit coaxially enclosing annular channel for the supply of combustion air into the combustion chamber.
  • the processing of feed gases succeeds with highly fluctuating levels of hydrogen sulfide and highly fluctuating amounts of feed gas.
  • combustion is with pure oxygen, with air at extremely high levels of hydrogen sulphide, and with air and oxygen under normal conditions.
  • the feed gas containing hydrogen sulfide is first converted by partial combustion to a mixture of hydrogen sulfide and sulfur dioxide, aiming for a molar ratio of the two components of 2: 1.
  • the recovered gas mixture is converted in a catalytic Claus plant to elemental sulfur and water and abandoned the exhaust gas of a desulfurization.
  • the exhaust gas of the desulfurization is usually modified in a thermal afterburning to sulfur dioxide, so that an exhaust gas is produced, which, however, contains only a small amount of sulfur dioxide.
  • the oxygen required for maintaining the high temperatures in the flame area of the burner and in the combustion chamber is made available in part, so that the total demand for oxygen can be kept low.
  • the hydrogen present in the product gas mixture of the combustion chamber is valuable in the further treatment of the gas mixture, since hydrogenation reactions are possible without the addition of foreign hydrogen.
  • the gas components hydrogen and carbon monoxide can be used as synthesis gas.
  • the outer annular channel is purged with inert gas, preferably carbon dioxide, to prevent the backflow of combustion gases from the combustion chamber, so that the combustion takes place exclusively with pure O 2 (> 90%).
  • inert gas preferably carbon dioxide
  • a device for carrying out the method, is particularly suitable in which the burners are mounted on a circle or circles surrounding the supporting firing space.
  • the axially extending central tube (11) of the support (4) is supplied via line (12) steam and the between this central tube (11) and this coaxial enclosing tube (13) existing annulus heating gas. Via line (14), the ignition flame (15) is supplied with fuel gas.
  • the components are not provided with reference numbers in the second burner.
  • the pipes (7) coaxially surrounding annular channels (9) are given a total of 137 kmol / h of carbon dioxide.
  • At the outlet of the combustion chamber (2) occur 1118 kmol / h of gas at a temperature of 904 ° C at a pressure of 1, 58 bar [a] from.
  • the gas has the following composition:

Abstract

Bei einem Verfahren Verfahren zum Herstellen von Schwefelwasserstoff und Schwefeldioxid enthaltendem Prozessgas für das Claus-Verfahren wird Schwefelwasserstoff enthaltendes Einsatzgas mit reinem Sauerstoff mittels mehrerer in eine Brennkammer mündenden Brenner verbrannt, bei denen jeweils über ein Zentralrohr der reine Sauerstoff, über ein das Zentralrohr koaxial umgebendes Rohr das Einsatzgas und über einen das Einsatzgasrohr koaxial umgebenden Ringkanal Inertgas als Spülgas in die Brennkammer geleitet werden. Vorteilhaft kann als Inertgas das aus der Desorption von beladenem Methanol gewonnene CO2 verwendet werden.

Description

Verfahren zum Herstellen von Prozessgas für das Claus-Verfahren
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Schwefelwasserstoff und Schwefeldioxid enthaltendem Prozessgas für das Claus-Verfahren aus Schwefelwasserstoff enthaltendem Einsatzgas, das mit reinem Sauerstoff bei Temperaturen im Bereich von 800 bis 1650° C mittels mehrerer in eine Brennkammer mündenden Brennern verbrannt wird, bei denen jeweils über ein Zentralrohr der reine Sauerstoff, über ein das Zentralrohr koaxial umgebendes Rohr das Einsatzgas und über einen das Einsatzgasrohr koaxial umgebenden Ringkanal Spülgas in die Brennkammer geleitet werden und in einen in Abstand zu den Brennern angeordneten mit der Brennkammer verbundenen Stützfeuerungsraum über ein Zentralrohr Wasserdampf, über ein das Zentralrohr koaxial umgebendes Rohr Heizgas und über ein das Heizgasrohr koaxial umgebendes äußeres Rohr Sauerwasserstrippgas eingespeist und die in dem Stützfeuerungsraum gebildeten Verbrennungsgase in die Brennkammer geführt werden.
Aus der DE 34 30 015 C1 ist eine Vorrichtung zum Verbrennen von schwefelwasser- stoffhaltigem Gas zum Erzeugen eines Schwefelwasserstoff und Schwefeldioxid ent- haltenden Prozessgases für das Claus-Verfahren, mit einer Brennkammer zum Erzeugen des Prozessgases bei Temperaturen von 1000 bis 1300° C, mit Zuführungen für Luft und Schwefelwasserstoff enthaltendem Gas zur Brennkammer und mit einer Stützfeuerung in einem in die Brennkammer mündenden Stützfeuerungsraum bekannt, wobei die Verbrennungsgase der Stützfeuerung in die Brennkammer geleitet werden und die Stützfeuerung Zuleitungen für kohlenwasserstoffreiches Heizgas, Wasserdampf und Luft aufweist. In die Brennkammer mündet mindestens ein Brenner, der ein Zentralrohr für die Sauerstoffzufuhr, ein das Zentralrohr koaxial umschließendes zweites Rohr für die Zufuhr des Schwefelwasserstoff enthaltenden Einsatzga- ses und ein das zweite Rohr koaxial umschließender Ringkanal für die Zufuhr von Verbrennungsluft in die Brennkammer umfasst. Durch diese Vorrichtung gelingt die Verarbeitung von Einsatzgasen mit stark schwankende Gehalten an Schwefelwasserstoff und stark schwankenden Einsatzgasmengen. Bei einem extrem niedrigen Schwefelwasserstoff-Gehalt erfolgt die Verbrennung mit reinem Sauerstoff, bei extrem hohen Schwefelwasserstoffgehalt mit Luft und unter normalen Bedingungen mit Luft und Sauerstoff.
Beim Claus-Verfahren wird das Schwefelwasserstoff enthaltende Einsatzgas zunächst durch partielle Verbrennung zu einem Gemisch aus Schwefelwasserstoff und Schwefeldioxid umgesetzt und dabei ein Mol-Verhältnis der beiden Komponenten von 2 : 1 angestrebt. Das gewonnene Gasgemisch wird in einer katalytischen Claus-Anlage zu Elementarschwefel und Wasser umgesetzt und das Abgas einer Entschwefelungsanlage aufgegeben. Das Abgas der Entschwefelungsanlage wird üblicherweise in einer thermischen Nachverbrennung zu Schwefeldioxid abgewandelt, so dass ein Abgas entsteht, das allerdings nur noch eine geringe Menge an Schwefeldioxid enthält.
Um ein Schwefelwasserstoff enthaltendes Einsatzgas, das auch Kohlenwasserstoffe und Kohlendioxid enthält, verarbeiten zu können, ist gemäß der EP 0 315 225 B1 vorgesehen, dass dem Brenner ein Schwefelwasserstoff sowie Kohlenwasserstoffe oder Kohlendioxid enthaltendes Einsatzgas zugeführt wird, in der Kernzone der Brennerflamme eine Temperatur von 2000 bis 3000° C erzeugt wird und aus der Brennkammer ein Gasgemisch Kohlemonoxid und Wasserstoff mit einer Temperatur von bis zu 1650° C abgezogen wird. Durch die hohen Temperaturen in der Brennerflamme wird der überwiegende Teil des in dem Einsatzgas enthaltenen Kohlendioxids zu Koh- lenmonoxid und Sauerstoff gespalten; auch wird Wasser teilweise in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt. Dadurch wird der zum Aufrechterhalten der hohen Temperaturen im Flammbereich des Brenners und in der Brennkammer benötigte Sauerstoff zum Teil zur Verfügung gestellt, so dass der Gesamtbedarf an Sauerstoff niedrig gehalten werden kann. Der im Produktgasgemisch der Brennkammer vorhandene Wasserstoff ist bei der Weiterbehandlung des Gasgemisches wertvoll, da Hydrierreaktionen ohne Zugabe von fremdem Wasserstoff möglich werden. Ferner sind die Gaskomponenten Wasserstoff und Kohlenmonoxid als Synthesegas einsetzbar. Beim Verbrennen eines Schwefelwasserstoff enthaltenden Einsatzstroms ausschließlich mit reinem Sauerstoff wird der außenliegende Ringkanal kontinuierlich mit einer kleinen Luftmenge gespült, um den Rückfluss von Verbrennungsgasen aus der Brennkammer über den Ringkanal zu vermeiden.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das eingangs beschriebene Verfahren so zu führen, dass bei Schwefelwasserstoff enthaltendem Einsatzgas, das ausschließlich mit reinem Sauerstoff verbrennbar ist, auf die Zufuhr von Luft über den außen liegenden Ringkanal in die Brennkammer verzichtet werden kann.
Gelöst ist diese Aufgabe dadurch, dass der außen liegenden Ringkanal mit Inertgas, vorzugsweise Kohlendioxid gespült wird, um den Rückfluss von Verbrennungsgasen aus der Brennkammer zu unterbinden, so dass die Verbrennung ausschließlich mit reinem O2 (> 90 %) erfolgt.
In vorteilhafter weise lässt sich als Spülgas das bei Gasreinigungen anfallende Kohlendioxid, insbesondere das bei der Desorption von beladenem Methanol gewonnene Kohlendioxid verwenden.
Für die Durchführung des Verfahrens eignet sich insbesondere eine Vorrichtung, bei der die Brenner auf einem den Stützfeuerungsraum umgebenden Kreis oder Kreisen angebracht sind.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit dem in der Zeichnung wiedergegebenen Längsschnitt durch den Brennerbereich der Brennkammer näher erläutert:
In die Feuerfestausmauerung (1) der Brennkammer (2) ist eine zwei Brenner (3) und eine zwischen diesen im gleichem Abstand zu jedem der Brenner (3) angeordnete Stützfeuerung (4) umfassende Brenneranlage eingebaut. Dem in jedem Brenner (3) axial verlaufend angeordneten Zentralrohr (5) wird über Leitung (6) reiner Sauerstoff zugeführt. Die Zentralrohre (5) sind jeweils von einem koaxial angebrachten Rohr (7) unter Bildung eines Ringraums umgeben, dem über Leitung (8) Schwefelwasserstoff enthaltendes Einsatzgas zugeführt wird. Die Einsatzgasrohre (7) sind von einem ko- axialen Ringkanal (9) umschlossen, dem über Leitungen (10) Kohlendioxid als Spülgas zugeführt wird. Dem axial verlaufenden Zentralrohr (11) der Stützfeuerung (4) wird über Leitung (12) Dampf und dem zwischen diesem Zentralrohr (11) und dem dieses koaxial umschließenden Rohr (13) bestehenden Ringraum Heizgas zugeführt. Über Leitung (14) wird die Zündflamme (15) mit Brenngas versorgt. Der besseren Übersichtlichkeit wegen werden bei dem zweiten Brenner die Bauteile nicht mit Bezugszahlen versehen.
In die Zentralrohre (5) der beiden Brenner (3) werden insgesamt 143 kmol/h Sauerstoff mit einer Temperatur von 40° C bei einem Druck von 2,4 bar[a] eingeleitet. Dem zwischen den Zentralrohren (5) und den diese umschließenden koaxial angebrachten Rohren (7) bestehenden Ringraum werden insgesamt 855 kmol/h Einsatzgas, enthaltend 35,1 mol % Schwefelwasserstoff und 63,1 mol % Kohlendioxid sowie 0,6 mol % Carbonylsulfid, 0.6 mol % Kohlenmonoxid und 0,5 mol % Wasserstoff mit einer Temperatur von 25° C bei einem Druck von 1 ,65 bar[a] zugeführt. Den die Rohre (7) koaxial umgebenden Ringkanälen (9) werden insgesamt 137 kmol/h Kohlendioxid aufgegeben. Am Ausgang der Brennkammer (2) treten 1118 kmol/h Gas mit einer Temperatur von 904° C bei einem Druck von 1 ,58 bar[a] aus. Das Gas besitzt folgende Zusammensetzung:
4, 2 mol % H2S
1 , 4 mol % SO2
26, 3 mol % H2O
0, 6 mol % COS
0, 1 mol % CS2
1 , 7 mol % CO 64, 3 mol % CO2
0, 5 mol % H2 6, 8 mol % Sx (Sx = elementarer Schwefel).

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Herstellen von Schwefelwasserstoff und Schwefeldioxid enthaltendem Prozessgas für das Claus-Verfahren aus Schwefelwasserstoff enthaltendem Einsatzgas, das mit reinem Sauerstoff bei Temperaturen im Bereich von 800 bis 1650° C mittels mehrerer in eine Brennkammer mündenden Brennern verbrannt wird, bei denen jeweils über ein Zentralrohr der reine Sauerstoff, über ein das Zentralrohr koaxial umgebendes Rohr das Einsatzgas und über einen das Einsatzgasrohr koaxial umgebenden Ringkanal Spülgas in die Brennkammer geleitet werden und in einen mit Abstand zu den Brennern angeordneten, mit der Brennkammer verbundenen Stützfeuerungsraum über ein Zentralrohr Wasserdampf, über ein das Zentralrohr koaxial umgebendes Rohr Heizgas und über ein das Heizgasrohr koaxial umgebendes äußeres Rohr Sauerwasserstrippgas eingespeist und die in dem Stützfeuerungsraum gebildeten Verbrennungsgase in die Brennkammer geführt werden, dadurch gekennzeichnet, dass als Spülgas Inertgas eingesetzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als Spülgas CO2 eingesetzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Spülgas in Gasreinigungen anfallendes CO2 verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Spülgas das bei der Desorption von beladenem Methanol gewonnene CO2 als verwendet wird.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Brenner auf einem den Stützfeuerungsraum umgebenden Kreis oder Kreisen angeordnet sind.
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Effective date: 20120714