ES2218443T3 - Procedimiento y aparato para recuperar azufre de una corriente gaseosa que contiene sulfuro de hidrogeno. - Google Patents
Procedimiento y aparato para recuperar azufre de una corriente gaseosa que contiene sulfuro de hidrogeno.Info
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Abstract
Un método para tratar una corriente gaseosa de alimentación que comprende sulfuro de hidrógeno, que comprende las etapas de: (a) oxidar a dióxido de azufre, en al menos dos hornos en serie, una parte del contenido de sulfuro de hidrógeno de al menos una corriente de alimentación que comprende sulfuro de hidrógeno y hacer reaccionar el dióxido de azufre así formado con sulfuro de hidrógeno residual para formar vapor de azufre y vapor de agua; (b) extraer del horno aguas abajo una corriente gaseosa parcialmente reaccionada que incluye vapor de azufre, vapor de agua, sulfuro de hidrógeno residual y dióxido de azufre residual; (c) extraer en un condensador de azufre vapor de azufre de la corriente gaseosa parcialmente tratada para formar una corriente gaseosa mermada en vapor de azufre; (d) reducir catalíticamente con hidrógeno a sulfuro de hidrógeno el dióxido de azufre y todo contenido de vapor de azufre de la corriente gaseosa mermada en vapor de azufre para formar una corriente gaseosa reducida; (e) extraer vapor de agua por condensación de la corriente gaseosa reducida para formar una corriente gaseosa mermada en vapor de agua; y (f) alimentar sin reciclar el gas disminuido en vapor de agua a al menos una planta Claus para recuperar azufre de sulfuro de hidrógeno que comprende al menos un horno adicional para la oxidación de sulfuro de hidrógeno a dióxido de azufre y la reacción del dióxido de azufre resultante con sulfuro de hidrógeno residual, un primer condensador de azufre adicional y una pluralidad de etapas de reacción catalítica, habiendo un segundo condensador de azufre adicional aguas abajo de cada etapa de dicha reacción catalítica, y extraer de esta forma más vapor de azufre, en el que: se emplea un gas que contiene al menos 80% en volumen de moléculas de oxígeno para mantener la combustión en la etapa (a); la corriente gaseosa mermada en vapor de agua contiene al menos 40% en volumen de sulfuro de hidrógeno; y en la etapa (f), la reacción catalítica es una reacción de Claus entre sulfuro de hidrógeno y dióxido de azufre o una oxidación selectiva de sulfuro de hidrógeno a azufre, o ambas reacciones.
Description
Procedimiento y aparato para recuperar azufre de
una corriente gaseosa que contiene sulfuro de hidrógeno.
Esta invención se refiere a un método para tratar
una corriente gaseosa de alimentación que comprende sulfuro de
hidrógeno.
Las corrientes gaseosas que comprenden sulfuro de
hidrógeno se forman, por ejemplo, como gases residuales en una
operación de refinería de petróleo o refinería de gas. A la vista de
su contenido de sulfuro de hidrógeno, estas corrientes gaseosas no
se pueden descargar a la atmósfera sin ser tratadas primero para
separar casi todo el sulfuro de hidrógeno.
Un método estándar para tratar tal corriente
gaseosa que sirve para recuperar azufre de ella es mediante el
proceso Claus. Los procesos Claus convencionales están descritos en
los párrafos introductorios del documento
EP-A-565 316.
El documento
EP-A-565 316 describe un
procedimiento en el que, en un primer reactor, se oxida a dióxido de
azufre una parte del contenido de sulfuro de hidrógeno de una
corriente de alimentación que comprende sulfuro de hidrógeno, y el
dióxido de azufre así formado se hace reaccionar con sulfuro de
hidrógeno residual para formar vapor de azufre y vapor de agua. Del
horno se extrae una corriente gaseosa parcialmente reaccionada que
incluye vapor de azufre, vapor de agua, sulfuro de hidrógeno
residual y dióxido de azufre residual. Para extraer el vapor de
azufre de la corriente gaseosa tratada parcialmente se emplea un
condensador de azufre para formar una corriente gaseosa mermada en
vapor de azufre. Al menos parte de la corriente gaseosa mermada en
azufre se envía a un reactor adicional en el que se reduce su
contenido de dióxido de azufre a sulfuro de hidrógeno. Se extrae
vapor de agua de la corriente gaseosa reducida resultante. La
corriente gaseosa mermada en vapor de agua se recicla después
preferiblemente al horno. De una posición elegida en el ciclo
anterior descrito se toma una corriente de purga y se somete a
tratamiento adicional para hacerla apta para descarga al ambiente.
El fin del reciclado es obtener una conversión eficaz muy alta de
sulfuro de hidrógeno en vapor de azufre en el horno y mediante ello
facilitar la consecución de una eficiencia de conversión total que
sea suficiente para satisfacer cualquier estándar ambiental
vigente.
Usando oxígeno puro (o aire altamente enriquecido
en oxígeno) se puede limitar el tamaño del horno inicial. No
obstante, las ventajas en la reducción de tamaño del gas de purga
inicial hechas posible mediante el uso de oxígeno puro (o aire
altamente enriquecido en oxígeno) como oxidante se contrarrestan con
el reciclado de gas al horno. Aunque el documento
EP-A-0 565 316 describe además que
se puede omitir el reciclado, está consignado que esto no se
prefiere porque tiene un efecto adverso sobre el porcentaje de
conversión efectivo de sulfuro de hidrógeno en azufre en el
horno.
Una solución a este problema sugerida en el
documento EP-A-565 316 es emplear
una unidad de separación de amina para concentrar la corriente de
reciclado en sulfuro de hidrógeno. Tales unidades de separación de
amina, no obstante, tienden a ser particularmente costosas, incluso
si son solo de pequeño tamaño.
Es un objetivo del método según la invención
crear una solución alternativa a este problema que no necesita
reciclado.
Según la presente invención, se crea un método
para tratar una corriente gaseosa de alimentación que comprende
sulfuro de hidrógeno, que comprende las etapas de:
- (a)
- oxidar a dióxido de azufre, en al menos dos hornos en serie, una parte del contenido de sulfuro de hidrógeno de al menos una corriente de alimentación que comprende sulfuro de hidrógeno y hacer reaccionar el dióxido de azufre así formado con sulfuro de hidrógeno residual para formar vapor de azufre y vapor de agua;
- (b)
- extraer del horno aguas abajo una corriente gaseosa parcialmente reaccionada que incluye vapor de azufre, vapor de agua, sulfuro de hidrógeno residual y dióxido de azufre residual;
- (c)
- extraer en un condensador de azufre vapor de azufre de la corriente gaseosa parcialmente tratada para formar una corriente gaseosa mermada en vapor de azufre;
- (d)
- reducir catalíticamente con hidrógeno a sulfuro de hidrógeno el dióxido de azufre y cualquier contenido de vapor de azufre de la corriente gaseosa mermada en vapor de azufre para formar una corriente gaseosa reducida;
- (e)
- extraer vapor de agua por condensación de la corriente gaseosa reducida para formar una corriente gaseosa mermada en vapor de agua; y
- (f)
- alimentar sin reciclar el gas disminuido en vapor de agua a al menos una planta Claus para recuperar azufre de sulfuro de hidrógeno que comprende al menos un horno adicional para la oxidación de sulfuro de hidrógeno a dióxido de azufre y la reacción del dióxido de azufre resultante con sulfuro de hidrógeno residual, un primer condensador de azufre adicional y una pluralidad de etapas de reacción catalítica para formar vapor de azufre, habiendo un segundo condensador de azufre adicional aguas abajo de cada etapa de dicha reacción catalítica, y extraer de esta forma más vapor de azufre, en el que:
se emplea un gas que contiene al menos 80% en
volumen de moléculas de oxígeno para mantener la combustión en la
etapa (a); la corriente gaseosa mermada en vapor de agua contiene al
menos 40% en volumen de sulfuro de hidrógeno; y, en la etapa (f), la
reacción catalítica es una reacción de Claus entre sulfuro de
hidrógeno y dióxido de azufre o una oxidación selectiva de sulfuro
de hidrógeno a azufre, o ambas reacciones.
El método según la invención hace posible
alcanzar, sin reciclado de gas disminuido en vapor de agua, un alto
porcentaje de conversión de sulfuro de hidrógeno en azufre aguas
arriba del reactor de hidrogenación mientras que todavía se obtiene
una corriente gaseosa mermada en vapor de agua suficientemente
concentrada en sulfuro de hidrógeno para habilitarla para que sea
fácilmente tratable en la planta Claus. De acuerdo con esto, si una
de las plantas existentes es Claus, se pueden conseguir niveles muy
altos de aumento del rendimiento, típicamente al menos 250%, y a
veces mucho mayores. Una ventaja adicional del método según la
presente invención es que tiene tal balance térmico que puede ser un
exportador neto de vapor sobrecalentado a alta presión. Este vapor
se puede expandir en un turbo-expansor que acciona
un generador eléctrico. De acuerdo con esto, se puede generar
electricidad.
Preferiblemente, se convierte desde 80 hasta 90%
del sulfuro de hidrógeno en vapor de azufre aguas arriba de la
reacción de hidrogenación en la etapa (d) del método según la
invención. Esto facilita la consecución de un elevado aumento del
rendimiento de la planta Claus.
Se prefiere que la relación molar de sulfuro de
hidrógeno a dióxido de azufre en la corriente gaseosa mermada en
vapor de azufre esté en el intervalo de 4:1 hasta 10:1. Esta
relación se puede conseguir limitando o controlando de forma
apropiada el caudal de oxígeno a los hornos.
Preferiblemente, el caudal de oxígeno al horno
aguas arriba está en el intervalo de M a N, donde M = (0,8a+b+0,16c)
y N =(a+b+0,22c), donde:
- a
- es el caudal estequiométrico de suministro de oxígeno para la completa oxidación a nitrógeno y vapor de agua de todo amoniaco en la corriente gaseosa de alimentación;
- b
- es el caudal estequiométrico de suministro de oxígeno para la completa combustión de todo hidrocarburo presente en la corriente gaseosa de alimentación; y
- c
- es el caudal estequiométrico de suministro de oxígeno requerido para la completa oxidación a dióxido de azufre y vapor de agua del sulfuro de hidrógeno en la corriente gaseosa de alimentación.
Convencionalmente, en los procesos Claus, el
oxígeno para la reacción del sulfuro de hidrógeno se suministra a un
caudal aproximadamente igual a 0,33c. Operando con sustancialmente
menos oxígeno, la relación de sulfuro de hidrógeno a dióxido de
azufre en el primer horno se mantiene alta favoreciendo por ello la
reducción del dióxido de azufre a vapor de azufre. De acuerdo con
esto, se pueden conseguir niveles muy altos de conversión de dióxido
de azufre en azufre en los dos hornos en la etapa (a) del método
según la invención. Por lo tanto, se puede limitar cualquier
requerimiento de suministro externo de hidrógeno.
El caudal de suministro de oxígeno al segundo o
aguas abajo horno en la etapa (a) (cuando sólo se emplean dos hornos
en la etapa (a)) está en el intervalo P a Q, donde P = 0,8d+e+0,16f
y Q = d+e+0,22f, en las que:
- d
- es el caudal estequiométrico de oxígeno requerido para la total oxidación a nitrógeno y vapor de agua de todo amoniaco que entra en el horno aguas abajo (preferiblemente no entra amoniaco en el horno aguas abajo);
- e
- es el caudal de suministro de oxígeno requerido para la total combustión a dióxido de carbono y vapor de agua de todo hidrocarburo que entra en el horno aguas abajo (preferiblemente no entra hidrocarburo en el horno aguas abajo); y
- f
- es el caudal estequiométrico de suministro de oxígeno requerido para la completa combustión del sulfuro de hidrógeno que entra en el horno aguas abajo a vapor de agua y dióxido de azufre.
Debido a que la oxidación de sulfuro de hidrógeno
está estrictamente limitada en los hornos empleados en la etapa (a)
del método según la invención, se limita la cantidad de calor
generada en cada horno individual, haciendo de este modo innecesario
la introducción de refrigerantes especiales o corrientes de
reciclado en cada horno para los fines de limitación de la
temperatura. No obstante, la corriente gaseosa efluente del horno
aguas arriba se enfría preferiblemente, por ejemplo, en una caldera
de recuperación de calor, aguas arriba del horno aguas abajo. Este
flujo de gas se enfría preferiblemente hasta una temperatura en el
intervalo de 300 hasta 500ºC.
Si se desea, cuando se emplean dos hornos en la
etapa (a) del método según la invención, se puede condensar vapor de
azufre entre el horno aguas arriba y el horno aguas abajo. (Si se
desea, la corriente gaseosa resultante se puede recalentar aguas
arriba del horno aguas abajo hasta una temperatura a la que la
reacción entre el oxígeno y el sulfuro de hidrógeno sea autógena).
Por otra parte, se puede dejar pasar vapor de azufre desde el horno
aguas arriba al aguas abajo sin que haya condensación de azufre
intermedia.
A veces, se puede formar in situ
suficiente hidrógeno para la completa reducción a sulfuro de
hidrógeno y todo vapor de azufre residual en la corriente gaseosa
mermada en vapor de azufre mediante craqueo térmico tanto del
sulfuro de hidrógeno como de amoniaco durante la etapa (a) del
método según la invención. Si se desea, se puede aportar una fuente
externa de hidrógeno para asegurar que haya siempre una cantidad
adecuada de hidrógeno disponible para reducción del dióxido de
azufre y cualquier vapor de azufre residual.
En la etapa de hidrogenación catalítica, se puede
usar cualquier catalizador conocido de la reacción entre hidrógeno y
dióxido de azufre para formar vapor de agua y sulfuro de
hidrógeno.
La temperatura de entrada al hidrogenador
catalítico está preferiblemente en el intervalo de 200ºC hasta
400ºC. La corriente gaseosa mermada en azufre adicional se
recalienta preferiblemente entre la etapa de condensación de azufre
y la etapa de hidrogenación catalítica.
Si se desea, la etapa de hidrogenación catalítica
se puede llevar a cabo con refrigeración externa para limitar la
magnitud de cualquier incremento de temperatura que tenga lugar como
resultado de la reacción de reducción exotérmica. La refrigeración
externa se lleva a cabo preferiblemente añadiendo vapor a la
corriente gaseosa mermada en vapor de azufre.
La etapa de condensación de agua se lleva a cabo
preferiblemente por contacto directo de la corriente gaseosa
reducida con agua, siendo enfriada la corriente gaseosa reducida por
intercambio de calor indirecto entre la etapa de reducción
catalítica y la etapa de condensación de agua.
Preferiblemente, el gas disminuido en vapor de
agua resultante sale de la etapa de condensación de agua como un gas
saturado en vapor de agua a una temperatura en el intervalo de 30ºC
hasta 50ºC. Como resultado, en la etapa de condensación de agua se
separa típicamente al menos el 85% del vapor de agua presente en la
corriente gaseosa reducida.
Una corriente gaseosa mermada en vapor de agua
que contenga al menos 40% en volumen de sulfuro de hidrógeno es
fácilmente tratable generalmente en plantas Claus convencionales que
usan aire para mantener la combustión. Cuando la concentración de
sulfuro de hidrógeno sea del orden del 40% en volumen, se puede usar
algo de enriquecimiento con oxígeno del aire usado para mantener la
combustión en el horno u hornos adicional(es), o algo del gas
disminuido en vapor de agua se puede desviar a una zona aguas abajo
del horno u hornos adicional(es). Por lo tanto, la planta
Claus puede ser una planta Claus convencional y, por lo tanto, los
enteros (a) a (d) aguas arriba del aparato según la invención se
pueden reajustar a una planta Claus que subsiste para hacerla
aumentar su capacidad, típicamente en al menos 250%. La alimentación
a dicha planta Claus se puede suplementar con una segunda corriente
de alimentación que contenga más del 40% en volumen de sulfuro de
hidrógeno. Por otra parte, o además, se puede usar un oxidante
gaseoso que contenga al menos 80% en volumen de oxígeno,
preferiblemente al menos 90% en volumen de oxígeno, para mantener la
combustión en el horno u hornos adicional(es). De otra forma,
la combustión se puede mantener mediante aire no enriquecido en
oxígeno o aire enriquecido en oxígeno (o corrientes separadas de
aire y oxígeno o aire enriquecido en oxígeno) que contengan menos de
80% en volumen de oxígeno.
Preferiblemente, se emplean dos o tres etapas de
reacción catalítica entre sulfuro de hidrógeno y dióxido de azufre
en dicha planta Claus empleada en la etapa (f) del método según la
invención, dependiendo de la conversión global requerida.
Preferiblemente, dicha planta Claus incluye
adicionalmente en su extremo aguas abajo una llamada "unidad de
limpieza del gas de cola" que puede incluir típicamente, en
serie, un condensador de agua, una unidad para la reducción de
dióxido de azufre a sulfuro de hidrógeno y una unidad para absorción
de sulfuro de hidrógeno del gas de cola. El absorbente es
preferiblemente una amina que sea selectiva para el sulfuro de
hidrógeno.
Si, en el método según la invención, se emplea
una pluralidad de plantas Claus en paralelo, las plantas Claus
pueden compartir una planta de limpieza del gas de cola común.
Los hornos en la etapa (a) del método según la
invención se hacen funcionar preferiblemente a una presión en el
intervalo de 100 a 200 kPa absolutos. El horno adicional se hace
funcionar preferiblemente a una presión similar. Preferiblemente,
con el fin de facilitar el flujo de la corriente gaseosa mermada en
vapor de agua en el horno adicional, se emplea un flujo de vapor
para elevar la presión de la corriente gaseosa reducida.
Preferiblemente, el vapor se añade a la corriente gaseosa reducida
entre las etapas de hidrogenación y extracción de agua del método
según la invención. No obstante, son posibles otras posiciones para
la adición del vapor. Para este fin se pueden usar uno o más
eductores. Usar tales eductores hace innecesario emplear un
ventilador u otro dispositivo rotativo para alimentar la corriente
gaseosa mermada en vapor de agua en la planta o plantas
empleada(s) en la etapa (g) del método según la invención.
Además, la introducción del vapor aguas arriba de la etapa de
condensación de vapor de agua tiene el resultado de que el contenido
total de vapor de agua de la corriente gaseosa mermada en vapor de
agua no necesita ser aumentado y, por lo tanto, no tiene efecto
perjudicial de la operación de la planta o plantas Claus aguas
abajo.
Si se desea, particularmente si el contenido de
hidrógeno de la corriente gaseosa mermada en vapor de agua es mayor
que, digamos, 10% en volumen, el hidrógeno se puede separar de la
corriente gaseosa mermada en vapor de agua aguas arriba de la planta
o plantas Claus.
La planta Claus emplea preferiblemente oxidante
gaseoso que contenga al menos 80% en volumen de moléculas de oxígeno
en el horno adicional u hornos adicionales.
El método según la invención se describirá ahora
a modo de ejemplo con referencia a los dibujos que se acompañan, en
los que:
La Figura 1 es un diagrama de flujos esquemático
generalizado de una planta 2 para recuperar azufre de una corriente
gaseosa que contiene sulfuro de hidrógeno, que comprende un conjunto
4 de unidades reajustadas, una planta Claus 6 principal, y una
unidad 8 de limpieza del gas de cola;
La Figura 2 es un diagrama de flujos esquemático
que ilustra una configuración de unidades 2 para uso en la planta
mostrada en la Figura 1;
La Figura 3 es un diagrama de flujos esquemático
que ilustra una primera configuración alternativa de unidades 2 para
uso en la planta mostrada en la Figura 1;
La Figura 4 es un diagrama de flujos esquemático
que ilustra una segunda configuración alternativa de unidades 2 para
uso en la planta mostrada en la Figura 1;
La Figura 5 es un diagrama de flujos esquemático
de la planta Claus principal 6 mostrada en la Figura 1;
y
La Figura 6 es un diagrama de flujos esquemático
de la unidad 8 de limpieza de gas de cola mostrada en la Figura
1.
Los dibujos no están a escala. Partes similares
en diferentes figuras de los dibujos están indicadas por los mismos
números de referencia.
Con referencia a la Figura 1 de los dibujos, una
planta 2 de recuperación de azufre comprende, en secuencia, un
conjunto de unidades 4 aguas arriba para llevar a cabo las etapas
(a) a (e) del método según la invención, una planta Claus principal
6 para llevar a cabo la etapa (f) del método según la invención, y
una planta 8 de limpieza del gas de cola para limpiar el gas
efluente de la planta Claus 6.
Con referencia ahora a la Figura 2 de los
dibujos, se alimenta una corriente gaseosa de alimentación que
contiene sulfuro de hidrógeno que comprende típicamente sulfuro de
hidrógeno, dióxido de carbono y vapor de agua, y que incluye a veces
adicionalmente amoniaco y/o uno o más hidrocarburos, desde una
tubería 12 a un quemador 14 que, o quema axialmente en un reactor
térmico en forma de horno 16 con revestimiento refractario, a través
de una pared extrema 18 del mismo, o quema tangencialmente a través
de una pared lateral en una posición próxima a la pared extrema 18,
típicamente en ángulos rectos con respecto al eje del horno 16. El
gas de alimentación contiene típicamente al menos 70% en volumen de
combustibles. Si la corriente gaseosa de alimentación es una
corriente residual de una refinería de petróleo puede ser un gas
ácido (a veces denominado "gas de amina"), o una mezcla de gas
de amina con un gas de separador de aguas ácidas. La corriente
gaseosa de alimentación que contiene sulfuro de hidrógeno se
suministra al quemador 14 típicamente a una temperatura en el
intervalo de 0ºC hasta 90ºC, preferiblemente 10ºC hasta 60ºC y,
típicamente, no precalentada aguas arriba del horno 16. El quemador
14 es suministrado separadamente desde una tubería 20 con una
corriente de oxígeno comercialmente puro o una corriente de aire
altamente enriquecido en oxígeno. En cualquiera de los dos casos, la
fracción molar de oxígeno en el gas que se suministra a lo largo de
la tubería 20 es al menos 0,8. Efectivamente, la corriente de
oxígeno puede contener típicamente al menos 90% en volumen de
oxígeno y se puede separar del aire, por ejemplo, mediante adsorción
por cambio de presión o por destilación fraccionada, siendo capaz el
último método de separación de producir oxígeno con una pureza por
encima de 99%. Se prefiere particularmente una pureza por encima de
99%. Mediante el funcionamiento del quemador 14 parte del contenido
de sulfuro de hidrógeno de la primera corriente gaseosa de
alimentación se quema en el horno 16.
El caudal de oxígeno o el contenido de oxígeno de
un aire enriquecido en oxígeno a lo largo de la tubería 20 está en
el intervalo de M a N, donde M = (0,8a+b+0,16c) y N = (a+b+0,22d), y
donde a es el caudal estequiométrico requerido para la completa
oxidación a nitrógeno y vapor de agua de todo amoniaco presente en
la alimentación, b es el caudal estequiométrico de oxígeno requerido
para la completa oxidación a dióxido de carbono y vapor de agua de
todo hidrocarburo presente en la alimentación, y c es el caudal
estequiométrico de oxígeno requerido para la completa oxidación a
vapor de agua y dióxido de azufre del contenido de sulfuro de
hidrógeno de la corriente gaseosa de alimentación. En términos
convencionales, por lo tanto, el quemador 14 funciona con una llama
relativamente pobre en oxígeno. Sin embargo, se pueden alcanzar
altas temperaturas de llama, típicamente con una temperatura del
núcleo por encima de 2000ºC, sin hacer que la temperatura de salida
del horno 16 exceda de 1600ºC.
Además de las reacciones anteriormente
mencionadas, también hay disociación térmica de una parte del
sulfuro de hidrógeno en hidrógeno y vapor de azufre y algo de
disociación térmica de amoniaco en hidrógeno y nitrógeno. Emplear un
gas de mantenimiento de la combustión rico en oxígeno facilita la
disociación térmica (también conocida como craqueo térmico) del
sulfuro de hidrógeno y del amoniaco particularmente si se
crea(n) zona(s) de alta temperatura a una temperatura
por encima de, digamos, 2000ºC. También pueden tener lugar otras
varias reacciones en el horno 16 tal como la formación de monóxido
de carbono, oxisulfuro de carbono y disulfuro de carbono.
Al hacer funcionar el quemador 14 y el horno 16
debería tenerse cuidado por supuesto para evitar el daño al
revestimiento refractario. El ángulo y la posición de entrada del
quemador 14 en el horno 16 y la configuración de la llama se eligen
para evitar tal daño. La disociación térmica del sulfuro de
hidrógeno tiene un efecto refrigerante que se puede tener en cuenta
al seleccionar la posición y el ángulo de entrada del quemador
14.
Como resultado de las reacciones que tienen lugar
en el horno 16, sale del horno 16, a través de una salida 22, una
corriente gaseosa efluente que comprende típicamente sulfuro de
hidrógeno, dióxido de azufre, vapor de agua, vapor de azufre,
hidrógeno, dióxido de carbono, monóxido de carbono, argón, nitrógeno
y trazas de oxisulfuro de carbono, típicamente a una temperatura
mayor que 1000ºC (y preferiblemente a una temperatura mayor que
1400ºC). A tales temperaturas, alguno de los componentes de la
corriente gaseosa efluente están todavía reaccionado entre sí, así
que es difícil de especificar la composición precisa de la mezcla
gaseosa en la salida 22. La corriente gaseosa pasa desde la salida
22 directamente a una caldera de recuperación de calor 24 u otra
forma de intercambiador de calor en la que se enfría hasta una
temperatura típicamente en el intervalo de 300ºC hasta 500ºC.
Durante el paso de la corriente gaseosa a través de la caldera de
recuperación de calor 24 hay una tendencia a que algo del hidrógeno
se vuelva a asociar con vapor de azufre para formar sulfuro de
hidrógeno. La corriente gaseosa efluente enfriada fluye desde la
caldera de recuperación de calor 24 a un horno adicional 26 con
revestimiento refractario.
Se emplea una lanza 28 para suministrar oxígeno
puro adicional (o, menos preferiblemente, aire enriquecido en
oxígeno que contenga al menos 80% en volumen de oxígeno) al horno
26. Tienen lugar las mismas reacciones que en el primer horno 16,
con la excepción de la oxidación de amoniaco e hidrocarburos porque
la alimentación gaseosa al horno 26 está libre de estos componentes.
El caudal de suministro de oxígeno a la lanza 28 es típicamente
desde 16 hasta 22% del caudal estequiométrico requerido para la
combustión total a dióxido de azufre y vapor de agua del sulfuro de
hidrógeno presente en el segundo horno 26. El porcentaje de
conversión alcanzado en el segundo horno 26 es menor que el
alcanzado en el primer horno 16 porque la temperatura de operación
tiende a ser menor y porque el oxígeno también puede reaccionar con
el hidrógeno presente en el gas que entra en la segunda etapa
300.
El gas resultante sale del horno 26 a través de
otro caldera de recuperación de calor 30 y fluye a un condensador de
azufre 32 en el que se condensa azufre a una temperatura típicamente
del orden de 130ºC.
El azufre condensado fluye a lo largo de una
tubería 34 a un depósito de azufre (no mostrado) por medio de un
tubo de sellado de azufre (no mostrado).
La corriente gaseosa mermada en vapor de azufre
que sale del condensador de azufre 32 se caracteriza por una alta
relación molar de sulfuro de hidrógeno a dióxido de azufre,
típicamente en el intervalo de 4:1 hasta 10:1.
La corriente gaseosa mermada en vapor de azufre
fluye a través de un recalentador 36 en el que se recalienta desde
su temperatura de condensación (típicamente del orden de 130ºC)
hasta una temperatura del orden de 300ºC mediante intercambio de
calor indirecto con gas caliente o intercambio de calor directo con
un generador de gas reductor (no mostrado).
La corriente gaseosa calentada resultante pasa a
un reactor de reducción (hidrogenación) catalítica 40 en el que todo
el dióxido de azufre y trazas de vapor de azufre residuales se
reducen mediante hidrógeno a sulfuro de hidrógeno sobre un
catalizador apropiado. El catalizador puede incluir, por ejemplo, un
óxido mixto de cobalto-molibdeno. Además de la
reacción entre el dióxido de azufre y el hidrógeno para formar
sulfuro de hidrógeno y vapor de agua y la reacción entre el
hidrógeno y cualquier vapor de azufre para formar sulfuro de
hidrógeno, en el reactor de reducción catalítica 40 pueden tener
lugar otras reacciones. En particular, todo monóxido de carbono
presente reacciona con vapor de agua para formar hidrógeno y dióxido
de carbono. Además, al menos 90%, pero no todo, de todo oxisulfuro
de carbono presente en la corriente gaseosa mermada en vapor de
azufre adicional recalentada se hidroliza a dióxido de carbono y
sulfuro de hidrógeno. De forma similar, todo disulfuro de carbono
presente se hidroliza a dióxido de carbono y sulfuro de
hidrógeno.
Es importante asegurar que la reducción del
dióxido de azufre y todo azufre residual vaya hasta compleción en el
reactor 40. De otra forma, habrá una tendencia a que el azufre se
deposite en las piezas aguas abajo de la planta. A veces hay
suficiente hidrógeno presente en la corriente gaseosa mermada en
vapor de azufre para que las reacciones de reducción vayan hasta
compleción. En cualquier caso, se prefiere tener disponible una
tubería 42 para añadir hidrógeno externo en el caso o de una
reducción temporal de la concentración de hidrógeno en la mezcla
gaseosa que entra en el reactor 40 hasta un nivel al cual se puede
poner en peligro la reducción completa del dióxido de azufre o si
hay una concentración inadecuada de hidrógeno en la corriente
gaseosa mermada en vapor de azufre. El hidrógeno externo se puede
generar in situ, por ejemplo, mediante oxidación parcial de
hidrocarburos, preferiblemente usando oxígeno puro o aire
enriquecido en oxígeno como oxidante o, junto con monóxido de
carbono, mediante un generador de gas reductor usando aire, aire
enriquecido en oxígeno u oxígeno puro como oxidante.
Si se desea, el reactor 40 de reducción
catalítica puede estar provisto de un serpentín de refrigeración (no
mostrado) en el que se puede pasar un refrigerante, por ejemplo,
vapor, en el caso de que hubiera una excesiva generación de calor en
el catalizador o, por otra parte, se puede añadir vapor
directamente.
La corriente gaseosa reducida, que se compone
ahora esencialmente de sulfuro de hidrógeno, hidrógeno, vapor de
agua, dióxido de carbono, nitrógeno y argón, sale del reactor 40 y
fluye a través del intercambiador de calor 46 en el que se enfría
hasta una temperatura en el intervalo de 100ºC hasta 200ºC (por
ejemplo, 150ºC) por intercambio de calor indirecto de agua y/o
vapor. La corriente gaseosa así enfriada fluye a través de uno o más
eductores 48 en paralelo entre sí. En los eductores 48, la corriente
gaseosa reducida y enfriada se mezcla con vapor sobrecalentado y
presurizado suministrado por medio de una tubería 50. Típicamente,
los hornos 16 y 26 se hacen funcionar a una presión en el intervalo
de 120 hasta 200 kPa. La planta Claus 6 mostrada en la Figura 1 se
hace funcionar a una presión similar. La presión de la corriente
gaseosa reducida se puede elevar suficientemente por esta adición de
vapor para asegurar el paso de todo el gas necesario a la planta
Claus 6 mediante la elección apropiada del caudal y la presión de
suministro (y, por lo tanto, de la temperatura) del vapor en la
tubería 50. Preferiblemente, el vapor se suministra a una presión en
el intervalo de 1000 hasta 5000 kPa y una temperatura
correspondiente mayor que 100ºC pero menor que 265ºC.
La corriente gaseosa reducida, que ha sido
mezclada con el vapor, se introduce en una torre de enfriamiento 52,
de contacto directo y eliminadora del sobrecalentamiento. En la
torre de enfriamiento 52, la corriente gaseosa fluye hacia arriba y
entra en contacto con una corriente de agua descendente. La
corriente gaseosa reducida se enfría así y se condensa la mayor
parte (preferiblemente mayor que 85%) de su contenido de vapor de
agua, entrando el condensado en la corriente de líquido descendente.
El condensado incluye el vapor añadido a las mezclas gaseosas
reducidas en los eductores 48. La torre de enfriamiento 52 contiene
preferiblemente un relleno al azar o estructurado (no mostrado) para
facilitar la transferencia de masa entre el vapor ascendente y el
líquido descendente. Como resultado, se forma una corriente gaseosa
mermada en vapor de agua. El agua que sale del fondo de la torre de
enfriamiento 52 se recircula por medio de una bomba 54 y se enfría
en un refrigerante 56 aguas arriba de ser reintroducida en la parte
superior de la torre de enfriamiento 52. El exceso de agua se separa
a través de una salida 58 y es enviado a un separador de aguas
ácidas (no mostrado) con el fin de separar su contenido de sulfuro
de hidrógeno.
La corriente gaseosa mermada en vapor de agua
resultante que sale de la torre 52 a través de una salida 60,
contiene típicamente del orden de al menos 40% en volumen de sulfuro
de hidrógeno y, por lo tanto, constituye una materia prima de
alimentación apropiada para tratamiento en una planta Claus
convencional.
La corriente gaseosa mermada en vapor de agua
sale de la parte superior de la torre de enfriamiento 52 típicamente
a una temperatura en el intervalo de 30ºC hasta 50ºC y es enviada a
la planta Claus 6 mostrada en la Figura 5 de los dibujos que se
acompañan. Con referencia a la Figura 5, la corriente gaseosa
mermada en vapor de agua es recibida por un quemador 72 que arde en
un horno adicional con revestimiento refractario 70. El quemador 72
también puede recibir una segunda corriente gaseosa de alimentación
que puede ser de la misma composición o de diferente composición que
la de la corriente gaseosa de alimentación al horno 16. Para el
máximo aumento del rendimiento de la planta Claus 6, no obstante,
todo el gas de alimentación a ella llega de la torre de enfriamiento
52. El quemador 72 recibe adicionalmente una corriente de aire, aire
enriquecido en oxígeno u oxígeno a través de una tubería 68.
En una refinería de petróleo hay diversas
estrategias diferentes para seleccionar la composición de la primera
y segunda corrientes gaseosas de alimentación. Generalmente, en una
refinería de petróleo, hay una o más fuentes de gas de amina, que
contiene típicamente más del 70% en volumen de sulfuro de hidrógeno,
pero está exento de amoniaco, y una o más fuentes de gas de
separador de aguas ácidas, que contiene típicamente proporciones
aproximadamente iguales de vapor de agua, sulfuro de hidrógeno y
amoniaco. Una estrategia es mezclar simplemente el gas de amina con
el gas de separador de aguas ácidas para obtener la misma
composición para ambas primera corriente gaseosa de alimentación y
segunda corriente gaseosa de alimentación. Un problema que a veces
surge en la planta Claus es el de efectuar la completa destrucción
del amoniaco. Si el amoniaco no se destruye completamente puede
envenenar o reaccionar con los catalizadores de Claus aguas abajo.
Particularmente si se emplea aire sin enriquecer en oxígeno para
mantener la combustión en el horno adicional 70, es deseable que una
mayor proporción del amoniaco que se vaya a destruir consiga entrar
en la primera corriente gaseosa de alimentación más bien que en la
segunda corriente gaseosa de alimentación. Esto es porque la
fracción molar de oxígeno relativamente alta del gas usado para
mantener la combustión en el horno 16 facilita la creación de altas
temperaturas de llama que favorecen la destrucción del amoniaco. De
acuerdo con esto, a menudo se prefiere más que todo el gas de
separador de aguas ácidas se use para formar la primera corriente
gaseosa de alimentación. Típicamente, algo de gas de amina se mezcla
con el gas de aguas ácidas o se suministra de forma separada de ella
al quemador 14 que arde dentro del horno 16. Cualquier resto de gas
de amina se envía típicamente al quemador 72 como segunda corriente
gaseosa de alimentación.
La planta Claus mostrada en la Figura 5 puede ser
en esencia una planta Claus convencional que se hace funcionar
esencialmente de manera convencional. Las reacciones que tienen
lugar en el horno 70 son análogas a las que tienen lugar en el horno
16 mostrado en la Figura 2 y no necesitan ser descritas más aquí. A
través de una salida 74 sale del horno 70 una corriente gaseosa
resultante que tiene esencialmente los mismos componentes que la
corriente gaseosa efluente del horno 16 mostrado en la Figura 2.
(Típicamente, si se alcanza una temperatura de llama menor en el
horno 70 que en horno 16, la mezcla gaseosa que sale a través de la
salida 74 contendrá una menor fracción molar de hidrógeno que el
correspondiente gas que sale del horno 16). El gas efluente pasa
desde la salida 74 a una caldera de recuperación de calor 76 u otro
intercambiador de calor en el que se enfría por intercambio de calor
con vapor u otro refrigerante. La corriente gaseosa enfriada
resultante sale típicamente de la caldera de recuperación de calor
76 a una temperatura en el intervalo de 250ºC hasta 400ºC.
La corriente gaseosa efluente enfriada pasa desde
la caldera de recuperación de calor 76 a un condensador de azufre 78
adicional en el que se enfría adicionalmente el gas efluente hasta
una temperatura en el intervalo de 120ºC hasta 160ºC y en el que el
vapor de azufre se condensa y es extraído por medio de una salida
80. El azufre líquido resultante se pasa típicamente a un depósito
de sellado de azufre (no mostrado). Una diferencia particularmente
importante entre la operación del horno 16, por una parte, y la del
horno 70, por otra parte, es que, mientras que a la salida del
condensador de azufre 32 la relación molar de sulfuro de hidrógeno a
dióxido de azufre en la corriente gaseosa mermada en azufre es al
menos 4:1, la correspondiente relación a la salida del condensador
78 es del orden de 2:1. La corriente gaseosa mermada en vapor de
azufre fluye desde el condensador de azufre adicional 78 a través de
tres etapas catalíticas de Claus sucesivas 84, 86 y 88. Cada una de
las etapas 84, 86 y 88, de acuerdo con la práctica general en la
técnica, comprende una serie de unidades que comprenden, en
secuencia, un recalentador (no mostrado) para elevar la temperatura
de la mezcla gaseosa hasta una temperatura apropiada para la
reacción catalítica entre el sulfuro de hidrógeno y el dióxido de
azufre (por ejemplo, una temperatura en el intervalo desde 200ºC
hasta 350ºC), un reactor catalítico (no mostrado) en el que el
sulfuro de hidrógeno reacciona con el dióxido de azufre para formar
vapor de azufre y vapor de agua y todavía un condensador de azufre
adicional (no mostrado).
La mezcla gaseosa que sale de la etapa catalítica
88 más aguas abajo puede ser sometida a uno cualquiera de varios
tratamientos conocidos para hacer el efluente del proceso Claus
apropiado para descarga a la atmósfera. Por ejemplo, la mezcla
gaseosa puede fluir hasta la planta 8 de limpieza del gas de cola
mostrada en la Figura 6 de los dibujos que se acompañan. Con
referencia a la Figura 6, la mezcla gaseosa puede pasar a un reactor
90 en el que los componentes presentes en la mezcla gaseosa se
someten a hidrólisis e hidrogenación. En el reactor 90, la mayor
parte del oxisulfuro de carbono y disulfuro de carbono residuales se
hidroliza sobre un catalizador, por ejemplo, alúmina impregnada con
óxidos de cobalto y molibdeno, para producir sulfuro de hidrógeno y
dióxido de carbono. Al mismo tiempo, el azufre elemental y el
dióxido de azufre residuales se hidrogenan a sulfuro de hidrógeno.
La hidrólisis e hidrogenación tienen lugar típicamente a una
temperatura en el intervalo de 300ºC hasta 350ºC. Una mezcla gaseosa
resultante compuesta de sulfuro de hidrógeno, nitrógeno, dióxido de
carbono, vapor de agua e hidrógeno sale del reactor 90 y fluye
primero a una unidad de condensación de agua 92 y después a una
unidad separada 94 en la que se separa el sulfuro de hidrógeno por
medio de absorción en un absorbente selectivo tal como
metildietilamina. Si se desea, el sulfuro de hidrógeno se puede
reciclar, por ejemplo, al horno 70.
La planta mostrada en la Figura 1 es capaz de
alcanzar más del 99,5%, y típicamente más del 99,7%, de conversión
de sulfuro de hidrógeno en azufre. Reajustando las unidades 4
mostradas en la Figura 2 a la planta Claus 6 mostrada en la Figura
5, se puede más que doblar su capacidad sin ninguna pérdida de
conversión o incluso con ganancia de conversión.
En la Figura 3, se muestra una modificación de la
disposición de las unidades representadas en la Figura 2. Entre la
caldera de recuperación de calor 24 y el segundo horno 26 está
situado un condensador de azufre 300 y un recalentador 302. El
condensador de azufre 300 condensa azufre a una temperatura del
orden de 135ºC. Esta etapa ayuda a aumentar la conversión de sulfuro
de hidrógeno en vapor de azufre en el horno 26 porque la separación
del vapor de azufre tiene el efecto de desplazar hacia adelante la
reacción de Claus en el segundo horno 26. El recalentador 302 eleva
la temperatura de la corriente gaseosa mermada en azufre resultante
hasta una temperatura del orden de 500ºC tal que pueda tener lugar
en el horno 300 la combustión autógena del sulfuro de hidrógeno y,
por lo tanto, la lanza 28 se puede usar todavía para suministrar
oxígeno al segundo horno 26.
En otros aspectos, la disposición y el
funcionamiento de la planta mostrada en la Figura 3 son
esencialmente los mismos que los mostrados en la Figura 2.
La planta mostrada en la Figura 4 de los dibujos
que se acompañan y su funcionamiento son esencialmente los mismos
que los mostrados en la Figura 3, con la excepción de que se omite
el recalentador 302. Como resultado, se usa un quemador 402 con una
entrada de oxígeno separada 404 en vez de la lanza 28. El quemador
402 tiene típicamente sus propios sistemas de ignición y detección
de llama.
Aunque, refiriéndose de nuevo a la Figura 1, se
ha descrito la serie de unidades 2 como que está reajustada a la
planta Claus 4 y la planta de limpieza de gas de cola 6, la planta
entera se puede montar al mismo tiempo.
El método según la presente invención se ilustra
ahora mediante los siguientes ejemplos:
Refiriéndose de nuevo a la Figura 1, una planta
Claus 4 y una planta de limpieza del gas de cola 6 asociada
subsistentes tratan una corriente gaseosa de alimentación que tiene
la siguiente composición:
71,78% en moles de H_{2}S
14,44% en moles de H_{2}O
11,11% en moles de NH_{3}
2,00% en moles de CO_{2}
0,66% en moles de C_{2}H_{6}
Esta corriente gaseosa de alimentación se forma
mezclando juntos gas de amina con gas de separador de aguas ácidas
en la relación de dos partes en volumen del primero a una parte en
volumen del último.
La corriente gaseosa de alimentación de
suministra a la planta Claus 4 a un caudal de 100 kmol/h. Esto
requiere un suministro de aire a un caudal de 202,73 kmol/h. De
acuerdo con esto, el horno de la planta Claus tiene un volumen
suficiente para ser capaz de recibir un total de 302,73 kmol/h.
Se llevaron a cabo tres simulaciones por
ordenador (usando un programa SULSIM 5) con el fin de evaluar el
aumento del rendimiento de la planta Claus pasando el gas de
alimentación a cada uno de los siguientes:
- A)
- un conjunto 2 de unidades como las mostradas en la Figura 4 de los dibujos que se acompañan;
- B)
- una planta según la Figura 4 de los dibujos que acompañan al documento EP-A-565 316 (es decir, una planta similar a la Figura 2 de los dibujos que se acompañan pero omitiendo el horno 26 y su caldera de recuperación de calor asociado).
Las simulaciones se llevaron a cabo suponiendo
que la alimentación de oxígeno al primer horno era 100% pura.
Los resultados de las simulaciones se muestran en
la Tabla 1 siguiente, en la que todos los caudales están en kmol/h.
Basados en la experiencia práctica previa de operación de los hornos
Claus mejorados con oxígeno, se cree que el programa subestima el
porcentaje de conversión alcanzado en tales hornos. Como resultado,
puede estar sobreestimado el requerimiento de hidrógeno externo en
el hidrogenador catalítico. Los resultados expuestos en la Tabla 1
deberían, por lo tanto, ser tomados como que son confirmativos de la
operabilidad de los ejemplos del método según la invención más bien
que dar datos de operación exactos.
Estos resultados muestran que el ejemplo del
método según la invención es capaz de alcanzar menores caudales de
gas de salida que el ejemplo del método según el documento
EP-A-565 316, haciendo posible de
este modo un mayor grado de aumento del rendimiento.
Basados en los anteriores resultados, se
calcularon los caudales máximos de alimentación del gas ácido a las
unidades 2 reajustadas. Los resultados de los cálculos se exponen a
continuación:
A - 460 kmol/h
B - 275 kmol/h
Por lo tanto, el método A según la invención hace
posible un aumento del rendimiento más que cuádruple de la planta
Claus 4.
Incluso se hacen posibles mayores aumentos de
capacidad si la planta Claus 4 se convierte para funcionar de
acuerdo con el documento EP-A-0 237
217 en el que su único horno de combustión es sustituido por dos
hornos de combustión en serie en ambos cuales se emplea oxígeno para
mantener la combustión. Ahora, los caudales de alimentación máximos
del gas ácido se convierten en
A - 810 koml/h
B - 600 kmol/h
Se pueden hacer varios cambios y modificaciones
en la planta mostrada en los dibujos. Por ejemplo, se puede
conseguir una considerable simplificación de la planta 4 mostrada en
la Figura 2 empleando una pluralidad de pasos en la caldera de
recuperación de calor 24. Como resultado, el gas del primer paso
puede entrar en la cámara que actúa como horno 26. El gas caliente
del horno 26 fluye a través del segundo paso de la caldera de
recuperación de calor 24 y aguas abajo del mismo pasa directamente
al condensador de azufre 32. Como resultado, se puede omitir
enteramente la caldera de recuperación de calor 30.
En otra modificación, se puede(n) omitir
el eductor o eductores 48 y el horno 70 en la planta Claus 6 se
puede operar a una presión suficientemente más baja que los hornos
16 y 26 para obviar la necesidad de un ventilador en su lugar. Se
puede crear una menor presión de operación reduciendo el flujo total
de gas al horno 70 al reajustar las unidades 4. Esto es
particularmente fácil de hacer si el horno 70 fuera operado con aire
como oxidante antes del reajuste. Si se sustituye al menos algo de
aire por oxígeno, el caudal del oxidante se puede reducir en una
cantidad necesaria para dar la presión de operación menor
deseada.
Todavía en otra modificación, se puede(n)
omitir el eductor o eductores 48 de las disposiciones mostradas en
las Figuras 2 a 4 y volver a desplegarse entre el reactor 90 y el
condensador 92 en la planta de limpieza de gas de cola mostrada en
la Figura 6.
Finalmente, una etapa de oxidación catalítica
selectiva en la que se hace reaccionar selectivamente el sulfuro de
hidrógeno con oxígeno para formar vapor de azufre y vapor de agua
sobre un catalizador de oxidación selectiva puede sustituir a o
añadirse a cualquiera de las etapas de Claus catalíticas en el
método y aparato según la presente invención, particularmente la
etapa de Claus catalítica más aguas abajo en la planta 6 mostrada en
la Figura 5 de los dibujos que se acompañan. Los catalizadores de
oxidación selectiva son muy conocidos en la técnica. Tal etapa de
oxidación selectiva puede ser particularmente útil como etapa
catalítica final en la planta 6 si la unidad 8 de limpieza del gas
de cola es omitida de la disposición mostrada en la Figura 1 porque
ayuda a aumentar la conversión de sulfuro de hidrógeno en
azufre.
Claims (7)
1. Un método para tratar una corriente gaseosa
de alimentación que comprende sulfuro de hidrógeno, que comprende
las etapas de:
- (a)
- oxidar a dióxido de azufre, en al menos dos hornos en serie, una parte del contenido de sulfuro de hidrógeno de al menos una corriente de alimentación que comprende sulfuro de hidrógeno y hacer reaccionar el dióxido de azufre así formado con sulfuro de hidrógeno residual para formar vapor de azufre y vapor de agua;
- (b)
- extraer del horno aguas abajo una corriente gaseosa parcialmente reaccionada que incluye vapor de azufre, vapor de agua, sulfuro de hidrógeno residual y dióxido de azufre residual;
- (c)
- extraer en un condensador de azufre vapor de azufre de la corriente gaseosa parcialmente tratada para formar una corriente gaseosa mermada en vapor de azufre;
- (d)
- reducir catalíticamente con hidrógeno a sulfuro de hidrógeno el dióxido de azufre y todo contenido de vapor de azufre de la corriente gaseosa mermada en vapor de azufre para formar una corriente gaseosa reducida;
- (e)
- extraer vapor de agua por condensación de la corriente gaseosa reducida para formar una corriente gaseosa mermada en vapor de agua; y
- (f)
- alimentar sin reciclar el gas disminuido en vapor de agua a al menos una planta Claus para recuperar azufre de sulfuro de hidrógeno que comprende al menos un horno adicional para la oxidación de sulfuro de hidrógeno a dióxido de azufre y la reacción del dióxido de azufre resultante con sulfuro de hidrógeno residual, un primer condensador de azufre adicional y una pluralidad de etapas de reacción catalítica, habiendo un segundo condensador de azufre adicional aguas abajo de cada etapa de dicha reacción catalítica, y extraer de esta forma más vapor de azufre, en el que:
se emplea un gas que contiene al menos 80% en
volumen de moléculas de oxígeno para mantener la combustión en la
etapa (a);
la corriente gaseosa mermada en vapor de agua
contiene al menos 40% en volumen de sulfuro de hidrógeno; y
en la etapa (f), la reacción catalítica es una
reacción de Claus entre sulfuro de hidrógeno y dióxido de azufre o
una oxidación selectiva de sulfuro de hidrógeno a azufre, o ambas
reacciones.
2. Un método según la reivindicación 1, en el
que, en la etapa (f), cada etapa de reacción catalítica es una
reacción de Claus entre sulfuro de hidrógeno y dióxido de
azufre.
3. Un método según la reivindicación 1 o la
reivindicación 2, en el que la relación molar de sulfuro de
hidrógeno a vapor de azufre en la corriente gaseosa mermada en vapor
de azufre está en el intervalo de 4:1 hasta 10:1.
4. Un método según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que caudal de oxígeno al horno
aguas arriba está en el intervalo de M a N, donde M = (0,8a+b+0,16c)
y N = (a+b+0,22c), donde:
- a
- es el caudal estequiométrico de suministro de oxígeno para la completa oxidación a nitrógeno y vapor de agua de todo amoniaco en la corriente gaseosa de alimentación;
- b
- es el caudal estequiométrico de suministro de oxígeno para la completa combustión de todo hidrocarburo presente en la corriente gaseosa de alimentación; y
- c
- es el caudal estequiométrico de suministro de oxígeno requerido para la completa oxidación a dióxido de azufre y vapor de agua del sulfuro de hidrógeno en la corriente gaseosa de alimentación.
5. Un método según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que caudal de suministro de
oxígeno al horno aguas abajo en la etapa (a) está en el intervalo P
a Q, donde P = 0,8d+e+0,16f y Q = d+e+0,22f, en las que:
- d
- es el caudal estequiométrico de oxígeno requerido para la total oxidación a nitrógeno y vapor de agua de todo amoniaco que entra en el horno aguas abajo (preferiblemente no entra amoniaco en el horno aguas abajo);
- e
- es el caudal de suministro de oxígeno requerido para la total combustión a dióxido de carbono y vapor de agua de todo hidrocarburo que entra en el horno aguas abajo; y
- f
- es el caudal estequiométrico de suministro de oxígeno requerido para la completa combustión del sulfuro de hidrógeno que entra en el horno aguas abajo a vapor de agua y dióxido de azufre.
6. Un método según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que la etapa de condensación de
agua se lleva a cabo por contacto directo de la corriente gaseosa
reducida con agua, siendo enfriada la corriente gaseosa reducida por
intercambio de calor indirecto entre la etapa de reducción
catalítica y la etapa de condensación de agua.
7. Un método según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que desde 80 hasta 90% del
sulfuro de hidrógeno que entra en la etapa (a) del método se
convierte en vapor de azufre aguas arriba de la reacción de
hidrogenación.
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