ES2245966T3 - Procedimiento para la preparacion de so2 a partir de un gas que contiene h2s. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para la preparación de SO2 a partir de un gas que contiene H2S por introducción de una corriente gaseosa que contiene H2S en un reactor de lecho fluidizado, en el que, mediando empleo de un gas de fluidización que contiene oxígeno, se produce una capa fluidizada de partículas, caliente a por lo menos 400ºC, y en el que se quema H2S para formar SO2 y H2O, realizándose que la corriente gaseosa que contiene H2S se comprime mediante un gas propulsor en por lo menos un inyector (5), y se insufla en la capa de partículas (3).

Description

Procedimiento para la preparación de SO_{2} a partir de un gas que contiene H_{2}S.

El invento se refiere a un procedimiento para la preparación de SO_{2} a partir de un gas que contiene H_{2}S.

En el caso del conocido "procedimiento de Claus" en una "instalación de Claus" se hace reaccionar térmica y catalíticamente H_{2}S con aire, en un proceso de múltiples etapas, para formar azufre elemental. Se trata en este caso de un proceso altamente desarrollado, que se emplea de manera predominante en la industria del petróleo. Para una evacuación de pequeñas cantidades de corrientes gaseosas que contienen H_{2}S, sin embargo, las instalaciones de Claus son antieconómicas.

La simple combustión con aire de tales gases, junto con el problema de las muy altas temperaturas de las llamas, alberga sobre todo el problema de que la combustión no transcurre de modo completo en un caso normal. Entonces, unas cantidades restantes de H_{2}S reaccionan con SO_{2} para dar azufre, que se deposita en zonas más frías de la instalación, y aparte de obstrucciones, en el caso de una inflamación inadvertida, puede conducir también a daños considerables.

Una posibilidad habitual de evacuar pequeñas cantidades de gases que contienen H_{2}S mediando formación de SO_{2}, consiste en introducirlas en hornos de tostación, en los cuales se tuestan menas sulfuradas, o en reactores de lecho fluidizado, en los que se craquean térmicamente residuos que contienen azufre mediando formación de SO_{2}.

Es misión del invento poner a disposición un procedimiento sencillo y barato, en el que se eviten las desventajas antes mencionadas.

El problema planteado por esta misión se resuelve, de acuerdo con el invento, partiendo del procedimiento mencionado al comienzo, por introducción de una corriente gaseosa que contiene H_{2}S en un reactor de lecho fluidizado, en el que, mediando empleo de un gas de fluidización que contiene oxígeno, se produce una capa caliente fluidizada de partículas, y en el que se quema H_{2}S para formar SO_{2} y H_{2}O, realizándose que la corriente gaseosa que contiene H_{2}S se comprime mediante un gas propulsor en por lo menos un inyector, y se insufla en la capa de partículas.

De modo sorprendente se encontró que el H_{2}S se puede quemar totalmente para formar SO_{2}, cuando la corriente gaseosa que contiene H_{2}S se insufla directamente en una capa fluidizada de partículas de un reactor de lecho fluidizado (en lo sucesivo designada también como "capa turbulenta"), que se produce mediante un gas que contiene oxígeno como gas de fluidización.

Es esencial en este contexto una buena distribución del gas que contiene H_{2}S en la capa turbulenta, con el fin de impedir que una parte del gas que contiene H_{2}S llegue al espacio gaseoso pobre en oxígeno situado por encima de la capa de partículas y abandone, sin quemarse, el reactor de lecho fluidizado. Por lo tanto, de acuerdo con el invento, la corriente gaseosa que contiene H_{2}S se insufla, mediante uno o varios inyectores, directamente en la capa fluidizada de partículas del reactor de lecho fluidizado. Tales inyectores se hacen funcionar con un gas propulsor. De esta manera es posible comprimir la corriente gaseosa que contiene H_{2}S y, en contra de la presión interna existente dentro de la capa turbulenta, incorporarla con alta velocidad directamente en esta última. Dentro de la capa turbulenta se efectúa un buen mezclamiento con el gas de fluidización que contiene oxígeno, por lo que se consigue un alto grado de conversión mediante la incorporación de la corriente gaseosa que contiene H_{2}S en la capa turbulenta.

Para la combustión de H_{2}S es necesario que un gas que contenga oxígeno sea introducido en la capa de partículas, caliente a por lo menos 400ºC, reaccionando el oxígeno con H_{2}S mediando formación de SO_{2}. En el caso más sencillo, se emplea como gas de fluidización aire o un aire enriquecido con oxígeno. El contenido de oxígeno disminuye al atravesarse la capa turbulenta desde abajo hacia arriba como consecuencia de reacciones de oxidación. Puesto que, por consiguiente, dentro de la capa turbulenta se presenta una concentración de oxígeno más alta que por encima de la capa turbulenta, la introducción en la capa turbulenta del sulfuro de hidrógeno (H_{2}S) que se ha de oxidar produce un mezclamiento con un gas comparativamente rico en oxígeno y, por consiguiente, una reacción acelerada y un más alto grado de conversión.

Con el fin de conseguir una velocidad de reacción suficientemente alta, la temperatura de la capa de partículas se ajusta a por lo menos 400ºC. Sin embargo, de modo preferido, la temperatura de la capa de partículas se ajusta entre 800 y 1.200ºC. Con ello se garantiza una alta velocidad de reacción y, por consiguiente, un grado de conversión lo más alto que sea posible.

El contenido de oxígeno disminuye al recorrerse la capa turbulenta como consecuencia de reacciones de oxidación, hasta que éste alcance una concentración de oxígeno que sea típica para la atmósfera del gas de reacción situada por encima de la capa de partículas fluidizada. Se ha mostrado como favorable ajustar en este espacio libre una atmósfera de gas de reacción con una concentración de oxígeno que está comprendida en el intervalo de 0,1 a 3% en volumen. La expresión "atmósfera de gas de reacción" expresa, en este contexto, que la concentración indicada de oxígeno en el espacio libre se ajusta como consecuencia de una reacción química que transcurre dentro de la capa de partículas; no es necesaria para ello una introducción de una corriente gaseosa que contiene oxígeno en el espacio libre. En el caso de un contenido de oxígeno situado por encima del límite superior indicado de 3% en volumen, existe el peligro de una indeseada oxidación de SO_{2} para formar SO_{3}.

De modo preferido, el contenido de oxígeno en la atmósfera del gas de reacción se ajusta entre 0,5 y 1% en volumen de oxígeno. El límite inferior se establece como medida de un contenido mínimo de oxígeno en la capa de partículas, que conduce a una reacción suficientemente rápida y lo más completa que sea posible del gas de H_{2}S introducido.

Se ha acreditado de modo especial insuflar en la capa fluidizada de partículas la corriente gaseosa que contiene H_{2}S en una zona situada a 0,1 m hasta 0,5 m por encima de un plato de afluencia del reactor de lecho fluidizado. Mediante una insuflación de la corriente gaseosa que contiene H_{2}S en la zona inferior de la capa fluidizada de partículas, se garantiza, por una parte, un camino de circulación suficientemente largo, y acompañando a éste, una duración suficiente de la reacción para la conversión de H_{2}S dentro de la capa de partículas, y, por otra parte, mediante la concentración elevada de oxígeno en la parte inferior de la capa turbulenta, se consigue un grado de conversión más alto.

Como gas propulsor para el por lo menos un inyector se utilizan de modo preferido vapor de agua, nitrógeno y/o dióxido de carbono. Estos gases se distinguen por el hecho de que no reaccionan con el H_{2}S. En vez de nitrógeno se puede emplear también aire comprimido.

Se ha acreditado en especial el empleo de un inyector, mediante el cual la corriente gaseosa que contiene H_{2}S se insufla, con una velocidad superior a la del sonido, en la capa fluidizada de partículas. Con ello se consigue un mezclamiento a fondo especialmente homogéneo, y acompañando a éste, un grado de conversión especialmente alto. Una insuflación de la corriente gaseosa que contiene H_{2}S con una velocidad superior a la del sonido se hace posible mediante una denominada tobera de Laval.

Convenientemente, se emplea un reactor de lecho fluidizado, en el que al mismo tiempo se efectúa un craqueo térmico de sulfatos metálicos y/o ácido sulfúrico. En el caso de este perfeccionamiento del procedimiento conforme al invento, el calor de la combustión de H_{2}S se puede aprovechar inmediatamente para la reacción endotérmica de craqueo. Al contrario de esto, este calor, en el caso de una introducción de H_{2}S por encima de la capa fluidizada de partículas (tal como en el procedimiento de acuerdo con el prefacio), se puede aprovechar solamente para la producción de un vapor de recuperación de calor. De modo preferido, para la realización del procedimiento conforme al invento se puede emplear también un reactor de lecho fluidizado para la tostación de menas sulfuradas, en particular de pirita o blenda de zinc. En este caso, el SO_{2} producido durante la combustión de H_{2}S se elabora ulteriormente en común con el SO_{2} producido a partir de la tostación de menas o del craqueo de residuos.

Seguidamente, el invento se explica con mayor detalle con ayuda de ejemplos de realización y de un dibujo. En el dibujo, muestran en una representación esquemática en particular:

La Figura 1 un reactor estacionario de lecho fluidizado que es apropiado para la realización del procedimiento conforme al invento, tal como el que se emplea para la tostación de menas sulfuradas, y

la Figura 2 un inyector que es apropiado para la realización del procedimiento conforme al invento.

En el caso del reactor de lecho fluidizado 1 que se representa en la Figura 1 para la tostación de menas sulfuradas, está previsto en la zona inferior un plato de afluencia 2, a través del cual se genera una capa turbulenta 3 a partir de un material granulado que contiene una mena, siendo insuflada desde abajo, a través del plato de afluencia 2, una corriente de aire 4 producida mediante un soplante 11. La corriente de aire sirve al mismo tiempo como gas de combustión y como gas de fluidización. El diámetro del reactor de lecho fluidizado 1 es de 4,5 m.

Por encima de la capa turbulenta 3 está previsto un espacio libre 6, a través del cual el gas de reacción 12 que contiene SO_{2} se saca a través de una caldera 14 de recuperación de calor, y se usa para la producción de vapor 16 a partir de agua desalinizada 15. El vapor así producido se utiliza como gas propulsor para la inyección de H_{2}S, de manera tal que a partir de esto se establece un ahorro de energía (de modo complementario o alternativo con ello, el vapor se puede usar también para la generación de energía eléctrica). A través de una entrada 7 en el espacio libre 6 el material granulado que contiene una mena se aporta continuamente al reactor de lecho fluidizado 1.

Aproximadamente a 0,2 m por encima del plato de afluencia 2 están montados en la pared lateral del reactor 1 tres inyectores 5 de gas, distribuidos uniformemente a lo largo de la periferia del reactor, representándose en la Figura 1 solamente la conducción de salida (véase Figura 2, cifra de referencia 24) de uno de estos inyectores de gas. Mediante los inyectores 5 de gas, una corriente gaseosa que contiene H_{2}S se insufla directamente en la capa turbulenta 3. Como gas propulsor para los inyectores 5 de gas se utiliza nitrógeno (véase más adelante, Ejemplo 2) o aire (véase más adelante, Ejemplo 3).

La Figura 2 muestra un inyector 5 de gas, que es apropiado para la realización del procedimiento conforme al invento, que también se conoce bajo la denominación de "bomba de chorro". El inyector de gas tiene una conducción de entrada 20 para un gas propulsor, una tobera 21 para un gas propulsor, una conducción de entrada 22 para un gas de aspiración, a través de la cual se aspira el gas que contiene H_{2}S ("gas de aspiración"), y un difusor 23, en el que la mezcla de gas de aspiración y gas propulsor se acelera, se comprime y por consiguiente se lleva a una presión elevada. A través de la conducción de salida 24, el inyector 5 de gas está embridado a la pared del reactor.

Seguidamente, el procedimiento conforme al invento se explica con mayor detalle apoyándose en Ejemplos de realización y con ayuda del reactor de lecho fluidizado 1 o del inyector 5 de gas, que se representan esquemáticamente en las Figuras 1 y 2 (los datos en volumen para los gases se refieren a la presión y a la temperatura normales).

Ejemplo 1

Ejemplo comparativo

Para la realización del procedimiento se emplea un reactor de lecho fluidizado de acuerdo con la Figura 1, pero sin los inyectores 5 de gas que allí se muestran.

En el reactor de lecho fluidizado 1 se craquean térmicamente 12 t/h de sulfatos metálicos que contienen ácido sulfúrico, mediando empleo de pirita y coque como portadores de energía a 950ºC (medida en la capa turbulenta 3) y mediando formación de un óxido de hierro. La capa turbulenta 3, fluidizada mediante insuflación de 25.000 m^{3}/h de aire 4 a través del plato de afluencia 2, y constituida a base de partículas de material en bruto y de óxidos de hierro, tiene una altura de aproximadamente 1,2 m.

Los gases de reacción situados por encima de la capa turbulenta 3 contienen aproximadamente 14% en volumen de SO_{2} y 1% en volumen de O_{2} (referido al gas seco). En el espacio libre 6 situado por encima de la capa turbulenta 3 se mantiene una pequeña depresión de 10 a 20 mbar (milibares).

En el reactor de lecho fluidizado 1 se introducen sin presión a través de una boca de entrada, por encima de la capa turbulenta 3, a una altura de 1,4 m por encima del plato de afluencia (2), 500 m^{3}/h de un gas de H_{2}S. En este caso, la corriente volumétrica del aire de fluidización 4 se aumenta hasta 28.000 m^{3}/h, de modo tal que el contenido de oxígeno de los gases de reacción 12 que salen desde el reactor se mantiene en 1% en volumen, con el fin de impedir el establecimiento de una atmósfera reductora por encima de la capa de partículas.

Como consecuencia de la medida mencionada en último término, la formación de vapor de recuperación de calor (a una presión de 30 bar) aumenta en 3,5 t/h. Además, en este modo de procedimiento, se deben eliminar regularmente las deposiciones de azufre en el tramo de enfriamiento y limpieza de gases de la instalación.

Ejemplo 2

Para la realización del procedimiento se emplea un reactor de lecho fluidizado 1, tal como lo muestra la Figura 1. Aproximadamente a 0,2 m por encima del plato de afluencia están incorporados en la pared lateral tres taladros, con los que se conectan los inyectores 5 de gas. En la zona de los taladros, la presión interna dentro de la capa turbulenta 3 es una sobrepresión de 175 mbar. Con la conducción 22 para gas de aspiración (véase la Figura 2) de los inyectores 5 de gas se conecta una conducción para H_{2}S a través de una conducción de anillo distribuidor. A través de un diafragma de medición se añaden dosificadamente 130 m^{3}/h de N_{2} en la conducción anular para gas de propulsión, en la que se mide una presión de 14 bar, a las conducciones 20 para el gas propulsor de los inyectores 5 de gas. Mediante este gas propulsor se sacan sin presión 500 m^{3}/h de gas de H_{2}S desde la conducción de aportación de gas de H_{2}S y, a través de los difusores 23 y de las conducciones de salida 24 de los inyectores 5 de gas, se alimentan con alta velocidad en la capa fluidizada de partículas. Con el fin de evitar un excesivo aumento de la temperatura en la capa turbulenta 3 como consecuencia de la inyección de H_{2}S, la adición dosificada de coque se reduce en 450 kg/h, mientras que los sulfatos metálicos y la pirita se dosifican de una manera análoga a la del Ejemplo 1. La aportación de aire de fluidización se mantiene inalterada en 25.000 m^{3}/h.

Los gases de reacción situados por encima de la capa turbulenta 3 contienen aproximadamente 15,5% en volumen de SO_{2} y 1% en volumen de O_{2} (referido al gas seco). En el espacio libre 6 situado por encima de la capa turbulenta 3 se mantiene una pequeña depresión de 10 a 20 mbar (como en el Ejemplo 1).

En el caso de este modo de procedimiento no se observa ninguna deposición de azufre en la instalación.

Ejemplo 3

En las conducciones de salida 24 de los inyectores 5 de gas se emplean unas toberas de Laval 21, con lo que se hace posible una inyección mediante ultrasonidos de los gases en la capa turbulenta 3. La corriente gaseosa de H_{2}S (cantidad circulante: 500 m^{3}/h) se comprime a 3 bar (presión absoluta) mediante un aire comprimido a 25 bares (cantidad circulante: 1500 m^{3}/h) y se insufla en la capa turbulenta a través de las toberas de Laval. La velocidad de salida de la mezcla de H_{2}S y aire junto a las toberas de Laval es de Mach 1,3, con lo que se garantiza una distribución especialmente buena de los gases en la capa turbulenta 3. La adición dosificada de material sólido en el reactor de lecho fluidizado 1 es la misma que en el Ejemplo 2.

En el caso de una cantidad de aire de fluidización, que se ha reducido a 23.500 m^{3}/h, los gases de reacción existentes por encima de la capa turbulenta 3 contienen de manera aproximada 15,5% en volumen de SO_{2} y 1% en volumen de O_{2} (referido al gas seco). En el espacio libre 6 situado por encima de la capa turbulenta 3 se mantiene una pequeña depresión de 10 a 20 mbar.

Claims (8)

1. Procedimiento para la preparación de SO_{2} a partir de un gas que contiene H_{2}S por introducción de una corriente gaseosa que contiene H_{2}S en un reactor de lecho fluidizado, en el que, mediando empleo de un gas de fluidización que contiene oxígeno, se produce una capa fluidizada de partículas, caliente a por lo menos 400ºC, y en el que se quema H_{2}S para formar SO_{2} y H_{2}O, realizándose que la corriente gaseosa que contiene H_{2}S se comprime mediante un gas propulsor en por lo menos un inyector (5), y se insufla en la capa de partículas (3).

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la temperatura de la capa de partículas (3) se ajusta entre 800 y 1.200ºC.

3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque en un espacio libre (6), situado por encima de la capa fluidizada de partículas (3), se establece una atmósfera de gas de reacción con una concentración de oxígeno en el intervalo de 0,1 a 3% en volumen.

4. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado porque la atmósfera de gas de reacción contiene entre 0,5 y 1% en volumen de oxígeno.

5. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la corriente gaseosa que contiene H_{2}S se insufla en una zona situada a 0,1 m hasta 0,5 m por encima de un plato de afluencia (2) del reactor de lecho fluidizado (1), en la capa fluidizada de partículas (3).

6. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque como gas propulsor para el por lo menos un inyector (5) se utiliza vapor de agua, nitrógeno o dióxido de carbono.

7. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque se emplea un inyector (5), mediante el cual la corriente gaseosa que contiene H_{2}S se insufla en la capa fluidizada de partículas (3) con una velocidad superior a la del sonido.

8. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque en el reactor de lecho fluidizado (1) se efectúa simultáneamente un craqueo térmico de sulfatos metálicos y/o ácido sulfúrico.