ES2292961T3 - Caldera de recuperacion de calor perdido para una instalacion de claus. - Google Patents
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Abstract
Caldera de recuperación de calor perdido para una instalación de Claus, que comprende un espacio generador de vapor rodeado por una envolvente (14) resistente a la presión, un haz (18) de tubos intercambiadores de calor largos que se extiende a través del espacio generador de vapor y que están insertos por ambos extremos en placas de tubos (19) que limitan el espacio generador de vapor, al menos otro haz (20) de tubos intercambiadores de calor más cortos que están insertos también por su extremo del lado de salida en la placa de tubos (19) y que desembocan por su extremo del lado de entrada en una cámara de afluencia (21), y una pieza de cabeza (22) que, en el extremo del lado de salida, se une a la placa de tubos (19) y que está subdividida en secciones, en donde el haz (18) de tubos largos es recorrido por un gas de proceso caliente que sale de una cámara de combustión (2), en donde la cámara de afluencia (21) está dispuesta dentro del espacio generador de vapor y es solicitadapor un gas de proceso más frío (10) proveniente de una etapa de catalizador (4) de la instalación de Claus, en donde cada sección de la pieza de cabeza (22) lleva asociado un respectivo haz de tubos (18, 20) y en donde están conectadas a las secciones unos dispositivos para evacuar azufre condensado.
Description
Caldera de recuperación de calor perdido para
una instalación de Claus.
La invención concierne a una caldera de
recuperación de calor perdido para una instalación de Claus.
En una instalación de Claus se transforma
sulfuro de hidrógeno en azufre elemental que se condensa por
enfriamiento de la corriente de gas del proceso y que se separa en
estado líquido. Una instalación de Claus está constituida en su
estructura básica por una cámara de combustión, una caldera de
recuperación de calor perdido y al menos una etapa de catalizador.
Un gas ácido que contiene H_{2}S es conducido junto con aire y gas
de calentamiento a la cámara de combustión, en donde, en una
reacción exoterma, aproximadamente de 60 a 70% del sulfuro de
hidrógeno se convierte en azufre. El gas del proceso sale de la
cámara de combustión con una temperatura de aproximadamente 1200ºC
y es enfriado en la caldera de recuperación de calor perdido hasta
una temperatura por debajo de 170ºC. Después de la separación del
azufre condensado se calienta nuevamente el gas del proceso y se le
alimenta a una etapa de catalizador en la que, a una temperatura de
trabajo por debajo de 300ºC, se transforma sulfuro de hidrógeno
contenido todavía en el gas del proceso en azufre elemental. El gas
del proceso que sale de la etapa de catalizador se enfría hasta una
temperatura necesaria para la condensación del azufre. Después de
la separación del azufre se alimenta regularmente el gas del proceso
a otra etapa de catalizador en la que se convierte el contenido
residual de sulfuro de hidrógeno en azufre que puede separarse
después de un nuevo enfriamiento del gas del proceso. Para el
enfriamiento del gas del proceso caliente retirado de la cámara de
combustión, por un lado, y para el enfriamiento de los gases del
proceso que salen de las etapas de catalizador, por otro lado, se
utilizan usualmente calderas separadas de recuperación de calor
perdido. En Ullmanns Encyklopädie der technischen Chemie, volumen
21, página 11, figura 7, se describe una instalación de Claus que
presenta una caldera de recuperación de calor perdido de dos etapas
en la que se enfrían el gas del proceso proveniente de la cámara de
combustión y el gas del proceso proveniente de una etapa de
catalizador. No se describe la ejecución constructiva de la caldera
de recuperación de calor perdido. Debido a las grandes diferencias
de temperatura de las corrientes de gas del proceso que entran, han
de temerse considerables tensiones térmicas que en un equipo único
sólo pueden controlarse con dificultad.
La invención se basa en el problema de indicar
una caldera de recuperación de calor perdido para una instalación
de Claus destinada a generar vapor de baja tensión, que sea de
construcción sencilla y posibilite en un único equipo tanto el
enfriamiento del gas de proceso caliente que sale de la cámara de
combustión como el enfriamiento de los gases de proceso más fríos
que salen de las etapas de catalizador.
Objeto de la invención y solución de este
problema es una caldera de recuperación de calor perdido para una
instalación de Claus, que comprende
un espacio generador de vapor rodeado por una
envolvente resistente a la presión,
un haz de tubos intercambiadores de calor largos
que se extienden a través del espacio generador de vapor y están
insertos en ambos extremos dentro de placas de tubos que limitan el
espacio generador de calor,
al menos otro de haz de tubos intercambiadores
de calor más cortos que están insertos también por su extremo del
lado de salida en la placa de tubos y que desembocan por su extremo
del lado de entrada en una cámara de afluencia, y
una pieza de cabeza que se une a la placa de
tubos en el extremo del lado de salida y que está subdividida en
secciones,
en donde el haz de tubos largos es recorrido por
un gas de proceso caliente que sale de una cámara de combustión, en
donde la cámara de afluencia está dispuesta dentro del espacio
generador de vapor y es solicitada por un gas de proceso más frío
proveniente de una etapa de catalizador de la instalación de Claus,
en donde está asociado a cada sección de la pieza de cabeza un
respectivo haz de tubos y en donde están conectados a las secciones
unos dispositivos para evacuar azufre condensado.
La caldera de recuperación de calor perdido está
dispuesta en posición horizontal. En el espacio generador de vapor
están conectados dispositivos usuales para una aportación regulada
de agua de alimentación de la caldera y dispositivos de extracción
de vapor. Mediante la cámara de afluencia integrada en el espacio
generador de vapor se pueden controlar las diferentes temperaturas
de entrada del gas, sin que sean necesarias complejas medidas para
compensar dilataciones térmicas.
Según una realización preferida de la invención,
en la placa de tubos del lado de entrada está conectada una pieza
de cabeza con una brida de conexión para su fijación directa a la
cámara de combustión o a un reactor de desdoblamiento de la
instalación de Claus que contiene la cámara de combustión. La cámara
de afluencia presenta una entrada de gas por el lado de la
envolvente para el gas del proceso. Siempre que la instalación de
Claus presente dos o más etapas de catalizador que se hagan
funcionar a temperaturas de trabajo comprendidas entre 200ºC y
300ºC, la cámara de afluencia está subdividida convenientemente en
secciones de la misma, presentando cada una de las secciones de la
cámara de afluencia una entrada de gas del lado de la envolvente
para el gas del proceso proveniente de una etapa de catalizador de
la instalación de Claus.
Según una realización preferida de la invención,
la posición de la cámara de afluencia está adaptada al perfil de
temperatura que se establece dentro de los tubos intercambiadores de
calor del haz de tubos largos de modo que las diferencias de
temperatura entre la cámara de afluencia y la temperatura local del
gas de proceso conducido a través del haz de tubos largos sean
inferiores a 150ºC. Con un ajuste óptimo, las diferencias de
temperatura en los tubos deberán ser lo más pequeñas posible en
cualquier sección transversal del equipo.
Después de separar azufre condensado, el gas del
proceso tiene que calentarse hasta una temperatura por encima de la
temperatura de condensación del azufre antes de que dicho gas del
proceso entre en la etapa de catalizador. El calentamiento se
efectúa convenientemente por adición y mezclado de gas de proceso
caliente. En otra ejecución, la invención aporta la enseñanza de
que a través del espacio generador de vapor se extiende un tubo
adicional para gas de proceso caliente que sale nuevamente del tubo
adicional con una temperatura alta y que se puede utilizar para
calentar la corriente de gas de proceso enfriada hasta una
temperatura por debajo de la temperatura de condensación de azufre.
En el lado de la corriente de salida del tubo adicional está
previsto un dispositivo para controlar el caudal de gas de proceso
conducido a través del tubo adicional.
La caldera de recuperación de calor perdido
según la invención conduce a una notable simplificación de la
instalación de Claus en el aspecto técnico de su equipamiento. Se
simplifica el entubado. Se suprimen calentadores intermedios y
condensadores. Se tiene que proporcionar solamente para un único
equipo una regulación siempre compleja del agua de alimentación de
la caldera.
En lo que sigue se explica la invención
ayudándose de un dibujo que representa únicamente un ejemplo de
realización. Muestran esquemáticamente:
La figura 1, una instalación de Claus con una
caldera de recuperación de calor perdido concebida según la
invención,
La figura 2, otra forma de realización de la
caldera de recuperación de calor perdido y
La figura 3, la sección A-A de
la figura 1.
En la instalación de Claus representada en la
figura 1 se transforma sulfuro de hidrógeno en azufre elemental.
Forman parte de la estructura fundamental de la instalación un
reactor de desdoblamiento 1 con una cámara de combustión 2, una
caldera 3 de recuperación de calor perdido conectada a la salida de
gas del reactor de desdoblamiento 1 y una etapa de catalizador 4.
Un gas ácido 5 que contiene sulfuro de hidrógeno es introducido
junto con aire 6 y gas de calentamiento 7 en la cámara de combustión
2 del reactor de desdoblamiento 1, el cual contiene en el ejemplo
de realización, además de la cámara de combustión 2, un relleno de
catalizador 8. El gas de proceso sale del reactor de desdoblamiento
1 con una temperatura de aproximadamente 1200ºC y es enfriado en la
caldera 3 de recuperación de calor perdido hasta una temperatura de
menos 170ºC necesaria para la condensación del azufre. Se separa el
azufre que se condensa. Después de la separación del azufre se
calienta el gas de proceso enfriado 9 y se le alimenta a la etapa de
catalizador 4 en la que, en contacto con un catalizador, se
convierten compuestos de azufre en azufre elemental. La etapa de
catalizador 4 se hace funcionar a una temperatura de menos de
300ºC. El gas de proceso que sale de la etapa de catalizador 4 es
enfriado también en la caldera 3 de recuperación de calor perdido
hasta la temperatura necesaria para la condensación del azufre. Se
separa el azufre condensado.
El reactor de desdoblamiento 1 consiste en una
caldera cilíndrica horizontal revestida de material refractario en
la que están yuxtapuestos la cámara de combustión 2, un recinto de
catalizador con el relleno de catalizador 8 y un recinto del lado
de la corriente de salida. La abertura de entrada de la corriente y
la salida de gas están dispuestas en lados frontales opuestos de la
caldera. El recinto del catalizador está limitado en ambos lados
por ladrillos de rejilla 11 permeables al gas y presenta una
abertura de llenado del lado de la envolvente para introducir el
relleno de catalizador 8. Los ladrillos de rejilla 11 contienen
convenientemente agujeros alargados. En el perímetro del espacio
del lado de la corriente de salida está conectada una tubería de
derivación 12 revestida de material refractario que desemboca en
una tubería contigua de gas del proceso. En la zona de la
desembocadura de la tubería de derivación 12 está dispuesta una
válvula 13 con la que se puede regular el caudal de la corriente de
gas caliente que sale de la tubería de derivación 12. El cuerpo de
la válvula 13 es enfriado entonces por el gas de proceso frío 9,
con lo que se pueden emplear materiales metálicos usuales para el
cuerpo de válvula.
La caldera 3 de recuperación de calor perdido
presenta un espacio generador de vapor rodeado por una envolvente
14 resistente a la presión, al cual están conectados un dispositivo
de suministro 16 para agua de alimentación de la caldera y un
dispositivo de extracción 17 para vapor de baja tensión. La caldera
3 de recuperación de calor perdido contiene un haz 18 de tubos
intercambiadores de calor largos que se extienden a través del
espacio generador de vapor y que están insertos por ambos extremos
en placas de tubos 19 que limitan el espacio generador de vapor.
Asimismo, está previsto al menos otro haz 20 de tubos
intercambiadores de calor más cortos que están insertos también por
su extremo del lado de salida en la placa de tubos 19 y que
desembocan por su extremo del lado de entrada en una cámara de
afluencia 21. El haz 18 de tubos largos es recorrido por el gas de
proceso caliente que sale de la cámara de combustión o del reactor
de desdoblamiento 1. La cámara de afluencia 21 está dispuesta
dentro del espacio generador de vapor 15 y es solicitada por el gas
de proceso más frío proveniente de la etapa de catalizador 4. La
caldera 3 de recuperación de calor perdido presenta también una
pieza de cabeza 22 que se une a la placa de tubos 19 por el extremo
del lado de salida y que está subdividida en secciones. Cada
sección de la pieza de cabeza lleva asociado un respectivo haz de
tubos 18, 20. En las secciones están conectados unos dispositivos
para evacuar azufre condensado.
La caldera 3 de recuperación de calor perdido
está directamente conectada, por el lado de entrada, al reactor de
desdoblamiento 1. Presenta una pieza de cabeza correspondiente con
una brida de conexión. El gas de proceso más frío extraído de la
etapa de catalizador 4 se puede alimentar a la cámara de afluencia
21 a través de una entrada de gas del lado de la envolvente. El
sitio de carga para el gas de proceso más frío se ha elegido a lo
largo de la caldera 3 de recuperación de calor perdido de modo que
no se presenten diferencias de temperatura demasiado grandes en los
tubos y se puedan controlar las tensiones térmicas. En el ejemplo de
realización, la posición de la cámara de afluencia 21 está adaptada
al perfil de temperatura que se establece dentro de los tubos
intercambiadores de calor del haz 18 de tubos largos de modo que las
diferencias de temperatura entre la cámara de afluencia 21 y la
temperatura local del gas de proceso conducido a través del haz 18
de tubos largos sea inferior a 150ºC.
La forma de realización representada en las
figuras 2 y 3 está destinada a una instalación de Claus que presenta
una cámara de combustión o un reactor de desdoblamiento y dos
etapas de catalizador que funcionan a una temperatura por debajo de
300ºC. La cámara de afluencia 21 está subdividida en secciones 21a,
21b de la misma que presentan cada una de ellas una entrada de gas
del lado de la envolvente para el gas de proceso proveniente de una
etapa de catalizador. Se sobrentiende que la pieza de cabeza 22 del
lado de salida de gas está subdividida también en un número
correspondiente de secciones. En la figura 2 se ha insinuado también
por medio de una línea de trazos que la caldera de recuperación de
calor perdido puede presentar un tubo adicional 24 para gas de
proceso caliente que se extienda a través del espacio generador de
vapor y esté equipado en el extremo del lado de salida con un
dispositivo 25 para controlar el caudal del gas del proceso. El tubo
adicional 24 está diseñado de modo que el gas del proceso salga
nuevamente del tubo adicional 24 con una alta temperatura y pueda
utilizarse para calentar la corriente de gas de proceso enfriada
hasta una temperatura por debajo de la temperatura de condensación
de azufre. El tubo adicional 24 sustituye en este aspecto a una
tubería de derivación.
Claims (6)
1. Caldera de recuperación de calor perdido para
una instalación de Claus, que comprende
un espacio generador de vapor rodeado por una
envolvente (14) resistente a la presión,
un haz (18) de tubos intercambiadores de calor
largos que se extiende a través del espacio generador de vapor y
que están insertos por ambos extremos en placas de tubos (19) que
limitan el espacio generador de vapor,
al menos otro haz (20) de tubos intercambiadores
de calor más cortos que están insertos también por su extremo del
lado de salida en la placa de tubos (19) y que desembocan por su
extremo del lado de entrada en una cámara de afluencia (21), y
una pieza de cabeza (22) que, en el extremo del
lado de salida, se une a la placa de tubos (19) y que está
subdividida en secciones,
en donde el haz (18) de tubos largos es
recorrido por un gas de proceso caliente que sale de una cámara de
combustión (2), en donde la cámara de afluencia (21) está dispuesta
dentro del espacio generador de vapor y es solicitada por un gas de
proceso más frío (10) proveniente de una etapa de catalizador (4) de
la instalación de Claus, en donde cada sección de la pieza de
cabeza (22) lleva asociado un respectivo haz de tubos (18, 20) y en
donde están conectadas a las secciones unos dispositivos para
evacuar azufre condensado.
2. Caldera de recuperación de calor perdido
según la reivindicación 1, caracterizada porque en la placa
de tubos del lado de entrada está conectada una pieza de cabeza con
una brida de conexión para su fijación directa a la cámara de
combustión o a un reactor de desdoblamiento que contiene la cámara
de combustión.
3. Caldera de recuperación de calor perdido
según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque la cámara
de afluencia (21) presenta una entrada de gas del lado de la
envolvente para el gas del proceso.
4. Caldera de recuperación de calor perdido
según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque la cámara
de afluencia (21) está subdividida en secciones (21a, 21b) de la
misma, presentando las secciones (21a, 21b) de la cámara de
afluencia una respectiva entrada de gas del lado de la envolvente
para el gas de proceso proveniente de una etapa de catalizador de
la instalación de Claus.
5. Caldera de recuperación de calor perdido
según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque
la posición de la cámara de afluencia (21) está adaptada al perfil
de temperatura que se establece dentro de los tubos
intercambiadores de calor del haz (18) de tubos largos de modo que
las diferencias de temperatura entre la cámara de afluencia (21) y
la temperatura local del gas de proceso conducido a través del haz
(18) de tubos largos sean inferiores a 150ºC.
6. Caldera de recuperación de calor perdido
según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada por un
tubo adicional (24) para gas de proceso caliente conducido a través
del espacio generador de vapor y un dispositivo (25) previsto en el
lado de salida de la corriente para controlar el caudal del gas de
proceso a través del tubo adicional (24), saliendo el gas del
proceso nuevamente del tubo adicional (24) con una alta temperatura
y pudiendo ser utilizado para calentar la corriente de gas del
proceso enfriada hasta una temperatura por debajo de la temperatura
de condensación de azufre.
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