ES2295589T3 - Procedimiento para la separacion de sulfuro de hidrogeno a partir de gas de horno de coque con obtencion siguiente de azufre elemental en una instalacion de claus. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para la separación de sulfuro de hidrógeno a partir de gas de horno de coque con obtención siguiente de azufre elemental en una instalación de Claus, en el que el sulfuro de hidrógeno se retira del gas de horno de coque a través de lavado del gas con un líquido de absorción, se regenera el líquido de absorción cargado y se conduce en este caso al sulfuro de hidrógeno que se produce en forma concentrada de la instalación de Claus, en el que el sulfuro de hidrógeno se mezcla en una caldera de Claus de la instalación de Claus con oxígeno del aire bajo la formación de azufre elemental, en el que el gas del proceso que abandona la caldera de Claus es refrigerado en una caldera de calor perdido a una temperatura necesaria para la condensación del azufre, se calienta después de la separación del azufre y se alimenta a un horno de reacción de la instalación de Claus, en el que los compuestos de azufre se convierten en un catalizador en azufre elemental, y en el que el gas del proceso que abandona el horno de reacción se refrigera a una temperatura necesaria para la condensación del azufre así como se separa el azufre condensado, caracterizado porque la instalación de Claus es accionada solamente con un único horno de reacción y se ajusta en éste una temperatura de trabajo menor que 250 ºC y porque el gas del proceso que abandona el horno de reacción es retornado, después de la separación del azufre condensado con un contenido de residual de sulfuro de hidrógeno no reaccionado en el horno de reacción de retorno al gas de horno de coque a purificar antes del lavado del gas.
Description
Procedimiento para la separación de sulfuro de
hidrógeno a partir de gas de horno de coque con obtención siguiente
de azufre elemental en una instalación de Claus.
La invención se refiere a un procedimiento para
la separación de sulfuro de hidrógeno a partir de gas de horno de
coque con obtención siguiente de azufre elemental en una instalación
de Claus, en el que el sulfuro de hidrógeno se retira del gas de
horno de coque a través de lavado del gas con un líquido de
absorción, se regenera el líquido de absorción cargado y se conduce
en este caso al sulfuro de hidrógeno que se produce en forma
concentrada de la instalación de Claus,
- en el que el sulfuro de hidrógeno se mezcla en una caldera de Claus de la instalación De Claus con oxígeno del aire bajo la formación de azufre elemental,
- en el que el gas del proceso que abandona la caldera de Claus es refrigerado en una caldera de calor perdido a una temperatura necesaria para la condensación del azufre, se calienta después de la separación del azufre y se alimenta a un horno de reacción de la instalación de Claus, en el que los compuestos de azufre se convierten en un catalizador en azufre elemental, y
- en el que el gas del proceso que abandona el horno de reacción se refrigera a una temperatura necesaria para la condensación del azufre así como se separa el azufre condensado.
El gas de horno de coque contiene sulfuro de
hidrógeno que debe eliminarse antes de la utilización en un lavado
de gas. Durante la regeneración del líquido de absorción cargado,
empleado para el lavado de gas, se produce sulfuro de hidrógeno en
forma concentrada, que se convierte en una instalación de Claus
conectada a continuación en azufre elemental. La pieza esencial de
la instalación de Claus es una caldera con una cámara de combustión,
en la que a altas temperaturas superiores a 800ºC, se convierte el
sulfuro de hidrógeno con oxígeno del aire en azufre elemental. La
reacción básica del procedimiento es
La reacción es fuertemente exotérmica y, por lo
tanto, muy dependiente de la temperatura. De acuerdo con el
equilibrio de la reacción, se produce aproximadamente 70% del
sulfuro de hidrógeno como azufre elemental, que es separado a
través de la refrigeración del gas de proceso en una caldera de
calor perdido a través de condensación. En los hornos de reacción
siguientes, que se designan también como fases del catalizador, se
hacen reaccionar los contenidos residuales de sulfuro de hidrógeno y
dióxido de azufre de acuerdo con la ecuación de reacción
en catalizadores en azufre, Los
reactores de Claus son accionados a temperaturas por debajo de
350ºC. En el marco de las medidas conocidas, se realiza la
instalación de Claus siempre con al menos dos reactores de Claus
conectados en serie y accionados a diferentes niveles de
temperatura, para conseguir altos rendimientos de azufre. Entre los
reactores de Claus conectados en serie está prevista una
refrigeración intermedia para la separación de azufre elemental
condensado. Una instalación de Claus de la estructura descrita y con
la determinación de objetivos indicada se describe en la Ullmanns
Encyclopädie der technischen Chemie, Vol. 21, páginas 8 a
13.
El documento
US-A-5 628 977 (HEISEL MICHAEL y
col.) publica un procedimiento para el tratamiento de gases de
escape que contienen H_{2}S en una instalación de Claus, en el
que el gas es conducido a una caldera de Claus, a continuación se
separa azufre a través de condensación, se alimenta el gas de
proceso a un horno de reacción con catalizador, en el que su
temperatura de trabajo está entre 170 y 220ºC, se refrigera el gas
de proceso que abandona el horno de reacción y se separa azufre
elemental a través de condensación. Después de la separación del
azufre condensado se alimenta el gas de proceso a una combustión
posterior, se lava y se retorna a la caldera de
Claus.
Claus.
Una instalación de Claus, que está constituida
por una caldera de Claus y por dos fases de catalizador conectadas
a continuación con refrigeraciones intermedias es costosa en cuanto
a los aparatos. La invención tiene el cometido de reducir el gasto
de aparatos a través de la modificación del procedimiento.
Partiendo del procedimiento descrito al
principio, el cometido se soluciona de acuerdo con la invención
porque la instalación de Claus es accionada solamente con un único
horno de reacción y se ajusta en éste una temperatura de trabajo
menor que 250ºC y porque el gas del proceso que abandona el horno de
reacción es retornado, después de la separación del azufre
condensado con un contenido de residual de sulfuro de hidrógeno no
reaccionado en el horno de reacción, de retorno al gas de horno de
coque a purificar antes del lavado del gas. De una manera
preferida, el horno de reacción es accionado en intervalo de
temperaturas entre 200ºC y 230ºC.
De acuerdo con la invención, la instalación de
Claus se configura solamente con una caldera de Claus y con una
única fase de catalizador conectada a continuación, que es accionada
a una temperatura más baja en comparación con el estado de la
técnica. En este caso, se supone que la porción reaccionada de
H_{2}S, con respecto a la cantidad de sulfuro de hidrógeno
alimentada a la instalación de Claus es menor que en el estado de la
técnica cuando se utiliza una instalación de Claus con dos o más
fases de catalizador. De acuerdo con la invención, en una
consideración de todo el proceso, se ha reconocido que son
tolerables contenidos de azufre más elevados en el gas de escape de
la instalación de Claus, cuando el gas de escape es retornado al gas
de horno de coque a purificar y se somete junto con éste al lavado
del gas. El lavado del gas está diseñado de tal forma que un
contenido más elevado de sulfuro de hidrógeno en el gas de horno de
coque, debido al retorno de acuerdo con la invención, no repercute
sobre el contenido de sulfuro de hidrógeno en el gas purificado. De
esta manera, el lavado del gas hace innecesaria una segunda o
tercera fase de catalizador de la instalación de Claus. A través
del procedimiento de acuerdo con la invención se puede realizar muy
fácilmente la instalación de Claus en lo que se refiere a la
técnica de la instalación. También el lado técnico de regeneración
de la instalación de Claus se simplifica en una medida
considerable.
Otras configuraciones del procedimiento de
acuerdo con la invención se describen en las reivindicaciones de
patente 3 y 6 dependientes y se explican a continuación con la ayuda
de un ejemplo de realización. Se representa de forma esquemática lo
siguiente:
La figura 1 muestra un diagrama de bloques muy
simplificado del procedimiento de acuerdo con la invención.
La figura 2 muestra una instalación de Claus,
que se emplea en el marco del procedimiento de acuerdo con la
invención.
De acuerdo con el procedimiento representado en
la figura 1 en forma de un diagrama de bloques, se separa sulfuro
de hidrógeno del gas de horno de coque COG y se convierte en una
instalación de Claus conectada a continuación en azufre elemental
S. El sulfuro de hidrógeno es retirado desde el gas de horno de
coque a través del lavado del gas 1 con un líquido de absorción. El
líquido de absorción 2 cargado es regenerado en una fase 3. En este
caso, el sulfuro de hidrógeno aparece en forma concentrada en forma
de vapor, que se alimenta a una instalación de Claus 4. En la
instalación de Claus 4 se convierte el sulfuro de hidrógeno en
azufre elemental S, que se extrae en forma líquida. Además, se
forma un gas de proceso 5, que comprende un contenido residual no
reaccionado de sulfuro de hidrógeno y se retorna al gas de horno de
coque COG a purificar antes del lavado del gas 1.
La estructura de la instalación de Claus 4 se
representa en la figura 2. A la estructura básica de esta
instalación pertenecen una caldera de Claus 6, una caldera de calor
perdido 7 así como un horno de reacción 8 con una carga de
catalizador 9. Una corriente de carga 10 que contiene sulfuro de
hidrógeno es alimentada junto con aire 11 y gas caliente 12 a una
cámara de combustión 13 de la caldera de Claus 6 y se hace
reaccionar a temperaturas de aproximadamente 1200ºC en una reacción
exotérmica bajo la formación de azufre elemental. El gas de proceso
que abandona la caldera de Claus 6 es refrigerado en la cámara de
calor perdido 7 a una temperatura menor de 170ºC, que es necesaria
para la condensación del azufre. El azufre elemental S es condensado
y es separado. Después de la separación del azufre se calienta el
gas del proceso 14 con la mezcla de una corriente parcial 15
extraída de la caldera de Claus 6 y se alimenta al horno de reacción
8 de la instalación de Claus. En el horno de reacción 8 se hacen
reaccionar sulfuro de hidrógeno y dióxido de azufre en catalizadores
16 en azufre elemental. El horno de reacción 8 accionado con una
temperatura de trabajo menor que 250ºC, con preferencia en un
intervalo de temperaturas entre 200ºC y 230ºC.
A partir de la figura 2 se puede deducir que la
instalación de Claus 4 solamente está realizada con un único horno
de reacción 8. El gas de proceso que abandona el horno de reacción 8
es refrigerado a una temperatura necesaria para la condensación del
azufre. Después de la separación del azufre condensado se retorna el
gas del proceso 5, que contiene todavía un contenido residual de
sulfuro de hidrógeno, al gas de horno de coque COG a purificar
antes del lavado del gas 1. De acuerdo con una forma de realización
preferida del procedimiento de acuerdo con la invención, se acciona
la instalación de Claus 4 de tal forma que entre el 80 y 85% del
sulfuro de hidrógeno es convertido en azufre elemental y es extraído
como condensado.
Como caldera de Claus 6 se utiliza una caldera
revestida resistente al fuego en la presente forma de realización,
que presenta una cámara de combustión 13 y una cámara de catalizador
que se conecta horizontalmente y que está delimitada a ambos lados
por ladrillos perforados 17 permeables al gas con una carga de
catalizador 9.
En la caldera de calor perdido 7 se refrigeran
tanto la corriente de gas caliente aproximadamente a 1200ºC, que
sale desde la caldera de Claus 6, como también la corriente de gas
del proceso, que sale desde el horno de reacción 8 a una
temperatura menor que 250ºC, a una temperatura por debajo de la
temperatura de condensación de azufre elemental. En este caso, se
genera un vapor 18 a baja tensión. La caldera de calor perdido 7
presenta un primer haz de tubos 19 de intercambio de calor, a
través de los cuales circula una corriente de gas del proceso que
sale desde la caldera de Claus 6. La caldera de calor perdido 7
presenta, además, un segundo haz de tubos 20 que está formado por
tubos de intercambio de calor, a través de los cuales circula una
corriente de gas de proceso que sale desde el horno de reacción 8.
Los haces de tubos 19, 20 están dispuestos en una cámara común de
generación de vapor. El azufre elemental se condensa ya en la
caldera de calor perdido 7 y se extrae en forma líquida desde la
caldera de calor perdido 7 así como desde separadores 21 conectados
a continuación.
Para el calentamiento del gas del proceso 14
alimentado al horno de reacción 8 se deriva una corriente parcial
15 desde la caldera de Claus. La línea de derivación está conectada
en la periferia de una cámara 22 de la caldera de Claus 6 en el
lado de la corriente de salida resistente al fuego y desemboca en el
conducto de gas de proceso adyacente a la caldera. En la zona de la
boca del conducto de derivación está dispuesto de forma regulable
un cuerpo de válvula, con el que se puede regular la corriente
volumétrica de la corriente de gas caliente que sale desde el
conducto de derivación. El cuerpo de la válvula y una instalación de
regulación asociada al cuerpo de la válvula son refrigerados por el
gas del proceso 14, que es conducido a través del conducto de gas
del proceso, de manera que se pueden utilizar materiales metálicos
habituales para el cuerpo de válvula.
Claims (6)
1. Procedimiento para la separación de sulfuro
de hidrógeno a partir de gas de horno de coque con obtención
siguiente de azufre elemental en una instalación de Claus, en el que
el sulfuro de hidrógeno se retira del gas de horno de coque a
través de lavado del gas con un líquido de absorción, se regenera el
líquido de absorción cargado y se conduce en este caso al sulfuro
de hidrógeno que se produce en forma concentrada de la instalación
de Claus,
- en el que el sulfuro de hidrógeno se mezcla en una caldera de Claus de la instalación de Claus con oxígeno del aire bajo la formación de azufre elemental,
- en el que el gas del proceso que abandona la caldera de Claus es refrigerado en una caldera de calor perdido a una temperatura necesaria para la condensación del azufre, se calienta después de la separación del azufre y se alimenta a un horno de reacción de la instalación de Claus, en el que los compuestos de azufre se convierten en un catalizador en azufre elemental, y
- en el que el gas del proceso que abandona el horno de reacción se refrigera a una temperatura necesaria para la condensación del azufre así como se separa el azufre condensado,
caracterizado porque la
instalación de Claus es accionada solamente con un único horno de
reacción y se ajusta en éste una temperatura de trabajo menor que
250ºC y porque el gas del proceso que abandona el horno de reacción
es retornado, después de la separación del azufre condensado con un
contenido de residual de sulfuro de hidrógeno no reaccionado en el
horno de reacción de retorno al gas de horno de coque a purificar
antes del lavado del
gas.
2. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado porque el horno de reacción
es accionado en un intervalo de temperaturas entre 200ºC y
230ºC.
3. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque como caldera de
Claus se utiliza una caldera revestida resistente al fuego en la
presente forma de realización, que presenta una cámara de
combustión y una cámara de catalizador, que se conecta
horizontalmente y que está delimitada por ambos lados por ladrillos
perforados permeables al gas, con una carga de catalizador.
4. Procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la caldera de
calor perdido presenta un primer haz de tubos constituido por tubos
de intercambio de calor, a través de los cuales circula una
corriente de gas de proceso que sale desde la caldera de Claus,
porque la caldera de calor perdida presenta un segundo haz de tubos
formado por tubos de intercambio de calor, a través de los cuales
circula una corriente de gas de proceso que sale desde el horno de
reacción y porque los haces de tubos están dispuestos en una cámara
común de generación de vapor, en la que se genera vapor de baja
tensión.
5. Procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque se extrae azufre
elemental líquido desde la caldera de calor perdido.
6. Procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque a partir del gas
de proceso caliente, que abandona la caldera de Claus, se deriva
una corriente parcial y se mezcla con la corriente de proceso, que
se alimenta al horno de reacción.
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