ITMI951579A1

ITMI951579A1 - Processo per il trattamento del gas di coda di un impianto claus ed il contemporaneo arricchimento del gas di alimentazione di detto

Info

Publication number: ITMI951579A1
Application number: IT95MI001579A
Authority: IT
Inventors: Sergio Villa; Luciano Sala; Lucio Molinari
Original assignee: Kinetics Technology Intarnatio
Priority date: 1995-07-21
Filing date: 1995-07-21
Publication date: 1997-01-21
Also published as: JPH11509166A; DE19680579D2; ITMI951579A0; DE59602338D1; EP0840709A1; IT1275587B1; EP0840709B1; AU6732196A; WO1997003920A1

Abstract

Processo per il trattamento del gas di coda di un impianto Claus e l'arricchimento del gas di alimentazione dello stesso impianto. in cui (i) il gas di coda dopo una reazione di riduzione, in cui tutti i componenti solforati vengono ridotti ad H2S, e dopo un opportuno raffreddamento, viene inviato in un assorbitore dell'H2S; ed in cui (ii) la soluzione ricca proveniente da un impianto di desolforazione viene fatta passare dapprima attraverso un dispositivo di flash, in cui si sviluppa una miscela di gas contenente essenzialmente H2S e CO2' che viene inviata, a sua volta, allo stesso assorbitore del gas di coda di cui al punto (i).

Description

Descrizione dell'invenzione industriale avente per titolo :

"Processo, per il trattamento del gas di coda di un impianto Claus ed il contemporaneo arricchimento del gas di alimentazione di detto impianto"

1 . Arte Anteriore e sommario dell'invenzione

Il processo oggetto della presente invenzione può essere applicato al trattamento di gas di raffineria, di gas di sintesi provenienti dalla gassificazione del carbone, dalla combustione di olii pesanti, di catrame e gas naturale la cui composizione prevede contenuti di CO molto elevati rispetto a quelli di H S. In questo caso, infatti, pur operando con solventi selettivi nei confronti dell'H S, si ottiene dalla rigenerazione del solvente un gas acido tale da poter essere difficilmente trattato in impianti di recupero dello zolfo di tipo Claus, senza l’ausilio di ossigeno o aria arricchita per la combustione nel reattore termico.

Allo stato attuale dell'arte un gas acido di questo tipo, povero in H S, viene infatti trattato nell’impianto Claus con l'impiego di ossigeno o di aria arricchita in modo da ottenere una temperatura di fiamma compatibile.

L'utilizzazione di ossigeno, oltre al problema economico dovuto al costo elevato dello stesso, presenta notevoli problemi di sicurezza che rendono l'impianto di scarso interesse e di alta pericolosità.

Al fine di rendere il gas acido inviato all'impianto Claus il più ricco possibile in H S, fino ad oggi la ricerca è stata rivolta ad aumentare la selettività dei solventi nella fase di assorbimento dei gas acidi giungendo a valori di selettività molto elevati. Ciò nonostante, la composizione del gas acido non sempre è adatta ad essere inviata ad un impianto Claus operante con aria non arricchita.

Mediante la presente invenzione si vuole risolvere il problema operando non in fase di assorbimento, ma in fase di rigenerazione.

Si è quindi studiata una rigenerazione a due stadi, in cui nel primo stadio si opera il desorbimento della massima quantità possibile di CO , mentre nel secondo si opera il desorbimento della rimanente parte della CO e dell'H S. Ma siccome al desorbimento della CO nel primo stadio si associa il desorbimento di una certa quantità di H S si è reso necessario prevedere il riassorbimento di quest'ultimo.

Essendo le condizioni operative del riassorbimento dell'H S analoghe a quelle che si incontrano nell'assorbimento dell'H S contenuto nel gas di coda, si è pensato di effettuare le due operazioni in un unico assorbitore, rendendo in tal modo poco onerosa l’operazione di riassorbimento.

Oggetto della presente invenzione è un processo per il trattamento del gas di coda di un impianto Claus e l' arricchimento del gas di alimentazione dello stesso impianto. Il processo è caratterizzato dal fatto che:

(i) il gas di coda dopo una reazione di riduzione, in cui tutti i componenti solforati vengono ridotti ad H S, e dopo un opportuno raffreddamento , viene inviato in un assorbitore dell'H S; ed è caratterizzato inoltre dal fatto che

(ii) la soluzione ricca proveniente da un impianto di desolforazione viene fatta passare dapprima attraverso un dispositivo di flash, in cui si sviluppa una miscela di gas contenente essenzialmenteH S e CO . che viene inviata, a sua volta, allo stesso assorbitore del gas di coda di cui al punto (i).

Con l’applicazione del processo oggetto della presente invenzione, il gas acido potrà essere alimentato all'unità Claus senza utilizzazione di ossigeno o aria arricchita e si avrà un rendimento totale di recupero dello zolfo superiore al 99.8%·

Ulteriore oggetto della presente invenzione è un impianto atto ad eseguire il processo rivendicato.

2. Descrizione dettagliata dell'invenzione

Il processo oggetto della presente invenzione sarà meglio compreso riferendoci adesso alla figura unica allegata che ha soltanto un carattere illustrativo ma non limitativo di una particolare forma di realizzazione.

La soluzione ricca, proveniente dal lavaggio del gas di combustione in un impianto di depurazione non rappresentato in figura, viene inviata nel primo scambiatore di calore 2 attraverso la linea 1. Detta soluzione contiene tutto l'H2S e circa il 50% della CO2 presente nel gas da trattare. La rigenerazione di questa soluzione produrrebbe un gas acido ad alto tenore di CO2 che dovrebbe essere inviato ad un impianto Claus operante ad ossigeno oppure ad aria arricchita, cosa che farebbe lievitare notevolmente i costi totali di esercizio dell'impianto. Pertanto detta soluzione viene dapprima inviata nel primo scambiatore di calore 2 (soluzione ricca/povera) dove viene preriscaldata ad una temperatura di poco superiore ai 100°C. La soluzione calda è inviata al separatore di flash 3 dove avviene la sua espansione a bassa pressione liberando parte della CO2, dell'H2S assorbiti, e degli eventuali idrocarburi presenti. L'eliminazione degli idrocarburi fa si che i gas acidi finali siano adatti ad essere trattati in impianti Claus del tipo "Split flow" e/o di "Ossidazione diretta" ; normalmente l'operazione di flash avviene ad una temperatura compresa tra 50 e 110°C, preferenzialmente 100°C. I vapori di flash sono quindi inviati, attraverso la linea 4, al refrigerante 5. dove, a causa del raffreddamento, il vapor d'acqua viene condensato. La condensa è separata dal gas nel separatore 6 ed è inviata nuovamente al separatore di flash 3 attraverso la linea 7: La miscela di gas. costituita essenzialmente da CO2. e dai gas che si erano sciolti nella soluzione ricca durante l'assorbimento ad alta pressione, è inviata attraverso la linea 8 all'assorbitore 9 del gas di flash e del gas di coda proveniente dall'impianto Claus 10, come sarà spiegato più dettagliatamente qui di seguito.

In testa all'assorbitore 9. operante a pressione poco più che atmosferica, è inviata, attraverso la linea 11, una soluzione rigenerata, con lo scopo di riassorbire selettivamente lH S contenuto nei gas fino alla concentrazione di cica 200 ppm. Operando a bassa pressione si ottiene la massima selettività, perciò la CO riassorbita è meno del 20% della CO2 alimentata. Il gas di coda dell'impianto Claus 10, percorrendo la linea 12, viene inviato non sul fondo dell'assorbitore 9, ma su un piatto intermedio, poiché il contenuto di 3⁄4 S è molto inferiore a quello della C02. I gas così lavati, uscendo dall'assorbitore 9. sono inviati all'inceneritore 13 attraverso la linea 14; detti gas lavati avranno un contenuto in inferiore alle 250 ppm, il quale sarà ossidato ad SO2 all'interno dell'inceneritore 13· Questa SO2 rilasciata nell'atmosfera è la sola parte di zolfo che non viene recuperata nel processo oggetto della presente invenzione. All'inceneritore 13 è inviata anche tutta la CO2 che in questa operazione di riassorbimento selettivo di H S non è passata in soluzione. In questo modo si evita di far passare attraverso la colonna di rigenerazione 15 questa parte di CO2, ottenendo in definitiva un gas acido che presenta una concentrazione più alta di H2 S.

La soluzione che esce dal fondo dell'assorbitore 9 viene quindi inviata al secondo scambiatore di calore 16 (soluzione ricca/povera) attraverso la linea 17. dove si preriscalda in controcorrente con la "soluzione rigenerata", si unisce in 18 alla soluzione proveniente dal separatore di flash 3 attraverso la linea 19 ed insieme ad essa viene inviata alla colonna di rigenerazione 15 per mezzo della pompa 20.

In detta colonna di rigenerazione 15 i gas acidi sono strippati dalla soluzione per mezzo del vapore prodotto dal ribollitore posto sul fondo della colonna stessa. I gas acidi che, come detto precedentemente, risulteranno arricchiti in H2S dalla testa della colonna di rigenerazione 15 passano nel condensatore di testa 21 dove avviene la condensazione del vapor d'acqua. La condensa è separata dal gas acido nel separatore di testa 22 ed è riciclata al piatto di testa della colonna di rigenerazione 15 dalla pompa di riflusso 23.

I gas acidi, ad una temperatura di 40-50°C, sono finalmente inviati attraverso la linea 24 all'impianto Claus 10 per il recupero dello zolfo in essi contenuto. Come è stato già detto, la "soluzione rigenerata" uscente dal fondo della colonna di rigenerazione 15 attraverso la linea 25 è inviata in serie dapprima al primo scambiatore di calore 2 (soluzione ricca/povera) e subito dopo al secondo scambiatore di calore 16 (soluzione ricca/povera), dove viene raffreddata cedendo il proprio calore alla soluzione ricca. La soluzione viene quindi fatta passare nella linea 26 per essere utilizzata nell'assorbimento iniziale dell'H S in un assorbitore non rappresentato in figura. Una parte di essa è inviata attraverso la linea 27 alla pompa 28 della soluzione rigenerata che attraverso il terzo scambiatore di calore 29 la invia all'assorbitore 9 per mezzo della linea 11.

Se si fa un passo indietro e si ritorna all'impianto Claus 10, si osserva che in esso avviene la combustione dei gas acidi provenienti dalla linea 24 per mezzo di aria comburente. La combustione viene eseguita con una quantità di aria tale che un terzo dellH S venga ossidato ad SO2. ottenendo in tal modo un rapporto H2S/SO2 pari a 2.

Questo rapporto corrisponde a quello ottimale per la reazione di Claus :

L'impianto Claus per il recupero dello zolfo contenuto nei gas di combustione può consistere in un impianto a due reattori catalitici, in cui si ottiene un rendimento di recupero pari al 94-96% dello zolfo alimentato sotto forma di H2S nei gas di carica. A questo proposito si deve notare però che il rendimento suddetto si riferisce allo zolfo alimentato all'impianto Claus, mentre in realtà il rendimento complessivo si aggira al 99.8% dello zolfo alimentato al sistema.

Il trattamento del gas di coda proveniente dall'impianto Claus 10 attraverso la linea 20 si basa sul processo RAR che prevede le seguenti operazioni funzionali:

(a) Il gas di coda viene dapprima riscaldato a circa 300°C e fatto passare subito dopo in un reattore di riduzione appartenente alla sezione di riduzione e di quench 31. dove tutto lo zolfo contenuto nei prodotti solforati è trasformato in H2 S su un catalizzatore al cobalto o al molibdeno;

(b) Nel reattore, se è necessario, è aggiunta una certa quantità di idrogeno attraverso la linea 32, mediante l'immissione di un gas di raffineria ricco in questo elemento. Il gas di coda ridotto, uscente dal reattore di riduzione ad una temperatura di circa 300°C. viene fatto passare in uno scambiatore gas/gas dove riscalda il gas di alimentazione del reattore stesso;

(c) Nelle fasi transitorie, quali per esempio quelle di avviamento, è necessario un ulteriore riscaldamento del gas alimentato al reattore; per questa ragione è prevista l'installazione di un dispositivo di riscaldamento, per esempio di tipo elettrico, posizionato a valle di detto scambiatore di calore gas/gas;

(d) Nello scambiatore di calore gas/gas il gas ridotto si raffredda a 160-200°C, passa poi in una torre di quench, contenuta anch'essa nella sezione di riduzione e di quench 31, dove viene ulteriormente raffreddato e dove avviene la condensazione di gran parte del vapor d'acqua contenuto nel gas stesso. Le condense sono inviate all'unità di stripping delle acque ammoniacali;

(e) Come è stato già detto in precedenza, il gas di coda è finalmente inviato all 'assorbitore 9 attraverso la linea 12 ad una temperatura di circa 40°C.

Nella tabella allegata si è preso in considerazione una soluzione che nella linea 1 ha un contenuto in H S di 131.70 kmol/h e in CO2 di 171.55 kmol/h.

Come si evince dall'osservazione della tabella, delle 170 kmol/h di CO2 iniziali solo 96 sono inviate all'impianto Claus 10. La concentrazione dell'Ics è aumentata dell'85% rispetto a quella che si sarebbe ottenuta con un impianto tradizionale e consente di evitare l'impiego di speciali schemi di processo e l'utilizzazione di ossigeno per la combustione dell'H S ad SO2 nell'impianto Claus 10.

In una seconda forma di realizzazione della presente invenzione, la soluzione uscente dal fondo dell’assorbitore 9. poiché ha un contenuto modesto in gas acidi, viene inviata direttamente ad un assorbitore dove è immessa ad un'altezza intermedia per assorbire ulteriormente H2S e CO2. Senza uscire dall'ambito dell'invenzione è possibile per un tecnico del settore apportare al processo oggetto della presente descrizione tutte le modifiche ed i perfezionamenti suggeriti dalla normale esperienza e dalla naturale evoluzione della tecnica.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Processo per il trattamento del gas di coda di un impianto Claus e l' arricchimento del gas di alimentazione di detto impianto, processo caratterizzato dal fatto che: (i) detto gas di coda dopo una reazione di riduzione, in cui tutti i componenti solforati vengono ridotti ad H S, e dopo un opportuno raffreddamento , viene inviato in un assorbitore dell'H S; e caratterizzato inoltre dal Fatto che (ii) la soluzione ricca proveniente da un impianto di desolforazione viene fatta passare dapprima attraverso un dispositivo di flash, in cui si sviluppa una miscela di gas contenente essenzialmente H S e CO , che viene inviata, a sua volta, allo stesso assorbitore del gas di coda di cui al punto (i).
2. Processo come rivendicato alla rivendicazione 1, in cui la soluzione uscente dal fondo dell'assorbitore, poiché ha un contenuto modesto in gas acidi, viene inviata direttamente ad un assorbitore per assorbire ulteriormente e CO2·
3. Processo come rivendicato alle rivendicazioni precedenti, in cui in detto impianto Claus come comburente è utilizzata dell'aria non arricchita in ossigeno.
4. Processo come rivendicato alle rivendicazioni precedenti, in cui il flash viene effettuata in un intervallo compreso tra 50 e 110 °C.
5. Processo come rivendicato alle rivendicazioni precedenti, in cui nell'operazione di flash si liberano anche gli eventuali idrocarburi presenti, in modo che i gas acidi finali siano adatti ad essere trattati in impianti Claus del tipo "Split flow" e/o di "Ossidazione diretta".
6. Processo come rivendicato alle rivendicazioni precedenti, in cui i gas lavati, contenenti H2S e CO2, uscendo da detto assorbitore sono inviati ad un inceneritore, nel quale avverrà l’ossidazione dell’H S ad SO2, evitando nello stesso tempo di far passare questa parte di CO2 attraverso la colonna di rigenerazione .
7. Processo come rivendicato alla rivendicazione 1, in cui il gas di coda proveniente da detto impianto Claus viene immesso in corrispondenza di un piatto intermedio di detto assorbitore.
8. Impianto atto ad eseguire il processo rivendicato alle precedenti rivendicazioni.