JPH01501139A - 二重燃焼酸素―エンリッチドクラウスサルファープラント - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 二重燃焼酸素−エンリッチド クラウスサルファープラント 支豆工１遣 天然ガスを含む炭化水素原料中に存在するイオウは硫化水素として存在し、或は 初期加工工程において大部分は硫化水素に転化される。硫化水素は、ガス流の一 部として、アルカノールアミン或は物理的吸収剤のような吸収系の中に通すのが 普通であり、該吸収系は硫化水素を濃縮し及びガス流の他の成分と分離する。濃 縮された硫化水素ガス流をクラウスプラントに供給し、そこで、硫化水素の一部 を空気として導入する酸素の存在において燃焼させ、下記の反応についての割合 で二酸化イオウを生成する： ２ＨｓＳ＋５Ｏｚ−−→３Ｓ＋２Ｈｚ　Ｏ二酸化イオウは生成されるとすぐに熱 反応域において硫化水素と反応し始めてイ才つを生成する。生成されたイ才つは 廃熱ボイラーにおいてガス流から凝縮させ及び残りのガス流は、硫化水素対二酸 化イオウの適当な化学量論比で１つ又はそれ以上、代表的には３つの触媒転化域 に通し、そこで同じ反応によって追加のイオウな生成する。熱力学は低い温度に おいて反応に有利であるので、各々の触媒床では、限られた量の転化を達成する にすぎない、生成されたイオウは凝縮させて回収し及びガスは再加熱して次の触 媒床に導入する０代表的に用いられる触媒はアルミナ或はボーキサイトである。

クラウスプラントでは、９５〜９７％の、転化効率を達成することができ、公害 要求条件が指令するならば、クリーンアップ操作、例えばビーボン（Ｂｅａｖｏ ｎｌに係る米国特許３、７５２．８７７号（本明細書中に援用する）に記載され ている操作を用いて総括転化率を９９．９％十に増大させてもよい、この操作は 、また、ビーボンに係る米国特許４、０３８．０３６号に記載されている通りの アンモニア燃焼クラウスサルファープラントで適用することができ、同米国特許 を本明細書中に援用する。

硫化水素を二酸化イオウに転化するのに要する酸素は空気によって供給するのが 普通である。これは、硫化水素を酸化するのに要する２１容積の酸素当りおよそ ７９容積の窒素を導入することになる。窒素はプロセスのためにならず、実際ク ラウスサルファープラントにおいて一層大きくかつ一層費用のかかる設備を使用 しなければならないことになる。プラントを通過する窒素の量は純酸素或は酸素 に冨んだ空気を採用することによって減少させることができる。しかし、これは クラウス反応炉において一層高い温度を生じ、新しいプラントでは一層費用のか かる耐火物及びその他の建造材料を必要とし、既存のプラントについては、プラ ントの費用のかかる設計及び運転の変更を必要とする。

硫化水素ガス流の組成はプラントごとに変わり得及びプラントの寿命の間にかな り変わり得る。クラウスプラント供給ガスは、Ｈ，Ｓに加えて、また、酸素と反 応し、従って空気から酸素に冨んだ空気〜純酸素までに変更を行う際にクラウス プラント反応炉内の温度上昇に影響する変動量のアンモニア、炭化水素及びその 他の化合物を含有し得る。

本発明は、酸素或は酸素に冨んだ空気を使用することによって生産能力を増大さ せるために、特に新しいプラントに適用し得るが、また既存のクラウスサルファ ープラントにも当てられる。

λ豆皮ｌカ 本発明に従えば、供給ガスが硫化水素少なくとも６５容積％、好ましくは約６５ 〜約９５容積％を含有する硫化水素リッチ供給ガス流であるクラウスサルファー プラントの生産能力を、硫化水素を酸素或は空気と酸素との混合物により構成さ れる酸素リッチガス流であるオキシダントで２或はそれ以上の段階で熱燃焼させ ることよって増大させる。オキシダントの一部だけが、硫化水素を含有する供給 ガスの全部或は一部と共に第１燃焼域における原料である。オキシダントと硫化 水素リッチ供給流との比は、第１燃焼域における燃焼火炎温度を約２０００ａ〜 約３６００７（１０９３°〜１９８２℃）にして存在する炭化水素を確実に炭素 の酸化物に転化させるようなものである。オキシダントと硫化水素リッチ供給流 とを反応させた混合物を温度約２４０°〜約３０００＠Ｆ（１１６°〜１６４９ ℃）に冷却し及び残留オキシダント流、硫化水素供給ガス流の残留部分と共に、 第１燃焼域からの冷却した燃焼生成物の全部或は一部と混和して少なくとも１つ の追加の燃焼域に導入する。追加の反応は、酸素リッチ供給ガスの残留部分中に 含有される酸素及び第１燃焼域からの冷却した燃焼生成物中に含有される可燃性 種及び硫化水素リッチ供給ガスの残留部分中に含有される可燃性種を含んで起き 、それで第２の及びすべての追加の燃焼室における燃焼火炎温度は約１ＯＯＯ０ 〜約３６００”Ｆ　（５３７”　〜１９８２℃）になる。

硫化水素原料が分割され及び相当量の炭化水素を含有するならば、第２の及びす べての追加の燃焼域において温度約２０００’〜約３６００下（１０９３°〜１ ９８２℃）を用いて炭化水素を確実に炭素の酸化物に転化させる。

少なくとも２つの燃焼域をシリーズに用い及び燃焼域内に酸素リッチ流を用いる ことにより、硫化水素含有ガス流を燃焼域内で選択した温度範囲において処理加 工することが可能である。従って、硫化水素の二酸化イオウへの迅速な転化を最 適にし、同時にサルファープラントの正味のイ才つ生産能力を単一の燃焼域を用 いて得ることができる生産能力を超えて増大させる。

図面の簡単な説 添付図は発明の実施を行うための系を図解的に示す。

の７日 本明細書中で用いる通りの「硫化水素リッチガス流」なる用語は、硫化水素少な くとも約６５容積％、好ましくは約６５〜９５容積％又はそれ以上及びアンモニ ア約１０００容積ｐｐｍ未満を含有するガス流を意味する。

［アンモニアリッチガス流」なる用語は硫化水素少なくとも約１容積％及びアン モニア少なくとも約１０００容積ｐｐｍ又はそれ以上を含有するガス流を意味す る。

「酸素リッチガス流」なる用語は、実質的に純な酸素ガス流或は酸素で約３０容 積％或はそれ以上、好ましくは５０容積％或はそれ以上の酸素のレベルにまで濃 厚にした空気を意味し、１００容積％程にリッチな酸素にすることができる。酸 素リッチガス流は窒素のような不活性ガスに関して乏しいことから、燃焼域内の 反応温度は、硫化水素リッチガス流及び従来のクラウスサルファー回収ユニット を本発明の実施を存在させずに用いることによって極めて高くなり及び少なくと も以前のサルファープラントの場合、耐火性ライニングが損なわれる点に達しよ う。

本発明の実施において、従来のクラウスサルファー回収ユニットの火炎域への損 傷を防ぐために、中間の熱除去を有する少なくとも２つの燃焼域を用いる０図に 示す通りに、発明を実施するためのクラウスプラントの変種は、少なくとも１つ の熱交換器及び少なくとも第２燃焼域を含むものであった。

燃焼域への流れの間の正確な流量比を保つことにより及び燃焼域の間に中間熱除 去工程を有することによって、燃焼域内の温度を、イオウ生成反応を促進させ及 び燃焼域内の耐火性材料を高温によって損われないように保護するのに望ましい 範囲内で調節することができる。

図を参照すれば、ヘッド端部１４及び１６及び流出端部１８及び２０を有する円 筒形形状の燃焼域１０及び１２に、管路２２で硫化水素リッチガス流及び管路２ ４及び２６で酸素リッチガス流を供給する。アンモニアリッチガス流を管路６０ で６０ａ及び所望ならば６０ｂに通して燃焼域１０及び１２に供給することがで きる。酸素の導入量は、イ才つを生成する下記の化学量論反応について硫化水素 から二酸化イオウを生成するのに要する量である： ２Ｈ＊Ｓ＋５Ｏａ−一→３Ｓ＋２ＨｚＯまた、硫化カルボニル及び二硫化炭素も 生成される傾向にある。

硫化水素リッチガス流２２を、所望ならば、流れ２２ａ及び２２ｂに分割しても よい０分割はプロセス事情によって決める０本発明の好ましい適用において、分 割は、管路２２ｂにおける流れが少ない或は存在しないようにする。アンモニア リッチガス流６０が存在する場合には、流れ６０ａ及び６０ｂに分割してよい６ 分割は・またプロセス事情によって決める０本発明の好マシイ適用において、分 割は管路６０ｂにおける流れが少ない或は存在しないようにする。アンモニアリ ッチガス流の使用により、いくらかの水素リッチガス流を燃焼域１２に供給する 必要を増大させるかもしれない。

プロセスを操作するのに必要な全酸素は上記の化学量論反応の要求量によって設 定されるが、全酸素の分配、すなわち、流れ２４及び２６中に含有される酸素は 硫化水素分配及び発熱に応じて広く変えることができる。各々の流れは、独立に 、純酸素或は実質的に純な酸素或は空気と酸素との混合物から作られる。空気及 び酸素は、それぞれ流れ２８ａ及び２８ｂ及び流れ３０ａ及び３０ｂを経てプロ セスに導入する。流れ２８ａ、２８ｂ、３０ａ及び３０ｂの間としての流量比は プロセス事情によって設定し、本発明の実施においては、燃焼域１０内の燃焼温 度を最高３６００下（１９８２℃）及び最低２０００’″Ｆ（１０９３℃）の範 囲に制限するものである。これは、存在する炭化水素を硫化カルボニル或は二硫 化カルボニルに転化させない程度に炭素の酸化物に酸化させるのを確実にする。

第２の或は以降の域は約１０００°〜約３６００”Ｆ　（５３７”　〜１９８２ ℃）の範囲において操作するのがよい、硫化水素の分割供給を用いないならば、 かなりの炭化水素は第２の或は以降の燃焼域に行く、その場合には、タール及び 異臭のイオウの生成を避けるために最低域温度約２０００″′Ｆ（１０９３℃） を用いて炭化水素の燃焼を確実にすべきである。

火炎域１ｏ及び１２における温度は、流れ２４及び２６における酸素の含量を、 流れ２２ａ、２２ｂ、６０ａ及び６０ｂ及び第１火炎域１０から熱交換器３２を 通り管路３４によって第２の燃焼域１２に流れる流出物中の可燃物に対して適当 に設定することによって、所望の範囲内に調節する。流れ２４及び２６の酸素／ 可燃物比を適当に設定することは、火炎域１ｏにおける可燃物の一部に酸素を与 えないことによって火炎域１０内の温度を制限することになる。熱交換器３２に おける中間の熱除去は流れ３４中の可燃物の温度を、可燃物が流れ２６中の酸素 と反応する際に、火炎域１２における生成する燃焼温度が所望の温度範囲になる ように十分に下げる。

当分野において明らかな通りに、中間の熱除去を有する追加の燃焼域を用いて同 じ結果を有することができる。但し、各々における温度を上述した範囲に調節す る適当な手段を取ることを条件とする。

流れ３４の一部をプロセスから流れ３６として、本発明の実施がプロセスに対し 不利な影響を与えずに取り去ってもよいが、本発明の好ましい実施態様では、側 流を抜き出さない。

上述した通りに、硫化水素の酸化から生じる二酸化イオウの一部は硫化水素と反 応してイオウを生成し及び生成物ガス流３８を熱交換器３２に通し、そこで凝縮 させたイオウな回収する。同じことが熱交換器３８に当てはまる。バルクの凝縮 が凝縮器４０で行なわれた後に、残留ガス流をヒーター４２で再加熱して適した 温度にして管路４４によってクラウス触媒を収容する触媒転化域４６に供給する 。適したクラウス触媒はアルミナ或はボーキサイトにするこζができる。追加の イオウが生成され及びガス流を第２凝縮器４８に通し、そこでイオウをガス流と 分離する。ガス流を再加熱して追加のクラウス段階に通し、そこで更にイオウな 生成する。３つの触媒クラウス段階を採用するのが代表的である。残留する未反 応の硫化水素及びガス流中に残る二酸化イオウを処理加工して、大気に排出する イ才つを少くすることを要求している領域においてかかる放出を減少させること ができる。採用する好ましいプロセスは米国特許３．７５２．８７７号に記載さ れている。

現時点で好ましい実施態様では、硫化水素リッチガス流と、存在する場合にはア ンモニアリッチガス流と、酸素リッチガス流とを、タンジンシャルバーナー５０ 及び５２によって注入して硫化水素の燃焼を開始する。

酸素の供給量は、プラントの生産能力及び酸性ガス原料中のＨａｓのパーセント に応じて要求される通りに変えることができる。

酸素リッチガス流の調節は計量器及び流量調節器によって独立して行うことがで きる。火炎域１０及び１２について温度モニターリング計測器５４及び５６を用 いて使用範囲を越える高い及び低い温度について警報することができる。

本プロセスは、使用する温度により、サルファープラント供給流中の硫化水素が 多い量の炭化水素或はアンモニア等のその他の酸化性成分を含有する場合に、有 利に使用することができる。

例 空気で操作する既存のクラウスユニットは硫化水素濃度約９０容積％を有する酸 性ガス原料３０，８２９１ｂｓ／時間（１３，９８４ｋｇ／時間）である、空気 に代えて純酸素を用いるならば、燃焼室の耐火性ライニングは生成する高い反応 温度約４５００’Ｆ（２４８２℃）に耐えない０反応温度を耐火物の最高温度制 限より十分に低い約２９７５″Ｆ（１８３５℃）に下げるために、２つの燃焼ユ ニットをシリーズに中間熱除去と共に用いる。酸性ガス供給容量を７０，３２３ １ｂｓ／時間（３１，８９８ｋｇ／時間）に増大してプラントのイオウ生産能力 を１２９％増大させる。全ての酸性ガスを分割した酸素と共に第１燃焼域に供給 して燃焼域温度を３．　ＯＯＯ下（１６４９℃）より低く保つ場合の主要な流量 を下記の表に挙げる。

表　１ 空気、ｌｂｓ／時間（ｋｇ／時間） 純酸素、Ｉｂｓ／時間（ｋｇ／時間） 合計１ｂｓ／時間（ｋｇ／時間） 第１燃焼域 生成したイオウの増加 【 −１２９％ 国際調査報告

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. １．硫化水素と二酸化イオウとを反応させてイオウを生成するに際し、修正クラ ウス反応によって硫化水素の原料を一部二酸化イオウに酸化してイオウを生じる 反応体を生成する方法において、 ａ）第１燃焼域に、少なくとも約６５容積％の硫化水素を含有する硫化水素リッ チガス流の少なくとも一部及び少なくとも約３０容積％の酸素を含有する第１酸 素リッチガスを燃焼によって燃焼火炎温度約２０００°〜約３６００°Ｆ（１０ ９３°〜１９８２℃）において第１二酸化イオウ含有生成物ガス流を達成する割 合で導入し、ｂ）第１生成物ガス流を温度約２４０°〜約３０００°Ｆ（１１６ °〜１６４９℃）に冷却し、ｃ）冷却した第１生成物ガス流を少なくとも約３０ 容積％の酸素を含有する追加の酸素リッチガス流と共に少なくとも第２燃焼域に 導入して追加の硫化水素を燃焼し及び燃焼火炎温度約１０００°〜約３６００° Ｆ（５３７°〜１９８２℃）において第２二酸化イオウ含有生成物ガス流を生じ 、燃焼域に供給する硫化水素及び酸素の量は、燃焼を完了した際に、触媒クラウ ス転化装置に供給するのに適したガス流とするように均合わせて残留する硫化水 素を燃焼域において燃焼する間に生成される二酸化イオウと反応させてイオウの 生成を達成することを特徴とするイオウの生成方法。
2. ２．硫化水素リッチガス流を全て或は実質的に全て第１燃焼域に導入する請求の 範囲第１項記載の方法。
3. ３．硫化水素リッチガス流が約６５〜約９５容積％の硫化水素を含有し及び酸素 リッチガス流が約３０〜１００容積％の酸素を含有する請求の範囲第１項記載の 方法。
4. ４．硫化水素リッチガス流が約６５〜約９５容積％の硫化水素を含有し及び酸素 リッチガス流が約３０〜１００容積％の酸素を含有する請求の範囲第２項記載の 方法。
5. ５．硫化水素リッチガス流が約６５〜約９５容積％の硫化水素を含有し及び酸素 リッチガス流が約３０〜１００容積％の酸素を含有する請求の範囲第２項記載の 方法。
6. ６．硫化水素リッチガス流が約６５〜約９５容積％の硫化水素を含有し及び酸素 リッチガス流が約３０〜１００容積％の酸素を含有する請求の範囲第３項記載の 方法。
7. ７．硫化水素リッチガス流が約６５〜約９５容積％の硫化水素を含有し及び酸素 リッチガス流が約３０〜１００容積％の酸素を含有する請求の範囲第４項記載の 方法。
8. ８．硫化水素と二酸化イオウとを反応させてイオウを生成するに際し、修正クラ ウス反応によって硫化水素の原料を一部二酸化イオウに酸化してイオウを生じる 反応体を生成する方法において、 ａ）第１燃焼域に、少なくとも約６５容積％の硫化水素を含有する硫化水素リッ チガス流の少なくとも一部及び約３０〜１００容積％の酸素を含有する酸素リッ チガスを燃焼によって燃焼火炎温度約２０００°〜約３６００°Ｆ（１０９３〜 １９８２℃）において第１二酸化イオウ含有生成物ガス流を達成する割合で導入 し、ｂ）第１生成物ガス流を温度約２４０°〜約３０００°Ｆ（１１６°〜１６ ４９℃）に冷却し、ｃ）冷却した第１生成物ガス流を約３０〜２００容積％の酸 素を含有する追加の酸素リッチガス流と共に第２燃焼域に導入し及び燃焼火炎温 度約１０００°〜約３６００°Ｆ（５３７°〜１９８２℃）において硫化水素対 二酸化イオウのモル比が約２：１である第２生成物ガス流を生じ、 ｄ）第２生成物ガス流を触媒クラウス転化装置に通して生成された二酸化イオウ と残留硫化水素とを反応させてイオウを生成することを特徴とするイオウの生成 方法。
9. ９．硫化水素リッチガス流を全て或は案質的に全て第１燃焼域に導入する請求の 範囲第８項記載の方法。
10. １０．硫化水素リッチガス流が約６５〜約９５容積％の硫化水素を含有し及び酸 素リッチガス流が約３０〜１００容積％の酸素を含有する請求の範囲第８項記載 の方法。
11. １１．硫化水素リッチガス流が約６５〜約９５容積％の硫化水素を含有し及び酸 素リッチガス流が約３０〜１００容積％の酸素を含有する請求の範囲第９項記載 の方法。
12. １２．アンモニアリッチガス流を少なくとも第１燃焼域に供給する請求の範囲第 ８項記載の方法。
13. １３．アンモニアリッチガス流を少なくとも第１燃焼域に供給する請求の範囲第 １１項記載の方法。