NL8501901A - Werkwijze voor de winning van zwavel uit waterstofsulfide bevattende gasstromen alsmede inrichting voor de uitvoering daarvan. - Google Patents

Description

M.O. 33293 1

Werkwijze voor de winning van zwavel uit waterstofsulfide bevattende qasstromen alsmede inrichting voor de uitvoering daarvan._

De onderhavige uitvinding is gericht op de winning van zwavel uit 5 waterstofsulfide bevattende gasstromen. Meer in het bijzonder is de onderhavige uitvinding gericht op een verbeterde wijze van temperatuurma-tiging in een zwavel installatie volgens Claus onder toepassing van zuurstofverrijking om de capaciteit te vergroten. Het is in de stand der techniek bekend elementaire zwavel uit waterstofsulfide bevattende 10 gasstromen te winnen zoals uiteengezet in het artikel "Fundamentals of Sulfur Recovered by Claus Process" door B. Gene Goar, gepubliceerd in Gas Conditioning Conference Report, 1977.

Het is eveneens bekend zuurstofverrijking te gebruiken bij het bedrijven van een zwavel install atie volgens Claus om de capaciteit van in 15 een installatie behandeld waterstofsulfide te vergroten zoals uiteengezet in het artikel "Oxygen Use in Claus Sulfur Plants" door M.R. Gray en W.Y. Svrcek, gepubliceerd in Gas Conditioning Conference Report 1981. In dat artikel werd beschreven, dat zuurstof aan de luchttoevoer naar de brander van de reactie-oven in een zwavel installatie volgens 20 Claus kan worden toegevoegd om de hoeveelheid waterstofsulfide, die tot zwaveldioxide verbrand wordt voor latere katalytische omzetting tot een elementair vloeibaar zwavelprodukt te vergroten. Het artikel somt op, dat de maximumcapaciteitstoename, die bereikt kan worden met zuurstofverrijking, bepaald wordt door de drukval door de installatie, de ruim-25 tesnelheid in de reactor en temperaturen van de reactie-oven en de verschillende katalytische zone’s, in het bijzonder de vuurvaste materialen, die in de bovenbouw van de oven van de Claus installatie gebruikt worden.

In de publikatie in 1983 door Linde van Union Carbide getiteld 30 "Claus Plant Oxygen Enrichment", wordt opgemerkt, dat beperkingen aan de zuurstofverrijking bestaan voor aan waterstofsulfide rijke stromen toe te schrijven· aan temperatuurgrenzen in de oven of afval gasstoomketel van de Claus installatie·

Amerikaans octrooischrift 3.822.341 beschrijft een Claus installa-35 tie, die van zuurstofverrijking gebruikt maakt. Een bron van de zuurstof wordt aanvankelijk gebruikt om achtergebleven SO2 uit een zij-stroom in ketel 92 te strippen, voordat de zuurstofstroom in leiding 96 eventueel geredrculeerd wordt om opgenomen te worden met de zuurstof in leiding 12, die naar de verbrandingszone van de afval gasstoomketel 8 40 gaat, zoals vermeld in kolom 5, regels 65-68 van de beschrijving. Omdat

^ .*· * TS * J

£.3 g . y U 1 2

V

i» -> het zuurstofgehalte van een dergelijke stroom volledig gebruikt wordt bij een exotherme reactie, kan deze stroom niet gebruikt worden als een matigend medium voor de vlamtemperatuur van de reactie-oven. Zoals beschreven door het artikel van Goar hiervoor, hebben zwavel installaties 5 volgens Claus gewoonlijk een adiabatische reactie-oven gevolgd door een afval gasstoomketel. Het probleem van overmatige temperatuur bij met zuurstof verrijkt bedrijf heeft in de adiabatische reactie-oven plaats. Amerikaans octrooischrift 3 822 341 negeert het bestaan, van dit probleem.

10 Amerikaans octrooischrift 4 153 674 beschrijft een Claus installatie en een opruimingsinstallatie voor afvoergas, waarbij een gasstroom in leiding 20 verwijderd wordt uit een afvoergassysteem en teruggeleid of gerecirculeerd wordt naar het voorfront van de Clausinstallatie 7. Dit octrooischrift overweegt niet zuurstofverrijking of vlamtempera-15 tuurmatiging door een recirculatiestroom. Ook wordt het afvoergas tot reactie gebracht om alle zwavel tot waterstofsulfide om te zetten, dat geadsorbeerd, gestript en naar de Claus installatie teruggeleid wordt.

Amerikaans octrooischrift 4 279 882 beschrijft een zwavelwinnings-werkwijze, waarbij alleen gebruik wordt gemaakt van een reeks kataly-20 tische reactiebedden in plaats van een reactieverbrandingsoven, zoals in de traditionele Claus installatie. Een temperatuur modificerende recirculatiestroom wordt in het octrooischrift vermeld, waarbij stroom 26 naar de toevoer wordt teruggeleid teneinde de temperatuur in de katalytische reactiezones'te regelen. De werkwijze is slechts economisch voor 25 toepassingen met verdund waterstofsulfide als toevoergas. De werkwijze vereist eveneens een uitvoering met een recirculatieventilator bij hoge temperatuur.

De onderhavige uitvinding overwint de tekortkomingen van de stand der techniek door vergroting van de doorvoer van een Claus installatie 30 met een zuurverrijking tot een grotere mate dan, die in de stand der techniek beoogd wordt, tengevolge van vlamtemperatuurbeperkingen. Dit wordt bereikt door water in de reactie-oven van de Claus installatie te injecteren om de vlamtemperaturen te matigen. Deze waterinjectie matigt eventuele toenamen in drukval, die veroorzaakt zouden worden door re-35 circulatie van inerte bestanddelen uit een bijzonder stroomafwaarts deel van de werkwijze. Zij vermijdt eveneens de noodzaak voor een re-ci rculatieventil ator.

De onderhavige uitvinding is gericht op een werkwijze voor de winning van zwavel uit een toevoergasstroom, die rijk is aan waterstofsul-40 fide, waarbij de gasstroom partiëel verbrand wordt met een aan zuur- “501901 Λ 3 stof verrijkt gas in een reactie-oven volgens Claus, de afvoerstroom van de verbranding met de bijkomende condensatie en afscheiding van zwavel in een eerste condensatiezone wordt gekoeld en de overblijvende afvoerstroom gewoonlijk door ten minste een herverhittingstrap wordt 5 geleid, omzetting in een katalytische reactiezone volgens Claus en koeling met bijkomende condensatie en scheiding van zwavel in een additionele condensatie, waarbij de verbetering bestaat uit het invoeren van water in de reactiezone om de temperatuur van de ovenzone van de reactie te matigen.

10 Gewoonlijk maakt de werkwijze gebruik van drie trappen van herver-hitting, omzetting en koeling en scheiding volgend op de eerste condensatiezone.

De werkwijze is relevant voor waterstofsulfide bevattende stromen, waarbij het sulfide in het traject van 60-100 mol.% is. Bij voorkeur is 15 het waterstofsulfidegehalte van het toevoergas 80-100 mol.%.

Bij voorkeur is de zuurstofverrijking van de reactie-oven in het traject van 32-100 mol.%. Meer bij voorkeur is de verrijking 40-75 mol.%.

De stroomsnelheden van de waterinjectie kunnen in het traject tot 20 2,4 mol water per mol verrijkende zuurstof, toegevoerd aan de verbrander van de reactie-oven, zijn. Bij voorkeur is de stroomsnelheid van water tot 1,68 mol water per mol verrijkende zuurstof.

Bij voorkeur wordt de temperatuur van de ovenzone van de reactie gehandhaafd in het traject van 1315 tot 1540°C.

25 De uitvinding is eveneens gericht op een systeem voor de omzetting van zwavel uit een aan waterstofsulfide rijke toevoergasstroom volgens de Claus reactie bestaande uit: een reactie-oven voor partiële verbranding van een toevoergasstroom met een zuurstofrijk gas en gewoon-lijk een eerste condensatiemiddel voor koeling en condensatie van zwa-30 vel uit de afvoerstroom van de verbranding, ten minste eén reeks, die een herverhittingsmiddel, een katalytische Claus reactor en een extra condensatiemiddel bevat, voor het opnieuw verwarmen, verdere reactie en terugwinning van zwavel uit de afvoerstroom, waarbij de verbetering een middel omvat voor het injecteren van water in de reactie-oven van een 35 Claus installatiesysteem cm de temperatuur van de reactie-oven te verlagen.

Bij voorkeur bevat het middel voor het invoeren van water in de reactie-oven een leiding en opening, die water in de zuurstofinlaat naar de reactie-oven verspreidt. Optimaal dient de verspreiding te wor-40 den uitgevoerd als een verneveling van water in de zuurstofstroom.

8501901 »· . · 4

Korte beschrijving van de tekening

De tekening is een schematische voorstelling van een uitvoeringsvorm van een Claus installatie met zuurstofverrijking en waterinjec-tie.

5 Gedetailleerde beschrijving van de uitvinding

Zwavelwinningssystemen volgens Claus worden op grote schaal gebruikt om zwavel uit zure gasstromen voortgebracht bij de zuivering van aardgas en in aardolieraffinaderijen, in de eerste plaats van het zouten aminen, te winnen. In raffinaderijen is het waterstofsulfide in de 10 ruwe olie en is aanwezig in de afvalgassen van een ontzwavelingseenheid voor koolwaterstoffen en in afvoergassen van een geflufdiseerde katalytische kraakeenheid. Vaak zijn gasstromen voortgebracht in de amine-eenheid tamelijk rijk aan waterstofsulfide, in het bijzonder in aardolieraffinaderijen, waar zij in het traject van 80-95 mol.% waterstof-15 sulfide kunnen zijn. In vele raffinaderijen worden de Claus installa-tie-eenheden hetzij volledig beladen of kunnen volledig beladen worden (beperkte capaciteit) toe te schrijven aan de verwerking van zware ruwe oliën, die relatief grote hoeveelheden zwavel verbindingen bevatten.

Met de slinkende bekende reserves van raffineerbare zoute koolwater-20 stoffen en ruwe oliën, worden nu minder aantrekkelijke bekende zure oliereserves verwerkt, welke minder aantrekkelijke oliereserves gewoonlijk een hoog zwavelgehalte hebben. Een tendens in het raffineren van dergelijke toevoeren, die een hoger zwavelgehalte bevatten, zal in de toekomst toenemen. Daarom is een werkwijze voor het vergroten van de 25 capaciteit van Claus installaties om zwavel te produceren, terwijl de temperatuurbeperkingen van de materialen van de Claus installatie gehandhaafd worden, vereist.

Wanneer de toevoersnelheden voor een zwavel terugwinningseenheid volgens Claus verhoogd worden boven de capaciteit ontstaan verscheidene 30 problemen. Bij toenemende stroming neemt de drukval door de Claus installatie en de zuiveringseenheid van afvalgas toe en de toenamen in tegendruk vereisen inlaatdrukken voor waterstofsulfide en luchttoevoer groter dan datgene wat beschikbaar is voor de apparatuur, die water-stofsulfidetoevoer levert en de luchtventilator, die luchttoevoer ver-35 schaft. De toegenomen stroom vergroot eveneens de ruimtesnelheid in de reactie-oven en de katalytische reactortrappen. Deze toename in ruimtesnelheid vermindert de zwavel omzetti ng en vergroot emissies naar de zuiveringeenheid voor afvoergas. De stroomtoename naar de zuiveringseenheid voor afvoergas vergroot de drukval en verlaagt verder de zwa-40 vel terugwinning uit afvoergas onder vorming van vergrote en gewoonlijk 8501901 5 onaanvaardbare zwavel emissies uit de totaTe systemen. De toegenomen tegendrukken voortgebracht in sommige Claus installaties geven het risico van het doorblazen van de afvoerdichtingen van het doorblazen van de afvoerdichtingen van vloeibare zwavel, waardoor schadelijk, toxisch wa-5 terstofsulfide in de open ruimte van de installatie zou worden afgege-ven. Terwijl aanjagerventilatoren voor het waterstofsulfide en luchttoevoeren en zwavelafvoerafdichtingen voor hogere druk enige toename in capaciteit kunnen verschaffen, blijven de verminderde zwavel omzetting en de toegenomen zwavel emissies een probleem.

10 Een werkwijze, die gebruikt kan worden om de capciteit van een bestaande Claus installatie te vergroten, is het gebruik van zuurstof om de luchtstroom naar de reactie-oven van de installatie van 21 mol.% zuurstof, hetgeen het gehalte van lucht is, tot 70-90 mol.% zuurstof of hoger, zoals 100 mol.% zuurstof, (waarbij geen lucht in de Claus in-15 stallatie wordt ingevoerd), te verrijken. Enige toename in zuurstofgehalte van de luchtstroom vermindert doelmatig het stikstofgehalte van gassen, die door de Claus installatie gaan en verhoogt de doorvoercapa-citeit ervan voor zwavel, door de gasstroom van inerte bestanddelen, namelijk stikstof, die eveneens door de apparatuur moet passeren, te 20 verminderen. Gewoonlijk kan de capaciteit van een Claus installatie, die 80-95 mol.% waterstofsulfide met een gebruikelijke concentratie van koolwaterstoffen verwerkt, 10 tot 15% verhoogd worden door de lucht met zuurstof te verrijken. Eventuele verdere toevoeging van zuurstof zal er de oorzaak van zijn, dat de vlamtemperatuurbeperkingen van de vuurvaste 25 steen en vuurvast materiaal in de reactie-oven, wordt overschreden.

Wanneer de zure gasstroom 90 mol.% waterstofsulfide bevat en de Claus installatie een gebruikelijke verbranding van slechts éénderde van het waterstofsulfide uitvoert (éénderde van de volledig stoechiome-trische luchtbehoeften) en de brander lucht ontvangt (21 mol.% zuur-30 stof), dan zal de berekende theoretische adiabatische vlamtemperatuur ongeveer 1315°C zijn. Wanneer de luchtstroom met zuurstof tot 40 mol.% zuurstof is verrijkt, dan zal de berekende adiabatische theoretische vlamtemperatuur tot ongeveer 1730°C stijgen. Opnieuw wanneer de luchtstroom met zuurstof wordt verrijkt, deze keer tot 70 mol.%, zal de be-35 rekende theoretische adiabatische vlamtemperatuur tot ongeveer 2065°C stijgen. Echter zijn de meeste vuurvaste stenen van betere kwaliteit en vuurvast materiaal, geïnstalleerd in reactie-ovens van een Claus installatie, goed voor een maximale continue bedrijfstemperatuur van slechts 1480 tot 1540°C, wanneer zij een aluminiumoxidegehalte van 40 85-90 gew.% of meer hebben. Derhalve blijkt uit de voorgaande bereke- 8301901 V · 6 ningen, dat slechts een beperkte zuurstofverrijking, 30-32 mol.% zuurstof van de luchtstroom gebruikt kan worden en toch de temperatuur beneden· een maximum van 1540°C houdt. Met de kleine vermindering van stikstofinvoer, wanneer het zuurstofgehalte van de luchtstroom van 21 5 tot 32 mol.% zuurstof wordt verhoogd, wordt slechts een geringe toename in de capaciteit van de Claus installatie gerealiseerd, ongeveer 12-15% capaciteit.

De onderhavige uitvinding maakt het echter mogelijk de zuurstof-verrijking tot boven 32 mol.% te verhogen om de capaciteit van een be-10 staande zwavelterugwinningseenheid volgens Claus verder te vergroten door water in de reactie-oven te injecteren om de met zuurstof verrijkte vlamtemperaturen te matigen. In de praktijk zal de injectiesnelheid van water worden ingesteld om verdunning en koeling te verschaffen om de temperatuur van de reactie-oven van 1315°C tot 1540°C te regelen.

15 Met deze techniek kunnen de waterstofsulfidetoevoer en de terugwin-ningscapaciteit voor zwavel met 50-100% vergroot worden door de luchtstroom tot 50 mol.% zuurstof te verrijken bij het verwerken van een zure gastoevoer met 90 mol.% waterstofsulfide. Door een vloeibare waterstroom onder vernevelde of goed verspreide omstandigheden in de reac-20 tie-oven of bij voorkeur de zuurstofinlaat naar de reactie-oven te injecteren, worden de vlamtemperaturen, die samenhangen met een zeer grote zuurstofverrijking noodzakelijk om aanzienlijke doorvoertoenamen te bewerkstelligen, gematigd door het relatief koude inerte geïnjecteerde water. Bovendien heeft het water een zeer hoge warmtevalcapaciteit. 25 Hoewel vloeibaar water de voorkeur verdient teneinde voordeel te trekken van de verdampingswarmte ervan, wordt beoogd, dat stoom gebruikt kan worden met een minder drastisch temperatuur matigend effect. Het zal duidelijk zijn, dat het gebruik van de uitdrukking water hierin stoom zal omvatten.

30 Optimaal wordt de waterinjectie in de zuurstofinlaat naar de verbrander 20 uitgevoerd. Beoogd wordt, dat het water kan worden toegevoegd in een van een mantel voorziene zuurstof!ans, waarin het water de lans-apparatuur koelt om verbranding daarvan door de rijke zuurstofat-mosfeer te vermijden.

35 Ook kan de waterinjectie worden uitgevoerd in de toevoer van wa terstofsulfide naar de reactie-oven, de luchttoevoer naar de reactie-oven of een onafhankelijke toevoer naar de reactie-oven. De combinatie van zuurstofverrijking en waterinjectie verschaft een onverwachte potentiële vergroting van de capaciteit of de doorvoer voor een 40 Claus installatie. Een dergelijke werkwijzeconfiguratie kan verschaft 8301901 • v.

7 worden als een remopstelling voor een in capaciteit beperkt bestaand Claus installatiesysteem of kan in een nieuwe installatie met kleinere afmeting verschaft worden, rekening houdende met de toegenomen capaci-teitsvrijheid verschaft door de bijdragen van zuurstofverrijking en wa-5 terinjectie.

Op het eerste gezicht kan het lijken, dat de vergrote stroom van de toevoer van water naar de werkwijze de drukval van het Claus installatiesysteem zal vergroten en de drukvalbeperking zal herinvoeren, die zuurstofverrijking verlichtte. Dit is niet juist, zoals blijkt uit een 10 vergelijking van de geannuleerde stikstof in tegenstelling tot het toegevoegde water. Voor het geval van zuivere zuurstof met een toevoer van 92,4% waterstofsulfide, zijn voor elke mol stikstof verwijderd uit het systeem door het gebruik van zuurstofverrijking, slechts 0,44 mol vloeibaar water noodzakelijk om de vlamtemperatuurtoenamen boven de 15 maximaal toelaatbare vlamtemperatuur te verlichten. Voorts wordt door invoering van water in het systeem in de vorm van een dispersie of verneveling van vloeibaar water in plaats van als stoom, de warmtecapaci-teit van het water verhoogt door de geabsorbeerde warmte, wanneer het water van zijn vloeibare toestand naar zijn damptoestand verandert. Dit 20 verschaft een onverwachte vrijheid voor matiging van de temperatuur zonder toenemende drukval door het systeem zoals verwacht wordt plaats te hebben door de toevoeging van een extra bestanddeel aan de werkwijze, d.w.z. toevoeging van water als een matigingsmiddel.

Bij het onderzoek van het Claus proces is de verbranding van wa-25 terstofsulfide 3 H2S + 2 O2 -* H2O + S02 30 onomkeerbaar. Alle zuurstof wordt omgezet. De reactie 2H2S + S02 2H20 + 3$! is omkeerbaar. Vermeerdering van het water en de partiële druk ervan 35 zal leiden tot omkering van deze reactie. Het blijkt derhalve, dat injectie van water aanzienlijk de evenwichtsomzetting zou verminderen.

Maar dat is niet zo. Injectie van water verlaagt aanzienlijk de partiële stikstofdruk. Dit vergroot op zijn beurt de partiële druk van waterstofsulfide en zwaveldioxide, hetgeen de reactie naar rechts 40 drijft. Het netto effect is dat er weinig of geen vermindering in zwa- 83 0 1 3ö 1 8 vel omzetting is.

Dit wordt in de hierna vermelde tabel gedemonstreerd.

Gaande van een bewerking met zo weinig mogelijk lucht als geval 1 en een bewerking met verrijkte zuurstof als geval 2 met een verrijking van 32 mol.% zuurstof tot geval 3 en 4 zuurstofverrijking met waterma-tiging wordt een aanzienlijke toename in de zwavel verwerkingscapaciteit bereikt zonder enig wezenlijk verlies in het gewichtspercentage winning van zwavel. Deze capcaciteitstoename is gelijk aan of groter dan elke andere bekende opstelling voor het tot stand brengen van een capaciteitstoename van een Claus installatie.

Relatieve zwavel ver- Zwavel- werkings- winning

Geval Beschrijving mol.% 0? capaciteit gew.% 1 alleen lucht 21 1,00 97,7 2 met O2 32 1,15 ' 98,0 verrijkte lucht 3 met O2 verrijkte 70 1,75 97,0 lucht waterinjectie 4 zuurstof 100 1,85 97,0 waterinjectie

De onderhavige uitvinding zal nu meer gedetailleerd beschreven worden onder verwijzing naar een voorkeursuitvoeringsvorm, die in de figuur is toegelicht. Een toevoerstroom van zuur gas met een waterstof-sulfidegehalte van 92,4 mol.% wordt door leiding 4 in het Claus systeem ingevoerd. De toevoer heeft een temperatuur van 37,8°C en een druk van 2500 kPa absoluut. De stroom zuur gas wordt in een brander 20 van de reactie-oven 22 ingevoerd om potentieel met lucht in leiding 14 te worden verbrand, welke lucht door compressor 16 onder druk wordt gebracht, alsmede zuurstof in leiding 12, eveneens aan de brander toegevoerd voor de stroomafwaartse verbrandingsreactie. De zuurstof kan van elke gewenste zuiverheid zijn, hoewel bij voorkeur zuivere zuurstof uit de handel in het systeem wordt ingevoerd. Het spreekt van zelf, dat afhankelijk van de totaal vereiste zuurstofverrijking gekozen kan worden om een deel of alle in de brander gevoerde lucht weg te laten. Teneinde de temperatuur van de met zuurstof verrijkte verbranding van de zure gas-toevoer te matigen, wordt water door leiding 18 in de brander gevoerd en het meest bij voorkeur wordt het water in de zuurstofstroom 12 voor 8501901

"V

9 de brander ingevoerd. Beoogd wordt echter, dat de watertoevoeging direct aan de brander kan zijn of ook in de luchttoevoer of de toevoer van zuur gas aan de brander.

Bij voorkeur wordt het water/zuurstofmengsel in de luchttoevoer 5 (indien gebruikt) vóór de brander ingevoerd. Bij voorkeur wordt het water op een vernevelde wijze verspreid. De toegevoegde hoeveelheid water ligt in het traject tot 2,4 mol per mol aan het systeem toegevoerde verrijkte zuurstof. Bij voorkeur is het traject van watertoevoeging tot 1,68 mol water per mol verrijkte zuurstof. Teneinde het water te verne-10 velen is het gewoonlijk noodzakelijk een onder druk gebrachte waterstroom door een kleine opening te sturen en met een kleine opening zal het de voorkeur verdienen gedemineraliseerd water te gebruiken. Hoewel de bron van het water een toevoer van vers water kan zijn, is het ook mogelijk, dat recirculatie-water van het water van de reactie van het 15 stroomafwaartse processysteem behandeld en gerecirculeerd kan worden voor toevoer aan de brander 20 van de reactie-oven 22. De reagentia worden in brander 20 verbrand en ontwikkelen zich in de reactie-oven 20, waar de reacties van het Claus proces plaatsvinden. In het bijzonder in de brander verenigen waterstofsulfide en zuurstof zich onder 20 vorming van zwaveldioxide en water, waarbij 1/3 van de reactietoevoer aanvankelijk wordt verbrand en de resterende 2/3 met het gevormde zwaveldioxide reageren onder vorming van zwavel en water volgens de volgende reactievergelijkingen: 25 H2S + 3/2 o2 -> S02 + H20 2H2S + S02 -> 3/2 S2 + 2H20.

Enige waterstof wordt eveneens voortgebracht volgens disassociatie van waterstofsulfide als volgt: 30 2H2S -* 2H2 + S2

De afvoerstroom van de reactoroven gaat vervolgens door een kringloopvormige warmte-uitwisselingszone of afval gasstoomketel 24, waarin 35 de afvoerstromen van de verbranding gekoeld worden tegen ketelvoedings-water in leiding 26, dat vervolgens stoom in leiding 28 produceert. In dé afval gasstoomketel 24 worden de afvoerstromen van de reactie van ene soort tot de andere, die varieert van S3 tot $8» omgezet. De voornaamste zwavel soorten worden gevormd volgens de volgende verge!ijkin-40 gen: 8501901 > 10 S2 -» 1/3 Sg $2 -* 1/4 Sg 5 De gekoelde afvoerstroom uit de afval gasstoomketel in leiding 30 is nog bij hoge temperatuur en bij een druk die slechts enigszins beneden de druk van de toevoeren naar de verbrander is. De afvoerstroom wordt vervolgens in de eerste koeler 32 ingevoerd, waarin de afvoerstroom opnieuw aan een warmte-uitwisseling wordt onderworpen om de af-10 voerstroom tegen ketelvoedingswater in leiding 34 te koelen, dat stoom in leiding 36 voortbrengt. Vloeibare zwavel wordt in leiding 38 uitgecondenseerd en de gasvormige afvoerstroom van de verbanding wordt door leiding 42 verwijderd.

De afvoerstroom in leiding 42 wordt vervolgens in een herverhitter 15 van het warmte-uitwisselaar-type 48 tegen processtroom opnieuw verhit. De opnieuw verhitte stroom in leiding 50 is nu opnieuw verhit tot een voldoende temperatuur voor verdere reactie van de daarin aanwezige zwavel. Deze stroom wordt vervolgens in een katalytische omzettingsreactor 52 ingevoerd, waarin extra hoeveelheden waterstofsulfide en zwaveldi-20 oxide worden omgezet onder vorming van zwavel (voornamelijk Sg en Sg) en water volgens de volgende vergelijkingen: 2H2S + S02 -* 3/6 Sg + H20 2H2S + S02 3/8 Sg + 2H20 25

De omgezette stroom nu in leiding 54 wordt ingevoerd in een tweede koeler 56, die opnieuw de afvoerstroom tegen ketelvoedingswater in leiding 58 koelt onder vorming van extra stoom in leiding 60. Additionele elementaire zwavel wordt in leiding 62 gewonnen, waarin de voortge-30 brachte zwavel soorten bij de katalytische reactie worden omgezet tot zwavel soorten met groot molecuul gewicht en vervolgens worden gecondenseerd tot elementaire zwavel (in de eerste plaats van Sg en Sg) volgens de volgende reacties: 35 Sg -> 6Si

Sg —» 8Sj

De stroom in leiding 64 heeft een verlaagde temperatuur, die beneden de temperatuur ligt die voor additionele katalytische reactie ge-40 wenst is. Daarom wordt de stroom in de herverhitter - warmte-uitwisse- 8501901 11

Taar 66 gevoerd en opnieuw tegen processtoom verhit om in leiding 68 een toevoerstroom te verkrijgen met een temperatuur die voldoende is voor de katalytische Claus reactie. Deze stroom wordt in een tweede katalytische reactor 70 gevoerd, waarin een soortgelijke katalytische 5 reactie plaats heeft tussen waterstofsulfide en zwaveldioxide met de katalytische afvoerstroom in leiding 72, die nog naar een andere koeler 74 gaat, die onder vorming van stoom in leiding 78 met ketelvoedingswa-ter 76 wordt gekoeld. Een additionele hoeveelheid vloeibare elementaire zwavel wordt in leiding 80 verwijderd.

10 De afvoerstroom in leiding 82 wordt verder herverhit in de herver-hitter - warmte-uitwisselaar 84 tegen processtoom onder voortbrenging van een stroom in leiding 86 met een voldoende hoge temperatuur voor een katalytische Claus reactie. Deze stroom wordt in de derde en laatste katalytische reactor 88 gevoerd om in hoofdzaak het achtergebleven wa-15 terstofsulfide en zwaveldioxide tot zwavelprodukten om te zetten, die in leiding 90 verwijderd worden. Deze stroom wordt in koeler 92 gevoerd en in leiding 94 gekoeld met ketelvoedingswater onder vorming van stoom in leiding 96. In leiding 98 wordt verdere elementaire zwavel in vloeibare vorm verwijderd, terwijl een eindafvoerstroom in leiding 100, 20 overwegend bestaande uit stoom, stikstof, kooldioxide, waterstof en achtergebleven waterstofsulfide en zwavelverbindingen bestaat.

De stroom in leiding 100 wordt in een verzamel inrichting voor restgas 102 gevoerd, waaruit in leiding 104 extra zwavel wordt verwijderd. De reststroom in leiding 106 kan door leiding 107 naar een zui-25 veringseenheid voor restgas 109 worden gezonden of direct naar een ver-brandingsinrichting 114 worden geleid door klep 113 te openen. Wanneer de stroom in leiding 106 naar de zuiveringseenheid voor restgas 109 gericht is, kan deze verder verwerkt worden voor de verwijdering van zwavel en kan de verkregen afvoerstroom in leiding 111 naar het vooreinde 30 van het systeem naar de toevoer van zuur gas in leiding 10 gerecircu-leerd worden. De gezuiverde inerte gasstroom kan vervolgens door leiding 115 gerecirculeerd worden naar een verbrandingsinrichting voor ventilatie naar de atmosfeer. De verbrandingsinrichting 114 werkt met een brander, die van lucht 108 en brandstof, zoals aardgas, in leiding 35 110 wordt voorzien om eventuele resthoeveelheden zwavel uit de restgas-eenheid of anders van de verzamel inrichting 102, te verbranden. De verkregen stroom in leiding 116 dient voor het milieu aanvaardbaar te zijn en kan naar de atmosfeer geventileerd worden.

De onderhavige uitvinding zoals hiervoor beschreven is een voor-40 beeld van slechts een uitvoeringsvorm van de uitvinding die zuurstof- 8 3 0 ί ö 0 t 12 / verrijking met een matigende waterinjectiestroom belichaamt onder het verschaffen van: (a) een onbeperkte graad van vrijheid in zuurstofver-rijkingsniveau's, (b) een toename in doorvoer van een Claus installatie tot zeer hoge niveaus, (c) een afname in totale drukval door het 5 Claus install atie-systeem, (d) een vermindering van afvoerstroom naar en door de afval gasproceseenheid, (e) een equivalent of verhoogd percentage winning van zwavel uit de toevoergasstroom, (f) een verwaarloosbaar effect door watertoevoeging op het evenwicht van de Claus reactie, (g) een verbeterde en gemakkelijkere scheiding van de 10 inerte bestanddelen van de zwavel uit de reinigingseenheid van het afval gas, waarin het water, dat het overheersende inerte bestanddeel is, als fase gemakkelijk gescheiden wordt van de residugasstroom en (h) een verhoogde verblijftijd in de reactie-oven ten opzichte van die, waarbij andere inerte matigende stromen worden gebruikt of stikstof uit de 15 lucht aanwezig is, toe te schrijven aan het afgenomen volume van gassen dat door de reactie-oven gaat met waterinjectie, hetgeen resulteert uit de betere warmtecapaciteit van vloeibaar water als matigingsmiddel en de afwezigheid van eventuele grote hoeveelheden stikstof, hetgeen resulteert uit de toepassing van zuurstofverrijking.

8501901

Claims (16)

1. Werkwijze voor het winnen van zwavel uit een stroom toevoergas, die rijk is aan waterstofsulfide, waarbij de gasstroom ten dele ver- 5 brand wordt met een zuurstofrijk gas in een ovenzone voor de Claus reactie, een afvoerstroom van de verbranding wordt gekoeld met de begeleidende afscheiding van zwavel door condensatie in een condensa-tiezone en de overblijvende afvoerstroom verder wordt behandeld, met het kenmerk, dat men een matigende stroom water in de ovenzone voor de 10 reactie invoert om de temperatuur van de ovenzone voor de reactie te matigen.

2. Werkwijze voor het winnen van zwavel uit een stroom toevoergas, die rijk is aan waterstofsulfide, waarbij de gasstroom ten dele wordt verbrand met een zuurstofrijk gas in een ovenzone voor de Claus reac- 15 tie, een afvoerstroom van de verbranding wordt gekoeld met de begeleidende afscheiding van zwavel door condensatie in een eerste condensa-tiezone en de overblijvende afvoerstroom door ten minste een herverhit-tingstrap wordt geleid, omzetting in de katalytische Claus reactiezone en koeling met begeleidende condensatie en afscheiding van zwavel in 20 een extra condensatiezone, met het kenmerk, dat men een matigende stroom water in de ovenzone voor de reactie invoert om de temperatuur van de ovenzone voor de reactie te matigen.

3. Werkwijze volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat drie trappen worden gebruikt om de overblijvende afvoerstroom te verwerken.

4. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat men een stroom toevoergas toepast, die een gehalte waterstofsulfide heeft in het traject van 60-100 mol.3a.

5. Werkwijze volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat men een stroom toevoergas toepast, die een gehalte waterstofsulfide van 30 80-100 mol.% heeft.

6. Werkwijze volgens conclusie 1 tot 5, met het kenmerk, dat men een zuurstofrijk gas toepast, dat een zuurstofgehalte heeft van meer dan 21 mol.?.

7. Werkwijze volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat men een 35 zuurstofrijk gas toepast, dat een zuurstofgehalte van 32-100 mol.% heeft.

8. Werkwijze volgens conclusie 1 tot 7, met het kenmerk, dat men een stroomsnelheid van toegevoegd water toepast, die 2,4 mol water per mol verrijkte zuurstof vormt.

9. Werwkijze volgens conclusies 1 tot 8, met het kenmerk, dat men 8 2 ü i 4 V a «5 een stroom Ingevoerd water toepast, in het traject tot 1,68 mol per mol verrijkte zuurstof toepast.

10. Werkwijze volgens conclusie 1 tot 9, met het kenmerk, dat men in de ovenzone van de reactie een temperatuur toepast in het traject 5 van 1315 tot 1540°C.

11. Werwkijze volgens conclusie 1 tot 10, met het kenmerk, dat men de stroom ingevoerd water in de zuurstoftoevoer naar de reactie-oven vernevelt.

12. Inrichting voor de winning van zwavel uit een stroom toevoer-10 gas, die een aanzienlijke hoeveelheid waterstofsulfide bevat, naar de Claus reactie, bestaande uit een reactie-oven voor de partiële verbranding van de stroom toevoergas met een aan zuurstof verrijkt gas, een condensatiemiddel voor het koelen en condenseren van zwavel uit de afvoerstroom van de verbranding, middelen voor de verdere behandeling 15 van de afvoerstroom, met het kenmerk, dat middelen aanwezig zijn voor de invoering van een waterstroom in de reactie-oven om de temperatuur van de oven te matigen.

13. Inrichting voor de winning van zwavel uit een stroom toevoergas, die een aanzienlijke hoeveelheid waterstofsulfide bevat, naar de

20 Claus reactie bestaande uit: een reactie-oven voor partiële verbranding van de stroom toevoergas met een zuurstofrijk gas, een eerste condensatiemiddel voor het koelen en condenseren van zwavel uit de afvoerstroom van de verbranding, ten minste ppn reeks bestaande uit een her-verhittinginrichting, een katalytische Claus reactor en een extra con-25 densatie-inrichting voor het opnieuw verwarmen en verder reageren en winnen van zwavel uit de afvoerstroom, met het kenmerk, dat middelen aanwezig zijn voor de invoering van een stroom water in de reactie-oven om de temperatuur van de oven te matigen.

14. Inrichting volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat een ver- . 30 nevelingsmondstuk verbonden met het middel voor het invoeren van de waterstroom in de reactie-oven aanwezig is.

15. Inrichting volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat het middel voor het invoeren van water in de reactie-oven verbonden is met een middel voor het invoeren van zuurstof in de reactiezone.

16. Inrichting volgens conclusie 13, met het kenmerk, dat een mid del voor het reinigen van afval gas verbonden met de laatste reeks van het systeem aanwezig is om verder het zwavelgehalte van de afvoerstroom te verminderen. ++++++++++ 83 0 1 §01