NO136455B - - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en forbedret fremgangsmåte

for å redusere totalsvovelinnholdet av Claus-avgasser.

En fremgangsmåte for å redusere totalsvovelinnholdet av Claus-avgasser er foreslått i norsk patent 132.088- I den

nevnte fremgangsmåte oppvarmes Claus-avgasser til en temperatur over 175°C og føres sammen med en hydrogen- og/eller carbon-monoxydholdig gass over en aulfidert metallkatalysator av et metall av gruppe Vi/gruppe VIII av det periodiske system anbrakt på

en uorganisk oxydisk bærer for å nedsette eventuelt tilstede-

værende svoveldioxyd til hydrogensulfid. De således be-

handlede avgasser føres så gjennom en væske og regenereres absorbent for hydrogensulfid, og den ikke-absorberte del av de nevnte avgasser, eventuelt efter forbrenning, slippes ut i atmos-færen. Den hydrogensulfid-anrikede absorbent regenereres så og an-

vendes igjen til videre absorpsjon av hydrogensulfid, idet den hydrogensulfidrike gassblanding som frigjøres under denne regenerering, føres til en Claus-prosess. I den foreslåtte prosess blir den hydrogenholdige gass som kreves for den påfølgende reduksjon av svoveldioxyd og andre overførbare svovelforbindelser til hydrogensulfid, enten tilført direkte til reduksjonskatalysatorlaget eller innføres i røret som tilfører Claus-avgassene til reduksjonskatalysatorlaget.

Til oppvarmning av Claus-avgassene kan en linjebrenner, om-fattende en brenner og et blandekammer, anvendes. I slik en linjebrenner forbrennes et brennstoff med en oxygenholdig gass i brenneren og de således dannede varme gasser føres til blandekammeret hvor de blandes med og oppvarmer Claus-avgassene som inn-føres deri. Den oxygenholdige gass innføres i brenneren i støkio-metriske mengder slik at fritt oxygen ikke er tilstede i de oppvarmede avgasser som går til reduksjonskatalysatorlaget. Denne fremgangsmåte for oppvarmning av Claus-avgassene innfører imidlertid en potensiell fare med hensyn til den efterfølgende innføring av hydrogenholdig gass til reduksjonskatalysatorlaget eller til Claus-avgass-tilførselsledningen til dette lag. Denne potensielle fare oppstår på grunn av muligheten for at de oppvarmede avgasser som forlater linjebrenneren, kan inneholde visse mengder fritt oxygen, hvis f.eks. en reguleringssvikt bevirket tilførsel av overskudd av oxygen eller utilstrekkelig brensel til linjebrenneren. Under slike forhold er der virkelig fare for at en eksplosjon kan inntre når den hydrogenholdige gass kommer i kontakt med det frie oxygen.

Foreliggende oppfinnelse fremskaffer derfor en forbedring i fremgangsmåten for å redusere totalsvovelinnholdet av Claus-avgasser som foreslått i norsk patent 132.088» hvorved de nevnte avgasser oppvarmes til en temperatur over 175°C i en linjebrenner og en hydrogenholdig gass innføres i avgassene uten fare for inntred-else av en eksplosjon. Dessuten letter foreliggende oppfinnelse reguleringssystemet som kreves for å sikre støkiometrisk forbrenning av brensel og oxygenholdig gass i linjebrenneren, da nøyaktig-heten med hvilken systemet må arbeide, ikke lenger er av så kritisk viktighet med hensyn til sikkerhet på grunn av at faren for inn-tredelse av en eksplosjon i avgassene mellom fritt oxygen og hydrogenholdig gass er i det vesentlige eliminert. Det er selvsagt frem-deles ønskelig nøyaktig å regulere mengdene av brensel og oxygenholdig gass for å opprettholde i det vesentlige støkiometrisk forbrenning av hensyn til driftseffektivitet og et minimalt hydrogen-forbruk.

Foreliggende oppfinnelse angår derfor en forbedret fremgangsmåte for å redusere totalsvovelinnholdet i Claus^avgasser, hvori avgassene, som inneholder hydrogensulfid <p>g svoveldioxyd, oppvarmes til en temperatur over 175°C og føres sammen med hydrogen og/eller carbonmonoxyd over en raetallkatalysator av et metall av gruppe VT og/feHer gruppe VIII av det periodiske system anbrakt på en uorganisk, oxydisk bærer for å redusere svoveldioxydet til hydrogensulfid, og de således behandlede avgasser bringes så i kontakt med et adsorp-sjonsmiddel eller et absorpsjonsmiddel for å fjerne hydrogensulfid fra gassen, karakterisert ved at avgassene oppvarmes til en temperatur over 175°C ved å føre dem gjennom en linjebrenner hvori et brensel forbrennes med en oxygenholdig gass og i hvilken linjebrenner en hydrogenholdig gass som kreves for den påfølgende reduksjon av svoveldioxyd til hydrogensulfid innføres direkte.

Hovedfordelen som oppnåes ved innføringen av den hydrogenholdige gass direkte i linjebrenneren, er at, hvis efter forbrenningen av brennstoffet der er overskudd av fritt oxygen tilstede i forbrenningsgassene av en eller annen grunn, vil så overskuddet av oxygen spontant forbrenne med hydrogenet i linjebrenneren.

Oxygenet fjernes således fra avgassene på en kontrollert og sikker måte.

Den hydrogenholdige gass bør innføres i prosessen i en mengde tilstrekkelig til fullstendig å redusere alt svoveldioxyd og andre omdannbare svovelforbindelser i Claus-avgassene. Fortrinnsvis bør der være et overskudd av hydrogenholdig gass tilstede. Det foretrekkes dessuten at all hydrogenholdig gass som kreves for prosessen, innføres i linjebrenneren. Dette har den fordel at ingen ytter-ligere hydrogenholdige gasstilførselsledninger er nødvendige, og at sikkerhetsmarginen i linjebrenneren med hensyn til mengden av fritt oxygen som kan tolereres deri, er høy da en stor mengde hydrogenholdig gass er tilstede for å forbrenne eventuelt dannet fritt oxygen. Følgelig kan relativt store mengder av fritt oxygen som er tilstede i linjebrenneren, forbrennes på en sikker og kontrollert måte.

Det er imidlertid ikke nødvendig at all hydrogenholdig gass innføres i linjebrenneren. En del av denne gass kan innføres i

linjebrenneren og resten innføres direkte i katalysatorlaget på reduksjonstrinnet eller i de oppvarmede avgasser i avgass-tilførsels-ledningen til reduksjonstrinnet. Mengden av hydrogenholdig gass som innføres i linjebrenneren, bør imidlertid ikke falle under et visst minimum. Dette minimum representeres av den mengde hydrogenholdig gass som er nødvendig for fullstendig å forbrenne den største mengde fritt oxygen som med rimelighet kunne ventes å foreligge i linjebrenneren under driften på grunn av unøyaktig regulering av brenselet og/eller den oxygenholdige gasstilførsel til linjebrenneren. Denne miriimumsmengde av hydrogenholdig gass avhenger derfor av nøyaktigheten av den anvendte reguleringsmekanisme. I alminnelighet innføres minst den mengde hydrogenholdig gass som er nødvendig for å forbrenne 10% av den oxygenholdige gass som føres til linjebrenneren.

Med hensyn til naturen og mengden av hydrogenholdig gass som passende anvendes ved foreliggende fremgangsmåte, og også til driftsbétingelsene som passende anvendes, henvises til norsk patent nr. 132.O88.

Den hydrogenholdige gass kan innføres i linjebrenneren på et hvilket som helst punkt ved hvilket temperaturen er. høy nok til å sikre spontan forbrenning med eventuelt fritt oxygen som er tilstede. For å, være helt sikker på at eventuelt fritt oxygen som er tilstede i forbrenningsgasserie i linjebrenneren, forbrennes spontant når det kommer i kontakt med hydrogen, foretrekkes det å innføre den hydrogenholdige gass i linjebrenneren ved et punkt ved hvilket temperaturen på gassene inne i linjebrenneren er minst 500°C, og helst minst 6oO°C.

I henhold til en foret rukken utførelsesform av foreliggende .oppfinnelse skjer innføringen av den hydrogenholdige gass i linjebrenneren ved å fordele den rundt flammen som dannes ved forbrenning av brenselet og den oxygenholdige gass. På denne måte blir den hydrogenholdige gass ikke bare innført i linjebrenneren på et punkt hvor gassen er over 500°C, men der fåes også god fordeling av den . hydrogenholdige gass i linjebrenneren. Spontan forbrenning av den hydrogenholdige gass med eventuelt tilstedeværende oxygen er således sikret. Fortrinnsvis fordeles den hydrogenholdige gass rundt flammen ved hjelp av en eller flere dyser.

Punktet for innføring av Claus-avgassen i linjebrenneren er ikke kritisk. For imidlertid ikke å forstyrre forbrenningen av brensel og oxygenholdig gass, foretrekkes det å innføre avgassene på et punkt hvor forbrenningen er i det vesentlige fullstendig.

Mengden av Claus-avgasser som innføres i blandingskammeret for linjebrenneren, sammenlignet med mengden av forbrenningsgasser dannet av brenneren, avhenger bl.a. av varmeverdien for brenselet, temperaturen av de' innkommende avgasser og temperaturen til hvilken avgassene skal oppvarmes. I alminnelighet ligger imidlertid molforholdet av Claus-avgasser innført i linjebrenneren til forbrenningsgasser dannet i linjebrenneren ved forbrenning av brensel dg oxygenholdig gass, mellom 4:1 og 50:1.

En metode ved hvilken fremgangsmåten i henhold til foreliggende oppfinnelse passende anvendes for å nedsette totalsvovelinnholdet av Claus-avgasser, er beskrevet nedenfor under henvisning til tegningene. Fig. 1 viser et prosesskjema for reduksjon av Claus-avgasser, den efterfølgende absorpsjon av hydrogensulfid og regenereringen av absorbenten, i hvilken de nevnte avgasser oppvarmes til en temperatur over 175°C i en linjébrenner i hvilken all hydrogenholdig gass som kreves for reduksjonstrinnet, innføres direkte. Fig. 2 og 3 er skjematiske riss av to typer av linjebrennere som passende kan anvendes ved foreliggende fremgangsmåte.

På fig. 1 betegner 1 en ledning gjennom hvilken avgassene fra et Claus-anlegg føres til en linjebrenner 5. Brensel tilføres til linjebrenneren 5 ved en ledning 2, og oxygenholdig gass tilføres ved en ledning 3. Hydrogenholdig gass innføres i linjebrenneren gjennom en ledning 4- Avgassene, som har en temperatur på ca. 150°C, oppvarmes i linjebrenneren 5 til en temperatur på 225°C og føres så véd en ledning 6 over en reduksjonskatalysator i en reaktor 7-

All den hydrogenholdige gass som kreves for reduksjonen, tilføres til prosessen gjennom ledning 4» De behandlede gasser forlater reaktoren 7 gjennom en ledning 8 og avkjøles i to trinn, idet det første trinn er en varmeveksler 9, og det annet et kjøletårn 10. Med hensyn til det annet avkjølingstrinn går gassene i motst røm til en strøm av koldt vann som går inn i kjøletårnet gjennom en ledning 11. Kjølevannet og vannet som dannes ved kondensasjon av dampen som er tilstede i avgassene, forlater kjøletårnet gjennom ledning 12. En del av eller alt vannet som forlater kjøletårnet gjennom ledningen 12, kan, om ønskes, avkjøles og så resirkuleres til kjøletårnet (denne resirkulering er ikke vist på fig. 1). Gassene

forlater kjøletårnet ved en temperatur på ca. 4o°C gjennom en ledning 13 og går inn i absorpsjonskolonnen 14 som inneholder en flytende og regenererbar absorbent for hydrogensulfid. De uabsorberte bestanddeler av avgassene, som hovedsakelig består av CC>2 og nitrogen, føres ut gjennom en ledning 15- For å omdanne

alle spor av hydrocarboner og hydrogensulfid, oppvarmes den gjen-værende gass i en varmeveksler 16 og forbrennes ved 400°C i en for-brenningsovn 17 før den slippes ut i skorstenen gjennom en ledning 18-En P^S-anriket absorbent føres gjennom en ledning 19 til desorpsjonskolonnen 21 for regenerering. Den regenererte absorbent føres tilbake til absorps jonskolonnen 14 gjennom en ledning 23 mens det frigjorte hydrogensulfid inneholdende relativt små mengder carbondioxyd føres til et Claus-anlegg gjennom en ledning 25.

I absorpsjonskolonnen 21 regenereres absorbenten ved forhøyet temperatur ved oppvarmning med damp tilført gjennom en ledning 22.

Da den regenererte absorbent anvendes ved lav temperatur, varme-veksles den i en varmeveksler 20 med absorbenten som skal regenereres og avkjøles så i en kjøler 24. Den hydrogensulfidholdige gass som føres ut gjennom ledning 25, avkjøles i en kjøler 26 for å kondensere all medført vanndamp, idet det kondenserte vann føres tilbake til desorpsjonskolonnen gjennom en ledning 27-

Med hensyn til fig. 2 og 3 er ekvivalente deler i de to linjebrennere angitt med samme referansetall. Således refererer 50 seg til den ildfaste foring i linjebrenneren, 51 til avgass-innløpet til linjebrenneren, og 56 til avgass-utløpet fra linjebrenneren. 52 betegner brensels innløpet til brenneren 57, og 53 betegner det oxygenholdige gassinnløp til brenneren. 54a og 54b refererer seg til alternative innløp til linjebrenneren for den hydrogenholdige gass og 55a og 55b til dysene som anvendes for å innføre den hydrogenholdige gass i linjebrenneren. 58 betegner blandekammeret for linje-, brenneren.

Fig. 2 viser en linjebrenner som innbefatter en konvensjonell brenner. Den hydrogenholdige gass innføres i linjebrenneren enten gjennom en skråttstående dyse, anbrakt nær utløpet av brennerhalsen (dvs. dyse 54a), eller gjennom en dyse anbrakt i og loddrett på veggene av blandekammeret tett inntil munnen av brennerhalsen

(dvs. dyse 54b). Det vil imidlertid innsees at innføringen av den hydrogenholdige gass kan utføres med en eller flere dyser anbrakt ved en rekke punkter beliggende i nærheten av brennerhalsen og som enten er loddrette på veggene av linjebrenneren eller i vinkel til disse. Stillingene vist på denne figur er bare to av mange mulige alternativer.

Fig. 3 viser en linjebrenner som omfatter en høyintensitets-brenner. Den hydrogenholdige gass innføres enten i linjebrenneren gjennom innløpet 54a og dysen 55a inn i forbrenningskammeret av høyintensitetsbrenneren, eller via innløpet 54b og dysen 55b anbrakt nær munnen av forbrenningskammeret.

Claims (6)

1. Fremgangsmåte for å redusere totalsvovelinnholdet av Claus-avgasser i hvilken avgassene, som inneholder hydrogensulfid og svoveldioxyd, oppvarmes til en temperatur over 175°C og føres sammen med hydrogen og/eller carbonmonoxyd over en metallkatalysator av et metall av gruppe VI og/eller gruppe VIII av det periodiske system anbrakt på en uorganisk, oxydisk bærer for å redusere svoveldioxyd til hydrogensulfid, og de således behandlede avgasser så bringes i kontakt med et adsorpsjons- eller absorpsjonsmiddel for å fjerne hydrogensulfid fra gassene, karakterisert ved at avgassene oppvarmes til en temperatur over 175°C ved å føre dem gjennom en linjebrenner hvori et brensel forbrennes med en oxygenholdig gass, og inn i hvilken linjebrenner en hydrogenholdig gass som kreves for den påfølgende reduksjon av svoveldioxyd til hydrogensulfid, innføres direkte.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den hydrogenholdige gass innføres i linjebrenneren ved et punkt ved hvilket temperaturen av gassene inne i linjebrenneren er minst 500°C.

3- Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at innføringen av den hydrogenholdige gass i linjebrenneren utføres ved å fordele den rundt flammen dannet ved forbrenning av brenselet og den oxygenholdige gass.

4- , . Fremgangsmåte ifølge krav 1-3, karakterisert ved at den hydrogenholdige gass fordeles rundt flammen ved anvendelse av en eller flere dyser.

5. Fremgangsmåte, ifølge krav 1-4, karakterisert ved at Claus-avgassene innføres i,linjebrenneren ved et punkt ved' hvilket forbrenningen av brensel og oxygenholdig gass er i det vesentlige fullstendig.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1 - 5> karakterisert ved at molforholdet av Claus-avgasser innført i linjebrenneren til forbrenningsgasser dannet i linjebrenneren ved forbrenning av brensel og oxygenholdig gass, ligger mellom 4:1 og 50:1.