PL161747B1 - Sposób utylizacji gazu siarkowodorowego do siarki elementarnej - Google Patents

Abstract

Sposób utylizacji gazu siarkowodorowego do J siarki elementarnej w instalacji składającej się z szeregowo ustawionych reaktorów termicznego 1 katalitycznych, w którym gaz spala się w reaktorze termicznym z podstechlometryczną Ilością powietrza wynoszącą 92­ 98%. a z gazu po spaleniu usuwa się siarkę 1 wprowadza się go do reaktora katalitycznego z katalizatorem reakcji siarkowodoru z dwutlenkiem siarki, następnie chłodzi 1 ponownie usuwa siarkę, po czym odsiarczony częściowo gaz doczyszcza się w drugim reaktorze katalitycznym, a gazy odlotowe kieruje się do dopalacza, znamienny tym. ze odsiarczony częściowo gaz doczyszcza się w drugim trój warstwowym reaktorze ka tali tycznym, w którym górna półka wypełniona Jest k a t a l i z a t o r e m reakcji siarkowodoru z dwutlenkiem siarki, zaś pozostałe dwie półki wypełnione są katalizatorem bezpośredniego utleniania H2S tlenem do siarki elementarnej, przy czym gaz podaje się na półkę górną, a do przestrzeni między półką górną a środkową doprowadza się powietrze w Ilości 0,5-8% objętości strumienia gazu 1 ewentualnie czynnik chłodzący, zaś do drugiej przestrzeni mlędzypółkowej doprowadza się czynnik cnłodzący 1 ewentualnie powietrze, przy czymjako czynnik chłodzący stosuje się gaz procesowy odbierany za separatorem po drugim reaktorze katalitycznym, nleskoclśnlenlową parą wodną, azot, dwutlenek węgla lub Ich mieszaniny

Description

Przedmiotem ornalazku Jest sposób utylizacji gazu siakCowtdorowegc dt siarki eleeentar·>·=· j.

Znana i najczęściej stosooana metoda Ornusa, przerobu gazu slarCowcdtrowego do siarki elementarnej polega na spaleniu HjS o strumieniu powietrza o reaktorze temiicznjm. W o/niku spalenia około 2/3 pierootnej ilości siarki ulega przetotrzeniu do siarki eleeennarnej, a około 1/9 do SOj. <G.z orchodzący z reaktora termicznego chłodzi się doprtoadzając do okroplenia o separatorze usuoanej z gazu siarki, a pozostały gaz p^t^e^i^c^oy kieruje się ktlejnc dt doóch lub trzech Jednopółkooych reakto^o katal^ycznych, ^pełnionych na przykład m>dyfikcoanym AljOy W reaktorach tych o temperaturach orższych od temperatury rtsy par siarki zachodzi katalityczna reakcja Clausa oedług róouada:

2HjS ♦ SO2 « 2/x Sx ♦ 2fL,0.

Przebieg procesu limitowany Jest róonooagą tej reakcji co ptwodute, że stopień odzysku siarki o instalacji z dooma reaktorami katalltyzanJmi nie przekracza 96%, a o instalacji z trzema reaktorami ratalitycan}mi nie przekracza 97,5%. Jednakże ze wględu na zbyt dużą ilość

161 747 związków siarki emitowanych do atmosfery zachodzi konieczność doczyszczania gazów odlotowych, a w związku z tym instalowania dodatkowych urządzeń oczyszczających.

Większość znanych mmtod oczyszczania gazów odlotowych polega na przetworzeniu obecnych w nich związków siarki do siarkowodoru lub do dwitlenku siarki i następnie usuwaniu tych związków z gazu mtodami absorpcyjnymi. Jednakże instalacje tego typu zwiększają koszty inwestycyjne i ruchowe o około 4o%, a ponadto w<^mmgają dużej przestrzeni zabudowy, której z reguły brak przy istniejących Już Jednostkach.

Inna znana metoda końcowego doczyszczania gazów odlotowych z instalacji Causa polega na tyra, że w dodatkowym trzecim lub czwartym reaktorze katalltyczym stosuje się katalizator bezpośredniego utleniania siarkowodoru do siarki elementarnej. Jest to na przykład katalizator żelaoowoccroimowt osadzony na AlgOp na któiym proces utleniania HgS przebiega według reakcji:

HgS ♦ |θ₂ . 1/x Sx ♦ ^O.

Reakcja ta w temperaturze 200 - 300°C jest praktycznie nieodwracalna, Jednakże towarzyszą jej reakcje utleniania H₂S i S do dwutlenku siarki. Szybkość reakcji tworzenia SO2 rośnie szybko ze wzrostem temperatury co powoduje, że w temperaturach waszych od 260°C selektywność reakcji komwraji HgS maaeje do wartości niższych od 0,9. Ciepło tej reakcji Jest bardzo wysokie i w adiabatycznych warunkach pracy reaktora prowadzi do szybkiego wz*ostu temfpratury w warstwie katalizatora wpływając negatywnie na selektywność procesu, a w temperaturach waszych od 300°C także na aktywność katalizatora. Z tego wglądu reaktor z katalizaoormm bezpośredniego utleniania slakkowodoru do siarki może być stosowany tylko wtedy, gdy stężenie H,S w gazie Jest niższe od 1%, co w praktyce oznacza instalowanie reaktora z tym katalizaoorem dopiero po dwóch lub trzech reaktorach z katallzaOorem reakcji Causa.

Niedogodności tych rozwiązań, polegających na wielokrotnym chłodzeniu i zagrzewaniu gazu procesowego unika się stosując sposób utylizacji gazu siarkowodorowego do siarki elementarnej w?dtug wynidazku.

Sposób według wyiźdazku polega na tym, te w procesie konwerrji gazu slaΓ0owoUoΓoergo do siarki elementarnej w instalacji złożonej z szeregowo ustawionych reaktorów termicznego i kataliyycznych częścot^wo odsiarczony gaz po piewszym reaktorze katalltyzzyym doczyszcza się w drugim, tróewaΓsekewm reaktorze katalltyzzn:m, w którym górna półka wyy»eniona Jest katalizatorem reakcji ł^S z S02, zaś pozostałe dwie półki wycenione są katali^aoorra bezpośredniego utleniania ^S tlenem do siarki elementarnej. Oczyszczony gaz podaje się na półkę górną, a do przestrzeni między półką górną a środkową doprowadza się powietrze w ilości 0,56% objętości strumienia gazu i ewenZu8dzir czynnik chłodzący, natomiast do drugiej przestrzeni międzypółkowej doprowadza się czynnik chłodzący i eeenZuałzie poweetrzr. Jako czynnik chłodzący stosuje się gaz procesowy odbierany za separatorem siarki po drugim reaktorze katalltyzznym, niskociśnieniową parę wodną, azot, ditlenek wjgla lub ich mieszaninę.

Inny wariant sposobu według wynalazku polega na tym, że częściowo odsiarczony gaz z pierwszego dwupółkowego reaktora katalltyzznego miesza się z powietrzem dodanym w ilości podstechiometrtcczej w stosunku do ilości potrzebnej do całkowitego przenicowania ^S do siarki i mieszaninę tę podaje się na górną półkę dwtwerstwowego reaktora wycenionego katalizaOorem bezpośredniego utleniania H^S 'tene^m do siEuki elementarnej. Natomiast do przestrzeni eięUcypółkowrj wprowadza się część zimnego gazu procesowego, poweetrcr w takiej ilości aby całkowita ilość powietrza w gazie stanowiła 1,1-2,0 ilości stechioeetatczzej oraz eeenZuεLlzir czynnik chłodzący. Jako czynnik chłodzący stosuje się gaz procesowy odbierany za separatorem siarki po 2 reaktorze katallyyzznye, niskoclśnienoową parę wodną, azot, Ueltlrnrk w{gla lub ich mieszaninę.

Sposób według wynalazku charakteryzuje się wysoką selektywnością procesu 1 waszym stopniem odzysku siarki z gazu, to Jest do 99% eliminując konieczność instalowania dodatkowego reaktora oraz potrzebę ponownego, głębokiego (160-220°C) dogrzewania gazu do temperatury procesu.

W procesie prowadzonym w reaktorze tΓÓJółłkwtye do reaktora termicznego podaje się gaz siar0ewodorowy Z powietrzem dodanym w podstechioeetatyczej ilości 94-90% co powod^e, że gaz procesowy wychodzący z tego reaktora zawiera nadmiar H₂S w stosunku do S02< V wyniku reakcji zachodzącej w pierwszym reaktorze katalltycztmι oraz w górnej warstwie drugiego reaktora stężenie H2S w gazie wychodzącym z tej półki Jest niższe od 1,5%, a stężenie S02 zbliżone Jest do zera.

k

161 74?

W przypadku, gdy gaz wychodzący z górnej półki drugiego reaktora katalitycrnego zawiera miej niż 1% H,S mżna zlilnridować dolną półką tego reaktora. Przyrost temppratury w górnej półce reaktora wynsl od kilku do kilkunastu °C, a dzięki zmieszaniu gazu wretod&ącego z tej półki z powietrzem w ilości odpowiadającej 0,8-2,0 nadmiaru tlenu w stosunku do etectaiometryrcznego zapotrzebowania dla utlenienia HgS do siarki na półce środkowej uzyskuje się schłodzenie gazu po tej półce do temperatury optymalnej dla katalizatora bezpośredniego utleniania na półce środkowej. V warstwie środkowej następuje wrost temppratury gazu procesowego do 26O-3OO°C, a w przestrzeni między środkową 1 dolną półką chłodzi się do temperatury 2l5-25O°C. Po przejściu przez półkę dolną i ^ddi€^].enlu pozostałej ilości siarki w separatorze gaz kierowany Jest następnie do dopalacza i komina. Waarant ten znajduje zastosowanie do utylizacji gazu zawierającego duże ilości siarkowodoru, natomiast w przypadku przerobu gazu tlaiiowodiΓOwego ubogiego można stosować drugi wariant sposobu według wmalazku. W waalancie tym bowiem stężenie siarkowodoru w gazie opuszczającym pierwszy reaktor katalityczny może być Już niższe od 1,5^%, w związku z czym dla uzyskania ^sokiego stopnia odzysku siarki ^starczy gaz ten doczyścić w d^pó^lkow^ reaktorze z katalizaoorem bezpośredniego utleniania H>S do siarki.

Sposób wecdtug ^nalazku zobrazowano bliżej na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat klasycznej instalacji CLausa, fig. 2 przedstawia schemat instalacji z dwoma reaktorami iatalityczrtml) pierwszym d^pó^^ym 1 drugim trtypóiiiitm, a fig. 3 obrazuje schemat instalacji z dwoma reaktorsmi dwipółkowymi.

Oczyszczany gaz wprowadzany Jest do reaktora termicznego 1, a następnie do reaktorów kataltycznych 213, zawierających katalizator A reakcji siarkowodoru z SOj oraz katalizator B bezpośredniego utleniania HjS tlenem do siarki elemennarnej. Pomiędzy reaktorami kataHyc^^!- usytuowany Jest ^meeriiik ciepła 4 służący do pogrzania schłodzonego gazu opuszczającego separator 5 po pierwszym reaktorze ka^l^cz^m 2. Wytopioną w kolejnych etapach procesu siarkę usuwa się w trzech separatorach 5 usytuowanych po każdym z reaktorów. Oczyszczone gazy wprowadzane są do dopalacza 6, a następnie kominem 7 usuwane na

Przedmiot iyynłlJiiu objaśniono bliżej w przykładach w^ΓkonaJιiJ·

Przykład I. Do reaktora termicznego 1, zamontowanego w instalacji Jak na fig. 2, wprowadzono gaz siaiio^rt>aorowt zawierający 95% objętościach HgS z niedomiarem powietriJ w/noszącym 96% ilości bilansowej dla klasycznej instalacji CLausa. Po spaleniu gazu ^kropioną siarkę usunięto w separatorze 5 usytuowanym za tym reaktorem, a gaz po podgrzaniu skierowano do dwipółkowego reaktora 2 z modyfikowanym AijOy NaJtępnir gaz wchodzący z tego reaktora schłodzono w ^mierniku ciepła 4, usunięto wle-oploną siarkę w umieszczonym za w/m ii maikiem separatorze 5, natomiast gaz ogrzano do temperatury 205°C przeprowadzając go ponownie przez itmariiLk ciepła 4 i wprowadzono na górną półkę reaktora kataltycznego 3, wyśnioną eoiatikiwanym AlgOy W ^rniku zachodzącej tu reakcji Clausa temperatura gazu wzrosła do 220°C. Doczyszczany gaz po przejściu przez tę półkę w przestrzeni międzypółkoweJ wmiasiani z powietrzem doprowadzonym w ilości 5% objętości gazu. TemeeraaurJ gazu przed środkową warstwą katalizatora Fe-Cr/AlgOj obniżyła się do 2>5°C, po czym w ^niku zachodzącej w tej warstwie reakcji wzrosła do 270°C. Temeeraturę gazu obniżono do 23O°C przez w>ΓOiadaenlr do przestrzeni pomiędzy półką środkową a dolną około 1/3 gazu odbieranego z separatora siarki usytuowanego za tym reaktorem. Schłodzony gaz przechodził następnie przez dolną półkę z kataliza^^rem Fe-Cr/A^O^ do separatora, gdzie ^ykroploną została pozostała ilość siarki, a oczyszczony gaz poprzez dopalacz 6 i komin 7 odprowadzony był na zewntrz. Stopień odzysku siarki z utyliiiwanegi gazu siarkowodorowego wywoił 99%.

Przykładu. Do reaktora termicznego 1, zamontowanego w instalacji Jak na fig. 3, wprowadzono gaz siakiiwidiΓowy zawierający 60% objęto ideowych HgS z niedomiarem powietriJ w noszącym 94%. Gaz po spaleniu schłodzono i usunięto ^kropioną siarkę w separatorze 5 umieszczonym za reaktorem termiczny^. Gaz z tego separatora podzielono na dwa strumienie, z których Jeden skierowano na górną półkę d^pol^wego reaktora iJtJlltyiznegi 2 z modyfikowanym AlgOp a drugi strumień do przestrzeni elęaztpółiiieJ. Gaz po przejściu przez pierwszy reaktor iatJlltyczny schłodzono, ^kropiono siarkę w separatorze 5 utytuiwanym za tym reaktorem.

161 747

Następnie strumień gazu podgrzano wstępnie w przeponowym wmemiiku ciepła 4 do temperatury 22O°C zmieszano z podstechiometryczną ilością powietrza i wprowadzono na górną półkę drugiego reaktora kataltyyznnego 3 ^pełnionego katallzaooeem Fe-Cr/AljOy Gaz po przejściu przez górną warstwę katalizatora bezpośredniego utleniania HgS zmieszano ze strumieniem zimnego gazu procesowego z dodatkową ilością powwetrza, wnoszącą 4% w stosunku do objętości gazu. Gaz wchodzący na dolną półkę reaktora posiadał tłeperaturę 23O°C, a po przejściu przez tę warstwę 28O⁰C. Z reaktora gaz skierowano do separatora 5 umieszczonego za tym reaktorem, gdzie ^kropiono siarkę, a następnie do dopalacza 6 i komina 7. Stopień odzysku siarki wnonlł 98%.

Claims (2)

1. Sposób utylizacji gazu siartowtdtrooegt dt siarki elementarnej o instalacji składającej się z szeregoot ustaoionych reaktoróo termicznego i katalitycznych, o którym gaz spala się v reaktorze termicsntym pcdstechiometryczną ilością ptwietrze wynoszącą 92-58%, a z gazu pt spaleniu usuoa się siarką i o>rooadza sią gt dt reaktora katalitycznegc z katalizatorem reakcji si^arkc^ocdcru z dotlenkiee siarki, następnie chłodzi i pcncoiie usuoa siarkę, po czym odsiarczony częściooo gaz doczyszcza się o drugie reaktorze katalttyznymi, a gazy odlotowe kieruje cię do dotalacza, znamienny tym, że odsiarczony częścioot gaz doczyszcza się o drugie tróiwaΓsicw^tmι reakttrze katalitycan^, o które górna półka ^pełniona Jest katalizatorem reakcji siaΓkowtdoru z dotlenkiee siarki, zaś pozostałe doie półki oypłnitne są katalizatorem bezpośredniego utleniania HjS tlenem dt siarki ele^nt^ir^,j, przy czym gaz podaje się na półkę górną, a do przestrzeni między półką a śrotUcrną dtprtoadza się powietrze o ilości 0,583% ob .jęto ści strumienia gazu i ewenauιϋ.nir czynnik chłodzący, zaś dt drugiej przestrzeni ulędzypółkoocj doprtoadza się czynnik chłodzący 1 1*6^^0.018 powoitrze, przy czym Jakc czynnik chłodzący stosuje się gaz prccesooy odbierany za separatorem pt drugim reakttrze katalitycznym, niskcciśnienCową parę oodrną, azot, dotlrnrk ^gla lub ich mieszaniny.

2. Spcsób utylizacji gazu siarCowodcroorgc dc siarki elementarnej o instalacji składającej się z szeregoot ustaoicnych reaktorGo termicznego i katalitycznych, o których gaz spala się o reaktorze termicznym z podstechlometryczną ilością powoitrza onoszącą 92-98%, a z gazu pc spalrniu usuoa się siarkę i o^:rc^^dza się gc dc reaktora ratalitycznego z katalizatorem reakcji siarkoocdcr·t z dotlenkiem siarki, następnie chłodzi i pontonie usuoa siarkę, pc czym odsiarczony częścCc^c gaz doczyszcza się o drugim reaktorze katalttyzanm» a gazy cdlotooe kieruje się do dopalacza, znamienny tym, że częścCooo odsiarczony gaz z pieoszego reaktora kataliyycznego miesza się z pooietjztem dodanym o ilości podstrchiteetryyznej o stosunku do ilości potrzebnej do całkooitego przereagtoania siakkoocdoru dt siarki i mieszaninę tę podaje się na górną półkę dwtwaΓstwowegt reaktora or]penicnrgt katalizatorem bezpośredniego utleniania HjS tlenem do siarki elie^am*!»j, a dt przestrzeni m^^dzypółkc^^j o^irc^^(^:za się część zienegt gazu prtcesooegt, powoetrze o takiej ilości aby całkoolta ilość poOetrza o gazie stantoiła 1,1-2,0 ilości stechioratrycznej oraz eonnuiaLnlr czynnik chłodzący, przy czym jakc czynnik chłodzący stosuje się gaz prcyesowy odbierany za separatorem siarki pt drugie iraktorze katalityzanym, niskociśnienCową parę widną, azot, dotlenek o-ggla lub ich mieszaniny.