RU2430014C1

RU2430014C1 - Method of producing sulphur from acid gases with low content of hydrogen sulphide

Info

Publication number: RU2430014C1
Application number: RU2010112605/05A
Authority: RU
Inventors: Михаил Семенович Немировский (RU); Михаил Семенович Немировский; Виктор Павлович Свиридов (RU); Виктор Павлович Свиридов; Михаил Андреевич Лебедской-Тамбиев (RU); Михаил Андреевич Лебедской-Тамбиев
Original assignee: Открытое акционерное общество "Гипрогазоочистка"
Priority date: 2010-03-31
Filing date: 2010-03-31
Publication date: 2011-09-27

Abstract

FIELD: chemistry.

SUBSTANCE: according to the present method, sulphur is burnt in an air current. Sulphur combustion products - sulphur dioxide - are mixed with the initial acid gas containing hydrogen sulphide. The obtained mixture is brought to temperature 200-260°C and passed through at least one catalytic reactor. The obtained process gas containing sulphur vapour is cooled in order to condense the formed sulphur, part of which is returned for combustion. The process gas from the last catalytic Claus reactor after condensation of sulphur is heated to 190-260°C and then fed into a direct oxidation reactor.

EFFECT: invention prevents loss of sulphur and environmental pollution.

4 cl, 1 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к способу получения серы из кислых газов с концентрацией сероводорода (H₂S) менее 20 мол.% и находит свое применение преимущественно в нефтеперерабатывающей и газовой промышленности, цветной металлургии, а также других областях, связанных с утилизацией сероводородсодержащего газа.The invention relates to a method for producing sulfur from acid gases with a concentration of hydrogen sulfide (H ₂ S) of less than 20 mol% and finds its application mainly in the oil and gas industry, non-ferrous metallurgy, as well as other areas related to the utilization of hydrogen sulfide-containing gas.

В настоящее время основной объем мирового производства серы приходится на процесс Клауса (прямой Клаус-процесс). Данный процесс основан на частичном окислении сероводорода кислого газа путем сжигания его в недостаточном для полного сгорания количестве воздуха. При этом в топке термического реактора может быть получено до 75% серы, содержащейся в исходном сероводороде. Дальнейшее извлечение серы происходит на катализаторе в каталитических ступенях и, если необходимо, на установке очистки отходящих газов. Процесс эффективен при концентрации сероводорода в кислом газе 45-100 мол.% (В.Р.Грунвальд. Технология газовой серы. - М.: Химия, 1992 г.).Currently, the bulk of global sulfur production falls on the Klaus process (direct Klaus process). This process is based on the partial oxidation of hydrogen sulfide acid gas by burning it in an insufficient amount of air for complete combustion. In this case, up to 75% of the sulfur contained in the initial hydrogen sulfide can be obtained in the furnace of a thermal reactor. Further sulfur recovery takes place on the catalyst in the catalytic stages and, if necessary, on the exhaust gas purification unit. The process is effective at a concentration of hydrogen sulfide in acid gas of 45-100 mol.% (V.R. Grunwald. Technology of gas sulfur. - M .: Chemistry, 1992).

Степень конверсии сероводорода в серу при использовании данной технологии зависит от концентрации его в кислом газе и составляет 95-96% для схемы с двумя каталитическими ступенями и 97-98% - для трехступенчатой схемы.The degree of conversion of hydrogen sulfide to sulfur using this technology depends on its concentration in acid gas and is 95-96% for a scheme with two catalytic stages and 97-98% for a three-stage scheme.

Для переработки кислого газа с содержанием сероводорода менее 40 мол.% прямой Клаус-процесс не пригоден. В этом случае применяют модифицированный процесс, так называемый «процесс с разделением потока» или «1/3-2/3». Суть процесса заключается в том, что часть кислого газа (до 2/3 от общего количества) байпасируют мимо термического реактора, напрямую в каталитический реактор. Оставшийся кислый газ сжигают в термическом реакторе в условиях, обеспечивающих полное сгорание сероводорода. Таким образом, сера образуется только в каталитических ступенях, которых может быть несколько. Общая степень конверсии сероводорода в серу для данной технологии зависит от числа применяемых каталитических ступеней и состава кислого газа, подаваемого на переработку, и может достигать 90-92%.The direct Klaus process is not suitable for the processing of acid gas with a hydrogen sulfide content of less than 40 mol%. In this case, a modified process is used, the so-called "process with the separation of the stream" or "1 / 3-2 / 3". The essence of the process is that part of the acid gas (up to 2/3 of the total) is bypassed past the thermal reactor, directly to the catalytic reactor. The remaining acid gas is burned in a thermal reactor under conditions that ensure complete combustion of hydrogen sulfide. Thus, sulfur is formed only in catalytic steps, of which there can be several. The total degree of conversion of hydrogen sulfide to sulfur for this technology depends on the number of catalytic stages used and the composition of acid gas supplied for processing, and can reach 90-92%.

Для переработки кислых газов с низким содержанием сероводорода (обычно ниже 30%) фирмами Unocal и Parsons был разработан процесс, именуемый Selectox. Установки Selectox похожи на установки Клауса, с тем исключением, что горелка и реакционная печь заменены аппаратом с неподвижным слоем катализатора Selectox. На катализаторе кислород воздуха окисляет сероводород в диоксид серы, который затем реагирует с оставшимся сероводородом, давая элементарную серу. Около 80% входящего сероводорода выделяется в виде жидкой серы, которая дренируется в хранилище серы. Выходящий газ пропускают через один или несколько каталитических реакторов Клауса, в которых коэффициент выделения серы достигает 90-95% (Справочник процессов переработки газов, 2002. Нефтегазовые технологии №5, сентябрь-октябрь 2002 г.).Unocal and Parsons developed a process called Selectox to process acid gases with a low hydrogen sulfide content (usually below 30%). Selectox plants are similar to Klaus plants, with the exception that the burner and reaction furnace are replaced by a fixed-bed apparatus with Selectox catalyst. On the catalyst, atmospheric oxygen oxidizes hydrogen sulfide to sulfur dioxide, which then reacts with the remaining hydrogen sulfide to give elemental sulfur. About 80% of the incoming hydrogen sulfide is released in the form of liquid sulfur, which is drained into the sulfur storage. The exhaust gas is passed through one or more Klaus catalytic reactors, in which the sulfur emission coefficient reaches 90-95% (Handbook of gas processing processes, 2002. Oil and gas technology No. 5, September-October 2002).

Недостаток этого способа состоит в высоких капитальных и эксплуатационных затратах.The disadvantage of this method is the high capital and operating costs.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому техническому решению применительно к кислому газу с низким содержанием сероводорода является способ получения серы, предложенный в патенте США №3880986, С01В 17/04, опубл. 29.04.1975 г.The closest in technical essence and the achieved result to the proposed technical solution in relation to acid gas with a low content of hydrogen sulfide is a method for producing sulfur, proposed in US patent No. 3880986, C01B 17/04, publ. 04/29/1975

Согласно патенту диоксид серы получают сжиганием серы в присутствии воздуха или кислородсодержащего газа. Далее охлаждают диоксид серы и смешивают его с кислым газом с низким содержанием сероводорода. Смесь подают в каталитический реактор Клауса для взаимодействия сероводорода и диоксида серы с образованием элементарной серы. Часть образованной серы возвращают на сжигание.According to the patent, sulfur dioxide is produced by burning sulfur in the presence of air or an oxygen-containing gas. The sulfur dioxide is then cooled and mixed with acid gas with a low content of hydrogen sulfide. The mixture is fed to a Klaus catalytic reactor to react hydrogen sulfide and sulfur dioxide to form elemental sulfur. Part of the formed sulfur is returned to burning.

Химизм происходящего процесса описывается следующими уравнениями:The chemistry of the process is described by the following equations:

,

где n - число атомов серы в молекуле при температуре реакции.where n is the number of sulfur atoms in the molecule at the reaction temperature.

Реакция (1) описывает сжигание серы в термической (огневой) ступени процесса. В качестве топлива служит расплавленная сера, окислителем является воздух, обогащенный кислородом воздух или другой кислородсодержащий газ.Reaction (1) describes the burning of sulfur in the thermal (fire) stage of the process. The fuel is molten sulfur, the oxidizing agent is air, oxygen-enriched air or other oxygen-containing gas.

Получение серы в термической ступени процесса не происходит, сера образуется в каталитических ступенях по реакции (2).Sulfur production in the thermal stage of the process does not occur; sulfur is formed in the catalytic stages by reaction (2).

Недостатком данного способа является то, что из-за термодинамических ограничений невозможно получить высокую степень извлечения серы из сероводорода с использованием даже 2-3-ступенчатой каталитической обработки газа.The disadvantage of this method is that due to thermodynamic limitations it is impossible to obtain a high degree of sulfur recovery from hydrogen sulfide using even a 2-3-stage catalytic gas treatment.

Технической задачей, которую решает настоящее изобретение, является повышение степени извлечения серы из кислого газа с низкой концентрацией сероводорода.The technical problem that the present invention solves is to increase the degree of sulfur recovery from acid gas with a low concentration of hydrogen sulfide.

Техническая задача достигается тем, что сжигают серу с последующим смешением полученного в результате сжигания диоксида серы с исходным кислым газом. Смесь доводят до температуры 200-260°С и пропускают, по меньшей мере, через один каталитический реактор Клауса. Продукты реакции охлаждают для конденсации образованной в процессе серы, часть которой возвращают на сжигание. Вышедший из последней каталитической ступени технологический газ после конденсации серы подогревают до 190-260°С, а затем направляют в реактор прямого окисления сероводорода, куда добавляют воздух или кислород или обогащенный кислородом воздух из расчета 0,5 моля кислорода на 1 моль сероводорода технологического газа. При этом количество серы, подаваемое на сжигание, подбирают таким образом, чтобы отношение концентраций H₂S/SO₂ в технологическом газе на выходе из последнего каталитического реактора составляло 5:1-20:1, а серу на сжигание подают стабилизированным потоком с расходом, превышающим стехиометрическую потребность. Отношение концентраций H₂S/SO₂ в технологическом газе на выходе из последнего каталитического реактора поддерживают путем регулирования подачи воздуха на сжигание серы.The technical problem is achieved by the fact that sulfur is burned, followed by mixing the resulting sulfur dioxide from the combustion with the original acid gas. The mixture is brought to a temperature of 200-260 ° C and passed through at least one Klaus catalytic reactor. The reaction products are cooled to condense the sulfur formed during the process, part of which is returned to combustion. After condensation of sulfur, the process gas emerging from the last catalytic stage is heated to 190-260 ° С, and then it is sent to the direct hydrogen sulfide oxidation reactor, where air or oxygen or oxygen-enriched air is added at the rate of 0.5 mol of oxygen per 1 mol of hydrogen sulfide of the process gas. In this case, the amount of sulfur supplied for combustion is selected in such a way that the concentration ratio of H ₂ S / SO ₂ in the process gas at the outlet of the last catalytic reactor is 5: 1-20: 1, and sulfur is supplied for combustion by a stabilized flow with a flow rate exceeding stoichiometric need. The concentration ratio of H ₂ S / SO ₂ in the process gas at the outlet of the last catalytic reactor is maintained by controlling the air supply for burning sulfur.

Повышение общей степени извлечения серы из сероводорода достигается за счет того, что в реакторе прямого окисления проводится преимущественно реакция прямого окисления H₂S с образованием серы:The increase in the total degree of sulfur recovery from hydrogen sulfide is achieved due to the fact that the direct oxidation reaction of H ₂ S is carried out in the direct oxidation reactor to form sulfur:

Эта реакция практически полностью смещена в сторону образования серы.This reaction is almost completely biased towards the formation of sulfur.

Способ позволяет повысить степень извлечения серы из сероводорода и значительно сократить унос серы, т.е. предотвратить потери серы и загрязнение окружающей среды.The method allows to increase the degree of sulfur recovery from hydrogen sulfide and significantly reduce the ablation of sulfur, i.e. prevent sulfur loss and environmental pollution.

Изобретение будет лучше понятно при ознакомлении с нижеприведенным описанием варианта его реализации, при котором используется установка, схема которой представлена на прилагаемом чертеже.The invention will be better understood when reading the following description of a variant of its implementation, which uses the installation, a diagram of which is presented in the attached drawing.

Серу сжигают в печи 1 в потоке воздуха. Продукты сгорания серы (диоксид серы) смешивают с кислым газом, смесь в теплообменном аппарате 2 доводят до необходимой температуры и подают в каталитический реактор 3, где протекает вышеупомянутая реакция (2).Sulfur is burned in a furnace 1 in an air stream. Sulfur combustion products (sulfur dioxide) are mixed with acid gas, the mixture in the heat exchanger 2 is brought to the required temperature and fed to the catalytic reactor 3, where the above reaction (2) proceeds.

Далее технологический газ, содержащий пары серы, охлаждают в теплообменнике 4, сконденсированную серу выводят из системы в специально оборудованную емкость 5, из которой насосом 6 часть серы возвращают на сжигание. Затем технологический газ нагревают в печи 7 путем смешения с продуктами сгорания топливного газа или в аппарате другого исполнения (теплообменник пар-газ, электронагреватель и др.). Нагретый технологический газ поступает в каталитический реактор 2-й ступени 8, который работает аналогично реактору 1-й ступени, и далее - в конденсатор серы 9. На выходе из 2-й каталитической ступени отношение концентраций H₂S/SO₂ в технологическом газе составляет 5:1-20:1, т.е. газ содержит значительный избыток сероводорода по отношению к стехиометрии реакции Клауса (2).Next, the process gas containing sulfur vapor is cooled in a heat exchanger 4, condensed sulfur is removed from the system into a specially equipped tank 5, from which part of the sulfur is returned to combustion by pump 6. Then the process gas is heated in the furnace 7 by mixing with the products of combustion of fuel gas or in a device of another design (steam-gas heat exchanger, electric heater, etc.). The heated process gas enters the catalytic reactor of the 2nd stage 8, which operates similarly to the reactor of the 1st stage, and then to the sulfur condenser 9. At the exit from the 2nd catalytic stage, the concentration ratio of H ₂ S / SO ₂ in the process gas is 5: 1-20: 1, i.e. the gas contains a significant excess of hydrogen sulfide relative to the stoichiometry of the Klaus reaction (2).

Этот технологический газ нагревают в печи 10 и добавляют к нему воздух, или кислород, или обогащенный кислородом воздух из расчета 0,5 моля кислорода на 1 моль сероводорода технологического газа. Далее смесь подают в реактор прямого окисления 11. В данном реакторе протекает преимущественно реакция прямого окисления (3). Охлаждение газа и конденсация серы на ступени прямого окисления сероводорода происходят в конденсаторе 12, далее сера поступает в емкость 5, а непрореагировавший сероводород поступает на дожиг в печь дожига 13 и с дымовыми газами выбрасывается в атмосферу через дымовую трубу 14.This process gas is heated in the furnace 10 and air, or oxygen, or oxygen-enriched air is added to it at the rate of 0.5 mol of oxygen per 1 mol of hydrogen sulfide of the process gas. Next, the mixture is fed into the direct oxidation reactor 11. In this reactor, the direct oxidation reaction mainly proceeds (3). Gas cooling and sulfur condensation at the stage of direct oxidation of hydrogen sulfide occur in the condenser 12, then sulfur enters the tank 5, and unreacted hydrogen sulfide enters the afterburner in the afterburner 13 and is discharged into the atmosphere through the chimney 14.

Для иллюстрации ниже приводится пример осуществления вышеуказанного способа, не ограничивающий объем изобретения.To illustrate, below is an example implementation of the above method, not limiting the scope of the invention.

Пример.Example.

Используя установку, аналогичную той, которая схематически представлена на прилагаемом чертеже и работа которой описана выше, получают серу из кислого газа, следующего состава, мол.%: H₂S 8,00; N₂ 1,94; СН₄ 1,00; CO₂ 86,63; С₂Н₆ 0,01; H₂O 2,40.Using an installation similar to that which is schematically represented in the attached drawing and whose operation is described above, sulfur is obtained from acid gas of the following composition, mol.%: H ₂ S 8.00; N ₂ 1.94; CH ₄ 1.00; CO ₂ 86.63; C ₂ H ₆ 0.01; H ₂ O, 2.40.

Сжигание серы для данного процесса осуществляют в аппарате печного типа. Подачу серы в топку производят в жидком виде при температуре 150-160°С через форсунку 15, которая обеспечивает высокую степень распыла за счет энергии сжатого воздуха, или иным способом. Характерное время пребывания горящей серы в пламени составляет примерно 2 секунды. Горение серы происходит со значительным тепловыделением (Q=86,45-70,94 ккал/г-атом), так что адиабатическая температура сгорания составляет 1650-1700°С в зависимости от отношения реагирующих компонентов. Для переработки 14 тыс. нм³/ч кислого газа указанного состава требуется подача не менее 75,9 кг/ч расплавленной серы. В эту же топку подается топливный газ в количестве до 8 нм³/ч следующего состава, мол.%.: N₂ 0,68; CH₄ 78,69; CO₂ 0,07; С₂Н₆ 0,60; C₃H₈ 0,01; Н₂ 19,94.Sulfur burning for this process is carried out in a furnace type apparatus. Sulfur is supplied to the furnace in liquid form at a temperature of 150-160 ° C through the nozzle 15, which provides a high degree of atomization due to the energy of compressed air, or in another way. The typical residence time of burning sulfur in a flame is approximately 2 seconds. Sulfur combustion occurs with significant heat release (Q = 86.45-70.94 kcal / g-atom), so that the adiabatic temperature of combustion is 1650-1700 ° C depending on the ratio of reacting components. For the processing of 14 thousand nm ³ / h of acid gas of the specified composition, a supply of at least 75.9 kg / h of molten sulfur is required. Fuel gas is supplied to the same furnace in an amount of up to 8 nm ³ / h of the following composition, mol.% .: N ₂ 0.68; CH ₄ 78.69; CO ₂ 0.07; C ₂ H ₆ 0.60; C ₃ H ₈ 0.01; H _2, 19.94.

Назначение подачи топливного газа состоит в поддержании температуры технологического газа на входе в каталитический реактор не ниже 230-280°С. Количество воздуха, подаваемого на сжигание в топку, определяется количеством серы, а также количеством и составом топливного газа, подаваемого на сжигание. В указанном случае расход воздуха составляет 2595 нм³/ч. Далее продукты сгорания серы смешивают с кислым газом и направляют в первый каталитический реактор 3.The purpose of the fuel gas supply is to maintain the temperature of the process gas at the inlet to the catalytic reactor not lower than 230-280 ° C. The amount of air supplied for combustion in the furnace is determined by the amount of sulfur, as well as the amount and composition of fuel gas supplied to the combustion. In this case, the air flow rate is 2595 nm ³ / h. Next, the products of combustion of sulfur are mixed with acid gas and sent to the first catalytic reactor 3.

Количество серы, подаваемой на сжигание, может превышать указанную величину. В этом случае она в парообразном виде проходит каталитический реактор 3 и конденсируется в конденсаторе.The amount of sulfur supplied for combustion may exceed the specified value. In this case, it vaporizes through the catalytic reactor 3 and condenses in the condenser.

В каталитическом реакторе 3 протекает преимущественно реакция Клауса (2). Образующаяся в результате реакции сера остается в парообразном виде и с технологическим газом при температуре до 340°С покидает аппарат. Далее газ охлаждают в конденсаторе, где при температуре ниже 150°С происходит конденсация серы. Для лучшего отделения капельной серы от газа в конденсаторе установлено сепарирующее устройство. Уловленная сера отделяется от потока технологического газа и через гидрозатвор (серозатвор) 16 поступает по обогреваемым трубопроводам в сборник жидкой серы 5. Далее технологический газ направляют на подогрев в топку-подогреватель. В топке сжигается 96 нм³/ч топливного газа. Для обеспечения горения топливного газа в топку подается 772 нм³/ч воздуха. Продукты сгорания топливного газа смешивают с технологическим газом, температура смеси возрастает до 220°С. Далее технологический газ поступает в каталитический реактор 8. В нем, так же как и в реакторе 3, протекает реакция Клауса (2), температура газа возрастает до 228°С. Далее этот газ поступает в конденсатор 9, снабженный сепарирующим устройством. Устройство и назначение конденсатора аналогично конденсатору. Серу из конденсатора 9 отделяют от потока технологического газа и через гидрозатвор (серозатвор) 16 подают по обогреваемым трубопроводам в сборник жидкой серы 5.In the catalytic reactor 3, the Claus reaction (2) proceeds predominantly. The sulfur formed as a result of the reaction remains in vapor form and leaves the apparatus with a process gas at temperatures up to 340 ° C. The gas is then cooled in a condenser, where sulfur condensation occurs at a temperature below 150 ° C. For the best separation of droplet sulfur from gas, a separator is installed in the condenser. The captured sulfur is separated from the process gas stream and through a water trap (sludge trap) 16 enters through the heated pipelines to the liquid sulfur collector 5. Next, the process gas is sent for heating to the heating furnace. In the furnace, 96 nm ³ / h of fuel gas is burned. To ensure the combustion of fuel gas, 772 nm ³ / h of air is supplied to the furnace. Combustion products of fuel gas are mixed with process gas, the temperature of the mixture rises to 220 ° C. Then the process gas enters the catalytic reactor 8. In it, as in reactor 3, the Klaus reaction (2) proceeds, the gas temperature rises to 228 ° C. Then this gas enters the condenser 9, equipped with a separating device. The design and purpose of the capacitor is similar to a capacitor. Sulfur from the condenser 9 is separated from the process gas stream and, through a water trap (sulfur trap) 16, is supplied through heated pipelines to the liquid sulfur collector 5.

Газ на выходе из каталитического ректора 8, ориентировочно, содержит, мол.%.: H₂S 0,38; N₂ 17,21; СН₄ 0,83; CO₂ 71,96; C₂H₆ 0,01; СО 0,02; H₂O 9,34; COS 0,02; SO₂ 0,03; Ar 0,05; остальное - сера (пары).The gas at the outlet of the catalytic reactor 8, tentatively, contains, mol.% .: H ₂ S 0,38; N ₂ 17.21; CH ₄ 0.83; CO ₂ 71.96; C ₂ H ₆ 0.01; СО 0.02; H ₂ O 9.34; COS 0.02; SO ₂ 0.03; Ar 0.05; the rest is sulfur (pairs).

Отношение концентраций H₂S/SO₂ в этом газе составляет примерно 13. Это отношение является оптимальным для данных условий ведения процесса и поддерживается путем регулирования подачи воздуха на горение в печь 1. Для этого на линии технологического газа от конденсатора 9 к топке-подогревателю 10 установлен поточный газоанализатор 17. В качестве газоанализатора может быть использован спектрофотометр или прибор другого типа. Измеряемые величины - это концентрации H₂S и SO₂ в газе. Измеренные концентрации этих веществ служат основой для расчета количества воздуха, которое надо дополнительно подать (или убавить) в топку 1 для поддержания заданного уровня отношения концентраций H₂S/SO₂ в газе.The concentration ratio of H ₂ S / SO ₂ in this gas is approximately 13. This ratio is optimal for these process conditions and is maintained by regulating the combustion air supply to furnace 1. For this, the process gas line from the condenser 9 to the heating furnace 10 a flow analyzer 17 is installed. A spectrophotometer or other type of instrument can be used as a gas analyzer. The measured values are the concentrations of H ₂ S and SO ₂ in the gas. The measured concentrations of these substances serve as the basis for calculating the amount of air that must be additionally supplied (or reduced) to the furnace 1 to maintain a given level of the concentration ratio of H ₂ S / SO ₂ in the gas.

Далее газ поступает в топку-подогреватель. Назначение и принцип работы топки 10 аналогичен топке 7. Температуру технологического газа на выходе из топки-подогревателя 10 поддерживают на уровне 250°С (в зависимости от условий в реакторе прямого окисления 11). Этот газ подается в реактор 11, туда же подается 1080 нм³/ч воздуха. Этот воздух необходим для проведения реакции прямого окисления сероводорода (3). Расход воздуха определяют и поддерживают на необходимом уровне в зависимости от содержания сероводорода в технологическом газе, из расчета 0,5 моля кислорода на 1 моль сероводорода, поступающего в реактор прямого окисления 11.Next, the gas enters the heating furnace. The purpose and principle of operation of the furnace 10 is similar to furnace 7. The temperature of the process gas at the outlet of the furnace heater 10 is maintained at 250 ° C (depending on the conditions in the direct oxidation reactor 11). This gas is supplied to the reactor 11, 1080 nm ³ / h of air is also supplied there. This air is necessary for the direct oxidation of hydrogen sulfide (3). The air flow rate is determined and maintained at the required level depending on the content of hydrogen sulfide in the process gas, based on 0.5 mol of oxygen per 1 mol of hydrogen sulfide entering the direct oxidation reactor 11.

В реакторе 11 протекает преимущественно реакция прямого окисления сероводорода (3). Образующаяся в результате реакции сера остается в парообразном виде и с технологическим газом при температуре порядка 260°С покидает аппарат. Далее газ охлаждают в конденсаторе, где при температуре 128°С происходит конденсация серы. Поддержание температуры выходящего газа в этом аппарате с точностью 128±1°С имеет принципиальное значение для достижения высокой степени извлечения серы в целом по установке. Для этого в конденсаторе 12 предусмотрена выработка пара низкого давления (2,4 кг/см²), который охлаждается в аппарате воздушного охлаждения (или другим способом) и при этом же давлении конденсат возвращают на подпитку в конденсатор серы 12. Уловленную серу отделяют от потока технологического газа и через гидрозатвор (серозатвор) подают по обогреваемым трубопроводам в сборник жидкой серы. В выходной (по технологическому газу) камере конденсатора 12 или в отдельном аппарате (не показан) установлено сепарирующее устройство для окончательного отделения капельной серы от газа.In the reactor 11, the direct oxidation of hydrogen sulfide (3) proceeds predominantly. The sulfur formed as a result of the reaction remains in vapor form and leaves the apparatus with a process gas at a temperature of about 260 ° C. The gas is then cooled in a condenser, where sulfur condensation occurs at a temperature of 128 ° C. Maintaining the temperature of the exhaust gas in this apparatus with an accuracy of 128 ± 1 ° C is crucial to achieve a high degree of sulfur recovery in the whole installation. To do this, the condenser 12 provides for the production of low pressure steam (2.4 kg / cm ² ), which is cooled in an air cooling apparatus (or in another way) and at the same pressure, the condensate is returned for feeding to the sulfur condenser 12. The captured sulfur is separated from the stream process gas and through a water trap (sulfur trap) is fed through heated pipelines to a liquid sulfur collector. In the outlet (for process gas) chamber of the condenser 12 or in a separate apparatus (not shown), a separating device is installed for the final separation of droplet sulfur from gas.

Технологический газ из конденсатора 12 направляют в печь дожига 13, назначение которой - окисление всех непрореагировавших соединений до их окислов. Для этого в печь подают топливный газ и воздух, которые создают окислительное пламя, и нагревают технологический газ из конденсатора 12 до температуры не ниже 800°С. При времени пребывания около 1,5 секунд все непрореагировавшие серосодержащие компоненты окисляются до диоксида серы и через дымовую трубу 14 выбрасываются в атмосферу.The process gas from the condenser 12 is sent to the afterburner 13, the purpose of which is the oxidation of all unreacted compounds to their oxides. To do this, fuel gas and air are fed into the furnace, which create an oxidizing flame, and the process gas is heated from the condenser 12 to a temperature of at least 800 ° C. At a residence time of about 1.5 seconds, all unreacted sulfur-containing components are oxidized to sulfur dioxide and are released into the atmosphere through the chimney 14.

Общая степень извлечения серы из сероводорода на данной установке составляет не менее 98,4%.The total degree of sulfur recovery from hydrogen sulfide in this installation is at least 98.4%.

При проведении процессов получения серы из кислого газа, содержащего 8 мол.% H₂S (CO₂ - остальное), на установке, состоящей из термического реактора для сжигания серы и трех каталитических реакторов Клауса в соответствии с прототипом, и на установке в соответствии с предлагаемым изобретением, степень извлечения серы из сероводорода для этих процессов составила 97,7 и 98,4% соответственно. При этом капитальные и эксплуатационные затраты для этих процессов примерно равны.When carrying out processes for the production of sulfur from acid gas containing 8 mol.% H ₂ S (CO ₂ - the rest), at the installation consisting of a thermal reactor for burning sulfur and three Klaus catalytic reactors in accordance with the prototype, and at the installation in accordance with the present invention, the degree of extraction of sulfur from hydrogen sulfide for these processes was 97.7 and 98.4%, respectively. Moreover, the capital and operating costs for these processes are approximately equal.

Хвостовой газ процесса получения серы, содержащий непрореагировавшие серосодержащие соединения, в дальнейшем направляется в печь для дожигания последних до диоксида серы и последующей эмиссии в атмосферу. Количество выбрасываемого диоксида серы при переработке газа по предлагаемому изобретению в сравнении с прототипом будет меньше примерно на 40%.The tail gas of the sulfur production process, containing unreacted sulfur-containing compounds, is then sent to the furnace to burn the latter to sulfur dioxide and then to the atmosphere. The amount of sulfur dioxide emitted during gas processing according to the invention in comparison with the prototype will be less than about 40%.

Таким образом, решение технической задачи повышения степени извлечения серы из сероводорода из кислого газа с низкой концентрацией сероводорода одновременно сопровождается повышением экологической безопасности процесса.Thus, the solution of the technical problem of increasing the degree of extraction of sulfur from hydrogen sulfide from acid gas with a low concentration of hydrogen sulfide is simultaneously accompanied by an increase in the environmental safety of the process.

Claims

1. A method of producing sulfur from acid gases with a low content of hydrogen sulfide, in which sulfur is burned, followed by mixing the resulting sulfur dioxide from the initial acid gas, the mixture is brought to a temperature of 200-260 ° C, the mixture is passed through at least one Klaus catalytic reactor, the reaction products are cooled to condense the sulfur formed during the process, part of which is returned to combustion, characterized in that, in order to increase the degree of conversion of hydrogen sulfide to sulfur, which has left the last catalytic reaction After Claus Island, the process gas is heated to 190-260 ° C after sulfur condensation, and then it is sent to the direct oxidation reactor of hydrogen sulfide, to which air or oxygen or oxygen enriched air is added at the rate of at least 0.5 mol of oxygen per 1 mol of hydrogen sulfide of the process gas .

2. The method according to claim 1, characterized in that the amount of sulfur supplied for combustion is selected so that the concentration ratio of H ₂ S / SO ₂ in the process gas at the outlet of the last Klaus catalytic reactor is 5: 1-20: 1 .

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the sulfur for combustion is supplied in a stabilized flow with a flow rate exceeding the stoichiometric demand.

4. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the concentration ratio of H ₂ S / SO ₂ in the process gas at the outlet of the last Klaus catalytic reactor is maintained by controlling the air supply for burning sulfur.