RU2795860C1

RU2795860C1 - Sulfur plant

Info

Publication number: RU2795860C1
Application number: RU2022122683A
Authority: RU
Inventors: Андрей Владиславович Курочкин
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью научно-исследовательский и проектный институт "ПЕГАЗ"
Filing date: 2022-08-22
Publication date: 2023-05-12

Abstract

FIELD: oil refining ; chemical industries.

SUBSTANCE: devices for cleaning gases from hydrogen sulfide to produce sulfur. The sulfur recovery plant includes a reactor 1 with a hydrogen sulfide oxidation catalyst equipped with a heat exchanger located in the catalyst bed, equipped with hydrogen sulfide-containing gas 8 and air 10 supply lines, a reaction products outlet line, on which a sulfur trap is located, equipped with sulfur and gas outlet lines. The sulfur trap is made in the form of a two-section scrubber 2, the first section of which is equipped with a supply line for the balance part of the aqueous suspension of sulfur 12, and the second section is equipped with a supply line for the circulating part of sulfur 13. A pump 4 is installed on the sulfur output line 14, after which the line 14 is divided into a supply line for the circulating part of sulfur 13 and an output line for the balance part of sulfur 15. Scrubber 2 is equipped with a desulfurised gas outlet line 16, on which a scrubber-cooler 3 is installed, equipped with an off-gas outlet line 18 with its utilization unit 7 and a sulfur suspension outlet line 19 with a pump 5 and a cooler 6. After the cooler 6, line 19 is divided into the line for supplying the circulating part of the sulfur suspension 17 to the scrubber-cooler 3 and the line for outputting the balance part of the sulfur suspension 12.

EFFECT: minimization of environmental pollution by reducing the content of elemental sulfur in the exhaust gas.

1 cl, 1 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к устройствам для очистки газов от сероводорода с получением серы и может найти применение в нефтегазовой, нефтеперерабатывающей и химической отраслях промышленности.The invention relates to devices for cleaning gases from hydrogen sulfide to produce sulfur and can be used in the oil and gas, oil refining and chemical industries.

Известен способ получения элементарной серы из газов [SU 856974, опубл. 23.08.1981 г., МПК С01В 17/04], осуществляемый на установке, включающей два каталитических блока, последовательно установленных на линии подачи сероводородсодержащего газа, состоящих каждый из каталитического реактора прямого окисления, оснащенного линиями подачи газа и кислорода, и поглотительной емкости.A known method of obtaining elemental sulfur from gases [SU 856974, publ. 08/23/1981, IPC S01V 17/04], carried out on a plant that includes two catalytic units installed in series on a hydrogen sulfide-containing gas supply line, each consisting of a direct oxidation catalytic reactor equipped with gas and oxygen supply lines, and an absorption tank.

Основным недостатком известной установки является невозможность очистки газов, содержащих более 30% сероводорода.The main disadvantage of the known installation is the inability to clean gases containing more than 30% hydrogen sulfide.

Известна установка для процессов переработки сероводородсодержащих газов [RU 149826, опубл. 20.01.2015 г., МПК С01В 17/04], оснащенная линиями подачи сероводородсодержащего газа и воздуха, вывода жидкой серы и очищенного газа, включающая реактор с псевдоожиженным слоем катализатора окисления сероводорода, оснащенный теплообменником в слое катализатора, конденсатор серы и барботер, заполненный жидкой серой. При этом очищенный газ содержит пары и не уловленные капли (туман) жидкой серы, диоксид серы, образующийся при протекании побочной реакции, и непрореагировавший сероводород.Known installation for the processing of hydrogen sulfide gases [RU 149826, publ. 01/20/2015, IPC С01В 17/04], equipped with lines for supplying hydrogen sulfide-containing gas and air, outputting liquid sulfur and purified gas, including a reactor with a fluidized bed of a catalyst for the oxidation of hydrogen sulfide, equipped with a heat exchanger in the catalyst bed, a sulfur condenser and a bubbler filled with liquid gray. In this case, the purified gas contains vapors and uncaptured drops (fog) of liquid sulfur, sulfur dioxide formed during the side reaction, and unreacted hydrogen sulfide.

Недостатком данной установки является загрязнение окружающей среды вышеуказанными компонентами очищенного газа.The disadvantage of this installation is the pollution of the environment by the above components of the purified gas.

Наиболее близким по технической сущности является способ получения элементарной серы [RU 2316469, опубл. 10.02.2008 г., МПК С01В 17/04], осуществляемый на установке, включающей реактор с псевдоожиженным слоем катализатора окисления сероводорода, оборудованный теплообменником, расположенным в слое катализатора, устройством для охлаждения продуктов реакции путем впрыска воды и сероуловитель барботажного типа, оснащенный линиями вывода серы и очищенного (отходящего) газа, при этом реактор оснащен линиями подачи сероводородсодержащего газа и воздуха с нагревателями, а также линией вывода продуктов реакции.The closest in technical essence is a method for obtaining elemental sulfur [RU 2316469, publ. February 10, 2008, IPC С01В 17/04], carried out on a plant including a reactor with a fluidized bed of hydrogen sulfide oxidation catalyst, equipped with a heat exchanger located in the catalyst bed, a device for cooling reaction products by water injection and a bubbling-type sulfur trap equipped with output lines sulfur and purified (exhaust) gas, while the reactor is equipped with lines for supplying hydrogen sulfide-containing gas and air with heaters, as well as a line for outputting reaction products.

При этом очищенный газ имеет температуру 130-155°С и содержит, кроме непревращенного сероводорода и диоксида серы, значительное количество элементарной (элементной) серы в виде паров и тумана, возникающего при резком охлаждении продуктов реакции в результате смешения с водой, полностью испаряющейся при этом, и капель серы, образующихся при барботаже большого объема отходящего газа через слой жидкой серы. При дожигании очищенного газа, осуществляемого обязательно в соответствии с требованиями по промбезопасности, образуется дымовой газ, содержащий диоксид серы в количестве, соответствующем содержанию серосодержащих компонентов в очищенном газе.At the same time, the purified gas has a temperature of 130-155 ° C and contains, in addition to unconverted hydrogen sulfide and sulfur dioxide, a significant amount of elemental (elemental) sulfur in the form of vapors and fog that occurs when the reaction products are sharply cooled as a result of mixing with water, which completely evaporates at the same time , and sulfur droplets formed by bubbling a large volume of exhaust gas through a layer of liquid sulfur. During the afterburning of the purified gas, which is carried out without fail in accordance with the requirements for industrial safety, flue gas is formed containing sulfur dioxide in an amount corresponding to the content of sulfur-containing components in the purified gas.

Недостатком данной установки является загрязнение окружающей среды серосодержащими компонентами или продуктами их сгорания.The disadvantage of this installation is the pollution of the environment with sulfur-containing components or products of their combustion.

Задача изобретения - уменьшение загрязнения окружающей среды.The objective of the invention is to reduce environmental pollution.

Технический результат: уменьшение загрязнения окружающей среды путем выполнения сероуловителя в виде двухсекционного скруббера, который соединен линией подачи водной суспензии серы со скруббером-охладителем, предназначенным для генерации суспензии серы, что позволяет снизить содержание элементной серы в отходящем газе за счет исключения барботажа и смешения продуктов реакции с водной суспензией серы взамен воды.EFFECT: reducing environmental pollution by making a sulfur trap in the form of a two-section scrubber, which is connected by a supply line of an aqueous sulfur suspension to a scrubber-cooler designed to generate a sulfur suspension, which makes it possible to reduce the content of elemental sulfur in the exhaust gas by eliminating bubbling and mixing of reaction products with an aqueous suspension of sulfur instead of water.

Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемой установке, включающей реактор с катализатором окисления сероводорода, оборудованный теплообменником, расположенным в слое катализатора, оснащенный линиями подачи сероводородсодержащего газа и воздуха, линией вывода продуктов реакции, на которой расположен сероуловитель, оснащенный линиями вывода серы и газа, особенностью является то, что сероуловитель выполнен в виде двухсекционного скруббера, первая секция которого оснащена линией подачи балансовой части водной суспензии серы, а вторая секция оснащена линией подачи циркулирующей части серы, на линии вывода серы установлен насос, после которого указанная линия разделена на линию подачи циркулирующей части серы и линию вывода балансовой части серы, кроме того, скруббер оснащен линией вывода обессеренного газа, на которой установлен скруббер-охладитель, оснащенный линией вывода отходящего газа с блоком его утилизации, и линией вывода суспензии серы с насосом и холодильником, после которого указанная линия разделена на линию подачи циркулирующей части суспензии серы в скруббер-охладитель и линию вывода балансовой частей суспензии серы.This technical result is achieved by the fact that in the proposed installation, including a reactor with a hydrogen sulfide oxidation catalyst, equipped with a heat exchanger located in the catalyst bed, equipped with hydrogen sulfide-containing gas and air supply lines, a reaction product outlet line, on which a sulfur trap is located, equipped with sulfur and gas outlet lines , the peculiarity is that the sulfur trap is made in the form of a two-section scrubber, the first section of which is equipped with a supply line for the balance part of the aqueous suspension of sulfur, and the second section is equipped with a supply line for the circulating part of sulfur, a pump is installed on the sulfur output line, after which the specified line is divided into a supply line the circulating part of sulfur and the line for the output of the balance part of sulfur, in addition, the scrubber is equipped with a line for the output of sweet gas, on which a scrubber-cooler is installed, equipped with a line for the output of off-gas with a unit for its utilization, and a line for the output of a suspension of sulfur with a pump and a refrigerator, after which the specified the line is divided into a line for supplying the circulating part of the sulfur suspension to the scrubber-cooler and a line for outputting the balance parts of the sulfur suspension.

Секции скруббера, а также скруббер-охладитель могут быть как прямоточными, так и противоточными, насадочными или безнасадочными. В качестве хладоагента для охлаждения реактора могут быть использована кипящая вода или высокотемпературный органический теплоноситель. Блок утилизации отходящего газа выполнен в виде печи дожига или любого иного устройства для утилизации отходящих газов установок получения серы, известного из уровня техники. Баланс по воде, образующейся в процессе окисление сероводорода до серы, поддерживается регулированием температуры отходящего газа из скруббера-охладителя и, соответственно, абсолютной влажностью отходящего газа и количеством выносимых паров воды.The scrubber sections, as well as the scrubber-cooler, can be both direct-flow and counter-flow, packed or non-packed. Boiling water or high-temperature organic coolant can be used as a coolant for cooling the reactor. The off-gas utilization unit is made in the form of an afterburner or any other device for the utilization of off-gases from sulfur recovery plants, known from the prior art. The balance of the water formed in the process of oxidation of hydrogen sulfide to sulfur is maintained by controlling the temperature of the exhaust gas from the scrubber-cooler and, accordingly, the absolute humidity of the exhaust gas and the amount of water vapor carried out.

Выполнение сероуловителя в виде двухсекционного скруббера позволяет в первой секции сначала охладить продукты реакции до температуры 125-155°С и снизить давление насыщенных паров серы до 6 - 34 Па за счет полного испарения воды содержащейся в суспензии, с образованием пересыщенных паров серы. Затем, по ходу газового потока в скруббере, микрокристаллы серы, содержащиеся в суспензии серы, выполняют роль центров конденсации пересыщенных паров серы с образованием крупных капель серы, что предотвращает образование тумана серы. Во второй секции скруббера образовавшиеся капли серы улавливаются за счет орошения циркулирующей частью серы. Исключение образования тумана серы снижает содержание элементной серы в обессеренном и отходящем газе и соответственно уменьшает загрязнение окружающей среды.The implementation of the sulfur trap in the form of a two-section scrubber allows in the first section to first cool the reaction products to a temperature of 125-155°C and reduce the pressure of saturated sulfur vapor to 6-34 Pa due to the complete evaporation of the water contained in the suspension, with the formation of supersaturated sulfur vapor. Then, along the gas flow in the scrubber, sulfur microcrystals contained in the sulfur suspension act as condensation centers for supersaturated sulfur vapors with the formation of large sulfur droplets, which prevents the formation of sulfur fog. In the second section of the scrubber, the formed sulfur droplets are captured by irrigation with the circulating part of the sulfur. Eliminating the formation of sulfur mist reduces the content of elemental sulfur in the desulfurized and exhaust gas and, accordingly, reduces environmental pollution.

Установка скруббера-охладителя на линии вывода обессеренного газа, оснащенного линией подачи суспензии серы с насосом и холодильником, позволяет охладить обессеренный газ до 35-55°С и снизить содержание паров серы в отходящих газах до 0,001 - 0,011 Па, что соответствует содержанию элементной серы 0,014 - 0,16 мг/нм³ отходящего газа, что более, чем на три порядка меньше, чем в прототипе. Снижение содержания паров серы в отходящем газе соответственно уменьшает загрязнение окружающей среды.Installing a scrubber-cooler on the sweet gas outlet line, equipped with a sulfur slurry supply line with a pump and a cooler, allows you to cool the sweet gas to 35-55 ° C and reduce the sulfur vapor content in the exhaust gases to 0.001 - 0.011 Pa, which corresponds to an elemental sulfur content of 0.014 - 0.16 mg/Nm ³ exhaust gas, which is more than three orders of magnitude less than in the prototype. Reducing the content of sulfur vapor in the exhaust gas correspondingly reduces environmental pollution.

Предлагаемая установка показана на прилагаемой фигуре и включает охлаждаемый каталитический реактор 1, скруббер 2, скруббер-охладитель 3, насосы 4 и 5, холодильник 6, блок утилизации отходящих газов 7.The proposed installation is shown in the attached figure and includes a cooled catalytic reactor 1, a scrubber 2, a scrubber-cooler 3, pumps 4 and 5, a refrigerator 6, an off-gas disposal unit 7.

При работе установки кислый газ, содержащий сероводород, по линии 8 подают в реактор 1, охлаждаемый хладоагентом 9, совместно с воздухом, подаваемым по линии 10. С верха реактора 1 по линии 11 продукты реакции направляют в скруббер 2, где они контактируют сначала с балансовой частью суспензии серы, подаваемой по линии 12, затем с циркулирующей частью серы, подаваемой по линии 13, с низа скруббера 2 с помощью насоса 4 по линии 14 выводят серу, циркулирующую часть которой направляют по линии 13, а балансовую часть выводят по линии 15. По линии 16 обессеренный газ, содержащий остаточные пары серы, подают в скруббер 3, где газ контактирует с циркулирующей частью суспензии серы, подаваемой по линии 17. По линии 18 очищенный газ через блок 7 направляют в атмосферу. С низа скруббера 3 по линии 19 насосом 5 откачивают суспензию серы, охлаждают ее в холодильнике 6 и подают в скрубберы 2 и 3 по линиям 12 и 17.During operation of the plant, acid gas containing hydrogen sulfide is fed through line 8 to reactor 1, cooled by refrigerant 9, together with air supplied through line 10. From the top of reactor 1, through line 11, the reaction products are sent to scrubber 2, where they first contact with the balance part of the suspension of sulfur supplied through line 12, then with the circulating part of sulfur supplied through line 13, sulfur is removed from the bottom of scrubber 2 using pump 4 through line 14, the circulating part of which is sent through line 13, and the balance part is removed through line 15. Through line 16, sweet gas containing residual sulfur vapor is fed into scrubber 3, where the gas is in contact with the circulating part of the sulfur suspension supplied through line 17. Through line 18, the purified gas is sent to the atmosphere through block 7. Sulfur suspension is pumped out from the bottom of scrubber 3 through line 19 by pump 5, cooled in cooler 6 and fed into scrubbers 2 and 3 through lines 12 and 17.

Работоспособность установки подтверждается примером.The operability of the installation is confirmed by an example.

4,56 тыс.нм³/час кислого газа, содержащего 49,8% об. сероводорода, углекислый газ, азот, пары воды и углеводороды - остальное, при 180°С и 0,08 МПа подают в реактор 1, охлаждаемый кипящей водой с давлением 2,2 МПа, совместно с 6,01 тыс.нм³/час воздуха. С верха реактора 1 10,55 тыс.нм³/час продуктов реакции направляют в скруббер 2, где они при 135°С контактируют сначала с 1,2 т/час балансовой части суспензии серы, а затем с 5 т/час циркулирующей части серы, с низа скруббера 2 с помощью насоса 4 выводят серу, часть которой направляют на циркуляцию, а 3,3 т/час балансовой части выводят. 10,89 тыс.нм³/час обессеренного газа, содержащего 18,9 кг/час остаточных паров серы, подают в скруббер 3, где газ контактирует с 8,8 т/час циркулирующей части суспензии серы. Очищенный газ, содержащий 0,2 г/час паров серы, направляют в блок 7, выполненный в виде печи дожита. С низа скруббера 3 насосом 5 откачивают 10,0 м³/час суспензии серы, охлаждают ее в холодильнике 6 до 87°С и подают в скрубберы 2 и 3.4.56 thousand nm ³ /hour acid gas containing 49.8% vol. hydrogen sulfide, carbon dioxide, nitrogen, water vapor and hydrocarbons - the rest, at 180°C and 0.08 MPa, is fed into the reactor 1, cooled by boiling water with a pressure of 2.2 MPa, together with 6.01 thousand nm ³ /hour of air . From the top of the reactor 1, 10.55 thousand nm ³ /h of the reaction products are sent to the scrubber 2, where at 135°C they first contact with 1.2 t/h of the balance part of the sulfur suspension, and then with 5 t/h of the circulating part of sulfur , sulfur is removed from the bottom of the scrubber 2 using a pump 4, part of which is sent for circulation, and 3.3 t/h of the balance part is removed. 10.89 thousand nm ³ /h of sweet gas containing 18.9 kg/h of residual sulfur vapor is fed into the scrubber 3, where the gas is in contact with 8.8 t/h of the circulating part of the sulfur slurry. Purified gas containing 0.2 g/hour of sulfur vapor is sent to block 7, made in the form of a furnace. From the bottom of scrubber 3, pump 5 pumps out 10.0 m ³ /hour of sulfur suspension, cools it in refrigerator 6 to 87°C and feeds it to scrubbers 2 and 3.

При этом количество паров серы, подаваемых в блок 7 на дожиг составило 0,2 г/час, а количество диоксида серы, образовавшегося при ее сжигании и выбрасываемого в атмосферу, составило 0,4 г/час. В условиях примера в способе по прототипу в печь дожига поступает 18,9 кг/час паров, а количество диоксида серы, образовавшегося при ее сжигании и выбрасываемого в атмосферу, составляет 37,8 кг/час.At the same time, the amount of sulfur vapor supplied to block 7 for afterburning was 0.2 g/h, and the amount of sulfur dioxide formed during its combustion and emitted into the atmosphere was 0.4 g/h. Under the conditions of the example in the method according to the prototype, 18.9 kg/hour of vapor enters the afterburner, and the amount of sulfur dioxide formed during its combustion and emitted into the atmosphere is 37.8 kg/hour.

Таким образом, предлагаемая установка меньше загрязняет окружающую среду и может быть использована в промышленности.Thus, the proposed installation pollutes the environment less and can be used in industry.

Claims

A sulfur recovery plant, including a reactor with a hydrogen sulfide oxidation catalyst, equipped with a heat exchanger located in the catalyst bed, equipped with hydrogen sulfide-containing gas and air supply lines, a reaction product outlet line, on which a sulfur trap is located, equipped with sulfur and gas outlet lines, characterized in that the sulfur trap made in the form of a two-section scrubber, the first section of which is equipped with a line for supplying the balance part of an aqueous suspension of sulfur, and the second section is equipped with a line for supplying the circulating part of sulfur, a pump is installed on the sulfur output line, after which the specified line is divided into a line for supplying the circulating part of sulfur and an output line for balance part of sulfur, in addition, the scrubber is equipped with a sweet gas outlet line, on which a scrubber-cooler is installed, equipped with an off-gas outlet line with its utilization unit and a sulfur suspension outlet line with a pump and a cooler, after which the said line is divided into a supply line for the circulating part of the suspension sulfur into the scrubber-cooler and the line for the output of the balance part of the sulfur suspension.