RU2822142C2 - Method of producing sulphur and sulphuric acid - Google Patents

Method of producing sulphur and sulphuric acid Download PDF

Info

Publication number
RU2822142C2
RU2822142C2 RU2021135426A RU2021135426A RU2822142C2 RU 2822142 C2 RU2822142 C2 RU 2822142C2 RU 2021135426 A RU2021135426 A RU 2021135426A RU 2021135426 A RU2021135426 A RU 2021135426A RU 2822142 C2 RU2822142 C2 RU 2822142C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
claus
gas
sulfuric acid
claus reaction
reaction furnace
Prior art date
Application number
RU2021135426A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2021135426A (en
Inventor
Мортен Теллефсен
Пер Аддерхольм СЁРЕНСЕН
Мартин МЁЛЛЕРХОЙ
Мадс ЛЮККЕ
Original Assignee
Хальдор Топсёэ А/С
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Хальдор Топсёэ А/С filed Critical Хальдор Топсёэ А/С
Publication of RU2021135426A publication Critical patent/RU2021135426A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2822142C2 publication Critical patent/RU2822142C2/en

Links

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention relates to a process plant and a method of producing sulphur from feed gas. Method of producing sulphur consisting of 15 vol.%, 20 vol.%, 30 vol.%, 40 vol.% or 50-99 vol.% or 100 vol.% of H2S, and a stream of sulphuric acid includes the following steps: g. providing a Claus reaction furnace feed stream containing said feed gas, an amount of sulphuric acid, an amount of oxygen and optionally an amount of fuel, where amount of oxygen is substoichiometric, h. direction of said Claus reaction furnace feed stream into Claus reaction furnace operating at high temperature, such as above 900 °C, providing feed gas for Claus converter, i. cooling said feed gas for the Claus converter to provide a cooled feed gas for the Claus converter and optionally removing elementary sulphur from the gas, j. direction of said cooled feed gas for Claus converter after optional pre-heating for contact with a substance catalytically active in Claus reaction, k. removing the residual Claus reaction gas and elemental sulphur, optionally by cooling the effluent, from said substance catalytically active in the Claus reaction, l. directing a flow containing said residual Claus reaction gas to treating the residual Claus reaction gas, where said sulphuric acid directed into said Claus reaction furnace is in the form of droplets with a droplet size distribution characterized by fact that 90% of the mass of the droplets have diameter below 500 mcm, 200 mcm or 100 mcm, with the accompanying advantage of such a method, which effectively converts all liquid H2SO4 into gaseous H2SO4, and then into SO3 and, ultimately, into SO2, which is well suited for the Claus process.
EFFECT: high efficiency of producing elementary sulphur.
12 cl, 3 dwg, 2 tbl

Description

Настоящее изобретение относится к способу превращения H2S в элементарную серу и серную кислоту, необязательно при установленном соотношении между элементарной серой и серной кислотой.The present invention relates to a process for converting H 2 S into elemental sulfur and sulfuric acid, optionally at a specified ratio between elemental sulfur and sulfuric acid.

H2S является обычным побочным продуктом во многих процессах, включая гидрообессеривание потоков нефтеперерабатывающих заводов и производство вискозы. Желательно преобразовать H2S до выброса в атмосферу, поскольку H2S очень токсичен, имеет неприятный запах и представляет опасность для окружающей среды.H 2 S is a common by-product in many processes, including hydrodesulfurization of refinery streams and rayon production. It is advisable to convert H 2 S before release to the atmosphere because H 2 S is highly toxic, has an unpleasant odor and is hazardous to the environment.

Процессы нефтепереработки, помимо получения хорошо известного высококонцентрированного газа H2S, часто могут также производить так называемый газ из отпарной колонны кислых вод, который содержит H2S, Н2О и NH3 примерно в равных молярных количествах.Petroleum refining processes, in addition to producing the well-known highly concentrated H 2 S gas, can often also produce so-called sour water stripper gas, which contains H 2 S, H 2 O and NH 3 in approximately equal molar quantities.

В частности, на нефтеперерабатывающих заводах в качестве процесса для снижения выбросов H2S был выбран процесс Клауса, который был известен и оптимизировался более 8 десятилетий. Процесс Клауса протекает путем субстехиометрического сжигания H2S с образованием SO2 в печи реакции Клауса, обеспечивая сырьевой газ для конвертера Клауса. На последующих стадиях процесса Клауса H2S и SO2 преобразуют с образованием элементарной серы, которую можно конденсировать и отводить.In particular, in oil refineries, the Claus process, which has been known and optimized for more than 8 decades, was chosen as the process to reduce H2S emissions. The Claus process occurs by substoichiometric combustion of H 2 S to form SO 2 in a Claus reaction furnace, providing the feed gas for the Claus converter. In subsequent stages of the Claus process, H 2 S and SO 2 are converted to form elemental sulfur, which can be condensed and removed.

Как правило, эффективность удаления серы в процессе Клауса составляет от 95% до 98%, что недостаточно для соблюдения экологических норм. Поэтому общепринятой практикой является обработка остаточных газов после процесса Клауса, чтобы обеспечить снижение содержания серы выше 99%. Обработку остаточного газа иногда проводят на заводе по производству серной кислоты, что требует обращения с серной кислотой.Typically, the sulfur removal efficiency of the Claus process is 95% to 98%, which is not sufficient to meet environmental regulations. Therefore, it is common practice to treat residual gases from the Claus process to ensure sulfur reduction above 99%. Residual gas treatment is sometimes carried out in a sulfuric acid plant, which requires handling of sulfuric acid.

В настоящее время установлено, что серная кислота может быть рециркулирована в печь реакции Клауса, где она может способствовать образованию серы и, кроме того, предоставить возможности для оптимизации размеров оборудования для процесса Клауса и эксплуатационных затрат.It has now been found that sulfuric acid can be recycled to the Claus reaction furnace, where it can promote sulfur formation and also provide opportunities for optimizing Claus process equipment size and operating costs.

В WO 2012/152919 А1 представлен сернокислотный способ обработки остаточного газа реакции Клауса, в котором описано превращение H2S в H2SO4 в остаточном газе реакции Клауса. Стадии способа являются следующими:WO 2012/152919 A1 presents a sulfuric acid method for treating Claus reaction tail gas, which describes the conversion of H 2 S to H 2 SO 4 in the Claus reaction tail gas. The method steps are as follows:

1. Субстехиометрическое окисление1. Substoichiometric oxidation

2. Превращение согласно реакции Класуса2. Transformation according to the Klass reaction

3. Окисление восстановленных соединений серы (H2S) в остаточном газе реакции Клауса в обогащенной кислородом атмосфере при 400-700°С3. Oxidation of reduced sulfur compounds (H 2 S) in the residual gas of the Claus reaction in an oxygen-enriched atmosphere at 400-700°C

4. Каталитическое окисление SO4 до SO3 4. Catalytic oxidation of SO 4 to SO 3

5. Конденсация H2SO4 5. Condensation of H 2 SO 4

Признано, что продукт H2SO4 не всегда желателен, и предлагается рециркулировать серную кислоту на предшествующую стадию реакции Клауса или на стадию окисления H2S, как описано выше. Однако рециркуляция серной кислоты рассматривается просто как сокращение выбросов серной кислоты, и последствия рециркуляции H2SO4 для влажной серной кислоты или процесса Клауса не оценивались, т.е. не признано, что рециркуляция H2SO4 делает возможным уменьшить количество O2 (в виде воздуха, обогащенного воздуха или чистого кислорода), направляемого в печь реакции Клауса, а также реализовать положительное влияние на процессы реакции Клауса и серной кислоты.It is recognized that the H 2 SO 4 product is not always desirable and it is proposed to recycle the sulfuric acid to the upstream Claus reaction step or to the H 2 S oxidation step as described above. However, sulfuric acid recycling is considered simply as a reduction in sulfuric acid emissions, and the effects of H 2 SO 4 recycling on wet sulfuric acid or the Claus process have not been assessed, i.e. It is not recognized that recycling H 2 SO 4 makes it possible to reduce the amount of O 2 (in the form of air, enriched air or pure oxygen) sent to the Claus reaction furnace, as well as realize the positive effect on the Claus reaction and sulfuric acid processes.

В WO 2012/152919 А1 также раскрыто, что вспомогательное топливо может потребоваться как на стадии печи реакции Клауса, так и на стадии окисления H2S для получения желаемой рабочей температуры, без указания на реализацию полезных эффектов использования сырьевых газов в качестве вспомогательного топлива для оксигенации H2S в сернокислотном процессе.WO 2012/152919 A1 also discloses that auxiliary fuel may be required in both the Claus reaction furnace stage and the H 2 S oxidation stage to obtain the desired operating temperature, without reference to realizing the beneficial effects of using feed gases as auxiliary fuel for oxygenation H 2 S in the sulfuric acid process.

Таким образом, предложение рециркулировать H2SO4 в печь реакции Клауса само по себе не обеспечивает рабочий способ, а требует дополнительных модификаций способа.Thus, the proposal to recycle H 2 SO 4 into the Claus reaction furnace does not in itself provide a working method, but requires additional modifications to the method.

В соответствии с настоящим изобретением представлен способ превращения H2S в элементарную серу с повышенной эффективностью, в котором процесс Клауса сочетается с сернокислотным процессом. В соответствии с этим способом серная кислота, полученная в сернокислотном процессе обработки остаточного газа реакции Клауса, рециркулируется в печь реакции Клауса для разложения и получения элементарной серы.The present invention provides a process for converting H 2 S to elemental sulfur with increased efficiency, which combines the Claus process with the sulfuric acid process. According to this method, sulfuric acid produced in the sulfuric acid Claus reaction tail gas process is recycled to the Claus reaction furnace to decompose and produce elemental sulfur.

Для целей настоящего изобретения стехиометрическое количество кислорода должно быть определено при допущении, что продукты, полученные из N, Н, С, S и О в сырьевом газе, представляют собой N2, Н2О, CO2 и SO2. Если присутствует количество кислорода ниже стехиометрического (также называемое субстехиометрическим), это означает, что не все компоненты сырья полностью окислены. Для сырьевого газа реакции Клауса это означает, что технологический газ после субстехиометрического сжигания/реакции может содержать непрореагировавшие H2S, NH3 и углеводороды из потока (потоков) сырья, а также Н2, СО, COS и CS2, образовавшиеся в среде с дефицитом O2.For the purposes of the present invention, the stoichiometric amount of oxygen must be determined by assuming that the products derived from N, H, C, S and O in the feed gas are N 2 , H 2 O, CO 2 and SO 2 . If a lower than stoichiometric (also called substoichiometric) amount of oxygen is present, this means that not all components of the feed are fully oxidized. For Claus reaction feed gas, this means that the process gas after substoichiometric combustion/reaction may contain unreacted H 2 S, NH 3 and hydrocarbons from the feed stream(s), as well as H 2 , CO, COS and CS 2 formed in the environment with O 2 deficiency.

Для целей настоящей заявки топливо определяется как вещество, состав которого при окислении O2 образует N2, Н2О, CO2 и SO2 в качестве продукта реакции и высвобождает значительное количество энергии в результате реакций. Смесь углеводородов (например, природного газа с CH4 и C2H6), а также H2S является типичным топливным газом, но топливный газ может также содержать СО, NH3 и Н2.For the purposes of this application, a fuel is defined as a substance whose composition upon oxidation of O 2 produces N 2 , H 2 O, CO 2 and SO 2 as a reaction product and releases a significant amount of energy as a result of the reactions. A mixture of hydrocarbons (eg natural gas with CH 4 and C 2 H 6 ) and H 2 S is a typical fuel gas, but fuel gas may also contain CO, NH 3 and H 2 .

Для целей настоящего изобретения под кислородом (O2) понимается поток, содержащий O2, такой как воздух, обогащенный воздух и чистый кислород, но также может быть и другой газ, содержащий O2.For the purposes of the present invention, oxygen (O 2 ) refers to an O 2 containing stream such as air, enriched air and pure oxygen, but may also be other O 2 containing gas.

Согласно широкому аспекту настоящее изобретение относится к способу получения серы из сырьевого газа, состоящего из 15%, 20%, 30 об.%, 40 об.% или 50% - 99 об.% или 100 об.% H2S, и потока серной кислоты, включающий стадииAccording to a broad aspect, the present invention relates to a process for producing sulfur from a feed gas consisting of 15%, 20%, 30 vol.%, 40 vol.% or 50% - 99 vol.% or 100 vol.% H 2 S, and a stream sulfuric acid, including stages

a. обеспечения сырьевого потока печи реакции Клауса, содержащего указанный сырьевой газ, количество серной кислоты, количество кислорода и необязательно количество топлива, где количество кислорода является субстехиометрическим,a. providing a Claus reaction furnace feed stream containing said feed gas, an amount of sulfuric acid, an amount of oxygen, and optionally an amount of fuel, where the amount of oxygen is substoichiometric,

b. направления указанного сырьевого потока печи реакции Клауса в печь реакции Клауса, работающую при повышенной температуре, как например выше 900°С, обеспечивая сырьевой газ для конвертера Клаусаb. directing said Claus reaction furnace feed stream to a Claus reaction furnace operating at an elevated temperature, such as above 900°C, providing feed gas for the Claus converter

c. охлаждения указанного сырьевого газа для конвертера Клауса с обеспечением охлажденного сырьевого газа для конвертера Клауса и необязательно отведения элементарной серы из газаc. cooling said feed gas for the Claus converter, providing cooled feed gas for the Claus converter and optionally removing elemental sulfur from the gas

d. направления указанного охлажденного сырьевого газа для конвертера Клауса после необязательного предварительного нагрева для контакта с веществом, каталитически активным в реакции Клауса,d. directing said cooled feed gas to the Claus converter, after optional preheating, into contact with a substance catalytically active in the Claus reaction,

e. отвода остаточного газа реакции Клауса и элементарной серы, необязательно посредством охлаждения выходящего потока, от указанного вещества, каталитически активного в реакции Клауса,e. removing residual Claus reaction gas and elemental sulfur, optionally by cooling the effluent, from said Claus reaction catalytically active substance,

f. направления потока, содержащего указанный остаточный газ реакции Клауса, на обработку остаточного газа реакции Клауса,f. directing a stream containing said residual Claus reaction gas to treat the residual Claus reaction gas,

где указанная серная кислота, направленная в указанную печь реакции Клауса, находится в форме капель с распределением капель по размеру, характеризующимся тем, что 90% массы капель имеют диаметр ниже 500 мкм, 200 мкм или 100 мкм, с сопутствующим преимуществом такого способа, эффективно превращающего всю жидкую H2SO4 в газообразную H2SO4, а затем в SO3 и, в конечном итоге, в SO2, что хорошо подходит для процесса Клауса.wherein said sulfuric acid sent to said Claus reaction furnace is in the form of droplets with a droplet size distribution characterized in that 90% of the droplet mass has a diameter below 500 µm, 200 µm or 100 µm, with the concomitant advantage of such a process effectively converting all liquid H 2 SO 4 into gaseous H 2 SO 4 and then into SO 3 and ultimately into SO 2 , which is well suited to the Claus process.

Согласно другому варианту осуществления по меньшей мере, количество серной кислоты направляют в указанную печь реакции Клауса через по меньшей мере одно воздушное сопло, получая серную кислоту и распыляющую среду, с сопутствующим преимуществом такого сопла, образующего мелкие капли, подходящие для быстрого испарения. Воздушные сопла также известны специалисту в данной области под терминами «пневмораспылители» или «двухфазные форсунки».According to another embodiment, at least an amount of sulfuric acid is directed into said Claus reaction furnace through at least one air nozzle, producing sulfuric acid and an atomizing medium, with the concomitant advantage of such a nozzle producing fine droplets suitable for rapid evaporation. Air nozzles are also known to one skilled in the art as "pneumatic atomizers" or "two-phase nozzles."

Согласно другому варианту осуществления распыляющая среда представляет собой сжатый воздух, и поток составляет от 25 Нм3 воздух/тонна кислоты или 50 Нм3 воздух/тонна кислоты л 200 Нм3 воздух/тонна кислоты или 500 Нм3 воздух/тонна кислоты, с сопутствующим преимуществом такой форсунки, работающей при этих параметрах, с образованием мелких капель с низким расходом распыляющей среды.According to another embodiment, the atomizing medium is compressed air and the flow is between 25 Nm 3 air/ton acid or 50 Nm 3 air/ton acid l 200 Nm 3 air/ton acid or 500 Nm 3 air/ton acid, with the attendant advantage such a nozzle, operating at these parameters, with the formation of small droplets with a low flow rate of the atomizing medium.

Согласно другому варианту осуществления по меньшей мере количество серной кислоты направляют в указанную печь реакции Клауса через по меньшей мере одно гидравлическое сопло, предназначенное для образования мелких капель, с сопутствующим преимуществом гидравлического сопло, которое просто в эксплуатации, обеспечивая достаточно мелкие капли, без разбавления технологического газа любой распыляющей средой.In another embodiment, at least an amount of sulfuric acid is directed into said Claus reaction furnace through at least one hydraulic nozzle designed to produce fine droplets, with the attendant advantage of a hydraulic nozzle that is easy to operate, producing sufficiently fine droplets, without diluting the process gas any spray medium.

Согласно другому варианту осуществления среднее время пребывания технологического газа в печи реакции Клауса составляет менее 5 секунд, более предпочтительно менее 2 секунд, с соответствующим преимуществом такой реакционной печи, имеющей соответствующий размер, в то же время предоставляя достаточное время для испарения капель серной кислоты, а также необходимое частичное химическое преобразование H2S и SO2 в элементарную серу.In another embodiment, the average residence time of the process gas in the Claus reaction furnace is less than 5 seconds, more preferably less than 2 seconds, with the corresponding advantage of such a reaction furnace being suitably sized while still allowing sufficient time for the sulfuric acid droplets to evaporate, as well as the necessary partial chemical conversion of H 2 S and SO 2 to elemental sulfur.

Согласно другому варианту осуществления печь реакции Клауса включает один или несколько усилителей турбулентности с сопутствующим преимуществом, заключающимся в сокращении времени пребывания, температуры и распределения состава газа в печи реакции Клауса.In another embodiment, the Claus reaction furnace includes one or more turbulence enhancers with the associated benefit of reducing residence time, temperature, and gas composition distribution in the Claus reaction furnace.

Согласно другому варианту осуществления печь реакции Клауса содержит средство импакции, такое как ударная стенка или объем, заполненный инертным материалом, с соответствующим преимуществом разрушения капель при столкновении, чтобы гарантировать отсутствие жидкой H2SO4 в сырьевом газе для конвертера Клауса.According to another embodiment, the Claus reaction furnace includes an impacting means, such as an impact wall or volume filled with inert material, with the corresponding advantage of breaking the droplets upon impact to ensure that there is no liquid H 2 SO 4 in the feed gas to the Claus converter.

Согласно другому варианту осуществления указанная обработка остаточного газа реакции Клауса включает стадииAccording to another embodiment, said treatment of the Claus reaction tail gas comprises the steps

g. направления потока, содержащего указанный остаточный газ реакции Клауса, кислород и топливо в качестве сырьевого газа, в камеру сгорания остаточного газа реакции Клауса, работающую при температуре выше 900°С, или каталитическое средство для окисления, обеспечивающее сырьевой газ для конвертера SO2,g. directing a stream containing said Claus reaction residual gas, oxygen and fuel as feed gas into a Claus reaction residual gas combustion chamber operating at a temperature above 900° C. or an oxidation catalyst providing feed gas for the SO 2 converter,

h. направления указанного сырьевого газа для конвертера SO2 для контакта с веществом, каталитически активным при окислении SO2 до SO3, обеспечивая газ, обогащенный SO3,h. directing said feed gas to the SO 2 converter into contact with a substance catalytically active in the oxidation of SO 2 to SO 3 , providing a gas enriched in SO 3 ,

i. превращения указанного газа, обогащенного SO3, в концентрированную серную кислоту, либо путем абсорбции SO3 серной кислотой, либо путем гидратации SO3, охлаждения и конденсации серной кислоты,i. converting said SO3 -rich gas into concentrated sulfuric acid, either by absorption of SO3 by sulfuric acid or by hydration of SO3 , cooling and condensation of the sulfuric acid,

j. рециклизации по меньшей мере части полученной серной кислоты в печь реакции Клауса,j. recycling at least a portion of the resulting sulfuric acid to a Claus reaction furnace,

с сопутствующим преимуществом такого процесса, имеющего высокую конверсию и тепловую эффективность и позволяющего избежать нежелательного образования серной кислоты. Использование печи реакции Клауса и камеры сгорания остаточного газа реакции Клауса, работающей при температуре выше 900°С, обеспечивает полную конверсию присутствующих компонентов, и это может необязательно требовать присутствия топлива в дополнение к сырьевому газу. Кроме того, в печи реакции Клауса будут иметь место гомогенные реакции Клауса, так что сера может быть отведена при охлаждении сырьевого газа для конвертера Клауса. Поток, подаваемый в камеру сгорания остаточного газа реакции Клауса, обычно может включать H2S в качестве топлива из остаточного газа реакции Клауса, и/или отдельный поток, содержащий H2S, углеводород или другое топливо. В дополнение к упомянутым стадиям способа способ может включать дополнительные стадии, такие как теплообмен для изменения температуры (или иным образом кондиционирования технологических потоков) до диапазона, соответствующего происходящим процессам.with the attendant advantage of such a process having high conversion and thermal efficiency and avoiding the unwanted formation of sulfuric acid. The use of a Claus reaction furnace and a Claus reaction tail gas combustor operating at temperatures above 900° C. ensures complete conversion of the components present, and this may not necessarily require the presence of fuel in addition to the feed gas. In addition, homogeneous Claus reactions will take place in the Claus reaction furnace, so that sulfur can be removed while cooling the feed gas for the Claus converter. The stream fed to the Claus tail gas combustor may typically include H 2 S as a Claus tail gas fuel, and/or a separate stream containing H 2 S, a hydrocarbon, or other fuel. In addition to the mentioned method steps, the method may include additional steps, such as heat exchange to change the temperature (or otherwise condition the process streams) to a range appropriate to the processes occurring.

Согласно другому варианту осуществления сырьевой газ печи реакции Клауса содержит менее 0.1 об.% неэлементарного азота, как например NH3, с сопутствующим преимуществом, заключающимся в предотвращении образования, например, солей аммония, которые могут закупорить конденсатор(ы) Клауса.According to another embodiment, the Claus reaction furnace feed gas contains less than 0.1 vol.% non-elemental nitrogen, such as NH 3 , with the concomitant advantage of preventing the formation of, for example, ammonium salts that could plug the Claus condenser(s).

Согласно другому варианту осуществления сырьевой поток печи реакции Клауса содержит менее 50%, 20%, 10% или 1% элементарного азота с сопутствующим преимуществом обеспечения процесса с высокой температурой в печи реакции Клауса и уменьшенного объема технологического газа из-за уменьшенного присутствия N2, избегая при этом чрезмерных температур ниже по ходу потока, поскольку испарение серной кислоты охлаждает технологический газ. Этого можно добиться, используя в качестве источника кислорода чистый O2 или воздух, обогащенный кислородом.In another embodiment, the Claus reaction furnace feed stream contains less than 50%, 20%, 10%, or 1% elemental nitrogen with the attendant advantage of providing a high temperature process in the Claus reaction furnace and a reduced volume of process gas due to the reduced presence of N 2 avoiding at the same time, excessive temperatures are lower downstream, since the evaporation of sulfuric acid cools the process gas. This can be achieved by using pure O2 or oxygen enriched air as an oxygen source.

В альтернативном способе стадии d и е выполняются последовательно 2-5 раз, что дает преимущество, заключающееся в обеспечении более высокой конверсии в способе.In an alternative process, steps d and e are performed 2-5 times sequentially, which has the advantage of providing higher conversion in the process.

Согласно другому варианту осуществления соотношение H2S:SO2 указанного сырьевого газа для конвертера Клауса ниже 4:1, 3:1 или 2:1, с сопутствующим преимуществом такого сырьевого газа, обеспечивающего остаточный газ реакции Клауса, содержащий H2S, для камеры сгорания остаточного газа реакции Клауса, сводя к минимуму необходимость добавления топливного газа, поскольку окисление H2S высвобождает значительное количество энергии, тогда как SO2 не выделяет энергию в камере сгорания остаточного газа реакции Клауса.In another embodiment, the H 2 S:SO 2 ratio of said Claus converter feed gas is less than 4:1, 3:1 or 2:1, with the concomitant advantage of such feed gas providing a residual Claus reaction gas containing H 2 S to the chamber combustion of the Claus reaction tail gas, minimizing the need to add fuel gas since the oxidation of H 2 S releases a significant amount of energy, whereas SO 2 releases no energy in the Claus reaction tail gas combustion chamber.

Согласно другому варианту осуществления, соотношение H2S:SO2 указанного газа для конвертера Клауса ниже 1,6:1, 1,8:1 или 2:1, с сопутствующим преимуществом наличия по существу свободного от H2S остаточного газа реакции Клауса. На расположенном ниже по ходу потока устройстве по производству серной кислоты это может быть преимуществом, так как SO2 не будет окисляться без катализатора конверсии SO2, и, таким образом, можно будет предварительно нагреть остаточный газ реакции Клауса с комбинацией каталитического окисления SO2 (управляемый байпас сырьевого газа, содержащего H2S) и рециркуляция технологического газа вокруг каталитического окисления H2S, так что повышение температуры на катализаторе окисления H2S можно точно контролировать. При неизвестной и/или изменяющейся концентрации H2S в остаточном газе реакции Клауса высок риск перегрева катализатора окисления H2S.In another embodiment, the H 2 S:SO 2 ratio of said Claus converter gas is less than 1.6:1, 1.8:1, or 2:1, with the concomitant benefit of having a substantially H 2 S-free Claus reaction tail gas. In a downstream sulfuric acid plant this may be advantageous since the SO2 will not be oxidized without a SO2 conversion catalyst and thus the tail gas of the Claus reaction can be preheated with a combination of SO2 catalytic oxidation (controlled feed gas bypass containing H 2 S) and process gas recirculation around the H 2 S oxidation catalytic process so that the temperature rise across the H 2 S oxidation catalyst can be precisely controlled. With an unknown and/or varying concentration of H2S in the tail gas of the Claus reaction, there is a high risk of overheating of the H2S oxidation catalyst.

Согласно другому варианту осуществления способ дополнительно включает стадию направления количества дополнительного сырьевого газа в указанную камеру сгорания остаточного газа реакции Клауса с сопутствующим преимуществом обеспечения дополнительной серы и топлива для сернокислотного процесса. Дополнительный сырьевой газ может содержать примеси, которые могут быть сожжены до обработки сернокислотным процессом, и/или сероводород и другие виды топлива, которые могут способствовать производству серной кислоты и сжиганию в камере сгорания остаточного газа реакции Клауса. Если дополнительный сырьевой газ содержит большое количество инертных газов или топлива, не содержащего серы, преимущество способа также состоит в том, что он позволяет избежать увеличения размера конвертера Клауса из-за второстепенного потока. Дополнительный сырьевой газ может происходить из того же источника, что и сырьевой газ, или из другого источника.According to another embodiment, the method further includes the step of directing an amount of additional feed gas to said Claus reaction residual gas combustion chamber with the attendant advantage of providing additional sulfur and fuel for the sulfuric acid process. The additional feed gas may contain impurities that may be burned prior to treatment by the sulfuric acid process, and/or hydrogen sulfide and other fuels that may contribute to the production of sulfuric acid and combustion of the residual Claus reaction gas in the combustion chamber. If the additional feed gas contains a large amount of inert gases or sulfur-free fuel, the method also has the advantage of avoiding the increase in size of the Claus converter due to the secondary stream. The additional feed gas may come from the same source as the feed gas or from a different source.

Согласно другому варианту осуществления указанный дополнительный сырьевой газ содержит более 5 об.% неэлементарного азота, такого как аммиак, с сопутствующим преимуществом, заключающимся в обеспечении способа, в котором компоненты неэлементарного азота, которые могут быть трудно окисляемы в субстехиометрической атмосфере печи реакции Клауса, можно направить в камеру сгорания остаточного газа реакции Клауса. Такой способ может быть особенно выгоден, если дополнительным сырьевым газом является газ отпарной колонны кислых вод (SWS), содержащий 10об.%-50об.% H2S, 10об.%-50об.% NH3 и 10об.%-50об.% Н2О - где в процессе Клауса желателен только H2S, a NH3 проблематичен в процессе Клауса из-за потенциальной закупорки солями аммония. Вместо этого такой газ SWS может быть направлен на устройство по производству серной кислоты, где хорошо зарекомендовали себя работы с NH3 из-за преобладающего там избытка кислорода.According to another embodiment, said additional feed gas contains more than 5 vol.% non-elemental nitrogen, such as ammonia, with the concomitant advantage of providing a process in which components of non-elemental nitrogen that may be difficult to oxidize in the substoichiometric atmosphere of a Claus reaction furnace can be directed into the combustion chamber of the residual gas of the Claus reaction. This process may be particularly advantageous if the additional feed gas is sour water stripper (SWS) gas containing 10 vol%-50 vol% H 2 S, 10 vol%-50 vol% NH 3 and 10 vol%-50 vol% NH 3 H 2 O - where in the Claus process only H 2 S is desired and NH 3 is problematic in the Claus process due to potential plugging with ammonium salts. Instead, such SWS gas can be sent to a sulfuric acid plant, where NH 3 works well due to the excess oxygen that prevails there.

Согласно другому варианту осуществления количество серы в дополнительном сырьевом газе составляет по меньшей мере 1%, 2% или 5% от общего количества элементарной серы, отводимой из процесса, с сопутствующим преимуществом такого сырьевого газа, который может обеспечивать тепловую энергию, а также вносить свой вклад в уменьшение серы.In another embodiment, the amount of sulfur in the additional feed gas is at least 1%, 2% or 5% of the total elemental sulfur removed from the process, with the concomitant advantage of such feed gas being able to provide thermal energy as well as contribute in reducing sulfur.

Согласно другому варианту осуществления вещество, каталитически активное в реакции Клауса, содержит активированный оксид алюминия (III) или оксид титана (IV) с сопутствующим преимуществом такого вещества, обеспечивающего эффективный процесс производства элементарной серы.In another embodiment, the Claus catalytically active substance comprises activated aluminum (III) oxide or titanium (IV) oxide, with the concomitant benefit of such a substance providing an efficient elemental sulfur production process.

Согласно другому варианту осуществления стадию (d) проводят при давлении 200 от мбар изб. до 700 мбар изб., температуре от 200°С до 350°С и объемной скорости от 800 Нм3/ч/м3 до 3000 Нм3/ч/м3, с сопутствующим преимуществом таких условий, эффективных для производства элементарной серы.According to another embodiment, step (d) is carried out at a pressure of 200 mbarg. up to 700 mbarg, temperatures from 200°C to 350°C and flow rates from 800 Nm 3 /h/m 3 to 3000 Nm 3 /h/m 3 , with the concomitant advantage of such conditions being effective for the production of elemental sulfur.

Согласно другому варианту осуществления стадию (d) проводят при температуре от 100°С до 150°С, а стадия (е) включает стадию периодического нагревания указанного вещества, каталитически активного в реакции Клауса, для обеспечения отвода конденсированной элементарной серы в жидкую или газовую фазу, с сопутствующим преимуществом низкой температуры, благоприятной для достижения очень высокой конверсии SO2 и H2S в элементарную серу, как из-за низкой температуры, так и из-за удаления продукта реакции, что обеспечивает еще лучшие условия для высокой.According to another embodiment, step (d) is carried out at a temperature of from 100°C to 150°C, and step (e) includes the step of periodically heating the specified substance, catalytically active in the Claus reaction, to ensure the removal of condensed elemental sulfur into the liquid or gas phase, with the concomitant advantage of low temperature being favorable for achieving very high conversions of SO 2 and H 2 S to elemental sulfur, both due to the low temperature and the removal of the reaction product, providing even better conditions for high.

Согласно другому варианту осуществления указанное вещество, каталитически активное при превращении SO2 в SO3, содержит ванадий, с сопутствующим преимуществом такого вещества, обеспечивающим эффективный способ получения серной кислоты.According to another embodiment, said substance catalytically active in converting SO 2 to SO 3 contains vanadium, with the concomitant advantage of such a substance providing an efficient method for producing sulfuric acid.

Согласно другому варианту осуществления указанная стадия (h) окисления SO2 в SO3 проводится при давлении от 50 мбар изб до 200 мбар изб., температуре от 370°С до 530°С и объемной скорости от 800 Нм3/ч/м3 до 1500 Нм3/ч/м3, на слой катализатора, с сопутствующим преимуществом таких условий, которые эффективны для окисления SO2 с образованием SO3.According to another embodiment, said step (h) of oxidation of SO 2 to SO 3 is carried out at a pressure of 50 mbarg to 200 mbarg, a temperature of 370° C. to 530° C. and a space velocity of 800 Nm 3 /h/m 3 to 1500 Nm 3 /h/m 3 , per catalyst bed, with the concomitant advantage of conditions that are effective in oxidizing SO 2 to form SO 3 .

Согласно другому варианту осуществления количество серы в потоке серной кислоты составляет более 1%, 3% или 5% и менее 17%, 21% или 25% от общего количества элементарной серы, отводимой из процесса. Рециркуляция выше нижних пределов имеет то преимущество, что обеспечивает эффект уменьшения объема технологического газа, в то время как рециркуляция меньше верхних пределов позволяет избежать ситуации, когда в печь реакции Клауса необходимо добавлять дополнительное топливо, что приводит к дополнительным объему процесса и эксплуатационным расходам.In another embodiment, the amount of sulfur in the sulfuric acid stream is greater than 1%, 3%, or 5% and less than 17%, 21%, or 25% of the total elemental sulfur removed from the process. Recirculation above the lower limits has the advantage of having the effect of reducing the volume of process gas, while recirculation below the upper limits avoids the situation where additional fuel must be added to the Claus reaction furnace, resulting in additional process volume and operating costs.

Согласно другому варианту осуществления серная кислота в потоке серной кислоты распыляется в указанной печи реакции Клауса с использованием воздушных сопел (приводимых в действие сжатым воздухом или другим сжатым газом, таким как пар или азот) или гидравлических сопел (также известных как нагнетательные сопла), и при этом время пребывания в печи реакции Клауса составляет по меньшей мере 0,5 секунды, 1 секунду или 1,5 секунды, при этом связанное с этим преимущество такого времени пребывания состоит в достаточности для полного испарения капель серной кислоты.In another embodiment, the sulfuric acid in the sulfuric acid stream is atomized in said Claus reaction furnace using air nozzles (powered by compressed air or other compressed gas such as steam or nitrogen) or hydraulic nozzles (also known as pressure nozzles), and wherein the residence time in the Claus reaction furnace is at least 0.5 seconds, 1 second or 1.5 seconds, with the associated advantage of such a residence time being sufficient for complete evaporation of the sulfuric acid droplets.

Согласно другому варианту осуществления молярное соотношение H2S:O2 компонентов, направляемых в печь реакции Клауса, составляет по меньшей мере 2,5, с сопутствующим преимуществом такого низкого содержания кислорода, обеспечивающим субсте-хиометрическую частичную конверсию H2S в SO2, посредством вклада термической диссоциации H2SO4, добавляя оставшийся O2 для получения желаемого соотношения H2S:SO2 2,0 в сырьевой газ для конвертера Клауса.According to another embodiment, the molar ratio of H 2 S:O 2 components sent to the Claus reaction furnace is at least 2.5, with the concomitant advantage of such low oxygen content providing substoichiometric partial conversion of H 2 S to SO 2 by contribution of thermal dissociation of H 2 SO 4 by adding the remaining O 2 to obtain the desired H 2 S:SO 2 ratio of 2.0 in the feed gas for the Claus converter.

Согласно другому варианту осуществления количество газа в процессе охлаждают и направляют выше по ходу потока для контроля температуры процесса, что дает возможность активного контроля температуры сильно экзотермических процессов.In another embodiment, the amount of gas in the process is cooled and directed upstream to control the process temperature, allowing active temperature control of highly exothermic processes.

Согласно другому варианту осуществления один или несколько потоков, направленных в указанную печь реакции Клауса, предварительно нагреваются посредством теплообмена с горячим технологическим потоком, что позволяет свести к минимуму или избежать требований к вспомогательному топливу для достижения желаемой температуры для испарения серной кислоты и конверсии сырья.In another embodiment, one or more streams directed to said Claus reaction furnace are preheated by heat exchange with the hot process stream, thereby minimizing or avoiding auxiliary fuel requirements to achieve the desired temperature for sulfuric acid vaporization and feed conversion.

Согласно другому варианту осуществления один или несколько потоков, направляемых в указанную камеру сгорания остаточного газа реакции Клауса, предварительно нагревают посредством теплообмена с горячим технологическим потоком с соответствующим преимуществом минимизации или устранения требования вспомогательного топлива для достижения желаемой температуры сгорания и последующего окисления SO2.In another embodiment, one or more streams directed to said Claus reaction tail gas combustion chamber is preheated by heat exchange with the hot process stream with the corresponding advantage of minimizing or eliminating the requirement of auxiliary fuel to achieve the desired combustion temperature and subsequent SO 2 oxidation.

Согласно другому варианту осуществления по меньшей мере один из указанных каталитически активных веществ для окисления SO2 в SO3 или H2S в элементарную серу и/или по меньшей мере один продукт, отводимый из одного из указанных каталитически активных веществ, охлаждают путем теплообмена, такого как межслойный теплообмен или каталитический реактор с внутренним охлаждением, с сопутствующим преимуществом, позволяющим активно контролировать температуру сильно экзотермических процессов посредством межслойного теплообмена или каталитического реактора с внутренним охлаждением, такого как реактор с кипящей водой, имеющий трубчатый или пластинчатый охлаждающий контур.According to another embodiment, at least one of said catalytically active substances for the oxidation of SO 2 to SO 3 or H 2 S to elemental sulfur and/or at least one product withdrawn from one of said catalytically active substances is cooled by heat exchange, such as an interlayer heat exchange or internally cooled catalytic reactor, with the concomitant advantage of allowing the temperature of highly exothermic processes to be actively controlled by an interlayer heat exchange or internally cooled catalytic reactor, such as a boiling water reactor having a tubular or plate cooling loop.

Согласно другому аспекту настоящее изобретение относится к технологической установке, содержащей печь реакции Клауса, утилизационный котел Клауса, секцию конверсии Клауса, камеру сгорания остаточного газа реакции Клауса и секцию серной кислоты, где печь реакции Клауса имеет вход в печь, вход и выход сопла кислоты, утилизационный котел Клауса имеет вход для газа, выход для газа и выход для элементарной серы, секция конверсии Клауса имеет вход для газа, выход для газа и выход для элементарной серы, камера сгорания остаточного газа реакции Клауса имеет вход и выход, и секция серной кислоты имеет вход для газа, выход для газа и выход для серной кислоты, и где вход в печь реакции Клауса сконфигурирован для получения сырьевого газа и окислителя, а выход печи реакции Клауса сконфигурирован для жидкостного сообщения с входом утилизационного котла Клауса, где выход утилизационного котла Клауса сконфигурирован для жидкостного сообщения с входом секции конверсии Клауса, и где вход камеры сгорания остаточного газа реакции Клауса сконфигурирован для жидкостного сообщения с выходом указанного выхода секции конверсии Клауса для газа, причем выход камеры сгорания остаточного газа реакции Клауса сконфигурирован для жидкостного сообщения с входом в секцию серной кислоты, отличающейся дополнительно тем, что выход для серной кислоты секции серной кислоты находится в жидкостном сообщении с входом сопла кислоты указанной печи реакции Клауса, с сопутствующим преимуществом такого процесса, позволяющим избежать нежелательного производства серной кислоты, а также уменьшить объем технологического газа.According to another aspect, the present invention relates to a process plant comprising a Claus reaction furnace, a Claus recovery boiler, a Claus conversion section, a Claus reaction residual gas combustion chamber, and a sulfuric acid section, where the Claus reaction furnace has a furnace inlet, an acid nozzle inlet and an outlet, a recovery The Claus boiler has a gas inlet, a gas outlet and an elemental sulfur outlet, the Claus conversion section has a gas inlet, a gas outlet and an elemental sulfur outlet, the Claus reaction tail gas combustion chamber has an inlet and an outlet, and the sulfuric acid section has an inlet. for gas, a gas outlet and a sulfuric acid outlet, and wherein the Claus reaction furnace inlet is configured to receive feed gas and oxidant, and the Claus reaction furnace outlet is configured for liquid communication with the Claus recovery boiler inlet, where the Claus recovery boiler outlet is configured for liquid communication with an input of the Claus conversion section, and wherein the input of a Claus reaction residual gas combustion chamber is configured for liquid communication with an output of said Claus conversion section output for gas, wherein the output of the Claus reaction residual gas combustion chamber is configured for liquid communication with an input of a sulfuric acid section different further in that the sulfuric acid outlet of the sulfuric acid section is in fluid communication with the acid nozzle inlet of said Claus reaction furnace, with the attendant advantage of such a process avoiding unwanted production of sulfuric acid as well as reducing the volume of process gas.

Согласно другому варианту осуществления технологическая установка дополнительно содержит резервуар для хранения серы, имеющий объем, соответствующий количеству серной кислоты, отводимому из выхода для серной кислоты секции серной кислоты, за от 1 дня до 4 дней, с сопутствующим преимуществом разделения процесса Клауса и сернокислотного процесса, обеспечивающим стабилизированную работу технологической установкиAccording to another embodiment, the process unit further comprises a sulfur storage tank having a volume corresponding to the amount of sulfuric acid withdrawn from the sulfuric acid outlet of the sulfuric acid section in 1 day to 4 days, with the concomitant advantage of separating the Claus process and the sulfuric acid process, providing stabilized operation of the process unit

Настоящее изобретение описывает комбинацию процесса Клауса и сернокислотного процесса, которая может эффективно производить количество серной кислоты, необходимое для технологической установки, или даже избегать производства серной кислоты и превращать избыток серной кислоты в элементарную серу, которую можно транспортировать, в другие места.The present invention describes a combination of the Claus process and the sulfuric acid process that can efficiently produce the amount of sulfuric acid needed for a process plant, or even avoid the production of sulfuric acid and convert excess sulfuric acid into elemental sulfur that can be transported to other locations.

Для максимального превращения в элементарную серу 1/3 H2S должна быть преобразована в SO2.For maximum conversion to elemental sulfur, 1/3 of H 2 S should be converted to SO 2 .

Стехиометрическое соотношение между H2S и SO2 контролируют, контролируя количество кислорода в печи реакции Клауса. Кислород обычно подают с атмосферным воздухом, но также может быть воздух, обогащенный O2, или даже чистый O2.The stoichiometric ratio between H 2 S and SO 2 is controlled by controlling the amount of oxygen in the Claus reaction furnace. Oxygen is usually supplied with atmospheric air, but can also be air enriched with O 2 or even pure O 2 .

Добавление кислорода в печь реакции Клауса должно также учитывать количество NH3, СО, Н2 и углеводородов в потоках сырья.The addition of oxygen to the Claus reaction furnace must also take into account the amount of NH 3 , CO, H 2 and hydrocarbons in the feed streams.

Если температура горения в печи реакции Клауса меньше 1100°С, превращение, например, NH3 может быть неполным. Следствием этого будет сырьевой газ для конвертера Клауса, имеющий возможность образования солей аммиака, таких как (NH4)2SO4 и (NH4)2S2O3, которые могут закупорить конденсатор Клауса.If the combustion temperature in the Claus reaction furnace is less than 1100°C, the conversion of, for example, NH 3 may be incomplete. The consequence of this will be that the feed gas to the Claus converter has the potential to form ammonia salts such as (NH 4 ) 2 SO 4 and (NH 4 ) 2 S 2 O 3 which can plug the Claus condenser.

Частично окисленный сырьевой газ для конвертера Клауса затем превращают в элементарную серу с помощью следующих реакций при температуре обычно выше 200°С в присутствии каталитически активного вещества, такого как активированный оксид алюминия (III) или титана (IV).The partially oxidized Claus converter feed gas is then converted to elemental sulfur by the following reactions at temperatures typically above 200° C. in the presence of a catalytically active substance such as activated alumina (III) or titanium (IV) oxide.

Часто 3-4 конвертера Клауса работают последовательно, чтобы увеличить превращение до максимума, что увеличивает стоимость установки Клауса.Often 3-4 Claus converters are operated in series to maximize conversion, which increases the cost of a Claus installation.

Контроль температуры в процессе Клауса важен для обеспечения того, чтобы элементарная сера, образующаяся в каталитическом нейтрализаторе, оставалась газообразной, так что она конденсируется только в желаемом положении процесса. Еще одно ограничение связано с тем фактом, что, поскольку процесс Клауса является экзотермическим, выгодно работать при низких температурах.Temperature control in the Claus process is important to ensure that the elemental sulfur produced in the catalyst remains gaseous so that it condenses only at the desired position in the process. Another limitation stems from the fact that since the Claus process is exothermic, it is advantageous to operate at low temperatures.

Альтернативой вышеуказанному процессу является так называемый процесс Клауса при температуре ниже точки росы, в котором каталитически активное вещество работает при температурах, при которых элементарная сера не находится в газовой фазе. Для такого процесса Клауса при температуре ниже точки росы потребуется соответствующая схема отвода конденсированной серы, т.е. пульсированием температуры и продувкой элементарной серы инертным газом.An alternative to the above process is the so-called sub-dew point Claus process, in which the catalytically active substance is operated at temperatures at which elemental sulfur is not in the gas phase. For such a Claus process at temperatures below the dew point, an appropriate condensed sulfur removal circuit will be required, i.e. pulsing the temperature and purging elemental sulfur with an inert gas.

Даже при последовательном подключении 3-4 конвертеров/конденсаторов/перегревателей Клауса невозможно достичь извлечения серы более -98%, что недостаточно для соблюдения большинства экологических норм. Поэтому установка Клауса обычно оснащена так называемой установкой реакции Клауса для остаточного газа, одним из примеров которой является упомянутый выше процесс при температуре ниже точки росы. Существует множество процессов с остаточными газами, имеющих различные характеристики. Для достижения очень высокой эффективности удаления эти установки реакции Клауса для остаточного газа усложняются и приближаются к той же стоимости, что и сама установка Клауса.Even with 3-4 Claus converters/capacitors/superheaters connected in series, it is impossible to achieve sulfur recovery greater than -98%, which is not enough to meet most environmental regulations. Therefore, a Claus plant is usually equipped with a so-called residual gas Claus reaction plant, one example of which is the sub-dew point process mentioned above. There are many residual gas processes with different characteristics. To achieve very high removal efficiencies, these residual gas Claus reaction plants become more complex and approach the same cost as the Claus plant itself.

Полученная элементарная сера, как правило, не имеет прямого применения на заводах, производящих поток отходов, содержащих H2S, но элементарную серу легко транспортировать на другие объекты и хранить в течение длительного периода времени.The resulting elemental sulfur generally has no direct use in plants producing waste streams containing H 2 S, but elemental sulfur is easily transported to other sites and stored for long periods of time.

Общепринятой альтернативой процессу Клауса является превращение H2S в серную кислоту, т.е. так называемым влажным сернокислотным процессом. Полученная серная кислота может использоваться в других химических процессах на заводе. Влажный сернокислотный процесс может также представлять собой очистку остаточных газов технологической установки Клауса. Аналогичный процесс с использованием сухой серной кислоты также может найти применение в этом отношении.A common alternative to the Claus process is to convert H2S to sulfuric acid, i.e. the so-called wet sulfuric acid process. The resulting sulfuric acid can be used in other chemical processes in the plant. The wet sulfuric acid process can also be a purification of residual gases from a Claus process plant. A similar process using dry sulfuric acid may also have application in this regard.

Сернокислотные процессы окисляют H2S до SO2, как правило, в камере сгорания остаточного газа реакции Клауса, a SO2 до SO3, а затем гидратируют SO3 до серной кислоты, либо путем реакции с водой в газовой фазе в так называемом влажном сернокислотном процессе, либо путем абсорбция в концентрированной серной кислоте в так называемом контактном процессе или сухом процессе. Температура реакции при окислении SO2 до SO3 будет находиться в диапазоне 370-530°С в присутствии каталитически активного вещества, обычно включающего ванадий. Как правило, влажные сернокислотные процессы производят серную кислоту с концентрацией в диапазоне 92%-98%, тогда как сухие сернокислотные процессы могут также производить серную кислоту с концентрацией выше 98%.Sulfuric acid processes oxidize H2S to SO2 , typically in a Claus reaction tail gas combustion chamber, and SO2 to SO3 , and then hydrate SO3 to sulfuric acid, or by reaction with water in the gas phase in what is called wet sulfuric acid. process, or by absorption in concentrated sulfuric acid in the so-called contact process or dry process. The reaction temperature for the oxidation of SO 2 to SO 3 will be in the range of 370-530°C in the presence of a catalytically active substance, usually including vanadium. Typically, wet sulfuric acid processes produce sulfuric acid concentrations in the range of 92%-98%, while dry sulfuric acid processes can also produce sulfuric acid concentrations above 98%.

Кроме того, также может быть привлекательным собирать пар высокого давления в диапазоне от 30 бар изб. до 80 бар изб. из сильно экзотермических процессов с серной кислотой, тогда как процесс Клауса будет производить только пар более низкого давления.Additionally, it may also be attractive to collect high pressure steam in the range of 30 barg. up to 80 barg from highly exothermic processes with sulfuric acid, whereas the Claus process will only produce lower pressure steam.

Однако производство больших количеств серной кислоты может быть менее привлекательным, даже если серная кислота продается на коммерческой основе, поскольку транспортировка серной кислоты является сложной и регулируемой.However, producing large quantities of sulfuric acid may be less attractive, even if the sulfuric acid is sold commercially, since transporting sulfuric acid is complex and regulated.

Реакциями, протекающими в сернокислотном процессе (сухом и влажном), являютсяThe reactions occurring in the sulfuric acid process (dry and wet) are

Общая реакция сернокислотного процесса может быть описана в соответствии сThe general reaction of the sulfuric acid process can be described according to

Влажный сернокислотный процесс как обычное решение остаточного газа реакции Клауса обеспечивает решение, которое соответствует экологическим нормам при более низких капитальных и эксплуатационных затратах, чем альтернативы. Единственным недостатком влажного сернокислотного процесса до сих пор было получение серной кислоты, которая не всегда желательна.The wet sulfuric acid process as a conventional tail gas solution for the Claus reaction provides a solution that meets environmental regulations at lower capital and operating costs than alternatives. The only drawback of the wet sulfuric acid process so far has been the production of sulfuric acid, which is not always desirable.

В настоящее время стало понятно, что объединение процесса Клауса и сернокислотного процесса также может быть осуществлено путем рециркуляции всей или практически всей произведенной серной кислоты в печь реакции Клауса. С помощью нового изобретения интегрированный процесс Клауса/влажный сернокислотный процесс устраняет недостаток, связанный с неудобным сернокислотным продуктом, и в то же время уменьшает размер установки как процесса Клауса, так и влажного сернокислотного процесса.It has now become clear that combining the Claus process and the sulfuric acid process can also be accomplished by recycling all or substantially all of the sulfuric acid produced to the Claus reaction furnace. With the new invention, the integrated Claus/wet sulfuric acid process eliminates the disadvantage associated with the inconvenient sulfuric acid product and at the same time reduces the plant size of both the Claus process and the wet sulfuric acid process.

Сжигание серной кислоты известно при регенерации отработанной серной кислоты на установке влажного сернокислотного процесса, но не применялось на практике в реакционной печи процесса Клауса или в условиях процесса Клауса.Combustion of sulfuric acid is known for the regeneration of spent sulfuric acid in a wet sulfuric acid process plant, but has not been used in practice in a Claus process reaction furnace or under Claus process conditions.

Несмотря на то, что впрыск серной кислоты в установку влажного сернокислотного процесса и установку Клауса имеет сходство, цель и условия значительно различаются. На установке влажного сернокислотного процесса основной целью впрыска отработанной серной кислоты является сжигание смолистых соединений, присутствующих в кислоте, в то время как = H2SO4 и SO3 не имеют значения, поскольку процессы ниже по ходу потока будут преобразовывать соединения серы в H2SO4, что является конечным продуктом.Although sulfuric acid injection into a wet sulfuric acid process plant and a Claus plant have similarities, the purpose and conditions are significantly different. In a wet sulfuric acid process plant , the main purpose of waste sulfuric acid injection is to burn the tarry compounds present in the acid, while = H2SO4 and SO3 are not relevant since downstream processes will convert the sulfur compounds to H2SO 4 , which is the final product.

В процессе Клауса серная кислота из установки по производству серной кислоты, расположенной ниже по ходу потока, не содержит смол, и цель впрыска рециклизованной кислоты состоит в том, чтобы обеспечить полное разрушение H2SO4 и SO3 до того, как технологический газ покинет реакционную печь, так что элементарная сера является единственным продуктом. H2SO4/SO3, выходящий из реакционной печи, может вызвать дезактивацию катализатора и/или конденсацию серной кислоты и коррозию технологического оборудования.In the Claus process, the sulfuric acid from the downstream sulfuric acid plant is free of resins, and the purpose of the recycled acid injection is to ensure complete destruction of H2SO4 and SO3 before the process gas leaves the reaction room . furnace, so that elemental sulfur is the only product. H 2 SO 4 /SO 3 leaving the reaction furnace can cause catalyst deactivation and/or sulfuric acid condensation and corrosion of process equipment.

В сернокислотном процессе для регенерации отработанной кислоты атмосфера является окислительной, и отработанная серная кислота обычно составляет более 80% от общего количества введенной серы, тогда как печь реакции Клауса в соответствии с настоящим изобретением работает с восстанавливающей атмосферой, и поток серной кислоты обычно составляет <10% от общего количества поступающей серы, хотя при особых обстоятельствах возможно до 25%. Еще одно отличие заключается в том, что частичное окисление H2S представляет собой экзотермический процесс с выделением тепла, тогда как сжигание серной кислоты при регенерации отработанной кислоты является эндотермическим процессом, требующим вспомогательное топливо.In the sulfuric acid process for waste acid regeneration, the atmosphere is oxidizing and the waste sulfuric acid typically constitutes more than 80% of the total sulfur input, whereas the Claus reaction furnace of the present invention operates with a reducing atmosphere and the sulfuric acid flow is typically <10% of the total sulfur input, although up to 25% is possible in special circumstances. Another difference is that the partial oxidation of H 2 S is an exothermic process, releasing heat, whereas the combustion of sulfuric acid in spent acid regeneration is an endothermic process requiring an auxiliary fuel.

Время пребывания в печи регенерации отработанной кислоты обычно составляет 2-5 секунд для обеспечения полного разрушения смолистых соединений, тогда как реакционная печь установки Клауса обычно рассчитана на время пребывания 1-2 секунды для обеспечения разрушения газообразных углеводородов и NH3, присутствующих в сырьевом газе.The spent acid recovery furnace residence time is typically 2-5 seconds to ensure complete destruction of the tar compounds, while the Claus reaction furnace is typically designed for a residence time of 1-2 seconds to ensure destruction of hydrocarbon gases and NH 3 present in the feed gas.

Когда серная кислота вводится в печь реакции Клауса, происходит следующая общая реакцияWhen sulfuric acid is introduced into a Claus reaction furnace, the following general reaction occurs

Чтобы завершить эту общую реакцию, необходимо завершить следующие реакции:To complete this overall reaction, the following reactions must be completed:

Реакция (8) является обычной реакцией испарения, в которой энергия, необходимая для нагрева жидкости и испарения воды и серной кислоты, обеспечивается горячим окружающим технологическим газом. Эффект полного испарения серной кислоты заключается в том, что газообразная H2SO4 гораздо менее агрессивна, чем капли жидкой H2SO4, а газообразная H2SO4 гораздо более реакционноспособна.Reaction (8) is a conventional evaporation reaction in which the energy required to heat the liquid and evaporate the water and sulfuric acid is provided by the hot ambient process gas. The effect of complete evaporation of sulfuric acid is that gaseous H2SO4 is much less aggressive than droplets of liquid H2SO4 , and gaseous H2SO4 is much more reactive.

Реакция (9) представляет собой эндотермическую реакцию диссоциации, протекающую практически мгновенно при температуре выше 600°С. В этот момент времени некоторое количество SO3 начнет реагировать с H2S с образованием SO2, H2O и серы.Reaction (9) is an endothermic dissociation reaction that occurs almost instantly at temperatures above 600°C. At this point in time, some SO 3 will begin to react with H 2 S to form SO 2 , H 2 O and sulfur.

Реакция (10) представляет собой эндотермическую реакцию разложения, протекающую быстро при температурах выше 900°С. В насыщенных кислородом атмосферах химическое равновесие предотвращает полную диссоциацию, но в восстановительных атмосферах удаление продукта O2 (в результате реакции с H2S) позволяет полное разложение. Реакция между H2S и O2 протекает очень быстро при этих повышенных температурах. Атом S в SO3, образованного реакцией 9, находится в степени окисления +6 и является высокореактивным окислителем, способным окислять не только H2S, но и углеводороды (включая ВТХ = бензол, толуол и ксилол) и NH3. Углеводороды и NH3 обычно присутствуют в сырьевых потоках, и важно, чтобы эти соединения разрушались в реакционной печи, поскольку они могут вызвать дезактивацию катализатора, загрязнение и закупорку последующих стадий каталитической конверсии Клауса и конденсаторов серы.Reaction (10) is an endothermic decomposition reaction that occurs rapidly at temperatures above 900°C. In oxygenated atmospheres, chemical equilibrium prevents complete dissociation, but in reducing atmospheres, removal of the O 2 product (by reaction with H 2 S) allows complete decomposition. The reaction between H 2 S and O 2 occurs very quickly at these elevated temperatures. The S atom in SO 3 formed by reaction 9 is in the +6 oxidation state and is a highly reactive oxidizing agent, capable of oxidizing not only H 2 S, but also hydrocarbons (including BTX = benzene, toluene and xylene) and NH 3 . Hydrocarbons and NH 3 are commonly present in feed streams and it is important that these compounds are destroyed in the reaction furnace as they can cause catalyst deactivation, fouling and plugging of downstream Claus catalytic conversion stages and sulfur condensers.

По сравнению с NH3 и углеводородами, H2S имеет самое высокое сродство к O2, и, поскольку подача O2 является субстехиометрической, не остается O2 для окисления углеводородов и NH3 в соответствии с обычными реакциями окисления 11 и 12:Compared to NH 3 and hydrocarbons, H 2 S has the highest affinity for O 2 , and since the O 2 supply is substoichiometric, there is no O 2 left to oxidize hydrocarbons and NH 3 according to conventional oxidation reactions 11 and 12:

Реакция 11 представляет все виды углеводородов, поскольку они в принципе следуют одним и тем же общим механизмам окисления, то есть С и Н превращаются в CO2 и Н2О.Reaction 11 is representative of all types of hydrocarbons since they basically follow the same general oxidation mechanisms, that is, C and H are converted to CO 2 and H 2 O.

В отсутствие свободного O2 общая концепция состоит в том, что SO2 играет важную роль в окислении, поскольку атом S в SO2 находится в степени окисления +4 и, таким образом, является сильным окислителем. Как описано в Sulphur magazine no 375, March-April issue 2018, ("Combustion challenges in the reaction furnace"), следующие общие реакции ответственны за окисление СН4: (реакции масштабированы для облегчения обзора)In the absence of free O2, the general concept is that SO2 plays an important role in oxidation since the S atom in SO2 is in the +4 oxidation state and is thus a strong oxidizing agent. As described in Sulfur magazine no 375, March-April issue 2018, (“Combustion challenges in the reaction furnace”), the following general reactions are responsible for the oxidation of CH4 : (reactions are scaled for ease of review)

Суммируя реакции 13-16, общая реакция представляет собойSummarizing reactions 13-16, the overall reaction is

которая аналогична реакции 11, которая представляет собой окисление CH4 свободным O2.which is similar to reaction 11, which is the oxidation of CH 4 by free O2.

Реакция 14 представляет собой реакцию, в которой SO2 окисляет атомы S в CS2 от степени окисления -2 до +0 в S2, в то время как атом S в SO2 восстанавливается от степени окисления +4 до 0.Reaction 14 is a reaction in which SO2 oxidizes the S atoms in CS2 from the -2 oxidation state to +0 in S2 , while the S atom in SO2 is reduced from the +4 oxidation state to 0.

Реакция 15 представляет собой обычную реакцию Клауса, которая уже происходит, а реакция 16 представляет собой очень быстрое окисление H2S свободным O2. Таким образом, реакции 13 и 14 будут определять степень и скорость разрушения углеводородов.Reaction 15 is the normal Claus reaction that is already occurring, and reaction 16 is the very rapid oxidation of H 2 S to free O 2 . Thus, reactions 13 and 14 will determine the degree and rate of hydrocarbon destruction.

Поскольку SO3 отсутствует в регулярной печи реакции Клауса, приведенный выше анализ не учитывал присутствие этого соединения. Поскольку атом S в SO3 находится в степени окисления +6, окислительная способность выше, чем у SO2, и поэтому ожидается, что окисление атомов S в молекуле CS2 будет происходить с большей скоростью при той же температуре или при той же скорости, но при более низкой температуре.Since SO 3 is not present in a regular Claus reaction furnace, the above analysis did not take into account the presence of this compound. Since the S atom in SO 3 is in the +6 oxidation state, the oxidation power is higher than that of SO 2 and therefore the oxidation of S atoms in a CS 2 molecule is expected to occur at a higher rate at the same temperature or at the same rate, but at a lower temperature.

Общая реакция между SO3 и CS2 предполагается следующей:The general reaction between SO 3 and CS 2 is assumed to be:

Эмпирическое правило традиционных процессов Клауса заключается в том, по меньшей мере 1000-1050°С требуется в печи реакции Клауса для полного окисления углеводородов в течение времени пребывания 1-2, но в присутствии SO3 ожидается, что углеводороды могут окисляться уже при 900°С.The rule of thumb for traditional Claus processes is that at least 1000-1050°C is required in a Claus reaction furnace to fully oxidize hydrocarbons within a residence time of 1-2, but in the presence of SO 3 it is expected that hydrocarbons can be oxidized as early as 900°C .

Для разрушения NH3 нормальная реакция окисления описана в реакции 12, но поскольку в реакционной печи нет свободного O2, SO2 играет важную роль в качестве окислителя. Окисление NH3 без O2 также включает окислительные способности SO2, как описано в реакции 19:To destroy NH 3 the normal oxidation reaction is described in Reaction 12, but since there is no free O 2 in the reaction furnace, SO 2 plays an important role as an oxidizing agent. Oxidation of NH 3 without O 2 also involves the oxidizing abilities of SO 2 , as described in reaction 19:

Суммируя реакции 19 и 20, общая реакция представляет собой:Summing up reactions 19 and 20, the overall reaction is:

Реакция 20 представляет собой очень быстрое окисление H2S свободным O2, и, таким образом, разложение NH3 ограничивается общей скоростью реакции 19.Reaction 20 is a very rapid oxidation of H2S by free O2 , and thus the decomposition of NH3 is limited by the overall rate of reaction 19.

Подобно разложению углеводородов, атом S в SO3 находится в степени окисления +6, тогда как атом S в SO2 находится в степени окисления +4, и, таким образом, SO3 является более сильным окислителем. Ожидается, что разложение NH3 будет происходить с большей скоростью в присутствии SO3, что либо позволит завершить реакцию за меньшее время пребывания при неизменной температуре в реакционной печи, либо при более низкой температуре с тем же временем пребывания.Similar to the decomposition of hydrocarbons, the S atom in SO 3 is in the +6 oxidation state, whereas the S atom in SO 2 is in the +4 oxidation state, and thus SO 3 is a stronger oxidizing agent. It is expected that the decomposition of NH 3 will occur at a higher rate in the presence of SO 3 , which will either allow the reaction to be completed in less time at a constant temperature in the reaction furnace, or at a lower temperature with the same residence time.

Суммарная реакция разложения NH3 под действием SO3 принимается следующей:The total reaction of the decomposition of NH 3 under the influence of SO 3 is assumed to be as follows:

Эмпирическое правило заключается в том, что для обеспечения полного разложения NH3 за 1-2 секунды требуется температура реакционной печи 1200-1250°С. Присутствие SO3 в качестве окислителя может по аналогии с окислением углеводородов снизить температуру этой реакции на 50-200°С.The rule of thumb is that to ensure complete decomposition of NH 3 in 1-2 seconds, a reaction furnace temperature of 1200-1250°C is required. The presence of SO 3 as an oxidizing agent can, by analogy with the oxidation of hydrocarbons, reduce the temperature of this reaction by 50-200°C.

Поскольку время пребывания в печи реакции Клауса обычно составляет 1-2 секунды, необходимо убедиться, что реакции 8, 9, 10 и 1, а также разложения примесей завершены в течение этого времени, и что реакция 2 достигла химическое равновесие. При охлаждении технологического газа скорости реакции резко снижаются и дальнейшая конверсия в газовой фазе будет незначительной.Since the residence time in the Claus reaction oven is usually 1-2 seconds, it is necessary to ensure that reactions 8, 9, 10 and 1, as well as the decomposition of impurities, are completed within this time, and that reaction 2 has reached chemical equilibrium. When the process gas is cooled, the reaction rates decrease sharply and further conversion in the gas phase will be insignificant.

Присутствие O2 и/или SO3 в технологическом газе, контактирующем с катализатором в реакторах Клауса ниже по ходу потока, приведет к дезактивации катализатора вследствие реакции «сульфатирования», при которой каталитически активный оксид алюминия или оксид титана превращается в каталитически неактивный сульфат алюминия или сульфата титана и, следовательно, образование серы в этих реакторах уменьшится, что приведет к увеличению количества непрореагировавших соединений серы в остаточном газе сернокислотной установки ниже по ходу потока и к увеличению выбросов в атмосферу.The presence of O 2 and/or SO 3 in the process gas contacting the catalyst in downstream Claus reactors will result in catalyst deactivation due to a "sulfation" reaction in which the catalytically active aluminum oxide or titanium oxide is converted to the catalytically inactive aluminum sulfate or sulfate titanium and therefore sulfur production in these reactors will be reduced, leading to an increase in the amount of unreacted sulfur compounds in the tail gas of the downstream sulfuric acid plant and to increased emissions to the atmosphere.

Кроме того SO3 в технологическом газе может при прохождении через узлы конденсации серы соединяться с водой, конденсироваться и образовывать серную кислоту в продукте элементарной серы, что может привести к коррозии технологического оборудования и нежелательному загрязнению продукта серы.In addition, SO 3 in the process gas can, when passing through sulfur condensation units, combine with water, condense and form sulfuric acid in the elemental sulfur product, which can lead to corrosion of process equipment and unwanted contamination of the sulfur product.

В то время как реакции 9 и 10 можно считать очень быстрыми, стадией, определяющей скорость, может быть реакция 8, т.е. испарение серной кислоты. Очевидно, что жидкая серная кислота с максимальной температурой кипения ~ 340°С не может находиться в равновесии в реакционной печи при температуре 1000°С, но скорость испарения лимитируется тепло- и массообменом между поверхностью жидкости и технологическим газом, и поэтому возможно временное существование капель серной кислоты. Детальный математический анализ испарения капель, включая конвективный тепломассоперенос, радиационный теплообмен и термодинамику серной кислоты, показывает, что время полного испарения капель зависит от температуры и квадрата начального диаметра капель.While reactions 9 and 10 can be considered very fast, the rate-determining step may be reaction 8, i.e. evaporation of sulfuric acid. It is obvious that liquid sulfuric acid with a maximum boiling point of ~ 340°C cannot be in equilibrium in a reaction furnace at a temperature of 1000°C, but the evaporation rate is limited by heat and mass transfer between the surface of the liquid and the process gas, and therefore the temporary existence of sulfuric droplets is possible acids. A detailed mathematical analysis of droplet evaporation, including convective heat and mass transfer, radiative heat transfer, and sulfuric acid thermodynamics, shows that the time for complete droplet evaporation depends on temperature and the square of the initial droplet diameter.

Время полного испарения может составлять от 0,2 секунды для капли с начальным диаметром 200 мкм и до 2 секунд для капли с начальным диаметром 700 мкм. Таким образом, для обеспечения того, чтобы все капли испарялись и реагировали в реакционной печи, большое значение имеет распределение капель по размеру из сопла (сопел) для впрыска серной кислоты.The time for complete evaporation can range from 0.2 seconds for a droplet with an initial diameter of 200 μm and up to 2 seconds for a droplet with an initial diameter of 700 μm. Thus, to ensure that all droplets evaporate and react in the reaction furnace, the size distribution of the droplets from the sulfuric acid injection nozzle(s) is of great importance.

Таким образом, выбор сопла для распыления серной кислоты является важным фактором для достижения успешной работы установки Клауса - существует множество типов сопла для распыления, некоторые из которых могут обеспечить получение мелких капель серной кислоты, а некоторые нет.Thus, the choice of sulfuric acid atomization nozzle is an important factor in achieving successful operation of a Claus plant - there are many types of atomization nozzle, some of which can produce fine droplets of sulfuric acid, and some of which cannot.

Так называемые воздушные сопла (также известные как пневматические или двухжидкостные сопла) обычно создают мельчайшие капли. Эти сопла используют кинетическую энергию для распыления серной кислоты на достаточно мелкие капли и, таким образом, сжатый воздух смешивается с жидкостью на кончике сопла. Вместо воздуха можно использовать пар низкого давления, кислород, N2 и другие газообразные жидкости. При правильном выборе размера сопла и рабочего давления эти сопла обеспечивают распределение по размеру, подходящее для быстрого испарения капель.So-called air nozzles (also known as pneumatic or two-fluid nozzles) typically produce tiny droplets. These nozzles use kinetic energy to atomize sulfuric acid into small enough droplets so that the compressed air mixes with the liquid at the tip of the nozzle. Instead of air, low pressure steam, oxygen, N2 and other gaseous liquids can be used. When properly selected for nozzle size and operating pressure, these nozzles provide a size distribution suitable for rapid droplet evaporation.

Гидравлические распылительные сопла используют давление жидкости (например, серной кислоты) для обеспечения энергии для распыления жидкости, и при правильном выборе давления и конструкции сопла эти сопла также могут производить мелкие капли. Как правило, размер капель уменьшается с увеличением давления, уменьшением расхода и увеличением угла распыления. Преимущество гидравлического сопла заключается в более низких эксплуатационных расходах, так как не потребляется сжатый воздух. Однако производительность и динамический диапазон для этих сопел не так хороши, как для сопла с принудительной подачей воздуха.Hydraulic spray nozzles use the pressure of a liquid (such as sulfuric acid) to provide the energy to atomize the liquid, and with proper pressure selection and nozzle design, these nozzles can also produce fine droplets. In general, droplet size decreases with increasing pressure, decreasing flow rate, and increasing spray angle. The advantage of a hydraulic nozzle is lower operating costs since no compressed air is consumed. However, the performance and dynamic range of these nozzles are not as good as forced air nozzles.

Характеристики распылительных сопел обычно измеряются с использованием воды в качестве жидкости и воздуха в качестве распыляющей среды (только для пневматических сопел). Накопление по размеру измеряется и характеризуется одномерными параметрами, такими как VMD, SMD, DV0.9 и т.д. Актуальность характеристик зависит от области применения.The performance of spray nozzles is typically measured using water as the liquid and air as the spray medium (for pneumatic nozzles only). Size accumulation is measured and characterized by one-dimensional parameters such as VMD, SMD, DV 0.9 , etc. The relevance of the characteristics depends on the application.

VMD - это средний объемный диаметр, что означает, что 50% объема/массы капель больше заданного диаметра.VMD is volumetric mean diameter, which means that 50% of the droplet volume/mass is larger than a given diameter.

SMD - это так называемый средний диаметр Соутера, определяемый как диаметр, который имеет то же отношение объема к поверхности, что и общий объем капель к общей площади поверхности капель.SMD is the so-called Sauter mean diameter, defined as the diameter that has the same volume-to-surface ratio as the total volume of the droplets to the total surface area of the droplets.

D0.9 - диаметр, при котором 90% общего объема/массы капель меньше.D 0.9 - diameter at which 90% of the total volume/mass of droplets is smaller.

Dmax - максимальный диаметр, найденный в распределении по размеру.D max is the maximum diameter found in the size distribution.

Для целей испарения значения D0.9 и Dmax являются наиболее важными размерными параметрами сопла.For evaporation purposes, D 0.9 and D max are the most important nozzle dimensions.

Эти значения, однако, не дают полной информации о распределении по размерам, где для настоящего изобретения особенно важно распределение самых больших капель.These values, however, do not provide complete information about the size distribution, where the distribution of the largest droplets is particularly important for the present invention.

Действительные размеры капель для жидкости с другими свойствами, кроме воды при комнатной температуре, можно лишь приблизительно оценить по свойствам жидкости, таким как вязкость, поверхностное натяжение и плотность. Плотность оказывает незначительное влияние на размер капель, тогда как увеличение вязкости и поверхностного натяжения приводит к увеличению размеров капель. Серная кислота имеет более высокую вязкость и более низкое поверхностное натяжение по сравнению с водой, и степень, в которой сложные взаимодействия двух противоположных эффектов компенсируют друг друга, должна быть определена экспериментально или путем детального моделирования.The actual droplet sizes for a liquid with properties other than water at room temperature can only be approximately estimated from the liquid properties such as viscosity, surface tension, and density. Density has little effect on droplet size, while increasing viscosity and surface tension lead to larger droplet sizes. Sulfuric acid has a higher viscosity and lower surface tension compared to water, and the extent to which the complex interactions of the two opposing effects cancel each other must be determined experimentally or through detailed modeling.

Через некоторое время эксплуатации сопла в конечном итоге изнашиваются из-за эрозии кислотой и/или воздухом (с частицами) и из-за коррозии серной кислотой. Изношенные сопла будут давать менее равномерную модель распыления, а распределение по размерам сместится в сторону более крупных капель, поэтому важно убедиться, что сопла находятся в хорошем состоянии, т.е. путем визуального осмотра или наблюдения за перепадами давления жидкости и, в случае воздушного сопла, газа для сопла. Кроме того, при правильном проектировании системы ввода кислоты можно будет изолировать трубки для ввода кислоты и выводить их из реакционной печи, сохраняя при этом работу установки Клауса.After some time in use, the nozzles will eventually wear out due to acid and/or air (particle) erosion and sulfuric acid corrosion. Worn nozzles will produce a less uniform spray pattern and the size distribution will shift towards larger droplets, so it is important to ensure that the nozzles are in good condition, i.e. by visual inspection or observation of pressure differences between the fluid and, in the case of an air nozzle, the gas to the nozzle. Additionally, if the acid injection system is properly designed, it will be possible to insulate the acid injection tubes and remove them from the reaction furnace while maintaining the operation of the Claus unit.

При правильном выборе и эксплуатации сопла для распыления серной кислоты полное испарение капель и полная конверсия SO3 и O2 могут быть достигнуты менее чем за 1-2 секунды, что является нормальным временем пребывания для печи реакции Клауса.With proper selection and operation of the sulfuric acid spray nozzle, complete evaporation of the droplets and complete conversion of SO 3 and O 2 can be achieved in less than 1-2 seconds, which is the normal residence time for a Claus reaction furnace.

Однако существуют различные средства, гарантирующие, что большие капли, образующиеся на наконечнике сопла, не приведут к чрезмерному количеству капель и H2SO4/SO3, выходящих из реакционной печи.However, various means exist to ensure that large droplets formed at the nozzle tip do not result in excessive droplets and H 2 SO 4 /SO 3 exiting the reaction furnace.

Один вариант конструкции состоит в том, чтобы обеспечить большую камеру реакционной печи, так что время пребывания технологического газа будет большим, но это может быть дорогостоящим.One design option is to provide a large reaction furnace chamber so that the residence time of the process gas is long, but this can be expensive.

Турбулентность в камере реакционной печи может быть увеличена за счет сдерживания или перенаправления потока, т.е. за счет использования дроссельных колец, векторных стенок, тангенциальных впускных отверстий и т.д., которые обеспечат более узкое распределение времени пребывания капель, уменьшая вероятность того, что время пребывания капли будет намного меньше среднего.Turbulence in the reaction furnace chamber can be increased by retarding or redirecting the flow, i.e. through the use of throttle rings, vector walls, tangential inlets, etc., which will provide a narrower droplet residence time distribution, reducing the likelihood of a droplet residence time being much less than average.

Подобным образом, присутствие средства импакции, такого как ударная стенка, решетчатая стенка или уплотненный объем или отделение из инертного материала, может уменьшить количество крупных капель, которые из-за своей высокой инерции не смогут следовать за линиям потока газа, отводимого вблизи препятствия. Вместо этого большие капли будут двигаться дальше, сталкиваться с препятствием и испаряться с поверхности препятствия. Такое средство импакции, как правило, достаточно прочное и не является несущей конструкцией, чтобы избежать проблем со стабильностью из-за износа материала конструкции.Likewise, the presence of an impactor, such as an impact wall, grid wall or compacted volume or inert material compartment, can reduce the number of large droplets that, due to their high inertia, will not be able to follow the flow lines of gas vented near the obstruction. Instead, large droplets will move further, collide with the obstacle, and evaporate from the surface of the obstacle. This impactor is typically strong enough and not a load-bearing structure to avoid stability problems due to wear of the structural material.

Чтобы избежать сульфатирования катализаторов Клауса, вещество, каталитически активное при превращении SO3 в SO2, включающее, например, одно или несколько соединений V, Mn, Fe, Со, Cu, Zn, Ni, Mo, W, Sb, Ti и Bi, нанесенных на одно или несколько соединений Al, Ti, Si, диатомовой земли, Zr, Mg и кордиерита, также может быть расположен ниже по ходу потока от печи реакции Клауса. Такое вещество может быть в форме гранул катализатора или структурированных катализаторов, таких как монолиты.To avoid sulfation of Claus catalysts, a substance catalytically active in the conversion of SO 3 to SO 2 , including, for example, one or more compounds of V, Mn, Fe, Co, Cu, Zn, Ni, Mo, W, Sb, Ti and Bi, supported on one or more compounds of Al, Ti, Si, diatomaceous earth, Zr, Mg and cordierite, may also be located downstream of the Claus reaction furnace. Such material may be in the form of catalyst granules or structured catalysts such as monoliths.

Если вся серная кислота, полученная в процессе производства серной кислоты ниже по ходу потока от процесса Клауса, направляется в печь реакции Клауса, можно использовать процесс Клауса, в котором для снижения выбросов H2S используется очень высокая эффективность удаления, а также термическая эффективность сернокислотной установки, но единственным продуктом которого является сера, которая проста в обращении и транспортировке.If all of the sulfuric acid produced in the sulfuric acid production process downstream of the Claus process is sent to the Claus reaction furnace, the Claus process can be used, which takes advantage of the very high removal efficiency as well as the thermal efficiency of the sulfuric acid plant to reduce H2S emissions , but whose only product is sulfur, which is easy to handle and transport.

Кроме того, при рециркуляции серной кислоты O2 высвобождается при разложении H2SO4, так что количество добавляемого окислителя горения будет уменьшено, что, если окислителем является атмосферный воздух, позволяет резко уменьшить объем процесса, поскольку атмосферный воздух содержит около 80% инертного N2, т.е. 4 объема N2 на объем O2.In addition, when recirculating sulfuric acid, O 2 is released during the decomposition of H 2 SO 4 , so the amount of combustion oxidizer added will be reduced, which, if the oxidizer is atmospheric air, allows a sharp reduction in the volume of the process, since atmospheric air contains about 80% inert N 2 , i.e. 4 volumes of N 2 per volume of O 2 .

Общая реакция, основанная на использовании воздуха в качестве носителя O2 для печи реакции Клауса, является следующей:The general reaction based on the use of air as an O2 carrier for a Claus reaction furnace is as follows:

Подобным образом, общая реакция Клауса, основанная на H2SO4 в качестве носителя O2 для печи реакции Клауса, является следующей:Likewise, the general Claus reaction based on H2SO4 as the O2 carrier for the Claus reaction furnace is as follows:

Сравнивая две реакции, становится очевидным, что H2SO4 является отличным носителем O2 и имеет (теоретический) потенциал для уменьшения объемного потока остаточного газа реакции Клауса на 67% по сравнению с атмосферным воздухом.Comparing the two reactions, it is clear that H 2 SO 4 is an excellent O 2 carrier and has the (theoretical) potential to reduce the volume flow of the Claus reaction tail gas by 67% compared to atmospheric air.

Также может быть полезно перенаправить некоторое количество сырьевого газа в камеру сгорания остаточного газа реакции Клауса, поскольку сырьевой газ имеет теплотворную способность, которую можно использовать в камере сгорания остаточного газа реакции Клауса, и, таким образом, снизить потребность в добавлении вспомогательного топлива. Это может быть даже более выгодно, если существуют два источника сырьевого газа, такие как один сырьевой газ, не содержащий NH3, и другой сырьевой газ, содержащий NH3, поскольку субстехиометрические условия в печи реакции Клауса препятствуют полному окислению NH3. Так называемые газы колонны для отпарки кислых вод (SWS) являются примером такого сырьевого газа, содержащего NH3.It may also be useful to redirect some of the feed gas to the Claus reaction tail gas combustor since the feed gas has a heating value that can be used in the Claus reaction tail gas combustor and thus reduce the need to add auxiliary fuel. This may be even more advantageous if there are two feed gas sources, such as one feed gas containing no NH 3 and another feed gas containing NH 3 , since the substoichiometric conditions in the Claus reaction furnace prevent complete oxidation of the NH 3 . So-called sour water stripper (SWS) column gases are an example of such NH 3 -containing feed gas.

В процессах Клауса для обработки газа SWS решающее значение имеет полное разрушение NH3 в печи реакции Клауса, в противном случае образуются соли аммиака, такие как (NH4)2SO4 и (NN4)2S2O3, которые закупоривают конечный конденсатор серы. Специальные высокоинтенсивные (двухступенчатые) горелки способны достигать высоких температур, необходимых для термической деструкции NH3, но требуют точного контроля кислорода в двух отдельных потоках.In Claus processes for treating SWS gas, complete destruction of NH 3 in the Claus reaction furnace is critical, otherwise ammonia salts such as (NH 4 ) 2 SO 4 and (NN 4 ) 2 S 2 O 3 are formed, which plug the final condenser sulfur. Special high-intensity (two-stage) burners are capable of achieving the high temperatures required for thermal destruction of NH 3 but require precise control of the oxygen in two separate streams.

Однако хорошо известна обработка газа SWS на сернокислотной установке, так как полное окисление NH3 до N2 и NO достигается избытком кислорода при температурах выше 1000°С. Таким образом, может быть желательным сконфигурировать интегрированный процесс Клауса/серной кислоты с двумя камерами сгорания для направления первого сырья, содержащего H2S и небольшого количества NH3 или без него, в печь реакции Клауса, при этом газ, содержащий NH3, такой как газ SWS, направляется в камеру сгорания остаточного газа реакции Клауса. В такой конфигурации может оказаться желательным спроектировать сернокислотную установку таким образом, чтобы она включала секцию селективного каталитического восстановления (SCR) NOx с помощью NH3 в присутствии катализатора на основе ванадия.However, the treatment of SWS gas in a sulfuric acid plant is well known, since complete oxidation of NH 3 to N 2 and NO is achieved by excess oxygen at temperatures above 1000°C. Thus, it may be desirable to configure an integrated Claus/sulfuric acid process with two combustion chambers to send a first feed containing H 2 S and little or no NH 3 to the Claus reaction furnace, wherein a gas containing NH 3 such as SWS gas is sent to the combustion chamber of the residual gas of the Claus reaction. In such a configuration, it may be desirable to design the sulfuric acid plant to include a selective catalytic reduction (SCR) section for NO x with NH 3 in the presence of a vanadium-based catalyst.

Интегрированный процесс в соответствии с настоящим изобретением может также иметь преимущество от использования воздуха, обогащенного кислородом, или практически чистого кислорода в печи реакции Клауса. Преимущество использования воздуха, обогащенного кислородом, заключается в уменьшении количества инертного азота в технологическом газе и, таким образом, уменьшении объема технологического газа и, таким образом, уменьшении размера установки. Отсутствие разбавления азотом также приводит к повышению температуры горения, что может быть полезным, если присутствуют примеси, требующие полной конверсии, тем более, что количество кислорода в печи реакции Клауса является субстехиометрическим. Так как катализатор Клауса чувствителен к примесям, таким как легкие углеводороды, часто может оказаться выгодным эксплуатировать печь реакции Клауса с воздухом, обогащенным кислородом, для достижения повышенной температуры для полного окисления примесей. Это также имеет дополнительное преимущество, заключающееся в возможности начальной гомогенной некаталитической конверсии Клауса, которая может происходить при температурах выше 900°С.The integrated process of the present invention may also benefit from the use of oxygen-enriched air or substantially pure oxygen in a Claus reaction furnace. The advantage of using oxygen-enriched air is to reduce the amount of inert nitrogen in the process gas and thus reduce the volume of process gas and thus reduce the size of the plant. The lack of nitrogen dilution also results in higher combustion temperatures, which can be beneficial if impurities are present that require complete conversion, especially since the amount of oxygen in the Claus reaction furnace is substoichiometric. Since the Claus catalyst is sensitive to impurities such as light hydrocarbons, it may often be advantageous to operate the Claus reaction furnace with oxygen-enriched air to achieve elevated temperatures to completely oxidize the impurities. This also has the added benefit of allowing initial homogeneous non-catalytic Claus conversion, which can occur at temperatures above 900°C.

Однако с точки зрения термической эффективности высокая температура горения может быть ограничена выбором конструкционных материалов в печи реакции Клауса и последующего котла-утилизатора. Для сырьевых газов с высокой концентрацией H2S обогащение кислородом может привести к повышению температуры технологического газа выше расчетной температуры материалов. Однако комбинация рециркуляции H2SO4 (которая охлаждает технологический газ за счет испарения и разложения кислоты) делает возможным использование обогащенного O2 в такой схеме.However, from a thermal efficiency point of view, the high combustion temperature may be limited by the choice of materials of construction in the Claus reaction furnace and subsequent recovery boiler. For feed gases with high H 2 S concentrations, oxygen enrichment may cause the process gas temperature to rise above the design temperature of the materials. However, the combination of H 2 SO 4 recirculation (which cools the process gas through evaporation and acid decomposition) makes it possible to use enriched O 2 in such a scheme.

Камера сгорания остаточного газа реакции Клауса, как правило, будет работать с атмосферным воздухом, и, кроме того, может быть выгодно направлять газы с низкой концентрацией соединений серы в камеру сгорания остаточного газа реакции Клауса для полного сжигания соединений серы, высвобождая значительно больше энергии, чем парциальное окисление, происходящее в печи реакции Клауса.The Claus tail gas combustor will typically operate with ambient air, and it may also be advantageous to direct gases with low concentrations of sulfur compounds into the Claus tail gas combustor to completely burn the sulfur compounds, releasing significantly more energy than partial oxidation occurring in a Claus reaction furnace.

Как следствие, может быть выгодно направлять сырьевые газы, содержащие высокие концентрации (например, более 50 об.%) H2S, на установку Клауса, отводя сырьевые газы с меньшей концентрацией, а также сырьевые газы, содержащие NH3, в камеру сгорания остаточного газа реакции Клауса.As a consequence, it may be advantageous to route feed gases containing high concentrations (eg greater than 50 vol.%) of H 2 S to the Claus unit, diverting feed gases with lower concentrations, as well as feed gases containing NH 3 , into the residual combustion chamber. Claus reaction gas.

Если камера сгорания остаточного газа реакции Клауса получает только остаточный газ реакции Клауса, содержащий только ограниченное количество H2S, теплотворная способность является слишком низкой для поддержания стабильного горения. В этой ситуации требуется добавление вспомогательного топлива. Это вспомогательное топливо может представлять собой H2S, газ SWS или углеводородное сырье, но предпочтительно использовать количество существующего сырьевого газа для интегрированной установки Клауса и серной кислоты.If the residual Claus reaction gas combustor receives only residual Claus reaction gas containing only a limited amount of H 2 S, the heating value is too low to maintain stable combustion. In this situation, the addition of auxiliary fuel is required. This auxiliary fuel may be H 2 S, SWS gas or hydrocarbon feedstock, but it is preferable to use the amount of existing feed gas for the integrated Claus and sulfuric acid plant.

Интеграция процесса Клауса и сернокислотного процесса обеспечивает преимущества интеграции. К ним относится возможность снижения объемного расхода в процессе Клауса за счет подачи окислителя в виде серной кислоты, которая может заменить атмосферный воздух. Кроме того, использование сырьевого газа может быть оптимизировано таким образом, что сырьевые газы, содержащие топливо, в значительной степени способствующее производству серы, могут направляться в процесс Клауса, тогда как сырьевые газы, содержащие тепловую энергию и не вступающие в реакцию продукты, такие как CO2, могут направляться в сернокислотный процесс. Если процесс предназначен для рециркуляции слишком большого количества серной кислоты, может потребоваться дополнительное топливо для обеспечения тепла, необходимого для испарения и диссоциации серной кислоты.Integration of the Claus process and the sulfuric acid process provides integration benefits. These include the possibility of reducing the volumetric flow rate in the Claus process by supplying an oxidizing agent in the form of sulfuric acid, which can replace atmospheric air. In addition, the use of feed gas can be optimized such that feed gases containing fuels that contribute significantly to sulfur production can be sent to the Claus process, while feed gases containing thermal energy and non-reactive products such as CO 2 , can be sent to the sulfuric acid process. If the process is designed to recycle too much sulfuric acid, additional fuel may be required to provide the heat needed to evaporate and dissociate the sulfuric acid.

Интеграция двух процессов также позволяет реализовать процесс, в котором эксплуатация процесса Клауса осуществляется с низкой конверсией, такой как 90% или 95%, поскольку может быть дешевле проводить дополнительную конверсию в сернокислотном процессе по сравнению с добавлением дополнительной стадии конвертера Клауса.Integrating the two processes also allows for a process to be implemented in which the Claus process is operated at a low conversion, such as 90% or 95%, since it may be cheaper to carry out additional conversion in the sulfuric acid process compared to adding an additional Claus converter stage.

В интегрированном процессе, в котором серная кислота из сернокислотного процесса рециркулируется на термическую стадию установки Клауса, промежуточный резервуар для хранения серной кислоты может быть выгодно расположен между выходом для серной кислоты на сернокислотной установке и вводом серной кислоты в печь реакции Клауса. Такой резервуар позволит более надежно и безопасно контролировать ввод кислоты в печь реакции Клауса, так что периоды смещения могут работать без ввода кислоты. Например, при пуске и остановке интегрированного процесса будет выгодно работать без ввода серной кислоты. Кроме того, если трубы для ввода кислоты требуют обслуживания, интегрированный процесс может работать без остановки процесса производства серной кислоты.In an integrated process in which sulfuric acid from the sulfuric acid process is recycled to the thermal stage of the Claus plant, an intermediate sulfuric acid storage tank may be advantageously located between the sulfuric acid outlet of the sulfuric acid plant and the sulfuric acid input to the Claus reaction furnace. Such a reservoir would allow more reliable and safe control of the acid input into the Claus reaction furnace, so that bias periods could be operated without acid input. For example, when starting and stopping an integrated process, it will be advantageous to operate without the introduction of sulfuric acid. Additionally, if the acid injection pipes require maintenance, the integrated process can operate without stopping the sulfuric acid production process.

Резервуар также позволит отводить продукт серной кислоты, если он станет востребованным продуктом, а также позволит импортировать серную кислоту из других источников. Резервуар также может действовать как буфер, отделяющий процесс Клауса от процесса производства серной кислоты (сернокислотного процесса), что обеспечивает стабильность всей системы.The reservoir will also allow sulfuric acid product to be diverted should it become a demanded product, as well as allow sulfuric acid to be imported from other sources. The reservoir can also act as a buffer separating the Claus process from the sulfuric acid production process (sulfuric acid process), which ensures the stability of the entire system.

Емкость резервуара для производства серной кислоты в течение 1-4 дней является хорошим компромиссом между стоимостью резервуара и гибкостью интегрированного процесса Клауса и сернокислотного процесса.Tank capacity to produce sulfuric acid in 1-4 days is a good compromise between tank cost and the flexibility of an integrated Claus and sulfuric acid process.

Для надежной работы промышленной установки обычно используется «система отключения» для обнаружения и обработки непредвиденных отключений («отключений»). Для интегрированного процесса Клауса и сернокислотного процесса может произойти отключение в любом из двух процессов, и важно, чтобы процесс был устойчивым к таким отключениям, чтобы последствия были сведены к минимуму.For reliable operation of an industrial installation, a "shutdown system" is typically used to detect and handle unexpected shutdowns ("outages"). For an integrated Claus and sulfuric acid process, an outage may occur in either of the two processes, and it is important that the process is tolerant of such outages so that the consequences are minimized.

Может возникнуть необходимость остановить подачу серной кислоты в печь реакции Клауса из-за отказа кислотного насоса в баке серной кислоты, отказа регулятора расхода серной кислоты и потери распыляющей жидкости. В такой ситуации необходимо обновить систему отключения установки Клауса, чтобы справляться с такими инцидентами, позволяя отключать сопла для ввода кислоты, сохраняя при этом работу установки Клауса. В случае прекращения подачи кислоты система управления воздухом для горения печи реакции Клауса компенсирует недостаток кислорода за счет увеличения расхода воздуха, тем самым возвращая установку Клауса в нормальный режим работы.It may be necessary to stop the sulfuric acid supply to the Claus reaction furnace due to failure of the acid pump in the sulfuric acid tank, failure of the sulfuric acid flow regulator, and loss of atomizing fluid. In such a situation, it is necessary to update the Claus unit shutdown system to deal with such incidents, allowing the acid injection nozzles to be turned off while keeping the Claus unit operating. In the event of a loss of acid supply, the combustion air control system of the Claus reaction furnace compensates for the lack of oxygen by increasing the air flow, thereby returning the Claus unit to normal operation.

Во время работы трубы и сопла для распыления серной кислоты охлаждаются потоком воздуха для распыления и особенно потоком серной кислоты. При остановке потока кислоты охлаждение в основном исчезает, а температура труб повышается. Материал трубы может выдержать рабочую температуру реакционной печи, но любая кислота, попавшая в трубу, будет нагреваться. Скорость коррозии значительно увеличится, а также может произойти кипение серной кислоты. Чтобы избежать этой ситуации, кислотные линии могут быть промыты газообразной промывочной средой для удаления жидкой кислоты из трубы, так что кислотная коррозия будет сведена к минимуму, а труба будет обеспечена некоторым дополнительным охлаждением, и избегают попадание технологического газа печи реакции Клауса газа в трубу. Промывка будет продолжаться до тех пор, пока поток кислоты не будет остановлен. Промывочная среда обычно представляет собой поток N2, который уже доступен и используется в установках Клауса, и представляет собой инертный газ, который не будет мешать химическому процессу в реакционной печи. В качестве альтернативы в качестве промывочной среды можно использовать воздух, но тогда в печь реакции Клауса будет добавляться еще и O2, и существует риск вмешательства в управление подачей воздуха для горения, если промывочный поток не оборудован расходомером. Прекращение подачи серной кислоты также приведет к повышению температуры в реакционной печи, но повышение температуры в большинстве случаев не будет проблемой, поскольку огнеупорные стенки смогут выдерживать более высокую температуру, а более высокая температура не окажет негативного воздействия на химию реакции в печи Клауса.During operation, the sulfuric acid atomization pipes and nozzles are cooled by the atomization air flow and especially by the sulfuric acid flow. When the acid flow stops, the cooling largely disappears and the pipe temperature rises. The pipe material can withstand the operating temperature of the reaction furnace, but any acid entering the pipe will be heated. The corrosion rate will increase significantly and boiling of the sulfuric acid may also occur. To avoid this situation, the acid lines can be flushed with a gaseous flushing medium to remove liquid acid from the pipe so that acid corrosion is minimized, the pipe is provided with some additional cooling, and Claus reaction furnace process gas is avoided from entering the pipe. Flushing will continue until the acid flow is stopped. The flushing medium is typically an N 2 stream, which is already available and used in Claus units, and is an inert gas that will not interfere with the chemistry in the reaction furnace. Alternatively, air can be used as the scrubbing medium, but this will add O2 to the Claus reaction furnace and there is a risk of interfering with the combustion air control if the scrubbing stream is not equipped with a flow meter. Stopping the supply of sulfuric acid will also raise the temperature in the reaction furnace, but the increase in temperature will not be a problem in most cases since the refractory walls will be able to withstand the higher temperature and the higher temperature will not adversely affect the reaction chemistry in the Claus furnace.

В случае срабатывания отключения ввода кислоты распыляющая среда воздушных сопел будет продолжать течь, так что труба будет охлаждаться, и предотвращается попадание технологического газа в трубу. После отключения потока кислоты застойная кислота останется в кислотной линии трубы, и без охлаждения, обеспечиваемого потоком кислоты, температура кислоты повысится, и, таким образом, скорость коррозии кислоты также увеличится. Чтобы избежать коррозии линии кислоты после отключения потока кислоты, линию кислоты промывают N2 или воздухом для очистки линии от кислоты. Эта промывка будет выполняться как для пневматических, так и для гидравлических сопел и будет продолжаться сколь угодно долго, чтобы избежать попадания технологического газа в сопла.When the acid injection shutdown is triggered, the atomizing medium of the air nozzles will continue to flow so that the pipe is cooled and the process gas is prevented from entering the pipe. Once the acid flow is turned off, stagnant acid will remain in the acid line of the pipe, and without the cooling provided by the acid flow, the temperature of the acid will increase and thus the rate of acid corrosion will also increase. To avoid corrosion of the acid line after the acid flow is turned off, the acid line is flushed with N 2 or air to clear the acid from the line. This flushing will be performed on both pneumatic and hydraulic nozzles and will continue indefinitely to prevent process gas from entering the nozzles.

В дополнение к влажному способу производства серной кислоты, серная кислота также может быть получена в других процессах снижения выбросов серы, и эта серная кислота также может быть направлена в печь реакции Клауса по аналогичным принципам, особенно если полученная серная кислота составляет по меньшей мере 90%.In addition to the wet sulfuric acid production process, sulfuric acid can also be produced in other sulfur reduction processes, and this sulfuric acid can also be sent to the Claus reaction furnace according to similar principles, especially if the resulting sulfuric acid is at least 90%.

Стандартная схема установки Клауса требует >50 об.% H2S в сырьевом газе, чтобы быть термически самоподдерживающейся в печи реакции Клауса. При более низких концентрациях H2S требуется предварительный подогрев подаваемого газа и так называемая конфигурация с разделенным потоком. Установки Клауса, перерабатывающие сырьевые газы с содержанием H2S < 10-20 об.%, встречаются редко. С другой стороны, сернокислотные процессы очень эффективно обрабатывают эти так называемые обедненные газы H2S, производя концентрированную серную кислоту. Продукт серной кислоты будет иметь высокую концентрацию серы и кислорода.A typical Claus setup requires >50 vol% H 2 S in the feed gas to be thermally self-sustaining in the Claus reaction furnace. At lower H 2 S concentrations, preheating of the feed gas is required and a so-called split-flow configuration is required. Claus plants that process feed gases containing H 2 S < 10-20 vol.% are rare. On the other hand, sulfuric acid processes treat these so-called H2S -depleted gases very efficiently, producing concentrated sulfuric acid. The sulfuric acid product will have a high concentration of sulfur and oxygen.

Комбинация сернокислотной установки для обработки обедненного газа H2S (и/или других соединений серы) в сочетании с установкой Клауса для обработки газа с высоким содержанием H2S и приема кислоты из сернокислотной установки будет выгодной установкой, поскольку потоки сырья как для установки Клауса, так и для сернокислотной установки являются оптимальными с точки зрения эффективности конверсии, термической эффективности и размера/стоимости установки.The combination of a sulfuric acid plant for treating depleted H2S gas (and/or other sulfur compounds) in combination with a Claus plant for treating high H2S gas and receiving acid from the sulfuric acid plant would be an advantageous plant because the feed streams of both the Claus plant and and for a sulfuric acid plant are optimal in terms of conversion efficiency, thermal efficiency and plant size/cost.

Сочетание процесса Клауса и сернокислотного процесса также можно использовать для оптимизации обработки сырья. Сернокислотные процессы и, в частности, влажный сернокислотный процесс имеют то преимущество, что они хорошо подходят для загрязненного сырья, включая газы SWS, содержащие аммиак, как обсуждалось выше, «грязная сера», содержащая органические примеси и умеренные количества неорганических примесей, разбавленные потоки H2S, SO2 и других соединений серы, включая дымовые газы от горелок и газ FCC. Точно так же газы с высоким содержанием сероводорода, которые должны быть разбавлены перед обработкой на установке для влажного сернокислотного процесса, вместо этого могут быть направлены непосредственно в процесс Клауса.A combination of the Claus process and the sulfuric acid process can also be used to optimize feedstock processing. Sulfuric acid processes and in particular the wet sulfuric acid process have the advantage that they are well suited to dirty feedstocks including SWS gases containing ammonia as discussed above, "dirty sulfur" containing organic impurities and moderate amounts of inorganic impurities, dilute H streams 2 S, SO 2 and other sulfur compounds, including burner flue gases and FCC gas. Similarly, gases with high hydrogen sulfide content, which must be diluted before being processed in a wet sulfuric acid process plant, can instead be sent directly to the Claus process.

Краткое описание чертежейBrief description of drawings

На Фиг. 1 показан последовательный процесс Клауса + сернокислотный процесс в соответствии с предшествующим уровнем техники.In FIG. 1 shows a sequential Claus + sulfuric acid process according to the prior art.

На фиг. 2 показан интегрированный процесс Клауса + сернокислотный процесс с вводом серной кислоты в печь реакции Клауса согласно настоящему изобретениюIn fig. 2 shows an integrated Claus + sulfuric acid process with the introduction of sulfuric acid into a Claus reaction furnace according to the present invention

На Фиг. 1 показан способ получения серы и серной кислоты согласно предшествующему уровню техники. В данном случае сырьевой газ 2, обогащенный H2S, направляют в процесс Клауса, из которого остаточный газ 26 направляют в сернокислотный процесс. Сырьевой газ 2 обогащенный H2S, направляют в печь реакции Клауса 66, превращающую количество H2S в SO2, с образованием сырьевого газа для конвертера Клауса 4, имеющего соотношение H2S и SO2 близко к 2:1. Сырьевой газ для конвертера Клауса 4 направляют в конвертер 8, содержащий вещество, каталитически активное в реакции Клауса 12, обеспечивая продукт реакции Клауса 14. Продукт реакции Клауса 14 направляют в узел конденсации серы 16, обеспечивая конденсированную серу 18 и остаточный газ реакции Клауса 20. Влажный остаточный газ реакции Клауса 20 как правило дополнительно реагирует в присутствии вещества, каталитически активного в реакции Клауса, с последующей дополнительной конденсацией серы, за от одной до четырех дополнительные стадии Клауса (не показаны), с обеспечением конечного влажного остаточного газа реакции Клауса. Водную фазу 24 необязательно можно отделить от влажного остаточного газа реакции Клауса 20 в сепараторе 22, обеспечивая высушенный остаточный газ реакции Клауса 26, который направляют в камеру сгорания остаточного газа реакции Клауса 32, обеспечивая сырьевой газ 34 для конвертера SO2. Сырьевой газ 34 для конвертера SO охлаждаю и направляют в конвертер SO2 40, содержащий один или несколько шариков (слоев) каталитически активного вещества 42, 44, 46, необязательно с охлаждением между слоев, из которого газ, обогащенный SO3, 48 отводят. Так как обогащенный SO3 газ содержит воду, SO3 может гидратироваться с образованием H2SO4. H2SO4 конденсируется в виде концентрированной серной кислоты 52 в конденсаторе серной кислоты 50. Из конденсатора серной кислоты 50 по существу чистый газ 62 может быть отведен и направлен на вывод 64.In FIG. 1 shows a method for producing sulfur and sulfuric acid according to the prior art. In this case, feed gas 2 enriched in H 2 S is sent to the Claus process, from which the residual gas 26 is sent to the sulfuric acid process. Feed gas 2, enriched in H 2 S, is sent to a Claus reaction furnace 66, which converts an amount of H 2 S into SO 2 to form a feed gas for a Claus converter 4 having a ratio of H 2 S to SO 2 close to 2:1. The feed gas for the Claus converter 4 is sent to a converter 8 containing a substance catalytically active in the Claus reaction 12, providing the Claus reaction product 14. The Claus reaction product 14 is sent to a sulfur condensation unit 16, providing condensed sulfur 18 and residual Claus reaction gas 20. Wet the Claus reaction tail gas 20 is typically further reacted in the presence of a Claus catalytically active substance, followed by further condensation of sulfur, in one to four additional Claus steps (not shown), to provide a final wet Claus reaction tail gas. The aqueous phase 24 may optionally be separated from the wet Claus reaction tail gas 20 in a separator 22, providing dried Claus reaction tail gas 26, which is sent to the Claus reaction tail gas combustor 32, providing feed gas 34 for the SO 2 converter. The feed gas 34 for the SO converter is cooled and sent to the SO 2 converter 40 containing one or more beads (layers) of the catalytically active substance 42, 44, 46, optionally with cooling between the layers, from which the SO 3 -enriched gas 48 is removed. Since SO 3 -rich gas contains water, SO 3 can hydrate to form H 2 SO 4 . H 2 SO 4 is condensed as concentrated sulfuric acid 52 in sulfuric acid condenser 50. From sulfuric acid condenser 50, substantially pure gas 62 can be withdrawn and directed to outlet 64.

Для поддержания стабильного пламени и достаточно высокой температуры для полного окисления H2S, СО, CS2, COS и Н2 топливный газ может быть направлен в камеру сгорания остаточного газа реакции Клауса 32. Кислород также подается, как правило, по воздух, и предпочтительно горячий воздух из конденсатора серной кислоты (50), чтобы подавать кислород как для реакций горения в камере сгорания остаточного газа реакции Клауса 32, так и для подачи кислорода, необходимого для окисления SO2 в конвертере SO2. Для снижения расхода топлива кислород для окисления SO2 может быть добавлен между выходом камеры сгорания остаточного газа реакции Клауса 32 и входом конвертера SO2 40.To maintain a stable flame and a temperature high enough to completely oxidize H 2 S, CO, CS 2 , COS and H 2, fuel gas can be sent to the Claus reaction tail gas combustion chamber 32. Oxygen is also supplied, usually by air, and preferably hot air from the sulfuric acid condenser (50) to supply oxygen both for the combustion reactions in the Claus reaction tail gas combustion chamber 32 and to supply the oxygen required for the oxidation of SO 2 in the SO 2 converter. To reduce fuel consumption, oxygen for SO 2 oxidation can be added between the outlet of the Claus reaction residual gas combustion chamber 32 and the inlet of the SO 2 converter 40.

На Фиг. 2 показан интегрированный процесс Клауса/сернокислотный процесс с вводом серной кислоты в печь реакции Клауса 66 согласно настоящему изобретению. Сырьевой газ 2 обогащенный H2S, серную кислоту 56 и газ, обогащенный кислородом, 72, а также необязательно газ, содержащий топливо, и необязательно второй сырьевой газ, например, содержащий низкую концентрацию H2S и возможно NH3 направляют в печь реакции Клауса 66, и продукт сгорания направляют в качестве свободного от O2 сырьевого газа для конвертера Клауса 4 в конвертер 8. Между выходом в печь реакции Клауса 66 и входом конвертера Клауса 8, утилизационный котел и необязательно узел конденсации серы (не показан), как правило, обычно устанавливаются для снижения температуры до оптимальной рабочей температуры для катализатора Клауса, необязательно также удаляя элементарную серу, образующуюся в печи реакции Клауса 66. Свободный от O2 сырьевой газ для конвертера Клауса 4 направляют для контактирования с дополнительным веществом, каталитически активным при превращение SO3 в SO2 10 (содержащим, например, одно или несколько соединений V, Mn, Fe, Со, Cu, Zn, Ni, Mo, W, Sb, Ti и Bi, нанесенных на одно или несколько соединений Al, Ti, Si, диатомовую землю, Zr, Mg и кордиерит), и веществом, каталитически активным в реакции Клауса 12, содержащим, например, оксид алюминия или оксид титана, обеспечивая продукт реакции Клауса 14. Продукт реакции Клауса 14 направляют в узел конденсации серы 16, обеспечивающие конденсированную серу 18 и остаточный газ реакции Клауса 20. Остаточный газ реакции Клауса 20 может необязательно дополнительно реагировать в присутствии дополнительного каталитически активного вещества в процессе Клауса, с последующей конденсацией серы, в ходе от одной до четырех дополнительных стадий Клауса (не показаны здесь), с обеспечением конечного остаточного газа реакции Клауса. Конечный остаточный газ реакции Клауса, содержащий H2S, 20 направляют в камеру сгорания остаточного газа реакции Клауса 32, с получением сырьевого газа конденсатора SO2 34. Для того, чтобы обеспечить окисление соединений в остаточном газе реакции Клауса, газ, обогащенный O2 72 направляют в камеру сгорания остаточного газа реакции Клауса 32.In FIG. 2 shows an integrated Claus/sulfuric acid process with sulfuric acid introduced into a Claus reaction furnace 66 according to the present invention. Feed gas 2 enriched in H 2 S, sulfuric acid 56 and oxygen enriched gas 72, and optionally a gas containing fuel, and optionally a second feed gas, for example containing a low concentration of H 2 S and possibly NH 3 is sent to the Claus reaction furnace 66, and the combustion product is sent as an O 2 -free feed gas for the Claus converter 4 to the converter 8. Between the outlet of the Claus reaction furnace 66 and the inlet of the Claus converter 8, a recovery boiler and optionally a sulfur condensation unit (not shown) typically are typically set to reduce the temperature to the optimum operating temperature for the Claus catalyst, optionally also removing the elemental sulfur generated in the Claus reaction furnace 66. The O 2 -free feed gas for the Claus converter 4 is sent to contact with an additional substance catalytically active in converting SO 3 to SO 2 10 (containing, for example, one or more compounds of V, Mn, Fe, Co, Cu, Zn, Ni, Mo, W, Sb, Ti and Bi, supported on one or more compounds of Al, Ti, Si, diatomaceous earth , Zr, Mg and cordierite), and a substance catalytically active in the Claus reaction 12, containing, for example, aluminum oxide or titanium oxide, providing the Claus reaction product 14. The Claus reaction product 14 is sent to a sulfur condensation unit 16, providing condensed sulfur 18 and Claus Reaction Tail Gas 20. The Claus Reaction Tail Gas 20 may optionally be further reacted in the presence of additional catalytically active material in a Claus process, followed by condensation of sulfur, in one to four additional Claus steps (not shown here), to provide a final residual gas Klaus' reactions. The final Claus reaction tail gas containing H 2 S 20 is sent to the Claus reaction tail gas combustor 32 to produce SO 2 condenser feed gas 34. In order to allow the compounds in the Claus reaction tail gas to be oxidized, the O 2 -rich gas 72 sent to the combustion chamber of the residual gas of the Claus reaction 32.

Сырьевой газ 34 конвертера SO2 обычно охлаждают в котле-утилизаторе (не показан) для обеспечения оптимальной температуры для первого слоя 42 катализатора в конвертере SO2 40. Сырьевой газ 34 конвертера SO2 направляют в конвертер SO2 40, содержащий один или большее количество слоев/слоев каталитически активного вещества 42, 44, 46, необязательно с охлаждением между слоями, из которых отводят газ 48, богатый SO3. Так как обогащенный SO3 газ содержит воду, SO3 может гидратироваться с образованием H2SO4. H2SO4 конденсируется в виде концентрированной серной кислоты 52 в конденсаторе 50 серной кислоты. Если количества воды недостаточно для полной гидратации SO3, может быть предпочтительным добавление пара в положение выше по ходу потока от конденсатора 50 серной кислоты. Из конденсатора 50 серной кислоты может быть отобран по существу чистый газ 62 и направлен в стояк 64. Как правило, вся серная кислота 56 рециркулируется в печь реакции Клауса 66, но необязательное количество серной кислоты может быть отобрано для других технологических целей. Для этой цели промежуточный резервуар для серной кислоты (54) может быть расположен между выходом для серной кислоты конденсатора серной кислоты 50 и печью реакции Клауса 66, который может действовать как буфер, отключая процесс Клауса от работы сернокислотного процесса, который обеспечивает стабильность всей системы.The SO2 converter feed gas 34 is typically cooled in a recovery boiler (not shown) to provide an optimum temperature for the first catalyst bed 42 in the SO 2 converter 40. The SO 2 converter feed gas 34 is sent to an SO 2 converter 40 containing one or more beds. layers of catalytically active substance 42, 44, 46, optionally with cooling between the layers, from which gas 48 rich in SO 3 is removed. Since SO 3 -rich gas contains water, SO 3 can hydrate to form H 2 SO 4 . H 2 SO 4 is condensed as concentrated sulfuric acid 52 in a sulfuric acid condenser 50 . If the amount of water is insufficient to completely hydrate the SO 3 , it may be preferable to add steam at a position upstream of the sulfuric acid condenser 50. Substantially pure gas 62 may be withdrawn from the sulfuric acid condenser 50 and sent to riser 64. Typically, all of the sulfuric acid 56 is recycled to the Claus reaction furnace 66, but an optional amount of sulfuric acid may be withdrawn for other process purposes. For this purpose, an intermediate sulfuric acid tank (54) can be located between the sulfuric acid outlet of the sulfuric acid condenser 50 and the Claus reaction furnace 66, which can act as a buffer, disconnecting the Claus process from the operation of the sulfuric acid process, which ensures the stability of the entire system.

Необязательный каталитический реактор 35 для окисления оставшихся примесей, таких как углеводороды, СО, COS, CS2, S, Н2 и H2S, также показан на фиг. 2.An optional catalytic reactor 35 for oxidizing remaining impurities such as hydrocarbons, CO, COS, CS 2 , S, H 2 and H 2 S is also shown in FIG. 2.

Согласно другому варианту осуществления все количество вторичного сырья, содержащего NH3 и H2S 70, направляют в камеру сгорания остаточного газа реакции Клауса 32, устраняя риск образования солей NH3 в конденсаторах Клауса 16. Согласно этому варианту осуществления может быть установлена система восстановления NOX33, расположенная между выходом камеры сгорания остаточного газа реакции Клауса 32 и входом конвертера SO2 40. Обычно используется так называемый каталитический реактор SCR (селективная каталитическая реакция), требующий добавления NH3 для протекания реакции SCR. Добавление NH3 может происходить из внешнего источника или может представлять собой небольшой поток второго сырья, содержащего NH3 и H2S 70, который затем пропускают через камеру сгорания остаточного газа реакции Клауса.According to another embodiment, the entire amount of secondary feedstock containing NH 3 and H 2 S 70 is sent to the residual gas combustion chamber of the Claus reaction 32, eliminating the risk of formation of NH 3 salts in the Claus condensers 16. According to this embodiment, a NO X recovery system can be installed 33, located between the outlet of the residual gas combustion chamber of the Claus reaction 32 and the inlet of the SO 2 converter 40. Typically, a so-called SCR (selective catalytic reaction) catalytic reactor is used, requiring the addition of NH 3 for the SCR reaction to occur. The addition of NH 3 may come from an external source or may be a small stream of second feed containing NH 3 and H 2 S 70, which is then passed through the Claus reaction tail gas combustor.

В соответствии с выбранным вариантом осуществления превращение и конденсация серной кислоты могут быть осуществлены в две стадии, где оставшийся SO2 с первой стадии подвергается дальнейшему окислению, гидратации и конденсации с сопутствующим преимуществом обеспечения повышенного удаления серы.According to a selected embodiment, the conversion and condensation of sulfuric acid can be carried out in two stages, where the remaining SO 2 from the first stage undergoes further oxidation, hydration and condensation with the concomitant advantage of providing increased sulfur removal.

Согласно данному варианту осуществления, дополнительная конверсия SO2 может быть достигнута за счет установки установки по очистке остаточных газов после сернокислотного процесса. Существует множество таких решений для остаточных газов, наиболее распространенными из которых являются щелочные скрубберы, которые не обязательно сочетаются с фильтрами тумана. Скрубберы, использующие H2O2 или NH3, являются предпочтительными, так как исходящий поток из этих скрубберов представляет собой H2SO4 и (NH4)2SO4 соответственно, оба из которых могут быть рециркулированы в печь реакции Клауса для термической деструкции, т.е. удаления потока отходов.According to this embodiment, additional SO 2 conversion can be achieved by installing a residual gas purification unit from the sulfuric acid process. There are many such solutions for residual gases, the most common of which are alkaline scrubbers, which are not necessarily combined with mist filters. Scrubbers using H 2 O 2 or NH 3 are preferred since the effluent from these scrubbers is H 2 SO 4 and (NH 4 ) 2 SO 4 respectively, both of which can be recycled to the Claus reaction furnace for thermal destruction , i.e. disposal of the waste stream.

Согласно другому варианту осуществления сырьевой газ 34 конвертера SO2 может быть высушен, так что газ 48, обогащенный SO3, будет содержать мало воды или совсем не содержать ее. В этом случае конденсатор 50 может быть заменен абсорбером, в котором SO3 может быть абсорбирован серной кислотой для получения концентрированной серной кислоты с помощью процесса сухой серной кислоты.In another embodiment, the SO 2 converter feed gas 34 may be dried such that the SO 3 -rich gas 48 contains little or no water. In this case, the condenser 50 can be replaced by an absorber in which SO 3 can be absorbed with sulfuric acid to produce concentrated sulfuric acid through the dry sulfuric acid process.

Согласно другому варианту осуществления количество элементарной серы также может быть передано в камеру сгорания остаточного газа реакции Клауса 32, что будет иметь эффект подачи SO2 в процесс производства серной кислоты без введения воды, что может быть полезным, если желательно увеличьте концентрацию SO3, что может быть полезно в сухом сернокислотном процессе.According to another embodiment, an amount of elemental sulfur can also be transferred to the Claus reaction tail gas combustion chamber 32, which will have the effect of supplying SO 2 to the sulfuric acid production process without introducing water, which can be useful if it is desired to increase the SO 3 concentration, which can be useful in the dry sulfuric acid process.

Согласно другому варианту осуществления количество топливного газа 68 направляют в камеру сгорания остаточного газа реакции Клауса 32 для обеспечения достаточно высокой температуры для полного окисления всех восстановленных соединений в остаточной газовой реакции Клауса 20.In another embodiment, an amount of fuel gas 68 is directed to the residual Claus reaction gas combustion chamber 32 to provide a sufficiently high temperature to completely oxidize all reduced compounds in the residual Claus reaction gas 20.

Согласно данному варианту осуществления, количество сырьевого газа 2 обогащенного H2S также может быть разделено на количество, направляемое в камеру сгорания реакции Клауса 66, и количество, направляемое в камеру сгорания остаточного газа реакции Клауса 32. Это уменьшит потребность в дополнение топливного газа в камеру сгорания остаточного газа реакции Клауса 32.According to this embodiment, the amount of H 2 S-rich feed gas 2 can also be divided into an amount sent to the Claus reaction combustion chamber 66 and an amount sent to the Claus reaction residual gas combustion chamber 32. This will reduce the need to supplement fuel gas into the chamber combustion of the residual gas of the Claus reaction 32.

Согласно другому варианту осуществления часть остаточного газа реакции Клауса 20 отводят от камера сгорания остаточного газа реакции Клауса 32 и объединяют с горячим отходящим газом 34 из камеры сгорания остаточного газа реакции Клауса в точке смешения газов сразу ниже по ходу потока камеры сгорания остаточного газа реакции Клауса. Это уменьшает количество топливного газа 68, необходимого камере сгорания остаточного газа реакции Клауса для поддержания достаточно высокой температуры. Комбинированный отходящий газ камеры сгорания остаточного газа реакции Клауса и отведенный остаточный газ реакции Клауса должен иметь температуру газовой смеси выше 400°С, чтобы обеспечить гомогенное (т.е. газовую фазу) окисление H2S. Для обеспечения полного окисления «трудных» соединений, таких как COS и СО, между точкой смешения газов и входом в конвертер SO2 40 может быть установлен дополнительный катализатор окисления 35. Для обеспечения оптимального контроля температуры катализатора окисления между точкой смешения газов и входом в катализатор окисления может быть установлен тепловой котел или любой другой теплообменник. Катализатор окисления обычно содержит благородный металл, такой как Pt или Pd.In another embodiment, a portion of the residual Claus reaction gas 20 is diverted from the residual Claus reaction gas combustor 32 and combined with the hot exhaust gas 34 from the Claus reaction residual gas combustor at a gas mixing point immediately downstream of the residual Claus reaction gas combustor. This reduces the amount of fuel gas 68 required by the Claus reaction residual gas combustor to maintain a sufficiently high temperature. The combined exhaust gas of the Claus reaction residual gas combustor and the withdrawn Claus reaction residual gas must have a gas mixture temperature above 400°C to ensure homogeneous (i.e. gas phase) oxidation of H 2 S. To ensure complete oxidation of “difficult” compounds, such as COS and CO, an additional oxidation catalyst 35 can be installed between the gas mixing point and the inlet of the SO 2 40 converter. To ensure optimal control of the temperature of the oxidation catalyst, a heat boiler or any other heat exchanger can be installed between the gas mixing point and the inlet of the oxidation catalyst . The oxidation catalyst typically contains a noble metal such as Pt or Pd.

Согласно другому варианту осуществления газ, содержащий кислород 72, может быть чистым кислородом или атмосферным воздухом, обогащенным кислородом, так что он содержит менее 50%, 20%, 10% или даже 1% N2+Ar.In another embodiment, the oxygen containing gas 72 may be pure oxygen or atmospheric air enriched with oxygen such that it contains less than 50%, 20%, 10% or even 1% N 2 +Ar.

Пример 1Example 1

Испарение капель серной кислоты было численно проанализировано с использованием подробной математической модели, включающейThe evaporation of sulfuric acid droplets was analyzed numerically using a detailed mathematical model including

1. Теплопередачу к капле за счет конвективного теплообмена.1. Heat transfer to the drop due to convective heat exchange.

2. Теплопередачу к капле теплообменом излучением от молекул газа и горячих огнеупорных стенок в реакционной печи.2. Heat transfer to the droplet by heat exchange by radiation from gas molecules and hot refractory walls in the reaction furnace.

3. Массоперенос между каплей и технологическим газом3. Mass transfer between the drop and the process gas

4. Подробную термодинамику смесей серная кислота/вода.4. Detailed thermodynamics of sulfuric acid/water mixtures.

Предполагается, что сопло распыления относится к пневматическому типу, начальная скорость капель составляет около 50 м/с, а скорость потока технологического газа составляет около 10 м/с.It is assumed that the spray nozzle is of the pneumatic type, the initial droplet speed is about 50 m/s, and the process gas flow speed is about 10 m/s.

Результаты моделирования для трех различных температур реакционной печи показаны на фиг. 3. Капли серной кислоты (93% мас./мас. H2SO4) попадают в горячую реакционную печь при низкой температуре и первоначально растут за счет поглощения воды из окружающего технологического газа. Когда капля нагревается, в основном испаряется вода, пока концентрация серной кислоты не достигнет примерно 98,5% мас./мас., что является концентрацией азеотропа. С этого момента концентрация и температура капли не меняются до тех пор, пока капля полностью не испарится.The simulation results for three different reaction furnace temperatures are shown in FIG. 3. Droplets of sulfuric acid (93% w/w H 2 SO 4 ) enter the hot reaction furnace at low temperature and initially grow by absorbing water from the surrounding process gas. When the droplet is heated, mostly water evaporates until the sulfuric acid concentration reaches approximately 98.5% w/w, which is the concentration of the azeotrope. From this point on, the concentration and temperature of the drop do not change until the drop completely evaporates.

Из результатов видно, что начальный размер капель имеет значение для безопасной и долгосрочной работы установки Клауса, особенно если время пребывания в реакционной печи должно быть установлено на уровне 1-2 секунд. Капли с начальным диаметром более 500 мкм в течение 1 секунды не испаряются полностью при температуре 1000°С. Как видно, температурный эффект действительно присутствует, однако влияние начального диаметра капель значительно сильнее.It is clear from the results that the initial droplet size is important for the safe and long-term operation of the Claus unit, especially if the residence time in the reaction furnace is to be set at 1-2 seconds. Droplets with an initial diameter of more than 500 microns do not completely evaporate within 1 second at a temperature of 1000°C. As can be seen, the temperature effect is indeed present, but the influence of the initial droplet diameter is much stronger.

Пример 2Example 2

Распыление серной кислоты требует тщательного выбора типа сопла и режима работы сопла. На рынке существует множество сопел со своими характеристиками в отношении объема жидкости, давления, типа и т.д., начиная от очень мелкодисперсных распылителей с малой производительностью и заканчивая крупными распылителями с очень большой производительностью, в зависимости от области применения.Spraying sulfuric acid requires careful selection of nozzle type and nozzle operating mode. There are a variety of nozzles on the market with different characteristics in terms of fluid volume, pressure, type, etc., ranging from very fine atomizers with low output to large nozzles with very high output, depending on the application.

Для целей испарения желателен небольшое распределение по размеру, и для этой цели предпочтительны воздушное сопло (воздушное, двухфазное) и гидравлическое (напорное) сопла, первые производят более мелкие капли, но с «затратами» потребления распыляющей жидкости, которой обычно является сжатый воздух.For evaporation purposes, a small size distribution is desirable, and for this purpose, air nozzle (air, two-phase) and hydraulic (pressure) nozzles are preferred, the former producing smaller droplets, but at the "cost" of consuming the atomizing fluid, which is usually compressed air.

На основе данных, приведенных в таблицах 18-18 и 18-19 в Perry's Chemical Engineers Handbook, 4th edition (McGraw-Hill 1963),было рассчитано значение D0.9, которое показано в таблице 1. D0.9 определяет диаметр, где 90% от общей массы (или объема) капель имеют меньший диаметр. Данные основаны на воде в виде жидкости и воздухе, в случае воздушного сопло, при комнатной температуре.Based on the data given in Tables 18-18 and 18-19 in Perry's Chemical Engineers Handbook, 4th edition (McGraw-Hill 1963), the value of D 0.9 was calculated and shown in Table 1. D 0.9 determines the diameter, where 90% of the total mass (or volume) of the droplets have a smaller diameter. The data is based on water as a liquid and air, in the case of an air nozzle, at room temperature.

Как видно из таблицы, воздушное сопло образует мельчайшие капли. Гидравлическое сопло также дает мелкие капли, но размером до 500 мкм. Сопло №2 и №3 отличаются только давлением жидкости, и видно, что более высокое давление жидкости приводит к более мелким каплям. Несмотря на образование мелких капель, гидравлические сопла могут быть худшим выбором, если время пребывания в реакционной печи составляет всего 1 секунду, но при времени пребывания 2 секунды сопла будут работать нормально. На фиг. 3 показано время испарения капель серной кислоты. Для гидравлических сопел следует рассмотреть возможность установки в реакционной печи противоударной стенки или аналогичного материала, чтобы большинство самых крупных капель сталкивались со стенкой и испарялись внутри реакционной печи.As can be seen from the table, the air nozzle produces tiny droplets. The hydraulic nozzle also produces small droplets, but up to 500 microns in size. Nozzle #2 and #3 differ only in fluid pressure, and it can be seen that higher fluid pressure results in smaller droplets. Although producing small droplets, hydraulic nozzles may be a worse choice if the residence time in the reaction oven is only 1 second, but with a residence time of 2 seconds the nozzles will work fine. In fig. Figure 3 shows the evaporation time of sulfuric acid droplets. For hydraulic nozzles, consideration should be given to installing an impact wall or similar material in the reaction furnace so that most of the largest droplets impinge on the wall and evaporate within the reaction furnace.

Чтобы задокументировать эффект объединения процесса Клауса и сернокислотного процесса, были проанализированы четыре дополнительных примера процесса, показанного на фиг. 2, в сравнении с процессом предшествующего уровня техники, как показано на фиг. 1.To document the effect of combining the Claus process and the sulfuric acid process, four additional examples of the process shown in FIG. 2, compared with the prior art process as shown in FIG. 1.

Эти примеры основаны на следующих сырьевых газах:These examples are based on the following feed gases:

Сырьевой газ, обогащенный H2S (поток 2 на фиг. 1 и 2):Feed gas enriched with H 2 S (stream 2 in Fig. 1 and 2):

Общий поток газа: 8190 Нм3Total gas flow: 8190 Nm 3 /h

Концентрация H2S: 94 об.%H 2 S concentration: 94 vol.%

Концентрация Н2О: 6 об.%H 2 O concentration: 6 vol.%

Газ, обогащенный H2S, типичен для нефтеперерабатывающих заводов, а также будет содержать различные количества легких углеводородов.Gas enriched in H2S is typical of oil refineries and will also contain varying amounts of light hydrocarbons.

Сырьевой газ, обогащенный H2S и NH3 (поток 70 на фиг. 1 и 2):Feed gas enriched with H 2 S and NH 3 (stream 70 in Fig. 1 and 2):

Общий поток газа: 3669 Нм3Total gas flow: 3669 Nm 3 /h

Концентрация H2S: 28 об.%H 2 S concentration: 28 vol.%

Концентрация NH3: 45 об.%NH 3 concentration: 45 vol.%

Концентрация Н2О: 27 об.%H 2 O concentration: 27 vol.%

Эти потоки, содержащие H2S и NH3, обычно представляют собой отходящие газы от так называемых отпарных колон для кислых вод и считаются SWS-газами. Они также могут содержать различное количество легких углеводородов.These streams, containing H 2 S and NH 3 , are typically off-gases from so-called sour water strippers and are considered SWS gases. They may also contain varying amounts of light hydrocarbons.

Топливный газ представляет собой смесь легких углеводородов (преимущественно СН4) с низшей теплотворной способностью 12 200 ккал/Нм3.Fuel gas is a mixture of light hydrocarbons (mainly CH 4 ) with a lower calorific value of 12,200 kcal/Nm3.

Потоки сырья, воздух для горения и остаточный газ реакции Клауса предварительно нагревают, насколько это возможно, за счет использования тепла, выделяющегося в комбинированном процессе Клауса + серной кислоты.The feed streams, combustion air and Claus reaction tail gas are preheated as much as possible by utilizing the heat generated in the combined Claus + sulfuric acid process.

В этих примерах процесс Клауса работает с извлечением серы из сырья на уровне 94-95%, т.е. может представлять собой хорошо работающую установку Клауса только с двумя каталитическими стадиями.In these examples, the Claus process operates at 94-95% sulfur recovery from the feed, i.e. may represent a well-functioning Claus unit with only two catalytic stages.

Пример 3Example 3

Последовательный процесс Клауса + серной кислоты в соответствии с предшествующим уровнем техники.Sequential Claus + sulfuric acid process according to prior art.

В примере 3 все исходные потоки обрабатывают в процессе Клауса, обеспечивая поток 11,7 т/ч элементарной серы и остаточный газ реакции Клауса, содержащий ~5% S в сырьевых газах. В камере сгорания остаточного газа реакции Клауса соединения серы, присутствующие в остаточном газе реакции Клауса, окисляются, а топливный газ подается для поддержания температуры камеры сгорания 1000°С, так что все восстановленные соединения, такие как СО, COS, Н2, H2S, SX и CS2 полностью окисляются до CO2, Н2О и SO2.In Example 3, all feed streams were treated in the Claus process, providing a stream of 11.7 t/h of elemental sulfur and a tail Claus reaction gas containing ~5% S in the feed gases. In the Claus reaction residual gas combustion chamber, the sulfur compounds present in the Claus reaction residual gas are oxidized, and fuel gas is supplied to maintain the combustion chamber temperature at 1000°C, so that all compounds such as CO, COS, H2 , H2S are reduced , S X and CS 2 are completely oxidized to CO 2 , H 2 O and SO 2 .

Производство концентрированной серной кислоты составляет 2,4 т/ч в пересчете на 100% мас./мас. H2SO4.The production of concentrated sulfuric acid is 2.4 t/h based on 100% w/w. H2SO4 .

Общее извлечение серы и серной кислоты составляет >99,9% серы в сырье, что соответствует самым строгим экологическим нормам.The total recovery of sulfur and sulfuric acid is >99.9% sulfur in the raw material, which meets the most stringent environmental standards.

Пример 4Example 4

Рецикл H2SO4 в печь реакции Клауса.Recycle H 2 SO 4 into the Claus reaction furnace.

В этом примере H2SO4 не является желательным продуктом, и вся кислота, полученная в результате сернокислотного процесса, рециркулируется в печь реакции Клауса. Количество рециркулируемой H2SO4 соответствует примерно 6% от общего количества S в сырьевых потоках.In this example, H 2 SO 4 is not the desired product and all of the acid produced from the sulfuric acid process is recycled to the Claus reaction furnace. The amount of H 2 SO 4 recycled corresponds to approximately 6% of the total amount of S in the feed streams.

Общий поток продукта элементарной серы теперь равен S в потоках сырья, что соответствует 107% базового случая, как описано в примере 3.The total elemental sulfur product stream is now equal to S in the feed streams, corresponding to 107% of the base case as described in Example 3.

Температура в печи реакции Клауса снижается на ~200°С за счет испарения и разложения H2SO4, но температура все еще значительно выше минимальной для полного сгорания углеводородов и NH3 Топливный газ не требуется в печи реакции Клауса.The temperature in the Claus reaction furnace is reduced by ~200°C due to the evaporation and decomposition of H 2 SO 4 , but the temperature is still well above the minimum temperature for complete combustion of hydrocarbons and NH 3 Fuel gas is not required in the Claus reaction furnace.

Поскольку H2SO4 является отличным носителем O2, потребность в воздухе для горения уменьшается, и, следовательно, объем технологического газа уменьшается по мере уменьшения потока инертного N2. В целом расход технологического газа на выходе из печи Клауса реакции уменьшается до 94% от базового расхода, а поток технологического газа на выходе из камеры сгорания остаточного газа реакции Клауса уменьшается до 93% из-за этого уменьшения потока N2. Поскольку в камере сгорания остаточного газа реакции Клауса требуется нагревать меньше технологического газа до 1000°С, потребление топливного газа составляет всего 92% от базового случая.Since H 2 SO 4 is an excellent O 2 carrier, the combustion air requirement is reduced and, therefore, the volume of process gas is reduced as the inert N 2 flow is reduced. Overall, the process gas flow at the exit of the Claus reaction furnace is reduced to 94% of the base flow, and the process gas flow at the exit of the Claus reaction residual gas combustor is reduced to 93% due to this reduction in N 2 flow. Since less process gas needs to be heated to 1000°C in the Claus reaction tail gas combustor, fuel gas consumption is only 92% of the base case.

Выгода от рециркуляции H2SO4 оказалась неожиданно высокой, так как производительность установки Клауса по образованию серы не только увеличилась на 7%, но в то же время объем технологического газа уменьшился на 6-7%. Это соответствует увеличению производительности установки Клауса примерно на 15% при условии, что расход технологического газа составляет 100% от базового случая.The benefit from H 2 SO 4 recycling was unexpectedly high, since the sulfur production capacity of the Claus plant not only increased by 7%, but at the same time the volume of process gas decreased by 6-7%. This corresponds to an increase in the productivity of the Claus plant of approximately 15%, assuming that the process gas flow rate is 100% of the base case.

Пример 5Example 5

Рецикл H2SO4 в печь реакции Клауса и отвод газа SWS в камеру сгорания остаточного газа реакции Клауса.Recycle H 2 SO 4 into the Claus reaction furnace and exhaust SWS gas into the combustion chamber of the residual gas of the Claus reaction.

В этом примере потребление топливного газа в камере сгорания остаточного газа реакции Клауса было сведено к минимуму за счет пропуска части газа SWS в камеру сгорания остаточного газа реакции Клауса. Газ SWS имеет высокую теплотворную способность и может легко выступать в качестве топливного газа. Концентрированный сырьевой газ H2S также можно было бы использовать, но, поскольку газ SWS может быть проблематичным в процессе Клауса и не создает проблем в процессе влажной серной кислоты, отвод газа SWS имеет больше преимуществ, чем отвод газа H2S. Что касается технологического газа, объем газа также уменьшится, так как NH3 в газе SWS увеличит объем технологического газа в процессе Клауса из-за потребности в кислороде (воздухе) для сжигания NH3 в N2 и Н2О.In this example, fuel gas consumption in the Claus reaction tail gas combustor was minimized by passing a portion of the SWS gas into the Claus reaction tail gas combustor. SWS gas has a high calorific value and can easily act as a fuel gas. Concentrated H 2 S feed gas could also be used, but since SWS gas can be problematic in the Claus process and is not problematic in the wet sulfuric acid process, venting SWS gas has more advantages than venting H 2 S gas. Regarding process gas, the gas volume will also decrease because the NH3 in the SWS gas will increase the process gas volume in the Claus process due to the need for oxygen (air) to burn NH3 into N2 and H2O .

Количество рециркулируемого газа SWS регулируется таким образом, чтобы в камере сгорания остаточного газа реакции Клауса достигалась температура 1000°С, обеспечивающая полное сгорание восстановленных соединений остаточного газа реакции Клауса, таких как H2S, COS, СО, Н2, SX и CS2.The amount of recirculated SWS gas is adjusted so that the Claus tail gas combustion chamber reaches a temperature of 1000°C to ensure complete combustion of the reduced Claus tail gas compounds such as H 2 S, COS, CO, H 2 , S X and CS 2 .

Поскольку топливный газ в камере сгорания остаточного газа реакции Клауса теперь содержит H2S, производство H2SO4 будет увеличиваться, что теперь составляет ~13% S в потоках сырья. Это большое количество рециркуляции серной кислоты приводит к значительному снижению температуры печи реакции Клауса.Since the fuel gas in the Claus reaction tail gas combustor now contains H 2 S, H 2 SO 4 production will increase, now accounting for ~13% S in the feed streams. This large amount of sulfuric acid recirculation results in a significant reduction in the temperature of the Claus reaction furnace.

При надлежащем предварительном подогреве сырьевого потока все еще возможно достичь достаточно высокой температуры в печи реакции Клауса без необходимости использования вспомогательного топлива.With proper preheating of the feed stream, it is still possible to achieve a sufficiently high temperature in a Claus reaction furnace without the need for auxiliary fuel.

Влияние на размер процесса Клауса является существенным: объем технологического газа снижается до 65% от базового варианта, при этом остается 107% производства элементарной серы. Это уменьшение объема технологического газа может быть использовано либо для повышения производительности существующей установки, либо для значительного снижения затрат на новую установку.The impact on the size of the Claus process is significant: process gas volume is reduced to 65% of the base case, while still producing 107% of elemental sulfur. This reduction in process gas volume can be used to either increase the performance of an existing plant or significantly reduce the costs of a new plant.

Кроме того, сернокислотная установка станет меньше, так как поток технологического газа составляет всего 90% от потока базового варианта. Это удивительно, так как производство H2SO4 увеличилось более чем в два раза по сравнению с базовым вариантом, но в основном это связано с большим уменьшением потока остаточного газа реакции Клауса.In addition, the sulfuric acid plant will be smaller, since the process gas flow is only 90% of the base case flow. This is surprising since H 2 SO 4 production more than doubled compared to the base case, but this is mainly due to a large reduction in the residual gas flow of the Claus reaction.

Что наиболее примечательно, так это снижение расхода топливного газа, которое сейчас составляет всего 16% от расхода в базовом варианте, что способствует значительному снижению эксплуатационных расходов интегрированного сернокислотного процесса Клаус+.What is most remarkable is the reduction in fuel gas consumption, which is now only 16% of the base case, contributing to a significant reduction in operating costs for the integrated Claus+ sulfuric acid process.

Пример 6Example 6

Рецикл H2SO4 и полный отвод газа SWS в камеру сгорания остаточного газа реакции КлаусаRecycle H 2 SO 4 and complete removal of SWS gas into the combustion chamber of the residual gas of the Claus reaction

В этом примере основное внимание уделяется полному исключению газа SWS в установке Клауса, что гарантирует невозможность образования солей аммиака в конденсаторах серы и, таким образом, снижает риск отказа установки Клауса.This example focuses on the complete elimination of SWS gas in the Claus unit, which ensures that ammonia salts cannot form in the sulfur condensers and thus reduces the risk of Claus unit failure.

Расход технологического газа на выходе из печи реакции Клауса составляет 69% от базового варианта, но немного выше по сравнению с примером 5, где отводят только часть газа SWS. Увеличение расхода технологического газа связано с необходимостью добавления топливного газа в печь реакции Клауса для поддержания высокой рабочей температуры.The process gas flow rate at the outlet of the Claus reaction furnace is 69% of the base case, but slightly higher compared to example 5, where only part of the SWS gas is removed. The increase in process gas consumption is due to the need to add fuel gas to the Claus reaction furnace to maintain a high operating temperature.

Производство H2SO4 на установке для влажного сернокислотного процесса теперь увеличилось до 17% от содержания серы в сырьевых газах, рециркуляция всей продукции теперь гасит температуру печи реакции Клауса до такой степени, при которой требуется топливный газ. Технологический газ из камеры сгорания остаточного газа реакции Клауса увеличился до 107% от базового варианта из-за увеличения подачи серы на сернокислотную установку.The production of H 2 SO 4 from the wet sulfuric acid process plant has now increased to 17% of the sulfur content of the feed gases, recirculation of all production now quenches the Claus reaction furnace temperature to the point where fuel gas is required. Process gas from the residual gas combustion chamber of the Claus reaction increased to 107% of the base case due to an increase in the supply of sulfur to the sulfuric acid plant.

Даже если в печи реакции Клауса требуется топливный газ, общий расход топливного газа составляет всего 41% от базового варианта.Even if the Claus reaction furnace requires fuel gas, the total fuel gas consumption is only 41% of the base case.

С точки зрения размера установки и эксплуатационных затрат этот пример кажется менее оптимальным, чем пример 5, т.е. существует оптимальное соотношение рециркуляции H2SO4, которое зависит от фактических потоков сырьевого газа и составов. Отвод еще большего количества сырьевого газа приведет к увеличению производства серной кислоты, что еще больше погасит печь реакции Клауса, что опять же потребует больше топливного газа, и, следовательно, поток остаточного газа реакции Клауса увеличится.In terms of plant size and operating costs, this example seems less optimal than example 5, i.e. There is an optimal H 2 SO 4 recycle ratio that depends on the actual feed gas flows and compositions. Removing even more feed gas will result in increased sulfuric acid production, which will further extinguish the Claus reaction furnace, again requiring more fuel gas, and therefore the Claus reaction tail gas flow will increase.

Для вышеописанных составов и потоков сырьевого оптимальным с точки зрения размеров установки и расхода топлива является поток рециркуляции H2SO4 в пределах от 13% до 17% от подачи S в потоках сырья.For the above-described compositions and raw material flows, the optimal one from the point of view of installation size and fuel consumption is the H 2 SO 4 recirculation flow in the range from 13% to 17% of the S supply in the raw material flows.

В целом, оптимальный отвод запаса сырьевого газа близок к точке, в которой печь реакции Клауса работает при минимально допустимой температуре, т.е. запас сырья может быть отведен для производства большего количества серной кислоты до тех пор, пока температура реакции Клауса не достигнет предела для термической деструкции углеводородов и серной кислоты. Увеличение соотношения отвода запаса сырья снизит потребность в топливном газе в камере сгорания остаточного газа реакции Клауса, но увеличит потребление топливного газа в печи реакции Клауса на гораздо больший коэффициент, поскольку требуется топливный газ в камере реакции Клауса для испарения и разложения серной кислоты и нагревания технологического газа, тогда как в камере сгорания остаточного газа реакции Клауса требуется только нагрев технологического газа.In general, the optimal feed gas supply removal is close to the point at which the Claus reaction furnace is operating at the minimum permissible temperature, i.e. the stock of feedstock can be diverted to produce more sulfuric acid until the Claus reaction temperature reaches the limit for thermal degradation of hydrocarbons and sulfuric acid. Increasing the feed stock withdrawal ratio will reduce the fuel gas requirement in the Claus reaction residual gas combustion chamber, but will increase the fuel gas consumption in the Claus reaction furnace by a much larger factor because fuel gas is required in the Claus reaction chamber to evaporate and decompose the sulfuric acid and heat the process gas , whereas in the residual gas combustion chamber of the Claus reaction only heating of the process gas is required.

Для запаса сырьевого газа, например, 50 об.% H2S, оптимальный поток рециркуляции H2SO4 составляет ~7% от подачи S в сырьевом потоке. Отвод кислого газа в камеру сгорания остаточного газа Клауса составляет всего 2%, так как относительно низкая концентрация H2S приводит к низкой температуре в печи реакции Клауса, и, таким образом, серная кислота быстро снижает температуру и требует добавления топливного газа в печь реакция Клауса. Использование воздуха, обогащенного O2, в печи реакции Клауса позволит увеличить поток рециркуляции H2SO4.For a feed gas supply of, for example, 50 vol.% H 2 S, the optimal H 2 SO 4 recycle flow is ~7% of the S feed in the feed stream. The removal of acid gas into the residual Claus gas combustion chamber is only 2%, since the relatively low concentration of H 2 S results in a low temperature in the Claus reaction furnace, and thus sulfuric acid quickly reduces the temperature and requires the addition of fuel gas to the Claus reaction furnace . The use of O 2 -rich air in the Claus reaction furnace will increase the H 2 SO 4 recirculation flow.

Пример 7Example 7

Рециркуляция H2SO4, отвод газа SWS в камеру сгорания остаточного газа реакции Клауса и использование воздуха, обогащенного O2.Recycle H 2 SO 4 , vent SWS gas into the Claus reaction residual gas combustion chamber and use O 2 -enriched air.

Для повышения производительности установки Клауса известен вариант конструкции, заключающийся в установке специальных горелок, способных работать с обогащенным воздухом с содержанием O2>21 об.%, обычное качество O2 составляет 93-99 об.% O2.To increase the productivity of the Claus installation, a design option is known that consists in installing special burners capable of operating with enriched air with an O 2 content of >21 vol.%; the usual quality of O 2 is 93-99 vol.% O 2 .

В данном примере используется обогащенный воздух с содержанием O2 80 об.%, как в процессе Клауса, тогда как в сернокислотном процессе используется атмосферный воздух.In this example, enriched air with an O2 content of 80 vol.% is used, as in the Claus process, while the sulfuric acid process uses atmospheric air.

Эффект обогащенного воздуха заключается в значительном снижении потока технологического газа, выходящего из печи реакции Клауса, в основном из-за уменьшения количества N2, связанного с потоком O2. Кроме того, меньший расход технологического газа позволяет эксплуатировать печь реакции Клауса без добавления топлива, так как требуется нагревать меньше инертного газа.The effect of enriched air is to significantly reduce the process gas flow leaving the Claus reaction furnace, mainly due to the reduction in the amount of N 2 associated with the O 2 stream. In addition, lower process gas consumption allows the Claus reaction furnace to be operated without adding fuel, since less inert gas needs to be heated.

Поскольку расход технологического газа на выходе из печи реакции Клауса в настоящее время снижен только до 38% от базового варианта, подача остаточного газа реакции Клауса в камеру сгорания остаточного газа реакции Клауса также значительно уменьшена. Расход технологического газа из камеры сгорания остаточного газа реакции Клауса составляет всего 56% от базового варианта, что относительно выше расхода установки Клауса из-за большого количества отвода газа SWS на установку влажного сернокислотного процесса.Since the process gas flow rate at the outlet of the Claus reaction furnace is now reduced to only 38% of the base case, the supply of residual Claus reaction gas to the residual Claus reaction gas combustion chamber is also significantly reduced. The process gas flow rate from the residual gas combustion chamber of the Claus reaction is only 56% of the base case, which is relatively higher than the flow rate of the Claus unit due to the large amount of SWS gas exhaust to the wet sulfuric acid process unit.

При такой конструкции можно работать без топливного газа как в процессе Клауса, так и в сернокислотном процессе, даже при таком высоком рециркуляционном потоке H2SO4 из сернокислотного процесса.With this design it is possible to operate without fuel gas in both the Claus process and the sulfuric acid process, even with such a high recycle flow of H 2 SO 4 from the sulfuric acid process.

Claims (23)

1. Способ получения серы из сырьевого газа, содержащего 15 об. %, 20 об. %, 30 об. %, 40 об. % или 50-99 об. % или 100 об. % H2S, и потока серной кислоты, включающий стадии:1. A method for producing sulfur from feed gas containing 15 vol. %, 20 vol. %, 30 vol. %, 40 vol. % or 50-99 vol. % or 100 vol. % H 2 S, and a stream of sulfuric acid, including the stages: a. обеспечения сырьевого потока печи реакции Клауса, содержащего указанный сырьевой газ, количество серной кислоты, количество кислорода и необязательно количество топлива, где количество кислорода является субстехиометрическим,a. providing a Claus reaction furnace feed stream containing said feed gas, an amount of sulfuric acid, an amount of oxygen, and optionally an amount of fuel, where the amount of oxygen is substoichiometric, b. направления указанного сырьевого потока печи реакции Клауса в печь реакции Клауса, работающую при повышенной температуре, как, например, выше 900°С, обеспечивая сырьевой газ для конвертера Клауса,b. directing said Claus reaction furnace feed stream to a Claus reaction furnace operating at an elevated temperature, such as above 900°C, providing feed gas for the Claus converter, c. охлаждения указанного сырьевого газа для конвертера Клауса с обеспечением охлажденного сырьевого газа для конвертера Клауса и необязательно отведения элементарной серы из газа,c. cooling said feed gas for the Claus converter, providing cooled feed gas for the Claus converter and optionally removing elemental sulfur from the gas, d. направления указанного охлажденного сырьевого газа для конвертера Клауса после необязательного предварительного нагрева для контакта с веществом, каталитически активным в реакции Клауса,d. directing said cooled feed gas to the Claus converter, after optional preheating, into contact with a substance catalytically active in the Claus reaction, e. отвода остаточного газа реакции Клауса и элементарной серы, необязательно посредством охлаждения выходящего потока, от указанного вещества, каталитически активного в реакции Клауса,e. removing residual Claus reaction gas and elemental sulfur, optionally by cooling the effluent, from said Claus reaction catalytically active substance, f. направления потока, содержащего указанный остаточный газ реакции Клауса, на обработку остаточного газа реакции Клауса,f. directing a stream containing said residual Claus reaction gas to treat the residual Claus reaction gas, отличающийся тем, что указанная серная кислота, направленная в указанную печь реакции Клауса, находится в форме капель с распределением капель по размеру, характеризующимся тем, что 90% массы капель имеют диаметр ниже 500 мкм, 200 мкм или 100 мкм.characterized in that said sulfuric acid sent to said Claus reaction furnace is in the form of droplets with a droplet size distribution characterized in that 90% of the droplet mass has a diameter below 500 μm, 200 μm or 100 μm. 2. Способ по п. 1, в котором по меньшей мере количество серной кислоты направляют в указанную печь реакции Клауса через по меньшей мере одно воздушное сопло, получая серную кислоту и распыляющую среду.2. The method of claim 1, wherein at least an amount of sulfuric acid is directed into said Claus reaction furnace through at least one air nozzle to produce sulfuric acid and atomizing medium. 3. Способ по п. 2, в котором распыляющая среда представляет собой сжатый воздух, а поток составляет от 25 Нм3 воздух/тонна кислоты или от 50 до 200 Нм3 воздух/тонна кислоты или 500 Нм3 воздух/тонна кислоты.3. The method according to claim 2, in which the atomizing medium is compressed air and the flow is from 25 Nm 3 air/ton of acid or from 50 to 200 Nm 3 air/ton of acid or 500 Nm 3 air/ton of acid. 4. Способ по п. 1, в котором по меньшей мере количество серной кислоты направляют в указанную печь реакции Клауса посредством по меньшей мере одного гидравлического сопла.4. The method of claim 1, wherein at least an amount of sulfuric acid is directed into said Claus reaction furnace by means of at least one hydraulic nozzle. 5. Способ по п. 1, где среднее время пребывания технологического газа в печи реакции Клауса составляет менее 5 с, более предпочтительно менее 2 с.5. The method according to claim 1, where the average residence time of the process gas in the Claus reaction furnace is less than 5 seconds, more preferably less than 2 seconds. 6. Способ по п. 1, где печь реакции Клауса содержит усилитель турбулентности.6. The method according to claim 1, wherein the Claus reaction furnace contains a turbulence amplifier. 7. Способ по п. 1, где печь реакции Клауса содержит средство импакции.7. The method according to claim 1, wherein the Claus reaction furnace contains an impacting agent. 8. Способ по п. 1, где указанная обработка остаточного газа реакции Клауса включает стадии:8. The method according to claim 1, wherein said treatment of the residual gas of the Claus reaction includes the steps of: g. направления потока, содержащего указанный остаточный газ реакции Клауса, кислород и топливо в качестве сырьевого газа, в камеру сгорания остаточного газа реакции Клауса, работающую при температуре выше 900°С, или каталитическое средство для окисления, обеспечивающее сырьевой газ для конвертера SO2,g. directing a stream containing said Claus reaction residual gas, oxygen and fuel as feed gas into a Claus reaction residual gas combustion chamber operating at a temperature above 900° C. or an oxidation catalyst providing feed gas for the SO 2 converter, h. направления указанного сырьевого газа для конвертера SO2 для контакта с веществом, каталитически активным при окислении SO2 до SO3, обеспечивая газ, обогащенный SO3,h. directing said feed gas to the SO 2 converter into contact with a substance catalytically active in the oxidation of SO 2 to SO 3 , providing a gas enriched in SO 3 , i. превращения указанного газа, обогащенного SO3, в концентрированную серную кислоту либо путем абсорбции SO3 серной кислотой, либо путем гидратации SO3, охлаждения и конденсации серной кислоты,i. converting said SO 3 -rich gas into concentrated sulfuric acid, either by absorbing SO 3 with sulfuric acid or by hydrating SO 3 , cooling and condensing the sulfuric acid, j. рециклизации по меньшей мере части полученной серной кислоты в печь реакции Клауса.j. recycling at least a portion of the resulting sulfuric acid into a Claus reaction furnace. 9. Способ по п. 1, где количество серной кислоты происходит из источника, отличного от обработки остаточного газа реакции Клауса.9. The method of claim 1, wherein the amount of sulfuric acid comes from a source other than treatment of the Claus reaction tail gas. 10. Способ по п. 1, где количество серы в потоке серной кислоты выше 1%, 3% или 5% и меньше 17%, 21% или 25% от общего количества элементарной серы, отводимого из процесса.10. The method of claim 1, wherein the amount of sulfur in the sulfuric acid stream is greater than 1%, 3% or 5% and less than 17%, 21% or 25% of the total amount of elemental sulfur removed from the process. 11. Технологическая установка, содержащая печь реакции Клауса, утилизационный котел Клауса, секцию конверсии Клауса, камеру сгорания остаточного газа реакции Клауса и секцию серной кислоты, где печь реакции Клауса имеет вход в печь, вход и выход сопла кислоты, утилизационный котел Клауса имеет вход для газа, выход для газа и выход для элементарной серы, секция конверсии Клауса имеет вход для газа, выход для газа и выход для элементарной серы, камера сгорания остаточного газа реакции Клауса имеет вход и выход, и секция серной кислоты имеет вход для газа, выход для газа и выход для серной кислоты, и где вход в печь реакции Клауса сконфигурирован для получения сырьевого газа и окислителя, а выход печи реакции Клауса сконфигурирован для жидкостного сообщения с входом утилизационного котла Клауса, где выход утилизационного котла Клауса сконфигурирован для жидкостного сообщения с входом секции конверсии Клауса, и где вход камеры сгорания остаточного газа реакции Клауса сконфигурирован для жидкостного сообщения с выходом указанного выхода секции конверсии Клауса для газа, причем выход камеры сгорания остаточного газа реакции Клауса сконфигурирован для жидкостного сообщения с входом в секцию серной кислоты, отличающаяся дополнительно тем, что выход для серной кислоты секции серной кислоты находится в жидкостном сообщении с входом сопла кислоты указанной печи реакции Клауса.11. A process plant comprising a Claus reaction furnace, a Claus recovery boiler, a Claus conversion section, a Claus reaction residual gas combustion chamber and a sulfuric acid section, where the Claus reaction furnace has an inlet to the furnace, an acid nozzle inlet and outlet, a Claus recovery boiler has an inlet for gas, an outlet for gas and an outlet for elemental sulfur, the Claus conversion section has a gas inlet, an outlet for gas and an outlet for elemental sulfur, the Claus reaction residual gas combustion chamber has an inlet and an outlet, and the sulfuric acid section has an inlet for gas, an outlet for gas and an outlet for sulfuric acid, and wherein the Claus reaction furnace inlet is configured to receive feed gas and oxidant, and the Claus reaction furnace outlet is configured for liquid communication with the Claus recovery boiler inlet, where the Claus recovery boiler outlet is configured for liquid communication with the conversion section inlet a Claus reaction gas combustion chamber, and wherein the inlet of the Claus reaction residual gas combustor is configured in fluid communication with an output of said Claus conversion section outlet for gas, wherein the outlet of the Claus reaction residual gas combustion chamber is configured in fluid communication with an inlet of the sulfuric acid section, characterized further in that the output for sulfuric acid, the sulfuric acid section is in fluid communication with the acid nozzle inlet of said Claus reaction furnace. 12. Технологическая установка по п. 11, дополнительно содержащая резервуар для хранения серы, имеющий объем, соответствующий количеству серной кислоты, отводимому из выхода для серной кислоты секции серной кислоты за от 1 до 4 дней.12. The process plant of claim 11, further comprising a sulfur storage tank having a volume corresponding to the amount of sulfuric acid withdrawn from the sulfuric acid outlet of the sulfuric acid section in 1 to 4 days.
RU2021135426A 2019-05-03 2020-04-30 Method of producing sulphur and sulphuric acid RU2822142C2 (en)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DKPA201900543 2019-05-03
DKPA201900655 2019-05-28
DKPA201900681 2019-06-04
DKPA201900687 2019-06-05

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2021135426A RU2021135426A (en) 2023-06-05
RU2822142C2 true RU2822142C2 (en) 2024-07-02

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4070424A (en) * 1976-09-21 1978-01-24 Uop Inc. Method and apparatus for conditioning flue gas with a mist of H2 SO4
US4208192A (en) * 1978-10-27 1980-06-17 Uop Inc. Sonic spray of H2 SD4 in a swirling heated air stream
RU2048865C1 (en) * 1993-05-14 1995-11-27 Химический факультет МГУ им.М.В.Ломоносова Method of gas scrubbing from hydrogen sulfide
WO2017220655A1 (en) * 2016-06-21 2017-12-28 Saipem S.P.A. Integrated process for the production of sulphuric acid and sulphur

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4070424A (en) * 1976-09-21 1978-01-24 Uop Inc. Method and apparatus for conditioning flue gas with a mist of H2 SO4
US4208192A (en) * 1978-10-27 1980-06-17 Uop Inc. Sonic spray of H2 SD4 in a swirling heated air stream
RU2048865C1 (en) * 1993-05-14 1995-11-27 Химический факультет МГУ им.М.В.Ломоносова Method of gas scrubbing from hydrogen sulfide
WO2017220655A1 (en) * 2016-06-21 2017-12-28 Saipem S.P.A. Integrated process for the production of sulphuric acid and sulphur

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11691877B2 (en) Method for production of sulfur and sulfuric acid
JP7041745B2 (en) Method for producing sulfur and sulfuric acid
RU2822142C2 (en) Method of producing sulphur and sulphuric acid
RU2827769C2 (en) Modernization of claus plant with sulfuric acid plant
CN112930320B (en) Method for producing sulfur
RU2824360C2 (en) Method of producing elementary sulphur and sulphuric acid
CN113795710B (en) Method for producing elemental sulphur and sulphuric acid
DK201800928A1 (en) Method for production of sulfur and sulfuric acid
EA039970B1 (en) METHOD FOR PRODUCING SULFUR AND SULFURIC ACID