PL154417B1 - Sposób odzysku siarki z gazu siarkowodorowego - Google Patents

Description

RZECZPOSPOLITA OPIS PATENTOWY 154 417 POLSKA

Patent dodatkowy do patentu nr--Zgłoszono: 87 05 04 (P. 265493)

Int. Cl.⁵ B01D 53/36 B01D 53,/34

URZĄD

PATENTOWY

RP

Pierwszzństwo--Zgłoszenie ogłoszono: 88 11 10

Opis patentowy opublikowano: 1992 01 31

Twórca wynalazku: Andrzej Kaliszak

Uprawniony z patentu: Politechnika Warszawska, Warszawa (Polska)

Sposób odzysku siarki z gazu siarkowodorowego

Przedmiotem wynalazku jest sposób odzysku siarki z gazu siarkowodorowego.

W znanym procesie Clausa gaz siarkowodorowy zawierający 20-95% objętościowych H2S, dwutlenek węgla, węglowodory C1-C4 oraz parę wodną przerabiany jest do siarki elementarnej w instalacji składającej się z reaktora termicznego, dwóch reaktorów katalitycznych, wymienników ciepła, kondensatorów par siarki i separatorów siarki ciekłej. W reaktorze termicznym następuje spalanie w tlenie siarkowodoru i węglowodorów oraz zachodzą reakcje uboczne, w wyniku których powstają niepożądane, silnie toksyczne związki siarki takie jak COS, CS2 i merkaptany. Gaz z reaktora termicznego kierowany jest do wymiennika ciepła, gdzie jest schładzany i następnie wprowadzany do separatora w celu wydzielenia czystej siarki. Po wyjściu z separatora gaz dogrzewany jest bezprzeponowo gorącym gazem pochodzącym bezpośrednio z reaktora termicznego i zawierającym duże ilości niewykroplonej siarki, po czym wprowadzany jest do pierwszego reaktora katalitycznego, który zawiera jedną warstwę aktywnego katalizatora. Temperatura gazu na wlocie do tego reaktora zależna jest od stężenia produktów ubocznych COS i CS2 w gazie po reaktorze termicznym i zwykle waha się w zakresie 230-300°C. Gazy po wyjściu z pierwszego reaktora katalitycznego są chłodzone i kierowane do separatora, w którym wydziela się wykroplona siarka. Natomiast gaz po przeponowym ogrzaniu gazami wychodzącymi z pierwszego reaktora katalitycznego wprowadzany jest do drugiego reaktora katalitycznego, zawierającego jedną warstwę aktywnego katalizatora. Po przejściu przez drugi reaktor katalityczny gazy kierowane są do dopalacza, gdzie spalane są związki siarki oraz pary i mgły siarki w temperaturze około 650°C.

Rozwiązanie to posiada szereg mankamentów związanych z koniecznością dogrzewania gazów przed wprowadzeniem ich do pierwszego reaktora katalitycznego. Bezprzeponowe podgrzewanie gorącym gazem, pochodzącym bezpośrednio z reaktora termicznego i zawierającym duże ilości niewykroplonej siarki obniża wydajność procesu i ogranicza zdolność sterowania temperaturą procesu w reaktorach katalitycznych. Ma to mniej istotne znaczenie w przypadku, gdy instalacja pracuje przy nominalnym przerobie gazu, natomiast przy znacznie mniejszym przerobie gazuodnominalnegostopieńodzyskusiarkijestowińlemniejszy.Stopieńodzyskusiarkijest

154 417 również niezadowalający w przypadku, gdy w reaktorze termicznym generuje się duża ilość produktów ubocznych jak COS i CS2, poddawanych następnie rozkładowi w temperaturach od 300°C. W obu przypadkach zachodzi konieczność doprowadzenia znacznie większej ilości gorącego gazu z niewykroploną siarką dla osiągnięcia właściwej temperatury gazu procesowego, co znacznie obniża stopień konwersji w reaktorze katalitycznym.

Celem wynalazku było opracowanie metody odzysku siarki z gazu siarkowodorowego zapewniającej uzyskanie wysokiego stopnia odzysku siarki zarówno przy nominalnym jak i przy mniejszym od nominalnego przerobie gazu. Cel ten osiągnięto stosując sposób odzysku siarki z gazu siarkowodorowego według wynalazku.

Sposób według wynalazku polega na tym, że w procesie Clausa w pierwszym i drugim reaktorze katalitycznym układa się aktywny katalizator w dwóch warstwach, a strumień gazu opuszczającego separator dzieli się na dwie części. Jedną część strumienia kieruje się do górnej warstwy katalizatora po podgrzaniu jej przed pierwszym reaktorem katalitycznym przez doprowadzenie gorącego gazu z reaktora termicznego, a przed drugim reaktorem katalitycznym w przeponowym wymienniku ciepła. Drugą część strumienia kieruje się do dolnej warstwy katalizatora. Korzystne wyniki uzyskuje się jeżeli w pierwszym reaktorze katalitycznym na obu warstwach aktywnego katalizatora umieści się warstwę katalizatora zregenerowanego.

Sposób według wynalazku pozwala na podwyższenie temperatury gazu na wlocie do reaktora katalitycznego i jednocześnie obniżenie temperatury w drugiej części złoża, co w dotychczasowym rozwiązaniu jest niemożliwe ponieważ podwyższenie temperatury wlotowej gazu powoduje podwyższenie temperatury w całej warstwie katalizatora niekorzystne ze względu na równowagę reakcji w końcowej części warstwy katalizatora, gdzie stopnie przemiany są zbliżone do wartości równowagowych. Ponadto w sposobie według wynalazku strumień gazu doprowadzany do górnej warstwy katalizatora może być tą samą ilością gazu co w znanym rozwiązaniu dogrzany do wyższej temperatury, co ma szczególnie istotne znaczenie przy dużej zawartości produktów ubocznych jak COS i CS2. Podział złoża katalizatora na dwie warstwy pozwala na zlikwidowanie nierównomierności rozpływu gazu, wywołanych w długich warstwach efektami przyściennymi i stwarza możliwość lepszego sterowania procesem w miarę postępującej od czoła warstwy górnej dezaktywacji. Ponadto umieszczenie w pierwszym reaktorze katalitycznym na obu warstwach aktywnego katalizatora warstwy katalizatora zregenerowanego ogranicza straty świeżego katalizatora. Warstwy katalizatora zregenerowanego stanowią bowiem barierę przed zakoksowaniem i zasiarczeniem aktywnego katalizatora oraz zapewniają równomierny napływ gazu do warstwy aktywnej.

Sposób według wynalazku zapewnia prawidłowy przebieg procesu odzysku siarki z gazu siarkowodorowego nawet przy pięciokrotnie mniejszym od nominalnego przerobie gazu z większym niż w dotychczasowych rozwiązaniach odyzskiem siarki.

Przedmiot wynalazku został bliżej objaśniony w przykładzie wykonania, nie ograniczającym jednak zakresu jego stosowania.

Przykład . Gaz siarkowodorowy o zawartości 95% objętościowych H2S wprowadzono do reaktora termicznego i dwóch reaktorów katalitycznych o przerobowości nominalnej 900 m³/h. W obu reaktorach katalitycznych ułożono 2 warstwy katalizatora CR o granulacji 4-6 mm. Gaz procesowy wprowadzono kolejno do reaktora termicznego, wymiennika ciepła i separatora, gdzie wkroplono ciekłą siarkę. Gaz wychodzący z separatora podzielono następnie na dwa równe strumienie. Jeden z tych strumieni ogrzano do temperatury 230°C za pomocą strumienia gazu z reaktora termicznego o temperaturze 460°C, stanowiącego 12,5% przerabianego gazu i skierowano do górnej warstwy pierwszego reaktora katalitycznego. Drugą część zimnego strumienia skierowano do dolnej warstwy katalizatora w tym reaktorze, do strefy międzywarstwowej.

Temperatura gazów opuszczających reaktor katalityczny wynosiła 287°C. Gaz po pierwszym reaktorze katalitycznym skierowano następnie do separatora, gdzie wydzielona została ciekła siarka. W reaktorze tym uzyskano przemianę 75% wprowadzonych reagentów. Strumień gazu opuszczającego separator podzielono na dwie części w stosunku 2:1. Większą część strumienia skierowano do górnej warstwy drugiego reaktora katalitycznego poprzez wymiennik ciepła, w którym ogrzany został do temperatury 210°C. Mniejszą część strumienia wprowadzono do dolnej warstwy katalizatora w tym reaktorze. Gazy po wyjściu z drugiego reaktora katalitycznego skierowano do separatora, gdzie wkroplono ciekłą siarkę, a gazy odlotowe poddano dopalaniu w

154 417 dopalaczu. W drugim reaktorze katalitycznym uzyskano stopień przemiany reagentów wynoszący około 70%. Łączny odzysk siarki z gazu siarkowodorowego wynosi 96,5-97,5% i jest niezależny od przerobu gazu w zakresie 20-100% przerobu nominalnego.

Przeprowadzony dla porównania metodą klasyczną proces odzysku siarki z takiego samego gazu procesowego w instalacji o przerobowości nominalnej również 900 m³/h wymagał dogrzewania gazu w pierwszym reaktorze katalitycznym do temperatury 596°C co wiązało się z doprowadzeniem dodatkowo 53,4 kg S/h do reaktora i w rezultacie spowodowało obniżenie stopnia konwersji o 20%. Natomiast w procesie prowadzonym również znanę metodą przy przerobie zmniejszonym do 220 m³/h gazu siarkowodorowego do dogrzania gazu procesowego do wymaganej temperatury 230°C gorący gaz musi stanowić 25% całkowitej ilości gazu wpływającego do pierwszego reaktora katalitycznego.

Wprowadzona z gorącym gazem siarka stanowi wtedy 50% siarki opuszczającej pierwszy reaktor, przez co stopień konwersji w tym tylko reaktorze obniżył się o około 50%.

Claims (2)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób odzysku siarki z gazu siarkowodorowego w instalacji zawierającej reaktor techniczny i dwa usytuowane szeregowo dwupółkowe reaktory katalityczne, polegający na wprowadzeniu strumienia gazu siarkowodorowego do reaktora termicznego, następnie schłodzeniu tego strumienia w wymienniku ciepła i wkropleniu siarki, wprowadzeniu tego strumienia do pierwszego reaktora katalitycznego po uprzednim podgrzaniu go przez doprowadzenie bezpośrednio z reaktora termicznego dodatkowego strumienia gorącego gazu, wydzieleniu w separatorze ciekłej siarki ze strumienia gazu opuszczającego pierwszy reaktor katalityczny i po przeponowym ogrzaniu go gazami wychodzącymi z pierwszego reaktora katalitycznego wprowadzeniu do drugiego reaktora katalitycznego, a następnie wkropleniu siarki i dopaleniu gazów odlotowych, znamienny tym, że w pierwszym i drugim reaktorze katalitycznym aktywny katalizator układa się w dwóch warstwach, a strumień gazu opuszczającego separator dzieli się na dwie części, przy czym jedną część strumienia kieruje się do górnej warstwy katalizatora po podgrzaniu jej przed pierwszym reaktorem katalitycznym przez doprowadzenie gorącego gazu z reaktora termicznego, a przed drugim reaktorem katalitycznym w przeponowym wymienniku ciepła, a drugą część strumienia kieruje się do dolnej warstwy katalizatora.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w pierwszym reaktorze katalitycznym na obu warstwach aktywnego katalizatora umieszcza się warstwę katalizatora zregenerowanego.

   Zakład Wydawnictw UP RP. Nakład 100 egz.

   Cena 3000 zł