PL202981B1 - Sposób odzyskiwania siarki elementarnej w instalacji Clausa - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób odzyskiwania siarki elementarnej w instalacji Clausa.

W sposobie tym siarkowodór w kotle instalacji Clausa poddaje się przemianie za pomocą tlenu powietrza z utworzeniem siarki elementarnej, gaz procesowy opuszczający kocioł Clausa chłodzi się w kotle na ciepło odpadowe do temperatury wymaganej do kondensacji siarki, po oddzieleniu siarki ogrzewa się i doprowadza do pieca reakcyjnego instalacji Clausa, w którym związki siarki poddaje się przemianie w elementarną siarkę oraz na katalizatorze, gaz procesowy opuszczający piec reakcyjny chłodzi się do temperatury wymaganej do kondensacji siarki i oddziela skondensowaną siarkę, przy czym instalacja pracuje tylko z jednym piecem reakcyjnym, w którym temperaturę roboczą nastawia się na temperaturę poniżej 250°C.

Gaz koksowniczy zawiera siarkowodór, który przed wykorzystaniem musi być usunięty drogą przemywania gazu. Przy regeneracji obciążonej cieczy absorpcyjnej stosowanej do przemywania gazu siarkowodór występuje w stężonej postaci i poddaje się go w instalacji Clausa przemianie w siarkę elementarną . Zasadniczym elementem instalacji Clausa jest kocioł z komorą spalania, w której w wysokich temperaturach ponad 800°C siarkowodór poddaje się za pomocą tlenu powietrza przemianie w siarkę elementarną. Podstawową reakcją procesu jest

2H2S + O2 / S2 + H2O

Reakcja jest silnie egzotermiczna, a stąd zależy bardzo od temperatury. Zgodnie z równowagą reakcji około 70% siarkowodoru występuje jako siarka elementarna, którą po ochłodzeniu gazów procesowych we włączonym dalej kotle na ciepło odpadowe oddziela się przez kondensację. W dalszych piecach reakcyjnych, które określa się także jako stopnie katalizatorowe, resztkowe zawartości siarkowodoru i dwutlenku siarki poddaje się na katalizatorach przemianie w siarkę zgodnie z równowagą reakcji:

3H2S + SO2 / 3/8S₈ + 2H2O

Reaktory Clausa pracują w temperaturach poniżej 350°C. W celu osiągnięcia wysokich wydajności siarki, w ramach znanych środków instalację Clausa wykonuje się wciąż z co najmniej dwoma reaktorami Clausa połączonymi szeregowo i pracującymi przy różnych poziomach temperatur. Pomiędzy połączonymi szeregowo reaktorami Clausa przewiduje się pośrednie chłodzenie dla oddzielania skondensowanej elementarnej siarki. Instalacja Clausa o opisanej konstrukcji i z podanym przeznaczeniem jest opisana w encyklopedii Ullmanns Encyklopadie der technischen Chemie, tom 21, strony 8 do 13.

Instalacja Clausa składająca się z kotła Clausa i z dwóch włączonych po sobie stopni katalizatorowych z pośrednimi chłodzeniami jest kosztowna pod względem aparatury i stąd u podstaw wynalazku leży zadanie zmniejszenia kosztów aparaturowych drogą zmiany procesu.

Wychodząc z opisanego na wstępie sposobu zadanie rozwiązuje się według wynalazku w ten sposób, że dla oddzielenia siarkowodoru od gazu koksowniczego siarkowodór usuwa się z gazu koksowniczego drogą przemywania gazu za pomocą cieczy absorpcyjnej, obciążoną ciecz absorpcyjną regeneruje się, a występujący przy tym w stężonej postaci siarkowodór doprowadza się do instalacji Clausa, przy czym po oddzieleniu skondensowanej siarki gaz procesowy opuszczający piec reakcyjny zawraca się przed przemywaniem gazu wraz z nieprzereagowaną w piecu reakcyjnym resztkową zawartością siarkowodoru do oczyszczanego gazu koksowniczego.

Piec reakcyjny pracuje w zakresie temperatur od 200° do 230°C.

Korzystnie jako kocioł Clausa stosuje się wyłożony ogniotrwale kocioł w wykonaniu leżącym, który ma komorę spalania i poziomo przylegającą, ograniczoną obustronnie przepuszczalnymi dla gazu cegłami-kratówkami przestrzenią katalizatorową z warstwą katalizatora.

Korzystnie kocioł na ciepło odpadowe ma pierwszą wiązkę rur z rur wymiennika ciepła, przez które przepływa gaz procesowy wychodzący z kotła Clausa, że kocioł na ciepło odpadowe ma drugą wiązkę rur, przez którą przepływa gaz procesowy wychodzący z pieca reakcyjnego oraz że wiązki rur są rozmieszczone we wspólnej przestrzeni wytwornicy pary, w której wytwarza się parę niskociśnieniową .

PL 202 981 B1

Korzystnie siarkę elementarną odprowadza się z kotła na ciepło odpadowe w stanie ciekłym.

Korzystnie z gorącego gazu procesowego, który opuszcza kocioł Clausa, odciąga się strumień częściowy i doprowadza w celu ogrzania do strumienia procesowego, który zawraca się do pieca reakcyjnego.

Instalację Clausa do realizacji sposobu według wynalazku wykonuje się tylko z jednym kotłem Clausa i jednym dołączonym stopniem katalizatorowym, która w porównaniu ze stanem techniki pracuje w niższej temperaturze. Przy tym należy przyjąć do wiadomości fakt, że poddana przemianie część H2S w stosunku do ilości siarkowodoru doprowadzonego do instalacji Clausa jest mniejsza niż w stanie techniki przy stosowaniu instalacji Clausa z dwoma albo wię cej stopniami katalizatorowymi. Zgodnie z wynalazkiem uznano przy rozpatrywaniu całego procesu, że wyższe zawartości siarki w gazie odlotowym z instalacji Clausa można tolerować, jeżeli gaz odlotowy zawraca się do oczyszczanego gazu koksowniczego i razem z nim poddaje przemywaniu. Przemywanie gazu jest tak zaprojektowane, że wyższa zawartość siarkowodoru w gazie koksowniczym na skutek zawracania według wynalazku nie odbija się na zawartości siarkowodoru w oczyszczonym gazie i wobec tego płukanie gazu czyni zbędnym drugi albo trzeci stopień katalizatorowy instalacji Clausa. Dzięki sposobowi według wynalazku instalacja Clausa może być wykonana bardzo prosto pod względem technicznym. Upraszcza się także znacznie i techniczną stronę regulacji instalacji Clausa.

Przedmiot wynalazku jest bliżej objaśniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematycznie bardzo uproszczony schemat blokowy sposobu według wynalazku, fig. 2 - instalację Clausa, którą stosuje się w ramach sposobu według wynalazku.

Zgodnie ze sposobem przedstawionym w postaci schematu blokowego na fig. 1 siarkowodór oddziela się od gazu koksowniczego COG i we włączonej dalej instalacji Clausa przekształca w elementarną siarkę S. Siarkowodór usuwa się z gazu koksowniczego drogą przemywania 1 gazu za pomocą cieczy absorpcyjnej. Obciążoną ciecz absorpcyjną 2 regeneruje się w stopniu 3, przy czym siarkowodór występuje w skoncentrowanej postaci pary, którą doprowadza się do instalacji Clausa 4. W instalacji Clausa 4 siarkowodór podaje się przemianie w siarkę elementarną S, którą odprowadza się w ciekłej postaci. Ponadto pojawia się gaz procesowy 5, który zawiera nie poddaną przemianie resztę siarkowodoru i zawraca się go przed przemywaniem 1 gazu do oczyszczanego gazu koksowniczego COG.

Konstrukcja instalacji Clausa 4 jest przedstawiona na Fig. 2. Do zasadniczej konstrukcji tej instalacji należy kocioł Clausa 6, kocioł 7 na ciepło odpadowe oraz piec reakcyjny 8 z warstwą katalizatora 9. Wprowadzany strumień 10 zawierający siarkowodór zasila razem z powietrzem 11 i gazem grzejnym 12 komorę spalania 13 kotła Clausa 6 i jest poddawany przemianie w temperaturach około 1200°C w reakcji egzotermicznej z utworzeniem siarki elementarnej. Gaz procesowy opuszczający kocioł Clausa 6 chłodzi się w kotle 7 na ciepło odpadowe do temperatury wymaganej do kondensacji siarki, niższej niż 170°C. Siarka elementarna S kondensuje się i jest oddzielana. Po oddzieleniu siarki gaz procesowy 14 ogrzewa się z domieszką częściowego strumienia 15 pobranego z kotła Clausa 6 i doprowadza do pieca reakcyjnego 8 instalacji Clausa. W piecu reakcyjnym 8 siarkowodór i dwutlenek siarki poddaje się przemianie na katalizatorze 16 w siarkę elementarną. Piec reakcyjny 8 pracuje w temperaturze roboczej niższej niż 250°C, korzystnie w zakresie temperatur od 200° do 230°C.

Z fig. 2 widać, że instalacja Clausa 4 jest wykonana tylko z jednym piecem reakcyjnym 8. Gaz procesowy opuszczający piec reakcyjny 8 chłodzi się do temperatury wymaganej do kondensacji siarki. Po oddzieleniu skondensowanej siarki gaz procesowy 5, który zawiera jeszcze resztkową zawartość siarkowodoru, zawraca się przed przemywaniem 1 gazu do oczyszczanego gazu koksowniczego COG. Zgodnie z korzystnym rozwiązaniem sposobu według wynalazku instalacja Clausa 4 pracuje w ten sposób, że od 80 do 85% siarkowodoru przekształca się w elementarną siarkę, którą odprowadza się jako kondensat.

W niniejszym wykonaniu jako kocioł Clausa 6 stosuje się wykonany jako poziomy kocioł z wykładziną ogniotrwałą, który ma komorę spalania 13 i poziomo przylegającą przestrzeń katalizatorową z warstwą katalizatora 9, ograniczoną obustronnie, przepuszczalnym dla gazu cegłami-kratówkami 17.

W kotle 7_na ciepło odlotowe zarówno gorący strumień gazu o temperaturze około 1200°C, wychodzący z kotła Clausa 6, jak i strumień gazu procesowego wychodzący z pieca reakcyjnego 8 o temperaturze niższej niż 250°C, chłodzi się do temperatury poniżej temperatury kondensacji siarki elementarnej. Wytwarza się przy tym para niskociśnieniowa 18. Kocioł 7 na ciepło odpadowe ma pierwszą wiązkę rur 19 z rur wymiennika ciepła, przez które przepływa gaz procesowy wypływający z kotła Clausa 6. Kocioł 7 na ciepło odpadowe ma dalej drugą wiązkę rur 20 z rur wymiennika ciepła,

PL 202 981 B1 przez które przepływa gaz procesowy wychodzący z pieca reakcyjnego 8. Wiązki rur 19, 20 są rozmieszczone we wspólnej przestrzeni wytwornicy pary. Siarka elementarna kondensuje się już w kotle 7 na ciepło odpadowe i odprowadza się ją w ciekłej postaci z kotła 7 na ciepło odpadowe oraz dołączonych dalej oddzielaczy 21.

Do ogrzewania gazu procesowego 14 doprowadzonego do pieca reakcyjnego 8 odprowadza się strumień częściowy 15 z kotła Clausa. Przewód odgałęźny jest przyłączony do obwodu wyłożonej ogniotrwałe przestrzeni 22 kotła Clausa 6 po stronie odpływu i uchodzi do przewodu gazu procesowego sąsiadującego z kotłem. W obszarze ujścia przewodu odgałęźnego jest umieszczony przestawnie korpus zaworu, za pomocą którego można regulować wielkość strumienia gorącego gazu wychodzącego z przewodu odgałęźnego. Korpus zaworu i urządzenie nastawcze przyporządkowane korpusowi zaworu chłodzi się gazem procesowym 14, który prowadzi się przewodem gazu procesowego, w związku z czym na korpus zaworu można stosować zwykłe tworzywa metalowe.

Claims (6)

1. Sposób odzyskiwania siarki elementarnej w instalacji Clausa, w którym siarkowodór w kotle instalacji Clausa poddaje się przemianie za pomocą tlenu powietrza z utworzeniem siarki elementarnej, gaz procesowy opuszczający kocioł Clausa chłodzi się w kotle na ciepło odpadowe do temperatury wymaganej do kondensacji siarki, po oddzieleniu siarki ogrzewa się i doprowadza do pieca reakcyjnego instalacji Clausa, w którym związki siarki poddaje się przemianie w elementarną siarkę na katalizatorze, oraz gaz procesowy opuszczający piec reakcyjny chłodzi się do temperatury wymaganej do kondensacji siarki i oddziela skondensowaną siarkę, przy czym instalacja Clausa pracuje tylko z jednym piecem reakcyjnym, w którym temperaturę roboczą nastawia się na temperaturę poniżej 250°C, znamienny tym, że dla oddzielenia siarkowodoru od gazu koksowniczego siarkowodór usuwa się z gazu koksowniczego drogą przemywania gazu za pomocą cieczy absorpcyjnej, obciążoną ciecz absorpcyjną regeneruje się, a występujący przy tym w stężonej postaci siarkowodór doprowadza się do instalacji Clausa, przy czym po oddzieleniu skondensowanej siarki gaz procesowy opuszczający piec reakcyjny zawraca się przed przemywaniem gazu wraz z nieprzereagowaną w piecu reakcyjnym resztkową zawartością siarkowodoru do oczyszczanego gazu koksowniczego.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że piec reakcyjny pracuje w zakresie temperatur od 200° do 230°C.

3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że jako kocioł Clausa stosuje się wyłożony ogniotrwale kocioł w wykonaniu leżącym, który ma komorę spalania i poziomo przylegającą, ograniczoną obustronnie przepuszczalnymi dla gazu cegłami-kratówkami przestrzenią katalizatorową z warstwą katalizatora.

4. Sposób według jednego z zastrz. 1 do 3, znamienny tym, że kocioł na ciepło odpadowe ma pierwszą wiązkę rur z rur wymiennika ciepła, przez które przepływa gaz procesowy wychodzący z kotła Clausa, że kocioł na ciepło odpadowe ma drugą wiązkę rur, przez którą przepływa gaz procesowy wychodzący z pieca reakcyjnego oraz że wiązki rur są rozmieszczone we wspólnej przestrzeni wytwornicy pary, w której wytwarza się parę niskociśnieniową.

5. Sposób według jednego z zastrz. 1 do 4, znamienny tym, że siarkę elementarną odprowadza się z kotła na ciepło odpadowe w stanie ciekłym.

6. Sposób według jednego z zastrz. 1 do 5, znamienny tym, że z gorącego gazu procesowego, który opuszcza kocioł Clausa, odciąga się strumień częściowy i doprowadza w celu ogrzania do strumienia procesowego, który zawraca się do pieca reakcyjnego.