Способ получения элементарной серы из сероводорода

 

Изобретение относится к химической технологии и может найти применение при добыче и переработке нефти и газа. Способ позволяет извлекать серу из газов, содержащих до 50 об.% сероводорода, причем в отходящих газах сера отсутствует. Целью изобретения является предотвращение уноса серы с отходящими газами. Способ осуществляют путем гетерогенно-каталитического окисления сероводорода в две стадии. Первая стадия окисления проходит в реакторе с псевдоожиженным слоем катализатора при температуре 250-300°С и соотношении кислород : сероводород, равном 0,5 - 0,51. На второй стадии используют блочный катализатор сотовой структуры, снижая температуру с 140 - 155°С в начале слоя до 110 - 120°С в конце слоя со скоростью 6,6 - 15°С/с. 2 табл.

Изобретение относится к химической технологии, более конкретно к способам получения элементарной серы из сероводорода, входящего в состав различных газов. Известен способ получения серы из сероводорода, содержащегося в количестве 28 об.% в природном газе, путем двухстадийного окисления сероводорода с раздельной подачей кислорода на каждую стадию. Однако описанный способ характеризуется низкой степенью конверсии на отдельных стадиях, а также необходимостью создания дополнительных ступеней доочистки от следовых количеств, как пылевидной, так и газообразной серы. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ получения элементарной серы, согласно которому окисление сероводорода проводится в две стадии в двух последовательных реакторах, причем в первом реакторе в кипящем слое катализатора соотношение O₂/H₂S поддерживается равным 0,5-0,51 при температуре 250-300^оС, а во втором - в неподвижном слое катализатора при температурах 140-155^оС. Недостаток способа в том, что он не исключает возможности уноса серы, образующейся на второй стадии, так как при температуре 140-155^оС на выходе из слоя катализатора сохраняются пары серы, насыщающие газ при такой температуре, кроме того, в газе на выходе из слоя имеется жидкая сера в аэрозольной форме. Целью изобретения является предотвращение уноса серы с отходящими газами. Это достигается тем, что в способе получения серы из сероводорода, включающем каталитическое окисление его кислородом в две стадии, первую из которых осуществляют при 250-300^оС при отношении кислород/сероводород 0,5-0,51 в псевдоожиженном слое катализатора, а на второй стадии используют блочный катализатор сотовой структуры и поддерживают в конце слоя температуру 110-120^оС, проводят снижение температуры со скоростью 6,6-16,0 град/c. Исходная температура второй стадии 140-155^оС. Проведение процессов по предлагаемому способу. Исходный газ с содержанием сероводорода 30-50 об.% подается в реактор с псевдоожиженным слоем катализатора состава 1, одновременно в реактор подается кислород в количестве 100-102% от стехиометрически необходимого (по реакции H₂S + 1/2O₂ _→ S_г + Н₂О). В реакторе при температуре 250-300^оС происходит селективное окисление сероводорода в элементарную серу. После конденсации продуктов реакции (элементарной серы и воды) газовая смесь, содержащая следовые количества сероводорода, кислорода, а также пылевидную серу в количестве до 1 мас.%, подается в реактор, содержащий катализатор сотовой структуры, где при снижении температуры с 140-155^оС любым известным способом по длине слоя катализатора со скоростью 6,6-15,0^оС/c до 110-120^оС происходит одновременное окисление сероводорода до элементарной серы, а также улавливание серы. Газ, очищенный до остаточного содержания сероводорода порядка 10-18 мг/нм³газа, подается потребителю либо сбрасывается в атмосферу. Температура конца слоя 110-120^оС является оптимальной. При этой температуре давление насыщенных паров серы незначительно, т.е. сера полностью конденсируется на поверхности катализатора. В то же время при этой температуре катализатор еще сохраняет свои свойства по превращению следовых (остаточных) количеств сероводорода в серу. При температуре выше 120^оС появляется возможность уноса паров серы, содержащихся в парообразном состоянии в газе. Снижение температуры в конце слоя II стадии ниже 110^оС нецелесообразно, так как в газе при этих температурах пары серы не содержатся и нет опасности уноса паров серы вместе с газом. В табл. 1 представлены характеристики катализаторов, используемых в предлагаемом способе. П р и м е р 1. Эксперименты по исследованию предлагаемого способа проводили на лабораторной установке, которая включала два последовательных реактора: первый с псевдоожиженным слоем катализатора, второй - с катализатором сотовой структуры, представляющий из себя стеклянную трубку с помещенным в нее катализатором цилиндрической формы. Длина трубки составляла 1,5 м. В рубашку стеклянной трубки с катализатором противотоком подавали газ охлаждения. Время пребывания газов в слое катализатора 3 с. Исходный газ, а также газообразные продукты реакции анализировали на хроматографе ЛХМ-8 МД. Содержание серы в газе определяли по разнице веса трехслойного ватного фильтра после и до эксперимента (опыты 1-9, 12). Параллельно проводили анализ содержания серы в газе путем пропускания его через склянку с толуолом для растворения серы и последующего спектрофотометрического определения концентрации серы в растворе. Результаты представлены в табл. 2. П р и м е р 2. Условия опытов аналогичны примеру 1, но вместо катализатора сотовой структуры в трубку засыпали гранулированный катализатор того же состава сферической формы диаметром 1,5-2 мм (опыты 10-11). П р и м е р 3. Опыты проводили в условиях примера 2, но по длине слоя катализатора перепад температур не создавался, т.е. создавались условия прототипа (опыты 13-14). Результаты опытов приведены в табл. 2. Опыты 6-9 иллюстрируют запредельные для данного способа случаи. Оптимальным градиентом охлаждения газа на второй ступени является 6,6-15^оС/c. В этих условиях исключается объемная конденсация паров серы с образованием жидкого аэрозоля. В этих условиях в газе после второй стадии сера, исследуемая с помощью высокочувствительного спектрофотометрического метода, не обнаружена. При температуре конца слоя катализатора II ступени 130^оС и выше наблюдается проскок пылевидной серы. Это объясняется тем, что при этой температуре создаются условия для объемной конденсации паров серы с образованием жидкого аэрозоля серы, которая выносится вместе с газом. При температуре 110^оС в конце слоя катализатора не происходит образования аэрозоля серы в слое катализатора второй ступени, поддержание температуры ниже 110^оС нецелесообразно с технологической, и экономической точки зрения: увеличиваются длина аппарата, металлоемкость и др. Опыты 10 и 11 показывают, что при замене катализатора сотовой структуры на гранулированный результаты несколько ухудшаются, в отходящих газах появляется сера в количестве 5 мг/м³. Следовательно, сочетание операции поддержания перепада температуры в слое катализатора и применение катализатора сотовой структуры дает лучшие результаты. Таким образом, предлагаемый способ позволяет эффективно извлекать серу из газов, содержащих до 50 об.% сероводорода, при этом в отходящих газах отсутствует сера, а также токсичные соединения COS, CS₂

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЭЛЕМЕНТАРНОЙ СЕРЫ ИЗ СЕРОВОДОРОДА, включающий каталитическое окисление его кислородом в две стадии: на первой - при объемном отношении O₂/H₂S, равном 0,5-0,51, при 250-300^oС в псевдоожиженном слое катализатора, а на второй стадии - при 140-155^oС и в стационарном слое катализатора, отличающийся тем, что, с целью предотвращения уноса серы с отходящими газами, на второй стадии используют блочный катализатор сотовой структуры и процесс ведут при снижении температуры со скоростью 6,6-15^oС/с, поддерживая температуру конца слоя катализатора на выходе газа, равной 110-120^oС.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 14-2002

Извещение опубликовано: 20.05.2002        

---