Способ получения элементарной серы

 

Изобретение относится к переработке, обезвреживанию сероводородсодержащих газов и может быть применено в газоперерабатывающей, химической, нефтехимической, отраслях промышленности. Получение серы осуществляется путем гетерогенно-каталитического окисления сероводорода кислородом в реакторе взвешенного слоя катализатора при температуре 150 350°С, при этом непосредственно в реактор вводят воду. Степень превращения H₂S составляет 97 - 99% 1 ил.

Изобретение относится к переработке и обезвреживанию сероводородсодержащих газов и может быть применено в газоперерабатывающей, химической, нефтехимической и других отраслях промышленности.

Известен способ получения серы путем окисления сероводорода кислородом на катализаторе в неподвижном слое при температуре 150-350^оС.

Известен способ очистки природного газа от сероводорода. По данному способу окисление сероводорода в серу ведут в реакторе кипящего слоя на катализаторе при температуре 150-300^оС, подавая исходные продукты, содержащие сероводород и кислород в основание псевдоожиженного слоя. Данный способ по своему техническому решению является наиболее близким к заявляемому и в дальнейшем будет рассматриваться в качестве прототипа. Указанный способ становится малоэффективным и неэкономичным при высоких давлении и содержании сероводорода в исходной смеси, когда парциальное давление паров серы в продуктах реакции, оказывается выше давления конденсации серы при заданной температуре кипящего слоя. Это связано с тем, что при высоких содержаниях сероводорода в исходной смеси или при повышенном давлении, предел степени окисления сероводорода (предельная конверсия) определяется предельной концентрацией серы в продуктах реакции, точнее предельным парциальным давлением в продуктах реакции, выше которого происходит конденсация серы в кипящем слое. При этом происходит осаждение жидкой серы на частицах катализатора и его дезактивация, что приводит к снижению выхода целевого продукта.

Целью изобретения является повышение эффективности процесса за счет увеличения выхода целевого продукта (серы).

В заявляемом способе получение серы ведут в реакторе кипящего слоя катализатора, например Na X цеолита, при температуре 150-360^оС осуществляя каталитическое окисление сероводорода кислородом с получением в результате воды и элементарной серы, подавая сероводород- и кислородсодержащую смесь в псевдоожиженный слой.

Предлагаемый способ отличается тем, что с целью повышения экономичности процесса путем повышения выхода серы процесс ведут при одновременной подаче непосредственно в реактор воды.

Увеличение конверсии сероводорода и, соответственно, увеличение выхода серы достигается за счет того, что благодаря пропитыванию пористых частиц катализатора, поры которого частично забиты серой, и затем взрывообразного вскипания воды после догрева ее до температуры кипения при заданном давлении, внутри пористой структуры жидкая сера выбивается из пор и попадает в газовую фазу псевдоожиженного слоя. Подобное вскипание воды на других частицах катализатора не позволяет сере, попавшей в газовую фазу в дисперсном состоянии, например в виде тумана, осаждаться на частицах катализатора и дезактивировать его. Вместе с продуктами реакции дисперсная сера уносится из реактора.

Следует отметить, что чем больше воды вводить в реактор, тем эффективнее будет проходить процесс выбивания серы из пор частиц катализатора. Поэтому количество воды, вводимой непосредственно в реакционный объем будет лимитироваться только условиями поддерживания температуры и экономичности процесса. Исходя из этого, эта величина настоящим способом не ограничивается.

На чертеже представлен реактор для реализации предлагаемого способа.

Реактор состоит из корпуса 1, газораспределительной решетки 2, нагревателя 3, холодильника 4, насыпанного на решетку слоя катализатора 5, устройства для подачи воды 6.

Реактор работает следующим образом. В корпус 1 через газораспределительную решетку 2 подают смесь сероводорода и кислорода. Температуру в реакторе (150-350^оС) поддерживают с помощью нагревателя 3 (если концентрация и давление смеси таковы, что теплоты реакции не хватает, чтобы нагреть псевдоожиженный слой до необходимой температуры) и холодильника (если теплота реакции превышает количество тепла, необходимое для поддержания заданной температуры). Газовая смесь псевдоожижает частицы катализатора, создавая псевдоожиженной слой, и превращается в воду и серу. Часть серы ввиду ее конденсации (при определенном давлении и концентрации сероводорода в реакторе) может конденсироваться и оседать в порах частиц катализатора, дезактивируя его. Для того, чтобы это не происходило в верхней части реактора через устройство подвода воды 6, непосредственно в реактор вводят воду, которая выбивает сконденсировавшуюся серу в газовую фазу. Вместе с продуктами реакции эта сера в дисперсном состоянии уносится из реактора.

Опыты по подтверждению эффективности способа производились на установке, схема которой показана на чертеже. Внутренний диаметр корпуса равняется 50 мм. Средний диаметр частиц катализатора NaX-цеолита равняется 0,3 мм. При этом на входе реактора измеряют расходы окислителя и сероводородсодержащего газа, концентрации компонентов и количество серы в газообразном и дисперсном состоянии.

П р и м е р 1 (для сравнения). В реактор вводят смесь СО₂ и Н₂S. В этой смеси 4% H₂S. Расход смеси 2,3 нм³/ч, а давление 16 атм. Дополнительно в реактор вводят 0,047 нм³/ч кислорода. Температуру в реакторе поддерживают на уровне 300^оС. Для этого включают нагреватель 3. Воду в реактор не вводят. Начальная мощность на нагревателе в установленном режиме 50 Вт. Начальная степень превращения H₂S в установленном режиме равняется 99,55% но вскоре эта величина падает и через 1 ч снижается до 10% Для проведения процесса в заданном температурном режиме, постепенно, увеличивают мощность нагревателя. Анализ частиц катализатора показывает, что количество серы, осевшей на частицах, составляет 35% от массы катализатора.

П р и м е р 2 (предлагаемый способ). В реактор вводят смесь CO₂ и H₂S. В смеси 4% H₂S. Расход смеси 2,3 нм³/ч, а давление 16 атм. Дополнительно в реактор вводят 0,047 нм³/ч кислорода. Температура кипящего слоя 300^оС. В псевдоожиженный слой реактора также вводят воду с расходом 1,6 кг/ч. Для поддержания температуры включают нагреватель 3 на мощность 950 Вт. Опыт проводят в течение 10 ч. Степень превращения все это время не снижают ниже 99% Анализ частиц катализатора, проведенный после отключения реактора, показывает, что количество серы осевшей на частицах, пренебрежимо мало.

П р и м е р 3 (для сравнения). В реактор вводят смесь СО₂ и H₂S. В смеси 40% H₂S. Расход смеси 2,3 нм³/ч, а давление 2,5 атм. Дополнительно в реактор вводят 0,047 нм³/ч кислорода. Температура в реакторе 300^оС. Для поддержания температуры, в этих условиях, включают холодильник 4 (змеевик, охлаждаемый изнутри водой). Воду непосредственно в реактор не вводят. Через 10 мин после выхода на режим степень превращения снижается до 25% Анализ частиц катализатора показывает наличие на них 20% серы.

П р и м е р 4 (предлагаемый способ). В реактор вводят смесь СО₂ и H₂S. В смеси 40% H₂S. Расход смеси 2,3 нм³/ч, а давление 2,5 атм. Дополнительно в реактор вводят 0,047 нм³/ч кислорода. Для поддержания температуры (в этих условиях) включают холодильник 4. В псевдоожиженный слой реактора вводят воду. Ее расход равняется 0,26 кг/ч. Степень превращения все время проведения опыта не снижается ниже 97% Реактор работает в течениe 7 ч. Анализ частиц катализатора, показывает присутствие на них только 0,5% серы.

Пример 2 отличается от примера 1 только тем, что непосредственно в реактор вводят воду и для поддержания температуры увеличивают мощность нагревателя. Тем не менее в примере 1 реактор неработоспособен, а в примере 2 эффективен. Пример 4 отличается от примера 3 только тем, что непосредственно в реактор вводят воду. Эффективность работы реактора при этом различается в несколько раз.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЭЛЕМЕНТАРНОЙ СЕРЫ, включающий окисление сероводорода кислородом в реакторе со взвешенным слоем катализатора при 150 350^oС, отличающийся тем, что непосредственно в реактор вводят воду.

РИСУНКИ

Рисунок 1