Способ получения элементарной серы

 

Способ получения элементарной серы из газов, содержащих H₂S и углеродные соединения, в котором газ поступает сначала в камеру сгорания установки Клауса, откуда выходит смесь, имеющая в своем составе от 1 до 3 моль H₂S на моль SO₂. На стадии катализа в установке Клауса газовая смесь при температурах выше точки росы серы частично преобразуется в элементарную серу, которая конденсируется на стадии охлаждения и отделяется. На последней стадии охлаждения установки Клауса получают абгазы, содержащие от 0,5 до 2 мас.% Н₂S, а также COS, CS₂ и Н₂O. К образующимся абгазам добавляют кислород, нагревают до температур не менее 200^oС и пропускают над каталитическим слоем, состоящим из, по меньшей мере, 80 мас.% TiO₂. Образующаяся при этом элементарная сера конденсируется и выделяется. После этого газ при температурах от 120 до 160^oС пропускается над каталитическим слоем, состоящим, по меньшей мере, из 80 мас.% Al₂O₃. 1 ил., 1 табл.

Изобретение касается способа получения элементарной серы из газов, содержащих H₂S и соединения углерода, на установке Клауса с последующей обработкой отработанных газов, когда в камере сгорания образуется газовая смесь, имеющая в своем составе 1 3 моль H₂S на моль SO₂, полученная смесь на стадии катализа при температуре выше точки росы серы частично преобразуется в элементарную серу, которая конденсируется в холодильнике и отделяется.

Способ Клауса по обессериванию H₂S-содержащих газов и получению элементарной серы известен по Германской патентной заявки DE-OS37 35 002 [1] Для последующей обработки абгазов, выходящих из установки Клауса, и достижения высокой степени обессеривания газов, содержащих наряду с H₂S и SO₂ также COS и CS₂, до сих пор считалось необходимым предусматривать отдельную каталитическую стадию гидрирования и гидролиза, подробно описанную в Европейском патенте 0 054 772.

Целью изобретения является разработка способа получения элементарной серы без проведения каталитического гидрирования и гидролиза, который бы одновременно обеспечивал максимально возможную степень обессеривания. В соответствии с изобретением последнее достигается за счет смешивания выходящих со стадии охлаждения установки Клауса абгазов, содержащих 0,5 2,0 об. H₂S, а также COS, CS₂ и Н₂О, с кислородом, нагревания абгазов до минимум 200^oС, пропускания через слой катализатора, состоящий из, по меньшей мере, 80 мас. TiO₂, конденсированием элементарной серы и отделением ее, причем газы при температуре от 120 до 160^oС пропускаются через слой катализатора, состоящий как минимум из 80 мас. Al₂O₃.

В заявленном способе используется способность обогащенного TiO₂-катализатора при температурах от 200 до 400^oС не только ускорять окисление Н₂S в элементарную серу, но и стимулировать процесс гидролиза COS и СS₂ в СО₂ и H₂S. При этом представляется целесообразным состоящий как минимум из 80 мас. катализатор, пропитывать составом, содержащим, по меньшей мере один из металлов, а именно никель, железо или кобальт. Получение такого катализатора описано в DE-OS 3925 574 [2] Подробности проведения процесса по данному способу наглядно иллюстрируются с помощью чертежа.

Подлежащий обработке H₂S-содержащий газ, имеющий обычно в своем составе СО₂ и другие примеси, в частности углеводороды, через трубопровод 1 подается в камеру сгорания 2 известной установки Клауса. В камеру сгорания 2 через трубопровод 3 поступают дозированные количества кислорода (например, в виде воздуха) для обеспечения частичного сгорания и получения газовой смеси, содержащей на моль SO₂ от 1 до 3 моль Н₂S. Выходящая из камеры сгорания 2 и поступающая в трубопровод 5 газовая смесь имеет в своем составе элементарную серу, которая отделяется в процессе конденсации в холодильнике и выводится через трубопровод 7.

Поступающая в трубопровод 8 газовая смесь подвергается последующей обработке методом катализа в установке Клауса, где в ходе одной или нескольких стадий 2Н₂S + SO₂ превращается в элементарную серу и воду. При этом используются, например, катализаторы, на основе Al₂O₃ и (или) TiO₂. Работы проводятся при температуре от 200 до 400^oС. Отработанные газы со стадии катализа через трубопровод 10 поступают на стадию охлаждения 11, где происходит конденсация парообразной серы с последующим ее отведением через трубопровод 12.

Выходящие из установки Клауса через трубопровод 15 отработанные газы имеют следующий состав, об.

H₂S от 0,5 до 1,5 SO₂ от 0,1 до 0,5 СOS от 0,02 до 0,3 СS₂ от 0,02 до 0,3 H₂O от 20 до 50 К смеси указанного состава добавляется кислород (например, воздух), поступающий через трубопровод 16. Количество кислорода дозируется таким образом, чтобы стали возможны протекающие на последующих стадиях реакции окисления. Газовая смесь через трубопровод 17 поступает на нагреватель, температура в котором в результате непрямого теплообмена поднимается до 200 - 400^oС, оптимально до минимум 220^oС. Через трубопровод 19 смесь поступает в реактор 20 на первую стадию обработки. В реакторе размещается твердый слой из зернистого TiO₂ катализатора, состоящего из, по меньшей мере, 80 мас. TiO₂ и пропитанного никелем, железом или кобальтом. В реакторе 10 на первой стадии обработки происходит, с одной стороны, окисление Н₂S в элементарную серу, а с другой стороны, гидрирование COS и CS₂ в СО₂ и Н₂. Поскольку работы проводятся при температуре выше точки росы серы, получают поступающую в трубопровод 23 газовую смесь, содержащую вары элементарной серы, которая отделяется путем конденсации в холодильнике 24 и выводится через трубопровод 25. Отработанные газы через трубопровод 26 подают в реактор на вторую стадию обработки 28, где располагается твердый слой Al₂O₃-катализатора. Катализатор на 80 мас. состоит из Al₂O₃, однако может содержать в качестве пропитки еще и никель, железо или кобальт. Во втором реакторе, где поддерживается температура от 120 до 160^oС, снова проводится взаимодействие Н₂S с SO₂ с образованием элементарной серы, причем сера осаждается на катализаторе. Катализаторный слой с осадившимся на нем покрытием из элементарной серы периодически регенерируют путем нагревания и промывания, например, водным паром, спуская при этом серу через трубопровод 29. В то время, когда восстанавливается каталитический слой, в процесс включается второй незагрязненный слой катализатора, не показанный на рисунке.

Отработанные газы, выходящие из реактора 28 после второй стадии обработки через трубопровод 30, содержат еще от 200 до 600 частей на миллион Н₂S и от 100 до 300 частей на миллион SO₂. Поэтому прежде чем сбросить газы через камин 32 в атмосферу, газы пропускают на стадию сжигания 31.

Пример. В представленную на рисунке установку через трубопровод 1 подается содержащий Н₂S и СО₂ газ в количестве 3198 м³/ч при температуре 32^oC и давлении 1,6 бар. Смесь имеет следующий состав, мол.

H₂S 87,1 CO₂ 8,4 H₂O 3,0 CH₄ 1,0
С₂Н₆ 0,4
C₃H₈ 0,1
Газ указанного состава частично сжигается в камере сгорания 2 6323 м³/ч воздухом при температуре 60^oС, причем сжигаемый газ в трубопроводе 5 имеет соотношение (молярное) Н₂S SO₂ как 1,88 1. Газовая смесь охлаждается в холодильнике 6 до 250^oС. Выделяющееся при этом количество элементарной серы составляет 2594 кг в час. Перед стадией катализа 9 проводится нагревание до 280^oС.

Стадия катализа в установке Клауса состоит из двух ступеней, при которых в качестве катализатора используется Al₂O₃. На стадии катализа и в холодильнике образуется в общей сложности в час 1277 кг элементарной серы. Обработанные на стадии катализа по методу Клауса газы охлаждаются в холодильнике 11 до 135^oС. Газ, выходящий через трубопровод 15 в количестве 8350 м³/ч, имеет состав, приведенный в нижеследующей таблице графа А.

Через трубопровод 16 к газу добавляется 99 м³/ч воздуха. Газовая смесь выходит из нагревателя 18 с температурой 205^oС. В реакторе для проведения первой стадии обработки 20 находится катализатор, содержащий в своем составе TiO₂, с пропиткой из 5 мас. железа. Катализатор в реакторе на второй стадии обработки 28 состоит из Al₂O₃, пропитанного 1 мас. никеля. В час через трубопровод 25 проходит 55 кг, а через трубопровод 29 42 кг элементарной серы. Газ, выводимый через трубопровод 26, имеет состав, указанный в таблице, графа Б. Температура газа, количество которого составляет 8430 м³/ч, составляет 125^oС. Очищенный газ, поступающий в трубопровод ЗО, содержит в своем составе следующие компоненты, содержащие серу, а именно:
H₂S 550 частей на миллион
SO₂ 275 частей на миллион
СOS 40 частей на миллион
СS₂ 20 частей на миллион
C целью превращения всех серусодержащих компонентов в двуокись серы газ подается на последующую стадию сжигания, непосредственно за которой следует выброс в атмосферу.

Формула изобретения

Способ получения элементарной серы из газов, содержащих сероводород и углеродные соединения серы, по методу Клауса, включающий сжигание исходного газа, каталитическое окисление продуктов сжигания по меньшей мере на одной ступени с получением элементарной серы, конденсацию образующейся серы охлаждением парогазовой смеси после каждой стадии и последующую переработку отходящих газов смешиванием их с кислородсодержащим газом, пропусканием полученной смеси при повышенной температуре через две стадии каталитического окисления, первую из которых осуществляют на катализаторе, содержащем по меньшей мере 80 мас. ТiO₂ и пропитанном 0,3 5 мас. никеля, или железа, или кобальта, а вторую стадию проводят при 120 160^oС на катализаторе, содержащем по меньшей мере 80 мас. Al₂O₃, отличающийся тем, что сжигание исходного газа ведут до получения на выходе газовой смеси, содержащей 1 3 моля H₂S на 1 моль SO₂, каталитическое окисление продуктов сжигания проводят при температуре выше точки росы серы, на переработку подают отходящие газы следующего состава, об.

H₂S 0,5 1,5
SO₂ 0,1 0,5
CоS 0,02 0,3
CS₂ 0,02 0,3
H₂O 20 50
и первую стадию переработки осуществляют при 220 440^oС.

РИСУНКИ

Рисунок 1