Способ получения серы из по крайней мере одного кислого газа, содержащего сероводород, и термический реактор для его осуществления

 

Изобретение относится к способам получения элементарной серы из H₂S-содержащих газов по методу Клауса и к устройству для его осуществления. Способ заключается в сжигании исходного газа в 2-х камерах с подачей в 1-ю камеру кислого газа, топлива и O₂-содержащего газа в избытке по отношению к O₂, теоретически необходимого для полного сжигания топлива, но меньше стехиометрического количества, требуемого для окисления в SO₂ 1/3 H₂S от общего расхода газа, а во 2-ю камеру вводят неполное сжигание H₂S-содержащего газа с контролируемым содержанием O₂ с таким расчетом, чтобы в газе на выходе с каталитической ступени молярное отношение H₂S:SO₂ составляло 2:1 и температура сжигания газа во 2-ой камере была выше 850^oC. Образующуюся при сжигании газа серу выделяют из продуктов сжигания охлаждением, а оставшиеся газы направляют на последующую каталитическую переработку. 2 с. и 14 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к способу получения серы из по крайней мере одного кислого газа, содержащего H₂S и горючего газового или жидкого потока и термического реактора, используемого для осуществления этого способа.

Приготовление серы из кислого газа, содержащего сероводород, с помощью способа Клауса включает неполное окисление сероводорода кислородом газа, содержащего свободный кислород, причем указанное окисление продолжается в контакте с катализатором. Кислый газ, содержащий сероводород, подводится в ступень (этаж) термической реакции, в которой примерно треть сероводорода превращается в SO₂ посредством неполного сгорания в присутствии газа, содержащего свободный кислород, и образуется определенное количество серы. Реакционная газовая смесь, выходящая из ступени термической реакции, затем подвергается косвенному охлаждению, позволяющему получить обратно калории, которые она содержит, получая пар, а указанная охлажденная смесь направляется к ступени конденсации, в которой сера, содержащаяся в газовой смеси, отделяется посредством конденсации. Чтобы ускорить процесс получения серы, который на этой стадии далек до завершения, газовая смесь, выходящая из ступени конденсации, снова подогревается, затем направляется в ступень каталитической реакции, содержащую соответствующий катализатор, при контакте с которым SO₂ и H₂S, присутствующие в указанной смеси, реагируют друг с другом, чтобы образовать новое количество серы. Каталитическая конверсия требует, как правило, три или четыре каталитические зоны, каждой из которых предшествует нагреватель для обрабатываемой газовой смеси, и за которой следует конденсатор, в котором отделяется образованная сера. Остаточные газы, выходящие из последней каталитической зоны, которые еще содержат небольшое количество сернистых соединений, таких как H₂S, SO₂, серу в виде пара или/и пузырьков, COS, CS₂ проходят в ступень очистки, которая также задерживает значительную часть сернистых соединений, находящихся в указанных остаточных газах, прежде чем быть направленными на стадию (ступень) сжигания, чтобы затем быть выброшенными в атмосферу.

В некоторых случаях они могут быть введены в ступень (стадию) термической реакции, чтобы осуществлять сжигание газового горючего потока, сопровождая неполным окислением H₂S. Таким образом, когда имеется горючий поток, состоящий из остаточного газа или жидкости, содержащей сернистые соединения, в частности органические сернистые соединения, и в известных случаях аммиак, или соединения генераторы аммиака, указанное сжигание обеспечивает распад сернистых и азотистых соединений горючего потока и образование SO₂ из указанных сернистых соединений, причем этот SO₂ добавляется к SO₂, полученного неполным окислением H₂S кислого газа. Другой пример сжигания такого как указано выше встречается во время обработки кислого газа бедного H₂S в стадии термической реакции, причем горючий поток в этом случае состоит из топливного газа, сжигание которого позволяет повысить температуру в стадии термической реакции до требуемой величины, что не может быть реализовано с помощью одного неполного окисления кислого газа бедного H₂S.

Известные способы для одновременного осуществления с одной стороны сжигания газового или жидкого горючего потока и с другой стороны неполного окисления H₂S кислого газа, действуя в стадии термической реакции установки Клауса по производству серы, не позволяют осуществить эту обработку при широком диапазоне дебитов и соединений, полностью удовлетворяя требованиям, связанным с получением на выходе стадии термической реакции реакционного потока, имеющего качество, требуемое для дальнейшей обработки в каталитической стадии установки Клауса, т.е. получением газового потока, содержащего H₂S, SO₂ и серу в виде пара и почти свободного от примесей NH₃, SO₃, углеводородов и оксидов азота.

Изобретение имеет своей целью способ, который позволяет осуществлять одновременно полное сжигание газового или жидкого потока и неполное окисление H₂S по крайней мере одного кислого газа в стадии термической реакции процесса Клауса по производству серы в условиях, способных получить на выходе указанной стадии термической реакции реакционный газовый поток, содержащий H₂S, SO₂ и серу в виде пара и почти не содержащую никаких примесей, упомянутых выше, при значительном диапазоне дебитов и составов.

Способ согласно изобретению является, следовательно, способом получения серы из по крайней мере одного кислого газа, содержащего H₂S и газового или жидкого горючего потока такого типа, который включает этап термической реакции, осуществляемый в стадии (ступени) термической реакции, и заключается в осуществлении неполного окисления H₂S кислого газа и полного сжигания горючего потока, чтобы получить газовый поток, содержащий H₂S, SO₂ и серу в виде пара, затем этап косвенного охлаждения указанного газового потока для отделения серы путем конденсации и затем этап каталитической реакции, проводимой с газовым потоком, выходящим из этапа охлаждения, и который отличается тем, что этап термической реакции ведут, осуществляя сжигание газового или жидкого горючего потока в первой зоне ступени термической реакции с избытком количества газа, содержащего свободный кислород, по отношению к количеству, теоретически необходимому для полного сгорания горючего потока, причем указанный избыток ниже теоретической части газа, содержащего свободный кислород, необходимый для окисления в SO₂ приблизительно трети H₂S общего расхода обрабатываемого кислого газа, нагнетая первый поток кислого газа в дым сжигания горючего потока, находящийся в указанной первой зоне ступени термической реакции, неполностью сжигая второй поток кислого газа во второй зоне ступени термической реакции, которая получает газовые продукты первой зоны с контролируемым количеством газа, содержащего свободный кислород таким, чтобы молярное соотношение H₂S SO₂ в газе, выходящем из этапа каталитической реакции имело заданную величину, причем указанная величина была, в частности равна примерно 2:1, и регулируя дебиты первых и вторых потоков кислого газа таким образом, чтобы температура, получаемая во время неполного сжигания второго потока кислого газа во второй зоне ступени термической реакции, была выше 850^oC и, в частности выше 920^oC.

В способе согласно изобретению горючий поток полностью сгорает в присутствии газа, содержащего свободный кислород. Кроме того, факт нагнетания в виде первого потока кислого газа части общего расхода обрабатываемого газа в окисляющий дым указанного сжигания в первой зоне ступени термической реакции позволяет на уровне горелки, осуществляющей сжигание второго потока кислорода газа во второй зоне ступени термической реакции, иметь температуру достаточную (выше 850^oC и, в частности выше 920^oC) для обеспечения стабильности пламени, позволяя получить желаемое молярное соотношение H₂S:SO₂ на выходе ступени каталитической реакции. Кроме преимуществ, упомянутых выше, способ согласно изобретению позволяет по сравнению с известными способами обрабатывать более значительные расходы горючих потоков, газовых или жидких на данный общий расход кислого газа.

В предпочтительном варианте осуществления способа согласно изобретению газовый поток, выходящий из второй зоны ступени термической реакции, пересекает зону нахождения газов, в которой указанный газовый поток поддерживается при температуре, равной или близкой к температуре выхода указанной второй зоны, перед вводом в этап охлаждения, предшествующий этапу каталитической реакции.

Время пребывания газа в каждой из зон ступени термической реакции, включая зону нахождения газов, когда она присутствует, может изменяться достаточно широко и быть достаточно различным или наоборот почти равным у одной зоны с другой. Достаточные величины для каждого указанного времени пребывания заключены, в частности между 0,2 и 2 секундами.

Первый поток или/и второй поток кислого газа, которые обрабатываются способом согласно изобретению, могут содержать углеводороды с общей концентрацией между 0,2 и 10% и, в частности между 0,5 и 5% от объема.

Первые и вторые потоки кислого газа, используемые в способе согласно изобретению, могут состоять из двух различных кислых газов, имеющих идентичное или различное содержание H₂S. Благоприятным фактором является то, что содержание H₂S в кислом газе, составляющем первый поток кислого газа, ниже содержания в кислом газе, образующем второй поток кислого газа. Первый и второй потоки кислого газа могут состоять соответственно из первой фракции одного кислого газа и оставшейся фракции этого кислого газа.

В способе реализации изобретения горючий поток это остаточный газовый или жидкий поток, который содержит сернистые соединения, окисляемые в SO₂, особенно сернистые органические соединения, такие как органические сульфиды и, например дисульфиды алкила, как и дисульфид диметила и дисульфид диэтила и в ряде случаев аммиака и азотных соединений таких как HCN, тогда как по крайней мере второй поток кислого газа имеет содержание H₂S выше 15% от объема, причем дебит горючего потока и общий дебит первого и второго потока кислого газа являются такими, чтобы молярный дебит X SO₂, образованный во время сжигания горючего потока был ниже половины общего молярного дебита Y H₂S, вводимого указанными потоками кислого газа, тогда как избыток газа, содержащего свободный кислород, по отношению к теоретическому количеству, необходимому для полного горючего потока, соответствовал молярному дебиту кислорода ниже В другом способе реализации изобретения горючий поток состоит из топливного газа, тогда как первый и второй потоки кислого газа имеют содержание H₂S ниже 35% объема.

В случае необходимости реагенты, а именно горючий поток, кислый газ и воздух, которые подводятся в ступень термической реакции, могут нагреваться до температуры, которая может достигать 500^oC, перед их нагнетанием в указанную ступень.

Газ, содержащий свободный кислород, используемый для сжигания горючего потока и неполного сжигания второй фракции и кислого газа это обычно воздух, хотя возможно использовать чистый кислород, воздух, обогащенный кислородом, или кроме того смеси с различными пропорциями кислорода и одного или нескольких инертных газов, а не азот.

Нагрев реагентов и/или использование воздуха, обогащенного кислородом, или даже чистого кислорода позволяет, в частности обрабатывать кислые газы, особенно бедные H₂S, увеличивая температуру сжигания этих кислых газов во второй зоне ступени термической реакции.

Изобретение также относится к термическому реактору, используемому для создания ступени термической реакции, в которой осуществляется этап термической реакции способа согласно изобретению.

Указанный термический реактор является реактором такого типа, который включает первую камеру из огнеупорного материала, имеющую закрытый конец, снабженный горелкой, например горелкой осевой, радиальной или тангенциальной, которая имеет средства для подвода газового или жидкого горючего потока и для подвода с регулируемым расходом газа, содержащего свободный кислород, и конец, снабженный отверстием, образующим выход, и вторую камеру из огнеупорного материала ниже первой камеры, причем указанная камера имеет входное отверстие, которое сообщается с выходом первой камеры, и отверстие, образующее выход, причем эта вторая камера снабжена, кроме того, горелкой, например тангенциальной или радиальной, которая имеет средства подвода второго потока кислого газа и средства подвода при регулируемом расходе газа, содержащего свободный кислород, и отличается тем, что он включает, с одной стороны, средства нагнетания, например тангенциального или радиального нагнетания (вдувания) первого потока кислого газа в первую камеру и, с другой стороны, средства регулирования расхода, установленных, чтобы контролировать соотношение указанных первого и второго потоков кислого газа, действуя на расход одного или другого из этих потоков.

Средства вдувания первого потока кислого газа в первую камеру термического реактора могут быть соединены со средствами подвода второго потока кислого газа во вторую камеру указанного реактора таким образом, чтобы первый поток кислого газа образовал первую фракцию одного (единственного) кислого газа, тогда как указанный второй поток кислого газа образует оставшуюся фракцию единственного кислого газа.

При предпочтительной форме реализации первая камера термического реактора разделена на две части ячеистой стенкой из огнеупорного материала, перпендикулярной к продольной оси указанной камеры и располагается между горелкой и средствами нагнетания первого потока кислого газа, которыми оборудована эта камера.

Термический реактор может, кроме того, включать третью камеру из огнеупорного материала, причем эта третья камера имеет отверстие для ввода, которое сообщается с выходом второй камеры посредством ячеистой перегородки из огнеупорного материала, и отверстие, образующее выход термического реактора.

Различные камеры термического реактора могут все располагаться внутри одного и того же металлического кольца (звена).

Выход второй камеры для термического реактора с двумя камерами или выход третьей камеры, когда термический реактор имеет три камеры, образует выход термического реактора. В установке, осуществляющей способ Клауса производства серы, этот выход обычно сообщается с входом парового котла, разогреваемого теплом дымовых газов, производящим пар путем косвенного обмена теплом между циркулирующей водой и горячими газами, выходящими из термического реактора.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема установки для реализации способа согласно изобретению; на фиг. 2 продольный разрез термического реактора, используемого в установке на фиг. 1, причем указанный разрез сделан по плоскости, проходящей через ось реактора; на фиг. 3 поперечный разрез, схематически показывающий термический реактор на фиг. 2, причем указанный разрез сделан по плоскости, перпендикулярной оси реактора и проходящей через средства нагнетания кислого газа в первую камеру указанного реактора.

Установка, представленная на фиг. 1, включает термический реактор 1, имеющий первую камеру 2 термической реакции, вторую камеру 3 термической реакции и камеру 4 пребывания газов с высокой температурой, причем указанные камеры практически цилиндрические и коаксиальные или нет. Эти камеры из огнеупорного материала расположены последовательно в порядке, описанном выше, и сообщаются друг с другом (каждая со следующей), две первые через не представленное здесь отверстие и две последние посредством ячеистой перегородки 5 из огнеупорного материала. Первая камера термической реакции оборудована осевой горелкой 6, снабженной трубой 7, для подвода газового или жидкого горючего потока и трубой 8 для подвода газа, содержащего свободный кислород. Ячеистая поперечная стенка 48 из огнеупорного материала разделяет указанную первую камеру на две части. Вторая камера термической реакции оборудована радиальной горелкой 9, установленной в указанной камере рядом с концом этой камеры, соседствующим с первой камерой, при этом указанная горелка имеет трубу 10 для подвода кислого газа и трубу 11 для подвода газа, содержащего свободный кислород, причем эта последняя труба оборудована вентилем 12 с регулируемым отверстием под действием сервомеханизма 27. Труба 13, оборудованная вентилем 28 с регулируемым отверстием, смонтирована параллельно трубе 10 и входит в первую камеру 2 термического реактора ниже ячеистой стены 48, чтобы подводить в указанную камеру фракцию одного кислого газа, проходящего через трубу 10, причем указанная фракция кислого газа образует первый поток кислого газа, тогда как остающаяся фракция поступает в горелку 9 и образует второй поток кислого газа.

Выход термического реактора, т.е. выход камеры 4 указанного реактора, соединен с паровым котлом, разогреваемом теплом дымовых газов (котлом-утилизатором) 14, действующим посредством косвенного обмена тепла и производящим пар из воды, введенной через трубу 15, причем полученный пар выводится трубой 16. На выходе котла, разогреваемого теплом дымовых газов, расположен конденсатор 17 для отделения серы, причем указанный конденсатор снабжен трубой 18 для вывода жидкой серы. Выход конденсатора 17 соединен с входом ступени 19 каталитической реакции. Он включает обычно два или три каталитических нейтрализатора (конвертора), установленных последовательно, причем каждый из них находится перед нагревателем для обрабатываемой газовой смеси, а за ним находится конденсатор для отделения серы. Под цифрой 20 представлен конденсатор, расположенный после последнего каталитического нейтрализатора, причем указанный конденсатор имеет трубу 21 для вывода жидкой серы. За этим конденсатором расположена печь для сжигания отходов 22, которая соединена с трубой 23. В случае необходимости между конденсатором 20 и печью 22 может быть встроена ступень дополнительной очистки любого известного типа. Средства 24 регулирования типа тех, которые известны на данном уровне техники, для регулирования посредством обратной связи используются для проведения анализа проб остаточных газов, выходящих из ступени 19 каталитической реакции и охлаждаемых в конденсаторе 20, чтобы определить содержание в них H₂S и SO₂, причем указанные пробы отбираются через линию взятия проб 25, и по результатам этого анализа подготовить сигнал 26 управления сервомеханизмом 27, который регулирует открывание вентиля 12, чтобы управлять дебитом газа, содержащего свободный кислород, подводимый в горелку 9 через трубу 11 так, чтобы поддерживать в газе, выходящим из ступени 19 каталитической реакции, молярное соотношение H₂S SO₂ на выбранной величине, которая обычно равна 2 1. При этом степень открывания вентиля 28, установленного на трубе 13, от которого зависит расход кислого газа в указанной трубе 13 и как следствие соотношение расходов фракций кислого газа, выходящих из потока кислого газа, поступающего по трубе 10 и вводимого соответственно в камеру 2 и горелку 9, регулируется дозирующим устройством, здесь не представленным. Регулировка степени открывания вентиля 28 могла бы также производиться способом регулирования посредством обратной связи (контрреакции), стремящейся поддерживать температуру пламени горелки 9 желаемой величины.

Схематично представленный термический реактор в продольном и поперечном разрезе на фиг. 2а и 2б соответствует с несколькими дополнительными деталями термическому реактору 1, схематически представленному на фиг. 1, причем соответствующие элементы имеют те же ссылки. Рядом расположены последовательно первая камера 2 и вторая камера 3 термической реакции, также как камера 4 пребывания газов с высокой температурой, причем указанные камеры разграничены огнеупорными стенками, соответственно 30 для камеры 2, 31 для камеры 3 и 32 для камеры 4. Камеры 2 и 3 сообщаются через отверстие 33, тогда как камеры 3 и 4 сообщаются через ячеистую перегородку 5. На конце камеры 2 термической реакции, наиболее удаленном от камеры 3 термической реакции, расположена осевая горелка 6, включающая головку горелки 34, и соединенная с трубой 7 для подвода жидкого или газового горючего потока, при этом указанная горелка вводится в камеру 2 через отверстие 35, пробиваемое в огнеупорной стенке указанной камеры 2. Кожух 36 окружает горелку 6 и ограничивает с концом 37 камеры 2 пространство 38, в которое вводится труба 8 для подвода газа, содержащего свободный кислород. Поперечная ячеистая стена 48 разделяет камеру 2 на две части. Радиальная горелка 9 установлена на стенке 31 камеры 3 таким образом, чтобы головка 39 этой горелки, которая соединена с трубой 10 для подвода кислого газа, входила в канал 40, проделанный в указанной стенке 31, открываясь в камеру 3 термической реакции в радиальном направлении. Горелка 9 окружена кожухом 41, в который входит труба 11 для подвода газа, содержащего свободный кислород, снабженная вентилем 12 для регулируемого открывания.

Открытый конец 42 термического реактора, который в то же время является выходом камеры 4 местопребывания газов с высокой температурой, соединен с паровым котлом, разогреваемым теплом дымовых газов 14 установки Клауса, причем указанный котел находится рядом с камерой 4.

Система 43 нагнетания кислого газа в камеру 2 предусмотрена на уровне этой камеры ниже ячеистой стены и рядом с камерой 3, причем указанная система соединена с трубой 13, установленной параллельно трубе 10. Эта система 43 может быть любого известного типа, позволяющего осуществить отличное смешивание кислого газа, вводимого в камеру 2, и дымов сжигания, производимых горелкой 6 в указанной камере. Указанная система 43 может, например включать трубчатое кольцо 44, окружающее указанную камеру 2 и соединенное с трубой 13, установленной параллельно трубе 10 (на отклонении трубы 10) и множество трубчатых элементов 45, представленных здесь четырьмя элементами, каждый из которых соединен концом 46 с кольцом (венцом) 44 и пересекает стенку 30 камеры 2, чтобы войти в указанную камеру другим своим концом 47, расположенным тангенциально или нет к стенке этой камеры.

Способ согласно изобретению осуществляется следующим образом.

Жидкий или газовый горючий поток подводится к горелке 6 по трубе 7, в то время как соответствующее количество газа, содержащего свободный кислород, который находится в избытке относительно теоретического количества, необходимого для полного сжигания горючего потока, подводится по трубе 8. Горючая смесь, образованная таким образом и сжигаемая, и газы или дымы, являющиеся результатом этого сжигания, осуществляемого в условиях окисления, встречают первый поток кислого газа, состоящего из фракции кислого газа, отведенного от потока кислого газа 10 через трубопровод 13 и вводимого в камеру 2 системой нагнетания 43. При контакте окисляющих дымов сжигания часть H₂S указанной фракции кислого газа окисляется в SO₂ и серу, а следы углеводородов, которые могжет содержать указанная фракция, полностью распадаются, потребляет почти весь кислород, имеющийся в указанных дымах. Газовые продукты, являющиеся результатом упомянутого контакта в камере 2 (первая камера термической реакции), проходит в камеру 3 (вторая камера термической реакции), пересекая отверстие, размеры которого выбираются так, чтобы благоприятствовать усреднению указанных продуктов, чтобы обеспечить потребление кислорода, который они содержат. Сухой поток кислого газа, который проходит в трубопровод 10 и не отводится в трубопровод 13, подводится к горелке 9, в то время как требуемое количество газа, содержащего свободный кислород, соответствующее получению молярного соотношения H₂S SO₂, имеющего выбранную величины, обычно равную или близкую к 2 1 в газе, выходящим из этапа каталитической реакции, подводится по трубопроводу 11 с контролируемым дебитом в канал 40. Полученная таким образом горючая смесь сгорает при температуре выше 850^oC и, в частности выше 920^oC, причем эта температура применяется для получения стабильного пламени на выходе горелки 9 и чтобы осуществить полное сжигание следов углеводородов, присутствующих в ряде случаев в потоке кислого газа, питающего горелку 9. Газы сжигания, производимого горелкой 9, смешиваются в камере 3 термической реакции с газовыми продуктами, выходящими из камеры 3, чтобы образовать газовую смесь, содержащую H₂S, SO₂ и серу в виде пара, причем указанная газовая смесь является раскислителем (восстановителем). Это обеспечивает, когда горючий поток, с которым осуществляется сжигание при избытке газа, содержащего свободный кислород, в зоне 2 термической реакции, содержит сернистые соединения и аммиак или азотные соединения, такие как HCN, полное раскисление оксидов азота и SO₃, которые могли бы образоваться во время сжигания горючего потока. Газовая смесь, получаемая в камере 3 термической реакции, пересекает огнеупорную ячеистую перегородку 5, что еще улучшает качество этой смеси, и остается в камере пребывания газов с высокой температурой 4, в которой температура еще выше 900^oC. Газовый поток, содержащий H₂S, SO₂ и серу в виде пара, выходящие из термического реактора через выход 42 этого реактора, подвергается первому охлаждению в паровом котле, разгреваемом теплом дымовых газов 14, затем более сильно охлаждается в конденсаторе 17, в котором часть серы, содержащейся в указанном газовом потоке, конденсируется и может выводиться по трубопроводу 18.

Газовый поток, выходящий из конденсатора 13, проходит далее после нагревания в ступень 19 каталитической конверсии, чтобы превратить в серу то количество H₂S и SO₂, которое он еще содержит. Газы, выходящие из ступени каталитической конверсии, поступают в конденсатор 20, чтобы в нем отделить серу, затем в печь для сжигания отходов 22, чтобы превратить в SO₂ последние следы сернистых соединений перед их выбросом в атмосферу через трубу 23. Молярное соотношение H₂S, SO₂ на выходе ступени металлической конверсии поддерживается на выбранной величине, обычно 2 1, посредством средств регулирования 24, управляющих сервомеханизмом 27, которые регулирует степень открывания вентиля 12, установленного на трубопроводе 11 для подвода газа, содержащего свободный кислород, в горелку 9.

Можно было бы поддерживать указанное малярное соотношение H₂S, SO₂ на выбранной величине, подавая в горелку 9 по не представленной здесь трубе основной расход газа, содержащего свободный кислород, пропорциональный расходу кислого газа, вводимого в указанную горелку 9, вводя через трубу 11 дополнительный, менее значительный расход газа, содержащего свободный кислород, и контролируя указанный дополнительный расход регулированием степени открывания вентиля 12, установленного на трубе 11 посредством сервомеханизма 27, управляемого средствами регулирования 24.

Чтобы завершить описание изобретения, которое было приведено выше, далее приведены три конкретных примера реализации способа согласно изобретению.

Пример 1 Были проведены опыты получения серы, обрабатывая одновременно согласно изобретению кислый газ, бедный H₂S, и газовый горючий поток, состоящий из топливного газа.

Кислый газ содержал в объеме 25% H₂S, 70,3% CO₂, 4% H₂O, 0,4% CH₄, 0,2% C₂H₆ и 0,1% бензола, в то время как топливный газ содержал по объему 71,6% метана, 10% этана; 4,6% алканов и C₃ и более, 0,5% CO, 0,5% H, 2,7% азота, 6,7% C₂H₄, 1,8% CH₃SH, 1% H₂S и 0,6% CO₂.

Работы велись в опытной установке, подобной установке, описанной со ссылками на фиг. 1, 2а и 2б, т.е. используя термический реактор, включающий две камеры термической реакции и камеру пребывания газов с высокой температурой. Газ, содержащий свободный кислород, используемый для осуществления сжигания газового горючего потока и фракции кислого газа, являлся воздухом.

Газовый горючий поток, т.е. объедененные топливный газ и воздух сжигания, подводились в горелку первой камеры термической реакции (камера 2) с расходами, равными соответственно 38,4 кмоль/ч и 682 кмоль/ч и температурами, соответственно равными 58^oC и 100^oC. Температура в первой камере термической реакции поблизости от горелки 6 имела величину около 1500^oC.

Сжигание топливного газа в первой камере термической реакции, производящей 723,7 кмоль/ч окисляющих дымов, содержащих по объему 73% азота, 13% H₂O, 7,3% кислорода, 6,6% CO₂ и 0,1% SO₂ и имеющих температуру 1500^oC.

Кислый газ, поступающий по трубопроводу 10 с температурой 200^oC и расходом, равным 1200 кмоль/ч, разделяется посредством соответствующего открывания вентиля 28, контролируемого дозирующим устройством, на первую фракцию, имеющую дебит 707,8 кмоль/ч, поступающую в трубопровод 13, и вторую фракцию, имеющую расход, равный 492,2 кмоль/ч, служащую для питания горелки 9.

Указанная первая фракция кислого газа вводится системой нагнетания 43 в первую камеру термической реакции и смешивается с окисляющими дымами, производимыми в указанной камере путем сжигания топливного газа, проходящего при избытке воздуха.

Газовые продукты этой смеси поступали затем через отверстие 33 во вторую камеру термической реакции, причем указанные продукты имели температуру 958^oC, содержат по объему 4% H₂S, 0,8% SO₂, 3,5% серы в виде пара, 36,2% азота, 34,5% CO₂, 16,4% H₂O, 3,2% CO, 1% H₂ и 0,4% COS и CS₂.

Вторая фракция кислого газа поступала в горелку 9 второй камеры термической реакции (камера 3), при этом указанная горелка получала также 401 кмоль/ч воздуха, нагретого до 200^o это количество воздуха приводило к получению молярного соотношения H₂S SO₂, равным 2 1 в газе, выходящем из ступени 19 каталитической реакции. Горелка 9 давала 887 кмоль/ч газа сжигания, имеющего температуру 925^oC, причем указанные газы сжигания свободны от углеводородов и содержат по объему 4% серы в виде пара, 2,2% H₂S, 3,4% SO₂, 38,1 CO₂, 35% азота, 15,3% H₂O, 1,4% CO, 0,4% H₂ и 0,2% COS и CS₂.

Газ сжигания второй фракции кислого газа, полученные посредством горелки 9, перемешивались во второй камере термической реакции с газовыми продуктами, поступающими в указанную камеру через отверстие 33 и выходящими из первой камеры термической реакции. Полученная в результате газовая смесь, температура которой была равна 950^oС поступала через ячеистую перегородку 5 в камеру 4 пребывания газов и сохраняла почти такую температуру, находясь в этой камере. Указанная газовая смесь содержала по объему 3,9% серы в виде пара, 3,2% H₂S 1,6% SO₂, 36% CO₂ 35,8% азота, 16,1% H₂O, 2,4% CO, 0,7% и 0,3% COS и CS₂.

Через выход 42 термического реактора удалялся газовый поток, свободный от углеводородов, имеющий температуру и состав указанной газовой смеси, что позволяло подавать его в паровой котел, разогреваемый теплом дымовых газов 14 с расходом 2344 кмоль/ч.

Пример 2 Работая с установкой, аналогичной установке, использованной в примере 1, проводили опыты по получению серы, одновременно обрабатывая согласно изобретению кислый газ, содержащий H₂S и жидкий горючий поток, состоящий из дисульфидов.

Кислый газ содержал по объему 35,3% H₂S 56,5% CO₂, 7,2% H₂O, 0,9% CH₄, 0,1% CH₃SH, в то время как жидкий горючий поток состоял из смеси, содержащей в молярных процентах 27% дисульфида и 73% дисульфида диэтила.

Объединенные жидкий горючий поток и воздух сжигания поступали в горелку первой камеры термической реакции с дебитами, равными соответственно 9,6 кмоль/ч и 529,5 кмоль/ч, температурами соответственно равными 38^oC и 100^oC.

Температура в первой камере термической реакции поблизости от горелки 6 имела величину около 1540^oC. Сжигание жидкого горючего потока в первой камере термической реакции давало 550 кмоль/ч окисляющих дымов, содержащих по объему 74,3% азота, 9,7% воды, 65,5% кислорода, 6% CO₂3,5% SO₂.

Кислый газ, поступающий через трубопровод 10 с температурой 200^oC и расходом, равным 982 кмоль/ч разделялся посредством соответствующего открывания вентиля 28 трубопровода 13, контролируемого дозирующим устройством (пропорционометром) на первую фракцию, имеющую расход 393,2 кмоль/ч, поступающую в указанный трубопровод 13, и вторую фракцию, имеющую расход, равный 588,8 кмоль/ч, предназначенную для питания горелки 9, которая предусмотрена для второй камеры термической реакции.

Указанная первая фракция кислого газа подавалась с помощью системы нагнетания 43 в первую камеру термической реакции и перемешивалась с окисляющими дымами, получаемыми в указанной камере путем сжигания жидкого горючего потока, осуществляемого при избытке воздуха, что вызывало полное разложение следов углеводородов, а именно CH₄, присутствующих в указанной первой фракции кислого газа.

Газовые продукты, являющиеся результатом этого перемешивания, поступали затем через отверстие 33 во вторую камеру термической реакции, причем указанные продукты имели температуру 1073^oC и содержали по объему 5,3% серы в виде пара, 3,5% H₂S, 2% SO₂, 42,3% азота, 23% CO₂, 18,6% H₂O, 3,6% CO, 1,5% H₂ и 0,2% COS и CS₂ Вторая фракция кислого газа поступает в горелку 9 второй камеры термической реакции, при этом указанная горелка получает также 490 кмоль/ч воздуха, нагретого до 200^oC, это количество воздуха приводит к получению молярного соотношения H₂S SO₂, равного 2:1 в газе, выходящем из ступени 19 каталитической реакции. Горелка 9 давала газы сжигания, имеющие температуру 925^oC с расходом 1078 кмоль/ч, причем указанные газы сжигания были свободны от углеродов и содержали по объему 6% серы в виде пара, 4,8% H₂S, 2,2% SO₂, 35,1% азота, 29,7% CO₂, 19,7% H₂O, 1,5% CO, 0,7% H₂ и 0,3% COS и CS₂.

Газа сжигания второй фракции кислого газа, производимый горелкой 9, перемешивался во второй камере термической реакции с газовыми продуктами, поступающими в указанную камеру через отверстие 33, выходя из первой камеры термической реакции. Газовая смесь, полученная в результате, температура которой равна 996^oC, проходила через ячеистую перегородку 5 в камеру пребывания газов 4 и сохраняла указанную температуру, находясь в этой камере. Указанная газовая смесь содержала по объему 5,7% серы в виде пара, 4,2% H₂S, 2,1% SO₂, 38,4% азота, 26,6% CO₂, 19,3% H₂O, 2,4% CO, 1% H₂ и 0,3% COS и CS₂.

Через выход 42 термического реактора уделяется с расходом 2046 кмоль/ч газовый поток, свободный от углеводородов и SO₃, имеющий выше приведенную температуру и состав газовой смеси, что делало возможным его подвод в паровой котел, разогреваемый теплом дымовых газов 14.

Пример 3 Работая с установкой, аналогичной установке, используемой в примере 1, проводили опыты по получению серы, обрабатывая одновременно согласно изобретению кислый газ, содержащий H₂S и газовый горючий поток, содержащий аммиак, причем указанный поток являлся результатом обработки кислых вод нефтеперерабатывающих заводов.

Кислый газ содержал по объему 90% H₂S, 3,4% CO₂, 4% H₂O и 0,6% CH₄, в то время как газовый горючий поток состоял из смеси, содержащей в молярном процентном соотношении 35% H₂S, 35% NH₃ и 30% H₂O.

Объединенные газовый горючий поток и воздух сжигания поступали в горелку первой камеры термической реакции с расходами, равными соответственно 50,3 кмоль/ч и 244,6 кмоль/ч и температурами равными соответственно 80^oC и 100^oC.

Температура в первой камере термической реакции поблизости от горелки 6 имела величину 1500^oC. Сжигание газового горючего потока в первой камере термической реакции производило 290,5 кмоль/ч окисляющих дымов, содержащих по объему 68,1% азота, 22% H₂O, 6,1% SO₂ и 3,8% кислорода.

Кислый газ, поступающий по трубопроводу 10 с температурой 50^oC и расходом, равным 100 кмоль/ч, разделялся через соответствующие открывание вентиля 28 трубопровода 13, контролируемого дозирующим устройством на первую фракцию, имеющую расход 67 кмоль/ч, проходящую в указанный трубопровод 13, и вторую фракцию, имеющую расход, равный 33 кмоль/ч, предназначенную для питания горелки 9, которая предусмотрена во второй камере термической реакции.

Указанная первая фракция кислого газа нагнеталась через систему нагнетания 43 в первую камеру термической реакции и перемешивалась с окисляющими дымами, получаемыми в указанной камере путем сжигания газового горючего потока, проводимого при избытке воздуха, что вело к полному распаду следов углеводородов, а именно CH₄, присутствовавших в указанной первой фракции кислого газа.

Газовые продукты, являющиеся результатом этого перемешивания, поступали затем через отверстие во вторую камеру термической реакции, причем указанные продукты имели температуру 1326^oC и содержали по объему 6,9% серы в виде пара, 3,6% H₂S, 3,6% SO₂, 53,7% азота, 26,5% H₂O, 4,6% H, 0,7% CO₂ и 0,4% CO.

Вторая фракция кислого газа поступала в горелку 9 второй камеры термической реакции, причем горелка получала также 34 кмоль/ч воздуха, подогретого до 100^oC, это количество воздуха проводило к получению молярного соотношения H₂S: SO₂, равного 2:1, в газе, выходящем из ступени 19 каталитической реакции. Горелка 9, температура пламени которой была 929^oC, производила 67,8 кмоль/ч газа сжигания, причем указанный газ был свободен от углеводородов и содержал по объему 10,7% серы в виде пара, 22% H₂S, 0,3% SO₂, 38,8% азота, 22,8% H₂O, 2,5% H₂, 2,5% CO₂ и 0,4% CO.

Газы сжигания второй фракции кислого газа, производимый горелкой 9, перемешиваются во второй камере термической реакции с газовыми продуктами, поступающими в указанную камеру через отверстие 33 из первой камеры термической реакции. Газовая смесь, полученная в результате, температура которой была равна 1253^oC, поступала через ячеистую перегородку 5 в камеру 4 пребывания газов и сохраняла указанную температуру, находясь в этой камере.

Указанная газовая смесь содержала по объему 8,4% серы в виде пара, 5,2% H₂S, 2,6% SO₂, 51,2% азота, 26,9% H₂O, 4,4% H₂, 0,9% CO₂ и 0,4% CO.

Через выход 42 термического реактора удаляется с дебитом 438 кмоль/ч газовый поток, свободный от углеводородов, SO₃ и оксидов азота и имеющий температуру и состав газовой смеси, приведенный выше, что позволяет ввести его в паровой котел, разогреваемый теплом дымовых газов 14.

Формула изобретения

1. Способ получения серы из по крайней мере одного кислого газа, содержащего сероводород, включающий неполное окисление сероводорода сжиганием кислого газа в двух камерах при подаче в первую камеру газообразного или жидкого топлива и в первую и вторую кислого и кислородсодержащего газов, охлаждение продуктов сжигания, отделение образующейся серы и последующую каталитическую переработку продуктов сжигания на нескольких ступенях с промежуточной конденсацией серы, отличающийся тем, что в первую камеру кислородсодержащий газ подают в избытке по отношению к кислороду, теоретически необходимому для полного сжигания топлива, но меньше стехиометрического количества, требуемого для окисления в диоксид серы одной трети сероводорода от общего расхода обрабатываемого газа, проводя неполное сжигание кислого газа во второй камере с получением газовых продуктов с контролируемым содержанием кислорода с таким расчетом, чтобы в газе на выходе с каталитической ступени молярное соотношение H₂S SO₂ составляло 2 1, и регулируя расход кислого газа, подаваемого в первую и вторую камеры, таким образом, чтобы температура сжигания во второй камере составляла выше 850^oС.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что расход кислого газа первой и второй камер регулируют таким образом, чтобы температура сжигания во второй камере составляла выше 920^oС.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что заданное молярное соотношение H₂S SO₂ в газах, выходящих с каталитических ступеней, составляет приблизительно 2 1.

4. Способ по пп.1 3, отличающийся тем, что продукты сжигания, выходящие из второй камеры, направляют в зону, в которой газовый поток выдерживают при температуре, равной или близкой к температуре на выходе из второй камеры.

5. Способ по пп.1 4, отличающийся тем, что исходный кислый газ содержит углеводороды с общей концентрацией 0,2 10 об. предпочтительно, 0,5 5 об.

6. Способ по пп.1 5, отличающийся тем, что газовые потоки первой и второй камер имеют одинаковое или разное содержание сероводорода.

7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что газовый поток первой камеры имеет содержание сероводорода ниже, чем в газовом потоке второй камеры.

8. Способ по пп.1 5, отличающийся тем, что газовые потоки первой и второй камер состоят из одного или различных кислых газов.

9. Способ по пп.3 8, отличающийся тем, что сжигаемое топливо представляет собой остаточный кислый газ или жидкое топливо, содержащие сернистые соединения, окисляемые в диоксид серы, и аммиак или азотсодержащие соединения, такие как HCN, при этом по крайней мере кислый газ второй камеры имеет содержание сероводорода выше 15 об. причем расход топлива и общий расход газовых потоков первой и второй камер выбирают с таким расчетом, чтобы молярное содержание XSO₂, полученного при сжигании топлива, было ниже половины общего молярного расхода YH₂S, вводимого указанными потоками, тогда как избыток газа, содержащего свободный кислород, по отношению к теоретическому количеству, необходимому для полного сжигания топливного потока, соответствует молярному расходу кислорода ниже (У 2Х)/2.

10. Способ по пп.1 8, отличающийся тем, что в случае использования газообразного топлива потоки кислого газа первой и второй камер имеют содержание сероводорода ниже 35 об.

11. Термический реактор для получения серы из по крайней мере одного кислого газа, содержащего сероводород, включающий первую камеру из огнеупорного материала с размещенной в ее закрытом торце горелкой со средствами для подвода топлива и средствами для подвода регулируемого количества газа, содержащего свободный кислород, сообщенной через выходное отверстие с входным отверстием второй камеры из огнеупорного материала, расположенной ниже первой камеры и имеющей выходное отверстие и также снабженной горелкой со средствами подвода потока кислого газа к второй камере и средствами подвода регулируемого количества газа, содержащего свободный кислород, отличающийся тем, что реактор дополнительно снабжен средствами нагнетания потока кислого газа в первую камеру и средствами контроля и регулирования расхода потоков кислого газа в первую и вторую камеры.

12. Реактор по п.11, отличающийся тем, что он содержит третью камеру из огнеупорного материала, сообщенную через выходное отверстие с выходом второй камеры посредством ячеистой перегородки из огнеупорного материала и имеющую отверстие, образующее выход реактора.

13. Реактор по пп. 11 и 12, отличающийся тем, что средства нагнетания потока кислого газа в первую камеру соединены трубопроводом со средствами подвода потока кислого газа во вторую камеру таким образом, чтобы поток кислого газа первой камеры составлял первую часть кислого газа, а поток кислого газа второй камеры был образован оставшейся частью того же газа.

14. Реактор по п.13, отличающийся тем, что средства регулирования расхода потоков кислого газа первой и второй камер включают вентиль с регулируемым открыванием, установленный на трубопроводе, соединяющем средства нагнетания потока кислого газа в первую камеру со средствами подвода кислого газа во вторую камеру.

15. Реактор по пп. 13 и 14, отличающийся тем, что средства нагнетания потока кислого газа в первую камеру включают трубчатое кольцо, окружающее первую камеру и подсоединенное к трубе, соединяющей средства нагнетания со средствами подвода потока кислого газа во вторую камеру, и множество элементов, каждый из которых соединен одним концом с трубчатым кольцом, а другим концом выходит в первую камеру, пересекая ее стенку.

16. Реактор по пп.11 15, отличающийся тем, что первая камера разделяется на две части ячеистой сеткой из огнеупорного материала, перпендикулярной к продольной оси указанной камеры и расположенной между горелкой и средствами нагнетания потока кислого газа в первую камеру.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3