Способ получения серы из дымовых газов, содержащих диоксид серы


 


Владельцы патента RU 2478567:

Открытое акционерное общество "Гипрогазоочистка" (RU)

Изобретение относится к области химии и может быть использовано в процессах получения серы из дымовых газов, содержащих диоксид серы, на предприятиях химической, нефтехимической, газоперерабатывающей и металлургической промышленности. Согласно изобретению извлекают и концентрируют содержащийся в дымовых газах диоксид серы. В случае снижения нагрузки на установку получения серы ниже минимального предела компенсируют недостаток поступающего с дымовым газом диоксида серы путем подачи на концентрирование дополнительного количества диоксида серы, полученного в результате частичного сжигания серы, извлеченной на установке получения серы. Для этого измеряют расход дымового газа и концентрацию диоксида серы в нем, по этим данным рассчитывают расход серы, которая в виде диоксида серы поступает с дымовым газом на установку концентрирования диоксида серы, а расход серы, направляемой на сжигание, определяют из условия: K×NS-FSвх где К - нижний допустимый уровень производительности установки, в пересчете на серу (S1), доли; NS - номинальная производительность установки производства серы в пересчете на серу (S1), кг/ч; FSвх - расход серы, которая с дымовым газом в виде диоксида серы поступает на установку концентрирования диоксида серы, кг/ч. Изобретение позволяет стабилизировать работу установки получения серы и повысить надежность ее работы. 2 з.п. ф-лы, 1 пр.

 

Изобретение относится к области химии и может быть использовано в процессах получения серы из дымовых газов, содержащих диоксид серы, на предприятиях химической, нефтехимической, газоперерабатывающей и металлургической промышленности.

Как известно, на предприятиях цветной металлургии значительную долю в общих выбросах занимают сернистые газы. Это требует специальных мер по очистке дымовых газов, чтобы предотвратить загрязнение окружающей среды. В отдельных случаях целесообразно утилизировать дымовые газы с получением элементной серы. Разработано несколько технологических схем, общей задачей которых является эффективное извлечение серы из потоков дымовых газов на установках получения серы (Lisa Connock, Sulphur, 2006, 305, July-August, p.29-40).

Из результатов эксплуатации различных технологических агрегатов металлургического производства, например, конвертеров, печей и др. известно, что эти агрегаты работают в переменном режиме. Это приводит к существенным колебаниям концентрации сернистого ангидрида в дымовых газах и к изменению их расхода.

Периодические снижения загрузки по газу установок получения серы, вплоть до кратковременных, обычно не превышающих восьми часов, полных отключений подачи газа на эти установки, приводят к тому, что установки получения серы работают крайне неустойчиво. Следствием является резкое снижение эффективности установок, увеличение выбросов диоксида серы в атмосферу и повышение рисков аварийных ситуаций.

Известен способ получения элементной серы из дымовых газов, содержащих диоксид серы (заявка на патент Франции №2212290, МПК С01В 17/04).

Этот способ включает охлаждение дымового сернистого газа, выделение из него диоксида серы с возможностью его концентрирования до 100%, термическое восстановление с последующим охлаждением продуктов сгорания, выделение образованной серы и дальнейшую обработку газа в нескольких каталитических ступенях по способу Клауса. Технологический газ, выходящий из последней каталитической ступени, после конденсации и вывода за пределы установки образованной серы, направляют в печь дожига, где происходит окисление всех газообразных непрореагировавших серосодержащих компонентов до диоксида серы.

Однако получение серы в соответствии с этим способом возможно и эффективно только в том случае, если расход сернистых газов металлургического производства на установку получения серы находится в пределах, которые определены техническими возможностями установки.

Как правило, современные установки получения серы проектируются и эксплуатируются в диапазоне нагрузок от 30 до 100%, где под 100% нагрузкой понимается максимально возможная производительность. В случае снижения загрузки ниже минимального (порядка 30%) предела установки получения серы эксплуатируются неэффективно: требуемые отношения реагентов не выдерживаются, температурные поля, распределение газовых и жидкостных потоков по аппаратам искажаются и т.п.

Основным недостатком известного изобретения является невозможность эксплуатации установки получения серы в случае снижения производительности ниже минимального уровня.

Технической задачей, которую решает настоящее изобретение, является обеспечение нормальных эксплуатационных условий работы установки получения серы при неравномерной подаче сырья на переработку вплоть до работы в условиях кратковременного полного прекращения подачи сырья.

Решение технической задачи достигается тем, что в условиях снижения допустимой нагрузки на установку получения серы ниже минимального значения, и более точно, в условиях снижения количества диоксида серы, содержащегося в дымовых газах, поступающего со стадии концентрирования диоксида серы на установку получения серы, компенсируют недостаток поступающего с дымовым газом диоксида серы путем подачи на концентрирование дополнительного количества диоксида серы. Это дополнительное количество диоксида серы получают в результате частичного сжигания серы, извлеченной на установке получения серы, состоящей из термической и, по меньшей мере, одной каталитической ступеней, используя для этой цели печь сжигания, которую встраивают в технологическую схему и к которой подводят воздух, топливный газ и жидкую серу. Технологический газ, полученный при сжигании серы, прежде чем направить на стадию концентрирования, охлаждают, а тепло реакционных газов рекуперируют с получением водяного пара, который используют при подаче воздуха на сжигание серы.

Чтобы вычислить необходимое количество серы, которое надо направить на сжигание, измеряют расход дымового газа и концентрацию диоксида серы в нем, по этим данным рассчитывают расход серы, которая в виде диоксида серы поступает с дымовым газом на установку концентрирования диоксида серы. Расход серы, направляемой на сжигание, определяют из условия:

K×NS-FSвx,

где K - нижний допустимый уровень производительности установки, в пересчете на S1, доли;

NS - номинальная производительность установки производства серы в пересчете на S1, кг/ч;

FSвx - расход серы, которая с дымовым газом в виде диоксида серы поступает на установку концентрирования диоксида серы, кг/ч.

Таким образом установка производства серы всегда загружена сырьем на минимально необходимом уровне, вне зависимости от того, какое количество диоксида серы содержится в дымовом газе металлургического производства. Простая в реализации система управления позволяет легко компенсировать падение нагрузки на установку производства серы вплоть до полного прекращения подачи сырья. Это мероприятие значительно повышает надежность, безопасность производства, снижает экологический ущерб.

В случае если реальный расход серы выше минимально допустимого, то управляющее действие отсутствует, а для обеспечения состояния «горячего резерва» печи сжигания и связанного с ней холодильного оборудования в печи сжигают топливный газ, а продукты сгорания смешивают с дымовым газом, поступающим на стадию концентрирования. Тем самым обеспечивается непрерывная готовность системы к компенсации падения расхода сырья на установку получения серы.

Для обеспечения сжигания серы до диоксида серы, также как и для сжигания топливного газа в печи сжигания серы, необходим воздух. Воздух подают в печь сжигания при давлении, как правило, не более 2 кг/см2 изб. Расчеты показывают, что энергия, которую необходимо затратить для компримирования и подачи воздуха в топку печи, составляют не более 20% от того количества, которое утилизируется при охлаждении продуктов сгорания и выработке пара. Эта энергия может быть рекуперирована (при помощи парового или электрического привода) на компримирование воздуха в печь сжигания серы. Таким образом, предлагаемый способ является не только энергонезависимым, но и поставляет энергию сторонним потребителям.

Для иллюстрации ниже приводится пример осуществления вышеуказанного способа, не ограничивающий объем изобретения.

Пример.

На установку газоочистки поступает газ с содержанием SO2 от 0,1 до 30 мол.% и со значительными колебаниями расхода. Максимальная (номинальная) загрузка установки газоочистки по дымовым газам составляет 110 тыс. нм3/ч при концентрации SO2 в нем 30 мол.%, что в пересчете на концентрированный SO2 составляет 33 тыс. нм3/ч или NS=47,1 т/ч в пересчете на серу.

Газ проходит установку концентрирования SO2, далее концентрированный диоксид серы поступает на установку получения серы, являющейся конечным продуктом процесса.

Печь сжигания, в которой сжигают серу при недостатке диоксида серы, состоит из топки с горелочным устройством, к которому подведены воздух, топливный газ и жидкая сера. Объем топки выбирают таким, чтобы время пребывания газа в топочном пространстве при максимальной нагрузке составляло 1,5÷2,5 с. Серу на сжигание подают дозировочным насосом, который получает управляющий сигнал в зависимости от содержания серы в дымовом газе. Воздух на сжигание подают, исходя из отношения 3,3 нм3 на 1 кг серы. Охлаждение газа, полученного при сгорании серы, до 120-150°С проводится в одну-две ступени. Далее газ дополнительно охлаждают водой до температуры ~40°С. Охлажденные продукты сгорания серы смешивают с дымовым газом и подают на вход установки концентрирования.

Замеры состава и расхода дымового газа, выполненные в течение длительного промежутка времени на металлургическом предприятии, показывают, что отношение максимальной нагрузки к минимальной (в пересчете на серу) составляет порядка сотен и более. Очевидно, нормальная эксплуатация технологической установки в таких условиях невозможна.

Как правило, технологические установки в штатном режиме эксплуатируются при отношении максимальной нагрузки к минимальной как 3:1, другими словами, при изменении нагрузки от 30 до 100% от номинальной. Это обусловлено особенностями работы контрольно-измерительных приборов, запорно-регулирующей арматуры и применяемых аппаратов.

Рассмотрим два режима эксплуатации установки.

В первом случае расход дымового газа V=90 тыс. нм3/ч и концентрация в нем диоксида серы CSO2=28 мол.%. Это соответствует расходу диоксида серы на установку VSO2=V×CSO2/100=25,8 тыс. нм3/ч или FSвх=36 т/ч в пересчете на серу. Во втором случае расход дымового газа изменился до V=48 тыс. нм3/ч и концентрации SO2 в нем CSO2=0,9 мол.%. Это соответствует расходу SO2 на установку VSO2=V×CSO2/100=0,43 тыс. нм3/ч или FSвx=0,6 т/ч в пересчете на серу.

Минимально допустимая нагрузка на установку (30% от номинальной) составляет в нашем случае K×NS=0,3×47,1=14,1 т/ч в пересчете на серу.

В первом случае нагрузка системы газоочистки по сере находится в приемлемом диапазоне: рабочий расход больше минимального и меньше максимального, а именно 14,1<36<47,1. Компенсации пониженной производительности не требуется, т.е. расход серы, подаваемой на сжигание, равен 0.

В этом случае в печи сжигания серы сжигают небольшое количество топливного газа (менее 100 нм3/ч) с соответствующим количеством воздуха (из расчета 10:1 и более). Причем воздух на сжигание подают с таким расчетом, чтобы температура точки росы продуктов сгорания была ниже температуры охлаждения газа. Продукты сжигания после ступенчатого охлаждения направляются в коллектор дымового газа, на вход установки концентрирования SO2. Печь сжигания серы и сопутствующее теплообменное оборудование при этом находятся в состоянии «горячего резерва», то есть в случае уменьшения нагрузки по сере на установки концентрирования SO2 и получения серы ниже критического уровня, они в кратчайший срок могут быть переведены на сжигание серы.

Во втором случае на переработку поступает FSвх=0,6 т/ч серы, что составляет 1,3% от максимальной производительности. Очевидно, что установка на такой производительности неработоспособна.

В этом случае в печь сжигания серы в соответствии с заявляемьм способом подается на сжигание K×NS-FSвх=0,3×47,1-0,6=13,5 т/ч серы. В соответствии со стехиометрией сжигания серы на каждый килограмм сожженной серы требуется подать ≈3,3 нм3 воздуха, таким образом, для сжигания всей серы потребуется 45 тыс. нм3/ч воздуха. После охлаждения продуктов сгорания и подачи их в коллектор дымового газа на входе в установку концентрирования SO2 нагрузка на систему газоочистки в пересчете на серу останется на минимально допустимом уровне 14,1 т/ч или 30% от номинальной нагрузки.

Таким образом, способ позволяет эксплуатировать установку получения серы ее в нормальном режиме в диапазоне изменения нагрузки по диоксиду серы от 0 до 100%, стабилизировать ее работу и повысить надежность установки.

1. Способ получения серы из дымовых газов, содержащих диоксид серы, включающий стадию концентрирования диоксида серы и последующее получение серы на установке, состоящей из термической и, по меньшей мере, одной каталитической ступеней, отличающийся тем, что при снижении допустимой нагрузки на установку получения серы ниже минимально допустимого уровня компенсируют недостаток поступающего с дымовым газом диоксида серы путем подачи на концентрирование дополнительного количества диоксида серы, полученного в результате частичного сжигания серы, извлеченной на установке в печи сжигания, при этом измеряют расход дымового газа и концентрацию диоксида серы в нем, по этим данным рассчитывают расход серы, которая в виде диоксида серы поступает с дымовым газом на стадию концентрирования диоксида серы, а расход серы, направляемой на сжигание, определяют из условия:
K·NS-FSвх,
где K - нижний допустимый уровень производительности установки в пересчете на S1 доли;
NS - номинальная производительность установки производства серы в пересчете на S1, кг/ч;
FSвх - расход серы, которая с дымовым газом в виде диоксида серы поступает на установку концентрирования диоксида серы, кг/ч.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что технологический газ, полученный при сжигании серы, прежде чем направить на стадию концентрирования охлаждают, а тепло реакционных газов рекуперируют с получением водяного пара, который используют при подаче воздуха на сжигание серы.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в условиях нормальной загрузки установки получения серы для обеспечения состояния готовности к работе печи сжигания в ней сжигают топливный газ, а продукты сгорания смешивают с дымовым газом, поступающим на стадию концентрирования.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области химии и может быть использовано для получения элементной серы из отходящего газа, содержащего диоксид серы, на предприятиях химической, нефтехимической, газоперерабатывающей и металлургической промышленности.

Изобретение относится к области химии. .

Изобретение относится к каталитическим композициям для восстановления сернистых соединений, содержащихся в газовом потоке. .

Изобретение относится к области химии. .

Изобретение относится к области химии и может быть использовано для получения серы. .

Изобретение относится к катализаторам для восстановления диоксида серы из серосодержащих газов. .

Изобретение относится к области химии и может быть использовано для получения водорода и серы. .

Изобретение относится к области химии и может быть использовано для получения серы из сернистого ангидрида. .
Изобретение относится к способу получения элементарной серы из высококонцентрированных сероводородсодержащих газов, включающему окисление сероводорода кислородом в неподвижном слое гранулированного катализатора при повышенной температуре и конденсацию получаемой серы на теплообменной поверхности. Способ характеризуется тем, что процесс проводят в одну стадию, причем окисление ведут в слое катализатора, размещенном между теплообменными поверхностями, расположенными под углом от 45 до 90 градусов к горизонтали, а направление подачи газа составляет угол от 0 до 90 градусов к горизонтали, при этом отношение толщины слоя к размеру гранул катализатора составляет 5-10:1. Использование настоящего способа позволяет расширить пределы применимости способа, интенсифицировать процесс, упростить технологию, снизить материалоемкость и повысить энергетическую эффективность. 1 з.п. ф-лы, 3 пр.

Изобретение относится к области электрохимии. В органический растворитель с фоновым электролитом вводят электрокатализатор - 3,5-ди-трет-бутил-о-бензохинон и проводят электролиз сероводорода на платиновом аноде при температуре 20-25°С и атмосферном давлении. При этом получают элементную серу. Изобретение позволяет снизить энергозатраты и сократить время стадии регенерации электрокатализатора.

Изобретение может быть использовано в нефтяной, газовой, газоперерабатывающей, нефтеперерабатывающей, нефтехимической отраслях промышленности и относится к способам жидкофазной окислительной конверсии сероводорода, содержащегося в газах, с получением элементарной серы. Способ включает подачу очищаемых от сероводорода газов в зону абсорбции при встречном движении их с абсорбентом, а воздуха - в зону регенерации в количестве, обеспечивающем отношение парциальных объемов кислорода воздуха и сероводорода в газах в диапазоне 0,5÷25:1, отбор очищенных газов из верхней части зоны абсорбции, а серы - из нижней зоны регенерации, отличающийся тем, что вместе с очищаемыми газами в зону абсорбции подают воздух в количестве, обеспечивающем соотношение парциальных объемов кислорода воздуха к сероводороду газов 0,05÷0,75:1, причем суммарный объем подаваемого воздуха в зоны абсорбции и регенерации обеспечивает соотношение парциальных объемов кислорода воздуха к сероводороду, не превышающее первоначальное. Предлагаемый способ позволяет увеличить эффективность очистки газов от сероводорода (не менее 99,99%) за счет интенсификации процесса окисления сероводорода до элементарной серы благодаря частичному проведению регенерации абсорбента в зоне абсорбции и, как следствие, снизить материальные затраты на реализацию способа. 3 табл., 2 ил.

Изобретение относится к области химии. Серу получают методом каталитического прямого окисления сероводорода кислородом в две или более стадии в условиях отвода тепла реакции из объема катализатора. Начальные стадии окисления проводят при 250-300°C и объемной скорости 12000-36000 сек-1, а конечную стадию окисления проводят при 250-280°C и объемной скорости 900-3600 сек-1. Сероводородсодержащий газ подают на первую стадию окисления, а кислородсодержащий газ подают на каждую стадию окисления, причем на конечную стадию окисления кислородсодержащий газ подают в стехиометрическом соотношении кислорода к сероводороду. Изобретение позволяет получать серу из высококонцентрированных газов, снизить энергозатраты. 1 ил., 3 пр.

Изобретение относится к подготовке углеводородного газа. Cпособ комплексной подготовки углеводородного газа, включающий очистку от тяжелых углеводородов, меркаптанов, сероводорода и осушку с получением очищенного газа и газов регенерации, а также утилизацию кислого газа регенерации с получением серы и отходящего газа, при этом углеводородный газ предварительно смешивают со смесью газов регенерации и отходящего газа и подвергают абсорбционной очистке хемосорбентом с получением органической фазы, воды и предварительно очищенного газа, направляемого на дальнейшую очистку, при этом в качестве хемосорбента используют углеводородный раствор серы, органических ди- и полисульфидов, а также каталитическое количество органического соединения, содержащего третичный атом азота, который получают путем смешения органической фазы с серой в количестве, обеспечивающем полное окислительное превращение меркаптанов. Технический результат заключается в повышении выхода подготовленного газа, упрощении технологии. 1 ил.

Изобретение относится к области органической химии, в частности, к способам получения элементной серы из сероводородсодержащих газов и газоконденсатных смесей, и может быть использовано на предприятиях химической, нефтехимической, газоперерабатывающей и металлургической промышленности. Способ получения элементной серы из сероводорода включает проведение электролиза сероводорода на платиновом аноде в органическом растворителе в присутствии фонового электролита при температуре 20-25°С и атмосферном давлении. Предварительно перед проведением электролиза сероводорода в органический растворитель вносят триэтиламин. Технический результат - усовершенствование процесса получения элементной серы, позволяющее значительно снизить значение анодного перенапряжения при проведении электросинтеза серы на основе сероводорода. Конверсия сероводорода в элементную серу - 95-98%. 1 прим.

Изобретение относится к области химии и может быть использовано для управления процессом восстановления кислородсодержащих сернистых газов с получением элементарной серы в цветной металлургии, химической и нефтеперерабатывающей промышленности. Способ управления процессом восстановления сернистых дымовых газов природным газом в присутствии дополнительного кислорода, включающий переработку дымовых газов с получением серы в термической и, по меньшей мере, одной каталитической ступенях, предусматривает регулирование расхода природного газа и общего расхода кислорода в термическую ступень, исходя из предварительно установленной эмпирической функциональной зависимости между значениями концентраций компонентов хвостового газа, расходов компонентов дымового газа и температуры в камере термического реактора. Для этого замеряют текущее значение температуры в камере термической ступени, определяют объемный расход O2 и N2 в дымовом газе и концентрацию H2S, COS и SO2 в хвостовом газе и рассчитывают поправочные коэффициенты, на основании которых одновременно корректируют расход природного газа и расход кислорода в термическую ступень. Причем расход кислорода определяют как разность между расчетным расходом общего кислорода и тем расходом кислорода, который поступает с дымовым газом. 1 ил., 2 табл.

Изобретение может быть использовано в нефтегазовой, нефтеперерабатывающей, химической и нефтехимической промышленности. Способ очистки газа от сероводорода включает предварительное смешивание очищаемого газа с балансовой частью газа сепарации. Полученную газовую смесь сепарируют при пониженной температуре, но не ниже температуры замерзания воды или образования газовых гидратов, с выделением водной суспензии серы. Затем очищают от сероводорода с получением очищенного газа и газа, содержащего сероводород. Смесь газа, содержащего сероводород, с частью газа сепарации и кислородсодержащим газом при мольном соотношении кислород:сероводород 0,35÷0,45 подают на окисление. Продукты окисления смешивают с частью водной суспензии серы и сепарируют смесь при температуре 125÷135°C с выделением жидкой серы и газа сепарации. Изобретение позволяет повысить степень очистки газа и снизить энергоемкость процесса. 1 ил., 1 пр.

Изобретение относится к способу получения элементной серы из отходящего газа, содержащего диоксид серы. Способ включает концентрирование диоксида серы, частичное высокотемпературное восстановление концентрированного диоксида серы концентрированным водородом до серы, сероводорода и воды, конденсацию образованных паров серы с выводом жидкой серы в сборник серы. Далее ведут переработку вышедшего технологического газа путем каталитической Клаус-конверсии, и последующую очистку хвостового газа, содержащего остаточные количества H2S, SO2, N2 и паров воды. При этом часть потока концентрированного диоксида серы отводят по байпасной линии, минуя стадии высокотемпературного восстановления, конденсации серы и каталитической конверсии, а вышедший из каталитической ступени Клаус-конверсии хвостовой газ вводят в узел гидрирования. Газ после гидрирования, состоящий из H2S, H2 и паров воды, подают в конденсационную колонну для отделения воды. Обезвоженный газ смешивают с байпасным потоком концентрированного диоксида серы и смесь направляют на дополнительную каталитическую ступень Клаус-конверсии, остаточные газы после которой возвращают на вход любой каталитической ступени, предшествующей узлу гидрирования. Техническим результатом является повышение эффективности утилизации отходящего газа. 7 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 пр.

Изобретение относится к катализаторам, используемым для получения элементарной серы по процессу Клауса. Предлагаемый катализатор получения элементарной серы по процессу Клауса на основе оксида алюминия представляет собой смесь χ-, γ-Al2O3 и рентгеноаморфной фазы оксида алюминия в следующем соотношении: χ-Al2O3 и рентгеноаморфная фаза 65-99,9 мас.% и γ-Al2O3 0,1-35, мас.%. При этом в катализаторе объем мезопор диаметром от 3 до 10 нм составляет 0,12-0,35 см3/г, а соотношение объема мезопор диаметром 3-10 нм к объему ультрамакропор диаметром выше 1000 нм меньше или равно 5. Изобретение также относится к способу приготовления данного катализатора и способу проведения процесса Клауса с его использованием. Использование предлагаемого катализатора позволяет повысить эффективность процесса Клауса. 3 н. и 8 з.п. ф-лы, 1 ил., 4 табл., 12 пр.
Наверх