Способ получения элементарной серы

 

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЭЛЕМЕ ТАРШ СЕРЫ из сероводородсоДержащ газов путем контактирования с сернистым газом в присутствии катализатора , отличающийся тем, что, с целью упрощения гфоцесса и повышения производительности, процесс ведут при циклическом попеременном изменении места ввода и вывода реакционной смеси из слоя катализатора, причем через каждые 1-100 циклов продолжительностью 1-300 мин проводят, один цикл с длительностью, превышающей предьщущие в 1-10 раз. 2., Способ по П.1, отличающийся тем, что процесс ведут при начальной температуре реакщюнной смеси 20-200 С.

СОЮЗ СО8ЕТСНИХ

ВТИВСТИ

РЕСПУБЛИК

Я0„„11852 здр С 01 В 17/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И *ВТОССНСМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

t

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21.) 2978340/23-26 (22) 03.09.80 (46) 15. 12.84. Бюп. 9 46 (72) Г.К. Боресков, Ю.Ш. Матрос, А.И. Оружейников, А.В. Филатов, В.И. Волков, А.И. Топоровский, В.А. Орлов и Н.Н. Кундо (71) Ордена Трудового Красного Знамени институт катализа СО АН СССР (53) 661.212(088.8) (56) 1. Егоров Н.Н. и др. Очистка от серы коксовального и других горючих газов. И., 1960, с. 306-310.

2. "Химическая промьппленность", 1965, Ф 3., с. 31. (54) (57) 1 СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЭЛЕМЕНТАРНОЙ CEPbl из сероводородсодержащих. газов путем контактирования с сернистым газом в присутствии катализатора, отличающийся тем, что, с целью упрощения процесса и повышения производительности, Hpоцесс ведут при циклическом попеременном изменении места ввода и вывода реакционной смеси из слоя катализатора, причем через каждые 1"100 циклов продолжительностью 1-300 мин проводят. один цикл с длительностью, превышающей предыдущие в 1-10 раэ.

2. Способ по п.1 ° о т л и ч а юшийся тем, что процесс ведут при начальной температуре реакцион- д 3 ной смеси 20-200 С.

1 9118

Изобретение относится к химической, нефтехимической, металлургической и другим смежным отраслям промышленности и может быть использовано в производстве серы и для обезврежи5 вания сернистых отходящих газов металлургйческих производств.

В настоящее время серу получают путем проведения процесса Клауса (сжигание сероводорода с образова- 1р кием элементарной серы и сернистого ангидрида с последующим взаимодействием непрореагировавшего сероводорода с двуокисью серы) и путем прямого восстановления сернистого газа (метаном, природнь1м газом, газом конверсии) с последующим взаимодействием непрореагировавшей двуокиси серы и частично образовавшихся сероводорода, сероуглерода и сероокиси 20 углерода (вторая стадия процесса

Клауса) .

Известные промышленнь:e схемы получения серы на второй стадии процесса Клауса состоят иэ нескольких последовательно расположенных ступеней конверсии, представляилцих собой аппараты с адиабатическим слоем катализатора, работающим в стационарном режиме (1).

Оптимальный температурный режим обратимого экзотермического процесса, каким являются реакции между двуокисЬю серы и сероводородом и двуокисью серы и сероокисью водорода, требует уменьшения температуры З5 с ростом выхода серы. Приближение, к оптимальному режиму в станционарном способе достигается в результате промежуточного теплоотвода между ступенями конверсии.

Специфика реакции .между сероводородом и двуокисью серы заключается в боЛьшой скорости химического процесса и незначительных энергиях 45 активации реакции, что в принципе, позволяет осуществлять процесс при низких температурах и достиГать высоких степеней конверсии. Однако из-за опасности блокировки поверхности катализатора сконденсировавшейся серой при традиционном многоступенчатом способе становится вынужденным переход к высоким температурам реакции, что сдвигает химическое 55 равновесие в неблагоприя-ную сторону.

Известен способ осуществления реакции между сероводородом и дву52 2 окисью серы, согласно которому сера образуется в двух ступенях -конверсии при температурах реакции 200-450 С и атмосферном давлении. При этом газ, поступающий в первую каталитическую ступень, нагревают до 200-230 С, чтобы на выходе (с учетом повышения температуры газа на 70-90 С за счет тепла протекающих реакций) его температура была выше точки росы серы.

Затем реакционные газы охлаждают,конденсируют при 130-160 С образовавшуюся серу, снова нагревают до температуры 200-230 С и подают во вторую каталитическую ступень, после которой газы еще раэ охлаждают и конденсируют серу, Ступень конверсии на первой ступени составляет 60-75Х, а на второй ступени — 75-80Х. Общая степень конверсии серусодержащих газов в элеМэнтарную серу составляет 90-977 1 2 ).

В том случае, если в исходном газе содержится сероокись углерода и сероуглерод, то температуру на ,первой ступени конверсии поддерживают в пределах 300-450 С. В дальнейшем весь процесс ведут аналогичньпч образом.

Целью изобретения является создание такого способа проведения реакции сернистого ангидрида с сероводородом (реакция Клауса) на существующих катализаторах при атмосферном давлении и температурах в о слое 200-600 С, который обеспечивал бы увеличение производительности контактного узла как за счет более высокой степени превращения реакционной смеси, так и за счет упрощения технологии и ликвидации промежуточных теплообменных устройств. Это приведет к снижению удельных капитальных затрат на сооружение контактного узла и повысит надежность его в работе.

Цель достигается тем, что процесс

Клауса ведут лри циклическом попеременном изменении места ввода и вывода реакционной смеси из слоя катализатора, причем через каждые 1-100 циклов продоюйкительностью 1-300 мин проводят один цикл с длительностью, превышающей предыдущие в 1-10 раэ. При этом начальную температуру реакционной смеси поддерживают в пределах

20-200 С.

Проведение. процесса при вышеуказанном нестационарном режиме создает

911852 4 затора и выводится иэ нижней части аппарата.

Пример 1. На вход реакционь ного аппарата с одним адиабатическим слоем катализатора подают газовую

° смесь, содержащую 4Х сернистого ангидрида, 8Х сероводорода, 88Х инертов. Высота слоя катализатора 1,5 м, линейная скорость реакционной смеси, пересчитанная на.нормальные условия, О, 15 м/с, температура смеси на входе в слой 120 С ° зону реакции, которая движется в направлении, совпадающем с направлением подачи реакционной смеси в слой катализатора. Под зоной реакции здес понимается область температур 250о

500 С, благоприятных для протекания реакции образования элементарной серы с заметной скоростью. Зона реакции должна занимать от 30 до 80Х длины слоя катализатора. Для того чтобы химический процесс был непрерывным .и устойчивым, в нестационарном режиме необходимо удерживать движущуюся зону реакции в пределах слоя.

При нестационарном режиме ведения процесса Клауса, благодаря тепловой емкости периодически нагреваемого и охлаждаемого катализатора температура реагирующих газов всег-. да уменьшается на выходе из слоя.

В таком реакторе создается режим,,близкий к теоретическому оптимальному (уменьшение температуры с ростом степени превращения смеси), в результате чего количество серы на выходе заметно превышает показатели существующих производств. ,Катализатор при работе по этому способу, кроме основного назначения — ускорять химическую реакцию, выполняет еще и функцию регенератора тепла, заменяя тем самым теплообменные устройства, которые имеются между ступенями конверсии в стационарном способе. Теплообмен между газом и катализатором осуществляется не через металлическую стенку и в отдельном аппарате, а наиболее эффективно — прямым контактом газа с

На чертеже приведены профили тем15 ператур Т по длине слоя катализатора в различные моменты времени 1 . До ввода реакционной смеси в реактор („ О) слой катализатора раэогрет до температуры 400 С (прямая 1). В

20 момент времени = О в слой вволят

1 реакционную смесь с температурой о

120 С. Кривые 2 и 3 соответственно показывают профили температур по длине слоя в следующие друг sa дру.—

25 гом моменты ВрВМеНН 42 H 5 В мо»

I мент времени 1 переключают место ввода реакционной смеси (точка 8 =О) на точку, соответствующую 1 = 6 (l —длина слоя катализатора), т.е. изменяют направление подачи реакционной

30 смеси на противоположное. Профили температур в последующие моменты

Времени 1, и +5 показаны линиями

4 и 5 соответственно . В момент времени 1 опять производят переключе-.

35 ние потока реакционной смеси. После ста таких переключений в реакторе устанавливаются вынужденные периодические колебания температурных и концентрационных полей. Длительность

40 одного такого полного цикла состав.ляет 300 мин. В это время на холодньк торцах слоя происходит конденсация серы. Для удаления из реактора жидкого продукта проводится один цикл с длительностью, превышающей предыдущие в 10 раз (3000 мин). В этом случае эона высоких температур подходит близко к торцам слоя катализатора (линия 6), сконденсировавшийся продукт испаряется и с реакционным пото ком покидает реактор. Затем процесс снова ведут .с длительностью цикла

300 мин и т.д. Средняя за цикл степень превращения сернистых соединений в элементарную серу 97-99Х.

При таком способе ведения процесса торцовые участки слоя могут иметь более низкую температуру, чем точка росы серы, которая определяется 45 парциальным:. давлением паров продукта. На этих участках слоя возмож° . на конденсация серы. Поэтому целесообразно после нескольких переключений с некоторой определенной дли- 50 тельностью периодически проводить один более длительный цикл. Длительность такого цикла должна позволять зоне высоких температур подходить близко к концу слоя ° В результате 55 этого жидкая сера испаряется и покидает реактор с реакционным потокам, а часть серы стекает с каталичастицами катализатора.

Пример 2. То же, что и в примере 1. Длительность короткого

91 f852

Редактор О. Юркова Техред М.Надь Корректор 0. Тигор

Заказ 9207/2 Тираж 463 Подписное

ВНИИПК Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

° ф

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

3 цикла 1 мин ° длительность одного длинного цикла 10 мин.

Пример 3. То же, что в при-. мере. 1. Длительность коротких;. циклов составляет- 100 мин. Через калдые 5

50 коротких циклов проводят один цикл, превывиющий по длительности предццущие в 5 раэ (500 мин).

П р и и е р 4. То же, что и в примере 1. Длительность всех циклов одинакова и составляет 50 мин. Температура реакционной смеси на входе в os 20©С.

Пример 5. То.же., что и. в. примере 1. Темхература реакционной смеси на входе в слой 200 С.

Пример 6. То же что и в .примере 1. Состав исходной реакционной смеси: 6Х двуокиси серы, 8Х сероводорода, 4Х сероокиси углерода и сероуглерода (в сумме), 82Х ииертов.

Таким образом, предлагаемый спо- соб получения элементарной серы из сероводордда и сернистого ангидрида. в нестацнонарном режнме.по сравнению с известными способами обеспечивает следумицие преимущества:

1. Высокую степень превращения исходных продуктов в элементарную серу (до 99Х) при использовании существующих катализаторов за счет создания температурных условий, близких к оптимальным.

2. Значительное снижение капитальных затрат на строительство контактного аппарата за счет промежуточных теплообменнык устройств.

3 ° Снижение эксплуатационных энергетических затрат,за счет уменьшения гидравлического сопротивления контактного аппарата и возможности работы при низких температурах реакционной смеси.

4. Воэможность перерабатывать в одном слое катализатора сероокись углерода и сероуглерод за счет наличия высокотемпературной реакционной . зоны.