Способ получения серы

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К ПАТЕНТУ

Союз Советски к

Социалистических

Республик (ii)974934 ф

/ (61) Дополнительный к патенту (22) Заявлено 28.04.79 (21) 2762795/23-26

3 (51) М. Кл. (23) Приоритет - (32) 02.05.78

С 01 В 17/04

Государстеекный комитет (31) 7812899 (331 Франция

Опубликовано 15.11.82,Бюллетень № 42 . Дата опубликования описания 15.11.82

СССР по делам кэобретений и открытий (53) УДК661. .217(088.8) Иностранцы

Ги Деграншан, Жорж Квасникоф и Клод Блан ; (Франция) (72) Авторы изобретения,::1, Иностранная фирма 1,ì:

Сосьете Насьональ ЕЛФ Акитэн (Продюксьс н) (франция) (71) Заявитель (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СЕРЫ

Изобретение относится к способам получения серы из двух кислых газов, один из которых содержит в основном сероводород, а другой — аммиак и сероводород или один аммиак. б

На нефтеочистительных заводах обычно .. располагают двумя кислыми сероводородными газами, один иэ которых в основном содержит сероводород, несколько процентов углеводородов и не содержит Ig аммиака, а второй не содержит углеводородов и наряду с Н 5 содержит аммиак

Ъ2 об.%.

Так, кислый газ, включающий NHg, содержит 93 об.% Hg5, 2 об.% углеводоро.1я дов и 5% воды, тогда как кислый аммиачньтй содержит 6 об.% 30 об.% Нф, 30 об.% ЙН и 40 об.% Н О, кислый аммиачный гаэ с содержанием NHg2% не может быть обработан по традицион- о ному способу Клауса беэ специальных предосторожностей, потому что в этом процессе необходимо поддерживать молярное соотношение Но Ь: с Оа, близким к

2:1 в газах, выходящих со стадии терми- 26 ческой реакции, приводя к таким условиям сжигания, что достигаемые температуры являются недостаточными для обеспечения соответствуюшей деструкции N H>, а известно, что наличие даже малых количеств несожженн го аммиака в газах, выходящих с термической реакции приводит к неизбежному отложению солей аммония в некоторых частях установки, что может привести к закупорке коммуникаций.

Известен способ получения серы из кислых газов, содержащих сероводород и заметные количества аммиака, при zoтором подвергают кислый аммиачный гаэ операции по удалению аммиака, который в нем содержится, перед подачей указанного кислого газа в установку для осуществления способа Клауса. Сущность способа заключается в том, что сначала осуществляют смешивание аммиачного газа с кислым газом, не содержащим аммиак, предварительно в достаточной мере подогретым таким образом, чтобы смесь двух кислых газов имела темперасерного продукта.

3 9749 туру по крайней мере 70 С, в частности о примерно 80 С, как указано в примерах, чтобы избежать появления твердых отложений солей аммония, указанную смесь инжектируют при этой температуре в го- 5 релку, расположенную на входе на стадию термической реакции установки Клауса, в указанную горелку, кроме того, подводят весь воздух, необходимый для окисления полного аммиака в азот и для осу- 10 шествления смешанного окисления сероводорода в сернистый ангидрид, чтобы получить молярное соотношение Н 6: БО, близкое к 2:1 в газах, выходящих со стадии термической реакции Р11 j ..

Недостаток, этого способа заключается в том, что осуществляют смешение кислого аммиачного газа с кислым газом, не содержащим аммиак, перед стадией термической реакции. Кроме тогс, условия сжигания, связанные с необходимостью получить молярное соотношение H>6: 0 . близкое к 2:1 в газах, выходящих после сжигания являются такими, что достигаемая температура недостаточна для обеспечения удовлетворительного удаления аммиака, и необходимо заботиться о том, чтобы температура различных стенок установки при контакте с газом, полученным в результате сжигания, поддерживао паса выше 150 С, чтобы избежать образования твердых отложений солей а6имония из-за наличия несожженного аммиака в газах от сжигания.

Наиболее близким к предложенному

35 по технической сущности и достигаемому результату является способ, заключающийся в том, что сжигание исходного газа осуществляют в две стадии: при

1350-1550 С на первой и 1000-1500 С

40 на второй. Сущность способа заключается в том, что кислый аммиачный газ, смешанный с частью газа, не содержащего аммиак, инжектируют в горелку на входе в первую зону термической реакции, s указанную горелку, кроме то45 го, подают все количество воздуха, необходимое для полного сжигания аммиака в азот и смешанного окисления сероводорода в сернистый ангидрид для получения молярного отношения Н : 30, равного 2:1 в газах, отходящих со стадии тер мической реакции, в то время как кислый газ, не содержащий аммиак, или его оставшуюся часть вводят во вторую зону термической реакции, размещенную носле первой зоны. В этих условиях в результате окисления значительного количества сероводорода в сернистый ангидрид в

34 4 первой зоне термической реакции устанавливается повышенная температура, которая благоприятствует разложению аммиака. Добавление кислого газа, не содержащего аммиак, инжектированного ко вторую зону термической реакции, позволяет тогда скорректировать величину молярного соотношения Н 5: SO так, чтобы оно было близким 2:1 в raзах, отходящих со стадии термической реакции (2) .

Недостаток известного способа вызван наличием квазипостоянных ; углеводородов в кислом газе, не содержащем аммиака. Углеводороды, имеющиеся в указанном кислом газе, инжектированном во вторую зону термической реакции, не находят кислорода, необходимого для их сжигания, и следовательно, они не удаляются, что влечет за собой закоксовывание катализаторов на стадии каталитической реакции с уменьшением активности указанных катализаторов и окрашиванием

1Лель .изобретения — обеспечение возможности перерабатывать кислые газы, содержащие углеводороды, без закоксования катализатора.

Поставленная цель достигается тем, что на первой стадии сжиганию подвергают аммиаксодержащий сероводородный газ с коэффициентом расхода воздуха с(.=

= 0,.5-1, а на второй — сжигают сероводородный газ с таким количеством воздуха, чтобы на выходе с термических стадий газ имел молярное соотношение

Н Б: 50 = 2:1.

Кроме того, при мольпом соотношении

Нц, содержащегося в газе, подаваемом на вторую стадию сжигания к Н<5 в газе, поступающем на первую стадию, равном или большем 2, воздух на первую стадию сжигания подают с коэффициентом расхода 0,7-1. .При мольном соотношении Н g, содержащегося в газе, подаваемом на вторую стадию, к H

15О-250 С.

Предварительный. нагрев газов осуществляют за счет косвенного теплообмена с паром, полученным на стадии сжигания.

Газы перед стадией охлаждения выдерживают при 1000-1500 С 0,2-1,2 с.

Выбор вышеуказанных условий обусловлен тем, что при предлагаемых парамет974934 рах содержание NH в газе, выходящем из термического реактора, меньше 500 ррт, что исключает образование отложений аммонийных солей.

На чертеже представлена принципиаль- 5 ная схема установки для осуществления способа согласно изобретению.

Установка включает термический реактор 1, имеющий первую и вторую камеры

2 и 3 термической реакции соответствен->о по и камеру 4 пробывания газов при повышенной температуре, указанные камеры из огнеупорного материала расположены последовательно и связаны каждая со следующей через промежуточные ячеистые перегородки 5 и 6 из огнеупорного материала. Первая камера термической реакции оборудована аксиальной горелкой 7, снабженной патрубком 8 для подачи первого кислого газа, т.е. аммиачного кисло- 20

ro газа, и патрубком 9 для подачи воздуха, Вторая камера термической реакции снабжена радиальной горелкой 10, входящей в указанную камеру вблизи ячеистой перегородки 5, снабженной патрубком 11, подающим второй кислый газ, т.е. кислый газ, не содержащий аммиак„и патрубком 12, подающим воздух, Выход из термического реактора, т,е. выход из последней камеры терми- 30 ческой реакции указанного реактора, связан трубопроводом 1 3 с термическим котлом-утилизатором 14-, работающим путем непрямого теплообмена .к производящим пар из воды, вводимой по трубо- 5 . проводу 15, пар отводят по трубопроводу

16. На выходе из котла-утилизатора расположен конденсатор 17 для отделения серы, указанный конденсатор оборудован патрубком 18 для удаления жидкой серы.

Выход из конденсатора связан с входом на стадию каталитической реакции 19.

Последняя обычно состоит из двух или трех каталитических камер, расположенных в виде батареи, каждой из нпх пред- 5 шествует подогреватель для обрабатываемой газовой смеси, а за каждой из них имеется конденсатор для отделения серы, Конденсатор 20, следующий за последней каталитической камерой, имеет патрубок

21 для отвода жидкой серы. Вслед за конденсатором помещается дожигатель

22, который связан с вытяжной трубой

23. Для поддержания температуры в первой камере термической реакции на же55 лаемом уровне, влияя на соотношение расходов кислого аммиачного газа и воздуха, вводимого в первую камеру термической реакции через горелку 7, а с другой стороны, для поддержания величины молярного соотношения Н S: 60, равной или близкой к 2:1, на входе в каталитическую стадию, влияя на соотношение расходов кислого газа, не содержащего аммиак, и воздуха, вводимого во вторую камеру термической реакции через горелку 10, используются известные на данном уровне техники средства конт» роля и регулирования (на чертеже не показаны).

Способ осуществляют следующим обз разом.

Кислый аммиачный газ подают в го релку 7 по патрубку 8, в то время как соответствующее количество воздуха подо. ют по патрубку 9. Подготовленную таким образом сжигаемую смесь с. .пгают и полученные от сжиганил кислого аммиачного газа газы в течение 0,2-1,2 с находятсл в камере термической реакции

2 (первой камере) перед поступлением в камеру термической реакции 3 (вторую камеру) через ячеистую перегородку 5.

Температуру в камере 2 термической реакции регулируют на уровне величины, выбранной между 1350-1550 С, влияя на соотношение расходов кислого амииачного газа и воздуха, подаваемых в эту камеру. Кисльп1 аммпачньп1 газ и соответствующий ему воздух могут быть инжектировапы в камеру 2 термической реакции илц без предварительного подогрева, илц после предварительного подогрева до 150-250 С. Кислый газ, не содержащий аммиак, подают в горелку

10 по патрубку 1 тогда как требуемое колцчес-.во воздуха, соответствующее получению моллрного соотношения Н

50, близкого к 2:1 в газах сжцгапцл на выходе на стадию каталитической реакции, подают по патрубку 12 в кольцевое пространство камеры 3. Полученную таким образом горючую смесь сжигают и газы от сжигания кислого газа, не содержащего аммиак, смешиваются в каме. ре термической реакции 3 (вторая камера термической реакции) с газами сжигания, выходящими из камеры 2, время пребывания в камере 3 полученной таким образом смеси газов от сжиганил 0,2-1,2 с.

Указанная смесь проходит через ячеистую перегородку 6, что улучшает качество этой смеси, она находится еще 0,2-1,2 с в камере 4 пребывания прп повышенной температуре, в которой температура все еще выше 1000 С. Реакционную смесь, о выходящую из термического реактора,,подвергают первому охлаждению в терми97493

7 ческом котле-утилизаторе 14, потом сильнее охлаждают в конденсаторе 17, где конденсируется часть серы, содержащейся в укаэанной реакционной смеси, сера может быть отведена по патрубку

18, Реакционную смесь, выходящую из конденсатора 17, потом направляют после предварительного подогрева на стадию каталитического превращения для преврао щения в серу тех количеств сереводорода 10 и сернистого ангидрида, которые еше в ней содержатся. На выходе со стадии каталитического превращения газовая смесь . поступает в конденсатор 20 для отделения серы, потом в дожигатель 22 15 для превращения в сернистый ангидрид пбследних следов сернистых соединений перед сбросом в атмосферу через вытяжную трубу 23. Молярное соотношение

Н &: 60 на входе на стадию каталити- 20 ческого превращения поддерживается примерно равным 2:1 или близким к этой величине, влияя на соотношение расходов кислого газа, не содержащего аммиак, и воздуха, вводимых в камеру термичес- 25 кой реакции 3.

В камере термической реакции 2 (пер вой камере термической реакции) сжигание кислого аммиачного газа осуществляется в восстановительных условиях -З0 (таких, чтобы молярное соотношение

Н2 Б : 602 в газах, выходящих Йз этой камеры, было ниже или равно 2), чтобы свести к минимуму или даже избежать образования No, и кроме того, рабочая температура, установившаяся в этой камере (1350-1550 С) приводит к высокой скорости разложения аммиака. Радиальная или тангенциальная горелка, находящаяся в камере термической реакции 3 (второй камере термической реакции) снабжается кислым газом, не содержащим аммиак, указанный газ обычно является кислым газом с высоким содержанием сероводорода, а расход воздуха такой, чтобы молярное соотношение Н б: 60 в отходящих газах после сжигания, поступающих на вход стадии каталитической реакции, было близким к 2:1. Углеводороды, имеющиеся в кислом газе, не содержащем аммиак, сгорают в камере 3 термической реакции в результате наличия кислорода и высоких температур, развивающихся в этой камере. Следы несгоревшего аммиака в газах, выходящих из

55 камеры термической реакции 2 (время йребывания 0,2-1,2 с), проходят в камере 3 термической реакции в условиях, благоприятствующих их разложению. Следовательно, улучшается удаление газа.

Кроме этого, следы и О, могущего образоваться в камере термической реакции

2, удаляются в сильно восстановительных условиях при повышенной температуре, которые создаются в камере термической реакции 3. Проход отходящих газов лт сжигания двух кислых газов, аммиачного и не содержащего аммиак, через камеру

4 пребывания при повышенной температуре перед их охлаждением в котле-утилизаторе позволяет еше улучшить смесь укаэанных отходящих газов и разложить последние следы аммиака и МО, которые могут еше содержаться в ней. На выходе со стадии термической реакции, осуществляемой в соответствии с изобретением, выходящие после сжигания газы не содержат больше мешающих количеств аммиака, NO и S0 .

Пример 1. Проводят опыты по получению серы из двух кислых газов, один из которых является аммиачным и содержит, об.%, аммиак 30, сероводород

30 и вода 40, а второй газ не содержит аммиака и содержит, об.%, сероводород

92, углеводоороды 2,5 и вода 5,5.

Работают на установке, аналогичной описанной, используя термический реактор, содержащий две камеры термической реакции и камеру пребывания газа при повышенной температуре.

Кислый аммиачный газ и воздух для сжигания подают в горелку первой камеры термической реакции без предварительного подогрева и с молярными расходами, соответственно равными 20 и

51,4 моль/ч, количество использованного воздуха соответствует величине, равной 0,8. Температура в первой камере термической реакции устанавливается примерно равной 1450 С.

Кислый газ, не содержащий аммиак, и соответствующий воздух для его сжига -. ния подают в горелку второй камеры термической реакции с молярными расходами, соответственно равными 33 и 57,3 моль/ч. что приводит к величине, близкой к 2:1, для молярного соотношения Н S: 50 2 на входе в зону каталитической реакции.

Температура во второй камере термической реакции примерно равна 1230 С.

Газовые потоки после сжигания кислого газа, не содержащего кислород, объединенные с отходящими газами после сжигания кислого аммиачного газа, затем проходят зону пребывания газа (третья камера) при 1230 С, перед тем как их направляют в котел-утилизатор. Время

974934 10 в каждой из (сокращенно омд) в отходящих газах иэ примерно каждой камеры (первой и второй) термической реакции и камеры (третьей) пребывания газа приведены в таблице. пребывания газов сжигания камер термической реакции равно 0,5 с.

Содержание аммиака, МО дов, выраженное в объемах и углеводорона миллион 5

400

12

Не определимо

Не определимо

Угле водороды

Нет

В газах, выходящих из первой камеры термической реакции, отмечается наличие несгоревшего аммиака, а также незначи тельные количества NO, которая образовалась несмотря на субстехиаметрические условия горения, существующие в этой камере.

В газах, выходящих из второй камеры

25 термической реакции, отмечают только наличие очень малых количеств (пример-3

1 но 68 омд) несгоревшего аммиака и сле- ды (примерно 12 омд) f40 . Анализ отходящих газов из камеры пребывания пока- 50 зывает, что восстановление NO еше продолжается в этой последней камере (примерно 6 омд NO в отходящих газах).

После 700 ч работы не наблюдается никаких отложений на стенках частей ус- 55 тановки при контакте с газами, проходяшими после термического реактора, Пример 2. Работают на установке, как в примере 1, проводят опыты по получению серы из двух кислых газов, 40 один из которых является аммиачным и содержит, об.%, аммиак 30, сероводорода

30 и вода 40, а другой не содержит аммиака и содержит, об.%, сероводород 92, углеводороды 2,5 и вода 5,5. 45

Кислый аммиачный газ и воздух его сжигания, предварительно подогретые до

210 С, подают в горелку первой камеры о термической реакции с полярными расходами, соответственно равными 29 и 5О

56,7 моль/ч, количество испольэованного воздуха равно 0,5. Температура в первой камере термической. реакции устанавливается равной 136CP C.

Кислый газ, не содержащий аммиак, 55 и воздух для его сжигания подают в горелку второй камеры термической реакции с молярными расходами, соответственно равными 16 5 и 49,5 моль/ч, чтобы получить молярное соотношение в газах на входе в зону каталитической реакции, близкое к 2:1. Температура во второй камере термической реакции равна

1400 С.

Газы, выходящие после сжигания кислого газа, не содержащего аммиака, объединенные с газами, отходящими после сжигания кислого аммиачного газа, затем проходят зону пребывания газа при температуре 1400 С перед тем, как их направляют в котел-утилизатор.

Время пребывания газа в каждой из камер термической реакции и камере пребывания газа примерно 0,5 с..

Анализ газов, выходящих из камеры пребывания, не показывает наличия какого либо вредного количества аммиака, 80 и 50>. Кроме того, не наблюдается отложения сажи на катализаторах в зоне каталитической реакции.

Формула изобретения

1. Способ получения серы иэ двух сероводородных газовых потоков, один ,из которых содержит сероводород и амми« ак, а другой - только сероводород, включающий термическое сжигание исходного газа в две стадии при 1350-1550 С на 1 о первой и 1000-1500 С на второй, последующее охлаждение продуктов сжигания и переработку их на каталитических ступе нях, отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности перера- ботки углеводородсодержаших газов и предотвращения закоксовывания катализатора, на первой стадии сжиганию подвергают аммиаксодержаший сероводород 11 9749 ный газ с коэффициентом расхода воздуха al = 0,5-1, а. на второй стадии сжигают сероводородный газ с таким количеством воздуха, чтобы на выходе с термических стадий газ имел молярное отношение н 5 1 50 = 2:1.

2. Способ по п. 1, о т л и ч а ю «« шийся тем, что при мольном соотно шепни Н В, содержащегося в газе, по0 даваемом на вторую стадию сжигания, 10 к Н 5 в газе, поступающем на первую стадию, равным или большем 2, воздух на первую стадию сжигания подают с коэффициентом расхода 0,7-1, 3. Способпоп. 1, отличаю- 1$ шийся трм„что при мольном соотноше ° нии 14<5, содержащегося в газе, подаваемом на вторую стадию, и bi<5 в газе, поступающем На первую стадию, меньшем

2, воздух на периую стадию подают с 2О

34 12 коэффициентом расхода 0,5-0,7, причем исходный газ и воздух предварительно нагревают до 1 50-2 50 С, 4.Способпоп. 3,отличаю— шийся тем, что предварительный нагрев газов осуществляют за счет косвенного теплообмена с паром, полученным на стадии охлаждения газов, выходящих со стадии сжигания. 5. Способ по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что газы перед стадией охлаждения выдерживают при 10001500 С 0,2-1,2 с.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Франции № 2247421, кл. С 01 В 17/04, 1974.

2. Патент США № 3970743, кл. С 01 В 17/04, 1976.

Составитель Д. Темирова редактор K. Волощук Техред. М.Тенер Корректор В. Бутяга

Заказ 8745/80 . Тираж 509 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-З5, Раушская наб., д. 4/5

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