Способ получения элементарной серы Советский патент 1984 года по МПК C01B17/04 

.1 Изобретение относится к химической, нефтехимической, металлургичес кой и другим смежным отраслям промы ленности и может быть использовано в производстве серы и для обезврежи вания сернистых отходя1Щ1х газов металлургических производств. В настоящее время серу получают путем проведения процесса Клауса (сжигание сероводорода с образованием элементарной серы и сернистого ангидрида с последующим взаимодейст вием непрореагировавшего сероводорода с двуокисью серы) и путем прямого восстановления сернистого газа (метаном, природнь1м газом, газом конверсии) с последуницим взаимодействием непрореагировавшей двуокиси серы и частично образовавшихся серо водорода, сероуглерода и сероокиси углерода (вторая стадия процесса Клауса). Известные промьштеннь е схемы пол чения серы на второй стадии процесса Клауса состоят из нескольких последовательно расположенных ступеней конверсии, пред ста влякяцих соб аппараты с адиабатическим слоем катализатора, работаняцим в стащюнарном режиме Оптимальньй температурный режим обратимого экзотермического процесса, каким являются реакции между двуокисью серы и сероводородом и двуокисью серы и сероокисью водорода, требует уменьшения температуры с ростом выхода серы. Приближение к оптимальному режиму в станционарном способе достигается в результате промежуточного теплоотвода между ступенями конверсии. Специфика реакгши меяоду сероводо родом и двуокисью серы заключается в большой скорости химического.процесса и незначительных энергиях активации реакции, что в принципе, позволяет осуществлять процесс при низких температурах и дости1ать высоких степеней конверсии. Однако Из-за опасности блокировки поверхности катализатора сконденсировавшейся серой при традиционном многоступенчатом способе становится выну денным переход к высоким температурам реакции, что сдвигает химическо равновесие в неблагодрия ную сторон Известен способ осуществления реакции между сероводородом и двуокисью 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 0, чтобы на выходе (с учетом повьшения .температуры газа на 70-90С 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 раз охлаждают и конденсируют серу, Ступень конверсии на первой ступени составляет 60-75%, а на второй ступени - 75-80%. Общая степень конверсии серусодержащих газов в элe eнтapнyю серу составляет 90-97% 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 аналогичным образом. Целью изобретения является создание такого способа проведения реакции сернистого ангидрида с серовод родом (реакция Клауса) на существующих катализаторах при атмосферном давлении и температурах в слое 200-600 С, который обеспечивал бы увеличение произродительности 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 при циклическом попеременном изменении места ввода и вывода реакционной смеси из слоя катализа- тора, причем через каждые 1-100 циклов продолжительностью t-300 мин проводят один цикл с длительностью, превышающей предыдущие в 1-10 раз. При этом начальную температуру реакционной смеси поддерживают в пределах 2b-200°C.. Проведение, процесса при вышеуказанном нестационарном режиме создает зону реакции, которая движется в направлении, совпадающем с направле нием подачи реакщюнной смеси в сло катализатора. Под зоной реакции зде понимается область температур 250ЗОО С, благоприятных для протекания реакции образования элементарной серы с заметной скоростью. Зона реакции должна занимать от 30 До 80% длины слоя катализатора. Для того чтобы химический процесс бып 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 реагируняцих газов всегда 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 превьшает затели существующих производств, .Катализатор при работе по этому способу, кроме основного назначения - ускорять химическую реакцик, выполняет еще и функцию регенератора тепла;, заменяй тем самым тепло обменные устройства, которые имеютс между.ступенями конверсии в стационарном способе. Теплообмен меаду га зом и катализатором осуществляется не через металлическую стенку и в отдельном аппарате, а наиболее эффективно - прямым контактом газа с частицами катализатора. При, таком способе ведения процес са торцовые участки слоя могут имет более низкую температуру, чем точка росы серы, которая определяется парциальнымк. давлением паров продукта. На этих участках слоя возмож на конденсация серы. Поэтому целесообразно после нескольких переключений с некоторой определенной длительностью периодически проводать один более длительный цикл. Длитель ность такого цикла должна позволять зоне высоких температур подходить близко к концу слоя. В результате этого жидкая сера испаряется и покидает реактор с реакционным потоком, а часть серы стекает с катали524затора и выводится из нижней части аппарата. Пример 1. На вход реакционного аппарата с одним адиабатическим слоем катализатора подают газовую , смесь, додержащую 4% сернистого ангидрида, 8% сероводорода, 88% инертов. Высота слоя катализатор а 1,5 м, линейная скорость реак1щонной смеси, пересчитанная на.нормальные условия, 0,15 м/с, температура смеси на входе в слой 120°С. На приведены профили температур Т по длине слоя катализатора в различные моменты времени t , До ввода реакционной смеси в реактор (t О) слой катализатора разогрет до температуры 400°С (прямая 1). В момент времени ti, О в- слой реакционную смесь с температурой . Кривые 2 и 3 соответственно пока зывают профили температур по длине слоя в следующие друг за другом момейты времени i, и э - мент времени t переключают мес.то ввода реакционной смеси (точка t 0) на точку, соответствующую Х- ( jtдлина слоя катализатора), т.е. изменяют направление подачи реакционной смеси на противоположное. Профили температур а последукяцие моменты времени 4 з показаны линиями 4 и 5 соответственно. В момент времени -Ь опять производят переключе-: ™ потока реакционной смеси. После ста таких переключений в реакторе устанавливаются вынужденные периодические колебания температурных и концентрационных полей. Длительность одного- такого полного цикла составляет 300 мин. В это время на холодных торцах слоя происходит коцценсахщя серы. Для удаления из реактора жидкого продукта проводится один цикл с длительностью, превьппающей предьщущие в 10 раз (3000 мин). В этом случае зона высоких температур подходит близко; к торцам слоя катализатора (линия 6), сконденсировавшийся продукт испаряется и с реакционным пото« ком покидает реактор. Затем процесс енова ведут .с длительностью цикла . 300 мин и т.д. Средняя за цикл степеиь превращения сернистых соединеНИИ в элементарную серу 97-99%. П р и м е р 2. То же, что и в примере 1. Длительность короткого цикла 1 мин длительность одного длинного цикла 10 мин. Пример З.Тоже что в при мере 1. Длительность коротких цикл составляет 100 мин. Через каждые 50 коротких циклов проводят один цикл, гфевышаюций по длительности предццущие в 5 раз (500 мин). Пример 4. То же, что и в примере 1. Длительность всех циклов одинакова и составляет 50 мин. Темп ратура реаК191оииой смеси на входе в слой ., Пример 5. То же, что ив примере 1. Te nepatypd реакционной смеси на йходе в слой . Приме;р 6. То же, что и в примере 1. Состав исходной реакционной смеси: 6% двуокиси серы, 8% сероводорода 4Z сёроокиси углерода и сероуглерода (в сумме), 82% ииертов. Таким образом, предлагаеъшй способ получения элементарней серы из сероводорода и сернистого ангидрцда в нестационарном режиме по сравнению с известными способами обеспечивает следующие преимущества: 1.Высокую степень превращения исходных продуктов в элементарную серу (до 99%) при использовании существующих катализаторов за счет создания температурных условий, близких к оптимальным. 2.Значительное снижение капитальных затрат на строительство контактного аппарата за счет промежуточных теплообменных устройств. 3.Снижение зксплуатационных знергети«)еских затрат.за счет уменьшения гидравлического сопротивлещ1я контактного аппарата и возможности работы при низких температурах реакционной смеси. 4.Возможность перерабатывать в одном слое катализатора сероокись углерода и сероуглерод за счет наличия высокотемпературной реакционной зоны.

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 реакщюн- ной смеси 20-200 С.