Способ получения серы Советский патент 1982 года по МПК C01B17/04 

1

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.6

На нефтеочистительных заводах обычно располагают двумя кислыми сероводородными газами, один из которых в основном содержит сероводород, несколько процентов углеводородов и не содержит ю аммиака, а второй не содержит углеводородов и наряду с Н,5 содержит аммиак 2 об.%.

Так, кислый газ, включающий МНз, содержит 93 об.% , 2 об.% углеводоро-jj дов и 5% воды, тогда как кислый аммиачный содержит 6 об.%| 30 об.% , 30 об,% НН,, и 40 об.% НзО, кислый аммиачный газ с содержанием не может быть обработан по традицион- 20 ному способу Клауса без специальных предосторожностей, потому что в этом процессе необходимо поддерживать молярное соотношение : SO, близким к 2:1 в газах, выходящих со стадии терми- 25

ческой реакции, приводя к таким условиям сжигания, что достигаемые температуры являются недостаточными для обеспечения соответствующей деструкции известно, что наличие даже мальк количеств несожженного аглмиака в газах, выходящих с термической реакции пр иводит к неизбежному отложению солей аммония в некоторых частях установки, что может привести к загсупорке коммуникаций.

Известен способ получения серы из кислых газов, содержащих сероводород и заметные количества .аммиака, при котором подвергают кислый аммиачный газ 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 смещивание аммиачного газа с кислым газом, не содержащим аммиак, предварительно в достаточной мере подогретым таким образом, чтобы смесь двух кислых газов имела темпера97туру по крайней мере 70 С, в частности примерно 8О С, как указано в примерах, чтобы избежать появления твердых отложений солей аммония, указанную смесь И31жектируют при этой темперагуре в горелку, расположенную на входе на стадию термической реакции установки Клауса, в указанную горелку, кроме того, подводят |есь воздух, необходимый для окисле ния подного аммиака в азот и для осуществления смешанного окисления сероводорода в сернистый ангидртд, чтобы получить молярное соотношение близкое к 2:1 в газах, выходящих со стадии термической реакции 1 . Недостаток, этого способа заключается В том, что осуществляют смешение кислого аммиачного газа с кислым газом, не содержащим аммиак, перед стади термической реакции. Кроме того, уелоВИЯ сжигания, связанные с необходимость получить молярное соотношение : SO 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, получен ным в результате сжигания, поддержива- результате лась вьше 150 С, чтобы избежать образования твердых отложений солей а лмони из-за наличия несожженного аммиака в газах от о игания. Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является способ, заключающийся в том, что сжигание исходного газа осуществляют в две стадии: при ISSO-ISSO C на первой и 1000-1500 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, в указанную горелку, кроме того, подают все количество воздуха, необходимое для полного сжигания аммиака в азот и смешанного окисления сероводорода в сернистый ангидрид для получения кюлярного отношения H2S : SO, равного2:1 в газах, отходящих со стадии тер мической реакции, в то время как кислый газ, не содержащий аммиак, шш его оставшуюся часть вводят во BToiiyra зону термической реакции, размеше гаую носле первой зоны. В этих условиях в результате окисления значительного количества сероводорода в сернистый ангидрид в 44 первой зоне термической реакции устанавливается повышенная температура, которая благоприятствует разложению аммиака. Добавление кислого газа, не содержащего аммиак, инжектированного во вторую зону термической реакции, позволяет тогда скорректировааъ величину молярного соотношения Н j S : S О 2 ак, чтобы оно было близким 2:1 в газах, отходящих со стадии термической реакции , Недостаток известного способа вызван наличием квазипосто5шпых(-, 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 каталитй еской реакции с уменьщением активности указанных катализаторов и окрашиванием серного продукта. Цель .изобретения - обеспечение возмолшости перерабатывать кислые газы, содержащие углеводороды, без закоксования катализатора. Поставленная цель достигается тем, что на первой стадии сжиганию подвергают аммиаксодержаший серо вод ородньгй газ с коэффициентом расхода воздуха о6 О,.5-1, а на второй - сжигают сероводородный газ с таким количеством воздуха, чтобы на выходе с термических стадий газ имел молярное соотношение : SO, 2:1. Кроме того, при мольном соотнощении , содержащегося в газе, подаваемом на вторую стадию сжигания к 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 S содержащегося в газе, подаваемом на вторую стадию, к в газе, поступающем на первую стадию, меньшем 2, воздух на первую стадию подают с коэффициентом расхода 0,5-О,7, причем исходный газ и воздух предварительно нагревают до 15О-250С. Предварительный; нагрев газов осуществляют за счет косвенного теплообмена с паром, полученным на стадии сжигания. Газы перед стадией охлаждения вьщерживают при 1000-1500 С 0,2-1,2 с. Выбор вьпиеуказанных условий обусловлен тем, что при предлагаемых парамет- pax содержание NVl в газе, вьсходящем из термического реактора, меньше 5ООрр что исключает образование отложений ам монийных солей. На чертеже представлена принципиапьная схема установки для осуществления способа согласно изобретению. Установка включает термический реак тор 1, имеющий первую и вторую камеры 2 и 3 термической реакции соответствен но и камеру 4 пробывания газов при повыщенной температуре, указанные камеры из огнеупорного материала расположены последовательно и связаны каждая со еле дующей через промежуточные ячеистые перегородки 5 и 6 из огнеупорного материала. Первая камера термической реак ции оборудована аксиальной горелкой 7, снабженной патрубком 8 для подачи перв го кислого газа, т.е. аммиачного кислого 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.р. кислый газ, не содержащий аммиак и патрубком 12, подающим воздух. Выход из термического реактора, т.е. выход из последней камеры термической реакции указанного реактора, связан трубопроводом 13с термическим котлом-утилизатором 14, работаюиаим путем непрямого теплообмена :к производящим пар из воды, вводимой по трубопроводу 15, пар отводят по трубопроводу 16. На выходе из котла-утилизатора расположен конденсатор 17 для отделения серы, указа.ниый 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 них предществует подогреватель для обрабатываемой газовой смеси, а за каиодой из них имеется конденсатор для отделения серы. Конденсатор 2О, 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 желаемом 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 соотнощения , : Qy, равной или близкой к 2:1, на входе в каталитическую стадию, влияя на соотнощение расходов кислого газа, не содержащего аммиак, и воздуха, вводимого во вторую камеру термической реакции через горелку 10, используются известные на данном уровне техники средства контроля и регулирования (на чертеже не показаны) . Способ осуществляют следующим об- J разом. Кислый аммиачный газ подают в горелку 7 по патрубку 8, в то время как соответствующее количество воздуха ПОДЕ .ют по патрубку 9. Подготовленную таким образом сжигаемую смесь сг.игают и полученные от сжигания кислого аммиачного газа газы в течение 0,2-1,2 с находятся 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 соотнощение расходов кислого амииач- ного газа и воздуха, подаваемых в эту камеру. Кисльй аммиачньй газ и соответствующий ему воздух могут быть инжектированы в камеру 2 термической реакции или без предварительного подогрева, или после предварительного подогрева до 15О-250С. Кислый газ, не содержащий аммиак, подают в горелку 10 по патрубку 1 1, тогда как требуемое количество воздуха, соответствующее получению молярного соотнощения I-L S : ; S02, близкогс; к 2:1 в газах сжигания на выходе на стадию каталитической реакции, подают по патрубку 12 в кольиевое пространство камеры 3. Полученную таким образом горючую смесь сжигают и газы от сжигания кислого газа, не содержащего аммиак, смешиваются в камере 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 сжигания 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 при повьщ1енной температуре, в которой температура все еще выше . Реакционную смесь, выходящую из термического реактора, подвергают первому охлаждению в терми„7S7ческом котле-утилизаторе 14, потом сильнее охлаждают в ковденсаторе 17, где конденсируется часть серы, содержащейся в указйнной реакционной смеси, сера, может быть отведена по патрубку 18. Реакционную смесь, выходящую из конденсатора 17, потом направляют после предварите;1ьного подогрева на стадию каталитического превращения для превращения в серу тех количеств сереводорода и сернистого ангидрида, которые еще в ней содержатся. На выходе со стадии каталитического превращения газовая смесь: поступает в конденсатор .20 для отделения серы, потом в дожигатель 22 для превращения в сернистый ангидрид ПЬследних следов сернистых соединений перед сбросом в атмосферу через вытяжную трубу 23. Мол5фное соотношение : 6О2. на входе на стадию каталитического превращения поддерживается примерно равным 2:1 или близким к той величине, влияя ка соотношение расходов кислого газа, не содержащего аммиак и воздуха, вводимых в камеру термичес- кой реакции 3., В камере термической реакции 2 (пер вой камере термической реакции) сжигание кислого аммиачного газа осуществляется в восстановительных условиях (таких, чтобы молярное соотношение HoS : SO в газах, выходящих ife этой камеры, было ниже или равно 2), чтобы свести к минимуму или даже избежать образования NO, и кроме того, рабочая температура, установивщаяся в этой камере- (135О-ISSO C) приводит к высокой скорости разложения аммиака. Радиальная или тангенциальная горелка, нахо щаяся в камере термической реакции 3 (второй камере термической реакции) снабжается кислым газом, не содержащи аммиак, указанный газ обычно является кислым газом с высоким содержанием сероводорода, а расход воздуха такой, чтобы молярное соотнощение О, в отходящих газах после сжигания, поступающих на вход стадии каталитическо реакции, было близким к 2:1. Углеводороды, имеющиеся в кислом газе, не со держащем аммиак, сгорают в камере 3 термической реакции в результате налнчн кислорода и высоких темпер 1тур, развивающихся в этой камере. Следы несгоре шего аммиака в газах, вькодяпщх из камеры термической реакции 2 (время гфебывания 0,2-1,2 с), проходят в каме ре 3 термической реакции в условиях благоприятствующих их разложению, Сле 4 довательно, улучшается удаление газа. Кроме этого, следы МО , 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 от сжигания двух кислых газов, аммиачного и не содержащего аммиак, через камеру 4 пребывания при повьшенной температуре перед их охлаждением в котле-утилизаторе позволяет еще улучщить смесь указанных отходящих газов и разложить последние следы аммиака и UO , которые могут еще содержаться в ней. На выходе со стадии термической реакции, осуществляемой в соответствии с изобретением, выходящие после сжигания газы не содержат больше мешающих количеств аммиака, МО и SO,, . 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 повыщенной температуре. Кислый аммиачный газ и воздух для сжигания подают в горелку первой камеры термической реакции без предварительного подогрева и с молярными расходами, соответственно равными 2О и 51,4 моль/ч, количество использованного воздуха соответствует величине, равной 0,8. Температура в первой камере термической реакции устанавливается примерно равной 1450С. Кислый газ, не содержащий аммиак, и соответствующий воздух для его сжига г ния подают в горелку второй камеры термической реакции с молярными расходами, соответственно равньпч и 33 и 57,3 моль/ч, что приводит к величине, близкой к 2:1, для молярного соотношения H.S : ВО 7. на входе в зону каталитической реакции. Температура во второй камере термической реакции примерно равна 12 . Газовые потоки после сжигания кислого газа, не содержащего кислород, объединенные с отходящими газами после сжигания кислого аммиачного газа, затем проходят зону пребьтания газа (третья камера) при 1230 С, перед тем кал их направляют в котел-утилизатор. Время

пребывания газов сжигания в каждой из камер термической реакции примерно равно 0,5 с.

Содержание аммиака, NO и углеводородов, выраженное в объемах на миллион

(сокращенно омд) в отходящих газах из каждой камеры (первой и второй) термической реакции -и камеры (третьей) пребывания газа приведены в таблице.

NHo,

N0 Углеводороды В газах, выходящих из первой камеры термической реакции, отмечается наличие несгоревшего аммиака, а также незначи тельные количества NO, которая образовалась несмотря на субстехиометрические условия горения, существующие в этой камере. В газах, вькодящих из второй камеры термической реакции, отмечают только наличие очень малых количеств (пример- но 68 омд) несгоревшего аммиагса и еле- ды (примерно 12 омд) N0 . Анализ отходящих газов из камеры пребывания показывает, что восстановление N0 еще продолжается в этой последней камере (примерно 6 омд NOB отходящих газах). После 700 ч работы не наблюдается никаких отложений на стенках частей ус- тановки при контакте с газами, проходящими после термического реактора, П р и м е р 2. Работают на установке, как в примере 1, проводят опыты по получению серы из двух кислых газов, один из которых является аммиачным и содержит, об.%, аммиак 30, сероводорода 30 и вода 40, а другой не содержит аммиака и содержит, об.%, сероводород 82, углеводороды 2,5 и вода 5,5. Кислый аммиачный газ и воздух его сжигания, предварите 5 но подогретые до 210 С, подают в горелку первой камеры термической реакции с полярными расходами, соответственно равными 29 и 56,7 мопь/ч, количество использованного воздуха равно 0,5. Температура в первой камере термической, реакции устанавливается равной 136СРС. Кислый газ, не содержащий аммиаК) и воздух для его сжигания подают в горелку второй камеры термическо реакции с молярными расходами, соответственно

68

45 6

12

Не опредеНе определимолимо равными 16,5 и 49,5 моль/ч, чтобы получить мол5фное соотнощение в газах на входе в зону каталитической реакции, близкое к 2:1. Температура во второй камере термической реакции равна % 1400С. 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 с 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 какого-либо вредного количества аммиака, N0 и SOy Кроме того, не наблюдается отложения сажи на катализаторах в зоне каталитическойреакции. Формула изобретения 1. Способ получения серы из двух сероводородных газовых потоков, один Из которых содержит сероводород и амми ак, а другой - только сероводород, включающий термическое исходного газа в две стадии при 1350-1550°С на 1 первой и lpOO-1500 С на второй, последующее охлаждение продуктов сжигания и переработку их на каталитических ступенях, отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности переработки утлеводородсодержащих газов и предотвращения закоксовывания катализатора, на первой стадии сжиганию подвергают аммиаксо; 1ержащий сероводород;ный газ с коэффициентом расхода воздуха ot 0,5-1, а на второй стадии сжигают сероводородный газ с таким количеством воздуха, чтобы на выходе с тер мичрских стадий газ имел молярное от- ношение : 0, 2:1. 2.Способ по п. 1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что при мольном соотношении Hife I содержащегося в газе, подаваемом на вторую стадию сжигания, к HiS в газе, поступающем на первую стадию, равным или большем 2, воздух на Первую стадию сжигания подают с коэффициентом расхода 0,7-1, 3.Способ по п. 1, о т л и ч а ю щ и и с я Tpvj, .что при мольном соотнош НИИ , .«оцержащегося в газе, подаваемом на вторую стадию, к в газе, поступающем да первую стадию, меньшем 2, воздух на первую стадию подают с

лГ. fl

ш

J 9

а 4 коэффициентом расхода 0,5-О,7, пр1гчем исходный газ и воздух предварительно нагревают до 15О-250 С,. 4. Способ по п. 3, отличающий с я 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, отличающий с я тем, что газы перед стадией охлаждения выдерживают при 10001500°С 0,2-1,2 с. информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент Франции № 2247421, кл. С 01 В 17/04, 1974. 2.Патент США № 3970743, л. С О1 В 17/04, 1976.