Способ получения серы

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК ПАТЕНТУ(31) 7812899 (331 францияОпубликовано 15,11,82,Бюллетень42 . Дата опубликования описания 15.11.82 СССР по делам кэобретений и открытий, Иностранная фирма 1 м Сосьете Насьональ ЕЛФ Акитэн (Продюксьсн) ф(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СЕРЫ МИзобретение относится к способам получения серы из двух кислых газов, один из которых содержит в основном сероводород, а другой - аммиак и сероводород или один аммиак, бНа нефтеочистительных заводах обычнорасполагают двумя кислыми сероводород- ными газами, один иэ которых в основном содержит сероводород, несколько процентов углеводородов и не содержит 1 О аммиака, а второй не содержит углеводородов и наряду с Н 5 содержит аммиакЪ 2 об.%.Так, кислый газ, включающий МНЗ, содержит 93 об.% Н 5, 2 о 6.% углеводоро.15 дов и 5% воды, тогда как кислый аммиачный содержит 6 об.% 30 об,% Нф, 30 о 6.% ЙН и 40 об.% Н О, кислый аммиачный гаэ с содержанием ЙНд 2% не может быть обработан по традицион ному способу Клауса беэ специальных предосторожностей, потому что в этом процессе необходимо поддерживать молярное соотношение Но Ь: БО, близким к 2:1 в газах, выходящих со стадии терми ческой реакции, приводя к таким условиямсжигания, что достигаемые температурыявляются недостаточными для обеспечениясоответствующей деструкции Н Нв, 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, чтоможет привести к закупорке коммуникаций,Известен способ получения серы изкислых газов, содержащих сероводороди заметные количества аммиака, при ко.тором подвергают кислый аммиачныйгаэ операции по удалению аммиака, который в нем содержится, перед подачейуказанного кислого газа в установку дляосуществления способа Клауса. Сущностьспособа заключается в том, что сначалаосуществляют смешивание аммиачногогаза с кислым газом, не содержащимаммиак, предварительно в достаточноймере подогретым таким образом, чтобысмесь двух кислых газов имела темперасерного продукта. 3 9749 туру по крайней мере 70 С, в частностиопримерно 80 С, как указано в примерах, чтобы избежать появления твердых отложений солей аммония, указанную смесь инжектируют при этой температуре в го релку, расположенную на входе на стадию термической реакции установки Клауса, в указанную горелку, кроме того, подводят весь воздух, необходимый для окисления поднога аммиака в азот и для осу- О ществления смешанного окисления сероводорода в сернистый ангидрид, чтобы получить молярное соотношение Н 5: 50, близкое к 2;1 в газах, выходящих со стадии термической реакции 1 .15Недостаток, 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 Н 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, поддерживаолась выше 150 С, чтобы избежать образования твердых отложений солей аВлмония из-за наличия несожженного аммиака в газах от сжигания.Наиболее близким к предложенному35 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 С40 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 то 45 го, подают все количество воздуха, необходимое для полного сжигания аммиака в азот и смешанного окисления сероводорода в сернистый ангидрид для получения молярного отношения Н 5; 0, равного 2:1 в газах, отходящих со стадии терл 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 4первой 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 Нб: 5 0так, чтобы оно было близким 2;1 в газах,отходящих со стадии термической реакции 2 .Недостаток известного способа вызван наличием квазипостоянпыхЬ углеводородов в кислом газе, не содержащем аммиака, Углеводороды, имеющиеся в указанном кислом газе, инжектированном во вторую зону термической реакции, не находят кислорода, необходимого для ихсжигания, и следовательно, они не удаляются, что влечет за собой закоксовывание катализаторов на стадии каталитической реакции с уменьшением активностиуказанных катализаторов и окрашиванием Бель .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 серово- дородный газ с таким количеством воздуха, чтобы на выходе с термических стадий газ имел молярное соотношение НБ: 50 = 2;1.Кроме того, при мольпом соотношении Нць, 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, содержащегося в газе, подаваемом на вторую стадию, к Н 5 в газе, поступающем на первую стадию, меньшем 2, воздух на первую стадию подают с коэффициентом расхода 0,5-0,7, причем исходный газ и воздух предварительно нагревают до 15 С 250 оСПредварительный. 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 параметрах содержание НН в газе, выходящемиз термического реактора, меньше 500 ррт,что исключает образование отложений аммонийных солей,На чертеже представлена принципиальная схема установки для осуществленияспособа согласно изобретению,Установка включает термический реактор 1, имеющий первую и вторую камеры2 и 3 термической реакции соответствен по и камеру 4 пробывания газов при повышенной температуре, указанные камерыиз огнеупорного материала расположеныпоследовательно и связаны каждая со сле.дующей через промежуточные ячеистыеперегородки 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 кислого газа, и патрубком 9 для подачи воздуха, Вторая камера термической реакции снабжена радиальной горелкой 10,входящей в указанную камеру вблизиячеистой перегородки 5, снабженной патрубком 11, подающим второй кислыйгаз, т.е, кислый газ, не содержащийаммиаки патрубком 12, подающим воздух, Выход из термического реактора,т,е. выход из последней камеры термической реакции указанного реактора, связан трубопроводом 1 3 с термическимкотлом-утилизатором 14, работающимпутем непрямого теплообмена .к производящим пар из воды, вводимой по трубо. проводу 15, пар отводят по трубопроводу16. На выходе из котла-утилизаторарасположен конденсатор 17 для отделениясеры, указанный конденсатор оборудованпатрубком 18 для удаления жидкой серы,Выход из конденсатора связан с входомна стадию каталитической реакции 19.Последняя обычно состоит из двух илитрех каталитических камер, расположенных в виде батареи каждой из нпх предшествует подогреватель для обрабатываемой газовой смеси, а за каждой из нихимеется конденсатор для отделения серы,Конденсатор 20, следующий за последнейкаталитической камерой, имеет патрубок21 для отвода жидкой серы. Вслед законденсатором помещается дожигатель22, который связан с вытяжной трубой23, Для поддержания температуры в первой камере термической реакции на же 55лаемом уровне, влияя на соотношениерасходов кислого аммиачного газа и воздуха, вводимого в первую камеру термической реакции через горелку 7, а с другой стороны, для поддержания величинымолярного соотношения Н Ь: 60, равной или близкой к 2:1, на входе в каталитическую стадию, влияя на соотношение расходов кислого газа, не содержащего аммиак, и воздуха, вводимого вовторую камеру термической реакции через горелку 10, используются известныена данном уровне техники средства контроля и регулирования (на чертеже не показаны),Способ осуществляют следующим образом,Кислый аммиачный газ подают в горелку 7 по патрубку 8, в то время каксоответствующее количество воздуха подо.ют по патрубку 9, Подготовленную таким образом сжигаемую смесь с .пгаюти полученные от сжиганил кислого аммиачного газа газы в течение 0,2-1,2 сцаходятсл в камере термической реакции2 (первой камере) перед поступлениемв камеру термической реакции 3 (вторуюкамеру) через ячеистую перегородку 5,Температуру в камере 2 термической реакции регулируют на уровне величины,выбранной между 1350-1550 С, влияяна соотношение расходов кислого амииачного газа и воздуха, подаваемых в этукамеру. Кисльп 1 аммпачньп 3 газ и соответствующий ему воздух могут быть инжектировапы в камеру 2 термическойреакции илц без предварительного подогрева, илц после предварительного подогрева до 150-250 С, Кислый газ, несодержащий аммиак, подают в горелку10 по патрубку 1 1 тогда как требуемоеколцчес-.во воздуха, соответствующееполучению моллрного соотношения Н 5;25 О, близкого к 2: 1 в газах сжцгапцлна выходе ца стадию каталитической реакции, подают по патрубку 12 в кольцевое пространство камеры 3. Полученнуютаким образом горючую смесь сжигаюти газы от сжигания кислого газа, несодержащего аммиак, смешиваются в камере термической реакции 3 (вторая камератермической 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 ячеистуюперегородку 6, что улучшает качествоэтой смеси, она находится еще 0,2-1,2 св камере 4 пребывания прп повышеннойтемпературе, в которой температура всееще выше 1000 С. Реакционную смесь,овыходящую из термического реактора,,подвергают первому охлаждению в терми 7 97493 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 5 18, Реакционную смесь, выходящую из конденсатора 17, потом направляют после предварительного подогрева на стадию каталитического превращения для преврафщения в серу тех количеств сереводорода 1 О и сернистога 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 13 для превращения в сернистый ангидрид пбследних следов сернистых соединений перед сбросом в атмосферу через вытяжную трубу 23. Молярное соотношение Н ь: 60 на входе на стадию каталити 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 кой реакции 3.В камере термической реакции 2 (первой камере термической реакции) сжигание кислого аммиачного газа осуществляется в восстановительных условиях .ЗО (таких, чтобы молярное соотношение Н 5: 60 в газах, выходюцих йз этой камеры, было ниже или равно 2), чтобы свести к щщимуму или даже избежать образования МО, 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 Нб: 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, выходюцих из5 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 й О, могущего образоваться в камере термической реакции2, удаляются в сильно восстановительныхусловиях при повышенной температуре,которые создаются в камере термическойреакции 3, Проход отходящих газов лтсжигания двух кислых газов, аммиачногои не содержащего аммиак, через камеру4 пребывания при повышенной температуре перед их охлаждением в котле-утилизаторе позволяет еше улучшить смесьукаэанных отходящих газов и разложитьпоследние следы аммиака и МО, которыемогут еше содержаться в ней. На выходе со стадии термической реакции, осуществляемой в соответствии с изобретением, выходящие после сжигания газыне содержат больше мешающих количестваммиака, МО и 60.П р и м е р 1. Проводят опыты пополучению серы из двух кислых газов,один из которых является аммиачным исодержит об.%, аммиак 30, сероводород30 и вода 40, а второй газ не содержитаммиака и содержит, об,%, сероводород92, углеводоороды 2,5 и вода 5,5,Работают на установке, аналогичнойописанной, используя термический реактор,содержащий две камеры термической реакции и камеру пребывания газа при повышенной температуре.Кислый аммиачный газ и воздух длясжигания подают в горелку первой камеры термической реакции без предварительного подогрева и с молярными расходами, соответственно равными 20 и51,4 моль/ч, количество использованного воздуха соответствует величине, равной 0,8, Температура в первой камеретермической реакции устанавливаетсяпримерно равной 1450 С,Кислый газ, не содержащий аммиак,и соответствующий воздух для его сжигаьния 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 6: 50 2на 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 послесжигания кислого аммиачного газа, затемпроходят зону пребывания газа (третьякамера) при 1230 С, перед тем как ихнаправляют в котел-утилизатор. Время974934 10в 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 68 12 Не определимоУглеводороды Нет В газах, выходящих из первой камерытермической реакции, отмечается наличиенесгоревшего аммиака, а также незначительные количества ЙО, которая образовалась несмотря на субстехиометрическиеусловия горения, существующиев этойкамере,В газах, выходящих из второй камеры25термической реакции, отмечают тольконаличие очень малых количеств (пример-1но 68 омд) несгоревшего аммиака и сле-ды (примерно 12 омд) ЯО, Анализ отходящих газов из камеры пребывания пока- ЗОзывает, что восстановление МО еше продолжается в этой последней камере (примерно 6 омд МО в отходящих газах),После 700 ч работы не наблюдаетсяникаких отложений на стенках частей установки при контакте с газами, проходяшими после термического реактора,П р и м е р 2. Работают на установке, как в примере 1, проводят опыты пополучению серы из двух кислых газов, 40один из которых является аммиачным исодержит, об,%, аммиак 30, сероводорода30 и вода 40, а другой не содержит аммиака и содержит, об.%, сероводород 92,углеводороды 2,5 и вода 5,5. 45Кислый аммиачный газ и воздух егосжигания, предварительно подогретые до210 С, подают в горелку первой камерыотермической реакции с полярными расходами, соответственно равными 29 и56,7 моль/ч, количество использованного воздуха равно 0,5. Температура впервой камере термической. реакции устанавливается равной 136 СРС.Кислый газ, не содержащий аммиак, 55и воздух для его сжигания подают в горелку второй камеры термической реакциис молярными расходами, соответственно равными 16,5 и 49,5 моль/ч, чтобы получить молярцое соотношение в газах на входе в зону каталитической реакции, близкое к 2:1. Температура во второй камере термической реакции равна х 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 сАнализ газов, выходящих из камеры пребывания, не показывает наличия какого либо вредного количества аммиака, ЧО 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 РС на 1опервой и 1000-1500 С на второй, последующее охлаждение продуктов сжигания и переработку их на каталитических ступу" нях, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью обеспечения возможности перера-ботки углеводородсодержаших газов и предотвращения закоксовывания катализатора, на первой стадии сжиганию подвергают аммиаксодержаший сероводород 11 9749ный газ с коэффициентом расхода воздуха с = 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: 60 = 2;1.2. Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что при мольном соотношении Н В, содержашегося в газе, поОдаваемом на вторую стадию сжигания, 10к Н в газе, поступающем на первуюстадию, равным или большем 2, воздУхна первую стадию сжигания подают скоэффициентом расхода 0,7-1,3. Способ по п, 1, о т л и ч а ю - 15щ и й с я теМ что при мольном соотношении Н,2 5, еодержашегося в газе, подаваемом на вторую стадию, и Н 5 в газе,поступающем На первую стадию, меньшем2, воздух на периую стадию подают с 20 3.4 12коэффициентом расхода 0,5-0,7, причем исходный газ и воздух предварительно нагревают до 150-250 С,4. Способ по и. 3, о т л и ч а ю - ш и й 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, о т л и ч а ющ и й с я тем, что газы перед стадией охлаждения выдерживают при 1000- 1500 С 0,2-1,2 с. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1, Патент Франции2247421,кл, С 01 В 17/04, 1974. 2. Патент США3970743,кл, С 01 В 17/04, 1976,дактор К, Волощук утяга 745/80, Тираж ВНИИПИ Государспо делам из 113035, Москва, 09 Подписноеенного комитета СССРретений и открытийЖ, Раушская набд, 4/5 филиал ППП фПатент, г, Ужгород, ул. Проект