способ получения элементарной серы

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЭЛЕМЕНТАРНОЙ СЕРЫ из высококонцентрированного сероводородсодержащего газа методом Клауса, включающий сжигание сероводорода до элементарной серы и диоксида серы в присутствии кислорода при 280 - 320^oС и последующее двухступенчатое каталитическое превращение непрореагировавшего сероводорода в серу, отличающийся тем, что сжигание сероводорода осуществляют при объемном соотношении кислорода и сероводорода (1,9 - 2,1) : 1 на первой ступени каталитического превращения соотношение сероводорода и диоксида серы поддерживают равным (2,25 - 2,55) : 1, а на второй ступени соотношение сероводорода и кислорода (1,8 - 2,0) : 1 соответственно.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтеперерабатывающей промышленности и может быть использовано для повышения выхода элементарной серы из сероводородсодержащего газа.

Известен способ получения серы по схеме треть-две трети для переработки кислых газов с содержанием сероводородов 15-45 об. Третью часть сероводородсодержащего газа в стехиометрическом соотношении с кислородом воздуха направляют для сжигания в топке до сернистого ангидрида. Оставшиеся две трети газа взаимодействуют с полученным сернистым ангидридом на катализаторе с образованием элементарной серы [1]

Недостатки способа низкий выход серы (85%), проведение процесса в три каталитические ступени, ограничение содержания сероводорода в исходном газе.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому, т.е. прототипом, является способ получения серы по методу Клауса из высококонцентрированного сероводородсодержащего газа, включающий сжигание в термической ступени основного количества исходного газа (87% от общего количества) до серы и сернистого ангидрида. Образующаяся сера выводится из газового потока конденсацией паров серы при охлаждении в котле-утилизаторе до 150-155^оС. Далее жидкая сера поступает в сборник серы. На последующих стадиях происходит превращение непрореагировавшего сероводорода и сернистого ангидрида до серы в двух каталитических ступенях. Полученную серу конденсируют при охлаждении технологического газа до 150-155^оС в промежуточном конденсаторе-холодильнике и подают в сборник серы.

Охлажденный технологический газ перед паровой каталитической ступенью подогревают до 260-270^оС в печи подогрева путем смешения с продуктами сжигания сероводородсодержащего газа, подаваемого в количестве 8 об. от общего количества. Подогретый до 260-270^оС технологический газ подают в реактор первой каталитической ступени, после которого газ охлаждают для освобождения от парообразной серы. Охлажденный технологический газ на второй каталитической ступени предварительно подогревают до 235-250^оС путем смешивания с продуктами сжигания 5 об. сероводородсодержащего газа от общего количества. Подогретый технологический газ поступает в реактор второй каталитической ступени, где осуществляется взаимодействие сернистого ангидрида с непрореагировавшим сероводородом технологического газа. Технологический газ после второй каталитической ступени охлаждают до 150-155^оС для конденсации парообразной серы в котле-утилизаторе и направляют в аппарат для улавливания серы, в котором газ отделяется от механически захваченных капель серы. Затем технологический газ направляют в печь отжига. Выход элементарной серы 93-95% [2]

Недостаток прототипа относительно низкий выход элементарной серы и загрязнение атмосферы выбросами сернистого ангидрида.

Цель изобретения повышение выхода элементарной серы.

Поставленная цель достигается способом получения элементарной серы из высококонцентрированного сероводородсо- держащего газа методом Клауса, включающим сжигание сероводорода в присутствии кислорода при 280-320^оС до серы и двухступенчатое каталитическое превращение непрореагировавшего сероводорода в серу, в котором сжигание сероводорода осуществляют при объемном соотношении кислорода к сероводороду, равном (1,9-2,1):1. На первой ступени каталитического превращения соотношение сероводорода к диоксиду серы поддерживают равным (2,25-2,55):1, а на второй ступени соотношение сероводорода к кислороду (1,8-2,0):1 соответственно. Газовую смесь перед подачей на первую ступень каталитического превращения подогревают до 260-270^оС, а перед подачей на вторую ступень подогревают до 235-250^оС.

Данный способ позволяет повысить выход элементарной серы до 99,9 мас. Разработанная авторами технология, предусматривающая проведение трех стадий превращения высококонцентрированного сероводородсодержащего газа, проводимых при определенных соотношениях реагентов, обеспечивает увеличение выхода серы до 99,2-99,9%

В классическом процессе Клауса, принятом в качестве прототипа, элементарную серу получают сжиганием сероводородсодержащего газа до сернистого ангидрида и серы с последующей конверсией непрореагировавшего сероводорода с сернистым ангидридом в две каталитические ступени. Выход серы не превышает 93-95% т.к. реакция Клауса обратима.

В предлагаемом способе элементарную серу получают методом Клауса, но сжигание сероводорода осуществляют при объемном соотношении кислорода к сероводороду (1,9-2,1): 1. На первой ступени каталитического превращения соотношение сероводорода к диоксиду серы поддерживают равным (2,25-2,55):1, а на второй ступени соотношение Н₂S:O₂ (1,8-2,0):1. Газовую смесь перед подачей на первую ступень каталитического превращения подогревают до 260-270^оС, а перед подачей на вторую ступень до 235-250^оС. В предлагаемом способе термодинамическое равновесие реакции на первой каталитической ступени Клауса смещается в сторону образования серы за счет избытка сероводорода к эквивалентному количеству диоксида серы и превращением избыточного сероводорода в серу необратимой реакцией прямого окисления кислородом воздуха на второй каталитической ступени, что ведет к увеличению выхода серы.

Необходимые условия эффективного протекания процесса: проведение стадии сжигания сероводорода при объемном соотношении Н₂S:O₂ (1,9-2,1):1, т.к. это обеспечивает наиболее высокий выход серы; проведение двух ступеней каталитического превращения непрореагировавшего сероводорода в серу при соотношении Н₂S:SO₂(2,25-2,55):1 на первой ступени и соотношении Н₂S:O₂ (1,8-2,0): 1 соответственно.

Это обеспечивает: во-первых, полное превращение диоксида серы, что приводит к уменьшению загрязнения атмосферы сернистым ангидридом, т.к. его содержание в отходящих газах находится в пределах ПДК; во-вторых, окисление кислородом воздуха непрореагировавшегося сероводорода в серу при соотношении Н₂S: O₂ (1,8-2,0):1 приводит к полному превращению сероводорода в серу, что обеспечивает увеличение выхода серы.

Способ осуществляют следующим образом.

На чертеже приведена принципиальная схема проведения процесса.

75-80 об. высококонцентрированного сероводородсодержащего газа (поток I) направляют на термическую ступень в печь 1 сжигания, туда же подают воздух (поток II). Образующуюся серу (35-40%) выводят из газового потока конденсацией паров серы в котле-утилизаторе 2, после которого жидкая сера поступает в серопровод (поток III). Охлажденный технологический газ (поток (IV) после котла-утилизатора 2 перед первой каталитической ступенью подогревают до 260-270^оС в печи 3 подогрева путем смешивания с продуктами сжигания сероводородсодержащего газа (поток V), подаваемого в количестве 5 об. Подогретый технологический газ (поток VI) перед первой каталитической ступенью смешивают с 15-20 об; сероводородсодержащего газа (поток IIV). После смешивания технологический газ (поток VIII) с температурой 160-270^оС подают в реактор первой каталитической ступени 4, где за счет тепла реакции температура газов увеличивается до 300-310^оС. Выход элементарной серы после второй каталитической ступени составляет 55-57% Полученную серу выводят из газового потока конденсацией парой серы при охлаждении до 150-155^оС в котле-утилизаторе 5.

Охлажденный технологический газ перед второй каталитической ступенью (поток IX) подают в печь 6 подогрева, где нагревают до 235-250^оС за счет смешения с продуктами сжигания топливного газа (поток Х) в избытке воздуха 1,2-1,5. Подогретый технологический газ (поток ХI) поступает на вторую каталитическую ступень 7, гду осуществляют окисление непрореагировавшего сероводорода технологического газа в избытке воздуха. Технологический газ после реакции окисления охлаждают в котле-утилизаторе 8 до 150-155^оС для конденсации парообразной серы и направляют (поток ХII) в скруббер 9, в котором он отделяется от механически захваченных капель серы. После скруббера технологический газ (поток ХIII) с температурой 125-130^оС направляют в печь 10 дожига.

Состав технологического газа анализировался через каждые 2 ч на хроматографе ЛХМ-8МД. Содержание ангидрида в отходящих газах не превышает санитарные нормы.

Предлагаемый способ опробирован на одном из блоком промышленной установки Клауса, где был осуществлен небольшой перемонтаж технологической линии подачи сероводородсодержащего газа (поток VII), а реактор второй каталитической ступени был загружен оксидным катализатором прямого окисления пятиокисью ванадия, нанесенную на окись алюминия (3). Результаты испытаний представлены в таблице. Состав газа и выход серы определяли в течение 8 ч работы в каждом из заданных режимов. В ходе эксперимента изменялось количество сероводородсодержащего газа (поток I), подаваемого в печь 1 сжигания и расход сероводородсодержащего газа (поток VI), подаваемого на смешение, с подогретым технологическим газом перед первой каталитической ступенью.

Подача сероводородсодержащего газа (поток I) варьировалась в пределах 70-90 об. от общего расхода сероводородсодержащего газа. Подача воздуха поддерживалась регулятором соотношения газ/воздух. Количество сероводородсодержащего газа (поток VI), подаваемого на смешение с технологическим газом перед первой каталитической ступенью, изменялось в пределах от 5-25% от общего расхода сероводородсодержащего газа. Температура на выходе из печи подогрева перед каталитическим реактором первой ступени поддерживалась в пределах 280-295^оС за счет сжигания сероводородсодержащего газа в количестве 4-6% (поток V) для подогрева технологического газа был достаточен.

П р и м е р 1. 1400 нм³/ч сероводородсодержащего газа (70 об.) сжигают в термической ступени (печь 1) в присутствии воздуха, расход которого поддерживается регулятором соотношения воздух/сероводородсодержащий газ. Соотношение Н₂S: O₂ 2:1. Т 300^оС. Образовавшуюся серу в количестве 33,4% выводят из газового потока конденсацией паров серы в котле-утилизаторе 2. Жидкая сера поступает в серопровод (поток III). Охлажденный технологический газ (поток IV) с температурой 150^оС анализировался на содержание сернистых соединений сероводорода 11,26 об. сернистого ангидрида 5,63 об. Далее этот газ перед первой каталитической ступенью подогревают до температуры 290^оС путем смешивания с продуктами сжигания в печи 4 подогрева сероводородсодержащего газа (поток V). На подогрев подают 5% После подогрева технологический газ анализируется на содержание сероводорода и сернистого ангидрида, который соответственно 9,5 и 6,74 об. Подогретый технологический газ (поток VI) перед первой каталитической ступенью смешивают с оставшимися 25 об. сероводородсодержащего газа (поток VII) при соотношении Н₂S:SO₂ 2,4:1, определяют состав полученной смеси, в которой сероводорода 17,53 об. сернистого ангидрида 6,11 об. После смешивания технологический газ (поток VIII) с температурой 260^оС подают на вторую каталитическую ступень 4.

Выход серы после первой каталитической ступени 52% Полученную смесь газов выводят из газового потока конденсацией паров серы при охлаждении до 155^оС в котле-утилизаторе 5. Охлажденный технологический газ перед второй каталитической ступенью (поток IX) анализируют, при этом Н₂S 5,66 об. SO₂ следы, подают в печь 6 подогрева, где нагревают до 250^оС за счет смешения с продуктами сжигания топливного газа (поток Х) в избытке воздуха = 1,5.

Определяют состав подогретого технологического газа сероводорода 2,86 об. сернистого ангидрида следы, кислорода 1,86 об. Подогретый технологический газ с температурой 250^оС подают на вторую каталитическую ступень, в которой осуществляют окисление непрореагировавшего сероводорода. При соотношении Н₂S: O₂1,9:1 соответственно. Продукты окисления подвергают аналитическому контролю: сероводорода 0,09 об. сернистого ангидрида следы; кислорода 0,52 об. Технологический газ после окисления охлаждают в котле-утилизаторе 8 до 150^оС для конденсации парообразной серы и направляют (поток (XII) в скруббер, в котором он отделяется от механически захваченных капель серы, после скруббера технологический газ (поток XIII) с температурой 125^оС направляют в печь 10 дожига. Выход элементарной серы 99,9 мас.

Реализация предлагаемого способа позволит обеспечить следующие преимущества:

обеспечить высокий выход элементарной серы (99,9%);

уменьшить загрязнение атмосферы сернистым ангидридом, так как его содержание в отходящих газах находится в пределах ПДК;

проведение окисления непрореагировавшего сероводорода в технологическом газе в избытке кислорода позволит получить серу, не загрязненную продуктами сгорания (частицами сажи).