способ получения элементарной серы

Формула изобретения

Способ получения элементарной серы путем газофазного окисления сероводорода кислородом в реакторе на твердых катализаторах, селективного отделения серы из продуктов реакции в серосборнике путем их барботирования сквозь слой жидкой серы при поддержании в заданных пределах уровня барботажного слоя и равными температуры продуктов реакции и жидкой серы в барботажном слое, последующего отвода серы из зоны "под барботажным слоем", сброса парогазовой смеси и улавливании капель серы размером более 1000 мкм из зоны "над барботажным слоем", отличающийся тем, что перед запуском реактора в серосборник заливают до заданного уровня барботажного слоя этиленгликоль-буферную жидкость, лиофобную к жидкой сере, инертную к продуктам реакции, имеющую удельный вес, меньший удельного веса серы, барботируют сквозь нее сначала нагретый воздух до достижения температуры в пределах 127...158°С, а затем - продукты реакции до тех пор, пока оседающая жидкая сера не вытеснит из серосборника буферную жидкость, которую отводят по мере ее замещения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к процессам переработки сероводородсодержащих газов с получением элементарной серы и может применяться при утилизации сероводорода путем его газофазного окисления.

Известен способ получения элементарной серы, который заключается в одностадийном газофазном окислении сероводорода кислородом в реакторе на твердых катализаторах, селективном отделении серы из продуктов реакции путем ее конденсации, улавливании несконденсированных капель, а также улавливании мелкодиспергированной серы с помощью фильтров с последующим сбросом оставшейся газовой фазы (Исмагилов Ф.Р. Способ утилизации сероводорода в кипящем слое катализатора. Ж. «Газовая промышленность», 1993 г., №1, стр.23-24).

Недостатками указанного способа являются потери целевого продукта на фильтрах и энергетические потери из-за повышения гидравлического сопротивления на фильтрах при их забивании мелкодиспергированной серой.

Указанные недостатки устранены в способе получения элементарной серы, известном из патента РФ на изобретение №2136585 С21В 17/04, опубликованном 10.09.1999 г.

Известный способ заключается в получении элементарной серы путем газофазного окисления сероводорода кислородом в реакторе на твердых катализаторах и селективного отделения серы из продуктов реакции путем их барботирования сквозь жидкую серу с температурой от 127 до 158°С с последующим улавливанием капель серы размером более 1000 мкм из зоны «над барботажным слоем». При этом одновременно поддерживают верхний уровень барботажного слоя в заданных пределах, осуществляют сброс парогазовой фазы из зоны «над барботажным слоем», поддерживают температуру продуктов реакции равной температуре жидкой серы в барботажном слое.

Недостатком известного способа является энергоемкость и опасность процесса образования барботажного слоя жидкой серы путем ее расплава и заливки перед запуском процесса.

Предлагаемое изобретение решает задачу снижения энергозатрат и повышения безопасности процесса образования барботажного слоя серы, а также снижения экономических затрат.

Для достижения названного технического результата предлагается способ получения элементарной серы, который, как и наиболее близкий к нему известный, заключается в газофазном окислении сероводорода кислородом в реакторе на твердых катализаторах, селективном отделении серы из продуктов реакции в серосборнике путем их барботирования сквозь жидкую серу, улавливании капель серы размером более 1000 мкм из зоны «над барботажным слоем», отводе серы из зоны «под барботажным слоем» и одновременном поддержании уровня барботажного слоя и его температуры, равной температуре продуктов реакции.

В отличие от известного, в предлагаемом способе перед запуском реактора в серосборник заливают до заданного уровня барботажного слоя этиленгликоль - буферную жидкость, лиофобную к жидкой сере, инертную к продуктам реакции, имеющую удельный вес, меньший удельного веса серы, барботируют сквозь нее сначала нагретый воздух до достижения температуры в пределах 127...158°С, а затем - продукты реакции до тех пор, пока оседающая жидкая сера не вытеснит из серосборника буферную жидкость, которую отводят по мере ее замещения.

На чертеже представлен общий вид установки для осуществления предлагаемого способа получения элементарной серы.

Устройство включает реактор 1 и серосборник 2. В нижней части реактора установлена газораспределительная решетка 3, на которую насыпан гранулированный катализатор 4.

Под решеткой 3 к реактору подсоединены нагреватель 5 сероводородсодержащих газов, а над ней - нагреватель 6 воздуха. Внутрь реактора вмонтированы змеевики 7, предназначенные для регулирования температуры в реакционной зоне за счет подачи хладоагента (например, воды).

Серосборник 2 снабжен патрубком 8 вывода жидкой серы и патрубком 9 отвода газовой фазы, установленными соответственно на нижнем и верхнем днищах 10, 11, а также патрубком 12 подвода и отвода буферной жидкости.

Верхняя часть реактора 1 с открытым торцом 13 размещена в осевой части серосборника 2, не доходит до его верхнего днища 11 и образует с обечайкой 14 и днищами серосборника кольцевой барботажный отсек 15.

В барботажном отсеке 15 коаксиально размещена труба 16, верхний конец которой закреплен на верхнем днище 11 серосборника 2, а нижний - не доходит до нижнего днища 10. К нижнему концу трубы 16 прикреплен кольцевой решетчатый барботер 17.

Общий зазор, образованный между реактором 1, верхним днищем серосборника 2 и трубой 16, образует пространство для прохода продуктов реакции из реактора в барботажный отсек 15 под решетчатый барботер 17.

В барботажном отсеке 15 установлен регулятор 18 верхнего уровня барботажного слоя, взаимодействующий с исполнительным механизмом 19. На патрубке 8 вывода жидкой серы в кольцевом пространстве между обечайкой 14 серосборника 2 и трубой 16 установлен каплеуловитель 20. Над открытым торцом 13 реактора 1 размещен узел 21 ввода воды, взаимодействующий с исполнительным механизмом 22 регулятора 23 температуры жидкой серы, установленного в нижней части серосборника 2.

Способ осуществляют следующим образом.

Серосборник 2 заполняют через патрубок 12 этиленгликолем до заданного уровня, затем продувкой нагретым воздухом осуществляют прогрев зоны реакции катализатора 4 и этиленгликоля до 127...158°С, при этом воздух подают непосредственно через нагреватель 6 и газораспределительную решетку 3 в нижние слои катализатора 4. После прогрева отключают нагреватель 6, а воздух и сероводородсодержащий газ в стехиометрическом соотношении подаются в реактор 1. Температуру в реакторе, возрастающую за счет тепла, выделяющегося в результате реакции окисления, поддерживают в диапазоне 150...350°С за счет охлаждения зоны реакции хладоагентом, подаваемым в змеевики 7 (например, водой). Выходящие из зоны реакции газообразные продукты с диспергированной в них серой на выходе из реактора охлаждают до 127...158°С путем регулируемого ввода в них воды и затем барботируют сквозь этиленгликоль, имеющий ту же температуру. Мелкодиспергированная в продуктах реакции сера улавливается в барботажном слое, после чего за счет разности удельных весов жидкостей и их лиофобности сера оседает в нижней части серосборника 2 и вытесняет этиленгликоль, который отводят через патрубок 12 до полного его замещения жидкой серой. После этого барботаж газовой фазы продолжают сквозь слой жидкой серы. Очищенная от мелкодиспергированной серы газовая фаза продуктов реакции поступает в зону «над барботажным слоем», увлекая за собой капли, образовавшиеся в результате разрушения газовых пузырей на поверхности барботажного слоя, преимущественный размер которых составляет 1000 мкм. Капли оседают на каплеуловителе 20, через который осуществляется сброс продуктов реакции из указанной зоны с последующей утилизацией тепла, выносимого ими. Капли, осевшие на каплеуловителе 20, стекают в серосборник 2.

Предлагаемый способ был осуществлен на опытном образце установки очистки сероводородсодержащих газов УОС-54/58 (производительность установки по очищаемым газам - 54 нм³/ч, по содержанию сероводорода - 58 об.%). Полученные результаты сведены в таблицы 1-3.

Качество процесса в части улавливания серы проверялось путем непрерывного отвода пробы очищенного газа на выходе из установки и барботажа его в сосуд с водой, после чего визуально наблюдалось помутнение воды и замерялось количество серы на дне сосуда, а отводимый очищенный газ подвергался аналитическому контролю специалистами центральной лаборатории ОАО «Татнефть». Метод анализа - газовая хромотография.

Пример 1. Продукты реакции при величине расхода сероводородсодержащего газа 47 нм ³/час с содержанием сероводорода 34 об.% барботировали под слой этиленгликоля с температурой 127°С на глубину 200 мм. При этом в составе отводимого из установки очищенного газа наличие серы не было обнаружено, а содержание сероводорода составило 0,001 об.% (см. табл.1).

Пример 2. Аналогичен примеру 1, но с расходом газа 53 нм³/час, содержанием сероводорода 44% и барботированием под слой жидкой серы с температурой 158°С. При этом в составе отводимого газа имеются следы сероводорода и тонкодисперсная коллоидная взвесь серы в воде, не дающая осадка (см. табл.2).

Пример 3. Аналогичен примеру 2, но с расходом газа 50 нм³/час, содержанием сероводорода 57% и температурой серы 145°С. При этом в составе отводимого газа наличия сероводорода не обнаружено (см. табл.3).

Как следует из представленных таблиц, процесс обеспечивает высокую степень утилизации сероводорода и эффективное улавливание серы в зоне барботажа продуктов реакции как через буферную жидкость, так и через жидкую серу.

Обращает на себя внимание тот факт, что углеводородная компонента сероводородсодержащего газа не претерпела качественных изменений, что говорит о высокой селективности технологии в отношении утилизации сероводорода.

Использование предлагаемого способа позволяет обеспечить следующие преимущества:

- увеличение выхода целевого продукта;

- повышение надежности и безопасности процесса;

- снижение энергозатрат.

Таблица 1
№		Компонент		Концентрация, об.%
1		Углекислый газ		17,87
2		Кислород		0,61
3		Азот		79,529
4		Сероводород		0,001
5		Метан		0,00
6		Этан		0,17
7		Пропан		0,16
8		Изобутан		1,27
9		Н-бутан		0,13
10		Изопентан		0,08
11		Н-пентан		0,05
12		Гексан		0,13
Таблица 2
№	Компонент		Концентрация, об.%
1	Углекислый газ		23,04
2	Кислород		0,64
3	Азот		74,93
4	Сероводород		следы
5	Метан		0,00
6	Этан		0,17
7	Пропан		0,67
8	Изобутан		0,05
9	Н-бутан		0,22
10	Изопентан		0,06
11	Н-пентан		0,10
12	Гексан		0,12

Таблица 3
№	Компонент	Концентрация, об.%
1	Углекислый газ	17,77
2	Кислород	0,67
3	Азот	79,1
4	Сероводород	следы
5	Метан	0,00
6	Этан	0,17
7	Пропан	0,50
8	Изобутан	0,90
9	Н-бутан	0,20
10	Изопентан	0,07
11	Н-пентан	0,50
12	Гексан	0,12