專(zhuān)利名稱(chēng)：由包含H₂S的原料氣制取硫的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種由包含H2S的原料氣制取硫的方法，方法是將一部分H2S在02和 /或含O2氣體的存在下，在1. 4至2. 0巴的絕對(duì)壓強(qiáng)下，在燃燒室中部分燃燒生成SO2和 H2O,在至少一個(gè)催化步驟中，利用另外的H2S將SO2還原成單質(zhì)硫和H20。
背景技術(shù)：
所謂的克勞斯工藝是國(guó)際上最常使用的通過(guò)將H2S轉(zhuǎn)化成硫從而由包含H2S的原 料氣工業(yè)制取硫的方法，所述包含H2S的原料氣例如在煤焦炭的制取過(guò)程中作為焦?fàn)t煤氣 的組分而獲得，或者在精煉設(shè)備中石油脫硫過(guò)程中附帶產(chǎn)生，或者包含在天然氣或者石油 伴生氣中?，F(xiàn)代各種精煉設(shè)備和天然氣裝置的運(yùn)行條件以及越來(lái)越嚴(yán)格的環(huán)保要求給出 了對(duì)于克勞斯工藝而言必須滿足的規(guī)范。H2S與O2和/或含O2氣體的部分燃燒生成SO2和 H2S可用于調(diào)節(jié)實(shí)施克勞斯工藝所需的確定的H2S/S02比例。在所謂的克勞斯氣體部分燃燒 之后存在的工藝氣體中含有的H2S和SO2不僅在燃燒室而且在至少一個(gè)、優(yōu)選兩個(gè)步驟中， 例如在Al2O3或TiO2上得到催化還原生成硫。通過(guò)H2S濃度和克勞斯氣體中包含的其他可 燃成分的濃度以及通過(guò)可能使用的用于燃燒的純O2來(lái)確定燃燒室中的溫度大小。H2S部分 燃燒生成SO2通常在1. 4至2. 0巴的相對(duì)低的絕對(duì)壓強(qiáng)下進(jìn)行，在進(jìn)一步脫硫的殘余氣體 釋放出來(lái)之前，該壓強(qiáng)在克勞斯工藝的進(jìn)一步進(jìn)程中降低至幾乎大氣壓強(qiáng)。出于這個(gè)原因， 用于實(shí)施克勞斯工藝的裝置基本上設(shè)計(jì)用于克服燃燒室中1. 4至2. 0巴的絕對(duì)壓強(qiáng)與殘余 氣體釋放時(shí)的大氣壓強(qiáng)之間的壓強(qiáng)損失?？藙谒构に囍袥](méi)有轉(zhuǎn)換成硫的含硫成分得到進(jìn)一 步處理，并例如憑借依照方程式2S02+3H2 — H2S+2H20所謂的SCOT-工藝氫化并且然后通過(guò) 化學(xué)清洗將其除去。然后，將所制取的H2S回引至克勞斯工藝中(手冊(cè)=Lurgi股份公司的 "Sulfur Recovery (硫的回收)”，美因河畔的法蘭克福，No. 1542e/ll. 02/10)。EP-B-0315225記載了在至少一個(gè)通入燃燒室中的燃燒器中利用O2和空氣使包含 H2S的原料氣燃燒的方法，以產(chǎn)生包含H2S和SO2的氣體混合物，用以依照克勞斯工藝轉(zhuǎn)化成 單質(zhì)硫。通過(guò)燃燒器的中心管將氧氣引入燃燒室，通過(guò)同軸圍繞中心管的至少一個(gè)第二管 將含H2S的原料氣引入燃燒室，通過(guò)同軸外管將空氣引入燃燒室。將含H2S的原料氣輸送至 燃燒器中。在燃燒器的口部處，將O2的流速調(diào)整為50至250米/秒，將含H2S的原料氣的 流速調(diào)整為10至30米/秒，在燃燒器火焰的中心區(qū)域產(chǎn)生2000至3000°C范圍的溫度。從 燃燒室中導(dǎo)出溫度為900至1650°C的氣體混合物。包含在該氣體混合物中的H2S和SO2被 催化轉(zhuǎn)化為單質(zhì)硫，對(duì)殘余氣體氫化處理，并從在此獲得的主要由H2S、H2和CO組成的氣體 混合物中分離出H2S,并將其引入燃燒器中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)是a)能夠鑒于形成燃燒室的耐火陶瓷襯壁的材料的最大可容許的應(yīng)用溫度，對(duì)燃燒 室中存在的工藝氣體的溫度進(jìn)行界定，
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b)能夠在沒(méi)有結(jié)構(gòu)改變措施并且未升高燃燒室中工藝氣體溫度的情況下，提高用 于實(shí)施克勞斯工藝的現(xiàn)有裝置的容量，c)能夠鑒于克勞斯工藝所需的H2S/S02比例，最佳地實(shí)施利用O2和/或含O2氣體 進(jìn)行H2S的部分燃燒，以生成S02。該任務(wù)的解決方案在于，向位于燃燒室中的工藝氣體中噴入饋給水。提供饋給水， 從而除去對(duì)于燃燒室運(yùn)行有害的組分，饋給水由再利用的冷凝液和需要時(shí)提供的附加水組 成。在本發(fā)明的構(gòu)造方案的范圍內(nèi)，根據(jù)對(duì)于工藝氣體所需要的、預(yù)先給定的溫度預(yù) 設(shè)值來(lái)調(diào)節(jié)噴入位于燃燒室中的工藝氣體中的饋給水的量。通過(guò)適當(dāng)?shù)拇胧?，例如在?燒時(shí)通過(guò)燃?xì)饣蛘咄ㄟ^(guò)提高O2含量來(lái)進(jìn)行輔助燃燒，而防止對(duì)于反應(yīng)必需的溫度低于 900°C的數(shù)值。通過(guò)測(cè)量、控制和調(diào)節(jié)，可以對(duì)用于調(diào)整所需溫度的噴入燃燒室中的饋給水量進(jìn) 行調(diào)節(jié)。通過(guò)噴入饋給水，工藝氣體量輕微增加，這是因?yàn)橹饕昧损伣o水的蒸發(fā)熱的優(yōu) 點(diǎn)，結(jié)果僅需要相對(duì)少的饋給水量用于注入。因此，克勞斯設(shè)備的液壓負(fù)荷和工藝氣體量在 燃燒室中的停留時(shí)間僅不明顯地變差。 在克勞斯設(shè)備使用純O2或富含O2的空氣運(yùn)行時(shí)，輸送至燃燒室中的O2量增加的情 況下，則由此所預(yù)期的液壓附加負(fù)荷可以通過(guò)噴入饋給水而得以補(bǔ)償，或者總液壓負(fù)荷甚 至可以降低。因此，要引入燃燒室的原料氣的量進(jìn)而還有克勞斯設(shè)備的容量升高，或者工藝 氣體在燃燒室中的停留時(shí)間延長(zhǎng)。在后面的情況下，在不提高溫度的情況下達(dá)到改善的充 分燃燒，這例如表現(xiàn)在更大的硫產(chǎn)率和/或例如NH3和/或CnHm的難燃伴生成分充分燃燒。通過(guò)饋給水的噴入，在提高輸送至燃燒室的O2和/或含O2氣體的量時(shí)，同時(shí)不提 高引入燃燒室的原料氣的量的情況下，燃燒室中的溫度和工藝氣體量下降。此外，通過(guò)噴入 饋給水，克勞斯設(shè)備在液壓方面去負(fù)荷。由于該效果，可以毫無(wú)問(wèn)題地消除例如在阻塞或結(jié) 垢的情況下可能出現(xiàn)的暫時(shí)的液壓瓶頸。在原料氣中含硫成分的份額提高的情況下(例如通過(guò)較大含量的H2S來(lái)提高)，由 此所預(yù)期的溫度提高和與此相關(guān)的液壓負(fù)荷的升高通過(guò)注入饋給水來(lái)進(jìn)行對(duì)抗。由于以該 方式所導(dǎo)致工藝氣體溫度降低，工藝氣體的體積也減小，從而不會(huì)超過(guò)液壓負(fù)荷能力的極 限。當(dāng)原料氣量和所輸送的燃燒空氣的O2含量同時(shí)提高時(shí)，即便由于空氣中氮的減少而在 總體上在液壓方面式克勞斯工藝去負(fù)荷時(shí)，同樣可以應(yīng)用所述措施。通過(guò)提高燃燒空氣的O2含量，在向燃燒室中噴入饋給水的同時(shí)，在原料氣量恒定 的情況下，溫度和工藝氣體的量下降。這使得工藝氣體在燃燒室中的停留時(shí)間更長(zhǎng)，充分 燃燒得到改善以及克勞斯設(shè)備在液壓方面去負(fù)荷。


下面，通過(guò)與附圖中示出的示意的方法流程圖相關(guān)的實(shí)施例來(lái)詳細(xì)闡釋本發(fā)明。
具體實(shí)施例方式第一實(shí)施例(現(xiàn)有技術(shù))在用于實(shí)施克勞斯工藝以由含H2S原料氣制取硫的設(shè)備中，向燃燒室(1)中同時(shí)通過(guò)管路(2)以5000Nm3/h輸送溫度為45°C、絕對(duì)壓強(qiáng)為1. 7巴的如下組成的所謂的克勞 斯氣體，該組成為8O 體積 ％ H2S5 體積 ％ H2O15 體積 ％ CO2,通過(guò)管路(3)以976Nm3/h輸送溫度為20°C、絕對(duì)壓強(qiáng)為1. 7巴的O2，通過(guò)管路(4) 以4000Nm3/h輸送溫度為40°C、絕對(duì)壓強(qiáng)為1. 7巴的空氣。在燃燒室(1)中，包含在克勞斯 氣體中的H2S的主要部分根據(jù)方程式2H2S+302 — 2 S02+2H20燃燒生成SO2,使得從燃燒室(1) 中以9977Nm3/h使溫度為1273°C、絕對(duì)壓強(qiáng)為1. 55巴的如下組成的工藝氣體流入直接接在 燃燒室(1)后面的換熱器(5)中，所述組成為6. 79 體積 ％ H2S4. 58 體積 ％ SO234. 24 體積 ％ H2O0.82 體積 ％ COS0.18 體積 ％ CS21.96 體積 ％ CO4. 56 體積 ％ CO22. O5 體積 ％ H231. 39 體積 ％ N2 14. 06 體積 % SX (SX =硫蒸汽)。通過(guò)管路(6)從換熱器(5)中導(dǎo)出的如下組成的冷卻的工藝氣體在布置于管路 (6)中的換熱器(7)中在1. 45巴的絕對(duì)壓強(qiáng)下被加熱至270°C的溫度，并且以8601Nm3/h的 量引入第一催化步驟(8)，所述組成為7. 88 體積 ％ H2S4. 58 體積 ％ SO239. 72 體積 ％ H2O0.95 體積 ％ COS0. 21 體積 ％ CS22. 27 體積 ％ CO5. 29 體積 ％ CO22. 37 體積 ％ H26. 41 體積 ％ N20.31體積％5父。通過(guò)管路(9)將換熱器(5)中以3749kg/h的量產(chǎn)生的硫從工藝中導(dǎo)出。在催化 步驟⑶中，在Al2O3催化劑上，利用另外的H2S根據(jù)方程式16H2S+8S02 — 3S8+16H30將包含 在工藝氣體中的SO2還原成硫，并且將COS以及CS2完全轉(zhuǎn)換成H2S。在安裝于管路(10)中 的氣體冷卻器(11)中，從通過(guò)管路(10)由催化步驟(8)輸出的溫度為353°C的工藝氣體量 中以1246kg/h分離出硫，并且通過(guò)管路(12)從工藝中導(dǎo)出。剩余的溫度為210°C、絕對(duì)壓 強(qiáng)為1. 30巴的工藝氣體量以8341Nm3/h通過(guò)管路(13)流入未示出的第二催化步驟，在該第二催化步驟中，使用剩余的H2S將還存在于工藝氣體中的SO2還原成硫。在布置于第二催 化步驟后面的氣體冷卻器中，所生成的硫與工藝氣體分離并被導(dǎo)出，然后仍然存在的工藝 氣體被輸送至進(jìn)一步處理，或者可能的話直接排放至大氣中。第二實(shí)施例與第一實(shí)施例不同，根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)管路(3)將提高至1019Nm3/h的O2體積并 且同時(shí)通過(guò)管路(14)將500kg/h饋給水添加至通過(guò)管路(2)輸送至燃燒室(1)的克勞斯 氣體中。通過(guò)該措施，將具有如下組成的、具有1207°C的相對(duì)低溫度的工藝氣體量提高至 10579Nm3/h，所述組成為7. 26 體積 ％ H2S4. 12 體積 ％ SO237. 66 體積 ％ H2O0.76 體積 ％ COS1.39 體積 ％ CS21.4 體積 ％ CO4. 8 體積 ％ CO21.6 體積 ％ H230 體積 ％ N212. 7 體積 ％ SX。在布置于管路(6)中的換熱器(7)中，將通過(guò)管路(6)從接在后面的換熱器(5) 中出來(lái)的冷卻的工藝氣體量在1. 45巴的絕對(duì)壓強(qiáng)下被加熱至270°C的溫度，并以9267Nm3/ h的量給入催化步驟(8)。從催化步驟(8)中通過(guò)管路(10)以9126Nm3/h的量、在溫度為 352°C出來(lái)的工藝氣體在布置于管路(10)中的氣體冷卻器(11)中冷卻。通過(guò)管路(12)從 氣體冷卻器(11)中以1358kg/h導(dǎo)出硫，剩余的8984Nm3/h的工藝氣體量通過(guò)管路(13)引 入第二催化步驟。通過(guò)管路(9)從接在燃燒室(1)后面的換熱器(5)中以3551kg/h將硫 從工藝中導(dǎo)出。通過(guò)以500kg/h向燃燒室中添加饋給水，一方面將工藝氣體的溫度降低至 1207°C，并且另一方面將工藝氣體量提高至10579Nm3/h，這導(dǎo)致較大的設(shè)備壓強(qiáng)損失。通過(guò) 將輸送至燃燒室的O2量提高至1019Nm3/h同時(shí)以500kg/h注入饋給水，使得工藝氣體的溫 度降低至1207°C，并且量增大至10579Nm3/h。第三實(shí)施例在根據(jù)本發(fā)明的方法的另一實(shí)施方式中，與第一實(shí)施例不同，通過(guò)管路(14)將 500kg/h饋給水，通過(guò)管路(3)將提高至1193Nm3/h的O2量，并且通過(guò)管路(4)將降低至 3150Nm3/h的空氣量添加至位于燃燒室(1)中的5000Nm3/h的工藝氣體量中。通過(guò)所述方 案，燃燒室(1)中的溫度相對(duì)輕微地降低至1236°C的值。從換熱器(5)中通過(guò)管路(6)排 出的工藝氣體量以9908Nm3/h大致保持恒定。在換熱器(5)中冷卻的工藝氣體在布置于管 路(6)中的換熱器(7)中被加熱至270°C的溫度，并且以8590Nm3/h的量給入催化步驟(8)。 通過(guò)管路(9)以3583kg/h的量從換熱器(5)中導(dǎo)出硫。通過(guò)管路(10)從催化步驟(8) 中以8453Nm3/h的量導(dǎo)出的溫度為356°C的工藝氣體被導(dǎo)入氣體冷卻器(11)中，通過(guò)管路 (12)從氣體冷卻器(11)中導(dǎo)出1314kg/h的硫量，并且剩余的8314Nm3/h的工藝氣體量通 過(guò)管路(13)輸送至第二催化步驟。通過(guò)將輸送至燃燒室的O2量提高至1193Nm3/h并且同
6時(shí)將引入燃燒室中的空氣量降至3150Nm3/h并且向燃燒室中以500kg/h噴入饋給水，使得 工藝氣體量降低至9908Nm3/h，溫度降低至1236°C。第四實(shí)施例(現(xiàn)有技術(shù))第一實(shí)施例中所描述的用于實(shí)施克勞斯工藝的設(shè)備被設(shè)計(jì)為5500Nm3/h克勞斯氣 體量的提高的容量。為了該目的，通過(guò)管路(3)將提高至1297Nm3/h的O2量同時(shí)通過(guò)管路 (4)將降低至3300Nm3/h的空氣量引入燃燒室(1)克勞斯氣體中。通過(guò)該措施，所制取的 工藝氣體的量升高至10107Nm3/h。通過(guò)添加相對(duì)較高的O2量和相對(duì)較低的空氣量，燃燒室
(I)中的工藝氣體的溫度升高至1309°C。通過(guò)管路(6)從換熱器(5)導(dǎo)出的冷卻的工藝氣 體在安裝于管路(6)中的換熱器(7)中加熱至270°C，并以8586Nm3/h量引入催化步驟(8)。 催化步驟(8)之后產(chǎn)生的溫度為358°C的工藝氣體量在布置于管路(10)中的氣體冷卻器
(II)中冷卻，并且通過(guò)管路(12)從氣體冷卻器(11)中以1318kg/h導(dǎo)出硫。剩余的工藝氣 體通過(guò)管路(13)以8309Nm3/h的量引入第二催化步驟，并且通過(guò)管路(9)從換熱器(5)中 以4162kg/h導(dǎo)出硫。第五實(shí)施例與第四實(shí)施例相比，根據(jù)本發(fā)明，同時(shí)通過(guò)管路(3)將提高至1510Nm3/h的O2量， 通過(guò)管路(4)將降低至2480Nm3/h的空氣量，通過(guò)管路(14)將仍為500kg/h的饋給水添加 至燃燒室(1)中。通過(guò)該措施，從燃燒室(1)中以10062Nm3/h的量出來(lái)的工藝氣體的溫度 降低至1273°C。從換熱器(5)中出來(lái)的冷卻的工藝氣體通過(guò)布置于管路(6)中的換熱器 (7)而加熱至270°C的溫度，并且以8586Nm3/h的量引入催化步驟(8)。通過(guò)管路(9)從換 熱器(5)中以3995kg/h導(dǎo)出硫。從通過(guò)管路(10)來(lái)自催化步驟(8)的以8454Nm3/h的量 出來(lái)的溫度為361°C的工藝氣體中，在安裝于管路(10)中的氣體冷卻器(11)中以1388kg/ h分離出硫，并通過(guò)管路(12)導(dǎo)出，并且剩余的工藝氣體以8307Nm3/h的量通過(guò)管路(13) 輸送至第二催化步驟。通過(guò)將輸送至燃燒室的O2量提高至1510Nm3/h并且將引入燃燒室的 燃燒空氣降低至2480Nm3/h并且以500kg/h輸送饋給水，則溫度和工藝氣體的量均下降。
權(quán)利要求
由包含H2S的原料氣制取硫的方法，方法是一部分H2S在O2和/或空氣的存在下，在1.4至2.0巴的絕對(duì)壓強(qiáng)下，燃燒生成SO2，并且在至少一種催化劑上，利用另外的H2S將SO2還原成單質(zhì)硫和H2O，其特征在于，向位于燃燒室中的工藝氣體中噴入饋給水。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，根據(jù)用于所述工藝氣體的預(yù)先給定的溫 度預(yù)設(shè)值來(lái)調(diào)節(jié)噴入所述燃燒室中的饋給水的量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述工藝氣體的溫度不低于900°C的值。
全文摘要
在一種用于由包含H2S的原料氣制取硫的方法中，一部分H2S在O2和/或空氣的存在下燃燒生成SO2和H2O，并且在至少一種催化劑上，利用另外的H2S將SO2還原成硫和H2O。為了能夠控制燃燒室中的溫度，向位于燃燒室中的工藝氣體中噴入饋給水。
文檔編號(hào)C01B17/04GK101970349SQ200880126670
公開(kāi)日2011年2月9日 申請(qǐng)日期2008年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月12日
發(fā)明者馬蒂亞斯·菲舍爾 申請(qǐng)人:魯奇有限責(zé)任公司