由包含H₂S的原料气制取硫的方法

专利名称：由包含H₂S的原料气制取硫的方法
技术领域：
本发明涉及一种由包含H2S的原料气制取硫的方法，方法是将一部分H2S在02和 /或含O2气体的存在下，在1. 4至2. 0巴的绝对压强下，在燃烧室中部分燃烧生成SO2和 H2O,在至少一个催化步骤中，利用另外的H2S将SO2还原成单质硫和H20。
背景技术：
所谓的克劳斯工艺是国际上最常使用的通过将H2S转化成硫从而由包含H2S的原 料气工业制取硫的方法，所述包含H2S的原料气例如在煤焦炭的制取过程中作为焦炉煤气 的组分而获得，或者在精炼设备中石油脱硫过程中附带产生，或者包含在天然气或者石油 伴生气中。现代各种精炼设备和天然气装置的运行条件以及越来越严格的环保要求给出 了对于克劳斯工艺而言必须满足的规范。H2S与O2和/或含O2气体的部分燃烧生成SO2和 H2S可用于调节实施克劳斯工艺所需的确定的H2S/S02比例。在所谓的克劳斯气体部分燃烧 之后存在的工艺气体中含有的H2S和SO2不仅在燃烧室而且在至少一个、优选两个步骤中， 例如在Al2O3或TiO2上得到催化还原生成硫。通过H2S浓度和克劳斯气体中包含的其他可 燃成分的浓度以及通过可能使用的用于燃烧的纯O2来确定燃烧室中的温度大小。H2S部分 燃烧生成SO2通常在1. 4至2. 0巴的相对低的绝对压强下进行，在进一步脱硫的残余气体 释放出来之前，该压强在克劳斯工艺的进一步进程中降低至几乎大气压强。出于这个原因， 用于实施克劳斯工艺的装置基本上设计用于克服燃烧室中1. 4至2. 0巴的绝对压强与残余 气体释放时的大气压强之间的压强损失。克劳斯工艺中没有转换成硫的含硫成分得到进一 步处理，并例如凭借依照方程式2S02+3H2 — H2S+2H20所谓的SCOT-工艺氢化并且然后通过 化学清洗将其除去。然后，将所制取的H2S回引至克劳斯工艺中(手册=Lurgi股份公司的 "Sulfur Recovery (硫的回收)”，美因河畔的法兰克福，No. 1542e/ll. 02/10)。EP-B-0315225记载了在至少一个通入燃烧室中的燃烧器中利用O2和空气使包含 H2S的原料气燃烧的方法，以产生包含H2S和SO2的气体混合物，用以依照克劳斯工艺转化成 单质硫。通过燃烧器的中心管将氧气引入燃烧室，通过同轴围绕中心管的至少一个第二管 将含H2S的原料气引入燃烧室，通过同轴外管将空气引入燃烧室。将含H2S的原料气输送至 燃烧器中。在燃烧器的口部处，将O2的流速调整为50至250米/秒，将含H2S的原料气的 流速调整为10至30米/秒，在燃烧器火焰的中心区域产生2000至3000°C范围的温度。从 燃烧室中导出温度为900至1650°C的气体混合物。包含在该气体混合物中的H2S和SO2被 催化转化为单质硫，对残余气体氢化处理，并从在此获得的主要由H2S、H2和CO组成的气体 混合物中分离出H2S,并将其引入燃烧器中。

发明内容
本发明的任务是a)能够鉴于形成燃烧室的耐火陶瓷衬壁的材料的最大可容许的应用温度，对燃烧 室中存在的工艺气体的温度进行界定，
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b)能够在没有结构改变措施并且未升高燃烧室中工艺气体温度的情况下，提高用 于实施克劳斯工艺的现有装置的容量，c)能够鉴于克劳斯工艺所需的H2S/S02比例，最佳地实施利用O2和/或含O2气体 进行H2S的部分燃烧，以生成S02。该任务的解决方案在于，向位于燃烧室中的工艺气体中喷入馈给水。提供馈给水， 从而除去对于燃烧室运行有害的组分，馈给水由再利用的冷凝液和需要时提供的附加水组 成。在本发明的构造方案的范围内，根据对于工艺气体所需要的、预先给定的温度预 设值来调节喷入位于燃烧室中的工艺气体中的馈给水的量。通过适当的措施，例如在燃 烧时通过燃气或者通过提高O2含量来进行辅助燃烧，而防止对于反应必需的温度低于 900°C的数值。通过测量、控制和调节，可以对用于调整所需温度的喷入燃烧室中的馈给水量进 行调节。通过喷入馈给水，工艺气体量轻微增加，这是因为主要利用了馈给水的蒸发热的优 点，结果仅需要相对少的馈给水量用于注入。因此，克劳斯设备的液压负荷和工艺气体量在 燃烧室中的停留时间仅不明显地变差。 在克劳斯设备使用纯O2或富含O2的空气运行时，输送至燃烧室中的O2量增加的情 况下，则由此所预期的液压附加负荷可以通过喷入馈给水而得以补偿，或者总液压负荷甚 至可以降低。因此，要引入燃烧室的原料气的量进而还有克劳斯设备的容量升高，或者工艺 气体在燃烧室中的停留时间延长。在后面的情况下，在不提高温度的情况下达到改善的充 分燃烧，这例如表现在更大的硫产率和/或例如NH3和/或CnHm的难燃伴生成分充分燃烧。通过馈给水的喷入，在提高输送至燃烧室的O2和/或含O2气体的量时，同时不提 高引入燃烧室的原料气的量的情况下，燃烧室中的温度和工艺气体量下降。此外，通过喷入 馈给水，克劳斯设备在液压方面去负荷。由于该效果，可以毫无问题地消除例如在阻塞或结 垢的情况下可能出现的暂时的液压瓶颈。在原料气中含硫成分的份额提高的情况下(例如通过较大含量的H2S来提高)，由 此所预期的温度提高和与此相关的液压负荷的升高通过注入馈给水来进行对抗。由于以该 方式所导致工艺气体温度降低，工艺气体的体积也减小，从而不会超过液压负荷能力的极 限。当原料气量和所输送的燃烧空气的O2含量同时提高时，即便由于空气中氮的减少而在 总体上在液压方面式克劳斯工艺去负荷时，同样可以应用所述措施。通过提高燃烧空气的O2含量，在向燃烧室中喷入馈给水的同时，在原料气量恒定 的情况下，温度和工艺气体的量下降。这使得工艺气体在燃烧室中的停留时间更长，充分 燃烧得到改善以及克劳斯设备在液压方面去负荷。


下面，通过与附图中示出的示意的方法流程图相关的实施例来详细阐释本发明。
具体实施例方式第一实施例(现有技术)在用于实施克劳斯工艺以由含H2S原料气制取硫的设备中，向燃烧室(1)中同时通过管路(2)以5000Nm3/h输送温度为45°C、绝对压强为1. 7巴的如下组成的所谓的克劳 斯气体，该组成为8O 体积 ％ H2S5 体积 ％ H2O15 体积 ％ CO2,通过管路(3)以976Nm3/h输送温度为20°C、绝对压强为1. 7巴的O2，通过管路(4) 以4000Nm3/h输送温度为40°C、绝对压强为1. 7巴的空气。在燃烧室(1)中，包含在克劳斯 气体中的H2S的主要部分根据方程式2H2S+302 — 2 S02+2H20燃烧生成SO2,使得从燃烧室(1) 中以9977Nm3/h使温度为1273°C、绝对压强为1. 55巴的如下组成的工艺气体流入直接接在 燃烧室(1)后面的换热器(5)中，所述组成为6. 79 体积 ％ H2S4. 58 体积 ％ SO234. 24 体积 ％ H2O0.82 体积 ％ COS0.18 体积 ％ CS21.96 体积 ％ CO4. 56 体积 ％ CO22. O5 体积 ％ H231. 39 体积 ％ N2 14. 06 体积 % SX (SX =硫蒸汽)。通过管路(6)从换热器(5)中导出的如下组成的冷却的工艺气体在布置于管路 (6)中的换热器(7)中在1. 45巴的绝对压强下被加热至270°C的温度，并且以8601Nm3/h的 量引入第一催化步骤(8)，所述组成为7. 88 体积 ％ H2S4. 58 体积 ％ SO239. 72 体积 ％ H2O0.95 体积 ％ COS0. 21 体积 ％ CS22. 27 体积 ％ CO5. 29 体积 ％ CO22. 37 体积 ％ H26. 41 体积 ％ N20.31体积％5父。通过管路(9)将换热器(5)中以3749kg/h的量产生的硫从工艺中导出。在催化 步骤⑶中，在Al2O3催化剂上，利用另外的H2S根据方程式16H2S+8S02 — 3S8+16H30将包含 在工艺气体中的SO2还原成硫，并且将COS以及CS2完全转换成H2S。在安装于管路(10)中 的气体冷却器(11)中，从通过管路(10)由催化步骤(8)输出的温度为353°C的工艺气体量 中以1246kg/h分离出硫，并且通过管路(12)从工艺中导出。剩余的温度为210°C、绝对压 强为1. 30巴的工艺气体量以8341Nm3/h通过管路(13)流入未示出的第二催化步骤，在该第二催化步骤中，使用剩余的H2S将还存在于工艺气体中的SO2还原成硫。在布置于第二催 化步骤后面的气体冷却器中，所生成的硫与工艺气体分离并被导出，然后仍然存在的工艺 气体被输送至进一步处理，或者可能的话直接排放至大气中。第二实施例与第一实施例不同，根据本发明，通过管路(3)将提高至1019Nm3/h的O2体积并 且同时通过管路(14)将500kg/h馈给水添加至通过管路(2)输送至燃烧室(1)的克劳斯 气体中。通过该措施，将具有如下组成的、具有1207°C的相对低温度的工艺气体量提高至 10579Nm3/h，所述组成为7. 26 体积 ％ H2S4. 12 体积 ％ SO237. 66 体积 ％ H2O0.76 体积 ％ COS1.39 体积 ％ CS21.4 体积 ％ CO4. 8 体积 ％ CO21.6 体积 ％ H230 体积 ％ N212. 7 体积 ％ SX。在布置于管路(6)中的换热器(7)中，将通过管路(6)从接在后面的换热器(5) 中出来的冷却的工艺气体量在1. 45巴的绝对压强下被加热至270°C的温度，并以9267Nm3/ h的量给入催化步骤(8)。从催化步骤(8)中通过管路(10)以9126Nm3/h的量、在温度为 352°C出来的工艺气体在布置于管路(10)中的气体冷却器(11)中冷却。通过管路(12)从 气体冷却器(11)中以1358kg/h导出硫，剩余的8984Nm3/h的工艺气体量通过管路(13)引 入第二催化步骤。通过管路(9)从接在燃烧室(1)后面的换热器(5)中以3551kg/h将硫 从工艺中导出。通过以500kg/h向燃烧室中添加馈给水，一方面将工艺气体的温度降低至 1207°C，并且另一方面将工艺气体量提高至10579Nm3/h，这导致较大的设备压强损失。通过 将输送至燃烧室的O2量提高至1019Nm3/h同时以500kg/h注入馈给水，使得工艺气体的温 度降低至1207°C，并且量增大至10579Nm3/h。第三实施例在根据本发明的方法的另一实施方式中，与第一实施例不同，通过管路(14)将 500kg/h馈给水，通过管路(3)将提高至1193Nm3/h的O2量，并且通过管路(4)将降低至 3150Nm3/h的空气量添加至位于燃烧室(1)中的5000Nm3/h的工艺气体量中。通过所述方 案，燃烧室(1)中的温度相对轻微地降低至1236°C的值。从换热器(5)中通过管路(6)排 出的工艺气体量以9908Nm3/h大致保持恒定。在换热器(5)中冷却的工艺气体在布置于管 路(6)中的换热器(7)中被加热至270°C的温度，并且以8590Nm3/h的量给入催化步骤(8)。 通过管路(9)以3583kg/h的量从换热器(5)中导出硫。通过管路(10)从催化步骤(8) 中以8453Nm3/h的量导出的温度为356°C的工艺气体被导入气体冷却器(11)中，通过管路 (12)从气体冷却器(11)中导出1314kg/h的硫量，并且剩余的8314Nm3/h的工艺气体量通 过管路(13)输送至第二催化步骤。通过将输送至燃烧室的O2量提高至1193Nm3/h并且同
6时将引入燃烧室中的空气量降至3150Nm3/h并且向燃烧室中以500kg/h喷入馈给水，使得 工艺气体量降低至9908Nm3/h，温度降低至1236°C。第四实施例(现有技术)第一实施例中所描述的用于实施克劳斯工艺的设备被设计为5500Nm3/h克劳斯气 体量的提高的容量。为了该目的，通过管路(3)将提高至1297Nm3/h的O2量同时通过管路 (4)将降低至3300Nm3/h的空气量引入燃烧室(1)克劳斯气体中。通过该措施，所制取的 工艺气体的量升高至10107Nm3/h。通过添加相对较高的O2量和相对较低的空气量，燃烧室
(I)中的工艺气体的温度升高至1309°C。通过管路(6)从换热器(5)导出的冷却的工艺气 体在安装于管路(6)中的换热器(7)中加热至270°C，并以8586Nm3/h量引入催化步骤(8)。 催化步骤(8)之后产生的温度为358°C的工艺气体量在布置于管路(10)中的气体冷却器
(II)中冷却，并且通过管路(12)从气体冷却器(11)中以1318kg/h导出硫。剩余的工艺气 体通过管路(13)以8309Nm3/h的量引入第二催化步骤，并且通过管路(9)从换热器(5)中 以4162kg/h导出硫。第五实施例与第四实施例相比，根据本发明，同时通过管路(3)将提高至1510Nm3/h的O2量， 通过管路(4)将降低至2480Nm3/h的空气量，通过管路(14)将仍为500kg/h的馈给水添加 至燃烧室(1)中。通过该措施，从燃烧室(1)中以10062Nm3/h的量出来的工艺气体的温度 降低至1273°C。从换热器(5)中出来的冷却的工艺气体通过布置于管路(6)中的换热器 (7)而加热至270°C的温度，并且以8586Nm3/h的量引入催化步骤(8)。通过管路(9)从换 热器(5)中以3995kg/h导出硫。从通过管路(10)来自催化步骤(8)的以8454Nm3/h的量 出来的温度为361°C的工艺气体中，在安装于管路(10)中的气体冷却器(11)中以1388kg/ h分离出硫，并通过管路(12)导出，并且剩余的工艺气体以8307Nm3/h的量通过管路(13) 输送至第二催化步骤。通过将输送至燃烧室的O2量提高至1510Nm3/h并且将引入燃烧室的 燃烧空气降低至2480Nm3/h并且以500kg/h输送馈给水，则温度和工艺气体的量均下降。
权利要求
由包含H2S的原料气制取硫的方法，方法是一部分H2S在O2和/或空气的存在下，在1.4至2.0巴的绝对压强下，燃烧生成SO2，并且在至少一种催化剂上，利用另外的H2S将SO2还原成单质硫和H2O，其特征在于，向位于燃烧室中的工艺气体中喷入馈给水。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据用于所述工艺气体的预先给定的温 度预设值来调节喷入所述燃烧室中的馈给水的量。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述工艺气体的温度不低于900°C的值。
全文摘要
在一种用于由包含H2S的原料气制取硫的方法中，一部分H2S在O2和/或空气的存在下燃烧生成SO2和H2O，并且在至少一种催化剂上，利用另外的H2S将SO2还原成硫和H2O。为了能够控制燃烧室中的温度，向位于燃烧室中的工艺气体中喷入馈给水。
文档编号C01B17/04GK101970349SQ200880126670
公开日2011年2月9日 申请日期2008年10月29日 优先权日2008年2月12日
发明者马蒂亚斯·菲舍尔 申请人:鲁奇有限责任公司