DE1809329A1 - Verfahren und Einrichtung zur Behandlung von Abgasen aus Clausanlagen - Google Patents

Description

• Verfahren und Einrichtung zur Behandlung von Abgasen aus Claus anlagen Vorliegende Erfindung befaßt sich mit der Behandlung von Abgasen aus Clausanlagen, mit dem Ziel, den Schwefelwasserstoff- und den Schwefeldioxydgehalt der Abgase unter Bildung von Elementarschwefel weitgehend abzusenken.
• In Clausanlagen wird bekanntlich durch thermische und/oder katalytische Umwandlung gasförmiger Schwefelwasserstoff nach der Gleichung in Elementarschwefel umgewandelt (DBP 1 198 3#3, 1 253 684, DAS 1 250 794). Aus Gleichgewichsgründen läuft diese Reaktion bei den in Clausanlagen üblichen Temperaturen nicht vollständig unter Schwefelbildung ab. Das Endgas aus Glausanlagen entheilt deswegen noch unverbrannten Schwefelwasserstoff sowie aus Schwefelwasserstoff durch Oxydation entstandenes Schwefeldioxyd. Die Menge an H2S beträgt im allgemeinen 0,5 Vol. % im Endgas.
• Wegen der durch den Il2S-Gehalt verursachten Geruchsbelästigung und wegen der -t;oxfacben Wirkung des Schwefelwasserstoffes ist eine nahezu vollständige Umwandlung des H2S in unschädliche b@@.
• weniger schädliche Verbindungen, z.B. Elementarschwefel oder Schwefeldioxyd, erforderlich. Hierzu ist es bekannt, die Clausendgase nach Verlassen der letzten Katalysatorstufe einer Clausanlage und nach Abscheidung des dampfförmig enthaltenen Blernentarschwefels einer sogenannten Nachverbrennungsanlage zuzuleiten, in der der im Endgas enthaltene Schwefelwasserstoff unter Zusatz von Sauerstoff oder Luft bei erhöhter Temperatur an geeigneten Katalysatoren zu SO2 umgewandelt wird.
• Diese Verfahrensweise ist bedingt zulässig bei verhältnismäßig kleinen Clausanlagen, die täglich nicht mehr als 10 - 20 t Schwefel erzeugen. Bei größeren Anlagen ist naturgemäß die absolute in die Atmosphäre abgegebene Menge an Schwefeldioxyd so groß, daß eine Entschwefelung des Endgases aus Clausanlagen unbedingt erforderlich wird. Hierzu sind verschiedene Vorschläge gemacht worden, so z.B. die Gase aus einer Clausanlage zunächst über eine Nachverbrennung zu leiten, um sämtliche vorhandenen Schwefelverbindungen zu SO2 zu oxydieren, -und letzteres durch geeignete Adsorptiona- oder Absorptionseinrichtungen aus dem Endgas zu entfernen (z.B. DAS 1 173 070, 1 176 101, 1 193 019). Es hat sich aber gezeigt, daß Anlagen dieser Art sehr aufwendig sind und auch die Durchführung des Verfahrens mit hohen Kosten verknüpft ist.
• Vorliegende Erfindung beseitigt diesen Überlstand. Sie sieht u diesem Zweck vor, das aus Clausanlagen austretende Abgas zunäch0-zu kühlen und anschließend eis weiteren katalytischen Umsetzung; zu Elementarschwefel zu unterziehen, wobei der Gehalt der Schwefelverbindungen lauf < 30 % der in Eintrittsgas vorhandenen Menge abgesenkt wird. Das so erhaltene Restgas wird gegebenenfalls einer weiteren Nachbehandlung unterworfen, die sowohl in üblicher Weise in einer katalytiechen Nachverbrennung besteht oder aber in einer zweiten katalytischen Behandlungsstufe erfolgt, in der der noch vorhandene Schwefelwasserstoff vollständig zu Elementarschwefel umgewandelt wird.
• Es hat sich gezeigt. daß Schwefelwasserstoff und Schwefeldioxyd, wie sie im Abgas aus Clausanlagen vorliegen, bei tieferer Temperatur an Aktivkohlen oder Aktivkoksen unter Bildung von Elementarschwefel nach der Gleichung reagieren. Der gebildete Eleinentarschwefel wird auf dem Katalysator, in diesem Pall auf der Aktivkohle bzw. dem Aktivkoks niedergeschalgen. Mit zunehmender Schwefelbeladung verringert sich die Fähigkeit des Katalysators, die Schwefelbildung katalytisch zu ermöglichen. Nach einer gewissen Zeit, der sogenannten Beladungszeit, brechen Schwefelwasserstoff und Schwefeldioxyd durch das Katalysatorbett durch. Erfindungsgemäß wird nunmehr so verfahren, daß bei Durchbruch von 10 - 30 ffi der Eingangsmenge der Gasstrom auf einen zweiten mit Aktivkohle bzw. Aktivkoks gefüllten Reaktor umgeschaltet und der beladene Reaktor aus dem Gasstrom genommen wird. Der mit Schwefel beladene Reaktor wird anschließend regeneriert. Erfindungsgemäß wird hierzu ein Teilstrom der Abgase aus der Clausanlage auf 300 - 45000 erwärmt und über den beladenen Katalysator geleitet. Die heißen Desorptionsschwaden aus der Regeneration dieses Katalysators werden einem in dei Clausanlage vorhandenen Schwefelwascher oder einem der Kondensctoren zur Abscheidung des in ihnen enthaltenen Schwefeldampfes zugeleitet. Vorzugsweise werden die Desorptionsschwaden dem Schwefelkondensator nach der ersten katalytischen Stufe der Clausanlage zugeführt. Der regenerierte Katalysator wird sofort mit dem gekühlten Abgas aus der Clausanlage wieder beaufschlagt, ohne daß eine Vorkühlung erforderlich ist.
• Die Erfindung sieht als weitere technisch interessante Variante vor, das die Clausanlage verlassende Abgas vor Eintritt in die nachfolgende Behandlungsstufe zur Uberführung des H2S in Blemertarschwefel gemäß der Gleichung (1) mit der erforderlichen Luft-bzw. Sauerstoffmenge gegebenenfalls unter Überschuß von max. 100 % zu vernetzen. Die Erfindung sieht ferner vor, das gekühlte Abgas aus einer Clausanlage einer ersten katalytischen Behandlung ohne -Sauerstoffzusatz an Aktivkohle oder Aktivkoks zu unterwerfen und das hier entstehende Restgas einer zweiten katalytischen Behandlungsstufe zuzuführen, in der durch die erste Behandlungsstufe durchbrechender Schwefelwasserstoff unter Zusatz von Luft oder Sauerstoff in einer Menge von max. 200 00, bezogen auf die für die Reaktion nach Gleichung (1) notwendigen Sauerstoffmenge, zu Elementärschwefel oxydiert wird. Dabei ist vorgesehen, daß die erste Behandlungsstufe bei einer Temperatur von 110 - 1300C arbeitet und das diese erste Behandlungsstufe verlassende Restgas soweit gekühlt wird, daß die Temperatur 10 bis max. 5000 oberhalb des Wasserdampftaupunktes liegt. Es hat sich gezeigt, daß diese zweite Behandlungsstufe ebenfalls vorteilhaft mit Aktivkohle oder Aktivkoks betrieben werden kann. In dieser Behandlungsstufe lagert sich ebenfalls der Elementarschwefel auf dem eingesetzten Katalysator ab und muß dort von Zeit zu Zeit gleichfalls durch eine regenerierende Behandlung entfernt werden. Hierzu wird ein Teilstrom des Restgases aus der ersten Behandlungsstufe auf eine Temperatur von 300 - 450°C aufgeheizt und durch den beladenen Katalysator der zweiten Behandlungsstufe geleitet. Die Regenerationsschwaden aus der zweiten Behandlungsstufe werden gleichfalls einem der Schwefelkondensatoren der Clausanlage zugeführt.
• Erfindungsgemäß kann die Regeneration des Katalysators der zweiten Behandlungsstufe auch mit aufgeheiztem Abgas der Clausanlage durchgeführt werden. Das Verfahren gemäß vorliegender Erfindung soll anhand der beigehefteten Schemazeichnung erläutert werden.
• Die zur Schwefelgewinnung in einer Clausanlage eingesetzten Sauergase werden durch Leitung 1 einem Clauskessel A zugeführt. Durch die Leitung 2 wird die für die Clausreaktion erforderliche muftmenge in den Clauskessel eingespeist. Über Leitung 11 läuft flüssiger Elementrarschwefel aus dem Clauskessel in den Schwefelsammelbehälter E, Die im Clauskessel nicht umgesetzten Gase werden über Leitung 3 der ersten katalytischen Clausstufe B 1 zugeführt, in der die weitere Umsetzung von II2S mit S02 unter Elementarschwefelbildung abläuft. Die Reaktionsprodukte werden über Leitung 4 einem Wärmeaustauscher a zugeleitet und gelangen über Leitung 5, 6 in den ersten Schwefelkondensator D 1. Aus dem Wärmeaustauscher C und dem ersten Schwefelkondenaator D 1 wird über Leitungen 12 und 13 Elementarschwefel dem Schwefelsammelbehälter E zugeleitet. Über Leitung 7 gelangt das von b'lementarsohwefel 4 weitgehend befreite Gas zunächst zum Aufheizen in den Warmeaustauoher C zurück und von dort über Leitung 8 in die zweite katalytische Stufe der Olausanlage B 2, in der der im Gas verbliebene Schwefelwasserstoff mit dem Schwefeldioxyd ebenfalls nach Elementarschwefel umgewandelt wird. Die Schwefeldämpfe und das Abgas werden über Leitung 9 dem Schlußkondensator D2 zugeleitet, in welchem der Elementarschwefel auskondensiert wird. Dieser wird über Leitung 14 dem Schwefelsammelbehälter E zugeleitet.
• Das über Leitung 10 den Schlußkondensator verlassende Gas enthält den Gleichgewichtsbedingungen entsprechend noch ca. 0,5 Vol. % H2S und 0,25 Vol. SO SO2. Dieses Gasgemisch wird erfindungsgemäß über Leitung 10a bzw. 10b den Nachreaktoren G1 bzw.
• G 2 zugeführt, die bei 110 - 130°C arbeiten. Die Reaktoren G 1un G 2 sind mit Aktivkohle oder Aktivkoks als Katalysator gefüllt.
• Die einzelnen Reaktoren werden werchselseitig betrieben, d.h. wenn ein Reaktor mit Schwefel beladen ist, wird auf den zweiten umge schaltet. Die Umschaltung von eie Reaktor auf den anderen erfolgt dann, wenn ca. 30 der in diesen Reaktor eintretenden Schwefelmenge in Form von II2S und SO2 durchbrechen, Das austretende Gas wird über Leitung 15a bzw. 15b den Endreaktoren II 1 bzw. H 2 zugeführt, die bei einer Temperatur betrieben werden, die 10 - 50°C über dem Wasserdampftaupunkt des Gases liegt. Zur Vervollständigung der H2S-Umsetzung zu Elementarschwefel wird dem Gas vor Eintritt in die Endreaktoren H 1 und H 2 über die Beitung 21a bzw. 21b Luft oder Sauerstoff z'\goftthrt. Die von H2S befreiten Endgase verlassen die Anlage über Leitung 16, die zu einem Kamin führt.
• Die beladenen Nachreaktoren G 1 bzw. G 2 werden durch einen Teilstrom des Abgases aus dem Kondensator D 2 der Clausanlage über einen Erhitzer J 1 zugeführt, in welchem sie auf eine Temperatur von 300 - 450°C erhitzt werden. Die heizen Gasen werden über Leitung 17a bzw. 17b in die Reaktoren G 1 bzw. G 2 eingeleitet und desorbieren den auf dem Katalysatormaterial abgeschiedenen Elementarschwefel. Die Desorptionsschwaden werden über Leitung 18 dem Schwefelkondensator D 1 der Clausanlage zugeleitet. Nach erfolgter Desorption wird die Katalysatormasse in den Nachreaktoren G 1 bzw. G 2 durch das aus dem Schwefelkondensator D 2 über Leitung 10 zugeführte Abgas der Clausanlage gekühlt.
• In gleicher Weise werden die Endreaktoren 11 1 bzw. H 2 regenefriert. Hierzu kann das Abgas aus der Clausanlage nach Erhiten auf 300 - 45000 benutzt werden. Statt dessen kann, wie in der Zeichnung dargestellt ist, Abgas aus den Nachreaktoren G 1 bzw.
• G 2 über Leitung 19a bzw. 19b einem Erhitzer J 2 zugeführt und dann den Endreaktoren H r bzw. H 2 zugeleitet werden. Die Desoprtionsschwaden gelangen dann tber Leitung 20a bzw. 20b und Leitung 18 ebenfalls in den Schwefelkondensator D 1 der Clausanlage.

Claims (14)

P a t e n t a n s p r ü c h e

1. Verfahren zur Behandlung von Abgasen aus Clausanlagen, dadurch gekennzeichnet, daß diese Abgase auf 70 - 1300 gekühlt und danach einer erneuten katalytischen Unsetzung unterworfen werden, wobei unter Bildung von Elementarschwefel der Gehalt an Schwefelverbindungen auf weniger als 30 , bezogen auf die im Eintrittsgas vorhandene Menge, abgesenkt wird, worauf gegebenenfalls das erhaltene Restgas einer weiteren Nachbehandlung unterworfen wird1 und daß der in der katalytischen Behandlungsstufe eingesetzte Katalysator von Zeit zu Zeit regeneriert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da3 das aus dieser BehandlunGsstufe austretende Restgas in an sich bekannter Weise einer sogenannten Nachverbrennungsanlage zugeführt und der in diesem Restgas enthaltene Schwefelwasserstoff zu Schwefeldioxyd oxydiert wird, so daß ein'H2S-freies Restgas erhalten wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das aus dieser Stufe austretende Restgas einer weiteren Behandlungsstufe zugeführt wird, in der der Schwefelwasserstoffgehalt dieses Restgases unter Zusetzung von Sauerstoff oder Luft; unter Bildung von Elementarschwefel umgesetzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dia der Clausanlage nachg,eschaltete Behandlungsstufe unter Einsatz von Aktivkohle oder Aktivkoks ala Eatályeator betrieben wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Abgas aus der Clausanlage vor Eintritt in die nachfolgende Behandlungsstufe die für die Umwandlung des H2S zu Elementarschwefel erforderliche theoretische Luftmenge bzw. eine Luftmenge zugeführt wird, die max. das zweifache der theoretisch eriorderlichen Menge beträgt.

6. -Veriahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Regeneration des Katalysators vorgenommen wird, wenn die Beladung des Katalysators soweit fortgeschritten ist, daß 10 bis max. 30 % der in dem Abgas aus der Clausanlage enthaltenen Schwefelverbindungen durchbrechen.

7. Verfahren nach Anspruch 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeneration des beladenen Katalysators mit einem Teilstrom des Abgases aus der Clausanlage in der Weise durchgeführt wird, daß dieses Abgas nach Erwärmen auf 300 - 4500 durch den Katalysator geleitet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die heißen Desorptionsschwaden aus der Regeneration des Ratalysators einem der Schwefeiwäscher oder einem der Schsnefelkondensatoren, vorzugsweise dem Schwefelkondensator nach der ersten katalytischen Stufe der Clausanlage, zugeleitet werden.

9. Verfahren nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß der regenerierte Katalysator sofort mit dem gekUhlten Abgas aus der Clausanlage beaufschlagt wird.

10. Verfahren tach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnett daß das vorgekühlte Abgas aus einer olausanlage einer ersten katalytischen Behandlung unterworfen wird-und das hier entstehende Restgas einer zweiten katalytischen Behandlungsstufe zugeführt wird, wobei vor Eintritt in die zweite Stufe das Gas mit Luft oder Sauerstoff in einer Menge von marx. 200 V, bezogen auf die für die Reaktion H2S + 0,5 O2 t * H2O notwendige Sauerstoffmenge, versetzt wird.

11. Yerfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das die erste Behandlungsstufe verlassende Gas weiter gekühlt wird, so daß die Temperatur 10 - max. 500C oberhalb des Wasserdampftaupunktes liegt und daß das Gas mit dieser Temperatur in die zweite Behandungsstufe eingeleitet wird.

12. Verfahren nach Anspruch 1 und 1Q, dadurch gekennzeichnet, daß als Katalysator zur Behandlung in der zweiten Stufe Mtivkohle oder Aktivkoks eingesetzt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß der beladene Katalysator mit heißem Abgas aus der ersten Behandlungsstufe oder aus der Clausanlage bei einer Temperatur von 300 - 450°C regeneriert wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzelchnet, daß die Regenerationsschwaden aus der zweiten Behandlungsstufe einem der Schwefelkondensatoren der Clausanlage zugeführt werden.