DE2705056A1

DE2705056A1 - Verfahren und vorrichtung zur aufarbeitung des bei der gasentschwefelung anfallenden sauergases

Info

Publication number: DE2705056A1
Application number: DE19772705056
Authority: DE
Inventors: Hermann Staege
Original assignee: Krupp Koppers GmbH
Current assignee: Krupp Koppers GmbH
Priority date: 1977-02-08
Filing date: 1977-02-08
Publication date: 1978-08-10
Also published as: US4169133A; ZA78422B

Description

Essen, den 4. Februar 1977 3 N 4718/7 b Dr.Ha/Wi.

KRUPP-KOPPERS GMBH, 4300 Essen, Moltkestrasse 29

Verfahren und Vorrichtung zur Aufarbeitung des bei der Gasentschwefelung anfallenden Sauergases .

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Aufarbeitung des bei der Gasentschwefelung anfallenden Sauergases, welches in einer nachgeschalteten Clausofen- und/oder Schwefelsäureanlage weiterverarbeitet wird.

Feste und flüssige Brennstoffe enthalten im allgemeinen Schwefel, der bei der Vergasung dieser Brennstoffe gasförmig als HS und COS anfällt. Bei der Weiterverarbeitung des bei der Vergasung anfallenden Gases zu Wasserstoff, Synthese- oder Oxosynthesegas stören beide Schwefelverbindungen jedoch ganz erheblich und müssen deshalb durc ι geeignete Waschverfahren aus dem Gas entfernt werden. Die ausgewaschenen Schwefelverbindungen dürfen heute aus Gründen des Umweltschutzes nach dem Abtrieb aus der Waschlösung nicht mehr ohne weiteres in die Atmosphäre abgelassen werden. Es ist deshalb allgemein üblich, das abgetriebene HS und COS entweder in einer nachgeschalteten C laus ofen-AnIa ge zu Elementarschwefel oder in einer Schwefelsäure-Anlage zu H_SO. zu verarbeiten.

Es hat sich jedoch gezeigt, dass einerseits nicht alle Gasentschwefelungs-

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verfahren gleich gut für die gleichzeitige Auswaschung von HS und COS geeignet sind und dass andererseits die Verfahren, die diese Voraussetzung erfüllen, auch einen relativ hohen Anteil an CO mit aus dem Gasstrom auewaschen. Beim Abtrieb aus der beladenen Waschlösung fällt dann ein sogenanntes Sauergas an, das einen verhältnismässig geringen H S- und COS-Gehalt sowie einen hohen CO--Gehalt besitzt- Eine typische Zusammensetzung für ein derartiges Sauergas beträgt beispielsweise :

7	Vol.	-%	H₂S
1	"	Il	COS
92	11	Il	co.

Der H S- und COS-Gehalt kann aber in Abhängigkeit von dem angewandten Waschverfahren auch noch unter den vorstehend angegebenen Zahlenwerten liegen. Die mitausgewaschene CO_-Menge kann dabei bis zum 15-fachen der HS + COS-Menge betragen.

Wegen seines geringen H S-Gehaltes kann das Sauergas jedoch nicht ohne weiteres mit einer stöchiometrischen Luftmenge zu SO (zwecke Weiterverarbeitung zu H SO J und Wasserdampf nach der Gleichung

H-S + l4-O, > SO, + H,O

C CC CC

oder zu Elementarechwefel und Waeeerdampf nach der Gleichung

3H₂S + IjO₂ ^ 3 S + 3H₂O

verbrannt werden, da da β Gasgemisch ausserhalb dee Zündbereichee liegt.

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Um diesen Nachteil zu beheben, hat man bereits versucht, das beim Abtreiben aus der Waschlösung freigesetzte Sauergas zwecks H S-Anreicherung einer weiteren Selektivwäsche zu unterwerfen. Der Nachteil dieses zweiten Absorptionsprozesses besteht darin, dass dieser normalerweise mehrstufig ausgeführt werden muss, da die Selektivität des eingesetzten Waschmittels in der Regel nicht ausreicht, um die erforderliche H S-Konzentration in einer einzigen Verfahrens stufe zu erreichen. Diese Arbeits weise ist deshalb mit einem besondere grossen apparativen Aufwand und hohen Betriebskosten verbunden.

In der Praxis ist man deshalb dazu Übergegangen, das Sauergas mit einem heizwertreichen Brenngas zu vermischen und das resultierende Gemisch mit reinem Sauerstoff zu verbrennen.

Sofern die Verarbeitung des Sauergases in einer C lau β ofen -AnIa ge zu EIementarschwefel vorgesehen ist, führt man ausserdem eine gewisse Menge des in dieser Anlage anfallenden Elementarschwefels im Kreislauf zurück und verbrennt diesen gemeinsam mit dem Gemisch aus Sauergas und Brenngas. Die rückgeführte Schwefelmenge kann in diesem Falle ein Mehrfaches der Schwefelmenge betragen, die im Sauergas in Form von H-S und COS vorliegt.

Es liegt auf der Hand, dass die Mitverbrennung eines heizwertreichen

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Brenngases sowie die Verwendung von reinem Sauerstoff anstelle von Luft zusätzliche Kostenfaktoren darstellen. Ausserdem bewirkt die Rückführung von Schwefel aus der Clausofen-Anlage und dessen Mitverbrennung eine Verringerung der Schwefelausbeute sowie eine erhöhte Umweltbelastung durch einen höheren Schwefelgehalt des Clausofen-Abgases.

Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Aufarbeitung des bei der Gasentschwefelung anfallenden Sauergases zu schaffen, durch das die geschilderten Schwierigkeiten bei der nachfolgenden Weiterverarbeitung dieses Gases in einer Clausofen- und/oder Schwefelsäureanlage vermieden werden. Das neue Verfahren soll sich dabei insbesondere durch einen ökonomisch und verfahrenstechnisch günstigen Ablauf auszeichnen.

Gemäss der Erfindung wird dieses Ziel bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art durch die Anwendung folgender Verfahrens schritte erreicht :

a) Verdichtung des Sauergasstromes bis auf einen Druck von 8,00 bis 12,00 ata,

b) Abkühlung des verdichteten Gasstromes bis auf eine Temperatur von - 35 bis - 45 "C,

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c) Entspannung des abgekühlten Gasstromes bis auf einen Druck von

1,05 bis 2,00 ata,

d) weitere Abkühlung des entspannten Gasstromes bis auf eine Temperatur von -55 bis -65 "C

und

e) Einleitung des anfallenden Gemisches aus gasförmigen und festen Bestandteilen in einen Abscheidebehälter, in dem die Abscheidung des als fester Bestandteil anfallenden CO -Schnees erfolgt, worauf dieser und die im wesentlichen aus HS und COS bestehende gasförmige Fraktion getrennt voneinander aus dem Abscheidebehälter abgezogen werden, wobei nur die im wesentlichen aus HS und COS bestehende gasförmige Fraktion zur Weiterverarbeitung in die Clausöfen- und/oder Schwefelsäureanlage eingeleitet wird.

Das erfindungsgemässe Verfahren sieht also vor, dass aus dem Sauergas vor dessen Weiterverarbeitung durch eine entsprechende Behandlung eine gasförmige Fraktion abgetrennt wird, die im wesentlichf η nur aus HS und COS besteht. Nur diese Fraktion wird zur Weiterverarbeitung in die Clausofen- bzw. Schwefelsäureanlage eingeleitet. Der CO -Anteil des Sauergases wird gleichzeitig als CO -Schnee abgeschieden und kann im Bedarfsfalle ebenfalls einer geeigneten Verwertung zugeführt werden. Der H S- und COS-Anteil der gasförmigen Fraktion liegt dabei in der

Gröesenordnung von insgesamt ca. 70 - 80 Vol. -%, so dass dieses Gas

mit Luft ohne Schwierigkeiten ohne Stützfeuerung/In der Clausofen- oder Schwefel-

säureanlage verbrannt werden kann.

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Nachfolgend soll das erfindungsgemässe Verfahren an Hand des in der Abbildung dargestellten Fliessschemas noch weiter erläutert werden. Dae Fliessschema zeigt n_ur die für diesen Zweck erforderlichen Einrichtungen, während alle Nebeneinrichtungen, die nicht unmittelbar der Verfahrenserläuterung dienen, nicht dargestellt wurden.

Das bei einer Gasentschwefelung anfallende Sauergas wird \om nicht dargestellten Abtreiber durch die Leitung 1 zum Verdichter 2 geführt. In diesem wird es bis auf einen Druck von 8, 00 bis 12, 00 ata verdichtet und gelangt anschliessend über die Leitung 3 in den Wärmeaustauscher Hier wird das verdichtete Gas bis auf eine Temperatur von -35 bie -45 * C abgekühlt, wobei das in ihm vorhandene CO_? kondensiert. Das flüssige CO mit den gelösten anderen Gaskomponenten gelangt anschlieesend durch

dort erfolgenden die Leitung 5 zur Entspannungeeinrichtung 6. Bei der/Entspannung auf , einen Druck von 1, 05 bis 2, 00 ata desublimiert ein grosser Teil des flüssigen CO zu CO -Schnee. Beim Passieren des Wärmeaustauschers und der Kühleinrichtung 8 erfolgt eine weitere Abkühlung des entspannten Gasstromes bis auf eine Temperatur von -55 bis -65 * C, so dass auch noch der Rest des flüssigen CO in CO -Schnee übergeführt wird.

Das Gemisch aus CO -Schnee und Gas gelangt dann aus der Kühleinrichtung 8 über die Leitung 9 in den Abscheidebehälter 10, in dem die Abscheidung des CO -Schnees erfolgt. Die gasförmige Fraktion, die im wesent-

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lichen aus H_S + COS besteht, wird durch die im Oberteil des Abscheidebehälters 10 angeordnete Leitung 11 abgezogen. Gleichzeitig wird der abgeschiedene CO_?-Schnee durch die im Unterteil des Abscheidebehälters 10 angeordnete Schnecke 13 in die Leitung 14 gedrückt. Eventuell noch vorhandene flüssige Gasbestandteile werden durch die Leitung 12 abgezogen, die sich ebenfalls im Unterteil befindet.

Die Leitung 14 geht zunächst durch den Wärmeaustauscher 7 und kühlt dort den zum Abscheidebehälter 10 strömenden entspannten Gasstrom ab. Dabei wird gleichzeitig der in der Leitung 14 befindliche CO -Schnee erwärmt, so dass dieser sublimiert. Anschliessend gelangt das gasförmige CO in den Wärmeaustauscher 4, wo es im Wärmeaustausch mit dem verdichteten Sauergas eine weitere Aufwärmung erfährt. Durch die Leitung kann das CO dann seiner weiteren Verwendung zugeführt oder in die Atmosphäre abgelassen werden. Selbstverständlich kann das CO auch als CO.-

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Schnee unmittelbar aus der Leitung 14 abgezogen werden, wenn seine Verwertung in dieser Form vorgesehen ist.

Währenddeseen gelangt die gasförmige Fraktion, die im wesentlichen nur aus H-S + COS besteht, über die Leitung 11 in die Leitung 15, die ebenfalls zum Wärmeaustauscher 4 führt. In die Leitung 15 mündet auch die Leitung 12, durch die etwa noch vorhandene flüssige Gasbestandteile aus dem Abscheide behälter 10 abgezogen werden. Beim Passieren des Wärme-

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austauschers 4 wird die aus der Leitung 15 kommende HS + COS-Fraktion im Wärmeaustausch mit dem verdichteten Sauergas weiter erwärmt. Anschliessend gelangt die HS + COS-Fraktion über die Leitung 17 zur weiteren Verarbeitung in die Clausofen-Anlage 18 oder in die Schwefelsäure-Anlage 19. Beide Anlagen arbeiten nach bekannten Prinzipien, so dass hier auf weitere Einzelheiten ihrer Konstruktion und Arbeitsweise nicht näher eingegangen zu werden braucht. Die fertigen Produkte (Elementarschwefel bzw. H SO ) können durch die Leitungen 20 bzw. 21 abgezogen werden.

Die Kühleinrichtung 8 ist über den Kühlmittelkreislauf 22 mit der Kältemaschine 23 verbunden, durch die die erforderliche Kälte erzeugt wird. Der Motor 24 sorgt für den Antrieb der Schnecke 13.

Die Vorteile des erfindungsgemässen Verfahrens sollen nachfolgend durch den als Ausführungsbeispiel dienenden Vergleichsversuch weiter verdeutlicht werden.

Dabei sollen in beiden Fällen 20 000 Nm /h Sauergas in einer Clausofen-Anlage zu Elementarschwefel verarbeitet werden. Das Sauergae hat folgen de Zusammensetzung :

Co₂	N₂-	91.0	Vol.	Il
H₂S		7.0	Il	Il
COS		1.0	11	Il
co +		1.0	Il
	^fH2

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-y. 2 7 O Li O 5 6

4. 2. 1977 N 4718/7b Teil A :

Hier erfolgt die Verarbeitung der gegebenen Sauergasmenge in konventioneller Weise, Das heisst, das Sauergas mit der oben genannten Zusammensetzung kann nur in einer C laus ofen-Anlage verarbeitet werden, in der eine Stützfeuerung installiert worden ist, die mit reinem Sauerstoff arbeitet. Ausserdem muss eine Schwefelmenge zurückgeführt und mitverbrannt werden, die ein Mehrfaches der Eingangsmenge beträgt. In diesem Falle ergeben sich folgende Betriebsdaten :

Gasmenge zur Clausofen-Anlage 20 000 Nm /h Brenngas für Stützfeuerung ³ 045 Nm /h

Sauerstoff für Stützfeuerung 3 320 Nm /h

Kraftstrom i>00 kWh/h

Schwefelausbeute ca. 88 % ² °¹³ kg/h

Schwefelbelastung der Umwelt 275 kg/h

Teil B :

Hier wird das Sauergas zunächst der erfindungsgemäesen Aufarbeitung

unterworfen und nur die angereicherte HS + COS-Fraktion wird der Clausofen-Anlage zugeführt. Dabei ergeben sich folgende Betriebsdaten :

Gasmenge zum Clausofen 2 200 Nm /h

mit 1 600 Nm³/h HS + COS,
Rest CO + CO + \l + H

Kein Brenngas für eine Stützfeuerung Kein Sauerstoff für eine Stützfeuerung

Kraftstrom für Clausofen-Anlage 210 kWh Kraftstrom für Sauergaskompressoren ca. 2 200 kWh/h Kraftstrom für Kälteanlage ca. 1 200 kWh/h Schwefelausbeute ca. 97 % ca. 2 220 kg/h Schwefelbelastung der Umwelt ca. 68 kg/h

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Ein Kostenvergleich zwischen Teil A und Teil B ergibt folgendes Bild :

Die Kosten für die Clausofen-Anlage sind bei Teil A wegen der zu verarbeitenden grösseren Gasmengen mehr als doppelt so hoch wie bei Teil B. Zwar ist bei Teil B noch zusätzlich eine Kälteanlage erforderlich, trotz dem liegen die Kosten für die Gesamtanlage bei Teil B etwa 10 bis 15 % unter den entsprechenden Kosten bei Teil A. Für das gegebene Beispiel bedeutet dies in der Praxis bei den Anlagekosten eine Kosteneinsparung in der Grössenordnung von 1 bis 2 Millionen DM-Ähnlich liegen die Verhältnisse auch bei den laufenden Betriebskosten. Hier liegen die Kosten für die Betriebsstunde bei Teil B etwa 35 % unter den entsprechenden Kosten bei Teil A. In der Praxis bedeutet dies unter den gegebenen Bedingungen eine Kostenersparnis in der Grössenordnung von DM 250, - bis DM 300, - je Betriebsstunde.

Die wesentlichen Vorteile des erfindungsgemässen Verfahrens lassen sich somit wie folgt zusammenfassen :

Geringere Anlagekosten,

niedrigere Betriebskosten,

höhere Schwefelausbeute

und

geringere Umweltbelastung durch den

niedrigeren Schwefelgehalt des Claus -

ofen-Abgases .

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Claims

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Patentansprüche :

1.)) Verfahren zur Aufarbeitung des bei der Gasentschefelung anfallenden Sauergases, welches in einer nachgeschalteten Clausofen- und/oder Schwefelsäureanlage weiterverarbeitet wird, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte :

a) Verdichtung des Sauergasstromes bis auf einen Druck von8,00bis 12,00 ata,

b) Abkühlung des verdichteten Gasstromes bis auf eine Temperatur von -35 bis -45 ^β C,

c) Entspannung des abgekühlten Gasstromes bis auf einen Druck von 1,05 bis 2,00 ata,

d) weitere Abkühlung des entspannten Gasstromes bis auf eine Temperatur von -55 bis -65 * C

e) Einleitung des anfallenden Gemisches aus gasförmigen und festen Bestandteilen in einen Abscheidebehälter, in dem die Abscheidung des als fester Beetandteil anfallenden CO -Schnees erfolgt, worauf

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dieser und die im wesentlichen aus H-S und COS bestehende gasförmige Fraktion getrennt voneinander aus dem Abscheidebehälter abgezogen werden, wobei nur die im wesentlichen aus HS und COS

Ct

bestehende gasförmige Fraktion zur Weiterverarbeitung in die Clausofen- und/oder Schwefelsäureanlage eingeleitet wird.

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2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine im Abscheidebehälter sich eventuell abscheidende flüssige Fraktion separat aus diesem abgezogen und der gasförmigen Fraktion vor deren Weiterverarbeitung zugesetzt wird.

3.) Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abkühlung des Sauergasstromes im Wärmeaustausch mit den aus dem Abscheidebehälter abgezogenen Produktströmen erfolgt.

4.) Abscheidebehälter zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass dieser in seinem Unterteil mit einer von einem Motor (24) angetriebenen Schnecke (13) versehen ist, die in die Abzugsleitung (14) für den CO -Schnee mündet, und dass er ferner in seinem Oberteil eine Abzugsleitung (11) für die gasförmige Fraktion und in seinem Unterteil eine Abzugsleitung (12) für die flüssige Fraktion aufweist.

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