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Die Erfindung betrifft die Behandlung von Gasströmen, welche
Schwefelwasserstoff umfassen.
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Schwefelwasserstoff umfassende Gasströme werden
typischerweise als Abfallprodukte oder Nebenprodukte bei vielen
industriellen Prozessen gebildet. Beispielsweise werden
Kohlendioxid und Schwefelwasserstoff enthaltende Gasströme
typischerweise bei Ölraffiniervorgängen, bei denen Schwefel aus Rohöl
entfernt wird, erzeugt. Solche Schwefelwasserstoff
enthaltenden Ströme müssen vor ihrer Abgabe in die Atmosphäre behandelt
werden, um ihren Gehalt an schwefelhaltigen Gasen zu reduzieren
oder insgesamt zu entfernen. Ein wohlbekannter, in großem
Maßstab angewandter Prozeß zur Behandlung eines Schwefelwasserstoff
umfassenden Gasstromes ist das Claus-Verfahren. Dieses Verfahren
basiert auf der Reaktion zwischen Schwefelwasserstoff und
Schwefeldioxid unter Bildung von Schwefeldampf und Wasserdampf nach
folgender Gleichung:
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SO&sub2; + 2H&sub2;S = 2H&sub2;O + 3S
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In der Dampfhase existiert Schwefel in einer Anzahl von
unterschiedlichen Molekülformen wie S&sub2;, S&sub6; und S&sub8; in Abhängigkeit von
der Temperatur.
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Die erste Stufe des Claus-Verfahrens besteht darin, annähernd
ein Drittel des Schwefelwasserstoffs in dem eintretenden Gasstrom
zur Bildung von Schwefeldioxid und Wasserdampf nach folgender
Gleichung zu verbrennen:
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2H&sub2;S + 3O&sub2; = 2H&sub2;O + 2SO&sub2;
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Diese Verbrennungsreaktion erfolgt in einem geeigneten Ofen
und normalerweise wird Luft als Sauerstoffquelle für die Zwecke
der Verbrennung verwendet. Der Ofen ist so ausgelegt, daß die
Reaktion zwischen dem Schwefeldioxid und Schwefelwasserstoff
in der Verbrennungszone starten kann und sich dann in
Strömungsrichtung der Verbrennungszone fortsetzt. Es ist jedoch ein
Merkmal
der Claus-Reaktion, daß die Temperatur, welche durch die
Verbrennung von Schwefelwasserstoff erzeugt wird, es nicht
ermöglicht, mehr als etwa 75% des verbleibenden
Schwefelwasserstoffs zu Schwefel durch Reaktion mit Schwefeldioxid
umzuwandeln, und typischerweise werden zwischen 50 bis 70% des
Schwefelwasserstoffs umgewandelt. Es ist jedoch möglich, einen
höheren Umwandlungsprozentsatz in Anwesenheit eines Katalysators
bei einer Reaktionstemperatur in der Größenordnung von 200 bis
350ºC durch Reaktion des verbliebenen Schwefelwasserstoffs und
Schwefeldioxids zu erreichen. (Bei solchen "katalytischen"
Temperaturen wird ein umso höherer Prozentsatz der Umwandlung erreicht,
je niedriger die Temperatur ist). Daher werden die Gase, nachdem
sie aus dem sog. thermischen Bereich des Ofens austreten, auf
eine Temperatur abgekühlt, bei welcher der Schwefel, welcher in
dem Ofen gebildet wird, kondensiert. Der Schwefel wird so
gewonnen. Die Gase werden dann erneut auf eine für die Durchführung
einer katalysierten Reaktion zwischen Schwefelwasserstoff und
Schwefeldioxid geeignete Temperatur aufgeheizt, wobei eine
solche Temperatur typischerweise in der Größenordnung von 200ºC
liegt. Eine katalytische Reaktion wird dann durchgeführt, und
typischerweise werden etwa 60% des verbliebenen
Schwefelwasserstoffs zu Schwefel umgewandelt. Es ist jedoch immer noch
nicht möglich, eine 100%ige Umwandlung zu erreichen, da in der
Praxis Umwandlungen von mehr als 99,5% nur bei einer Temperatur
erreicht werden können, bei welcher der Schwefeldampf kondensiert
und auf diese Weise die Effektivität des Katalysators wesentlich
herabmindert. Daher wird die katalytische Oxidation von
Schwefelwasserstoff mit Schwefeldioxid typischerweise in mehr als einer
Stufe unter Durchführung zuerst einer Kondensation von
Schwefeldampf und dann Wiedererhitzen des Schwefelwasserstoff führenden
Gasstromes zwischen jeder Stufe durchgeführt.
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Verschiedene Methoden können angewandt werden, um das
Wiedererhitzen der Gase vor jeder katalytischen Stufe zu erreichen.
Beispielsweise kann ein kleiner Teil der Einspeisungsgasmischung
strömungsaufwärts von dem Ofen abgezweigt und in dem
Leitungssystem integrierten Brennern vollständig zum Schwefeldioxid
verbrannt werden, wobei typischerweise ein solcher Brenner
strömungsaufwärts
von jedem katalytischen Reaktor vorhanden ist.
Die heißen, Schwefeldioxid enthaltenen Gase werden dann mit
dem Hauptgasstrom strömungsaufwärts von jedem entsprechenden
katalytischen Reaktor vermischt, um das Wiederaufheizen zu
erreichen. Alternativ können Teile des Hauptgasstromes von z.B.
einem Abwärmeerhitzer, der zum Kühlen des den Ofen
verlassenden Hauptgasstromes verwendet wird, abgenommen werden und in
derselben Weise wie das Gas aus dem in der Leitung
integrierten Brenner eingesetzt werden. Eine weitere Alternative ist
die Anwendung eines indirekten Wärmeaustauschs mit
beispielsweise Dampf zur Herbeiführung des Wiedererhitzens.
Typischerweise wird der nach Durchführung von zwei oder drei solcher
Stufen in der strömungsabwärts letzten Stufe gebildete Schwefel
aus dem Gasstrom kondensiert, welcher dann zu einem an sich
bekannten Endgasreinigungsprozeß zur Behandlung relativ
verdünnter Schwefelwasserstoffströme (z.B. einem Scot-, Beavon-
oder Stretford-Prozeß) geführt wird oder der dann verbrannt
wird.
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Zahlreiche Variationen dieses grundlegenden
Claus-Verfahrens sind möglich. Einige dieser Abänderungen sind in der
Veröffentlichung "Sulfur Costs vary with Process Selection" von
H. Fischer, Hydrocarbon Processing, März 1979, S.125 bis 129,
zusammengestellt.
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In neuerer Zeit gab es einen Trend hin zur Verwendung von
Rohölen mit relativ hohen Schwefelgehalten und ebenso einen
Trend zu strengeren Umweltnormen, insofern die Abgabe von
schwefelhaltigen Gasen an die Atmosphäre betroffen ist, so daß eine
erhöhte Anzahl von Behandlungen von Schwefelwasserstoff
führenden Stömungen und damit mehr Behandlungskapazität für
Schwefelwasserstoff enthaltende Gase erforderlich wurde.
Beispielsweise ist, falls möglich, die Erhöhung der Geschwindigkeit, mit
welcher eine vorhandene Claus-Anlage zur Herstellung von
Schwefel in der Lage ist, wünschenswert. In der Praxis ist die
Fähigkeit solcher Anlagen zur Handhabung eines erhöhten Durchsatzes
von Schwefelwasserstoff enthaltenem Gas begrenzt. Tatsächlich
wurde festgestellt, daß zur Zuführung des erforderlichen
Sauerstoffs zur Verbrennung annähernd 14 Volumina Luft für jeweils
sechs Volumina an Schwefelwasserstoff in der Gasmischung
erforderlich sind. Beispielsweise wurde in dem Aufsatz mit dem Titel
"Oxygen Use in Claus Sulphur Plants" von M.R. Gray und W.Y.Svrcek,
1981, Gas Conditioning Conference, Oklahoma, 1981, und in einem
Aufsatz mit dem Titel "Modifications Jump Sulphur Recovery Plant
Capacity", Oil and Gas Journal, 20. August 1984, S.108 bis 112,
vorgeschlagen, daß die Kapazität von vorhandenen Claus-Verfahren
dadurch erhöht werden kann, daß ein gewisser Anteil an
handelsüblich reinem Sauerstoff anstelle von Luft verwendet wird und
auf diese Weise der Anteil von Stickstoff in der Gasmischung,
welche durch den Prozeß strömt, herabgesetzt wird. In der Praxis
ist jedoch bei zahlreichen Anlagen der Verbesserungsgrad,
welcher nach dieser Methode erreicht werden kann, beschränkt, da
die Tendenz besteht, daß das reduzierte Stickstoffvolumen zu
höheren Austrittstemperaturen aus dem Ofen führt, welche von
dem Abhitzekessel oder Wärmeaustauscher, der mit dem Ofen
verbunden ist, oder von der feuerfesten Auskleidung des Ofens
nicht ausgehalten werden. Tatsächlich ist bei umso
konzentrierterem (an Schwefelwasserstoff) Gasstrom die Möglichkeit zur
Erzielung einer signifikanten Beschleunigung umso geringer,
wobei eine solche Möglichkeit oftmals besonders beschränkt für
Einspeisungsgasströme wird, welche 80 Vol.-% oder mehr
Schwefelwasserstoff einschließen. Ein weiterer Vorschlag zur Verwendung
von reinem Sauerstoff beim Claus-Verfahren ist in der
US-Patentschrift 3 681 024 und der entsprechenden kanadischen
Patentschrift 854 094 angegeben. Diese Patentschriften beschreiben
das Verbrennen eines Drittels eines Schwefelwasserstoffstromes
mit Sauerstoff von etwa 95% Reinheit. Die abgegebenen Gase der
Anlage aus einer oder zwei katalytischen Reaktoreinheiten wird
zu einem Wasserwäscher geschickt, um den Wassergehalt in der
austretenden Strömung zu reduzieren, und eine ausreichende Menge
des aus dem Reinigeer austretenden Gases wird zur Verdünnung
der Sauerstoffeinspeisung rückgeführt, so daß die
Ofentemperatur im wesentlichen äquivalent zu der beim Betrieb mit Luft
erreichten Temperatur ist.
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Von diesem Verfahren wird angegeben, daß es den Vorteil
besitzt, die Reduzierung der Anlagengröße zu ermöglichen.
Jedoch sind existierende Anlagen, welche mit dem Ziel der
Verwendung von Luft zur Aufrechterhaltung der Verbrennung des
Schwefelwasserstoffs konstruiert wurden, nicht in einfacher Weise
für die Durchführung des in der US-Patentschrift 3 681 024
beschriebenen Verfahrens konvertibel, und dieses Verfahren hat
keinen kommerziellen Anklang gefunden. Darüber hinaus bedingt
die Praxis der Rückführung einer Gasmischung, welche durch die
thermische Reaktionszone durchgetreten ist, zu der thermischen
Reaktionszone eine Begrenzung des Ausmaßes, um welches die
Größe des die thermische Reaktionszone definierenden Ofens
reduziert werden kann, insbesondere falls der eintretende
Schwefelwasserstrom mehr als z.B. 50 Vol.-% Schwefelwasserstoff
enthält. Die US-Patentschriften 3 331 733 und 4 552 747 sind
weitere Beispiele für Vorschläge, bei denen Gas zur Herabsetzung
der Temperatur in dem thermischen Reaktor rezirkuliert wird.
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In Ölraffinerien werden zwei Schwefelwasserstoff führende
Abgasströme typischerweise gebildet. Einer ist als Amingas
bekannt. Amingas ist Gas, das mittels einer Aminabsorptions- und
Regenerationseinheit, wie sie typischerweise in einer Raffinerie
zur Gewinnung von Schwefelwasserstoff aus Raffineriegasen
eingesetzt werden, gewonnen wird. Das Amingas kann zusätzlich
Schwefelwasserstoff-reiches Gas einschließen, das aus einer
Restgasreinigungseinheit einer Claus-Anlage oder einer anderen
Quelle rückgeführt wird. Das Amingas schließt typischerweise
in der Größenordnung von 90 Vol.-% Schwefelwasserstoff ein. Das
andere Gas ist aus Sauerwasserabstreifergas bekannt.
Sauerwasserabstreifergas ist das Gas, welches durch Abstreifen von H&sub2;S,
Ammoniak und Kohlenwasserstoffen aus kontaminiertem Wasser, wie
dies typischerweise in einer Raffinerie durchgeführt wird,
erzeugt wird. Sauerwasserabstreifergas schließt typischerweise
einen viel kleineren Anteil von Schwefelwasserstoff, z.B.
weniger als 40%, ein, jedoch zusätzlich einen beträchtlichen Anteil
von Ammoniak, manchmal bis zu 40 Vol.-% oder mehr. Ein
weiterer Schwefeldioxid enthaltender Strom aus beispielsweise einer
Abgasentschwefelungseinheit kann, falls vorhanden, ebenfalls
mit dem Sauerwasserabstreifergas kombiniert werden. Bei der
konventionellen Praxis werden Sauerwasserabstreifergas und
Amingas zusammengemischt, um die in den Reaktionsofen des Claus-
Verfahrens eintretende Gasmischung zu bilden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung
eines verbesserten Verfahrens zur Gewinnung von Schwefel aus
Schwefelwasserstoff, welches in der Lage ist, die Volumina an
"Ballastgas" wie Stickstoff, welche durch den
Schwefelgewinnungsprozeß durchlaufen, zu minimieren, und bei welchem ein erster
Strom von Schwefelwasserstoff enthaltenem Gas für einen Teil
des Prozesses getrennt von einem zweiten Strom an
Schwefelwasserstoffgas einer verschiedenen Zusammensetzung von derjenigen
des ersten Stromes behandelt wird.
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Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zur Gewinnung von
Schwefel aus Gasmischungen, welche Schwefelwasserstoff
einschließen, bereitgestellt, wobei dieses das Durchleiten eines
ersten, Schwefelwasserstoff einschließenden Gasstromes in einen
ersten Verbrennungsbereich, in welchem wenigstens 50% des
Schwefelwasserstoffgehaltes des ersten Stromes unter Bildung von
Schwefeldioxid und Wasserdampf verbrannt werden, und dann das
Abkühlen des ersten Stromes, das Verbrennen von weniger als
einem Drittel des Schwefelwasserstoffgehaltes eines zweiten,
Schwefelwasserstoff einschließenden Gasstromes unter Bildung
von Schwefeldioxid und Wasserdampf in einem zweiten
Verbrennungsbereich, die Aufrechterhaltung der Verbrennung von
Schwefelwasserstoff in sowohl dem ersten als auch dem zweiten
Verbrennungsbereich mit Sauerstoff oder sauerstoffangereicherter Luft,
die Umsetzung von Schwefelwasserstoff mit Schwefeldioxid in
einem mit dem zweiten Verbrennungsbereich verbundenen
thermischen Reaktionsbereich zur Bildung von Schwefeldampf und
Wasserdampf, die Extraktion dieses Schwefeldampfes aus der erhaltenen
Gasmischung und die Reaktion des restlichen
Schwefelwasserstoffes in der Gasmischung mit restlichem Schwefeldioxid zur
Bildung von weiterem Schwefeldampf und Wasserdampf und dann
die Extraktion des weiteren Schwefeldampfes umfaßt, worin
wenigstens ein Teil des gekühlten ersten Stromes in den zweiten
Verbrennungsbereich oder den hiermit verbundenen thermischen
Bereich (oder beide) eingeführt wird, und der erste Strom eine
von dem zweiten Strom verschiedene Zusammensetzung besitzt.
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Vorzugsweise wird im wesentlichen der gesamte
Schwefelwasserstoffgehalt des ersten Stromes zur Bildung von
Schwefeldioxid und Wasserdampf verbrannt.
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Typischerweise wird die Reaktion zwischen dem restlichen
Schwefelwasserstoff in der Gasmischung mit dem restlichen
Schwefeldioxid über einen Katalysator durchgeführt. Eine
geeignete Menge (im allgemeinen etwa ein Drittel) des
Gesamtschwefelwasserstoffgehaltes des ersten und des zweiten Stromes wird
in den jeweiligen Verbrennungsbereichen verbrannt, so daß das
Molverhältnis von Schwefelwasserstoff zu Schwefeldioxid in der in
die Katalysatorstufe eintretenden Gasmischung etwa 2 zu 1
beträgt.
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Vorzugsweise umfaßt der erste Gasstrom Amingas und der
zweite Gasstrom eine Mischung von Amingas und
Sauerwasserabstreifgas. Alternativ kann der erste Gasstrom
Sauerwasserabstreifgas und der zweite Gasstrom eine Mischung von Amingas
und Sauerwasserabstreifgas umfassen.
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Vorzugsweise wird nur ein Teil des gekühlten ersten
Gasstromes zu dem zweiten Verbrennungsbereich und/oder dem
hiermit verbundenen thermischen Reaktionsbereich geleitet, wobei
der Rest zu dem ersten Gasstrom rückgeführt wird. Anstelle
einer solchen Rückführung eines Teiles des ersten Gasstromes
zu dem ersten Verbrennungsbereich kann ein externer
Moderierungsstoff wie flüssiges Wasser in den ersten
Verbrennungsbereich eingeführt werden, um die Temperatur hierin zu steuern.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann auf einer Anlage,
welche für diesen Zweck angepaßt gebaut wurde, durchgeführt
werden. Es ist jedoch ebenfalls möglich, das erfindungsgemäße
Verfahren auf einer existierenden Anlage zur Durchführung des
Claus-Verfahrens durchzuführen, wobei eine Notwendigkeit nur
für einige kleinere Modifikationen der Anlage besteht. So kann
ein existierender Claus-Ofen verwendet werden, um den zweiten
Verbrennungsbereich und seinen hiermit verbundenen thermischen
Reaktionsbereich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
bereitzustellen, und der erste Verbrennungsbereich, ein geeigneter
Wärmetauscher und typischerweise ein Rückführgebläse können zu der
vorhandenen Anlage zugefügt werden. Die Rückführung von einem
kleinen Anteil des gekühlten Gases zu dem ersten
Verbrennungsbereich macht die Verwendung eines größeren Ofens, welcher den
ersten Verbrennungsbereich definiert, als bei der Verwendung
von flüssigem Wasser als Moderierungsstoff erforderlich, bietet
jedoch den Vorteil, daß ein gesteigerter Durchsatz des Claus-
Ofens möglich wird. In einigen Beispielen gemäß der Erfindung
wurde berechnet, daß die Möglichkeit besteht, den Durchsatz
einer existierenden Claus-Anlage um mehr als das Zweifache
durch ihre Anpassung zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens zu erhöhen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird im folgenden bei
spielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben, hierin sind:
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Fig. 1 ein schematisches Diagramm, welches eine erste
Anlage zur Verwendung bei der Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens illustriert, und
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Fig. 2 ein schematisches Diagramm, welches eine zweite
Anlage zur Verwendung bei der Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens illustriert, und
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Fig. 3 ein schematisches Diagramm einer Behandlungsanlage,
welche entweder zu der in der Fig. 1 oder zu der in der Fig.2
gezeigten Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens zugefügt werden kann.
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In Fig. 1 der Zeichnung wird Amingas längs einer Leitung 2
und Sauerwasserabstreifgas längs einer Leitung 4, welche sich
parallel mit einem Teil der Leitung 2 erstreckt, geleitet. Die
Leitung 2 endet in einer Vereinigung zwischen einem
Leitungsrohr 6 und einem Leitungsrohr 8. Ein kleinerer Anteil des
Amingases tritt in das Leitungsrohr 6 und der restliche Teil in
das Leitungsrohr 8, in welchem die Rohrleitung 4 endet. So wird
ein erster, Amingas umfassender Gasstrom und ein zweiter, eine
Mischung von Amingas und Sauerwasserabstreifgas umfassender
Strom gebildet.
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Zunächst wird die Strömung des ersten Gasstromes
betrachtet; dieser Gasstrom wird mit Moderiergas bei einer Vereinigung
des Leitungsrohres 6 mit einem Leitungsrohr 10 für Moderiergas
gemischt. Die Bildung des Moderiergases wird im folgenden
beschrieben. Die Mischung wird zu einem Brenner 12 geführt,
welcher in einem einen ersten Verbrennungsbereich 16 bildenden
Ofen 14 feuert. Der Brenner 12 wird weiterhin mit reinem
Sauerstoff durch einen Einlaß 18 versorgt. In dem ersten
Verbrennungsbereich 16 wird das meiste oder die Gesamtmenge des
Schwefelwasserstoffs und der gesamte Kohlenwasserstoffgehalt des
in den Brenner 12 eintretenden Gases vollständig mit dem
Ergebnis verbrannt, daß Schwefeldioxid, Wasserdampf und Kohlendioxid
gebildet werden. Das Vermischen des Moderiergases mit dem ersten
Gasstrom stellt sicher, daß eine übermäßige Temperatur innerhalb
des Ofens 14 nicht herbeigeführt wird. Typischerweise können
die Gase den Ofen 14 mit einer Temperatur im Bereich von 1250ºC
verlassen. Die erhaltenen Gase umfassen typischerweise eine
Mischung aus Schwefeldioxid, Wasserdampf und Kohlendioxid, falls
eine stöchiometrische Verbrennung durchgeführt wird, wenn
jedoch die Verbrennung unter-stöchiometrisch ist, sind noch etwas
Schwefelwasserstoff und Schwefeldampf vorhanden. Die Gase
werden dann in einem Wärmetauscher 20 abgekühlt, den sie
typischerweise mit einer Temperatur von nicht mehr als 300ºC verlassen.
Normalerweise wird ein Gebläse 22 betrieben, um den Gasfluß
aus dem Ofen 14 durch den Wärmetauscher 20 sicherzustellen und
einen Teil dieses Gases zu der Leitung 10 (wobei dieser Teil
des Gases so das Moderiergas bildet) und den Rest des Gases
zu dem Leitungsrohr 8 in einem Bereich strömungsabwärts von
der Vereinigung des Leitungsrohres 8 mit dem Rohr 4 zu
verteilen.
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Eine Mischung des zweiten Gassstromes und des aus dem
Wärmetauscher 20 in den zweiten Gasstrom geführten Gases
strömen in einen Brenner 24, welcher in einen zweiten Ofen 26, der
einen zweiten Verbrennungsbereich 28 und einen Bereich 30 für
die thermische Reaktion bildet, feuert. In dem
Verbrennungsbereich 28 wird ein Teil des Schwefelwasserstoffs zu
Wasserdampf und Schwefeldioxid verbrannt. In dem in den
Verbrennungsbereich 28 eintretenden Gas enthaltenes Ammoniak wird zu
Stickstoff und Wasserdampf oxidiert und vorhandener
Kohlenwasserstoff zu Wasserdampf und Kohlendioxid oxidiert. Um die
Verbrennung durchzuführen, wird reiner Sauerstoff zu dem Brenner
24 über einen Einlaß 32 mit einer solchen Rate zugeführt, daß
in der in den zweiten Verbrennungsbereich eintretenden
Gasmischung vorhandenes Ammoniak und irgendwelche vorhandenen
Kohlenwasserstoffe vollständig oxidiert werden, sowie derart,
daß das Molverhältnis von Schwefelwasserstoff zu Schwefeldioxid
in den erhaltenen Reaktionsprodukten in der Größenordnung von
2 zu 1 liegt.
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Die Reaktion zwischen Schwefelwasserstoff und
Schwefeldioxid erfolgt im Ofen 26, insbesondere den thermischen
Reaktionsbereich 30. Die Reaktion zwischen Schwefelwasserstoff und
Schwefeldioxid ist derart, daß etwa 50 bis 70 % des
Schwefelwasserstoffs in der Gesamtmenge von Amingas und
Sauerwasserabstreifgas zu Schwefel zu dem Zeitpunkt umgewandelt werden,
zu dem das den Ofen 26 verlassende Gas in einen Abhitzekessel
34 eintritt, der mit einem Auslaß 36 des Ofens 26 in Verbindung
steht. Typischerweise verläßt das Gas den Ofen 26 mit einer
Temperatur im Bereich von 1350 bis 1650ºC, vorzugsweise
1400-1550ºC, und verläßt den Abhitzekessel 34 mit einer Temperatur
von 315ºC.
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Bei einem Beispiel des Betriebes der Fig. 1 gezeigten
Anlage strömt ein Amingas, bestehend aus 89 Vol.-%
Schwefelwasserstoff, 5 Vol.-% Wasserdampf, 5 Vol.-% Kohlendioxid und 1
Mol-% Ethan, in die Rohrleitung 2 mit einer Menge von 200 kMol/h
und einer Temperatur von 43,3ºC, sowie ein
Sauerwasserabstreifgas, bestehend aus 26 Vol.-% Schwefelwasserstoff, 30 Vol.-%
Wasserdampf, 43 Vol.-% Ammoniak und 1 Vol.-% Ethan, strömt in
die Rohrleitung 4 mit einer Menge von 209,01 kMol/h und bei
einer Temperatur von 82,2ºC. 74,65 kMol/h des Amingases werden
eingesetzt, um einen ersten Gasstrom zu bilden, und sie werden
durch das Leitungsrohr 6 geführt und mit 525,14 kMol/h an aus
dem Leitungsrohr 10 angelieferten Moderiergas vermischt. Das
erhaltene Gasgemisch wird mit einer Menge von 599,79 kMol/h in
den Brenner 12 geleitet und in dem Verbrennungsbereich 16 mit
102,27 kMol/h reinem Sauerstoff verbrannt. Als Ergebnis der
Verbrennung wird ein Gasgemisch, bestehend aus 50,26 Vol.-%
Wasserdampf, 46,12 Vol.-% Schwefeldioxid und 3,62 Vol.-%
Kohlendioxid, gebildet. Dieses Gasgemisch wird von 1250ºC in dem
Wärmetauscher auf 300ºC gekühlt, und es werden 525,14 kMol/h
zur Bildung des Moderiergases verwendet, während der Rest
(144,07 kMol/h) mit dem Sauerwasserabstreifgas in dem
Leitungsrohr und den restlichen 125,38 kMol/h der Aminlösung vermischt
wird.
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Die erhaltene Mischung wird zu dem Brenner 24 geführt und
in dem zweiten Verbrennungsbereich 26 in Anwesenheit des reinen
Sauerstoffs, welcher zu dem Brenner 24 in einer Menge von
90,86 kMol/h angeliefert wird, verbrannt. Stickstoff,
Wasserdampf, Kohlendioxid und Schwefeldioxid werden als Ergebnis der
Verbrennung gebildet, und es gibt eine Reaktion zwischen
Schwefeldioxid und Schwefelwasserstoff in dem Bereich 30 der
thermischen Reaktion unter Bildung von Schwefeldampf und thermischem
Wasserdampf. Typischerweise werden mehr als 50%, jedoch
weniger als 55% des Schwefelwasserstoffgehaltes des Amingases und
des Sauerwasserabstreifgases auf diese Weise zu Schwefeldampf
umgewandelt, und das den Abhitzekessel 34 in einer Menge von
570,50 kMol/h verlassende Gasgemisch hat (unter Ausschluß von
Schwefeldampf) folgende Zusammensetzung in Volumen: H&sub2; 1,664%;
N&sub2; 8,118%; CO 0,060%; CO&sub2; 2,204%; H&sub2;S 11,836%; COS 0,038%;
SO&sub2; 6,918%; CS&sub2; 0,981%; H&sub2;O 68,182%.
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Die in der Fig. 2 gezeigte Anlage ist im wesentlichen
gleich wie die in Fig. 1 gezeigte. Der einzige Unterschied ist,
daß der erste Gasstrom dadurch gebildet wird, daß ein Teil des
Sauerwasserabstreifgases aus der Rohrleitung 4 entnommen wird
statt des Teiles des Amingases aus der Rohrleitung 2. Daher
umfaßt die zweite Gasströmung das gesamte Amingas und einen
Teil des Sauerwasserabstreifgases. Daher kommuniziert das
Leitungsrohr 6 in der in Fig. 2 gezeigten Anlage mit dem
Leitungsrohr 4 statt mit dem Leitungsrohr 2. In den anderen Punkten
ist die in der Fig. 2 gezeigte Anlage dieselbe wie die in
Fig. 1 gezeigte Anlage. Darüber hinaus ist der Betrieb der in
Fig. 2 gezeigten Anlage mit Ausnahme der Strömungsmengen und
Zusammensetzungen der Gasmischungen dieselbe wie diejenige der
in Fig. 1 gezeigten Anlage.
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In einem typischen Beispiel für einen Betrieb der in Fig.2
gezeigten Anlage wird Amingas, umfassend 89 Vol.-%
Schwefelwasserstoff, 5 Vol.-% Wasserdampf, 5 Vol.-% Kohlendioxid und
1 Vol.-% Ethan, in einer Menge von 200 kMol/h bei einer
Temperatur von 43,3ºC in die Rohrleitung 2 geführt.
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Sauerwasserabstreifgas mit einer Zusammensetzung von
26 Vol.-% Schwefelwasserstoff, 30 Vol.-% Wasser, 43 Vol.-%
Ammoniak und 1 Vol.-% Ethan wird in einer Menge von 209,01 kMol/h
bei einer Temperatur von 82,2ºC in die Rohrleitung 4 geführt.
Ein Teil dieses Sauerwasserabstreifgases wird (in einer
Menge von 122,71 kMol/h) zur Bildung des ersten Gasstromes
verwendet. Der Rest (86,30 kMol/h) wird mit dem Amingas zur
Bildung des zweiten Gasstromes vermischt. Der erste Gasstrom
wird mit Moderiergas, das zu der Rohrleitung 10 in einer Menge
von 536,02 kMol/h zugeführt wird, vermischt, und das erhaltene
Gemisch wird in einer Menge von 658,73 kMol/h zu dem Brenner 12
geführt und in dem Verbrennungsbereich 16 verbrannt. 91,5 kMol/h
Sauerstoff werden zu dem Brenner 12 zur Unterstützung der
Verbrennung in den Verbrennungsbereich 16 zugeführt. In dem
Verbrennungsbereich 16 wird der gesamte, in den Brenner 12
eintretende Schwefelwasserstoff vollständig zu Wasserdampf und
Schwefeldioxid oxidiert, das gesamte Ethan zu Kohlendioxid und
Wasserdampf oxidiert und die Gesamtmenge des Ammoniaks zu
Stickstoff und Wasserdampf umgewandelt. Das erhaltene Gas verläßt
den Ofen 14 in einer Menge von 749,89 kMol/h und einer
Temperatur von 1250ºC und wird auf etwa 300ºC in dem Wärmetauscher 20
abgekühlt. 536,03 kMol/h des abgekühlten Gasgemisches wird als
das zuvor beschriebene Moderiergas eingesetzt, während der Rest
von 211,81 kMol/h mit den Gasen in dem Leitungsrohr 8 vermischt
wird und die erhaltene Mischung zu dem Brenner 24 geführt
wird. Der Brenner 24 feuert in den Verbrennungsbereich 28, wo
das gesamte Ammoniak und das gesamte Ethan vollständig zu
Stickstoff und Wasserdampf bzw. Kohlendioxid und Wasserdampf
oxidiert werden, und ausreichend Schwefelwasserstoff wird
vollständig zu Schwefeldioxid und Wasserdampf oxidiert, damit
das Molverhältnis von Schwefelwasserstoff zu Schwefeldioxid
in dem erhaltenen Gasgemisch in der Größenordnung von 2 zu 1
liegt.
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Die Reaktion erfolgt zwischen dem Schwefelwasserstoff und
dem Schwefeldioxid, insbesondere in dem Bereich 30 der
thermischen Reaktion. Von 60 bis zu 65% des Schwefelwasserstoffs in
den eintretenden Gasströmen wird daher zu Schwefel umgewandelt,
und 565,54 kMol/h Gas verlassen den Abhitzekessel 34 bei etwa
1450ºC. Dieses Gas hat folgende Zusammensetzung in Volumen:
H&sub2; 2,040%; N&sub2; 8,233 %; CO 0,122 %; CO&sub2; 2,183 %; H&sub2;S 9,142 %;
COS 0,070 %; SO&sub2; 5,562 %; CS&sub2; 0,956 %; H&sub2;O 71,690 %.
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Da im Betrieb das die in den Fig. 1 und 2 gezeigten
Anlagen verlassende Gas einen beträchtlichen Anteil an
schwefelhaltigen Gasen enthält (Schwefelwasserstoff und Schwefeldioxid),
ist eine weitere Behandlung erforderlich. Diese Behandlung
wird in der in der Fig. 3 gezeigten Anlage durchgeführt, welche
mit dem Auslaß des Abhitzekessels 34 einer der in den Fig.1
und Fig. 2 gezeigten Anlagen in Verbindung steht. Die in der
Fig. 3 gezeigte Anlage schließt einen ersten
Schwefelkondensavor 38 ein, der zum Auskondensieren des
Schwefeldampfgesamtmenge aus dem Gasgemisch und zu seiner Überführung zu einer
geschlossenen Schwefelabstichgrube arbeitet. Das Gasgemisch
tritt aus dem Kondensator 38 mit einer Temperatur von etwa
140ºC aus und wird dann in einem Wärmetauscher 40 bis auf einen
Temperaturbereich von 220-250ºC wiedererhitzt. Das
Wiedererhitzen kann nach einer beliebigen der auf dem Fachgebiet
bekannten Methoden erfolgen. Das wiedererhitzte Gasgemisch wird dann
durch einen katalytischen Reaktor 42 geführt, in welchem die
Reaktion zwischen restlichem Schwefelwasserstoff und
Schwefeldioxid zur Bildung von weiterem Schwefeldampf und Wasserdampf
stattfindet. Diese Reaktion tritt über einen Katalysator auf,
welcher typischerweise vön konventioneller Bauart ist, z.B.
einem aktivierten Aluminiumoxid. Da die katalytische Reaktion
zwischen Schwefelwasserstoff und Schwefeldioxid niedrigere
Temperaturen erfordert und diese Reaktion exotherm ist, gibt
es einen Temperaturanstieg in dem ersten katalytischen
Reaktor 42 und daher besitzt das diesen Reaktor 42 verlassende
Gasgemisch typischerweise eine Temperatur in der
Größenordnung von 300-350ºC. Eine höhere Auslaßtemperatur könnte eine
erhöhte Hydrolyse von irgendwelchem Kohlenoxysulfid und
Kohlendisulfid verstärken, welche in dem in den Reaktor 42
eintretenden Gasgemisch vorhanden sind.
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Aus dem katalytischen Reaktor 42 tritt das Gasgemisch
durch einen zweiten Schwefelkondensator 44, in welchem
Schwefel aus dem Gasgemisch auskondensiert wird. Das erhaltene
Schwefelkondensat wird zu der geschlossenen
Schwefelabstichkammer 54 geführt. Strömungsabwärts vom Schwefelkondensator
44 wird das Gasgemisch in einen Wärmetauscher 46 von einer
Temperatur von beispielsweise 140ºC bis auf eine Temperatur
im Bereich von beispielsweise 200-220ºC wiedererhitzt. Die
Gasströmung tritt dann durch einen zweiten katalytischen
Reaktor 48, wo eine weitere Reaktion zwischen verbliebenem
Schwefelwasserstoff und verbliebenem Schwefeldioxid unter Bildung
von Wasserdampf und Schwefeldampf unter Freisetzung von Wärme
erfolgt, so daß die Temperatur typischerweise in der
Größenordnung von 50ºC beim Durchtritt vom Einlaß zu dem Auslaß des
katalytischen Reaktors 48 ansteigt. Der in dem zweiten
katalytischen Reaktor eingesetzte Katalysator ist typischerweise
derselbe Katalysator, wie er in dem ersten katalytischen
Reaktor verwendet wurde. Nach dem Verlassen des zweiten
katalytischen Reaktors 48 tritt das Gasgemisch durch einen dritten
Schwefelkondensator 50, welcher Schwefel aus dem Gasstrom
kondensiert. Das Schwefelkondensat wird zu der geschlossenen
Schwefelabstichkammer 54 geführt. Der Gasstrom verläßt einen
dritten Schwefelkondensator 50 und kann, falls gewünscht, zu
einer weiteren Reihe von Stufen zur Wiedererhitzung,
katalytischen Reaktion und Kondensation (nicht wiedergegeben) geführt
werden, oder, wie gezeigt, kann in eine
Restgasreinigungsanlage 52 eintreten, in welcher übriggebliebene
Schwefelverbindungen entfernt werden und aus der ein "sauberer Gasstrom"
zur Atmosphäre abgegeben wird. Die Restgasreinigungsanlage 52
kann von konventioneller Bauart sein.