TRATAMIENTO DE UNA CORRIENTE DE GAS QUE CONTIENE SULFURO DE HIDRÓGENO
Esta invención se relaciona con el tratamiento 5 de una corriente de gas que comprende sulfuro de hidrógeno . Las corrientes de gas sulfurosas que contienen sulfuro de hidr geno, por ejemplo, se forman como productos secundarios de operación de refinación de gas y Q petróleo Los ejemplos de corrientes de gas sulfurosas que contienen sulfuro de hidrogeno eon productos de pozos de gas natural, corrientes de gas de cola para estas fuentes industriales como las unidades de hidrodesul furación o hidro tra t amiento de una refinería de _5 petróleo o una planta para fabricación de gas de síntesis La corriente de gas sulfurosa contiene típicamente menos de 4 0% en volumen de sulfuro de hidrógeno en ocasiones menos de 10% en volumen. Otros 0 componentes gaseosos de corrientes de gas sulfurosas incluyen típicamente dióxido de carbono. amoniaco e hidrocarburos. De manera convencional, estas corrientes de gas primero se concentran y luego se tratan mediante el proceso de Claus El paso de concentración comprende 5 típicamente absorber sulfuro de hidrógeno en una solución
acuosa de una amina apropiada, y luego desorber el sulfuro de hidrógeno a partir de Ja solución acuosa De manera típica la corriente de gas resultante comprende cuando menos 40% en volumen de sulfuro de hidrógeno, y frecuentemente máe de 70% La corriente de gas resultante también contiene dióxido de carbono, las proporciones relativas cié sulfuro de hidrógeno y dióxido de carbono dependiendo de la selectividad del absorbente de amina selección ndo para sulfuro de hidrógeno Estas corrientes ele gas frecuentemente se denominan "corrientes de gas acidas" De manera convencional, estas corrientes de gas acidas se traían mediante el proceso de daus Una corriente de gas acida se puede mezclar corriente arriba del tratamiento mediante el proceso de Claus con una llamada corriente de gas de depurador de agua sulfurosa que comprende t ? ?< -amenté sulfuro de hidrógeno, vapor de agua, y amoníaco El proceso de Claus típicamente incluye una etapa térmica inicial en la que parte dei contenido de sul fui o de hidrógeno de la corriente de gas se somete a combue tic para formar dióxido de azufre y vapor de agua Ll dióxido de azufre reacciona en el horno de combustión con el sulfuro de hidrógeno residual para formar ''apor de azufre y vapor de agua La reacción entre el d oxide de azufre y el sulfuro de hicrogeno no
prosigue hasta la terminación en el horno De manera típica dos o tres etapas adicionales de reacción entre el sulfuro de hidrógeno y el dióxido de azufre se requieren para lograr, digamos 98%, de conversión a azufre en el sulfuro de hidrógeno entrante La reacción estas etapas adicionales se cataliza con vapor de azufre que se elimina del vapor de gas corriente arriba de cada etapa catalítica Las plantas de Claus, por lo tanto son instalaciones grandes que emplean léenos aranaes ele catalizadores Las normas ambientales rrodernas típicamente necesitan el alcance de eficiencias ae conversión superiores a 98% A fin de llenar estas normas se añade típicamente una "unidad ele limpieza de gas de cola" agrande a la planta de Claus Algunas reducciones en el tamaño de una planta de Claus se pueden lograr si el gas que se utiliza para sustentar la combustión de parte del sulfuro de hidrógeno en aire enriquecido con oxígeno en lugar de aire atmosférico (no enriquecido con oxígeno) EP-A-565 J 6 se relaciona con un proceso que es operable para reducir o elimina: los requisitos ae catalizador ae la reacción entre sulfuro de hidrógeno y dióxido de azufre El concepto que queda ajo le mayoría de los ejemplos del proceso de conformidad con ER-A-565 316 es que reciclando sulfuro de hidrógeno e l horno, se
puede lograr en el mismo una conversión efectiva elevada de sulfuro de hidrógeno a azufre limitando de esta manera la cantidad de reacción catalítica de sulfuro de hidrógeno y dioxido de azufre corriente abajo del horno 5 A fin ele formar la corriente de reci c culación de sulfuro de hidrógeno la corriente de gas desde el horno corriente abajo de un condensador para extraer vapor de azufre, se somete a hidrogenación catalítica ele manera de reducir nuevamente el sulfuro de hidrógeno a todo el 0 dióxido de azufre presente. La mayor parte del vapor de agua se condensa o se elimina de otra manera a partir de la corriente de gas reducida y la corriente de gas reducida agotada en vapor de agua resultante se divide en dos partes, una parte siendo regresada al horno, y la
]_5 otra parte siendo sometida a tratamiento adicional, de manera típica en una planta de Claus asociada de clase convencional A fin ele mantener temperaturas adecuadas en el horno la fuente de moléculas de oxígeno que se utilizan para sustentar la combustión en el mismo es una
2o fuente de aire enriquecido con oxígeno que contiene cuando menos 30% molar de oxígeno y, de manera más preferente, una fuente de oxígeno comercialmente puro. Ei problema permanece, sin embargo, siendo capaz de extraer suostancialmente todo el azufre
25 (químicamente combinado) en el gae de alimentación sin
requerir el tre 1 am. nto de gas de purga en di^ha planta de Claus auxiliai y sin necesitar un régimen de recirculacion al horno que es varias veces e r gimen al que ei gas de alimentación entra al horno La i r ^e c ic n ?r oporc i ona un ri é t nd y a cara d o dirigidos a íesolvpr este problema Le con loirmaaa con la presente invención se proporciona un método para fritar un jas sulfuroso que contiene sulfuro cJ--- hiaroge^o que comprende los pasos de a) absoroer selectivamente sulfuro de hidrogeno de gas silfuroso y de un pas de recircuk non en un abs rbonte selectivo de silfuro de r i arogeno b) generar una corriente ae gas de alimentación que contiene sulfuro dp h drogeno depurando gas ab oroido eL absorbente electivo c) quemar en un nomo parte del contenido de sul furo ele hidrogeno de la corriente de gas CIP alimentación de manera ne formar dióxido de azufre y 'apor de agua suministrar aire enriqueciólo con oxigeno u oxigeno al horno para sustentar la combustión de dicha parte del gas de alimentación hacer reaccionar en el lorno el di oído de azufre resultante con sul tu1 o de
hidrógeno de manera de formar una corriente de gas efluente que contiene vapor de azufre vapor de agua, sulfuro de hidrógeno y dióxido de azufre, d) extraer el vapor de azufre de la corriente de gas efluente de manera de formar una corriente de gas agotada en azufre, e) reducir el sulfuro de rudcogeno esenc a lmc- rite el contenido completo de dióxido de azufra y cualquier vapor de azufre en la corriente de gas agotada en azufre de manera de formar una corriente de gas reducido, f) remover la mayor parte del vapor de agua ce la corriente de gas reducida de manera de formar una corriente de gas agotada en vapor de agua y g) regresar cuando menos parte de la corriente de gas agotada en vapor de agua al paso a) co o el gas de recirculación La invención también proporciona un aparato para el tratamiento de un gas sulfuroso que contiene sulfuro de hidrógero, que comprende. a) un recipiente absorbedor operable para recibir un absórtente selectivo de sulfuro de hidrógeno y oara absorber en el mismo sulfuro de
hidrógeno del gas sulfuro y de un gas de recirculación : b) un recipiente de desorción operable para recibir del recipiente absorbedor el absorbente selectivo cargado con gas y formar mediante gas de depuración del absorbente selectivo una corriente de gas de alimentación que contiene sulfuro de hidrógeno; c) un horno dispuesto para quemar en presencia de oxígeno o aire enriquecido con oxígeno, parte del contenido ele sulfuro eie hidrógeno del gas de alimentación de manera de formar dióxido de azufre y vapor de agua, y permi ir que ia reacción ocurra entre el sulfuro de hidrógeno y el dióxido de azufre para formar vapor de azufre y vapor de agua, el horno teniendo una salada para una corriente de gas efluente que contiene vapor de azufre, vapor de agua sulfuro de hidrógeno y dióxido de azufre, d) medios para extraer vapor de azufre de ia corriente de gas efluente y de esta manera formar una corriente de gas agotada en azufre, e) un reactor para reducir a sulfuro de hidrógeno esenci lmente el contenido completo de dióxido de azufre y cualquier vapor ele azufre en la
corriente de gas agotado en vapor de azufre que entra al reactor, y de esta manera formar una corriente de gas reducido f) medios pa a extraer de la corriente de gas reducido ta
parte de su contenido ae vapor de agua y de esta manera formar una corriente de gas agotada en vapor de agüe / g) un pasaje de gas de recirculacion que conduce deeae el medio de extracción de vapor de agua al recipiente absorbedor Empleando el mismo absorbedor para concentrar en sulfuro de hidrogeno tanto el 11 ujo de gas sulfuroso como el flujo de gae cié recircu 1 ación el costo de capital ae la planta se mantiene bajo Una planta de Claus convencional esta colocada típicamente corriente arriba de una unidad de tratamiento de gas inicial para concentrar el ga^ sulfuroso en sulfuro de hidrógeno y de manera típica incluye un horno con caldera de calor de desperdicio asociada y condensador de azufre para remover aproximadamente do=, terceras partas del contenido de azufre entrante del sulfuro de hidrógeno en el gas sulfuroso una pluralidad de etapas de Claus catalíticas para remover la mayor parte del contenido de azufre residual / una unidad de limpieza de gas ele cola para extraer del gas efluente que sale en la parte mas
corriente abaio de las etapas de Claus catalíticas En comparación el método y aparato omiten la unidad de limpieza de gas de cola y las etapas catalíticas de Claus empleando solamente la etapa de reducción (que puede como se describirá abajo incluir un lecho ie catalizador de Clausj \¿ una etapa de remoción de agua en su lugar El absorbente de sul turo ie hidrogeno es de preferencia una sciucion acuosa de una amina adaptada para la separación selectiva de sulfuro de hidrogeno a partir de dióxido de r-arbono Estas aminas son bien conocidas en la técnica y por lo general contienen subst ítuyentee que impiden esféricamente la absorc.on d^ dióxido de carbo IO Un absorbente particularmente preferido es ni 311 la ?<=>tanolarn?na f MDFJ ) Otros absoroentes selectivos apropiados ae -iilfuro de hiarogeno se describen en US-¿-4 91S 912 El gas na absorbido forma de manera típica un gas de purqa del proceso y típicamente se en /?a 3 un incinerador de manera que sus últimos vestigios de sulfuro de hidrogei o se puedan convertir en dioxLdo p azufre De manera típica el incinerador tiene una pila a través de la cual se pu^ len vent nar a La atmósfera lr>-productoe de co oustion Aun cuando el vapor de agua =-e puede extraer de
la corriente de gas reducido en el propio recipiente absorbedor, generalmente se prefiere remover el v/apor de agua de la misma separadamente en un recipiente discreto, intermedio al paso de reducción y el paso de absorción de sulfuro de hidrógeno de recirculación . De preferencia, otra parte de la corriente de gas agotada en vapor de agua se puede regresar corno une. corriente de recirculación adicional al horno, desviando la absorción del sulfuro de hidrógeno. La recirculación adicional mejora la flexibilidad del método de conformidad con la invención ai manejas corrientes de gas sulfuroso de diferentes concentraciones de sulfuro de hidrógeno o de composiciones variables Si se desea, entre los pasos citados d) y el . la corriente d& g s agotada en azufre se puede someter a un paso ele reacción catalítica entre dióxido de azufre y sulfuro cié hidrógeno en la misma Si se realiza este paso adicional. el aparato de conformidad con la invención incluye adicion lmente entre loe medios de extracción de azufre y el reactor, un lecho de catalizador seleccionado para catalizar la reacción entre el dióxido de azufre y el sulfuro de hidrógeno en la corriente de gas agotada en azufre Eete paso de reacción catalítica ayuda a proteger la etapa de reducción de cualquier corriente parásita en la
concentración de dióxido de azufre De preferencia, la reacción catalítica entre el sulfuro de hidrógeno y el dióxido de azufre se realiza a temperaturas por encima del punto de nebulosidad de azufre por ejemplo, en la escala de ?6üEC a 40?ac, y particularmente 1609C a 300QC Preferentemente, todo el azufre formado en la reacción catalítica entre sulfuro de hidrógeno y dióxido de azufre se deja pasar hacia el reactor de reducción en lugar de ser extraído de la corriente de gas agotada en azu fre De preferencia la relación molar de sulfuro de hidrógeno a dLOxico de azufre en la corriente eie gas agotada en azufre al final del paso d) es normalmente cuando menos 4 a 1 y puede ser tan elevada corno 3 5 a 1 o superior A estas relaciones elevadas, la concentración de dióxido de azufre en la corriente de gas que sale de la etapa de extracción de vapor de azufre se pueden mantener en el orden de 1% durante la operación normal Consecuentemente solo una cantidad relativamente pequeña de reducción se requiere teniendo en consideración el contenido de sulfuro de hidrogeno del gas de al í en tac ion ?l paso de reducción del método de conformidad con la presente invención se realiza de preferencia
catalíticamente a temperaturas en la escala de 250aC a 400SC El reducíante es preferentemente hidrógeno De manera típica la mezcla de gas agotada en azufre contiene suficiente hidrogeno (en vista del craqueo térmico de sulfuro de hidrógeno en el horno i para reducir todas las especies de azufre reducibles presentes incluyendo vapor de azufre as;í como el dióxido de azufre Si se necesita .vm embargo el hidrógeno se puede suministrar de un generador de hidrogeno auxiliar Preferentemente el mismo recipiente aloja el catalizador de la reacción entre sulfuro de hidrógeno ^ dióxido ele azufre y el catalizador ele la reacción de reducción Si se desea el gas depurador ele agua sulfurosa se puede mezclar previamente con el gas de alimentación corriente arriba del horno o suministrarse separadamente al horno Todo et gas depurador de agua sulfurosa se alimenta deseableme te a la región más caliente del horno de manera de asegurar la destrucción completa del amoníaco El v/apor de azufre se extiae de preferencia de la corriente de gas efluente mediante condensación Ll v/apor de agua se extrae pi e feren temen te de la corriente de gae reducido mediante condensación de contacto directo
Si se desea la formación adicional de vapor de azufre puede ocurrir entre los pasos (d y fe) del método de conformidad con .a invención El método v aparato de conformidad con la invención se describirán ahora por vía cié ejemplo con referencia al dibujo que se acompañan, en el cual La Figura 1 es un diagrama ele rlujo esquematice de una primera planta para recuperar azufre a partir de una corriente de gas que contiene sulfuro de hidrogeno Haciendo referencia a la Figura i del dibujo una corriente de gas sulfuroso que contiene típicamente hasta 35% en '?lumen ae sulfuro de hidrógeno se recibe en una linea 2 de tubería La corriente de gas de aqua sulfurosa contiene de manera típica dióxido de carbono amoniaco e hidr carburos Le corriente de aguu sulfurosa esta de tañera típica a una temperatura en la escala de fi05c a 90EC \¡ una presión en la escala de 1 bar a 2 bar de preferencia 1 bar f absoluta i a 1 5 bar (absoluta) La corriente de gas de agua sulfurosa se mezcla con una corriente de gae de t ecirculación suministrada a trabes de una línea ^ de tubería v fluye hacia un recipiente 4 absorbedor en la forma ae una columna Fn el recipiente 4 absorbedor ?a comente de gas de agua sulfurosa fluvye hacia arriba y se pone en contacto con una cemente descendente de absorbente de
manera típica una solución acuosa de me tildietanolamina . El recipiente 4 absorbedor contiene un medio de contacto de vapor líquido, típicamente un empaque aleatorio o estructurado, de manera de facilitar intercambio de masa entre el gas ascendente y el líquido descendente. A medida que ei gas asciende eL recipiente 4, de manera que se hace progresivamente ás delgado en sulfuro de hidrógeno, mientras que a medida que el líquido desciende el recipiente 4 se hace progresivamente más rico en sulfuro de hidrógeno. El gas agotado en sulfuro de hidrógeno sale de la parte superior del recipiente 4 de absorción a través de una salida 6 como un gas de purga y contiene típicamente del orden de 0.1% en volumen de sulfuro de hidrógeno. El gas de purga se envía de manera típica a un incinerador (no mostrado) de manera de convertir en dióxido de azufre su contenido de sulfuro de hidrógeno residual El gas del incinerador se ventila típicamente a la atmósfera a través de una pila (no mostrada ) . Parte del dióxido de carbono se absorberá por el líquido descendente en la columna 4 ademáe del sulfuro de hidrógeno. La cantidad de dióxido de carbono que se absorbe le esta manera dependerá de la selectividad del absorbente (entre más selectivo es el adsorbente, menor es la cantidad de dióxido de carbono absorbida) y la
presión parcial de dióxido de carbono en la comente de gas sulfuroso En general, puede ser deseable seleccionar un abeorbente altamente selectivo de sulfuro de hidrogeno El absorbente liquido cargado con sulfuro de hidrógeno pasa ruera del recipiente 4 absorbedor a través de una salida tí en su fondo y se impulsa por medio de una bomba 10 hacia una región euperior de un deeoroedor o el recipiente 12 depurador El recipiente 12 desoí bedor que se enera a uní presión superioi que ei recipiente absorbedor I rene un recalentador L4 asociado ron el mismo El i ec a 1 en t ador 14 tonta la forma ce u i intercambiador ferruco indirecto en el que el liquido en el fondo del r^cip ente 1 ' se hierve mediante intercambio térmico indirecto ron vapor Un ilujo de vapor arriba del recipiente i ¿ se crea de esta manera con ei resultado de que el sulfuro de hidrogeno y e_ dióxido de carbono se depuran del Liquido descendente ?l recipiente 12 desorbedor se p^oporc ona con dispositivos dr contacto de vapor de liquido típicamente en la forma de empaque aleatorio o estructurado, de manera de facilitar la transferencia de masa entre el liquido descendente y el vapor ascendente Una corriente d~ ga? rico en sulfuro de hidroqeno que sale ie [a parte superior del recipiente 12 desorbedor se pasa de preferencia a través de un
condensador 16 en el que se enfría mediante intercambio térmico indirecto con agua El vapor de agua y cualquier absorbente vaporoso ee condensan y se regresan de manera típica a la parte superior del recipiente 12 desorbedor El absorbente líquido esencialmente libre de sulfuro de hidrógeno pasa al fondo del recipiente 12 desorbedor Una comente de liquido absorbente esencialmente libre de sulfuro de hidrógeno se retira del fondo del recipiente 12 mediante operación de una bomba 18, se enfría mediante pasaje a través de un interca biador 26 térmico, y se recoge n un recipiente 20 de almacenamiento El intercarnbiador 26 térmico se emplea para calentar previamente la alimentación a la columna 12 de depuración. El absorbente libre de sulfuro de hidrógeno enfriado de eeta manera se recoge en un recipiente 20 de almacenamiento que se emplea como la fuente de absorbente para el recipiente 4 de absorbedor, El absorbente se transfiere desde el recipiente 20 ele almacenamiento a la parte superior del recipiente 4 por medio de una bomba 22 a través de un enfriador 24. El gas rico en sulfuro de hidrógeno de manera típica sale del condensador 16 a una temperatura en la escala de 40SC a 50SC y fluvye a lo largo de una línea 2? de tubería: sin ser recalentado, a un quemador 30 que se enciende hacia un horno 32 de Ciaus. Este gas rico en
sulfuro de hidrógeno contiene parte del sulfuro de hidrogeno que ya ha pasado a través del horno 32 es decir, incluye gas: de recirculacion Una comente de gas depurador de agua sulfurosa se suministra a lo largo de una línea 34 de tubería al quemador 30 separadamente del gas rico en sulfuro de hidrógeno Alternativamente las dos corrientes de gas se pueden mezclar previamente La comente de gas depurador de agua sulfurosa típicamente contiene amoniaco sulfuro de hidrógeno, y vapor de agua como sus componentes princuoalee El quemadcr 30 típicamente se enciende hacia el horno 32 típicamente a trav/és de una pared 36 de extremo del mismo f como se muestra) o a través de una pared lateral en una posición cerca a la pared 36 de extremo de manera típica 3 ángulos rectos al ne del horno 32 El quemador 30 se suministra separadamente desde una línea 38 de tubería con una comente de oxígeno comercialmente puro o una comente de aire altamente enriquecido con oxigeno En cualquier caso la fracción molar de oxígeno en el gas que se suministra a lo largo de la línea 38 ele tubería es de preferencia cuando menos 0 8 En realidad la comente de oxígeno contiene típicamente cuando menos 90% en volumen de oxígeno y se puede separar del aire por ejemplo, mediante adsorción de oscilación de presión o mediante destilación
fraccional, el ultimo método de separación siendo capaz de producir oxígeno a una pureza en exceso de 99% Por medio del quemador 30 una parte dei contenido de sulfuro de hidrógeno del gas que entra se quema en el horno 32 FJ régimen de flujo de oxígeno o aire enriquecido con oxígeno a lo largo de la línea 38 de tubería con relación al régimen de flujo de gas que contiene sulfuro de hidrógeno a lo largo de las líneas 28 y 34 de tubería es tai que cualquier hidrocarburo se oxida completamente mientras que solamente una parte del sulfuro de hidrógeno entrante se oxida Además cualquier amoníaco presente de manera deseable se destruye com letamente De esta manera, ocurren varias reacciones químicas en el horno 32 En primer lugar existen reacciones de comoustión en Las que cualquier hidrocarburo se oxida completamente a dióxido de carbono y vapor de agua El amoníaco presente se oxida 3 nitrógeno y v/apor de agua Se toma normalmente cuidado de asegurar que existe una temperatura adecuada (de preferencia cuando menos 1300aCl para efectuar la oxidación de amoniaco La reacción de combustión principal, sin embargo, es el quemado de sulfuro de hidrógeno para formar vapor de agua / dióxido de azufre Pa' te del dióxido de azufre resultante reacciona en el horno 32 ccn
sulfuro de hidrógeno residual para formar vapor de azufre y además vapor de agua Otra reacción importante que ocurre en la zona de flama del orno 32 es la disociación térmica de una parte del sulfuro de hiarógeno hacia hidrógeno y vapor de azufre Además, si eetá presente el amoníaco parte de la disociación térmica del mismo hacia el hidrógeno y nitrógeno ocurrirá Empleando un gas de soporte de combustión rico en oxígeno facilita la disociación térmica (conocida también como craqueo térmico) de sulfuro de hidrógeno y amoníaco. Diversas otras reacciones también pueden ocurrir en el horno 32 tal corno la formación de monóxido de carbono. oxisulfuro de carbono v di sul furo ele carbono En general, se prefiere emplear una temperatura de flama elevada i .gr , en la escala de 1250SC a 16509C) de manera de favorecer la reacción entre sulfuro de hidrogeno y dióxido de azufre y también para favorecer la disociación térmica de sulfuro de hidrógeno y amoníaco De manera típica, la recirculación de gases al horno 32 tiene el efecto de mantener la temperatura de flama a las temperaturas inferiores en la escala anterior Al operar el quemador 30 y el horno 32, desde luego debe tenerse cuidado de evitar el daño al recubrimiento de horno Ei ángulo y posición de entrada del quemador 30 hacia el
horno 32 y la configuración de f lamia se seleccionan ele manera de evitar dicho daño. La disociación térmica de sulfuro de hidrógeno tiene un efecto de enfriamiento q?e se puede tornar en consideración al seleccionar la posición y el ángulo de entrada del quemador 30. El horno 32 se opera a una presión en la escala de 1 bar (absoluta) a 2 bar (absoluta), de preferencia 1.5 bar a 1 2 bar . Como resultado de las reacciones que ocurren en el horno 32, una corriente de gae efluente de manera típica que comprende sulfuro de hidrógeno, dióxido de azufre, vapor de agua, vapor de azufre, hidrógeno, dióxido de carbono, monóxido de carbono, argón, nitrógeno y vestigios de oxifulsufuro de carbono sale del horno 32 a trav/és de una ealida 40, típicamente a una temperatura mayor ele 9009C. A dichas temperaturas, algunos de los componentes de la corriente de gas efluente todavía están reaccionando entre s í de manera que es difícil especificar la composición precisa de la mezcla de gas en la salida 40 La corriente de gas paea desde ia salida 40 directamente hacia una caldera 42 de calentamiento de desperdicio u otra forma de m tercambia or térmico en el que se enfría a una temperatura en la escala de 250SC a 400SC Durante el pasaje de la corrien e ele gae a través de la caldera 42 de calentamiento de desperdicio, existe
una tendencia para que parte del hidrógeno se asocie nuevamente con azufre para formar sulfuro de hidrógeno. La corriente de gas efluente enfriada pasa desde la caldera 42 de calentamiento de desperdicio a un condensador 44 de azufre en la que se enfría adicionalmente a una temperatura en la escala de 120eC a 1609C y en donde el vapor de azufre se condensa y se extrae a través de una salida 46 El azufre líquido resultante de manera típica se hace pasar e un foso de sello de azufre i no mostrado). La corriente de gas agotada en vapor de azufre resultante (conteniendo ahora de manera típica solamente vestigios de vapor de azufre) se caliente comente abajo del condensador 44 a una temperatura en la escala de 250SC a 3509C, típicamente alrededor ele 3009C, por ejemplo. mediante intercambio térmico indirecto con vapor sobrecalentado, o un gas caliente en un recalen tador 48 La comente de gas agotada en vapor de azufre recalentada de esta manera fluye hacia la primera etapa 52 de un reactor 50 catalítico de dos etapas La primera etapa comprende cuando menos un catalizador convencional de la reacción do Claus, es decir la reacción entre sulfuro de hidrógeno y dióxido de azufre para formar vapor de azufre y vapor de agua L;e manera típica, el catalizador convencional es alúmina activada, dióxido de
titanio y bauxita, en la primera etapa 52, la mayor parte del contenido de dióxido de azufre de la corriente de gas agotada en vapor de azufre reacciona con sulfuro de hidrógeno para formar v/apor de azufre y vapor de agua. La mezcla ele gas resul ante fluye hacia la segunda etapa 54 del reactor 50 catalítico de dos etapas. que en un ejemplo del método de conformidad con la invención incluye un catalizador de óxidos de cobalto-molibdeno que cataliza la reducción mediante hidrógeno a sulfuro de hidrógeno de vapor de azufre y dióxido de azufre residual . Un número de otras reacciones puede ocurrir en ia segunda etapa del reactor 50. En particular. cualquier monóxido de carbono presente reacciona con vapor de agua para formar hidrógeno y dióxido ele carbono Además, cuando menos 90% pero no todo de cualquier oxisulfuro de carbono presente en la comente de gas acotada en vapor de azufre se hidroliza en el reactor catalítico a dióxido de carbono y sulfuro de hidrógeno. De manera similar, cualquier disulfuro de carbono presente en la corriente de gas agotada de vapor de azufre también se hidroliza a dióxido de carbono y sulfuro de hidrógeno. En otra alternativa. la corriente ele gas agotada en vapor de azufre se calienta nuevamente a una temperatura inferior a 250aC, digamos en la escala de
165SC a 2009C, comente arriba del reactor 50, y se recalienta nuevamente a una temperatura en la escala de 250aC a 400eC (digamos. 300eC) entre las etapas 52 y 54. Cuando menos parte del hidrógeno necesario para las reacciones de reducción que ocurren en la segunda etapa 54 del reactor 50 está presente en la propia comente de gae agotada en 'vapo de azufre.
Consecuentemente con frecuencia no existe necesidad de añadir el reducíante de hidrógeno necesario desde una fuente externa. Se prefiere, sin embargo, tener disponible una línea 56 de tubería para la adición de hidrógeno externo a un régimen suficiente para ocasionar la reducción completa de sulfuro de hidrógeno de todo el azufre y dióxido de azufre presente. El hidrógeno externo se puede generar en sitio, por ejemplo, mediante oxidación parcial de hidrocarburo, de preferencia utilizando oxígeno puro o aire enriquecido con oxígeno como el oxidante. Si ee desea, la segunda etapa 54 del reactor 50 se puede enfriar con una bobina de enfriamiento a través-de la cual se puede hacer pasar un refrigerante (v.gr., vapor) en el caso de que haya una generación excesiva de calor en el catalizador en el mismo Una comente de gae reducido resultante, que consiste ahora esencialmente de sulfuro de hidrógeno,
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vapor de agua, dióxido de carbono nitrógeno y argón, sale del reactor 53 y fluye a través del mtercambiador 58 térmico en el que se enfría a una temperatura en ia escala de 100SC a 200aC mediante intercambio térmico indirecto con agua - '/o vapor La comente de gas reducido se introduce hacia una torre 60 ele enfriamiento rápido, de contacto d recto, de desupercalentamiento En la torre 60 de enfriamiento rápido, la comente de gas fluye hacia arriba y se pone en contacto con una comente de agua 'descendente La comente de gas reducido de esta manera se enfría y una proporción grande i típicamente en exceso del 85%) de su contenido de vapor de agua se condensa, el condensado entrando a la corriente de líquido descendente. La torre 60 de enfriamiento rápido de preferencia contiene un empaque aleatorio o estructurado (no mostrado) de manera de facilitar la transf rencia de maea entre el vapor ascendente y el liquido descendente Como resultado, se forma una comente de gas agotada en vapor de agua. El agua que sale del fondo de la torre 60 de enfriamiento rápido se recircula por medio de una bomba 62 y se enfria en un enfriador 64 comente arriba de eer reintroducida hacia ia parte superior de la torre 60 de enfriamiento rápido El exceso de agua se elimina a través de una salida 66 y se envía a un depurador de agua sulfurosa (no
- 2!
mostrado ) , La comente de gas agotada en v/apor de agua se divide en dos corrientes subsidiarias Una comente subsidiaria se regresa al horno 32 como la corriente de recirculación La corriente de reci culacion de preferencia no se recalienta, sino que un ventilador 6S se emplea típicamente para efectuar su flujo nuevamente al horno 32. .Alternativamente, un expulsor o eductor en el vapor se mezcla con ia misma ee puede emplear corriente arriba ele la torre 60 de enfriamiento rápido La mayoría del vapor añadido, desde luego se condensa en la torre 60 de enfriamiento rápido. Si se desea, parte o toda la comente de recirculación se puede regresar a una región de corriente abajo del horno 32 Alternativamente o en adición, parte o toda la corriente de recirculación se puede mezclar con la corriente de gas rica en sulfuro de hidrógeno en Ja línea de tubería corriente arriba del quemador 30 La otra corriente de gas subsidiaria se envía a la línea 70 de tubería para reciclado al absorbedor 4. El tamaño de la otra corriente de gas-subsidiaria está dispuesto de modo que La acumulación de nitrógeno, argón y dióxido de carbono en la planta mostrada en la Figura 1 de los dibujoe se evite en vista de la ventilación del gas de purga a través de la salida
6 del recipiente 4 ele absorbedor, El aparato mostrado en la Figura 1 es capaz de manejar bien e l incremento repentino en la concentración de dióxido de azufre de la corriente de gae agotada en vapor de azufre que sale del condensador 44 de azufre. Esto es debido a que la primera etapa 52 del reactor 50 "amortigua" las variaciones en la concentración de dióxido de azufre en la entrada de la segunda etapa Ademáe, la presencia de ia primera etapa 52 actúa durante la operación normal para reducir la concentración de dióxido de azufre a menos de una tercera parte del valor que sería si se omitiera la primera etapa Aún en ei caso de una cresta repentina en la concentración de dióxido de azufre se espera que suficiente hidrógeno estaría presente en la comente de gas para completar la reducción en ei reactor 50 La supervisión de temperatura o concentración se puede utilizar para iniciar un suministro de hidrógeno a través-de la línea 56 de tubería si, sin embargo, el hidrógeno formado en ei horno 32 mediante craqueo térmico del sulfuro de hidrógeno se hace inadecuado para fectuar la reducción completa de todas las especies de azufre reducibles en el reactor 50. De manera similar, la supervisión de temperatura se puede utilizar para iniciar o odular un suministro de refrigerante (típicamente,
vapor) a la segunda etapa 54 en caso de que el grado de las reacciones de reducción en ia segunda etapa 54 creen una reacción exotérmica demasiado grande en el lecho de catalizador en la misma. Diversos cambios y modificaciones se pueden hacer al aparato mostrado en los dibujos. Por ejemplo, la primera etapa 52 de catalizador se puede omitir dei reactor 50, con ei resultado de q?e no ocurrirá en la misma ninguna reacción entre el sulfuro de hidrógeno y ei dióxido de azufre