NL8701045A - Werkwijze voor het winnen van zwavel uit zwavelwaterstof bevattende gassen. - Google Patents

Description

i ’ * Η -1- VO 9143

Werkwijze voor het winnen van zwavel uit zwavelwaterstof bevattende gassen.

De meest bekende en geschikte werkwijze om zwavel uit zwavelwaterstof te winnen is het zgn. Claus-proces.

Bij dit proces wordt zwavelwaterstof door oxydatie in belangrijke mate omgezet in elementaire zwavel? de aldus verkregen 5 zwavel wordt door condensatie afgescheiden. Daarbij bevat de resterende gasstroom (het zgn. Claus-restgas) nog altijd enig H2S en SO2.

De werkwijze voor het winnen van zwavel uit zwavelhoudende gassen volgens het zgn. Claus-proces, berust op de 10 navolgende reacties; 2 H2S + 3 02—^2 H2O + 2 SO2 (1) 4 H2S + 2 S02£=£4 H20 + £/sn (2) n 15 Reacties (1) en (2) resulteren in de hoofdreactie: 2 H2S + O2->2 H2O + 2/nSn (3)

Een conventionele Claus-inrichting - geschikt voor verwerking van gassen met een H2S-gehalte tussen 50 en 100% - bestaat uit een brander met verbrandingskamer en afgasketel, 20 de zgn. thermische trap, gevolgd door een aantal - in het algemeen twee of drie - reactoren, welke gevuld zijn met een katalysator. Deze laatste trappen vormen de zgn. katalytische trappen.

In de verbrandingskamer wordt de binnenkomende, 25 aan H2S rijke, gasstroom met een zodanige stoechiometrische hoeveelheid lucht verbrand, dat 1/3 deel van het H2S geheel verbrand wordt tot SO2 volgens de reactie; 2 H2S + 3 O2->2 H20 + 2 SO2 (1)

Deze verbranding leidt tot een temperatuur in de verbrandings-30 kamer van ca. 900-1300°C, afhankelijk van de gassamenstelling.

Na deze partiële oxydatie van H2S reageren het niet 6701045 '** 1 -2- * i.

geoxydeerde gedeelte van het H2S (d.w.z. in principe 2/3 van de aangeboden hoeveelheid) en de gevormde SO2 voor een belangrijk deel verder volgens de Claus-reactie: 4 H2S + 2 S02£=5 4 H20 + 1/Sn (2) n 5 In de thermische trap wordt aldus ongeveer 60% van het H2S omgezet in elementaire zwavel. De uit de verbrandings-kamer komende gassen worden afgekoeld tot ca. 160°C in een zwavelcondensor, waarin de gevormde zwavel condenseert welke vervolgens via een syfon in een zwavelput stroomt.

10 De niet gecondenseerde gassen, waarin de molaire verhouding van H2S:SC>2 ongewijzigd en dus nog steeds 2:1 is, worden Vervolgens opgewarmd tot ca. 250°C en door een eerste katalytische reactor geleid, waarin zich opnieuw het evenwicht 4 H2S + 2 SC>2t=$: 4 H2O + £/Sn (2) n 15 instelt.

De uit deze katalytische reactor komende gassen worden vervolgens weer gekoeld in een zwavelcondensor, waarna de gevormde vloeibare zwavel wordt gewonnen en de resterende gassen na herverhitting naar een tweede katalyti-20 sche reactor worden geleid. Afhankelijk van het aantal katalytische trappen bedraagt het zwavelterugwinningspercen-tage in een conventionele Claus-inrichting 92-97%. Volgens bekende methoden wordt het H2S, dat aanwezig is in het restgas van de Claus-installatie, door verbranding of een 25 andere vorm van oxydatie in SO2 omgezet, waarna dit SO2 in de atmosfeer wordt geëmitteerd.

Door het steeds strenger worden van de milieu-eisen ontstaat er een toenemend aanbod van H2S houdende gassen aan Claus-installaties. De capaciteit van een bestaande 30 installatie is beperkt ten aanzien van de maximale hoeveelheid H2S-houdend gas welke kan worden verwerkt, onder meer omdat, bij een gegeven inlaatdruk, de capaciteit van de installatie bepaald wordt door de maximaal mogelijke drukval over de installatie. Vanaf een bepaalde hoeveelheid aangebo-35 den H2S-houdend gas moet derhalve ofwel de installatie worden uitgebreid met een nieuwe capaciteit, dan wel moet de toegevoerde verbrandingslucht geheel of gedeeltelijk 8701045 * -3- **· door zuurstof worden vervangen.

Een van de problemen welke bij toepassing van met zuurstof verrijkte lucht optreden is dat de verbrandingstemperatuur in de thermische trap een bepaalde waarde, ongeveer 5 1350-1550°C, niet mag overschrijden, omdat het voor de thermische trap gebruikte materiaal niet tegen hogere temperaturen bestand is. Aldus wordt noodzakelijkerwijze de capaciteit van de totale installatie beperkt.

In het Amerikaanse octrooischrift 4.552.747 is voorge-10 steld om de verbrandingstemperatuur te modereren door middel van een zgn. circulatie-ventilator. Bij déze werkwijze wordt een gedeelte van de gekoelde procesgasstroom komende uit de afgasketel van de thermische trap gebruikt om de temperatuur in de verbrandingskamer te regelen beneden 15 een bepaald maximum van meestal 1350-1550°C. Nadelen van deze werkwijze zijn dat het voedingsgas en/of de verbrandingslucht moeten worden voorverwarmd om condensatie van zwaveldamp in de hoofdbrander te voorkomen. Deze voorverwarming met extra apparatuur werkt verhogend op de temperatuur van 20 de verbrandingskamer die juist omlaag gebracht dient te worden.

Daarnaast is voor de installatie van de circulatie-ventilator een hoge investering nodig terwijl deze continu stroom verbruikt, gevoelig is voor mechanische storingen 25 en lekkages van het zeer giftige H2S via de lagers. Tevens is de regeling van de verbrandingslucht, de zuivere zuurstof en de circulatiestroom gecompliceerd. De circulatiestroom introduceert bovendien een extra drukval over de thermische trap en vergroot de afmetingen van de brander, verbrandings-30 kamer en afgasketel. Bij vergroting van de capaciteit van een bestaande installatie dient bovendien veelal de bestaande afgasketel vervangen te worden vanwege eén te hoge drukval over de ketel of als gevolg van een te grote stoomproduktie of een te hoge uitlaattemperatuur van het procesgas.

35 Een andere werkwijze om de verbrandingstemperatuur omlaag te brengen door injectie van water wordt beschreven 8701 045 -4- > in de Nederlandse octrooiaanvrage 8501901. Waterinjectie heeft echter belangrijke nadelen. Door het toegevoerde water - dat gedemineraliseerd moet zijn - wordt de doorzet door de installatie vergroot. Bovendien heeft water een 5 zeer nadelige invloed op het evenwicht van de Claus-reactie 4 H2S + 2 S02 t;4H20+ i/Sn (2)

Toevoeging van extra water doet het evenwicht in belangrijke mate verschuiven naar de linkerkant waardoor de zwavelterugwinning in het Claus-proces zal worden verlaagd. Injectie van water in een verbrandingskamer met een temperatuur van ongeveer 1350-1550°C geeft bovendien een additioneel veiligheidsprobleem door het gevaar van stoomexplosies.

Het koelen van de verbrandingskamertemperatuur met zwavelzuur, zoals beschreven in de Europese octrooiaanvrage 15 0.195.447 is alleen mogelijk indien dit zuur beschikbaar is en is daarmee beperkt in zijn toepassing. Ook hier geldt dat H20 een nadelige invloed heeft op het Claus evenwicht.

Ook het injecteren van vloeibare zwavel volgens het Amerikaanse octrooischrift 4.632.818 heeft belangrijke 20 nadelen. In het octrooi wordt niet beschreven op welke wijze de vloeibare zwavel in de brander wordt geleid. Injectie van vloeibare zwavel of van een vloeistof in het algemeen in een gasstroom gevolgd door verbranding van het gas/vloei-stofmengsel in een normaal gebruikelijke brander is technisch 25 niet uitvoerbaar, tenzij bijzondere maatregelen worden genomen om de vloeistof te verstuiven.

Volgens de uitvinding vindt de verbranding van zwavelwaterstof tot elementaire zwavel met verrijkte lucht (d.w.z. een mengsel van lucht met zuurstof) of alleen zuurstof 50 in tenminste twee in serie geschakelde branders plaats.

Volgens een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding worden de, uit de eerste brander stromende gassen al dan niet onder condensatie van de gevormde zwavel gekoeld, voordat deze aan de tweede brander worden toegevoerd. 55 Gebleken is, dat onder toepassing van de werkwijze volgens de uitvinding, waarbij de verbranding kan plaatsvinden 8701 045 -5- ♦ in twee, in serie geschakelde zgn. thermische verbrandings-trappen met behulp van verrijkte lucht of alleen zuurstof, de capaciteit van de installatie met meer dan 100% kan worden vergroot. Anderzijds is gebleken, dat onder toepassing 5 van de werkwijze volgens de uitvinding de mogelijkheden tot het verlagen van de minimale doorzet van een nieuw te ontwerpen installatie sterk zijn verruimd. Verder is gebleken dat indien de verbrandingszuurstof op de juiste wijze wordt geregeld en verdeeld naar twee in serie geplaatste 10 thermische verbrandingstrappen, een flexibele en economisch aantrekkelijke werkwijze ontstaat, waarbij de verbrandingstem-peraturen van beide achter elkaar geschakelde thermische trappen binnen de gestelde randvoorwaarden kunnen worden geregeld.

15 Bij de werkwijze volgens de uitvinding worden de nadelen van de bekende werkwijzen ondervangen door de installatie van een tweede thermische trap in serie met de reeds aanwezige thermische trap. Opgemerkt wordt dat met thermische trap bedoeld wordt het verbrandingsgedeelte, al dan niet 20 gevolgd door een afgasketel, een koelend gedeelte en eventueel een opvanggedeelte voor gecondenseerde zwavel. De installatie-kosten van deze additionele trap zijn veelal lager dan die van een systeem met een circulatie-ventilator. Aldus kan met een minimum aan aanpassing, vervanging of bijplaatsing 25 van apparatuur de capaciteit van bestaande installaties worden vergroot, danwel kunnen nieuwe installaties worden ontworpen.

Onder toepassing van de werkwijze volgens de uitvinding is geen extra energieverbruik of grondstoffenverbruik in 30 de vorm van water of zwavelzuur nodig en wordt beproefde, lekdichte apparatuur toegepast, waarbij de procesregeling op eenvoudige wijze kan worden gerealiseerd. Bovendien is gebleken dat het zuurstofverbruik volgens de uitvinding veelal lager is dan van een circulatie-ventilator systeem.

35 Bij de werkwijze volgens de uitvinding wordt zwavelwa terstof dat aanwezig is in het voedingsgas naar een Claus- 8701045 -6- inrichting ten dele met zuurstof in de vorm van verrijkte lucht of alleen zuurstof, geoxydeerd in een eerste thermische trap, waarna het gekoelde produktgas van de eerste thermische trap al dan niet onder condensatie van de gevormde zwavel, 5 naar een tweede thermische trap wordt geleid alwaar in de meeste gevallen een verdere oxydatie van zwavelwaterstof naar elementaire zwavel en water plaatsvindt, waarna na condensatie van de gevormde zwavel het produktgas van de tweede thermische trap door toepassing van tenminste twee 10 katalytische trappen verder tot reactie wordt gebracht volgens de vergelijking 4 H2S + 2 S02£z^4 H20 + 1/Sn (2) Π waarna eventueel een verdere ontzwaveling in een restgas-ont-zwavelingsinstallatie plaatsvindt.

15 De werkwijze volgens de uitvinding biedt het voordeel dat de verbrandingstemperaturen in beide thermische trappen voldoende laag blijven doordat een gedeelte van de reactie-warmte uit het gas wordt verwijderd in de afgasketel van de eerste thermische trap, waarna de resterende reactiewarmte, 20 die ontwikkeld wordt door het opnieuw verbranden van het gas afkomstig uit de eerste trap, in de tweede thermische trap wordt afgevoerd door de afgasketel van de tweede thermische trap.

Van belang hierbij is dat de verrijking van de lucht 25 en de verdeling van deze lucht naar beide branders zodanig wordt geregeld, dat de vlam in beide thermische trappen voldoende stabiel is of, indien NH3 aanwezig is in het voedingsgas, zich een voldoend hoge temperatuur in één van beide trappen heeft ingesteld om de NH3 in voldoende 30 mate te verbranden naar N2 en H20. Om deze redenen is volgens de werkwijze van de uitvinding een minimale verbrandingstemperatuur van 900°C vereist om vlamstabiliteit te waarborgen, en is een minimale verbrandingstemperatuur van 1200°C vereist voor een goede NH3 verbranding.

35 Het zal duidelijk zijn, dat de hoeveelheid voedingsgas welke in de tweede thermische trap verbrand wordt, afhankelijk is van faktoren zoals de aangeboden hoeveelheid H2S-houdend 8701045 -7- gas en de maximaal toelaatbare temperatuur in de thermische trappen. Een en ander kan op eenvoudige wijze worden vastgesteld resp. berekend, in hoofdzaak aan de hand van het type en de hoeveelheid voedingsgas en de ontwerpcapaciteit 5 van de gehele installatie, inclusief de katalytische trappen.

De verbrandingsluchtregeling wordt in de meeste gevallen zo uitgevoerd, dat de totale hoeveelheid verbran-dingszuurstof wordt geregeld in verhouding tot het voedingsgas, waarbij de hoeveelheid zuurstof die wordt gemengd 10 met de verbrandingslucht of direkt naar de brander van de eerste en/of tweede thermische trap wordt geleid, in verhouding met de luchtzuurstof wordt geregeld.

De verdeling van de totale hoeveelheid verbrandings-zuurstof naar de eerste en tweede thermische trap wordt 15 bij de werkwijze volgens de uitvinding bij voorkeur uitgevoerd met een verhoudingsregeling, waarbij naar de eerste brander veelal meer dan de helft van de totale hoeveelheid verbran-dingszuurstof wordt gestuurd, in de orde van 50-65%, zulks bepaald door de voedingsgassamenstelling.

20 In geval van een bestaande installatie, voorzien van één thermische trap, kan een tweede thermische trap in serie met de bestaande trap zowel bovenstrooms als benedenstrooms de reeds bestaande thermische trap worden geïnstalleerd .

25 Indien de installatie wordt gevolgd door een restgas- behandelingsinstallatie, waarin een droogbed oxydatie van H2S naar zwavel wordt uitgevoerd zoals beschreven in octrooiaanvrage NL 8600959, of waarin een vloeistof oxydatie van H2S naar zwavel wordt uitgevoerd, zoals b.v. in het Stretford 30 proces, wordt de H2S-concentratie in het restgas geregeld door een H2S-analyser op een waarde tussen 0,8-3 vol.%, zoals beschreven in octrooiaanvrage NL 8600960.

Onder toepassing van de werkwijze volgens de uitvinding is het mogelijk om de installatie op verschillende wijzen 35 te opereren, waardoor een zeer flexibele operatie mogelijk is.

8701 045 4 ' -8-

Dit zal worden toegelicht aan de hand van tabel A. Kolom I van tabel A heeft betrekking op een bestaande zwavel-terugwinningsinstallatie met één thermische trap en twee katalytische trappen. De voedingsgashoeveelheid bedraagt 5 100 kmol/h bij een inlaatdruk van 1,35 bar abs. De verbran-dingsluchthoeveelheid met een zuurstofgehalte van 21 vol.% (gewone lucht) bedraagt 206 kmol/h.

De bestaande installatie wordt vervolgens omgebouwd en voorzien van een additionele tweede thermische trap 10 in serie met de bestaande thermische trap. Doordat het procesgas nu door beide thermische trappen stroomt zal de basiscapaciteit van 100 kmol/h voedingsgas onder een gelijkblijvende beschikbare drukval van 0,35 bar niet meer gehaald worden. Door de limiterende drukval over de installa-15 tie is slechts een doorzet van 90 kmol/h voedingsgas is mogelijk bij gebruik van gewone verbrandingslucht, zoals blijkt uit kolom II van tabel A.

Indien de aangeboden hoeveelheid voedingsgas minder is dan 90% van de ontwerpcapaciteit, is verbranding met 20 verrijkte lucht niet vereist. Het voedingsgas wordt in dit geval in de eerste brander verbrand met normale lucht.

Het gevormde en gekoelde procesgas van de eerste thermische trap wordt naar de tweede brander geleid alwaar slechts het procesgas door de brander wordt geleid zonder toevoeging 25 van verbrandingslucht.

Indien het zuurstofpercentage in de verbrandingslucht wordt verhoogd naar 23,4 vol.%, is het mogelijk de oorspronkelijke hoeveelheid voedingsgas van 100 kmol/h door de installatie te leiden, zie kolom III, tabel A. De hoeveelheid 30 zuivere zuurstof die bij de gewone verbrandingslucht moet worden gemengd, bedraagt 6,7 kmol/h 02·

Indien de aangeboden hoeveelheid voedingsgas 90-130% van de ontwerpcapaciteit bedraagt, kan licht verrijkte lucht worden toegepast in de eerste brander. Hierbij komt 35 de verbrandingstemperatuur in deze brander in het algemeen niet boven 1500°C, waardoor de verbranding van voedingsgas 8701045 -9- met alleen de eerste brander kan worden uitgevoerd en het procesgas van de eerste thermische trap naar de tweede thermische trap wordt geleid zonder toevoer van verbrandings-zuurstof.

5 TABEL A

I II III IV V VI

Voedingsgas, 100 90 100 130 150 220 kmol/h (totaal) "Lucht" Op concen- 21 21 23,4 35 40 100 10 tratie, vol.%

Drukval instal- 0,35 0,35 0,35 0,35 0,35 0,35 latie, bar "Lucht" naar le 206 185 180 158 87 47,0 brander, kmol/h 15 Verbrandingstemp. 1210 1210 1280 1475 1065 1120

Eerste brander "Lucht" naar 2e 0 0 0 73 7,4 brander, kmol/h

Verbrandingstemp. - - - - 1095 1435 20 Tweede brander

Zuiver zuurstof- 0 0 6,7 29,0 39,2 94,4 verbruik, kmol/h "Lucht" is gewone lucht, met zuurstof verrijkte lucht of zuurstof.

25 Indien de aangeboden hoeveelheid voedingsgas nog verder stijgt, wordt het voedingsgas met een toenemend percentage zuurstof in de verrijkte lucht verbrand, zoals samengevat in kolommen IV, V en VI van tabel A.

Voor het onderhavige voedingsgas blijkt de verbrandings-30 temperatuur op te lopen tot boven de maximaal toelaatbaar geachte bovengrens van 1500°C, indien het zuurstofpercentage in de verbrandingslucht meer dan 35 vol.% bedraagt. Boven deze grens wordt daarom overgeschakeld op een verbranding in beide thermische trappen zoals aangegeven in kolom V.

35 In de eerste thermische trap wordt een gedeelte van het H2S aanwezig in het voedingsgas omgezet tot zwavel, dat vervolgens wordt gecondenseerd in een afgasketel.

Het overige gedeelte van het H2S passeert de eerste thermische trap onomgezet, waarbij de grote overmaat 8701 045 4 -10- H2S in het procesgas uit deze trap ervoor zorgdraagt dat praktisch geen SO2 in dit procesgas meer aanwezig is, en er dientengevolge een goed brandbaar gas naar de tweede thermische trap wordt geleid. Volgens kolom VI 5 is operatie met 100 vol.% zuurstof mogelijk, waarbij de bestaande capaciteit met -120% kan worden vergroot en de gemiddelde verbrandingstemperatuur slechts 1280°C bedraagt.

TABEL B

10 I II

Circulatie- ja nee ventilator

Voedingsgas, 140 140 kmol/h (totaal) 15 "Lucht" O2 concen- 40 35 tratie, vol.%

Drukval instal- 0,35 0,35 latie, bar "Lucht" naar le 149 93 20 brander, kmol/h

Verbrandingstemp. 1425 1040

Eerste brander "Lucht" naar 2e - 77 brander, kmol/h 25 Verbrandingstemp. - 1045

Tweede brander

Zuiver zuurstof- 36,6 31,2 verbruik, kmol/h

Uit tabel B blijkt dat het zuurstofverbruik van 30 de werkwijze volgens de uitvinding lager is dan het proces waarbij een circulatie-ventilator wordt toegepast. Dit vindt zijn oorzaak in het feit dat toepassing van twee branders een lagere zuurstofconcentratie van 35 vol.% in de verbrandingslucht mogelijk maakt, zoals volgt 35 uit kolom II van tabel B.

8701045

-11-TABEL C

I II III

Voedingsgas, 120 120 120

Jonol/h (totaal) 5 "Lucht" 02 concen- 21/100 31 28 tratie, vol.%

Drukval, instal- 0,35 0,35 0,35 latie, bar "Lucht" naar le 150 164 99 ΙΟ brander, kmol/h

Verbrandingstemp. 965 1420 995

Eerste brander "Lucht" naar 2e 21,5 - 86 brander, kmol/h 15 Verbrandingstemp. 930 - 970

Tweede brander

Zuiver zuurstof- 21,5 21,8 17,6 verbruik, kmol/h

Volgens de uitvinding maakt de werkwijze met tenminste 20 twee in serie geplaatste thermische trappen ook nog andere operatiewijzen mogelijk. Zo is het volgens tabel C, kolom I, mogelijk om de eerste, reeds bestaande brander met gewone lucht met 21 vol.% zuurstof te opereren, waardoor deze brander niet gemodificeerd dient te worden, 25 terwijl de tweede brander met alleen zuurstof wordt bedreven. Een tweede mogelijkheid van operatie is samengevat in kolom II van tabel C. Hier wordt alleen de eerste brander ingeschakeld en bedreven met verrijkte lucht met 31 vol.% O2· Eventueel kunnen ook beide branders 30 worden ingeschakeld, zoals kolom III van tabel C laat zien. De keuze welk systeem de voorkeur verdient, is dan afhankelijk van het zuurstofverbruik ten opzichte van de investeringskosten.

De werkwijze volgens de uitvinding kan geschikt 35 worden toegepast op de behandeling van gassen welke zwavelwaterstof bevatten, maar ook op gassen welke zowel zwavelwaterstof als belangrijke hoeveelheden ammoniak bevatten (vergelijk het Nederlandse octrooischrift 176.160), waarbij men er in het laatste geval voor moet zorgdragen 40 dat de temperatuur in een van de verbrandingskamers 8701 04 5 -12- tenminste 1200°C bedraagt.

De werkwijze volgens de uitvinding wordt aan de hand van fig. 1 nader toegelicht.

Zoals in fig. 1 is aangegeven, wordt het Claus 5 voedingsgas via leiding 1 naar de eerste brander 10 met verbrandingskamer 11 gevoerd. De benodigde hoeveelheid verbrandingszuurstof wordt aangevoerd via leiding 2 in de vorm van luchtzuurstof, die eventueel aangerijkt wordt met zuurstof via leiding 3. Bij hogere zuurstofcon-10 centratie in de verbrandingslucht wordt de zuurstof bij voorkeur pas in de branders 10 en 18 bijgemengd via leidingen 9 resp. 19. De door de hoeveelheid-verhou-dingsregelaar 5 en H2S/SO2 of H2S analyser 39 geregelde hoeveelheid verbrandingszuurstof wordt via leiding 4 15 naar de installatie toegevoerd, waarna deze zuurstoftoevoer wordt gesplitst in een toevoer naar de eerste brander 10 via leiding 7 en een toevoer naar de tweede brander 18 via leiding 17. Met de hoeveelheid-verhoudingsregelaar 8 wordt de verdeling van de zuurstoftoevoer naar de 20 beide branders geregeld. De bij de verbranding (900-1300°C) van het Claus gas ontwikkelde warmte wordt in de eerste afgasketel 13 afgevoerd onder ontwikkeling van stoom, die wordt afgevoerd via leiding 14. De temperatuur in de eerste verbrandingskamer 11 wordt geregistreerd en 25 bewaakt door een temperatuurmeting 12.

In de brander 10 en de verbrandingskamer 11 vindt de Claus reactie plaats. De gevormde zwavel wordt in de afgasketel 13 gecondenseerd en via leiding 15 afgevoerd. Het procesgas wordt vervolgens via leiding 16 toegevoerd 30 aan de tweede brander 18 waar het resterende H2S voor ongeveer 1/3 deel wordt verbrand met de verbrandingszuurstof toegevoerd via leiding 17 en/of leiding 19.

De bij verbranding van het procesgas, afkomstig van de eerste thermische trap, ontwikkelde warmte wordt 35 in de tweede afgasketel 22 afgevoerd onder ontwikkeling van stoom, die wordt afgevoerd via leiding 23. De tempera- 8701045

A

-13- tuur in de tweede verbrandingskamer 20 wordt geregistreerd en bewaakt door een temperatuurmeting 21.

In brander 18 en verbrandingskamer 20 wordt zwavel gevormd die in afgasketel 22 wordt gecondenseerd en 5 via leiding 24 afgevoerd. Het procesgas wordt via leiding 25 in een opwarmer 26 verhit tot de gewenste reactietempe-ratuur voordat het gas via leiding 27 aan de eerste Claus reactor 28 wordt toegevoerd.

In deze reactor 28 vindt opnieuw de Claus reactie 10 plaats, waarbij zwavel wordt gevormd. Het gas wordt afgevoerd via leiding 29 naar de zwavelcondensor 30.

De gecondenseerde zwavel wordt via leiding 32 afgevoerd.

Daarna wordt het gas via leiding 33 naar de volgende reactortrap gevoerd, die wederom bestaat uit een opwarmer 15 34, een reactor 35 en een zwavelcondensor 36. Opnieuw vindt in deze reactor de Claus reactie plaats. De gecondenseerde zwavel wordt via leiding 38 afgevoerd. De in de zwavelcondensors ontwikkelde stoom wordt via leidingen 31 en 37 afgevoerd.

20 De H2S/SO2 verhouding in de restgasleiding wordt door een H2S/SO2 analyser 39 geregeld op 2:1. De H2S/SO2 analyser regelt een regelafsluiter 6 in de bypass van de verbrandingsluchtleiding 4. Het gas wordt daarna via leiding 40 naar een naverbrander 42 geleid voordat 25 het gas wordt afgevoerd via schoorsteen 43.

Indien de installatie wordt gevolgd door een restgas-behandelingsinstallatie 41, waarin een droogbed oxydatie van H2S naar zwavel wordt uitgevoerd of waarin een vloeistof oxydatie van H2S naar zwavel wordt uitgevoerd nadat 30 eerst zwavel en water zijn afgescheiden zoals b.v. in het Stretford proces, wordt de H2S-concentratie in de restgasleiding 40 geregeld door een H2S-analyser 39 op een waarde tussen 0,8-3 vol.%.

De uitvinding wordt aan de hand van de volgende 35 voorbeelden nader toegelicht.

Voorbeeld 1

Een bestaande zwavelterugwinningsinstallatie met 8701 045 -14- een ontwerp voedingsgashoeveelheid van 3370 kg/h, bevattende 3060 kg/h H2S, 220 kg/h CO2 en 90 kg/h H2O, werd omgebouwd naar een grotere capaciteit. De bestaande installatie werd voorzien van een nieuwe tweede thermische 5 trap bestaande uit een brander, een verbrandingskamer en een stoomketel als beschreven in fig. 1. De nieuwe thermische trap werd geplaatst tussen de eerste thermische trap en de bestaande katalytische trappen.

Aan deze installatie werd aangeboden een voedingsg-10 ashoeveelheid van 4718 kg/h, bevattende 4284 kg/h H2S, 308 kg/h CO2 en 126 kg/h H2O. Beschikbaar was een voldoende hoeveelheid verbrandingslucht die verrijkt werd met een additionele hoeveelheid zuurstof, waarna het zuurstof-percentage in de verbrandingslucht 40 vol.% bedroeg.

15 Naar de eerste brander werd een hoeveelheid van 2380 kg/h verrijkte lucht gestuurd. De temperatuur in de eerste verbrandingskamer bedroeg 1065°C, voldoende hoog om een stabiele verbranding te verkrijgen en voldoende beneden de ontwerptemperatuur van de bestaande bemetse-20 ling in deze verbrandingskamer. Er werd een hoeveelheid van 2245 kg/h zwavel gecondenseerd. De volumepercentages van H2S, SO2 , CO2, N2 en H2O in het procesgas naar de tweede thermische trap bedroegen 26,6 vol.%, 0,8 vol.%, 2,6 vol.%, 24,7 vol.% resp. 38,2 vol.%, het totale massa-25 debiet bedroeg 4853 kg/h. Naar de tweede, nieuw geïnstalleerde brander werd een hoeveelheid van 2000 kg/h verrijkte lucht gestuurd. De temperatuur in de tweede verbrandingskamer bedroeg 1095°C, voldoende hoog om een stabiele verbranding te verkrijgen. Uit de tweede verbrandingstrap 30 werd een hoeveelheid van 821 kg/h zwavel gecondenseerd.

De hoeveelheid procesgas uit de tweede thermische trap na condensatie van de zwavel bedroeg 6032 kg/h.

De volumepercentages van H2S en SO2 in dit gas bedroegen 7,0 vol.% resp. 3,5 vol.%, overeenkomend met 35 een H2S/SO2 verhouding van 2:1.

Het zwavelterugwinningspercentage uit de beide 8701045 $ -15- thermische trappen bedroeg 76,0%. Het gas werd vervolgens door twee katalytische trappen geleid waardoor een totaal zwavelterugwinningspercentage van 96,0% werd verkregen.

De capaciteitsvergroting van 40% kon na ombouw 5 van de bestaande installatie worden verwerkt.

Voorbeeld 2

In de omgebouwde zwavelterugwinningsinstallatie zoals beschreven in voorbeeld 1 werd een voedingsgashoe-veelheid van 4565 kg/h toegevoerd, bevattende 4284 kg/h H2S, 10 61 kg/h CO2, 101 kg/h H2O en 119 kg/h NH3, overeenkomend met een capaciteitsvergroting van 40%.

Naar de eerste brander werd een hoeveelheid van 3031 kg/h verrijkte lucht met 40 vol.% zuurstof gestuurd.

De temperatuur in de eerste verbrandingskamer bedroeg 15 1255°C, voldoende hoog om een goede verbranding van de NH3 in het voedingsgas te verkrijgen. Er werd een hoeveelheid van 2329 kg/h zwavel gecondenseerd.

Naar de tweede, nieuw geïnstalleerde brander werd een hoeveelheid van 1791 kg/h verrijkte lucht gestuurd.

20 De temperatuur in de tweede verbrandingskamer bedroeg 985°C, voldoende hoog om een stabiele verbranding te krijgen. Uit de tweede verbrandingstrap werd een hoeveelheid van 708 kg/h zwavel gecondenseerd, waardoor voor de beide thermische trappen een zwavelterugwinningspercen-25 tage van 75,3% werd verkregen. De volumepercentages van H2S en SO2 in het procesgas uit de tweede thermische trap bedroegen 6,8 vol.% resp. 3,4 vol.% overeenkomend met een verhouding van 2:1. Nadat het gas door twee katalytische Claus trappen was geleid, bedroeg het totale 30 zwavelterugwinningspercentage 95,5%.

Voorbeeld 3

In deze zelfde zwavelterugwinningsinstallatie zoals beschreven in voorbeeld 1 werd een voedingsgashoe-veelheid van 4718 kg/h toegevoerd, bevattende 4284 kg/h H2S, 35 308 kg/h CO2 en 126 kg/h H2O. De installatie was voorzien van een droogbed-oxydatieproces voor de oxydatie van 8701 045 * -16- H2S naar zwavel met een niet-watergevoelige oxydatiekata-lysator na de katalytische Claus trappen. Naar de eerste brander werd een hoeveelheid van 2380 kg/h verrijkte lucht gestuurd op dezelfde wijze als beschreven in voor-5 beeld 1. Naar de tweede, nieuw geïnstalleerde brander werd een hoeveelheid van 1820 kg/h verrijkte lucht gestuurd. De temperatuur in de tweede verbrandingskamer bedroeg 1045°C, voldoende hoog om een stabiele verbranding te verkrijgen. Het H2S-volumepercentage in het restgas 10 na de tweede katalytische Claus trap was 2,86 vol.%, terwijl het SC>2-gehalte daarin 0,19 vol.% bedroeg.

De droogbed-oxydatie werd uitgevoerd met een niet-watergevoelige oxydatiekatalysator. Onder toepassing van deze katalysator met een oxydatierendement van 90%, 15 werd een totaal zwavelterugwinningspercentage van 99,0% verkregen.

8701045

Claims (16)

1. Werkwijze voor het winnen van zwavel uit zwavelwaterstof bevattende gassen, waarbij zwavelwaterstof wordt verbrand onder vorming van zwavel waarna het produktgas van deze verbranding door toepassing van tenminste twee 5 katalytische trappen nader tot reactie wordt gebracht, met het kenmerk, dat de verbranding wordt uitgevoerd met aan zuurstof verrijkte lucht of met alleen zuurstof onder toepassing van tenminste twee in serie geplaatste branders.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de, uit de eerste brander stromende gassen worden gekoeld al dan niet onder condensatie van de gevormde zwavel, voordat deze aan de tweede brander worden toegevoerd.

3. Werkwijze volgens conclusies 1-2, met het kenmerk, dat de verbrandingstemperatuur van elke in serie geschakelde thermische trap op een waarde van minimaal 900°C wordt gehouden.

4. Werkwijze volgens conclusies 1-3, met het kenmerk, 20 dat de verbrandingstemperatuur van de eerste thermische trap op een waarde van minimaal 1200°C wordt gehouden in geval het voedingsgas NH3 bevat, en waarbij de verbrandingstemperatuur van de tweede thermische trap op een waarde van minimaal 900°C wordt gehouden.

5. Werkwijze volgens conclusies 1-4, met het kenmerk, dat tenminste twee katalytische Claus trappen worden gebruikt voor behandeling van het procesgas afkomstig uit de tweede thermische trap.

6. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, 30 dat de met zuurstof verrijkte lucht een zuurstofgehalte van tenminste 21 vol.% heeft.

7. Werkwijze volgens conclusies 1-6, met het kenmerk, dat de met zuurstof verrijkte lucht een zuurstofgehalte van 35-100 vol.% heeft. 8701 04 5 < -18-

8. Werkwijze volgens conclusies 1-7, met het kenmerk, dat de verbrandingszuurstof naar de beide thermische trappen wordt verdeeld door middel van een verhoudingsre-geling.

9. Werkwijze volgens conclusies 1-8, met het kenmerk, dat de zuurstoftoevoer zo geregeld wordt, dat het gasmengsel dat de laatste katalytische trap verlaat, een H2S/SO2 verhouding van 2:1 heeft.

10. Werkwijze volgens conclusies 1-9, met het kenmerk, 10 dat de zuurstoftoevoer zo geregeld wordt, dat de H2S-con- centratie in het restgas dat de laatste katalytische trap verlaat, een waarde tussen 0,8 en 3 vol.% heeft.

11. Werkwijze volgens conclusies 9 of 10, met het kenmerk, dat het restgas uit de laatste katalytische 15 trap naar een restgasontzwavelingsinstallatie wordt geleid, waarbij het zwavelgehalte in het restgas verder wordt gereduceerd.

12. Inrichting, geschikt voor toepassing van de werkwijze volgens één of meer der conclusies 1-11, met het kenmerk, 20 dat deze tenminste twee in serie geplaatste thermische trappen bevat.

13. Inrichting volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat de thermische trap een brander, een verbrandingskamer en een afgasketel bevat.

14. Inrichting volgens conclusies 12-13, met het kenmerk, dat de thermische trap een koelend gedeelte en een opvang-gedeelte voor gecondenseerd zwavel bevat.

15. Inrichting volgens conclusies 12-14, met het kenmerk, dat deze benedenstrooms van de tweede thermische trap 30 tenminste twee katalytische Claus trappen bevat.

16. Inrichting volgens conclusies 12-15, met het kenmerk, dat deze benedenstrooms van de laatste katalytische Claus trap een restgas-zwavelterugwinningsinstallatie voor verdere reductie van het zwavelgehalte bevat. 8701045