Способ выделения серы из газа, содержащего сероводород

 

Изобретение относится к способам очистки газов от H₂S с получением элементарной серы. Сущность способа заключается в том, что к газу, из которого удаляют серу и который содержит H₂S и водяной пар, добавляют кислород, так чтобы газ содержал на 1 мол. H₂S от 1 до 20 мол. O₂. С температурами в области от 50 до 180^oС пропускают газ через активный уголь, причем активный уголь насыщается элементарной серой и по меньшей мере также 3 мас.% серной кислоты. Целесообразно, чтобы газ, из которого удаляют серу, в котором содержание H₂S составляет по меньшей мере 100 ч/м при температурах от 100 до 180^oС, проходил сначала через предварительную каталитическую очистку, причем элементарную серу адсорбируют на богатом оксидами металлов, например оксидами Al, Ti катализаторе. К выходящему из предварительной очистки газу примешивают кислород и подают газ при температурах от 50 до 180^oС для удаления остаточной серы через активный уголь. Регенерацию обработанного катализатора и активного угля осуществляют продувкой H₂S-содержащим газом в 2 ступени, первую из которых проводят при 100-180^oС, а вторую - при 200-400^oС. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к способу удаления серы из газа, содержащего H₂S и водяной пар, при помощи активного угля с образованием элементарной серы, которая откладывается на активном угле и удаляется при регенерации.

Известен способ выделения серы из H₂S-содержащих газов различной природы, в соответствии с которым в очищаемый газ вводят кислород в количестве 1-20 молей на 1 моль H₂S и полученную смесь при 50-180^oС пропускают через активный уголь, в результате чего на активном угле образуется слой элементарной серы, содержащей по меньшей мере 3% мас. серной кислоты.

Причем количество серной кислоты на всей поверхности активного угля может составлять предпочтительно от 5 приблизительно до 50 вес. В результате этого не возникает никаких трудностей при регенерации активного угля. Чаще всего подведенный к активному углю газ содержит от 500 до 5000 ч/м (частиц на миллион) H₂S (1).

Наиболее близким к заявленному изобретению является способ удаления серы из H₂S-содержащих газов, включающий две стадии очистки, первую из которых осуществляют при 120-200^oС на активированном угле, а на второй стадии газ с остаточным содержанием H₂S смешивают с O₂-содержащим газом и повторно пропускают через 2 слоя активированного угля при температуре <200С. Далее насыщенный элементарной серой активированный уголь подвергают регенерации при 350-550^oС продувкой инертным газом, не содержащим O₂, CO₂, H₂O (2).

Усовершенствование изобретения заключается в том, что газ, из которого удаляют серу и содержание H₂S + SO₂ в котором составляет по меньшей мере 1000 ч/м, сначала подают при температурах от 100 до 180^oС на стадию предварительной каталитической очистки, при этом образующуюся элементарную серу адсорбируют на богатом оксидом металла катализаторе, затем к H₂S-содержащему газу со стадии предварительной очистки примешивают кислород и газ при температурах от 50 до 180^o для удаления остаточной серы пропускают через активный уголь.

В качестве катализатора предварительной очистки газа применяются прежде всего вещества, которые состоят главным образом из Al₂O₃ или TiO₂. Эти катализаторы дополнительно могут быть пропитаны приблизительно 0,5-5 мас. железа, кобальта или никеля.

Насыщенный элементарной серой и серной кислотой активный уголь можно регенерировать различным образом. Один путь заключается в том, что активный уголь при температурах от 100 до 400^oС обрабатывают не содержащим кислорода газом, который может обладать восстановительными свойствами, например водород, метан или H₂S. Предпочтительный способ заключается в том, что насыщенный элементарной серой и H₂SO₄ активный уголь для регенерации обрабатывают частичным или общим потоком H₂S-содержащего газа, из которого удаляют серу, при температурах от 100 до 400^oС. При этом сначала восстанавливают серную кислоту до элементарной серы или частично также до двуокиси серы (H₂SO₄ + 3H₂S 4S + 4H₂ или 3H₂SO₄ + H₂S 4SO₂ + 4H₂O) и после этого элементарную серу удаляют с тем же газом в парообразном состоянии. Рекомендуется на первой стадии регенерации, на которой восстанавливают серную кислоту, H₂S-содержащий газ с температурой от 100 до 180^oC, которую он имеет при удалении серы, пропускают через насыщенный активный уголь. На второй стадии регенерации, при которой находящуюся еще на активном угле элементарную серу удаляют с тем же газом, применяют обычно температуры в области от 200 до 400^oС.

Если способ осуществляют с предварительной очисткой, то следует регенерировать также богатый оксидами металлов катализатор. В этом случае целесообразно пропускать используемый для регенерации восстановительный газ через насыщенный уголь и через богатый оксидами металлов катализатор и по меньшей мере одну часть газа направлять в циркуляцию. При этом восстановительный газ можно направлять сначала через активный уголь или же через богатый оксидами металлов катализатор.

Возможности усовершенствования способа поясняются при помощи чертежей. Фиг.1 показывает технологическую схему с одновременной очисткой газа и регенерацией, фиг.2 один вариант конечной очистки.

Содержащий H₂S газ, из которого удаляют серу, подводят по фиг.1 в трубопровод 1. Он содержит SO₂ и также водяной пар и наряду с ними может содержать еще другие соединения серы, как СOS и CS₂. Газ поступает, например, с установки Клауса и имеет преимущественно температуру от 120 до 180^oС. С этой повышенной температурой газ направляют полностью или частично через трубопровод сначала на предварительную очистку 3 со стационарным слоем катализатора, содержащего оксиды металлов. В качестве основной компоненты катализатор предварительной очистки 3 содержит Al₂O₃ или TiO₂. На этом катализаторе осаждается элементарная сера (2H₂S + SO₂ 3S + 2H₂O).

Частично очищенный газ, выходящий из предварительной очистки 3 по трубопроводу 4, имеет во многих случаях содержание H₂S в пределах от 500 до 3000 ч/м. В этот газ через трубопровод 5 подают дозированное количество воздуха. Конечная стадия очистки 6 содержит слой из зернистого активного угля, который имеет размеры зерен в области от 1 до 6 мм и ВЕТ-поверхность в области от 500 до 1500 м²/г. Стремятся к тому, чтобы на этом активном угле на конечной стадии очистки 6 при температуре от 100 до 180^oС и преимущественно от 130 до 160^o образовался слой из элементарной серы и по меньшей мере из 3 мас. серной кислоты. В большинстве случаев массовое соотношение элементарной серы к серной кислоте в слое активного угля лежит в области от 20:1 до 1:2. Очищенный газ с содержанием H₂S обычно максимально 20 ч/м и преимущественно 8 ч/м стекает по трубопроводу 7. Содержание SO₂ в очищенном газе лежит максимально 600 ч/м и преимущественно 200 ч/м.

Правая часть фиг.1 показывает регенерацию отработанного катализатора 3а, который применяют в предварительной очистке 3, и насыщенного активного угля 6а конечной очистки 6. В данном случае применяют для регенерации частичный поток подведенного по трубопроводу 1 H₂S-содержащего газа, который отводят по трубопроводу 8. Служащий для регенерации газ поступает в трубопровод 9, подается воздуходувкой 10 через трубопровод 11 к байпасному трубопроводу 12 с открытым вентилем 13 и направляется через трубопроводы 14 и 14а в слой отработанного катализатора на основе активного угля 6а. Если требуется, через трубопровод 15 примешивают восстановительный посторонний газ, например богатый H₂S газ. В трубопроводе 14а температура лежит в области от 120 до 180^oС и преимущественно от 130 до 160^oС. Для регулирования температуры служит подогреватель 6, через который, благодаря более или менее открытому вентилю 17, при соответственно отрегулированном вентиле 13 можно направлять частичный поток газа, который нагревают и примешивают к газу трубопровода 12.

На первой стадии регенерации при температурах от 120 до 180^oС в слое активного угля 6а стремятся к тому, чтобы имеющуюся как часть нагрузки серную кислоту полностью или в значительной степени восстановить до элементарной серы.

Отходящий газ направляют через трубопровод 8 к слою катализатора 3а и оттуда через трубопровод 9 и через холодильник 20 обратно к трубопроводу 19. Частичный поток газа можно выводить через трубопровод 21 из цикла и примешивать к обрабатываемому газу трубопровода 2.

Для удаления нагрузки элементарной серы с катализатором 3а и 6а останавливают приток газа через трубопровод 15 и повышают температуру в газе трубопроводов 14 и 14а до 200-400^oС и предпочтительно минимально 300^oС. Этого достигают в результате того, что газ по трубопроводу 15 направляют через подогреватель 16 и дросселируют байпас 19. Содержащий элементарную серу газ трубопровода 18 пропускают через богатый окисями металлов катализатор 3а и здесь также удаляют нагрузку элементарной серы. Для удаления элементарной серы из газа служит холодильник 20, в котором конденсируют элементарную серу и удаляют через трубопровод 22.

Фиг. 2 показывает применение двух слоев 23 и 24 с активным углем для конечной очистки. При этом воздух направляют как через трубопровод 5 перед впуском газа через трубопровод 5а в первый слой 23, так и через трубопровод 5а в зону 25 между слоями 23 и 24. В трубопроводе 5а молярное соотношение H₂S O₂ составляет около 1:1-3, и в зоне 25 поддерживают молярное соотношение H₂ O₂ около 1:3-19, в пересчете на содержание H₂S в трубопроводе 5. В промежуточной зоне 25 содержание H₂S в газе уже в значительной степени снизилось.

Пример. При осуществлении способа по фиг.1 обрабатывают отходящий газ из установки Клауса в количестве 7545 нм³/час, который подают через трубопровод 1. На стадии предварительной очистки 3 применяют Al₂O₃-катализатор, который пропитан 1 мас. никеля. Время пребывания газа на этой стадии составляет 6 секунд и на активном угле на конечной стадии очистки 6 3 секунды. Через трубопровод 5 подводят 120 нм³/час воздуха с температурой 135^oС.

Таблица дает данные газовых смесей в различных трубопроводах, при этом слои 5а и 3а находятся на первой стадии регенерации, причем серную кислоту восстанавливают на активном угле 6а. При начале регенерации активный уголь насыщен 5 мас. H₂SO₄.

Очищенный газ трубопровода 7 содержит еще 0,02 об. SO₂ и 8 ппм H₂S. Чтобы удалить элементарную серу со слоев 3а и 6а, газ в трубопроводе 14 нагревают до 320^oС и останавливают газовый поток трубопровода 15. В холодильнике 20 получают при 135^oС всего 3200 кг серы во время цикла регенерации.

Формула изобретения

1. Способ выделения серы из газа, содержащего сероводород и пары воды, включающий пропускание газа через катализатор при повышенной температуре в две стадии с использованием в качестве катализатора на второй стадии активированного угля, введение кислорода в газовую смесь перед подачей на вторую стадию и последующую регенерацию отработанных катализаторов продувкой восстановительным газом при повышенной температуре с последующим удалением серы с их поверхностей, отличающийся тем, что первую стадию процесса осуществляют на катализаторе, содержащем оксид алюминия или титана, при 100 - 180^oC, перед подачей на вторую стадию в газовую смесь с температурой 50 180^oC кислород вводят в количестве, обеспечивающем мольное соотношение H₂S O₂ 1 1 20, при этом регенерацию отработанных катализаторов ведут исходным сероводородсодержащим газом, причем регенерацию активированного угля проводят в две стадии, первую из которых осуществляют при 100 180^oC, а вторую при 200 400^oC.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что активированный уголь распределяют на двух слоях, через которые газ пропускают последовательно, и перед каждым слоем в газ вводят кислород.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что к исходному газу, поступающему на стадию регенерации, добавляют обогащенный сероводородом газ.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что часть восстановительного газа после стадии регенерации смешивают с газом, поступающим на первую стадию процесса.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3