Способ доочистки "хвостовых" газов процесса клауса

 

Изобретение относится к процессам производства серы из кислых газов и может быть использовано в нефтяной, газовой, нефтехимической и других отраслях промышленности. Изобретение направлено на снижение потери серы и повышение таким образом достигаемой степени ее извлечения за счет дополнительного слоя ультрамикропористого адсорбента паров серы, размещенного последним по ходу газа. При этом в качестве адсорбента паров серы применяют активированный уголь при следующем соотношении объемов слоев в реакторе: катализатор основного слоя 1,0 - активированный уголь 0,2-0,3. Кроме того, в качестве адсорбента применяют кислотостойкие молекулярные сита с отношением SiO₂: Al₂O₃ = 6,0 - 1,0 при следующем соотношении объемов слоев в реакторе: катализатор основного слоя 1,0 - молекулярные сита 0,2 - 0,3. 2 з.п.ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к процессам производства серы из кислых газов, в частности к способам доочистки "хвостовых" газов производства серы по методу Клауса, и может быть использовано в нефтяной, газовой, нефтехимической, металлургической и др. отраслях промышленности.

Наиболее распространенной технологией получения серы из кислых газов является процесс Клауса [1] заключающийся в сжигании сероводорода при недостатке воздуха до серы и диоксида серы и последующем контактировании в двух или трех каталитических ступенях непревращенных H₂S и SO₂: 2H₂S + SO₂ 3/x S_x + 2H₂O Эта реакция равновесная, поэтому степень извлечения серы из газов на установках Клауса ограничивается константой равновесия и при температуре в последней каталитической ступени 200-220^oC не превышает 96-98% Для повышения степени извлечения серы в промышленности широко применяют доочистку "хвостовых" газов.

Известно много различных технологий доочистки "хвостовых" газов, однако наибольшее распространение, благодаря простоте реализации и дешевизне, получили процессы, осуществимые при температуре ниже точки росы серы. Среди них более всего известны процессы Сульфрен, СВА (адсорбция в холодном слое) [2] и MCRC [3] По существу в этих процессах используется реакция Клауса при температуре 130-150^oC, когда сера конденсируется в порах катализатора и последний периодически необходимо подвергать регенерации. В качестве катализатора во всех процессах используют активный оксид алюминия, а сами процессы отличаются числом используемых реакторов и методом регенерации катализатора.

Наиболее близким к изобретению является способ доочистки "хвостовых" газов процесса Клауса, заключающийся в контактировании сероводорода и диоксида серы в присутствии алюмооксидного катализатора при 130-150^oC с последующей регенерацией катализатора от серы при 300-350^oC [4] Основным недостатком известного способа являются высокие потери серы с паровой фазой и, как следствие, невозможность достижения общей степени извлечения серы на установках Клауса и доочистки "хвостовых" газов более 99,6% В процессе поглощения H₂S и SO₂ из "хвостовых" газов сера заполняет поры все большего диаметра, при этом парциальное давление паров серы над катализатором постоянно возрастает в соответствии с законом Кельвина. Например, в катализаторе французской фирмы "Рон-Пуленк" А2/5, широко используемом в известном способе, к концу периода поглощения оказываются заполненными поры радиусом 30 , при этом парциальное давление паров над слоем катализатора возрастает с 0,05 mbar до 0,056 mbar. Эта сера покидает реактор вместе с потоком газа и попадает в печь дожига, где сгорает до SO₂ и таким образом увеличивает объем вредных выбросов в атмосферу.

Задачей изобретения является снижение потерь серы и повышение таким образом достигаемой степени ее извлечения за счет дополнительного слоя ультрамикропористого адсорбента паров серы, размещенного последним по ходу газа.

В качестве адсорбентов паров серы применяют активированный уголь или кислотостойкие молекулярные сита с отношением SiO₂:Al₂O₃=6-10 при следующем соотношении объемов слоев в реакторе: Катализатор основного слоя 1,0 Дополнительный слой 0,2-0,3 Объем слоя адсорбента определяется достигаемым положительным эффектом: ниже нижнего предела и выше верхнего предела повышение степени извлечения серы несущественно и дальнейшее увеличение дополнительного слоя не оправдано экономически.

Полезность предлагаемого изобретения иллюстрируется табл.1 и 2.

Как видно, применение дополнительного слоя позволяет увеличить степень извлечения серы от 90 (прототип) до 93,7-94,4% Причем, при объеме слоя адсорбента ниже предлагаемой величины это увеличение незначительно: 0,6% на активированном угле и 0,2% на молекулярных ситах. Повышение объема дополнительного слоя внутри заявляемого интервала позволяет повысить степень извлечения серы до 92,4-94,1% Дальнейшее увеличение дополнительного слоя приводит к незначительному росту этого показателя (0,2-0,3%) и поэтому не оправдано.

Сущность действия изобретения состоит в том, что "хвостовые" газы, содержащие на выходе из установки Клауса 0,5-0,1% H₂S и 0,25-0,5% SO₂, поступают в реактор доочистки "хвостовых" газов, где на известном катализаторе сернистые компоненты воздействуют между собой с образованием серы, конденсирующейся в порах катализатора. Пары серы, находящиеся в фазовом равновесии с серой, заполнившей поры известного катализатора вследствие капиллярной конденсации, попадают на выходе из реактора в дополнительный слой адсорбента, где физически поглощаются так, что парциальное давление паров серы в газе, выходящем из реактора, снижается с 0,05-0,1 mbar до 0,005-0,01 mbar. В результате снижаются потери серы, а общая степень извлечения серы из газа повышается дополнительно на 0,1-0,15%

Формула изобретения

1. Способ доочистки "хвостовых" газов процесса Клауса, заключающийся в контактировании сероводорода и диоксида серы в присутствии алюмооксидного катализатора при 130 150^oС с последующей регенерацией катализатора от серы при 300 350^oС, отличающийся тем, что в реакторах дополнительно размещают последним по ходу газа слой ультрамикропористого адсорбента паров серы.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве адсорбента паров серы применяют активированный уголь при следующем соотношении объемов слоев в реакторе: Катализатор основного слоя 1
Активированный уголь 0,2 0,3
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве адсорбента паров серы применяют кислотостойкие молекулярные сита с отношением SiO₂ Al₂O₃ 6,0 10 при следующем соотношении объемов слоев в реакторе:
Катализатор основного слоя 1
Молекулярные сита 0,2 0,3а

РИСУНКИ

Рисунок 1