Способ получения серы

 

Сущность изобретения исходный кислый газ . проходит последовательно каталитические ступени при следующих условиях каталитический слой активного оксида алюминия при температуре контактирования 240-280°С, слой сложного оксидзсупьфата кальция титана, ннобил и тантапэ при 280-300°С, слой активного оксида алюминия при 210-240° С. Выделение серы осуществляют после слоя сложного оксид-сульфата и второго слоя активного оксида алюминия Объем слоя сложного оксид-сульфата составляет 1/5 - 1/3 объема активного оксида алюминия первого слоя 2 Tafin

ф (51) 5 С 01 В 17,/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации но патентам н товарным знакам (21) 4946692/26 (22) 26.04.91 (46) 30.10.93 Бюл Ма 39-40 (71) Всесоюзный научно-исспедоватепьсжий институт природных газов (72) Цыбулевский АМ; Жеденева C 6Ä Егиазаров

Ю.Г. Климов В.Я. Слющенко СА; Петкевич Т,С. (73) Всероссийский научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СЕРЫ (57) Сущность изобретения исходный кислый газ (в) КЦ (») 2001875 Х1 проходит последовательно катани ические ступени при следующих условиях каталитический оюй активного оксида алюминия при температуре контактирования 240-280 С, слой сложного оксидасупьфата кальция титана, ннобип и тантала при

280-300 С, слой активного оксида алюминия при

210-240 С. Выделение серы осуществляют после слоя сложного оксид-сульфата и второго слоя активного оксида алюминия Объем слоя сложного оксид-сульфата составляет 1/5 — 1/3 объема активного оксида алюминия первого слоя 2 табл

2001875

Изобретение относится к способам получения серы из кислых газов, в частности иэ газов, содержащих наряду с диоксидом серы и сероводородом сероокись углерода и сероуглерод, и может быть использовано в нефтяной, газовой, нефтеперерабатывающей, химической и металлургической промышленности.

Основной реакцией получения серы, протекающей в каталитических конверторах установок Клауса, является

2НгЯ + $02 = 3/х Sx+ 2Н20 (1)

Поскольку С$2 и СО не вовлекаются в указанную реакцию, потери серы с этими соединениями составляют иногда 2;ь. Эти соединения могут быть извлечены из газа за счет ускорения реакций

С$2+ 2H20 COz+ 2Н2$, (2)

C0S+ H20 = C02+ H2S (3)

Известен способ получения серы из газов указанного состава, включающий контактирование исходного газа при 400—

500 С с катализатором (оксидом алюминия или бокситом) и последующую конверсию по реакции(1} в две ступени при 290- 350 С и 220 — 250 С соответстоенно.

Недостатки способа — невысокая степень конверсии по реакции (1) в первой ступени, быстрая дезактивация катализатора, связанная с повышением скорости коксования и сульфатации при высоких температурах, высокие капитальные и эксплуатационные затраты на проведение процесса.

Наиболее близким к предлагаемому является способ получения серы из кислых газов, включающий двухступенчатое контактирование исходного газа при температуре выше точки росы серы с катализатором, представляющим собой активный оксид алюминия, охлаждение реакционного газа и выделение из него серы после каждой ступени.

Недостаток способа — вредные выбросы вследствие неполного извлечения сернистых соединений (С0$ и C$2), Цель изобрете ия — снижение содержания сернистых соединений о отходящих газах, а также снижение эксплуатационных затрат.

Указанная цель достигается тем, что о способе получения серы из кислых гоэоо, включающем двухступенчатое контактирование исходного газа при температуре выше точки росы серы с катализатором. представляющий собой активный оксид алюминия, охлаждение реакционного газа и выделение иэ него серы, реакционный гаэ непосредственно после первой каталитической ступени перед его охлаждением контактирует с дополнительным каталитическим слоем, представляющим собой сложный оксид — сульфат кальция, титана, ниобия и тантала общей формулы М Ca$04 х х М ((T 1(N ох Т а о,обх) Q(2+2.5бх)) Q С а 0), где М = 0,22 — 0,46;

N =- 0,54 — 0,78;

Q = 0,36 — 0,65;

0,015 < X 0,07; обьем которого составляет 1/5 — 1/3 обьема каталитического слоя в первой ступени, после чего газ охлаждают, выделяют из него серу и подают на вторую ступень контактирования с активным оксидом алюминия, чем температура контактирооания первой и второй ступенях диоксида алюминия составляет 240 — 280 и 210 — 240 С соответственно, на дополнительной каталитической ступени — 280 — 300 С.

Способ осуществляют следующим образом.

Исходный газ, содержащий H2$, SORY, C0S, СЯ2, а также йг, СО, Н20 и др., направляют в конвертор первой ступени, катализа25 тором в котором является активный оксид алюминия. Температура на этой ступени конверсии 240 — 280 С. В слое катализатора происходит конверсия Н Я по реакции (1), При этом температура в слое за счет тепло30 ты реакции повышается на 50 — 70 град и достигает на выходе из слоя Alg0g 280—

300 С. Газ с этой температурой подают непосредстоенно в дополнительный каталитический ".ëáé, представляющий собой

3 сложный оксид — сульфат кальция, титана, ниобия и тантала. Этот дополнительный каталитический слой может быть размещен как в отдельном реакторе, так и о первом реакторе, первый по ходу газа слой активного Alz0a. второй — сложный оксид-сульфат.

Этот дополнительный слой катализатора по обьему составляет 1/5 — 1/3 от обьема пернОго по ходу газа слоя А(гОэ. Минимальный и максимальный обьемы этого дополнитель45 ного каталитического слоя определены экспериментально:минимальный исходя из концентрации CGS«CSg (0,5 и 0,057ь соответственно) на входе в дополнительный каталитический слой, максимальный на основе времени контакта, требуемого для полного гидролиэа максимально возможного содержания этих примесей в кислых или технических газах (2,5$ COS, 1)(CSz). Ниже минимального обьема не достигается полного гидролиза СОЯи С$2, выше максимальногр необоснованного растут расходы на катализатор, Температура газа, поступающего на слой сложного оксид-сульфата, (280—

300 С) вполне достаточна для протекания

2001875

20 реакций (2) и (3), кроме того, он ускоряет

„еакции окисления

HzS + 3/2 Oz - $02 + HzO (4)

COS + 1/2 Oz - СО + S (5) и способствует удалению свободного кислорода иэ газа. Благодаря этому на входе в следующий конвертор можно снизить температуру до 210 — 240 С. а в самом конверторе использовать обычный основной катализатор Клауса, например А(гОз. Воэможность снижения температуры в конверторах с А!гОз особенно важно при переработке газов, содержащих более 15%

HzS. когда снижение температуры в конверторах позволяет дополнительно на 0,5% повысить степень конверсии Н $. Кроме того, это позволяет уменьшить расход теплоносителей на промежуточный подогрев газа между ступенями.

Реакционный гаэ, выходящий из дополнительного слоя (или конвертора), охлаждают qo 130 С, выделяют серу. далее нагревают до 210 — 240 С и направляют в следующий конвертор. после которого газ снова охлаждают до 130 С и выделяют серу

В представленных примерах показано влияние соотношения обьемов слоев А1 0з и сложного оксида-сульфата кальция, титана, ниобия и тантала по показатели процесса (пример 1) и сопоставление показателей известного и предлагаемого способов (пример 2). В обоих примерах переработке с получением серы подвергался газ состава.

%: Нг$12; SOz 8; CÎS 2; С$2 0,5; Oz 0,1; HzO

3,5; СОг 10,5; Nz 36,4.

Пример 1. Способ испытывали на пилотной установке с обьемом слоя катализатора в первой и второй ступенях по 1 л в каждой, Реактор первого слоя был разделен на две секции. В верхнюю секцию реактора помещали 670 см активного оксида алюминия, а в нижнюю секцию — в количестве

330 см катализатор по предлагаемому иэоз бретению — сложный оксид — сульфат кальция, титана, ниобия и тантала, следующего состава

0,41 CaSC4 0,69Т!(Мво,оа Tap,оооо) х х0,>s 0,31 СаО

45 или в соответствии с общей химической формулой

M Сд$04 N((Ti(NBy Tap,páõ ) x х 0 z,ьох) 0 CaO}

M = 0.41; N = 0,69; Q = 0,45: х - 0,06, соответственно показатель числа кислородных атомов в сложном оксиде Ti, Ne, Та равен 2 + 2,56 0,06 = 2,15; число молей оксида кальция; N 0 - 0,69 0.45 = 0,31.

Температура на входе в первый конвертор составляла 250 С, в дополнительном катализаторном слое — 300 C и во втором конверторе — 220 С, На катализатор поступал газ следующего состава %; HzS 2; SÎz

8; COS 2, С$2 0,5; Oz 0,1; HzO 3,5, СОг 10,5;

Nz 36,4. Г1ри этом степень конверсии С0$и

С$2 после дополнительного слоя составила

100%, а содержание COS u CSz в хвостовых газах после второго конвертора равнялось

0.00%.

Пример 2, Условия испытаний такие же, как в примере 1, Изменяли соотношения обьемов после А!20з и сложного оксид-сульфата кальция, титана, ниобия и тантала в пределах от 1/6 до 1/2,5 соответственно. а также состав катализатора rn предлагаемоМу изобретению, т,е. число молей Са$04 варьировалось в пределах 1Л = 0,22 + 0 16, число молей оксидов титана, ниобия, тантала (N) изменялось от 0,54 до 0,78, а число молей оксида Са 0 = 0,36+ 0,65, величина X изменялясь от 0,02 до 0,15. Соотношение слоев катализатора, состав и результаты испытаний приведены в табл, 1 и 2.

Как следует из приведенных данных, использование предлагаемого способа позволяет эа счет более высокой степени конверсии полностью исключить выбросы

CSz v COS и снизить эксплуатационные затраты на 20%. (56) Фишер Г. Сера — Сера, Двуокись серы, Сернал кислота. Франкфурт на Майне: Лурги Г. М, б, x, i 989, с.27 — 93, Н > drocarbon processtna, 1978, v.57, М 9, р.257 -- 262, Нг$

C0$

С$г

Нг$

СО$

С$г т. серы в "в аховых гааах в

П

I =, IR

IR

IR

IR

1Й

1И

1И

IR

Концентрация примесей, об.

Первая ступень (Ag®) 2001875

©ормула изобретения

Составитель A. Öû áóë å â ñ ê è é

Редактор M.Ñòðåïüíèêoâý Техред М.Моргентал Корректор Л.Ливринц

Тираж Подписное

Н ПО "Поиск" Рос пате i «.а

113035. Москва. Ж-35, Раушс.;ая наб., 4/5

Заказ 3i52

Производс1 венно-издательский комбинат "Патент, г. ":кгород, ул. Гагарина, 10 i

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СЕРЫ из газов, содержащих сероводород и диоксид серы, включающий двухступенчатое контактирование исходного газа с катализатором - оксидом алюминия при температуре выше температуры точки росы серы и последующее охлаждение реакционного газа и выделение из него серы после каждой ступени контактирования. отличающийся тем, что, с целью снижения содержания сернистых соединений в отходящих газах и эксплуатационных затрат, реакционный газ непосредственно после первой ступени перед охлаждением дополнительно про у. :.ают через каталити еекий слой из сложгчого оксида-сульфата кам-.ция, титана. ниобия и тантала общей формулы

5 M CaS04N )Tl(Nbх Tao,сох)

j г

02i2,% I acaoI

J где M = 0,22 - 0,46;

10 N =0,54-0,78;

Q = 0,36- 0,65;

0,015 Х 0,07, обьем которого составляет 1/5 - 1/3 объема слоя катализатора первой ступени, при15 чем температуру контактирования на первой, второй и дополнительной сгупенях поддеп киг ают раиной 240 - 280, 210 - 240, 280- 30ТС соответственно.