Способ и устройство извлечения элементарной серы из н2s-содержащего газового потока - RU2006129577A

Реферат

1. Способ извлечения элементарной серы из Н₂S-содержащего газового потока путем многостадийного каталитического частичного окисления, отличающийся тем, что осуществляют контактирование H₂S-содержащего газового потока с катализатором, содержащим ряд каталитических зон и способным катализировать частичное окисление H₂S в присутствии кислорода с образованием S° и Н₂О, осуществляют подачу общего стехиометрического количества кислорода, требуемого для каталитического частичного окисления H₂S в указанном Н₂S-содержащем газовом потоке до S° и Н₂О, в виде по крайней мере двух порций, поступающих в по крайней мере две указанные зоны катализатора соответственно, с образованием в результате смеси газообразных продуктов, содержащей S° и Н₂О; и осуществляют конденсирование элементарной серы из указанной смеси газообразных продуктов.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что температуру каждой из указанных каталитических зон поддерживают на уровне выше 300°С.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что осуществляют контактирование исходного потока газа, содержащего смесь H₂S и первую порцию O₂-содержащего газа, с порцией катализатора первой каталитической зоны, причем указанная первая порция О₂- содержащего газа содержит количество O₂, меньшее стехиометрического по реакции

для превращения всего H₂S в указанном исходном потоке газа, с образованием в результате первой смеси газообразных продуктов, содержащей элементарную серу, водяной пар и непрореагировавший сероводород; затем осуществляют контактирование полученной смеси газообразных продуктов со второй порцией катализатора, располагающейся непосредственно после указанной первой порции катализатора, и со второй порцией О₂-содержащего газа, причем указанная вторая порция O₂-содержащего газа содержит количество О₂, меньшее стехиометрического по указанной реакции, требуемого для превращения в S° и Н₂О всего H₂S, не прореагировавшего на первой стадии и содержащегося в указанном первой смеси газообразных продуктов, в результате чего получают вторую смесь газообразных продуктов, содержащую S°, Н₂О и непрореагировавший H₂S, которую, по выбору, смешивают с третьей порцией O₂-содержащего газа, причем указанная третья порция O₂-содержащего газа содержит количество О₂, меньшее стехиометрического по указанной реакции, требуемого для превращения в S° и Н₂ О всего H₂S, не прореагировавшего на второй стадии и содержащегося в указанной второй смеси газообразных продуктов, в результате чего получаюттретью смесь газообразных продуктов, содержащую S°, H₂O и непрореагировавший H₂S.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что количества O₂ в исходной смеси газов и во второй порции O₂ -содержащего газа регулируют таким образом, чтобы по меньшей мере 85% H₂S, содержащегося в исходной смеси газов, превращалось в S° и Н₂О после завершения второй стадии.

5. Способ по п.3, отличающийся тем, что осуществляют регулирование количеств O₂ в указанной исходной смеси газов, во второй порции О₂-содержащего газа, и в третьей порции O₂-содержащего газа таким образом, чтобы по меньшей мере 90% H₂S, содержащегося в исходной смеси газов, превращалось в S° и H₂О после завершения третьей стадии.

6. Способ по п.3, отличающийся тем, что при контактировании исходной смеси газов с указанной первой порцией катализатора поддерживают мольное соотношение O₂/H₂S в исходном потоке газов на уровне менее 0,5.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что в каждую каталитическую зону подают такое количество О₂, чтобы мольное соотношение O₂/H₂S находилось в диапазоне от 0,30 до 0,43.

8. Способ по п.3, отличающийся тем, что первую, вторую и третью смеси газообразных продуктов направляют в зону охлаждения для образования жидкой серы и десульфурированного отходящего газового потока.

9. Способ по п.8, отличающийся тем, что указанное охлаждение осуществляют путем последовательного охлаждения указанной смеси газов до температуры выше температуры конденсации серы с образованием частично охлажденного потока продуктов, направления частично охлажденного потока продуктов в конденсатор серы, в котором поддерживают температуру конденсации газообразной элементарной серы, или более низкой температуры, но выше температуры плавления твердой серы, в результате чего образуется жидкая фаза серы; и удаления жидкой серы из указанного конденсатора серы.

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что температуру указанного катализатора поддерживают в диапазоне 700-1500°С.

11. Способ по п.10, отличающийся тем, что температуру указанного катализатора поддерживают приблизительно в диапазоне от 850°С до 1300°С.

12. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед контактированием с указанной первой порцией катализатора осуществляют предварительный нагрев указанного Н₂S-содержащего газового потока до приблизительно 200°С.

13. Способ по п.1, отличающийся тем, что контактирование газовой смеси с катализатором осуществляют в течение не более, чем приблизительно 200 миллисекунд.

14. Способ по п.1, отличающийся тем, что газовую смесь подают с объемной скоростью потока по меньшей мере приблизительно 20000 ч^-1.

15. Способ по п.1, отличающийся тем, что эксплуатацию реактора осуществляют при давлении выше атмосферного.

16. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанный катализатор содержит огнеупорный носитель, выбранный из группы, включающей один или более оксидов Al, Zr, Mg, Се, Si, La, Sm и Yb.

17. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанный катализатор содержит по крайней мере один металл, выбранный из группы, включающей Pt, Rh, Ru, Ir, Ni, Pd, Fe, Cr, Co, Re, Rb, V, Bi, Sn и Sb.

18. Способ по п.17, отличающийся тем, что указанный катализатор содержит металл, выбранный из группы, состоящей из Pt, Rh и их смеси.

19. Способ по п.17, отличающийся тем, что указанный катализатор содержит металл, выбранный из группы, состоящей из V, Bi, Sn и Sb.

20. Способ по п.17, отличающийся тем, что указанный катализатор дополнительно содержит по крайней мере один элемент-лантанид, выбранный из группы, включающей La, Се, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb и Lu.

21. Способ по п.17, отличающийся тем, что указанный катализатор дополнительно содержит по крайней мере один щелочно-земельный элемент, выбранный из группы, включающей Mg, Са и Ва.

22. Способ по п.21, отличающийся тем, что по крайней мере один указанный элементом-лантанид выбирают из группы, включающей Sm, Yb и Pr.

23. Способ по п.21, отличающийся тем, что указанный катализатор содержит платину и оксид самария.

24. Способ по п.21, отличающийся тем, что указанный катализатор содержит платину и оксид магния.

25. Способ по п.21, отличающийся тем, что указанный катализатор содержит родий и оксид самария.

26. Способ по п.21, отличающийся тем, что указанный катализатор содержит родий и оксид магния.

27. Способ по п.21, отличающийся тем, что указанный катализатор содержит платиново-родиевый сплав на огнеупорном носителе, покрытом оксидом лантанида.

28. Способ по п.27, отличающийся тем, что указанный катализатор содержит огнеупорный носитель, покрытый оксидом самария.

29. Способ по п.21, отличающийся тем, что указанный катализатор содержит платиново-родиевый сплав на огнеупорном носителе, покрытом оксидом щелочно-земельного металла.

30. Способ по п.29, отличающийся тем, что указанный катализатор содержит огнеупорный носитель, покрытый оксидом магния.

31. Способ по п.17, отличающийся тем, что указанный катализатор содержит по крайней мере один обуглероженный металл.

32. Способ по п.31, отличающийся тем, что указанный обуглероженный металл включает платину и родий.

33. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанный катализатор выполнен в форме по крайней мере одной структуры, выбранной из группы, включающей сетки, монолиты и множество дисперсных элементов.

34. Способ по п.33, отличающийся тем, что указанные дисперсные элементы выбирают из группы, включающей частицы, гранулы, бусины, таблетки, пеллеты, цилиндры, трехлопастники, экструдаты и сферы.

35. Способ по п.34, отличающийся тем, что каждый дисперсный элемент имеет наибольший габаритный размер менее 25 мм.

36. Способ по п.35, отличающийся тем, что каждый дисперсный элемент имеет наибольший габаритный размер менее 10 мм.

37. Устройство для извлечения серы из H₂S-содержащей газовой смеси, включающее в себя реактор, в котором последовательно по направлению потока расположен ряд реакционных зон, причем каждая реакционная зона содержит катализатор, способный катализировать частичное окисление H₂S до элементарной серы и воды в присутствии О₂, имеет ввод для подачи потока О₂-содержащего газа и зону охлаждения прореагировавших газов, поступающих из последней из указанных реакционных зон, включающую в себя конденсатор серы, имеющий вывод для жидкой серы и вывод для десульфурированного газа.

38. Устройство по п.37, отличающееся тем, что оно дополнительно включает в себя по крайней мере один узел обработки отходящих газов.

39. Устройство по п.38, отличающееся тем, что оно дополнительно включает в себя нагреватель, расположенный между указанным выводом десульфурированного газа и указанным узлом обработки отходящих газов.

40. Устройство по п.37, отличающийся тем, что указанный реактор рассчитан на температуру по меньшей мере приблизительно 1300°С.

41. Устройство по п.37, отличающееся тем, что указанная зона охлаждения содержит группу теплопроводных трубок.

42. Устройство по п.41, отличающееся тем, что указанная зона охлаждения дополнительно содержит по крайней мере один теплоизолятор, расположенный между указанной реакционной зоной и указанными теплопроводными трубками.

43. Устройство по п.42, отличающееся тем, что по крайней мере один теплоизолятор содержит по крайней мере одну огнеупорную втулку, причем каждая из указанных огнеупорных втулок присоединена к теплопроводной трубке.

44. Устройство по п.37, отличающееся тем, что указанная зона охлаждения содержит теплообменник.