198154. lajstromszámú szabadalom • Eljárás kén előállítására hidrogénszulfid tartalmú gázból
1 198 154 A találmány tárévá eljárás kén előállítására hidrogén-szuífidot tartalmazó gázból. Az. eljárás a régóta ismert Claus-eljáráson alapszik, kiindulási anyaga olyan gáz leltet, amely kéntartalmú ásványolaj termékeinek iinomUása, vagy lúdrogén-s/.ulfidot és egyéb kénvegyületeket tartalmazó földgáz tisztítása során keletkezik. Az eljárással nyerhető kén, kénsav, műtrágya, színezékek, robbantóanyagok előállításához használható fel. Hidrogén-szulfid-tartalmú gázokból a ként parciális oxidálással állítják elő oly módiit, hogy a hidrogénszulfid-tartalmú gázt oxigéntartalmú gázzal összekeverik és axiális irányban hengeralakú égőtérbe vezetve elégetik. . A hidrogénszulfid oxigéntartalmú gázban történő elégetése (Ciaus-eljárás) az alábbi egyenletekkel írható le: 3 H-.S + 3/2 02—* 3/2 S2 + 3H20 + 472 kJ (I) H2S + 3/2 02------*SOa + HaO + 518 kJ (II) 2HaS + SOa—>3/2Sj+2HaO -46 kJ (III) 2 II2S ---------------*2Ha + Sa -171 kJ (IV) A hidrogénszulfid teljes oxidálásához az (I) egyenlet értelmében sztöchiometrikus mennyiségű oxigént alkalmaznak, bár a hidrogénszulfid égési mechanizmusa más: először az összes oxigén elreagál a hidrogénszulfid 1/3-ával (II. egyenlet), utána a reakcióba nem lépett hidrogénszulfid kölcsönhatásba kerül az I. egyenlet szerint képződött kéndioxiddal, kénkiválás közben (111. egyenlet). A hidrogénszulfid konverziója a III. és IV: reakció szerint 65%-os. A hidrogénszulfid nem teljes elégetésekor a reakciótérben olyan gázkeverék keletkezik, amely kéngőzt, el nem reagált hidrogén-szulfidot és kéndioxidot tartalmaz, mégpedig olyan mennyiségekben, hogy a II20 és a S02 között sztöchiometrikus arány áll fenn. A gázkeveréket hőcserélőben hűtik, miközben a kéngőz kondenzálódik. A hőcserélőből kilépő gáz — amely már csak hidrogén-szulfidot és kéndioxidot tartalmaz - két katalitikus lépcsőn halad keresztül, amelyekben a hidrogén-szulfidot kéndioxiddal katalitikusán oxidálják, járulékos kén keletkezése közben; n ként minden lépcső után elválasztják (Kommátov, A. P.: Gewinnung von Elementarschwefel aus Schwefelwasserstoff in Erdölverarbeitungswerken; Neftepererabotka i neftekimia, Erdölverarbeitung und Petrolchemie, 1967/2, 28-32. old,). Az eljárás hátránya, hogy a hidrogén-szulfid tartalmú és az oxigén tartalmú gázáram eiőkeverése nem elég pontos; a kevert gáz összetétele, átfolyó mennyisége megváltozik, és ez az égőfejek károsodásához, a berendezés üzemen kívül helyezéséhez és így a termelékenység csökkenéséhez vezet. Hidrogénszulfid-tartalmú gázból úgy is lehet ként nyerni, hogy a két gázáramul előzetes összekeverés nélkül, párhuzamos áramokként vezetik be axiálisan a hengeralakú égőtérbe, ahol a hidrogénszulfid parciálisán elég, kéngőzt, el nem reagált hidrogénszulfidot és kéndioxidot tartalmazó reakciógáz képződése közben. Ezen eljárás esetén is sztöchiometrikus mennyiségű oxigént vezetnek be az égőtérbe. Égés közben a hidrogénszulfid 1/3-a reagál a II. egyenlet értelmében kéndioxiddá, utána a S02 a III. egyenlet szerint kölcsönhatásba lép az el nem reagált hidrogén-szulfiddal. A hidrogén-szulfid kéndioxiddal, két lépésben végzett oxidálása a feni leírtakhoz, hasonlóan megy végbe (1 525 978 sz. francia szabadalmi leírás). Az eljárás során az égési folyamat akkor is stabil, ha a gáz összetétele és átárandó mennyisége megváltozik. Az eljárás hátránya viszont az alacsony konverzió (42,7-61%), a hiányzó hatékonyság; ennek oka az, hogy a kiindulási gázáramok nem kerültek kellő mértékben összekeverésre, elegyítésre. Nemcsak a hidrogén-szulfid konverziós foka alacsony, hanem az oxigén- és a hidrogénszulfid-tartalmú gázok rossz elegyítése miatt viszonylag hosszú tartózkodási idő szükséges; a hidrogén-szulfid, oxigén és kéndioxid 1,17-2,12 másodpercig marad az égőkamrában. Hosszabb tartózkodási idő nagyobb térfogatú kamrát feltételez, amelyben 1,9 • 106 kJ/m3-óra értéknél nagyobb fajlagos teljesítmény nem lehet. Ha a fűtőteret csak enyhén terhelik, a benne uralkodó rcakcióhőmérséklet csökken, és ez — mert a hidrogénsznlfid kénné válása endoterm folyamat — a konverziót visszaszorítja. A fűtőterek kis hőterhelésű üzemeltetése azért is hátrányos, mert a tűzálló burkolókő (niu)Jif-korund) fajlagos felhasználása nő, így az égőterek létesítése és karbantartása költségessé válik. A találmány feladata a kén hidrogénszuifid-tartalmú gázok nem teljes égetése útján történő előállításának olyan korszerűsítése volt, amely a hidrogénszulfid-tartalmú és az oxigén tartalmú gáz összekeveredését biztosítja, így az égetési folyamat hatékonnyá tételét, a hidrogénszulfid konverziójának növelését és az égetőtér nagyobb megterhelését teszi lehetővé. A feladat megoldásaként eljárást dolgoztunk ki kén előállítására hidrogénszulfid tartalmú gázokból, amely eljárás során hidrogénszulfid tartalmú gázt hengeralakú égőtérben oxigéntartalma gázzal részlegesen elégetünk, miközben kéngőz és kéndioxid képződik, a kéngőzt kondenzáljuk, és hidrogénszulfidot és kéndioxidot tartalmazó maradékgázt két lépcsőben katalitikusait oxidáljuk és a keletkező kéugőzt kondenzáljuk. A találmány szerinti eljárásra jellemző, hogy az égetési szakaszban a hidrogénszulfid-tartalmú gázt a hengeralakű fűtó'tér belső falához viszonyítva érintőleges irányban vezetjük be a fűtőtérbe és ott kavarogtatjuk, miközben az oxigén tartalmú gáz áramát az első gázáramhoz viszonyítva 10—18°-os szögben vezetjük be, és a hidrogénszulfid-tartalmú gázáram ás az oxigén-tartalmú gázáram lineáris sebessége közötti arányt 1:1,8—1:2,2 közötti értékre állítjuk. A találmány szerinti eljárás az égési folyamat intcnzifikálását teszi lehetővé. A reakciópartnerek tartózkodási ideje akár 0,15 mp-rc csökkenthető. Az égés intenzifikálása következtében a fűtőtér fajlagos hőterhelése lényegesen növelhető, mintegy 11,7 kJ/m3-óra értékre, azaz sokkal kisebbre méretezett fűtőtcrekkel lehet kijönni. Ez hőálló burkolókő (inullit-koruiul) megtakarítását, általában a beruházások csökkenését teszi lehetővé. Mint ismeretes, a kén képződése a III. egyenlet 2 5 10 15 20 25 30 35 40 43 50 55 60 65 2
