DE60000983T2

DE60000983T2 - Behandlung von schwefelwasserstoff enthaltenden gasströmen

Info

Publication number: DE60000983T2
Application number: DE60000983T
Authority: DE
Inventors: Ludwig Schendel
Original assignee: BOC Group Inc
Current assignee: Messer LLC
Priority date: 1999-04-07
Filing date: 2000-04-04
Publication date: 2003-09-04
Anticipated expiration: 2020-04-05
Also published as: CA2368705A1; US6287535B1; JP2002541044A; EP1171381B1; EP1171381A1; BR0009574A; CN1353671A; DE60000983D1; BR0009574B1; ATE229474T1; KR100648755B1; KR20010108460A; AU761753B2; CN1307088C; WO2000059826A1; AU3451100A; CA2368705C; ZA200107915B

Description

Hintergrund der Erfindung

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum Behandeln brennbarer Gasströme, die Schwefelwasserstoff enthalten.
Schwefelwasserstoff enthaltende Gasströme (manchmal als "saure Gasströme" bezeichnet) werden typischerweise in Ölraffinerien und Erdgasverarbeitungsanlagen gebildet. Solche Ströme können nicht direkt in die Atmosphäre entlüftet werden, da Schwefelwasserstoff giftig ist. Ein herkömmliches Verfahren zur Behandlung eines Schwefelwasserstoff enthaltenden Gasstroms (der gewünschtenfalls vorkonzentriert worden ist) ist der Claus-Prozeß. Bei diesem Prozeß wird ein Teil des Schwefelwasserstoffgehalts des Gasstroms der Verbrennung in einer thermischen Stufe unterzogen, welche die Form eines Ofens hat, um Schwefeldioxid zu bilden. Das Schwefeldioxid reagiert dann in dem Ofen mit restlichem Schwefelwasserstoff und bildet so Schwefeldampf. Die Reaktion zwischen Schwefelwasserstoff und Schwefeldioxid erfolgt nicht vollständig. Der Abgasstrom aus dem Ofen wird abgekühlt und Schwefel wird typischerweise durch Kondensation aus dem abgekühlten Abgasstrom extrahiert. Der resultierende Gasstrom, der immer noch restlichen Schwefelwasserstoff und Schwefeldioxid enthält, gelangt durch eine Kette von Stufen, in denen eine katalysatorunterstützte Reaktion zwischen dem restlichen Schwefelwasserstoff und dem restlichen Schwefeldioxid stattfindet. Resultierender Schwefeldampf wird stromab jeder Stufe extrahiert. Der Abgas aus der stromabwärtigsten Stufe der Schwefelextraktionen kann verbrannt oder einer weiteren Behandlung unterzogen werden, beispielsweise durch den SCOT- oder Beavon-Prozeß, um einen Gasstrom zu bilden, der sicher in die Atmosphäre entlüftet werden kann.
Zur Unterstützung der Verbrennung von Schwefelwasserstoff im anfänglichen Teil des Prozesses kann Luft verwendet werden. Die Stöchiometrie der Reaktionen, die stattfinden, ist derart, daß verhältnismäßig große Volumen von Stickstoff (der natürlich in der die Verbrennung unterstützenden Luft vorhanden ist) durch den Prozeß strömen und dadurch eine obere Begrenzung des Durchsatzes bedingen, mit welchem der Schwefelwasserstoff enthaltende Gasstrom in einem Ofen gegebener Größe behandelt werden kann. Diese obere Begrenzung kann durch Verwendung kommerziell hergestellten Sauerstoffs oder Sauerstoff-angereicherter Luft zur Unterstützung der Verbrennung des Schwefelwasserstoffs angehoben werden.
Im allgemeinen resultiert, in Abhängigkeit von der Konzentration des Schwefelwasserstoff enthaltenden Gasstroms, die Zufuhr von kommerziell reinem Sauerstoff anstelle von Luft in der Erzeugung übermäßiger Temperaturen in dem Ofen, die möglicherweise Schäden verursachen, insbesondere an der feuerfesten Auskleidung des Ofens. Verschiedene Verfahren sind bekannt, um das Maß der Anreicherung der Luft mit Sauerstoff zu steigern, ohne übermäßige Temperaturen zu erzeugen. Beispielsweise beschreibt die britische Patentanmeldung 2 173 780 A die Mäßigung der Temperaturen durch Einleiten von flüssigem Wasser in die Flammenzone des Ofens. Das US-Patent Nr. 5 352 433 beschreibt einen besonders vorteilhaften Prozeß, bei welchem die Kapazität bzw. der Durchsatz eines Claus-Prozesses durch Durchführung der Verbrennung des Schwefelwasserstoffs in zwei getrennten Öfen gesteigert wird. Dementsprechend wird die Gesamtmenge der durch die Verbrennung erzeugten Wärme zwischen den beiden Öfen aufgeteilt, ohne Notwendigkeit, einen externen oder rezirkulierten Temperaturmoderator einzusetzen. Infolgedessen kann ein höheren Maß der Leistungssteigerung als bei anderen Verfahren erreicht werden.
Typischerweise ist es möglich, wenn die Verbrennung des Schwefelwasserstoffs in zwei getrennten Öfen stattfindet, einen Prozeß durch Nachrüsten eines zusätzlichen Ofens und entsprechender Wärmeaustauschausrüstung an eine existierende Anlage zu betreiben.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Einrichtung zur Rückgewinnung von Schwefel aus Schwefelwasserstoff enthaltenden Gasströmen zu schaffen, das bzw. die flexibel zu betreiben ist, effektiv gesteuert werden kann, und immer noch mindestens einige der Vorteile des Betriebs mit kommerziell reinem Sauerstoff oder Sauerstoff-angereicherter Luft bietet.

Zusammenfassung der Erfindung

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Behandlung einer Mehrzahl brennbarer Gasströme, die Schwefelwasserstoff enthalten, mit folgenden Schritten vorgesehen:
a) Rückgewinnen von Schwefel aus einem ersten brennbaren Gasstrom, der Schwefelwasserstoff enthält, durch Betreiben einer ersten Claus-Anlage mit einer Kette von Stufen, die in Reihe eine erste thermische Claus-Stufe, einen ersten Schwefelkondensator, und mindestens eine Unterkette von Stufen mit einer katalytischen Claus-Stufe und einem zweiten Schwefelkondensator stromab derselben umfasst,
b) Abbrennen eines Teils des Schwefelwasserstoffgehalts eines zweiten brennbaren Gasstroms, der Schwefelwasserstoff enthält, in mindestens einer weiteren thermischen Claus-Stufe,
c) Zuführen eines verbrennungsfördernden Gases zu der weiteren thermischen Claus- Stufe mit einem Sauerstoffmolanteil von mindestens 0,25 zur Unterstützung der Verbrennung von Schwefelwasserstoff darin, wobei das verbrennungsfördernde Gas durch einen Strom von aus Luft abgetrenntem reinem oder unreinem Sauerstoff oder einem Gemisch eines Luftstroms mit dem genannten Strom reinen oder unreinen Sauerstoffs gebildet wird,
d) Abziehen eines Abgasstroms, der Schwefelwasserstoff, Schwefeldioxid, Wasserdampf und Schwefeldampf enthält, aus der weiteren thermischen Claus-Stufe und Abscheiden von Schwefeldampf aus dem Abgasstrom in einem weiteren Schwefelkondensator, um einen an Schwefel erschöpften Abgasstrom zu bilden,
e) Vermischen mindestens eines Teils des an Schwefel erschöpften Abgasstroms mit einem ersten brennbarem Gas, das zur Behandlung in der ersten Claus-Anlage unterliegt, in einem Bereich stromab der ersten thermischen Claus-Stufe und stromauf des Beginns der katalytischen Claus-Reaktion in der genannten Unterkette,
f) Erzeugen eines ersten Steuersignals, das eine Funktion des Strömungsdurchsatzes des zweiten brennbaren Gases oder mindestens einer brennbaren Komponente hiervon in die genannte weitere thermische Claus-Stufe darstellt,
g) Erzeugen eines zweiten Steuersignals, das eine Funktion des Schwefelwasserstoffs/Schwefeldioxid-Molverhältnisses in dem an Schwefel erschöpften Abgasstrom darstellt, und
h) Verwenden der Steuersignale zum Einstellen des Durchsatzes, mit welchem das verbrennungsfördernde Gas zur weiteren thermischen Claus-Stufe zugeführt wird.
Die Erfindung beinhaltet auch eine Anlage zur Behandlung einer Mehrzahl von brennbaren Gasströmen, die Schwefelwasserstoff enthalten, mit:
a) Einer ersten Claus-Anlage zur Rückgewinnung von Schwefel aus einem ersten brennbaren Gasstrom, der Schwefelwasserstoff enthält, mit einer Kette von Stufen einschließlich in Reihenanordnung einer ersten thermischen Claus-Stufe, einem ersten Schwefelkondensator, und mindestens einer Unterkette von Stufen, die eine katalytische Claus-Reaktionsstufe und einen zweiten Schwefelkondensator umfasst,
b) mindestens einer weiteren thermischen Claus-Stufe zur Verbrennung eines Teils des Schwefelwasserstoffgehalts eines zweiten brennbaren Gasstroms, der Schwefelwasserstoff enthält,
c) mindestens einem Einlaß zu der weiteren thermischen Claus-Stufe für ein verbrennungsunterstützendes Gas mit einem Sauerstoffmolanteil von mindestens 0,25, wobei das verbrennungsunterstützende Gas aus einem Strom aus Luft abgetrennten reinen oder unreinen Sauerstoffs oder aus einem Gemischs eines Luftstroms mit dem genannten Strom reinen oder unreinen Sauerstoffs gebildet ist,
d) einem Auslaß aus der weiteren thermischen Claus-Stufe für einen Abgasstrom, der Schwefelwasserstoff, Schwefeldioxid, Wasserdampf und Schwefeldampf enthält,
e) einem weiteren Kondensator zum Ausziehen von Schwefeldampf aus dem Abgasstrom, um so einen an Schwefel erschöpften Gasstrom zu bilden, mit einem Einlaß, der mit dem Auslaß aus der weiteren thermischen Claus-Stufe in Verbindung steht,
f) einem Auslaß für den an Schwefel erschöpften Abgasstrom, der mit einem Bereich der ersten Claus-Anlage stromab der ersten thermischen Claus-Stufe und stromauf der Stelle in Verbindung steht, an welcher darin die katalytische Claus-Reaktion beginnt,
g) Mitteln zum Erzeugen eines ersten Steuersignals, das eine Funktion des Strömungsdurchsatzes des zweiten brennbaren Gasstroms oder mindestens einer der brennbaren Komponenten hiervon in die weitere thermische Claus-Stufe darstellt,
h) Mitteln zum Erzeugen eines zweiten Steuersignals, das eine Funktion des Molverhältnisses von Schwefelwasserstoff zu Schwefeldioxid in dem an Schwefel erschöpften Abgas darstellt, und
i) Mitteln, die aus die Steuersignale ansprechen, zum Einstellen des Durchsatzes, mit welchem das verbrennungsunterstützende Gas in die weitere thermische Claus- Reaktionsstufe zugeführt wird.
Das Verfahren und die Anlage nach der Erfindung bieten eine Anzahl von Vorteilen. Erstens kann die Durchsatzrate des brennbaren, Schwefelwasserstoff enthaltenden Gases wesentlich größer als in einer vergleichbaren Anlage sein, in welcher die weitere thermische Claus-Stufe und der weitere Schwefelkondensator weggelassen sind. Zweitens trägt die Erzeugung des zweiten Steuersignals, das eine Funktion des Verhältnisses von Schwefelwasserstoff zu Schwefeldioxid darstellt, zum Erreichen einer stabilen Steuerung des Verfahrens und der Einrichtung nach der Erfindung bei. Drittens können die weitere thermische Claus-Stufe und der weitere Schwefelkondensator leicht an eine schon bestehende Claus-Anlage oder -Anlagen ohne Notwendigkeit zur Vornahme wesentlicher Änderungen an einer solchen Anlage und der damit zusammen verwendeten Prozesssteuerausrüstung nachgerüstet werden. Tatsächlich können bestehende Anlagen exakt wie vor dem Hinzufügen der neuen Ausrüstung betrieben werden. Viertens kann die weitere thermische Claus- Stufe zur Versorgung von zwei oder mehr separaten Claus-Anlagen mit dem an Schwefel erschöpften Abgasgemisch eingesetzt werden.
Wenn das verbrennungsfördernde Gas als Gemisch des ersten Luftstroms und des zweiten Stroms von aus Luft abgetrenntem reinen oder unreinem Sauerstoff gebildet wird, können der erste und der zweite Strom an Ort und Stelle innerhalb der weiteren thermischen Claus- Stufe vermischt werden. Die Vermischung braucht nicht perfekt zu sein. Der Molanteil von Sauerstoff in dem verbrennungsfördernden Gas beträgt vorzugsweise mindestens etwa 0,7. Das Zuführen eines solchen sauerstoffreichen verbrennungsunterstützenden Gases zu einer einzigen weiteren thermischen Claus-Stufe kann dazu tendieren, eine übermäßige Temperatur zu bewirken, insbesondere wenn das zweite brennbare Gasgemisch, das Schwefelwasserstoff enthält, einen hohen Molanteil an Schwefelwasserstoff (z. B. größer als etwa 0,7) aufweist. Einer solchen Tendenz kann durch Zuführen eines Moderatormediums zu einer solchen einzigen weiteren thermischen Claus-Stufe entgegengewirkt werden. Dieses Moderatormedium kann beispielsweise flüssiges Kohlendioxid, ein von stromab des weiteren Schwefelkondensators entnommener Rezirkulationsstrom, oder aus einer separaten Quelle entnommenes Schwefeldioxid sein. Vorzugsweise werden jedoch zwei weitere thermische Claus-Stufen in Reihenanordnung eingesetzt, um so das Maß der Schwefelwasserstoffverbrennung zu begrenzen, das in jeder einzelnen Stufe stattfindet. Vorzugsweise ist ein Wärmetauscher zwischen den beiden weiteren thermischen Claus-Stufen vorgesehen. Der Zwischenwärmetauscher ist vorzugsweise ein Abwärmekessel. Gewünschtenfalls kann ein Zwischenschwefelkondensator stromab des Zwischenwärmetauschers, aber stromauf der weiter stromabwärtigen der beiden weiteren thermischen Claus-Stufen eingesetzt werden.
Der zweite brennbare Gasstrom kann die gleiche Zusammensetzung wie der erste brennbare Gasstrom, der Schwefelwasserstoff enthält, oder eine davon verschiedene Zusammensetzung haben. Beispielsweise kann der zweite brennbare Gasstrom Ammoniak zusätzlich zu Schwefelwasserstoff enthalten, während der erste brennbare Gasstrom im wesentlichen ammoniakfrei sein kann. Die Verwendung eines verbrennungsunterstützenden Gases mit einem Molanteil von beispielsweise etwa 0,7 in der weiteren thermischen Claus-Stufe oder weiteren thermischen Claus-Stufen ermöglicht es, darin ein Verbrennungsbild mit mindestens einer Flammenzone mit einer lokalisierten hohen Temperatur zu erzeugen, die zur Zerstörung von Ammoniak besonders geeignet ist.
Der an Schwefel erschöpfte Abgasstrom wird vorzugsweise in das erste brennbare Gasgemisch in einem Bereich der ersten Claus-Anlage stromab des ersten Schwefelkondensators und stromauf eines etwaigen Wiedererhitzers eingeleitet, der Teil der ersten oder einzigen Unterkette von Stufen bildet. Jedoch ist es auch möglich, das Vermischen der beiden Gasströme an einer anderen Stelle vorzunehmen. Beispielsweise kann der an Schwefel erschöpfte Abgasstrom mit dem ersten brennbaren Gasstrom in einem Bereich gerade stromauf des ersten Schwefelkondensators vermischt werden.
Die Mittel zum Erzeugen des ersten Steuersignals umfassen typischerweise einen Strömungsmesser zum Messen des Strömungsdurchsatzes des verbrennungsfördernden Gases in die weitere Claus-Stufe, der betriebsmäßig einem ersten Ventilregler zugeordnet ist.
Die Mittel zum Erzeugen des zweiten Steuersignals umfassen vorzugsweise einen Analysator, typischerweise der Infrarotbauart, der in der Lage ist, sowohl die Schwefelwasserstoff als auch die Schwefeldioxidkonzentration zu messen, und Mittel zum Berechnen des Molverhältnisses von Schwefelwasserstoff zu Schwefeldioxid, sowie Mitteln zum Vergleichen des berechneten Molverhältnisses von Schwefelwasserstoff zu Schwefeldioxid mit einem voreingestellten gewünschten Verhältnis. Eine etwaige Abweichung wird als zweites Steuersignal verwendet, um die Strömung des verbrennungsfördernden Gases in die zweite thermische Claus-Stufe bzw. -Stufen nachzustellen. Vorzugsweise wird der Durchsatz, mit welchem das verbrennungsfördernde Gas zu der weiteren thermischen Claus- Stufe bzw. -Stufen zugeführt wird, hauptsächlich durch die Mittel zur Erzeugung des ersten Steuersignals gesteuert. Zu diesem Zweck gelangt mindestens ein größerer oder Hauptteil der Gesamtströmung des strömungsfördernden Gases durch mindestens ein erstes Hauptströmungssteuerventil, das betriebsmäßig den Mitteln zum Erzeugen des ersten Steuersignals zugeordnet ist. Wenn das verbrennungsfördernde Gas ein Strom aus reinem oder unreinem Sauerstoffs ist, der von Luft abgetrennt wurde, kann ein einziges erstes Hauptströmungssteuerventil vorhanden sein. Wenn andererseits das verbrennungsunterstützende Gas aus einem Gemisch eines Luftstroms mit einem Strom reinen oder unreinen, aus Luft abgetrennten Sauerstoffs gebildet ist, kann ein erstes Hauptströmungssteuerventil in einer ersten Leitung für den Luftstrom und ein zweites Hauptströmungssteuerventil in einer zweiten Leitung für den Sauerstoffstrom angeordnet sein. Gewünschtenfalls kann die Hauptsteuerung durch Analyse des zweiten brennbaren Gasstroms verbessert werden. Das zweite Steuersignal erzeugt eine Feinabstimmung der Hauptsteuerung des Strömungsdurchsatzes des verbrennungsunterstützenden Gases zu der weiteren thermischen Claus- Stufe bzw. -Stufen. Zu diesem Zweck ist vorzugsweise mindestens ein sekundäres (bzw. Trimm-) Steuerventil parallel zu dem bzw. jedem Hauptsteuerventil angeordnet, wobei das sekundäre Steuerventil betriebsmäßig den Mitteln zum Erzeugen des zweiten Steuersignals zugeordnet ist. Typischerweise strömt nur ein kleinerer Teil des verbrennungsförderndes Gases durch den bzw. jedes sekundäre Steuerventil hindurch. Es kann jede Anzahl verschiedener Varianten dieser Steuerstrategie angewendet werden, und zwar in Abhängigkeit davon, ob das verbrennungsfördernde Gas in einem einzigen Strom oder in einer Mehrzahl von Strömen zu der/den weiteren thermischen Claus-Stufe bzw. -Stufen zugeführt wird. Wenn diese Zufuhr in Gestalt eines einzigen Stroms stattfindet, kann ein einziges Hauptsteuerventil vorhanden sein, und ein Teil des Stroms kann das Hauptsteuerventil umgehen und durch das sekundäre Steuerventil strömen. Alternativ, wenn das verbrennungsfördernde Gas in einer Mehrzahl von Strömen zugeführt wird, kann jeder Strom sein eigenes Hauptsteuerventil haben, und mindestens einer der Ströme kann das ihm zugeordnete Hauptsteuerventil umgehen und durch das sekundäre Steuerventil strömen.
Es können auch alternative Steuerstrategien mit den ersten und zweiten Steuersignalen eingesetzt werden. Beispielsweise kann ein einziges Steuerventil und Steuergerät mit einem Einstellpunkt vorhanden sein, wobei das zweite Steuersignal zur Neueinstellung dieses Punkts benutzt wird. Bei einer weiteren Alternative kann eine Leitung zur Zufuhr von Luft zur weiteren thermischen Claus-Stufe und eine weitere Leitung zur Zufuhr reinen oder unreinen Sauerstoffs zu dieser, und ein Hauptströmungssteuerventil in jeder Leitung vorhanden sein, und die Mittel zum Erzeugen des zweiten Steuersignals können so angeordnet sein, daß sie auf jedes Hauptströmungssteuerventil Einfluß nehmen können. Im allgemeinen wird es bevorzugt, ein zweites bzw. Trimm-Ventil einzusetzen, weil Schwierigkeiten beim Erreichen einer Feinsteuerung mit kleineren Einstellungen bei einem einzigen verhältnismäßig großem Steuerventil auftreten können.
Vorzugsweise ist eine ähnliche Anordnung von Strömungssteuerventilen zur Steuerung der Strömung von Luft oder Sauerstoff angereicherter Luft zur thermischen Claus-Stufe der ersten Claus-Anlage vorhanden. Daher spricht ein Strömungssteuerventil, durch welches ein kleinerer Teil der gesamten Luft- oder Sauerstoff-angereicherten Luftströmung zur ersten thermischen Claus-Stufe hindurchgelangt, vorzugsweise auf von einem Analysator erzeugte Signale an, der einen stromab sämtlicher Unterketten angeordneten Sensor oder Sensoren aufweist, während ein weiteres Strömungssteuerventil, durch welches die Hauptströmung der Luft oder Sauerstoff-angereicherten Luft hindurchgelangt, vorzugsweise entsprechend der erwarteten Strömung des ersten brennbaren Gases in die erste Claus-Anlage eingestellt wird und in Abhängigkeit irgendeiner erfassten Abweichung von einer spezifizierten Strömung und/oder spezifizierten Molfraktion von Schwefelwasserstoff nachgestellt werden kann.
Vorzugsweise umfasst das Verfahren nach der Erfindung den Betrieb mindestens einer zweiten Claus-Anlage zur Rückgewinnung von Schwefel aus mindestens einem dritten brennbaren Gasstrom, der Schwefelwasserstoff enthält, mit einer Kette von Stufen einschließlich, in Reihenanordnung, einer ersten thermischen Claus-Stufe, einem ersten Schwefelkondensator, und mindestens einer Unterkette von Stufen einschließlich einer katalytischen Claus-Reaktionsstufe und einem zweiten Schwefelkondensator. Während des normalen Betriebs wird nur ein Teil des an Schwefel erschöpften Abgasstroms mit dem ersten brennbaren Gasstrom vermischt, während der Rest des an Schwefel erschöpften Abgasstroms mit dem dritten brennbaren Gasstrom in einem Bereich stromab der ersten thermischen Claus-Stufe und stromauf des Beginns der katalytischen Claus-Reaktion darin vermischt wird.
Ein Vorteil dieser Anordnung liegt darin, daß die Erzeugung des Schwefels weitergehen kann, wenn irgendeine der ersten Claus-Anlage, der zweiten Claus-Anlage, und der weiteren thermischen Claus-Stufe für eine routinemäßige Wartung abgeschaltet wird.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Das Verfahren und die Anlage nach der Erfindung werden nun beispielshalber unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben, wobei die Fig. 1 bis 3 schematische Strömungsdiagramme eines ersten, eines zweiten und eines dritten Beispiels einer Anlage zur Behandlung einer Mehrzahl brennbarer Gasströme zeigen, die Schwefelwasserstoff enthalten.
Die Zeichnungen sind nicht maßstäblich. Zum Zwecke leichterer Darstellung sind die verschiedenen Strömungssteuerventile und Absperrventile und weitere Ausrüstung aus den Zeichnungen weggelassen. Gleiche Teile, die in zwei oder mehreren der Zeichnungen dargestellt sind, sind mit der gleichen Bezugszahl versehen.

Detaillierte Beschreibung

In Fig. 1 der Zeichnungen ist eine erste Claus-Anlage 2, eine zweite Claus-Anlage 4, und weitere Ausrüstung 6 zur Rückgewinnung von Schwefel aus einem Schwefelwasserstoff enthaltenden Gasstrom dargestellt. Ein erster brennbarer Gasstrom, der Schwefelwasserstoff enthält, wird durch eine Rohrleitung 8 in die erste Claus-Anlage 2 eingeleitet. In einer Ölraffinerie kann die Quelle des Schwefelwasserstoff enthaltenden ersten brennbaren Gasstroms eine Quelle von sogenanntem "Amingas" sein, das typischerweise über 80 Vol.-% Schwefelwasserstoff enthält (wobei das meiste des Rests Kohlendioxid ist), oder eine Quelle von sogenanntem "saurem Wasserabstreifergas" sein, das typischerweise etwa 20 bis 35 Vol.-% Schwefelwasserstoff und etwa 30 bis 45 Vol.-% Ammoniak enthält, wobei der Rest Wasserdampf und Kohlendioxid enthält. Bei einem weiteren Beispiel ist der erste, Schwefelwasserstoff enthaltende brennbare Gasstrom ein Gemisch aus saurem Wasserabstreifergas und Amingas.
Das erste Schwefelwasserstoff enthaltende brennbare Gasgemisch strömt aus der Rohrleitung 8 in einen Brenner 10, der einer Axial- oder Tangentialspitzenmischbauart angehören kann und in einen Ofen 12 hineinfeuert, welche die thermische Stufe der Claus-Anlage bildet. Um die Verbrennung der brennbaren Komponenten des Schwefelwasserstoff enthaltenden ersten Gasgemischs zu unterstützen, wird ein Strom aus Luft oder Sauerstoff angereicherter Luft durch eine Rohrleitung 16 zum Brenner 10 zugeführt. Die relativen Strömungsdurchsätze von Luft oder Sauerstoff angereicherter Luft und des Schwefelwasserstoff enthaltenden ersten brennbaren Gasstroms sind derart, daß der Brenner 10 etwa 2 Mol Schwefelwasserstoff pro Mol Sauerstoff erhält. Dementsprechend wird ausreichend Sauerstoff zur Unterstützung der Verbrennung von etwa einem Drittel des Gesamtdurchsatzes von Schwefelwasserstoffmolekülen durch den Brenner 10 zugeführt. Ausreichend zusätzliche Sauerstoffmoleküle werden außerdem zugeführt, um die gesamte Verbrennung irgendwelchen Ammoniaks oder irgendwelcher Kohlenwasserstoffe sicherzustellen, die in dem Schwefelwasserstoff enthaltenden ersten brennbaren Gasgemisch vorhanden sind.
Die Verbrennung von Schwefelwasserstoff im Ofen 12 bildet Wasserdampf und Schwefeldioxid. Resultierendes Schwefeldioxid reagiert innerhalb des Ofens 12 mit restlichem Schwefelwasserstoff zur Bildung von Schwefeldampf und weiterem Wasserdampf. Es finden auch noch weitere chemische Reaktionen statt. Beispielsweise tritt eine gewisse thermische Dissoziierung von Schwefelwasserstoff in Wasserstoff und Schwefel auf. Verschiedene andere Reaktionen finden in Abhängigkeit von den jeweiligen Betriebsbedingungen im Ofen 12 statt. Beispielsweise reagiert Kohlenmonoxid (das seinerseits durch thermische Dissoziierung von Kohlendioxid oder durch Reaktion von Kohlendioxid mit Schwefelwasserstoff entsteht) mit Schwefeldampf zur Bildung von Kohlenoxidsulfid. Es kann auch Kohlendisulfid gebildet werden.
Ein Schwefelwasserstoff, Schwefeldioxid, Schwefeldampf, Wasserdampf, Kohlendioxid, Wasserstoff und Kohlenmonoxid enthaltendes und außerdem Spuren von Kohlenoxidsulfid und Kohlendisulfid aufweisendes Gasgemisch strömt aus dem Ofen 12 in einen Abwärmekessel 14, in welchem es typischerweise auf eine Temperatur im Bereich von etwa 250 bis 350ºC abgekühlt wird. Das so abgekühlte Gasgemisch strömt aus dem Abwärmekessel 14 in einen Schwefelkondensator, in welchem es typischerweise auf eine Temperatur im Bereich von etwa 110 bis 180-ºC weiter abgekühlt wird. Der Schwefelkondensator 18 kondensiert auch mindestens einen Teil des Schwefeldampfs in dem Gasgemisch. Das resultierende Kondensat wird zu einem nicht dargestellten Schwefelsammler geleitet.
Weil die Claus-Reaktion zwischen Schwefelwasserstoff und Schwefeldioxid nicht vollständig abläuft, enthält das den Kondensator 18 verlassende Gasgemisch beträchtliche Anteile an Schwefeldioxid und Schwefelwasserstoff. Um weiteren Schwefel hieraus abzuziehen, wird das Gasgemisch durch eine erste Unterkette 20 von Stufen einschließlich einer katalytischen Claus-Reaktion zwischen dem Schwefelwasserstoff und dem Schwefeldioxid und einer zweiten ähnlichen Unterkette 22 von Stufen einschließlich einer katalytischen Reaktion zwischen Schwefelwasserstoff und Schwefeldioxid hindurchgeleitet. Die erste Unterkette 20 weist in Reihenanordnung einen Nacherhitzer 24 auf, aus welchem das Gasgemisch auf eine Temperatur typischerweise im Bereich von etwa 200 bis 250ºC erwärmt wird. Aus dem Nacherhitzer 24 gelangt das Gemisch durch einen ersten katalytischen Claus-Reaktor 26, in welchem eine Reaktion zwischen dem Schwefelwasserstoff und Schwefeldioxid über einem Katalysator, beispielsweise aktiviertem Aluminiumoxid stattfindet. Als Ergebnis werden weiterer Schwefeldampf und Wasserdampf gebildet. Das resultierende Gasgemisch strömt aus dem katalytischen Reaktor 26 in einen weiteren Schwefelkondensator 28, in welchem es auf eine Temperatur typischerweise im Bereich von etwa 110 bis 150ºC abgekühlt wird, und der in dem katalytischen Reaktor gebildete Schwefeldampf wird kondensiert. Das resultierende Kondensat wird in einen (nicht dargestellten) Schwefelsammler geleitet. Das an Schwefel erschöpfte Gasgemisch gelangt in die zweite Kette 22. Die zweite Kette besteht der Reihe nach aus einem weiteren Nacherhitzer 30, einem weiteren katalytischen Claus-Reaktor 32, und noch einem weiteren Schwefelkondensator 34. Der Betrieb dieser Einheiten ist analog demjenigen der entsprechenden Einheiten in der ersten Kette 20.
Das den noch weiteren Schwefelkondensator 34 verlassende Gasgemisch kann, in Abhängigkeit von seiner Konzentration an restlichen Schwefelverbindungen, in einem Brennofen (nicht dargestellt) geleitet und in die Atmosphäre ausgetragen werden. Alternativ kann das Gasgemisch zu einem Hydrolysereaktor (nicht dargestellt) gelangen, in welchem die im Gasgemisch vorhandenen Komponenten der Hydrolyse und Hydrogenierung unterzogen werden. Im Hydrolysegenerator werden restliches Kohlenoxidsulfid und Kohlendisulfid mit Wasserdampf hydrolysiert, um Schwefelwasserstoff über einem Katalysator, beispielsweise mit Kobalt und Molybdän imprägnierten Aluminiumoxid, zu erzeugen. Solche Katalysatoren sind auf dem Fachgebiet bekannt. Gleichzeitig werden restlicher elementarer Schwefel und Schwefeldioxid hydrogeniert, um Schwefeldioxid zu bilden. Die Hydrolyse und Hydrogenierung finden über dem vorgenannten imprägnierten Aluminiumoxidkatalysator bei einer Temperatur typischerweise im Bereich von etwa 300 bis 350ºC statt. Ein resultierendes Gasgemisch, das im wesentlichen aus Schwefelwasserstoff, Stickstoff, Kohlendioxid, Wasserdampf und Wasserstoff besteht, verlässt den Hydrolysereaktor und strömt zuerst in eine Wasserkondensationseinheit (nicht dargestellt) und dann in eine getrennte Einheit (nicht dargestellt), in welcher Schwefelwasserstoff abgeschieden wird, beispielsweise durch chemische Absorption. Ein geeignetes chemisches Absorptionsmittel ist Methyl-Diethylamin. Gewünschtenfalls kann der so zurückgewonnene Schwefelwasserstoff zum Brenner 10 rezirkuliert werden.
Als weiter brennbarer Gasstrom, der Schwefelwasserstoff enthält, wird zu der weiteren Ausrüstung 6 geleitet. Der zweite brennbare Gasstrom kann die gleiche Zusammensetzung wie oder eine andere Zusammensetzung als der erste brennbare Gasstrom haben. Wenn getrennte Quellen von Amingas und sauerem Wasserabstreifergas vorhanden sind, und wenn Luft (nicht mit Sauerstoff angereichert) zur Unterstützung der Verbrennung im Ofen 12 der ersten Claus-Anlage 2 verwendet wird, wird im allgemeinen bevorzugt, daß das Amingas zur ersten Claus-Anlage 2 und das saure Wasserabstreifergas zur weiteren Ausrüstung 6 geleitet wird.
Der zweite, Schwefelwasserstoff enthaltende brennbare Gasstrom strömt durch eine Rohrleitung 40 zu einem Brenner 42, der axial oder tangential in einen Ofen 44 hineinfeuert, der eine thermische Claus-Stufe bildet. Ein verbrennungsunterstützendes Gas, das vorzugsweise einen Sauerstoffmolanteil von mindestens etwa 0,8 aufweist, wird durch eine Rohrleitung 45 zum Brenner 42 zugeführt, um die Verbrennung der brennbaren Komponenten des zweiten brennbaren Gasstroms, der Schwefelwasserstoff enthält, zu unterstützen. Der Brenner 42 kann einer spitzen Mischbauart angehören. Das verbrennungsunterstüzende Gas ist vorzugsweise kommerziell reiner Sauerstoff oder mit Sauerstoff angereicherte Luft. Die jeweiligen Strömungsdurchsätze der Gasströme zum Brenner 42 sind so gewählt, daß im Betrieb die feuerfeste Auskleidung (nicht dargestellt) des Ofens 44 niemals eine Temperatur von etwa 1650ºC oder höher erreicht. Grundsätzlich ist der Durchsatz der Zufuhr des verbrennungsunterstützenden Gases daher beträchtlich weniger als derjenige, der für eine Verbrennung von ein Drittel des Schwefelwasserstoffgehalts des zweiten brennbaren Gasstroms erforderlich ist.
Die Reaktionen, die im Ofen 44 stattfinden, sind im wesentlichen die gleichen wie diejenigen, die oben mit Bezug auf den Ofen 12 der ersten Claus-Anlage 2 beschrieben worden sind. Die Verwendung eines verbrennungsunterstützenden Gases mit einem Sauerstoffmolanteil von mindestens etwa 0,8 bringt jedoch eine Erleichterung der thermischen Dissoziierung von Schwefelwasserstoff. Typischerweise ist daher der Anteil an Wasserstoff im resultierenden Gas größer als in dem entsprechenden Teil der ersten Claus-Anlage 2. Der Abgasstrom 44, der Schwefelwasserstoff, Schwefeldioxid, Schwefeldampf, Wasserdampf, Wasserstoff und Kohlendioxid und typischerweise Stickstoff, Kohlenmonoxid und Spuren von Kohlenoxidsulfid und Kohlendisulfid enthält, verlässt den Ofen 44 und gelangt in einen Abwärmekessel 46, in welchem er typischerweise auf eine Temperatur im Bereich von etwa 500 bis 600ºC abgekühlt wird.
Der resultierende abgekühlte Abgasstrom strömt in einen zweiten Claus-Ofen 48. Weiteres verbrennungsunterstützendes Gas wird zum Ofen 44 über eine Rohrleitung 50 zugeführt, die von der Rohrleitung 45 abzweigt. Das verbrennungsunterstützende Gas tritt durch Lanzen (nicht dargestellt) in den Ofen 48 ein.
Als Ergebnis findet die Verbrennung eines Teils des Schwefelwasserstoffgehalts des abgekühlten Abgasstroms aus dem Ofen 44 statt. Da der Abgasstrom den Abwärmekessel 46 typischerweise mit einer verhältnismäßig hohen Temperatur verlässt, findet die Verbrennung des Schwefelwasserstoffs leicht statt.
Die relativen Strömungsdurchsätze von Schwefelwasserstoffmolekülen und Sauerstoffmolekülen in die Öfen 44 und 48 sind so ausgelegt, daß das Molverhältnis von Schwefelwasserstoff zu Schwefeldioxid in dem den Ofen 48 verlassenden Abgasstrom typischerweise im Bereich von etwa 1 : 5 zu 1 bis etwa 3 : 1 liegt. Das Abgasgemisch wird in einem weiteren Abwärmekessel 52 typischerweise auf eine Temperatur im Bereich von etwa 250 bis 350ºC abgekühlt. Das abgekühlte Abgasgemisch, das die gleichen Spezien wie das den Abwärmekessel 46 verlassende Gasgemisch (jedoch in anderen Anteilen) enthält, strömt nun in einen Schwefelkondensator 54, in welchem es weiter auf eine Temperatur von etwa 110 bis 150ºC abgekühlt wird und in welchem mindestens ein Teil des Schwefeldampfs kondensiert wird. Das resultierende Kondensat wird in den Schwefelsammler (nicht gezeigt) geleitet. Der resultierende, an Schwefel erschöpfte Abgasstrom wird typischerweise in zwei Teilgasströme unterteilt. Ein Teilgasstrom wird mit dem Gasstrom durch die erste Claus-Anlage 2 in einem Bereich stromab des Kondensators 18, aber stromauf des Nacherhitzers 24, vereinigt. Der andere Teil des schwefelerschöpften Abgasstroms, der aus dem Schwefelkondensator 54 kommt, wird in einer unten nach zu beschreibenden Weise verwendet.
Ein dritter brennbarer Gasstrom, der Schwefelwasserstoff enthält, wird durch eine Rohrleitung 60 in die zweite Claus-Anlage 4 geleitet. Luft oder Sauerstoff-angereicherte Luft wird durch eine Rohrleitung 62 in die zweite Claus-Anlage 4 geleitet. Die zweite Claus-Anlage 4 enthält einen Brenner 64, der in den Ofen 66 feuert, der eine thermische Claus-Stufe bildet. Den Ofen 66 verlassendes Abgas wird in einem Abwärmekessel 68 abgekühlt. Schwefel wird in einem Schwefelkondensator 70 aus dem abgekühlten Abgasstrom auskondensiert, und das resultierende Kondensat wird in einen Schwefelsammler (nicht dargestellt) geleitet. Das den Kondensator 70 verlassende, an Schwefel erschöpfte Gasgemisch strömt zu einer Folge von zwei Unterketten 72 und 74 von katalytischen Claus-Stufen. Die stromaufwärtige Kette 72 umfaßt, in Reihenanordnung, einen Nacherhitzer 76, einen ersten katalytischen Claus-Reaktor 78 und einen Schwefelkondensator 80. Die zweite Unterkette 74 umfaßt in ähnlicher Weise einen Nacherhitzer 82, einen katalytischen Claus-Reaktor 84 und einen Schwefelkondensator 86. Der Betrieb der zweiten Claus-Anlage 4 ist analog demjenigen der ersten Claus-Anlage 2 und braucht hier nicht weiter beschrieben zu werden mit Ausnahme dessen, daß der andere Teil des an Schwefel erschöpften Abgases aus dem Schwefelkondensator 54 der weiteren Ausrüstung 6 in das durch die Claus-Anlage 4 gelangende Gasgemisch stromab des Kondensators 70, aber stromauf des Nacherhitzers 76, eingeleitet wird.
Das Vorsehen der weiteren Ausrüstung 6 ermöglicht eine Steigerung der Gesamtkapazität der beiden Claus-Anlagen. Durch Verwenden eines sauerstoffreicheren verbrennungsunterstützenden Gases als in den Claus-Anlagen 2 und 4 in der weiteren Ausrüstung 6 ist es möglich, die zusätzlichen Mengen nicht reagierender Gase, insbesondere Stickstoff und Kohlendioxid, niedrig zu halten. Die weitere Ausrüstung 6 kann typischerweise zu den Claus-Anlagen 2 und 4 nachgerüstet werden. Durch Verarbeitung von mehr Speisematerial durch die weitere Ausrüstung und weniger Speisematerial durch die thermischen Stufen der Claus-Anlagen 2 und 4 kann die Gesamtzufuhrrate gesteigert werden, während eine verhältnismäßig unveränderte Strömung durch die katalytischen Stufen der Claus-Anlagen 2 und 4 aufrechterhalten wird.
Gemäß der Erfindung wird die Steuerung so ausgeübt, daß die Zugabe des an Schwefel erschöpften Abgasgemischs, das Schwefelwasserstoff und Schwefeldioxid enthält, aus der weiteren Ausrüstung zu den katalytischen Stufen der Claus-Anlagen 2 und 4 deren Betrieb nicht stört. Fig. 1 der Zeichnungen zeigt ein Steuerschema für die erste Claus-Anlage 2. Ein Analysator 90 ist stromab des Kondensators 34 positioniert und erzeugt ein Steuersignal, das zu einem Ventilregler 92 übertragen wird, der das aktuelle Molverhältnis von Schwefelwasserstoff zu Schwefeldioxid (oder eine Funktion hiervon) mit einem voreingestellten Wert dieses Verhältnisses (oder Funktion dieses Verhältnisses) vergleicht. Wenn eine Abweichung zwischen den beiden Werten vorhanden ist, wird ein Trimmventil 94 so nachgestellt, daß die Strömung der Luft oder der Sauerstoff-angereicherten Luft durch eine Trimmrohrleitung 96 zur Rohrleitung 16 eingestellt wird, um den erfassten Wert des Molverhältnisses von Schwefelwasserstoff zu Schwefeldioxid zum voreingestellten Wert zurückzubringen.
Die Trimmrohrleitung 96 führt nur einen kleinen Teil der Gesamtströmung der Sauerstoffangereicherten Luft zur Rohrleitung 16 der Claus-Anlage 2. Mit dem Trimmventil 94 ist ein Hauptströmungssteuerventil 98 parallel angeordnet. Dieses Ventil kann entsprechend der berechneten Strömung von Luft oder Sauerstoff angereicherter Luft eingestellt werden, die zum vollständigen Oxidieren von in dem ersten brennbaren Gasstrom etwa vorhandenem Ammoniak und Kohlenwasserstoffen und zum Oxidieren eines gewählten Anteils seines Schwefelwasserstoffgehalts zu Schwefeldioxid und Wasserdampf erforderlich ist. Ein Strömungsmesser 100 mißt den Strömungsdurchsatz des ersten brennbaren Gasstroms in die erste Claus-Anlage 2 und erzeugt ein Ventilsignal, das den Strömungsdurchsatz repräsentiert und zu einem Ventilregler übertragen wird, um das Hauptströmungssteuerventil 98 nachzustellen, falls der gemessene Strömungsdurchsatz von dem Spezifizierten abweicht. Das Steuerschema kann auf einer Zusammensetzung des ersten brennbaren Gasstroms basieren, die aufgrund bisheriger Erfahrung oder Analyse angenommen wird, oder die Zusammensetzung kann durch einen in dem Strom befindlichen Analysator oder Analysatoren (nicht dargestellt) bestimmt werden, der bzw. die ein Hilfssteuersignal erzeugt bzw. erzeugen. Die Anordnung der oben beschriebenen Steuerung bewirkt einen stabilen Betrieb der ersten Claus-Anlage 2, wenn die Claus-Anlage 2 ohne Zusatz von an Schwefel erschöpftem Abgas aus dem Schwefelkondensator 54 der weiteren Ausrüstung 6 betrieben wird.
Wenn die weitere Ausrüstung 6 betrieben wird, gelangt der Hauptteil des Sauerstoffs oder der Sauerstoff-angereicherten Luftströmung zur Rohrleitung 64 durch ein Hauptströmungssteuerventil 110. Der Strömungsdurchsatz des zweiten brennbaren Gasstroms wird mittels eines Strömungsmessers 114 gemessen, der ein den Strömungsdurchsatz des zweiten brennbaren Stroms repräsentierendes Signal zu einem Ventilregler 112 überträgt. Der Ventilregler 112 erzeugt ein erstes Steuersignal, das die Position des Hauptströmungssteuerventils mit dem Ergebnis bestimmt, daß die Zufuhrrate des Sauerstoffs bzw. der Sauerstoff-angereicherten Luft zur weiteren Ausrüstung 6 automatisch entsprechend irgendeiner Veränderung des Durchsatzes, mit dem der zweite brennbare Gasstrom zugeführt wird, eingestellt wird. Ein Analysator 104 ist so positioniert, daß er in der Lage ist, sowohl die Schwefelwasserstoff als auch die Schwefeldioxidkonzentration in dem an Schwefel erschöpften Abgasstrom unmittelbar stromab des Schwefelkondensators 54 zu messen. Der Analysator 104 überträgt zu einem Ventilregler 106 ein Signal, das das Molverhältnis von Schwefelwasserstoff zu Schwefeldioxid darstellt. Der Ventilregler erzeugt ein zweites Steuersignal zu einem "Trimm"-Strömungssteuerventil 108 in einer Rohrleitung 109. Das Trimmströmungssteuerventil 108 ist in der Lage auf das zweite Steuersignal anzusprechen, um kleine Verstellungen des Gesamtströmungsdurchsatzes des Sauerstoffs bzw. der Sauerstoff-angereicherten Luft zur weiteren Ausrüstung 6 vorzunehmen, so daß das Molverhältnis von Schwefelwasserstoff zu Schwefeldioxid in dem an Schwefel erschöpftem Abgas auf einem gewählten Wert gehalten wird.
Als Ergebnis wird ein zufriedenstellender Betrieb der katalytischen Claus-Stufen aufrechterhalten und der Anteil an Schwefelverbindungen in dem den Schwefelkondensator 34, der dem katalytischen Claus-Reaktor 32 zugeordnet ist, verlassenden Restgas übersteigt nicht ein spezifiziertes Maximum. Falls irgendeine Abweichung von dem gewünschten Molverhältnis auftritt, ist der Analysator in der Lage, dies festzustellen und das der ersten Claus-Anlage 2 zugeordnete Trimmventil 94 entsprechend einzustellen. Im Hinblick auf die verhältnismäßig hohen Konzentrationen von Schwefeldioxid und Schwefelwasserstoff in dem an Schwefel erschöpftem Abgasstrom, der den Schwefelkondensator 54 verläßt, wäre bei Fehlen des Analysators 104 und den Ventilreglers 106 ein stabiler Betrieb der Gesamtanlage schwierig zu erreichen.
Typischerweise sind zusätzliche Strömungssteuerventile 120 und 122 vorgesehen, damit der den Kondensator 54 verlassende, an Schwefel erschöpfte Abgasstrom in geeigneter Weise zwischen der ersten Claus-Anlage 2 und der zweiten Claus-Anlage 4 aufgeteilt werden kann. Obwohl nicht dargestellt, ist der zweiten Claus-Anlage 4 eine Ventilsteuerausrüstung zugeordnet, die derjenigen bei der Claus-Anlage 2 analog ist.
Es können verschiedene Veränderungen und Modifikationen bei den in Fig. 1 der Zeichnungen gezeigten Anlagen und Ausrüstung vorgenommen werden. Beispielsweise kann ein zwischen Schwefelkondensator (nicht dargestellt) zwischen dem Abwärmekessel 46 und der zweiten thermischen Claus-Stufe 48 der zusätzlichen Ausrüstung 6 installiert und der Abwärmekessel 46 zum Abkühlen des hindurchgelangenden Gasgemischs auf eine niedrigere Temperatur betrieben werden. Bei einem weiteren Beispiel werden Luft und Sauerstoff gesondert zur weiteren Ausrüstung 6 zugeführt, und das Steuersignal vom Analysator kann zur Steuerung eines entweder der Luftzufuhrleitung oder der Sauerstoffzufuhrleitung zugeordneten Trimmventils benutzt werden.
Fig. 2 zeigt eine weitere Modifikation, bei welcher die zweite thermische Claus-Stufe 48 und der ihr zugeordnete Abwärmekessel 52 aus der zusätzlichen Ausrüstung 6 weggelassen sind. Stattdessen wird ein Teil des den Schwefelkondensator 54 verlassenden, an Schwefel erschöpften Abgasstroms durch eine Pumpe 200 in das Schwefelwasserstoff enthaltende zweite brennbare Gasgemisch rezirkuliert. Der rezirkulierte Gasstrom modifiziert die Temperatur, die ansonsten im ersten Claus-Ofen 44 erzeugt würde, und ermöglicht daher die Verwendung eines verbrennungsfördernden Gases mit einem höheren Molanteil an Sauerstoff, als das sonst möglich wäre. Wiederum wird der Abwärmekessel 46 auf einer niedrigeren Temperatur als bei der Ausrüstung in Fig. 1 betrieben. In anderen Hinsichten sind die in Fig. 2 gezeigten Anlagen und Ausrüstung analog demjenigen nach Fig. 1.
Es wird nun auf Fig. 3 Bezug genommen, wo eine weitere Modifikation dargestellt ist, bei welcher wiederum der zweite Claus-Ofen 48 und der Abwärmekessel 52 der in Fig. 2 gezeigten zusätzlichen Ausrüstung 6 weggelassen sind. In diesem Fall wird die Abschwächung der Temperatur in einem ersten Ofen 44 durch direktes Einspritzen einer Flüssigkeit wie beispielsweise flüssigen Wassers durch ein Rohr 300 in die Flammenzone (nicht dargestellt) innerhalb des Ofens 44 erreicht.

Claims

1. Verfahren zur Behandlung einer Mehrzahl brennbarer Gasströme, die Schwefelwasserstoff enthalten, mit folgenden Schritten:

a) Rückgewinnen von Schwefel aus einem ersten brennbaren Gasstrom, der Schwefelwasserstoff enthält, durch Betreiben einer ersten Claus-Anlage mit einer Kette von Stufen, die in Reihe eine erste thermische Claus-Stufe, einen ersten Schwefelkondensator, und mindestens eine Unterkette von Stufen mit einer katalytischen Claus-Stufe und einem zweiten Schwefelkondensator stromab derselben umfasst,

b) Abbrennen eines Teils des Schwefelwasserstoffgehalts eines zweiten brennbaren Gasstroms, der Schwefelwasserstoff enthält, in mindestens einer weiteren thermischen Claus-Stufe,

c) Zuführen eines verbrennungsfördernden Gases zu der weiteren thermischen Claus-Stufe mit einem Sauerstoffmolanteil von mindestens 0,25 zur Unterstützung der Verbrennung von Schwefelwasserstoff darin, wobei das verbrennungsfördernde Gas durch einen Strom von aus Luft abgetrenntem reinem oder unreinem Sauerstoff oder einem Gemisch eines Luftstroms mit dem genannten Strom reinen oder unreinen Sauerstoffs gebildet wird,

d) Abziehen eines Abgasstroms, der Schwefelwasserstoff, Schwefeldioxid, Wasserdampf und Schwefeldampf enthält, aus der weiteren thermischen Claus-Stufe und Abscheiden von Schwefeldampf aus dem Abgasstrom in einem weiteren Schwefelkondensator, um einen an Schwefel erschöpften Abgasstrom zu bilden,

e) Vermischen mindestens eines Teils des an Schwefel erschöpften Abgasstroms mit erstem brennbarem Gas, das der Behandlung in der ersten Claus- Anlage unterliegt, in einem Bereich stromab der ersten thermischen Claus- Stufe und stromauf des Beginns der katalytischen Claus-Reaktion in der genannten Unterkette,

f) Erzeugen eines ersten Steuersignals, das eine Funktion des Strömungsdurchsatzes des zweiten brennbaren Gases oder mindestens einer brennbaren Komponente hiervon in die genannte weitere thermische Claus-Stufe darstellt,

g) Erzeugen eines zweiten Steuersignals, das eine Funktion des Schwefelwasserstoff/Schwefeldioxid-Molverhältnisses in dem an Schwefel erschöpften Abgasstrom darstellt, und

h) Verwenden der Steuersignale zum Einstellen des Durchsatzes, mit welchem das verbrennungsfördernde Gas zur weiteren thermischen Claus-Stufe zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das verbrennungsfördernde Gas einen Sauerstoffmolanteil von etwa 0,7 aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem eine einzige weitere thermische Claus-Stufe vorgesehen ist.

4. Verfahren nach Anspruch 4, wobei ein temperaturabsenkendes Medium, das aus flüssigem Wasser, flüssigem Kohlendioxid; Schwefeldioxid und einem von stromab des weiteren Schwefelkondensators entnommenen Rezirkulationsstrom ausgewählt ist, in die einzige weitere thermische Claus-Stufe zugeführt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der an Schwefel erschöpfe Abgasstrom in erstes brennbares Gas, das der Behandlung in der ersten Claus-Anlage unterliegt, in einem Bereich derselben stromab des weiteren Schwefelkondensators eingeleitet wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das zusätzlich das Betreiben einer zweiten Claus-Anlage zur Rückgewinnung von Schwefel aus einem dritten brennbaren Gasstrom, der Schwefelwasserstoff enthält, umfasst, mit einer Kette von Stufen, die in Reihe eine erste thermische Claus-Stufe, einen ersten Schwefelkondensator, und mindestens eine Unterkette von Stufen umfasst, die eine katalytische Claus-Reaktionsstufe und einen zweiten Schwefelkondensator enthält, und wobei nur ein Teil des genannten, an Schwefel erschöpften Abgasstroms mit dem ersten brennbaren Gasstrom vermischt wird und der Rest des an Schwefel erschöpften Abgasstroms mit dem dritten brennbaren Gasstrom, welcher der Behandlung in der zweiten Claus-Anlage unterliegt, in einem Bereich derselben stromab von deren erster thermischer Claus-Stufe und stromauf des Beginns der katalytischen Claus-Reaktion darin vermischt wird.

7. Anlage zum Behandeln einer Mehrzahl von brennbaren Gasströmen, die Schwefelwasserstoff enthalten, mit:

a) Einer ersten Claus-Anlage zur Rückgewinnung von Schwefel aus einem ersten brennbaren Gasstrom, der Schwefelwasserstoff enthält, mit einer Kette von Stufen einschließlich in Reihe einer ersten thermischen Claus-Stufe, einem ersten Schwefelkondensator, und mindestens einer Unterkette von Stufen, die eine katlytische Claus-Reaktionsstufe und einen zweiten Schwefelkondensator umfasst,

b) mindestens einer weiteren thermischen Claus-Stufe zur Verbrennung eines Teils des Schwefelwasserstoffgehalts eines zweiten brennbaren Gasstroms, der Schwefelwasserstoff enthält,

c) mindestens einem Einlaß zu der weiteren thermischen Claus-Stufe für ein verbrennungsunterstützendes Gas mit einem Sauerstoffmolanteil von mindestens 0,25, wobei das verbrennungsunterstützende Gas aus einem Strom aus Luft abgetrennten reinen oder unreinen Sauerstoffs oder aus einem Gemisch eines Luftstroms mit dem genannten Strom reinen oder unreinen Sauerstoffs gebildet ist,

d) einem Auslaß aus der weiteren thermischen Claus-Stufe für einen Abgas- Strom, der Schwefelwasserstoff, Schwefeldioxid, Wasserdampf und Schwefeldampf enthält,

e) einem weiteren Kondensator zum Ausziehen von Schwefeldampf aus dem Abgasstrom, um so einen an Schwefel erschöpften Abgasstrom zu bilden, mit einem Einlaß, der mit dem Auslaß aus der weiteren thermischen Claus-Stufe in Verbindung steht,

f) einem Auslaß für den an Schwefel erschöpften Abgasstrom, der mit einem Bereich der ersten Claus-Anlage stromab der ersten thermischen Claus-Stufe und stromauf der Stelle in Verbindung steht, an welcher darin die katalytische Claus-Reaktion beginnt,

g) Mitteln zum Erzeugen eines ersten Steuersignals, das eine Funktion des Strömungsdurchsatzes des zweiten brennbaren Gasstroms oder mindestens einer der brennbaren Komponenten hiervon in die weitere thermische Claus- Stufe darstellt,

h) Mitteln zum Erzeugen eines zweiten Steuersignals, das eine Funktion des Molverhältnisses von Schwefelwasserstoff zu Schwefeldioxid in dem an Schwefel erschöpften Abgas darstellt, und

i) Mitteln, die auf die Steuersignale ansprechen, zum Einstellen des Durchsatzes; mit welchem das verbrennungsunterstützende Gas in die weitere thermische Claus-Reaktionsstufe zugeführt wird.

8. Anlage nach Anspruch 7, wobei die Mittel zum Erzeugen des ersten Steuersignals einen Strömungsmesser zum Messen des Strömungsdurchsatzes des verbrennungsunterstützenden Gases in die weitere Claus-Stufe aufweisen, die betriebsmäßig mit einem ersten Ventilstellorgan verbunden sind.

9. Anlage nach Anspruch 7, wobei die Mittel zum Erzeugen des zweiten Steuersignals einen Analysator zur Messung von Konzentrationen von Schwefelwasserstoff und Schwefeldioxid in dem an Schwefel erschöpften Abgasstrom, Mittel zum Berechnen des Molverhältnisses von Schwefelwasserstoff zu Schwefeldioxid aus den gemessenen Konzentrationen, und Mittel zum Vergleichen des berechneten Molverhältnisses von Schwefelwasserstoff zu Schwefeldioxid mit einem vorgegebenen Molverhältnis umfassen.

10. Anlage nach einem der Ansprüche 7 bis 9, die des weiteren mindestens ein Hauptströmungssteuerventil aufweist, durch welches ein Hauptteil des verbrennungsunterstützenden Gasstroms strömen kann, und ein Trimmströmungssteuerventil aufweist, durch welches ein kleinerer Teil des verbrennungsunterstützenden Gasstroms strömen kann, wobei das Hauptströmungssteuerventil betriebsmäßig mit den Mitteln zum Erzeugen des ersten Steuersignals und das Trimmströmungssteuerventil betrieblich mit den Mitteln zum Erzeugen des zweiten Steuersignals verbunden sind.