Reaktor a spôsob výroby sírovodíka

Číslo patentu: E 9311

Dátum: 14.01.2008

Autori: Driess Heinz, Woelfert Andreas, Jachow Harald

Je ešte 15 strán.

Pozerať všetko strany alebo stiahnuť PDF súbor.

Text

Pozerať všetko

Predložený vynález sa týka reaktora aspôsobu kontinuálnej výroby H 2 S reakciou plynného vodíka a síry na katalyzátore.Výroba sírovodíka savstave techniky realizuje napríklad Hgs-spôsobom podľa Girdlera (UlImanns Encyclopedia of Industrial Chemistry, Sixth Edition, 2003,zväzok 17, strana 291). H 2 S sa pritom vyrába nekatalyticky s prvkov síry a vodíka na kolóne s výplñou a v podstate horizontálne orientovaným, rozšíreným destilačným zvyškom. Do varáku s vrúcou sírou sa zavádza vodík, ktorý stripuje síru do stúpajúcej plynnej fázy. Vodík a stupujúca síra reagujú vplynovom priestore kolóny, pričom pri tomto uvoľňované reakčné teplo sa plynnému produktu odoberá prepieraním s kvapalnou sírou. Na tento účel sa z varáku kolóny odvádza kvapalná síra, zmieša sčerstvou, studenou sírou adávkuje sa na hlavu kolóny. Plynný produkt, ktoré v podstate obsahuje sírovodík, sa ochladzuje v dvoch výmenníkoch tepla. Ako nevýhodné sa ukázalo, že proces je potrebné realizovať pod tlakom a pri zvýšenej teplote. Zvýšená teplota vedie k intenzívnejšej miere korózie a úbytku materiálu na stenách reaktora. V prípade netesnosti unikajú z dôvodu zvýšenéhotlaku väčšie množstvá jedovatého HZS.Katalytická výroba HZS je opísaná v Angew. Chem. 74. ročník 1962 č. 4 strana 151. Tu sa vedie vodík cez externe temperovaný sírny kúpeľ. Vodík sýtený výparmi síry prechádza cez otvory priestoru katalyzátora. Nezreagovaná síra po opustení priestoru katalyzátora kondenzuje v hornej časti výpustnej trubice HZS a cez spätné potrubie sa vracia do sírneho kúpeľa. Priestor katalyzátora je usporiadaný koncentricky okolo výpustnej trubice HZS. Nevýhodou pri tomto spôsobe v technickom rozmere je skutočnosť, že na ohrev sírneho kúpeľa nie je využívanéreakčne teplo, ale ohrev je realizovaný prostredníctvom plášťa sírneho kúpeľa.Z DE 1 113 446 je známa katalytická výroba sírovodíka reakciou stechiometrickej zmesi vodíka a síry na katalyzátore obsahujúcom na nosiči soľkobaltu a molybdénu pri teplotách v rozsahu od 300 do 400 °C. Katalyzátorje pritomumiestnený v rúrkach, cez ktoré prúdi zmes vodíka a síry. Sírny kúpeľ má teplotu v rozsahu od 340 do 360 °C, čím sa zavedením vodíka do sírneho kúpeľa vytvorí stechiometrická zmes vodíka a síry potrebná na výrobu HZS. Reakčné teplo uvoľnené pri tvorbe HZS sa využíva na priamu výmenu tepla, pretože rúrkyobsahujúce katalyzátor sú bližšie nešpeciñkovaným spôsobom umiestnené v sírnom kúpeli.V US 2,863,725 je opísaný spôsob na výrobu H 2 S na katalyzátore obsahujúcom molybdén, pričom plynný vodík sa zavádza do reaktora obsahujúceho taveninu síry a stúpa cez taveninu síry vo forme bublín plynu. Množstvo zavedeného vodíka a teplota sírnej taveniny, uvedená je teplota nižšia ako 326 °C, sa nastaviatak, aby sa nad taveninou síry v plynovej zóne nachádzala plynná zmes eduktovTento reaktor, ktorý je opísaný tiež v US 2,965,455, je rúrkový reaktor, ktorý je predelenim členený na hornú oblast reaktora a spodnú zbernú oblasť. Horná oblasť reaktora je čiastočne naplnené taveninou síry a nad taveninou síry sa akumulujú edukty v plynovej zóne, ktorá je otvorene prepojená s horným koncom rúrok rúrkového zväzku. V rúrkach je umiestnený molybdénový katalyzátor, na ktorom sa reakcia za vzniku H 2 S uskutočňuje v plynnej fáze. Plynná zmes eduktov vstupuje do rúrok na ich horných koncoch, prúdi cez tieto zhora nadol, pričom na katalyzátore zreaguje a ako plyn obsahujúci produkt opúšťa rúrky na spodných koncoch, ktoré sú otvorene prepojené so zbernou oblasťou reaktora. Usporiadaním rúrok vo vnútri sírnej taveniny sa môže uskutočniť výmena reakčného tepla uvoľneného pri reakcii so sírnou taveninou obklopujúcou rúrky. Kontaktné rúrky sú spojené s predelenim na ich spodných koncoch, pričom integrálne je prítomný prvok na uloženie katalyzátora na predelení. Ako problematické sa ukázali byť príslušné miesta spojenia medzi predelenim a kontaktnými rúrkami, ktoré sú vystavené tepelnému ako aj mechanickému zaťaženiu a tým predstavujú ohrozené oblasti. Upevnenie rúrok lenna ich spodných koncoch na predelení vedie k problémom so stabilitou.Ďalšia problematika sa ukazuje pri zavádzaní vodíka do spodnej oblasti sírnej taveniny cez perforovanú privodnú rúrku v blízkosti predelenia. Kvapalná síra môže vniknút do perforácií prívodnej rúrky, najmä vo fáze nábehu procesu, a tampri zodpovedajúcej teplote stuhnúť tak, že vznikne blokovanie alebo upchatie.Výsledkom tohto je nedostatočné zásobovanie vodíkom, takže množstvo síry uvolňovanej stripovaním vodíkom zo sirnej taveniny je príliš nízke na požadovaný mólový pomer katalyzovanej reakcie.Všeobecný problém pre konštrukciu a výber materiálov reaktora na realizáciu spôsobu výroby sírovodíka predstavuje tepelné dĺžkové zmeny použitých materiálov vdôsledku zvýšenia prípadne zníženia teploty počas fázy nábehu a odstavovania procesu, ktoré môžu byť pre jednotlivé konštrukčné prvky rôzne. Možnosť na vyriešenie tohto problému spočíva vintegrácíi kompenzátorov, napríklad kovového vlnovca do plášťa reaktora, čím je možné zachytiť jednotlivé tepelné dĺžkové zmeny. Takéto kompenzátory sú ale často miestami vznikajúcich netesností. Ďalej je pri materiáloch jednotlivých prvkov potrebné vziať do úvahy vysoko korozívne vlastnosti sírovodíka, výrazné najmä pri vysokých teplotách, čímspôsobuje konštrukcia reaktora na výrobu sírovodíka vysoké materiálové náklady.Úlohou predloženého vynálezu je teda navrhnúť reaktor a spôsob, pri ktorých sa zamedzí nevýhodám stavu techniky a pomocou ktorých je umožnená účinnejšia, energeticky zlepšená a ekonomická, najmä kontinuálna výroba sírovodíka.Riešenie úlohy vychádza z reaktoru na kontinuálnu výrobu H 2 S reakciou zmesi eduktov, ktorá vpodstate obsahuje plynnú síru a vodík, na katalyzátore, pričom reaktor vspodnej časti reaktora obsahuje sirnu taveninu, do ktorej je možné prostredníctvom prívodného zariadenia zavádza plynný vodík. Katalyzátor je(výhodnejšie vo forme pevného lôžka) umiestnený vprinajmenšom jednej trubici tvaru U, ktorá je čiastočne vkontaktu so sírnou taveninou, pričom prinajmenšom jedna trubica tvaru Uvykazuje prinajmenšom jeden vstupný otvor v ramene situovaný nad sírnou taveninou, cez ktorý môže z oblasti eduktov reaktora do trubice tvaru U vstupovať zmes eduktov, vykazuje dráhu prúdenia vo vnútri prinajmenšom jednej trubice tvaru U, pozdĺž ktorej môže zmes eduktov zreagovat vreakčnej oblasti, v ktorej je umiestnený katalyzátor, a táto prinajmenšom jedna trubica tvaru U vykazuje prinajmenšom jeden Výstupný otvor do iného ramena, cez ktorý môže produkt prúdiť do inej (od oblasti eduktov oddelenej) oblasti produktu.Reaktor výhodnejšie zahŕňa výhodnejšie cylindrické alebo hranolové centrálneteleso obklopené plášťom reaktora, ktorý je na obidvoch stranách uzavretý vždy jedným vekom. Veká môžu mať akýkoľvek vhodný tvar, napríklad pologulovitý alebo kónický.Reaktorje v spodnej časti naplnený sírnou taveninou. Do sírnej taveniny môže byť prostredníctvom prívodného zariadenia zavedený plynný vodík, pričom nad sírnou taveninou sa zberá zmes eduktov v podstate obsahujúca plynnú síru a plynný vodík v oblasti eduktov, ktorá je cez fázové rozhranie v kontakte so sírnou taveninou a smerom na hor je výhodnejšie ohraničená predelením, napríklad dnom. Vo výhodnej forme uskutočnenia predloženého vynálezu je dno v hornej časti reaktora spojené s plášťom reaktora, výhodnejšie v hornej tretine, zvlášť výhodnejšiev hornej štvrtine vnútorného priestoru reaktora.V reaktore podľa vynálezu je navrhovaná prinajmenšom jedna trubica tvaru U,ktorá je prinajmenšom čiastočne v kontakte so sírnou taveninou. Reaktor je preto realizovaný ako typ rúrkoveho reaktora, s kontaktnými trubicami, ktoré majú podľa vynálezu tvar U. Takáto trubica tvaru Uvykazuje dve ramená, ktoré sú na ich spodnom konci vzájomne spojené oblúkovou oblasťou. Trubice tvaru U môžu vykazovat vždy rôzne dlhé alebo výhodnejšie rovnako dlhé ramená. Trubice tvaru U môžu mat napríklad priemer ramena v rozsahu od 2 do 20 cm, výhodnejšie od 2,5 do 15 cm, najvýhodnejšie od 5 do 8 cm. Táto prinajmenšom jedna trubica tvaru U je vzhľadom na reaktor výhodnejšie usporiadaná kolmo, pričom oblúková oblast sanachádza dole a obidva konce ramien sú hore.Vsúvislosti s predloženým vynálezom znamená pojem je v kontakte, že výmena tepla medzi sírnou taveninou avnútorným priestorom trubice sa môže uskutočňovať cez stenu trubice. Táto prinajmenšom jedna trubica tvaru U sa pritomvýhodnejšie čiastočne ponorí do sírnej taveniny.Vo vnútri prinajmenšom jednej trubice tvaru Uje umiestnený katalyzátor na zreagovanie vodíka a síry na H 2 S, čím je vytvorená reakčná oblasť. Ako reakčná oblast sa v súvislosti s predloženým vynálezom označuje tá oblast vo vnútri trubíc tvaru U, v ktorej sa nachádza katalyzátor. Reakcia eduktov sa uskutočňuje najmä v reakčnej oblasti, ktorá obsahuje katalyzátor. Zhotovenie reakčnej oblasti v trubici tvaru U umožňuje sohľadom na dĺžku reaktora kompaktnú konštrukciu reaktora, pretože reakčná oblasť určená na zreagovanie vodíka so sírou na HZS môže byt

MPK / Značky

MPK: B01J 10/00, B01J 8/00, B01J 8/06, B01J 19/00, C01B 17/16, B01J 19/24

Značky: spôsob, výroby, reaktor, sírovodíka

Odkaz

<a href="http://skpatents.com/23-e9311-reaktor-a-sposob-vyroby-sirovodika.html" rel="bookmark" title="Databáza patentov Slovenska">Reaktor a spôsob výroby sírovodíka</a>

Podobne patenty