Brevet FR2198888A1 — publié le 19740405

L'invention a pour objet un procéde #e1iiin ation du gaz sulfureux et de récupération du soufre contenu dans des gaz qui contiennent aussi des hydrocarbures à une concentration supérieure à 1 %. Jusqu'à présent, on récupère le soufre contenu dans ces gaz en provoquant la combustion d'une fraotion (le tiers environ) de H# pour obtenir S02 que l'on fait réagir avec la fraction restante de H2S selon la réaction connue de CI & SS le soufre se présente sous plusieurs variétés allotropiques, selon la température. Pour une température de 600 à 180000 environ, n = 2 le procédé classique que l'on vient de mentionner a plusieurs inconvénients. Pour assurer la combustion d'une fraction de H2S, on ajoute aux gaz de l'air comburant qui provoque aussi la combustion des hydrocarbures. Ceci entrasse la formation de sulfure et d'oxysulfure de carbone et, par conséquent, réduit le rendement en soufre. Quand la teneur des gaz en hydrocarbures dépasse 1 %, l'in convénient devient plus grave. Malgré un grand excès d'air, on évite difficilement une combustion seulement partielle des hydrocarbures et une libération du carbone. L'excès d'air abaisse le rendement qui devient faible ( de 20 ffi à 40 % du soufre récupérable), une partie du S02 s'échappe à l'atmosphère avec les fumées, une partie du carbone se dépose sur le soufre et lui donne une teinte plus sombre. Or, le soufre vendu dans le commerce doit satisfaire à un critère de couleur; il doit avoir une teinte jaune brillant que le procédé classique ne permet pas de respecter à coup star. Par ailleurs, quand la concentration des gaz en B2S est inférieure à 40 %, la combustion d'un tiers environ de ce gaz, conformément au procédé classique, s'effectue mal. On se trouve alors dans la zone de concentration donnant un mélange explosif et la combustion se fait parfois sous forme d'une série d'explosions successives. De plus, la mise en oeuvre du procédé classique fournit du soufre résultant pour une part importante de tordre de 50 % de la réaction de CLAUSS produite à température élevée et pour le reste de la réaction de CI & SS produite à température basse. De ce fait, le soufre liquide obtenu contient du H2S dissous en quantité élevée, de l'ordre de 220 à 290 ppm (en poids). Or, on expédie de plus en plus fréquemment le soufre à l'état liquide. Pendant le transport, E2S se dégage et s'accumule dans la phase gazeuse qui couvre le soufre liquide. Cette accumulation fait cou: > le risque d'explosions. On est donc conduit, par conséquen; à pratiquer le dégazage du soufre liquide obtenu par le procédé classique. l'invention a pour but principal d'apporter un procédé fournissant directement du soufre de couleur jaune brillant conforme au critère commercial à partir de gaz dont la teneur en hydrocarbures est supérieure à 1 %. Un autre but de l'invention est d'apporter un procédé permettant de récupérer avec un rendement satisfaisant le soufre contenu dans des gaz dont la teneur en H2S est inférieure à 30 %, sans risque d'explosions. Un autre but encore de l'invention est de parvenir à un procédé permettant d'obtenir directement du soufre liquide de couleur conforme au critère commercial et ne contenant du R2S dissous qu'à une teneur ne dépassant pas 10 ppm (en poids) sans opération supplémentaire de dégazage. On atteint ces buts selon l'invention, gracie au fait que l'on produit séparément du gaz sulfureux sans provoquer la combustion de H2S et on mélange le gaz sulfureux et les gaz chargés d'H 2S à une température se situant environ dans une gamme de 600 à 180000 afin d'obtenir une dissociation de 30 % environ de H2S suivant la réaction et de provoquer entre la fraction restante de II# et S02 la réaction de CLAUSS puis on refroidit rapidement les gaz résultant à une température de l'ordre de 30000 afin d'éviter les réactions inverses 2 de recomposition de H2S et on recueille du soufre liquide à une température de l'ordre de 1800C. le soufre ainsi recueilli résulte de la réaction de C# & SS à bemUérafiure élevée, de l'ordre de 120000 et contient du H2S dissous à une teneur élevée. Selon l'invention, on recueille à part ce soufre liquide et on l'util-re avantaOeusement pour produire dans une chambre de combustion où on l'injecte avec de l'air, le gaz sulfureux dont on a besoin. La température de flamme étant de 1800 à 2000S on obtient aisément après mélange avec le gaz à traiter la température de 1000 à 120000 environ nécessaire pour les réactions I ci-dessus. Selon une autre caractéristique de l'invention, on réalise avantageusement un refroidissement rapide des gaz résultant soit en leur faisant traverser une chaudière de production de vapeur, soit en les mélangeant à une fraction des gaz à traiter contenant du Hi des hydrocarbures. De préférence, on a recours simultanément à ces deux modes de refroidissement en proportions variables selon la teneur en hydrocarbures des gaz à traiter. On règle ensuite la température du mélange gazeux à une valeur de 220 à 23000 et on provoque la réaction 1) de CLBUSS en présence d'un catalyseur selon un processus connu en soi. On obtient ainsi du soufre dit à basse température dont la teneur en H2S dissous est faible. Cette teneur est suffisamment basse pour que llon puisse ajouter à ce soufre liquide la fraction excédentaire du soufre liquide obtenu à haute température et non envoyé à la chambre de combustion et pour que le mélange du soufre de l'une et de l'autre origine présente une teneur en 1125 dissous inférieure à la valeur de 10 ppm de la spécification, sans qu'il soit besoin d'une opération de dégazage. D'autre part, comme on ne pratique aucune combustion des gaz à traiter et que la réaction 1) de dissociation de 1125 fournit une quantité importante d'hydrogène, ce dernier s'oppose au craquage éventuel des hydrocarbures de sorte que le soufre obtenu satisfait au critère de couleur. La dissociation de 2S a encore pour avantage que la quantité de ce gaz à traiter par S02 est réduite à une fraction de 60 à 70% environ. Il en résulte qu'il faut une quantité moindre de S02 et une quantité moindre d'air pour la combustion du soufre liquide. Ceci entrain une diminution importante du volume des fumées résiduaires constituées principalement par de l'azote. le pourcentage de dissociation de 1125 fixé plus haut à 30% est, bien entendu, une valeur indicative et approximative. En pratique, on procède ainsi. On suppose un pourcentage d'H2S dissocié choisi entre 30 et 50 %. On calcule les quantités de soufre à brdler et d'air de combustion, la température des fumées (t1) après combustion et la température (t2) du mélange fumées plus gaz de charge à traiter. On trace la courbe d'équilibre et l'adiabatique de conversion pour la dissociation en prenant pour origine de l'adiabatique la température t2. l'intersection de la courbe et de la droite donne le pourcentage d'H25 dissocié et la température des gaz (t3). . On trace ensuite la courbe d'équilibre et l'adiabatique de conversion d'origine t3 pour la réaction de CIAUSS. l'intersection des deux donne le taux de rendement et la température finale des gaz (t4).L'échelonnement des températures est le suivant t1 > t2 > t3 > t4. On recommence les calculs pour que la dissociation et la réaction de CIAUSS aient la même température finale. Pour mieux faire comprendre le procédé de l'invention et la manière de le mettre en oeuvre, on donnera maintenant la description d'une unité de récupération de soufre dans laquelle on appliquera ce procédé. Au cours de cette description d'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparattront. On se référera à la figure unique annexée qui est une représentation schématique d'une unité de récupération de soufre mettant en oeuvre le procédé de l'invention. On limitera la description à la partie nouvelle de cette unité qui est en rapport avec l'invention et on mentionnera plus brièveitent la partie restante, connue en soi, de cette unité. L'unité représentée comprend une fosse à soufre liquide S qui est divisée par des chicanes I en deux compartiments 2 et 3 entre lesquels la communication est ralentie ou freinée. On pourrait prévoir aussi une cloison étanche avec un volet à ouverture périodique, le compartiment 2 est destiné à recueillir le soufre obtenu à température élevée et le compartiment 3 le soufre obtenu à température basse, comme expliqué plus haut Une pompe à soufre 4 du compartiment 2 est reliée par une canalisation 5 à un brtleur de soufre 6. Ce dernier est monté sur une chambre de combustion 7 qui fait partie d'un réacteur désigné par la référence générale 8. Ce réacteur 8 est allongé horizontalement et il est divisé en deux parties par une cloison 9. Â gauche de la cloison 9 aboutit à l'extrémité de la chambre de combustion 7 une canalisation 10 du gaz de charge G à traiter. Âu-dessus de la chambre de combustion 7 et à gauche de la cloison 9, se trouve une chaudière à vapeur 12 à laquelle aboutit une canalisation 13 provenant d'une source d'eau. On fait traverser la chaudière 12 par le mélange des gaz provenant de la chambre de combustion, cequi les refroidit rapidement. On peut aussi prévoir une canalisation Il qui conduit directement à la chaudière 12 une fraction des gaz G à traiter, ce qui est une autre manière de refroidir rapidement le mélange des gaz provenant de la chambre de combustion et traversant la chaudière. Avant la chaudière 12, les réactions de dissociation et de CLBUSS ont eu lieu, à température élevée dans la partie extrême de la chambre de combustion. Le soufre formé s'y trouve à l'état de vapeur. Après la chaudière 12, à droite de la cloison 9, le soufre liquide se rassemble dans le fond d'une chambre 14. Une canalisation 15 conduit au compartiment 2 de la fosse S le soufre liquide produit à haute température. Une canalisation 16 ramène au même compartiment l'excès de soufre liquide envoyé par la pompe au valeur 6. Selon les circonstances et surtout la teneur en hydrocarbures des gaz G à traiter, on jugera préférable de recourir à l'un plutôt qu'à l'autre moyen de refroidir rapidement le mélange des gaz venant de la chambre de combustion. Quoi qu il en soit, après avoir recueilli le soufre liquide produit à haute température, on traite le mélange gazeux d'une façon classique, à l'aide d'un catalyseur, à température peu élevée, après avoir réglé la température de ce mélange à la valeur voulue en y ajoutant une fraction des gaz provenant directement de la partie extrême de la chambre de combustion, avant tout refroidissement, comme le montre le schéma. Â cet effet, à la droite de la cloison 9, et de la chambre 14, le réacteur 8 contient des appareils classiques: un premier convertisseur 17, un second convertisseur 18 qui sont reliés à un condenseur de soufre 19 lui#meAme relié à un coalesceur 20 ivi d'un incinérateur 21. le onvertisseurs 17, 18 contiennent un lit catalytique classique. Le condenseur 19 et le coalesceur 20 fournissent du soufre liquide qui est obtenu à basse température comme expliqué plus haut par la réaction de CIAUSS qui a lieu à froid entre 200 à 3000C en présence de catalyseur. Des canalisations 22 conduisent ce soufre au compartiment 3 de la fosse à soufre S. On reviendra maintenant à la partie nouvelle de l'unité. De l'air provenant d'une soufflante Â est envoyé au brss- leur de soufre 6 par une canalisation 23. Le débit d'air est régulé en fonction du débit de soufre qui est lui#meAme déterminé d'après le débit des gaz G à traiter. La pompe 4 fournit une quAntité excessive de soufre liquide dont une fraction peut titre envoyée par une canalisation 24 au condenseur de soufre 19. En outre, on obtient le rendement le plus élevé dans les convertisseurs en cherchant à y créer la différence de température (At) la plus grande. À cet effet, on incorpore au lit catalytique un détecteur de température relié à un régulateur 25 qui commande par une liaison 26 une vanne de réglage de débit 27 montée sur la canalisation de soufre 5. En réalité, la vanne de réglage 27 est montée sur une dérivation de la canalisation 5, et le débit de soufre dans cette dérivation détermine le débit d'air dans une dérivation de la canalisation principale d'air comburant ainsi que le montre le schéma. Â l'entrée des convertisseurs 17, 18, les gaz sont maintenus à une température constante comprise entre 200 et 3000C par des vannes de régulation qui réalisent un mélange approprié de gaz chauds venant de la chambre de combustion et de gaz froids ou moins chauds venant de la chambre 14 ou du condenseur 19. Les convertisseurs ont un rendement en soufre de 90 à 92% environ. la réaction y est fortement exothermique et la différence de température mentionnée plus naut dépend donc de in quantité de soufre convenue dans les gaz. La régulation du débit de soufre envoyé au @rûleur en fonction de la tempéra- ture au sein du lit catalytique permet de porter le rendement ce convertisseurs à 95%. R E V E N D I C A T I O N S 1. Procédé de récupération du soufre contenu dans les gaz comprenant de l'hydrogène sulfuré et des hydrocarbures,ceux-ci étant en proportion supérieure à 1 %, caractérisé en ce que: - on produit séparément du gaz sulfureux, - on mélange le gaz sulfureux et les gaz chargés d'E ~ à une température située dans une gamme de 600 à 18000C afin d'obtenir une dissociation de 30 % au moins de H2S suivant la réaction et de provoquer entre la fraction restante de 1125 et S02 la réaction de Cl & SS. - on refroidit rapidement les gaz résultant à une température de l'ordre de 3000C afin d'éviter les réactions inverses 2 de recomposition de 1125 et-on recueille du soufre liquide dit soufre produit à température élevée. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'on utilise pour la production séparée du gaz sulfureux une fraction du soufre liquide produit à température élevée par la mise en oeuvre dudit procédé. 3. Procédé selon les revendications 1 et 2 réunies caractérisé en ce qu'on recueille à part le soufre liquide produit à température élevée et on envoie une fraction de ce soufre liquide à un brûleur monté sur une chambre de combustion dans laquelle on introduit aussi au moins une fraction des gaz à traiter. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 3, caractérisé en ce que, pour refroidir rapidement les gaz résultant de la réaction de CLLUSS, on les mélange à une fraction des gaz à traiter contenant du 1125 et des hydrocarbures. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 3 caractérisé en ce que, pour refroidir rapidement les gaz résultant de la réaction de CIÀUSS, on les fait passer à travers une chaudière à vapeur. 6. Procédé selon la revendication 3 caractérisé en ce qu'on fait mélanger une fraction des gaz à traiter à une fraction des gaz résultant de la réaction de CLAUSS produite à température élevée pour obtenir des gaz à traiter à une température de 200 à 3000C environ que l'on fait passer ensuite à travers des appareils connus en soi : convertisseur à lit catalytique, condenseur de soufre, coalesceur, pour obtenir du soufre liquide produit à basse température que. l'on recueille séparément du soufre produit à température élevée. 7. Procédé selon la revendication 6 caractérisé en ce que l'on dirige sur le condenseur de soufre une fraction excédentaire du soufre liquide produit à température élevée et envoyé au brûleur de soufre par une pompe. 8. Procédé selon la revendication 6 caractérisé en ce qu'on détecte la température du lit catalytique du c#nvertis- seur et on régule en fonction de cette température le débit de soufre liquide envoyé au valeur de soufre liquide, le débit d'air comburant étant régulé en fonction du débit de soufre liquide, afin d'obtenir à travers le lit catalytique l'écart de température le plus élevé possible.