REACTOR Y PROCEDIMIENTO PARA LA OBTENCIÓN DE SULFURO DE HIDRÓGENO.

Reactor (1) para llevar a cabo la obtención en continuo de H2S por medio de la conversión de una mezcla de productos de partida,

que contiene de manera esencial azufre en estado gaseoso e hidrógeno gaseoso sobre un catalizador, que comprende una fusión de azufre (9) al menos en una zona inferior (8) del reactor, en la que puede ser introducido hidrógeno gaseoso a través de un dispositivo de alimentación, caracterizado porque el catalizador está dispuesto en un tubo (21), al menos único, que tiene forma de U, que se encuentra parcialmente en contacto con la fusión de azufre (9), presentando el tubo (21), al menos único, en forma de U, al menos un orificio de entrada (23) en una patilla (26), situado por encima de la fusión de azufre (9), a través del cual puede penetrar la mezcla de los productos de partida, que procede de una zona para los productos de partida (10) del reactor (1), en el tubo (21), que tiene forma de U, que presenta una trayectoria de flujo en el interior del tubo (21), al menos único, que tiene forma de U, a lo largo de la cual puede ser convertida la mezcla de los productos de partida en una zona de reacción, que contiene el catalizador, y que presenta, al menos, un orificio de salida (24) en otra patilla (27), a través del cual puede salir un producto en una zona para el producto (7)

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La presente invención se refiere a un reactor y a un procedimiento para llevar a cabo la obtención en continuo de H2S por medio de la conversión de hidrógeno gaseoso y de azufre sobre un catalizador.

La obtención del sulfuro de hidrógeno se lleva a cabo en el estado de la técnica, por ejemplo, por medio del procedimiento H2S de Girdler (Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Sixth Edition, 2003, Vol. 17, página 291). En este caso se lleva a cabo la obtención del H2S, de forma no catalizada, a partir de los elementos constituidos por azufre y por hidrógeno en una columna con apliques y una cola ampliada, que está esencialmente dispuesta en posición horizontal. En la cola, que está cargada con azufre a ebullición, se introduce hidrógeno, que arrastra al azufre con la corriente gaseosa ascendente. El hidrógeno y el azufre ascendente reaccionan en el recinto gaseoso de la columna, siendo disipado del gas producido el calor de la reacción, que es liberado en este caso, por medio de un lavado con azufre líquido. Con esta finalidad se retira azufre líquido de la cola de la columna, se mezcla con azufre frío, fresco y se aporta por la cabeza de la columna. El gas producido, que contiene de manera preponderante sulfuro de hidrógeno, es enfriado en dos intercambiadores de calor. Se ha revelado que constituye un inconveniente el hecho de que el procedimiento tiene que ser realizado bajo presión y a elevada temperatura. La elevada temperatura conduce a tasas de corrosión reforzadas y a un desgaste del material sobre las paredes del reactor. En el caso en que se produzca una fuga se escapan grandes cantidades de H2S venenoso, como consecuencia de la elevada presión.

Se describe una obtención catalítica de H2S en la publicación Angew. Chem.; 74 Jahrg ang 1962; Nr. 4; página 151. En este caso se hace pasar hidrógeno a través de un baño de azufre, que está termostatado desde el exterior. El hidrógeno, que está cargado con vapor de azufre, penetra a través de orificios en un recinto del catalizador. El azufre, que no ha sido consumido en la reacción, se condensa, después de abandonar el recinto del catalizador, en una parte superior del tubo de evacuación del H2S y retorna hasta el baño de azufre a través de un tubo de reciclo. El recinto del catalizador está dispuesto concéntricamente alrededor del tubo de evacuación del H2S. En este procedimiento constituye un inconveniente, a escala industrial, el hecho de que el calor de la reacción no es aprovechado para llevar a cabo el calentamiento del baño de azufre, sino que el calentamiento se lleva a cabo a través de la camisa del baño de azufre.

Se conoce por la publicación DE 1 113 446 la obtención catalítica del sulfuro de hidrógeno por medio de la conversión de una mezcla gaseosa estequiométrica de hidrógeno y de azufre sobre un catalizador que contiene una sal de cobalto y de molibdeno sobre un soporte, a temperaturas situadas en el intervalo comprendido entre 300 y 400ºC. En este caso, el catalizador está dispuesto en tubos, que son recorridos por la mezcla de hidrógeno y de azufre. El baño de azufre tiene una temperatura situada en el intervalo comprendido entre 340 y 360ºC, con lo cual se genera una mezcla estequiométrica de hidrógeno y de azufre por medio de paso del a través del baño de azufre, para llevar a cabo la obtención del H2S. El calor de la reacción, que es liberado con ocasión de la formación del H2S, es aprovechado por medio de un intercambio de calor directo, puesto que los tubos, en los que está contenido el catalizador, están dispuestos en el baño del catalizador, de una manera que no ha sido descrita con mayor detalle.

En la publicación US 2,863,725 se describe un procedimiento para llevar a cabo la obtención de H2S sobre un catalizador, que contiene molibdeno, haciéndose pasar hidrógeno gaseoso a través de un reactor, que contiene una fusión de azufre, y que asciende a través de la fusión de azufre en forma de burbujas gaseosas. La cantidad de hidrógeno introducido y la temperatura de la fusión de azufre, se ha dado una temperatura situada por debajo de los 326ºC, se regulan de tal manera, que la mezcla, que se forma por encima de la fusión de azufre en una zona gaseosa, contenga los productos de partida constituidos por el hidrógeno y por el azufre con un exceso de hidrógeno por encima de la relación estequiométrica de la reacción.

Este reactor, que también ha sido descrito en la publicación US 2,965,455, es un reactor de haz de tubos, que está compartimentado, por medio de una subdivisión, en una zona superior del reactor y en una zona inferior de acumulación. La zona superior del reactor está parcialmente cargada con la fusión de azufre y por encima de la fusión de azufre se acumulan los productos de partida en la zona gaseosa, que se encuentra en comunicación abierta con el extremo superior de los tubos del haz de tubos. En los tubos está dispuesto un catalizador de molibdeno, sobre el cual tiene lugar la reacción en fase gaseosa para formar el H2S. La mezcla gaseosa de los productos de partida penetra en los tubos por sus extremos superiores, recorre dicho tubos desde arriba hacia abajo, transformándose sobre el catalizador, y abandona los tubos por su extremo inferior en forma de gas, que contiene el producto, cuyos extremos inferiores se encuentran en comunicación abierta con la zona de acumulación del reactor. Por medio de la disposición de los tubos dentro de la fusión de azufre puede tener lugar un intercambio de calor del calor de la reacción, que es liberado con ocasión de la reacción, con la fusión de azufre, que rodea a los tubos. Los tubos de contacto están unidos en sus extremos inferiores con la subdivisión, estando previsto de forma integral un elemento para llevar a cabo el aporte del catalizador sobre la subdivisión. Se ha revelado que son problemáticos los puntos de comunicación respectivos entre la subdivisión y los tubos de contacto, que están sometidos tanto a solicitaciones térmicas así como, también, a solicitaciones mecánicas y, por lo tanto, representan

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zonas de peligrosidad. La fijación de los tubos únicamente en su extremo inferior sobre la subdivisión conduce a problemas de estabilidad.

Se presenta otra problemática con ocasión de la introducción del hidrógeno en la proximidad de la subdivisión en una zona inferior de la fusión de azufre a través de un tubo de introducción perforado. El azufre líquido puede penetrar en las perforaciones del tubo de introducción, especialmente en una fase de puesta en marcha del procedimiento, y puede solidificarse a la temperatura correspondiente de tal manera, que resulte un escape o una obstrucción. Esto tiene como resultado una introducción insuficiente de hidrógeno de tal manera, que la cantidad del azufre, que es arrastrada por el hidrógeno a partir de la fusión de azufre, es demasiado pequeña para la relación molar buscada de la reacción catalizada.

Las dilataciones térmicas longitudinales de los materiales empleados representan un problema general para la construcción y para la elección de los materiales de un reactor destinado a llevar a cabo el procedimiento de obtención del sulfuro de hidrógeno, como consecuencia del aumento de la temperatura y, respectivamente, de la disminución de la temperatura durante las fases de puesta en marcha y, respectivamente, durante las fases de parada del procedimiento, cuyos materiales puede ser diferentes para los elementos individuales de construcción. Una posibilidad para resolver este problema consiste en la integración de compensadores, por ejemplo de un fuelle metálico, en la camisa del reactor, con lo cual pueden ser compensadas las modificaciones longitudinales térmicas individuales. Desde luego, estos compensadores constituyen con frecuencia los puntos de aparición de fugas. Por otra parte, deben tomarse en consideración las propiedades altamente corrosivas del sulfuro de hidrógeno con respecto a los materiales de los elementos individuales, cuyas propiedades están especialmente marcadas a elevadas temperaturas, con lo cual provoca elevados costes de material la construcción de un reactor para llevar a cabo la obtención del sulfuro de hidrógeno.

Por lo tanto, la tarea de la presente invención consiste en proporcionar un reactor y un procedimiento, que eviten los inconvenientes del estado de la técnica y por medio de los cuales sea más eficiente, esté mejorada desde el punto de vista energético y sea más económica, de manera especial, la obtención en continuo del sulfuro de hidrógeno.

La solución... [Seguir leyendo]

1. Reactor (1) para llevar a cabo la obtención en continuo de H2S por medio de la conversión de una mezcla de productos de partida, que contiene de manera esencial azufre en estado gaseoso e hidrógeno gaseoso sobre un catalizador, que comprende una fusión de azufre (9) al menos en una zona inferior (8) del reactor, en la que puede ser introducido hidrógeno gaseoso a través de un dispositivo de alimentación, caracterizado porque el catalizador está dispuesto en un tubo (21), al menos único, que tiene forma de U, que se encuentra parcialmente en contacto con la fusión de azufre (9), presentando el tubo (21), al menos único, en forma de U, al menos un orificio de entrada

(23) en una patilla (26), situado por encima de la fusión de azufre (9), a través del cual puede penetrar la mezcla de los productos de partida, que procede de una zona para los productos de partida (10) del reactor (1), en el tubo (21), que tiene forma de U, que presenta una trayectoria de flujo en el interior del tubo (21), al menos único, que tiene forma de U, a lo largo de la cual puede ser convertida la mezcla de los productos de partida en una zona de reacción, que contiene el catalizador, y que presenta, al menos, un orificio de salida (24) en otra patilla (27), a través del cual puede salir un producto en una zona para el producto (7).

2. Reactor (1) según la reivindicación 1, caracterizado porque más de un 20% de una superficie lateral externa (28) del tubo (21), al menos único, que tiene forma de U, se encuentra en contacto con la fusión de azufre (9) a lo largo de la zona de reacción, que contiene el catalizador.

3. Reactor (1) según una de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque el tubo (21), al menos único, que tiene forma de U, está montado en un plato (6), que está dispuesto en el reactor (1), y el plato (6) está unido en una parte superior del reactor, con una camisa (25) del reactor (1).

4. Reactor (1) según la reivindicación 3, caracterizado porque el plato (6) limita hacia arriba a la zona para los productos de partida (10) del reactor (1).

5. Reactor (1) según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque comprende una carga a granel inerte, que está dispuesta por delante del catalizador, en el sentido de flujo de la mezcla de los productos de partida, en el tubo (21), que tiene forma de U.

6. Reactor (1) según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque comprende un dispositivo de distribución (15), para llevar a cabo la distribución del hidrógeno gaseoso en la fusión de azufre, que comprende una placa de distribución (16), que está dispuesta en la fusión de azufre (9), con un borde (17), que se extiende hacia abajo, para llevar a cabo la formación de una burbuja de hidrógeno por debajo de la placa de distribución (16), pudiendo ser distribuido en la fusión de azufre (9) el hidrógeno procedente de la burbuja de hidrógeno por medio del borde (17), que se extiende hacia abajo.

7. Reactor (1) según la reivindicación 6, caracterizado porque la placa de distribución (16) comprende orificios de paso (19) para el paso del hidrógeno, que procede de la burbuja de hidrógeno, hasta la fusión de azufre (9) a través de la placa de distribución (16).

8. Reactor (1) según una de las reivindicaciones 6 o 7, caracterizado porque el dispositivo de distribución (15) está unido con el tubo (21), al menos único, que tiene forma de U.

9. Reactor (1) según una de las reivindicaciones 6 a 8, caracterizado porque no contiene catalizador una zona de la trayectoria de flujo en el tubo (21), al menos único, que tiene forma de U, que se encuentra situada por debajo de la placa de distribución (16).

10. Reactor (1) según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque presenta una relación entre la suma de las superficies de las secciones transversales de las patillas (26, 27) del tubo (21), al menos único, que tiene forma de U, y la superficie en sección transversal del cuerpo del reactor (2), que está situada en el intervalo comprendido entre 0,05 y 0,9.

11. Procedimiento para llevar a cabo la obtención en continuo de H2S por medio de la conversión de una mezcla de productos de partida, que contiene esencialmente azufre en estado gaseoso e hidrógeno gaseoso, sobre un catalizador, que comprende una disposición de una fusión de azufre (9) al menos en una parte inferior (8) del reactor (1), en la que se introduce hidrógeno gaseoso, caracterizado porque comprende una introducción de la mezcla de los productos de partida, a partir de una zona para los productos de partida (10), en una patilla (26) de un tubo (21), al menos único, que tiene forma de U, porque comprende, al menos, un orificio de entrada (23), que está dispuesto por encima de la fusión de azufre (9), una conducción de la mezcla de los productos de partida a lo largo de una trayectoria de flujo, porque comprende el tubo (21), al menos único, que tiene forma de U, que se encuentra parcialmente en contacto con la fusión de azufre (9), siendo transformada la mezcla de los productos de partida sobre un catalizador (22),que está dispuesto en la trayectoria de flujo en una zona de reacción y la conducción de un producto a partir de un orificio de salida (24), al menos único, en otra patilla (27) del tubo (21), que tiene forma de U,

hasta una zona para el producto (7).

12. Procedimiento según la reivindicación 11, caracterizado porque comprende la distribución de hidrógeno gaseoso en la fusión de azufre (9) por medio de un dispositivo de distribución (15), que está dispuesto en la fusión de azufre (9), cuyo dispositivo de distribución comprende una placa de distribución (16), que está dispuesta en posición

5 horizontal en el reactor (1), con un borde (17), que se extiende hacia abajo, para la formación de una burbuja de hidrógeno por debajo de la placa de distribución (16) del dispositivo de distribución (15), siendo distribuido el hidrógeno, que procede de la burbuja de hidrógeno, en la fusión de azufre (9) por medio del dispositivo de distribución.

13. Procedimiento según la reivindicación 12, caracterizado porque comprende la distribución de hidrógeno gaseoso en la fusión de azufre (9) por medio del dispositivo de distribución (15), que está dispuesto en la fusión de azufre (9), que comprende una placa de distribución (16), que está dispuesta en posición horizontal en el reactor (1), con orificios de paso (19) para el paso del hidrógeno desde la burbuja de hidrógeno hasta la fusión de azufre (9) por medio de la placa de distribución (16).