專利名稱：一種氣體燃燒器/反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氣體燃燒器/反應(yīng)器，特別涉及，但不是限定，一種適用于克勞斯制硫設(shè)備的氣體燃燒器/反應(yīng)器。
克勞斯法通常用于由富硫化氫的供料氣流中回收硫。典型的克勞斯制硫設(shè)備包括一個使進(jìn)料氣流與含氧或富氧氣體部分燃燒的反應(yīng)爐，冷卻和冷凝來自燃燒廢氣中硫的第一裝置，至少一個包括再加熱裝置、催化克勞斯反應(yīng)器以及為進(jìn)一步回收來自所述廢氣中硫的附加冷凝裝置的裝置系統(tǒng)。
當(dāng)前已知的反應(yīng)器包括一個或以軸向或以切向使氣體引入其中的圓柱形外殼。通常，以使所述氣體在其燃燒以前與空氣等進(jìn)行混合的方式，以與氣流相同的方向?qū)⒖諝?、富氧空氣，或?在下文中表示為氧)引入筒體中。當(dāng)空氣和氣體沿反應(yīng)器軸線引入時，可造成混合不充分，導(dǎo)致一些元素，如可能存在于進(jìn)料氣體中的氨以未反應(yīng)狀態(tài)通過。如果未反應(yīng)的氨通到下游催化階段，則可很快形成氨鹽，如硫化銨，這往往會導(dǎo)致結(jié)塊并因而降低催化階段的效率。
為了防止未反應(yīng)的氨由反應(yīng)器通向催化階段，必需確保燃燒室的溫度足夠高，以保證氨充分地被破壞。為了保證完全破壞必須以足夠的滯留時間和在足夠的反應(yīng)器溫度下操作，反應(yīng)器溫度至少為1200℃，較佳為1500℃～1650℃。這可通過例如以純氧或富氧空氣操作反應(yīng)器，或通過將氣流分離成兩部分，并使第一部分與克勞斯反應(yīng)器所需全部空氣燃燒，而后通過將進(jìn)料氣體的第二部分氣體在起始燃燒區(qū)的下游位置處引入反應(yīng)器而達(dá)到。當(dāng)可得到一種以上進(jìn)料氣流，并且至少一種主要的進(jìn)料氣流不合氨(因為第二部分氣流必須不含氨)時，后一種方法是廣泛地使用的。
本發(fā)明的目的是提供一種適用于降低并可能消除未反應(yīng)的氨轉(zhuǎn)入下游催化階段的克勞斯法的反應(yīng)器。
因此，本發(fā)明提供了一種氣體燃燒器/反應(yīng)器，它包括一個具有縱向軸X的圓筒體、一個縱向延伸的壁部分和一個末端部分。所述反應(yīng)器還包括一個氧入口和一個氣體入口，其中所述的氧入口被設(shè)置在供接收含氧氣體和沿所述圓筒體內(nèi)部軸向?qū)б鯕怏w的位置上，而所述氣體入口被設(shè)置在用來接收氣體和沿基本上橫穿所述圓筒體方向?qū)б龤怏w，從而使所述氣體被所述含氧氣體所攜帶并圍繞所述縱軸盤旋的位置上。
通過沿筒體軸向而不是在該處橫向引入氧并通過沿橫穿圓筒體方向而不是在該處沿軸向引入氣體，因為氣體/氧的混合物環(huán)繞縱軸螺旋運動，所以改進(jìn)了混合并從而改善了燃燒。改進(jìn)了的混合，在某種程度上是歸因于大為增加了氣體分子的路徑長度，這有助于更完全地破壞如氨那樣的物質(zhì)。軸向氣流的附加優(yōu)點在于，可良好地保持圍繞氧入口形成的極熱區(qū)域遠(yuǎn)離用以襯墊圓筒體內(nèi)表面的耐火材料。該熱區(qū)基本上沿爐軸向下伸展，在該處入口和通向廢熱鍋爐出口之間的可達(dá)距離足以使溫度平衡至可接受的總反應(yīng)器溫度。
有利的是，氣體入口被設(shè)置在供接收和在基本上橫穿并沿所述筒體下行方向?qū)б龤怏w的位置。
可在所述筒體內(nèi)設(shè)置一個擋板，以再擾動氣體/氧流，從而在那里造成進(jìn)一步的混合并使氣流改變成特別適于克勞斯反應(yīng)的一種流型。
可在第一個氣體入口的下游處設(shè)置第二個氣體入口，以將另外的反應(yīng)氣體引入該筒體中。
任一個或兩個氣體燃燒器可被設(shè)置在以基本上與圓筒壁相切方向上導(dǎo)引氣體的位置。
氧入口可包括多個入口并可對每個這樣的入口提供氣流控制裝置，以控制進(jìn)入筒體的氧流。
可通過單獨的空氣噴射器或通過氧入口或所述氣體噴射器將補充空氣通入筒體。
上述氣體燃燒器可以構(gòu)成回收含硫化氫氣流中的元素硫設(shè)備中的反應(yīng)爐，換言之，更如公知的是克勞斯制硫設(shè)備。
現(xiàn)在僅參照附圖通過實施例更詳盡地說明本發(fā)明。


圖1是結(jié)合有本發(fā)明燃燒器的克勞斯制硫設(shè)備的示意圖;
圖2是圖1中所述燃燒器的剖面圖;以及圖3和圖4是取自圖2中A-A箭頭方向氧入口的另一視圖。
含硫化氫的氣流典型地是在許多工業(yè)方法中作為廢料或副產(chǎn)品而產(chǎn)生的。例如，含有二氧化碳和硫化氫的酸氣流，典型地是在由粗油中去除硫的石油精煉操作期間產(chǎn)生的。必須在將它們排放至大氣以前處理這些含硫化氫氣流以便減少或完全除去其含硫氣體。人們公知，處理合硫化氫氣流的廣泛而實用的方法是克勞斯法。這一方法是基于硫化氫和二氧化硫之間的反應(yīng)，形成硫蒸氣和水蒸氣，該反應(yīng)按如下平衡式進(jìn)行
根據(jù)不同的溫度，硫以一系列不同的分子形式，如S2、S6和S8存在于蒸氣相中。
克勞斯法的第一階段，是在燃燒器12中燃燒約三分之一進(jìn)料氣流10中的硫化氫(圖1和圖2)，以形成二氧化硫和水蒸氣，該反應(yīng)按如下方程式進(jìn)行
這一燃燒反應(yīng)在合適的爐中或反應(yīng)器14中進(jìn)行，并通常利用空氣作為燃燒的氧源。二氧化硫和硫化氫之間的反應(yīng)，在燃燒區(qū)16中開始，而后繼續(xù)至燃燒區(qū)16的下游。然而，克勞斯反應(yīng)的特色是，在由硫化氫燃燒所形成的溫度下，不能(用空氣)通過與二氧化硫反應(yīng)將大于約75%留存的硫化氫轉(zhuǎn)化成硫，這樣轉(zhuǎn)化的硫化氫一般在50-70%之間。然而，當(dāng)有催化劑存在時，于200-450℃量級的反應(yīng)溫度下，通過使留存的硫化氫和二氧化硫反應(yīng)有可能達(dá)到更高的總轉(zhuǎn)化率。因此，在氣體流出爐子后，在冷卻器18中將這些氣體冷卻到使在爐中形成的硫冷凝的溫度，從而回收硫。然后將氣體在加熱器20中再加熱至適于使硫化氫和二氧化硫之間在催化劑22中進(jìn)行催化反應(yīng)的溫度，這樣的溫度典型地是200℃的量級。典型地是進(jìn)行兩或三階段催化轉(zhuǎn)化，含硫化氫的氣流緊接每一階段的上游被重新加熱并且所生成的硫通過緊接每一階段下游的冷凝由氣流中被分離出。然后典型地得到的只含有較低濃度含硫氣體的氣體混合物，通向尾氣凈化處理或煅燒24。合適的尾氣凈化方法包括Scot、Beavon和Stretford法。
詳細(xì)示于圖2中的本發(fā)明，提供了一種適于作為在克勞斯法中結(jié)合混合、燃燒和反應(yīng)階段用的反應(yīng)器或爐子50。該反應(yīng)器本身包括一個具有縱向軸X的圓筒形殼體52形式的筒體、縱向延伸壁部分54和未端部分56。燃燒器另外還包括用于沿所述反應(yīng)器50的內(nèi)部60接收和軸向?qū)б諝?、富氧空氣或?為簡便起見，在下文中簡單地稱為氧)的一個氧入口或多個入口58，和用于導(dǎo)引將被氧攜帶并沿軸S方向圍繞所述縱軸盤旋的氣體的一個或多個氣體入口62。
通過軸向沿筒體52而不是橫穿地引入氧以及通過橫穿筒體52而不是沿軸向引入氣體，因為氣體/氧混合物圍繞縱向軸X螺旋運動，所以改善了混合并從而改善了燃燒。改善的混合，在某種程度上是歸因于大為增加了氣體分子的路徑長度，這有助于更完全地破壞如氨那樣的物質(zhì)。軸向氧流的附加優(yōu)點在于，可充分地使圍繞氧入口所造成的極熱區(qū)域遠(yuǎn)離襯墊筒體內(nèi)表面所用的任何耐火材料。該熱區(qū)基本上沿爐50的軸向下伸展。清楚的是，所采用的燃燒溫度愈高，氧化或分解諸如氨那樣的組分的效率也愈高。
已發(fā)現(xiàn)，混合可通過使氣體入口62成一角度，使得它被設(shè)置在沿基本上橫穿筒體并且還是軸向沿筒體52下行的方向上接收和導(dǎo)引氣體的位置而進(jìn)一步得到加強。在反應(yīng)器50內(nèi)和氣體入口的下游可設(shè)置一個或多個擋板66以使造成氣體/氧混合物的進(jìn)一步混合。
如果需要，可設(shè)置幾個氣體入口62，如設(shè)置時，則其中的一個或多個入口可安裝在擋板或多個擋板66的下游位置。
在本發(fā)明的一個改變方案中，一個或數(shù)個氣體入口62可以設(shè)置在以基本上與筒形外殼52相切方向上(如圖4所示)導(dǎo)引氣體的位置，從而造成所述氣體以平穩(wěn)的方式與所述的氧混合。
為了有助于容易地控制進(jìn)入反應(yīng)器50的氧，氧入口可包括多個入口并且可設(shè)置一個或多個閥門70形式的氣流控制裝置。如圖2和3所示，氧可經(jīng)由各個管子供入各個氧入口58，或如圖4所示，可經(jīng)由控制管供給并分布給各個入口58。另外，可通過可包括一個氧入口58和一個氣體入口62的補充空氣噴射器72通入補充的氧。
權(quán)利要求
1.一種氣體燃燒器/反應(yīng)器，所述燃燒器/反應(yīng)器包括一個具有縱向軸X的圓筒體，一個縱向延伸壁部分和一個末端部分，所述反應(yīng)器還包括一個氧入口和一個氣體入口，其中所述氧入口設(shè)置在沿所述筒體內(nèi)部軸向接收和導(dǎo)引含氧氣體的位置，而所述氣體入口設(shè)置在沿基本上橫穿所述筒體的方向上接收和導(dǎo)引氣體的位置，從而造成所述氣體被所述含氧氣體所攜帶并圍繞所述縱向軸盤旋。
2.一種權(quán)利要求1所述的氣體燃燒器/反應(yīng)器，其中所述氣體入口設(shè)置在沿基本上橫穿筒體并向下通過所述筒體的方向上接收并導(dǎo)引氣體的位置。
3.一種權(quán)利要求1或2所述的氣體燃燒器/反應(yīng)器，所述燃燒器/反應(yīng)器包括一個在所述外殼內(nèi)的擋板，以分布?xì)怏w/氧混合物氣流，從而使其造成混合。
4.一種權(quán)利要求1-3中任一項所述的氣體燃燒器/反應(yīng)器，所述燃燒器/反應(yīng)器包括一個在所述第一個氣體入口下游處的第二氣體入口，以進(jìn)一步將氣體引入所述反應(yīng)器。
5.一種上述權(quán)利要求中任一項所述的氣體燃燒器/反應(yīng)器，其中所述氣體入口設(shè)置在基本上與所述筒形外殼相切地導(dǎo)引氣體的位置。
6.一種上述權(quán)利要求中任一項所述的氣體燃燒器/反應(yīng)器，其中所述氧入口包括多個入口。
7.一種上述權(quán)利要求中任一項所述的氣體燃燒器/反應(yīng)器，所述燃燒器/反應(yīng)器包括為控制進(jìn)入所述燃燒器的氧氣流的氣流控制裝置。
8.一種上述權(quán)利要求中任一項所述的氣體燃燒器/反應(yīng)器，所述燃燒器/反應(yīng)器另外還包括一個除了所述含氧氣體以外將空氣引入所述燃燒器的空氣噴射器。
9.一種權(quán)利要求8所述的氣體燃燒器/反應(yīng)器，其中所述空氣噴射器包括一個氧入口。
10.一種權(quán)利要求8所述的氣體燃燒器/反應(yīng)器，其中所述空氣噴射器包括一個氣體入口。
11.一種權(quán)利要求1-10中任一項所述的氣體燃燒器/反應(yīng)器，用作由富硫化氫進(jìn)料氣流中回收硫的反應(yīng)器。
全文摘要
將適用于克勞斯制硫設(shè)備10的一種氣體燃燒器/反應(yīng)器50設(shè)置成沿該反應(yīng)器軸向?qū)б鹾脱鼗旧蠙M穿該燃燒器導(dǎo)引氣體，使得氣體被氧攜帶并圍繞反應(yīng)器的縱向軸盤旋。這一裝配提高了氣體/氧的混合并使圍繞氧入口壁所形成的極高溫區(qū)域遠(yuǎn)離為襯墊反應(yīng)器50所用的任何耐火材料。
文檔編號C01B17/04GK1103154SQ94108138
公開日1995年5月31日 申請日期1994年7月8日 優(yōu)先權(quán)日1993年7月9日
發(fā)明者R·W·沃特森 申請人:英國氧氣集團(tuán)有限公司