專(zhuān)利名稱(chēng)：一種酸性氣燃燒及催化還原方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種酸性氣燃燒及催化還原方法，具體地說(shuō)，涉及一 種酸性氣高強(qiáng)預(yù)混、過(guò)量燃燒過(guò)程和一個(gè)將酸性氣中的硫化氫催化還 原為二氧化硫并生成硫磺以及催化還原產(chǎn)物部分返回燃燒的多步工 藝過(guò)程。
背景技術(shù)：
常規(guī)的酸性氣脫硫工藝，是將酸性氣或提濃后的酸性氣，通過(guò)嚴(yán) 格的空氣和酸性氣比例控制進(jìn)行高溫克勞斯燃燒獲得二氧化硫并將 二氧化硫轉(zhuǎn)化為單質(zhì)硫，最后進(jìn)行焚燒排放。這種工藝一般有普通克
勞斯、超級(jí)克勞斯、超優(yōu)克勞斯以及斯高特(Scote)等工藝技術(shù)， 投資大、操作費(fèi)用高，是目前國(guó)內(nèi)外對(duì)酸性氣進(jìn)行硫回收與脫硫的主 要手段， 一般需要二級(jí)或多級(jí)克勞斯反應(yīng)并將為其焚燒后通過(guò)摻入大 量空氣的方法也可以達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。但克勞斯燃燒控制條件苛 刻，二氧化硫轉(zhuǎn)化率以及硫回收率受熱力學(xué)平衡限制也不會(huì)很高，操 作彈性很小。
因此，需要對(duì)現(xiàn)有酸性氣燃燒以及催化還原工藝進(jìn)行改進(jìn)，降低 搡作難度和費(fèi)用，并降低去焚燒的尾氣中硫化氫的含量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種酸性氣燃燒及催化還原方法，該方法操 作簡(jiǎn)便，投資小，無(wú)需控制空氣和酸性氣的比例，同時(shí)將去焚燒的尾 氣中的硫化氫降到 一個(gè)較低水平。
為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的，本發(fā)明的一種酸性氣燃燒及催化還原方 法，其包括如下步驟
i)先將酸性氣在燃燒室內(nèi)與燃料進(jìn)行熱燃燒反應(yīng)；2) 然后將所得燃燒產(chǎn)物進(jìn)行催化還原、水解反應(yīng)；3) 再將催化還原反應(yīng)所得氣體中的部分進(jìn)行焚燒，部分返回燃 燒室燃燒。其中，本發(fā)明適宜的酸性氣可以是含硫化氫、二氧化碳等的所有 氣體，當(dāng)然也可以是克勞斯等脫硫工藝裝置的尾氣。尤其適用于含有 氨的酸性氣體或者是煉油廠(chǎng)、煤化工廠(chǎng)的酸性氣體的尾氣處理。步驟l)中所述的燃燒反應(yīng)不需要控制硫化氫的比例。即不用象 現(xiàn)有工藝一樣，控制第三級(jí)催化反應(yīng)器出口的H2S濃度為0.6。/。(體積 比)。在該燃燒室里進(jìn)行高強(qiáng)預(yù)混、過(guò)量燃燒。燃燒反應(yīng)的溫度為500-800'C，所述燃料為空氣、氧氣或其他燃 料氣體，經(jīng)過(guò)燃燒后的產(chǎn)物中含有二氧化硫、羰基硫、二氧化碳、單 質(zhì)硫、氮?dú)?、硫化氬等物質(zhì)。其中燃燒產(chǎn)物中硫化氫濃度可以是低于 酸性氣中硫化氫濃度的一個(gè)任意值。這個(gè)值的確定根據(jù)后續(xù)洗氨步驟 中洗滌液中的氨的量或者外購(gòu)氨水的量來(lái)確定，即空氣、氧氣和(或) 其他燃料氣體通過(guò)一個(gè)工藝氣體分析器測(cè)量來(lái)自克勞斯階段的廢氣 流中的H2S濃度。分析控制器校正到燃燒器的空氣流量以獲得所需的 H2S濃度。如果進(jìn)入克勞斯反應(yīng)器的H2S濃度太高，那么增加氧氣供 應(yīng)到燃燒器中。如果進(jìn)入克勞斯反應(yīng)器的H2S濃度太低，那么減少氧 氣供應(yīng)到燃燒器中。燃料與燃燒氣之間的用量配比調(diào)整為本領(lǐng)域技術(shù) 人員所熟知的。所述的燃燒室由一個(gè)主燒嘴和主燃燒室及其控制系統(tǒng)組成?？舍?用本領(lǐng)域熟知的燃燒室設(shè)備。進(jìn)入主燒嘴的酸性氣體可以是1-99% (體積比) 進(jìn)入主燃燒室的酸性氣體可以是1-99% (體積比)。 燃燒產(chǎn)物還可先進(jìn)入一個(gè)廢熱鍋爐，可以產(chǎn)生部分低壓蒸汽，并 產(chǎn)生部分硫磺，經(jīng)過(guò)廢熱鍋爐后冷凝的燃燒產(chǎn)物所產(chǎn)生的氣體含有二 氧化硫、羰基硫、二氧化碳、單質(zhì)硫、氮?dú)?、硫化氫等。步驟2)中所述的催化還原反應(yīng)只需要一級(jí)或兩級(jí)，不需要多級(jí),優(yōu)選一級(jí)。 一般可在一個(gè)催化反應(yīng)器中進(jìn)行硫化氫(H2S)催化還原 反應(yīng)，羰基硫(COS)水解反應(yīng)。所述催化還原反應(yīng)的催化劑為催化還原及水解催化劑，具有催化 和水解兩種功能的催化劑。其主要組分為二氧化鈦(Ti02)，多釆用 約85wtM的二氧化鈥催化劑。所述的催化還原反應(yīng)的溫度為150-350°C，優(yōu)選為210-240°C。本發(fā)明的催化還原反應(yīng)可將二氧化硫、羰基硫等轉(zhuǎn)化為單質(zhì)硫。 催化還原反應(yīng)產(chǎn)生的氣體中含有二氧化硫、羰基硫、二氧化碳、單質(zhì) 硫、氮?dú)?、硫化氫等。隨后催化還原反應(yīng)產(chǎn)生的氣體進(jìn)入一廢熱鍋爐，產(chǎn)生部分蒸汽， 并有單質(zhì)硫磺生成，經(jīng)廢熱鍋爐冷凝后的氣體(尾氣)，含有二氧化 硫、羰基硫、二氧化碳、單質(zhì)硫、氮?dú)?、硫化氫等。冷凝后的氣體一部分進(jìn)入焚燒爐燃燒，將氣體中的硫化物轉(zhuǎn)化為 二氧化硫。氣體中的另一部分返回燃燒室，進(jìn)行再次燃燒，進(jìn)入焚燒 爐和返回燃燒室的量可根據(jù)后續(xù)工藝中氨水的量或者外購(gòu)氨水的量 來(lái)調(diào)整。所述的催化還原的尾氣經(jīng)冷卻冷凝硫磺后部分返回主燒嘴或 主燃燒室，返回量以一級(jí)催化還原反應(yīng)出口的H2S、 S02在線(xiàn)分析儀 分析結(jié)果、以及硫磺產(chǎn)率為依據(jù)，進(jìn)行調(diào)整。本發(fā)明的酸性氣燃燒及催化還原方法對(duì)于燃燒沒(méi)有嚴(yán)格的要求， 也不需要多級(jí)克勞斯反應(yīng)，更無(wú)需對(duì)克勞斯反應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格控制，燃燒 后的產(chǎn)物經(jīng)冷凝生產(chǎn)硫磺，冷凝后的氣體在在線(xiàn)二氧化硫或硫化氫分 析儀參與控制下，部分去催化還原裝置，部分返回燃燒裝置進(jìn)行尾氣 的再燃燒，以便將去焚燒的尾氣中的硫化氫降到一個(gè)較低水平。


圖l為本發(fā)明所述酸性氣燃燒及催化還原方法的流程簡(jiǎn)圖。 圖中61酸性氣 4氧氣或空氣7燃燒產(chǎn)物 10蒸氣13冷卻后的氣體 16蒸氣2部分酸性氣 5主燒嘴3部分酸性氣 6主燃燒室8燃燒產(chǎn)物 ll廢熱鍋爐9氣體 12硫磺 15氣體 18硫磺14催化還原裝 17廢熱鍋爐19冷卻后的氣體 20H2S在線(xiàn)分析儀21冷卻后的一部分氣體 22冷卻后的一部分氣體具體實(shí)施方式
以下實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明，但不用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。 圖l為本發(fā)明所述酸性氣燃燒及催化還原方法的流程簡(jiǎn)圖。如圖l 所示，來(lái)自管線(xiàn)的酸性氣l分為兩部分，其分配比例由燃燒裝置與在 線(xiàn)分析儀聯(lián)合控制，其中"空氣對(duì)酸性氣體"的比例無(wú)需保持在催 化廢氣中產(chǎn)生2份硫化氫和1份二氧化硫的水平上。燃燒產(chǎn)物中硫化氫 濃度可以是低于酸性氣中硫化氫濃度的一個(gè)任意值。這個(gè)值的確定根 據(jù)洗氨步驟中洗滌液中的氨或外購(gòu)氨水的量來(lái)確定，即空氣、氧氣和 (或)其他燃料氣體通過(guò)一個(gè)工藝氣體分析器測(cè)量來(lái)自克勞斯階段的 廢氣流中的H2S濃度。分析控制器校正到燃燒器的空氣流量以獲得所 需的H2S濃度。如果進(jìn)入克勞斯反應(yīng)器的H2S濃度太高，那么增加氧 氣供應(yīng)到燃燒器中。如果進(jìn)入克勞斯反應(yīng)器的H2S濃度太低，那么減 少氧氣供應(yīng)到燃燒器中。部分酸性氣2進(jìn)入燃燒裝置的主燒嘴5，部分 酸性氣3進(jìn)入燃燒裝置的主燃燒室6，燃燒溫度為735。C,氧氣或空氣4 進(jìn)入主燒嘴5，燃燒溫度為800。C，主燒嘴5的燃燒產(chǎn)物7和燃燒室6燃 燒產(chǎn)物8合并后的氣體9進(jìn)入廢熱鍋爐11,氣體中含有二氧化硫、羰基 硫、二氧化碳、單質(zhì)硫、氮?dú)?、硫化氫等。氣體9經(jīng)廢熱鍋爐ll冷卻后產(chǎn)生低壓蒸氣10,并排出，同時(shí)得 到硫磺12及冷卻后的氣體13,冷卻后的氣體13含有二氧化硫、羰基硫、二氧化碳、單質(zhì)硫、氣氣、硫化氫等，進(jìn)入含85wt。/。的二氧化 鈦催化劑的催化還原裝置14。催化還原裝置14內(nèi)反應(yīng)溫度為240°C，當(dāng)然也可在150-35(TC之 間調(diào)整，進(jìn)行H2S的還原以及COS水解反應(yīng)，得到氣體15。氣體15進(jìn)入廢熱鍋爐17，氣體15經(jīng)冷卻產(chǎn)生低壓蒸氣16,并得到 硫磺18以及冷卻后的氣體19，冷卻后的氣體19含有二氧化硫、羰基硫、二氧化碳、單質(zhì)硫、氮?dú)?、硫化氫等。冷卻后的氣體19經(jīng)H2S在線(xiàn)分析儀20分析后分為兩部分， 一部分 氣體21進(jìn)入后續(xù)焚燒裝置， 一部分氣體22返回主燃燒室6進(jìn)行再次燃 燒。進(jìn)入焚燒裝置和返回燃燒室的量的確定，根據(jù)氨水的量來(lái)定。本實(shí)施例所用的各工藝過(guò)程的裝置和設(shè)備均可釆用本領(lǐng)域現(xiàn)有 的脫硫工藝中所用設(shè)備。本實(shí)施例中的原料酸性氣1組成如下:摩爾量％kmol/h重量％kg/hH2S28.22931.648123.9331078.4COS0.9781.09651.46265.9CO0.1440.16140.14.5H20.0670.0751O駕0.2C0266.20974.228272.4973266.8N20.1630.18270.1145.1H204.24.70871.88384.8CH3OH0,010.0112O細(xì)0.4100112.1191004506.1去焚燒裝置的氣體21的組成及含it如下(約75%):摩爾量％kmol/h闊邁 《kg/hH2S5.17444.542754.66989154.8COS4.07553.577956.91434229.2cs21.68571.47992.6811288.875s60.93060.8169751.8756562.175s80.01730.0152250.088242.925CO0.06680.058650.4547715.075H22.47382.171851.8349260.825co20.71170.6248250.038461.275N259.40652.1542569.2432295.3H200.20520.180150.151595.0258CH3OH25.25322.1712.0481399.37510087.7925251003314.85去主燃燒室6的氣體22的組成及含量如下(約25%):摩爾量％kmol/h喊邁kg/hH2S5.17441.514254.6698951.6COS4.07551.192656.9143476.4cs21.68570.49332.6811229.625s60.93060.2723251.8756520.725s80.01730.0050750.088240.975CO0.06680.019550.454775.025H22.47380.723951.8349220.275co20.71170.2082750.038460.425N259.40617.3847569.243765.1H200.20520.060050.151591.675CH3OH25.2537.3912.0481133.12510029.2641751001104.95H2S在線(xiàn)分析儀20分析結(jié)果如下摩爾量％kmol/h重量％kg/hH2S5.1746.0574.67206.4S024.0754.77066.914305.6COS1.6861.97322.682118.5cs20.9311.08931.87682.9s60.0170.02030.0883.9s80.0670.07820.45420.1CO2.4742.89581.83581.1H20.7120.8331O駕1.7co259.40669.53969.2423060.4N20.2050.24020.1526.7H2025.25329.5612.048532.5total100117.056799.9994419.8雖然，上文中已經(jīng)用一般性說(shuō)明及具體實(shí)施方案對(duì)本發(fā)明作了詳 盡的描述，但在本發(fā)明基礎(chǔ)上，可以對(duì)之作一些修改或改進(jìn)，這對(duì)本 領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見(jiàn)的。因此，在不偏離本發(fā)明精神的基礎(chǔ) 上所做的這些修改或改進(jìn)，均屬于本發(fā)明要求保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
1.一種酸性氣燃燒及催化還原方法，其特征在于，其包括如下步驟1)先將酸性氣在燃燒室內(nèi)與燃料進(jìn)行熱燃燒反應(yīng)；2)然后將所得燃燒產(chǎn)物進(jìn)行催化還原、水解反應(yīng)；3)再將催化還原反應(yīng)所得氣體中的部分進(jìn)行焚燒，部分返回燃燒室燃燒。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的酸性氣燃燒及催化還原方法，其特征在 于，步驟l)燃燒反應(yīng)的溫度為500-80(TC。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的酸性氣燃燒及催化還原方法，其特 征在于，所述燃料為空氣、氧氣或其他燃料氣體。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l-3任意一項(xiàng)所述的酸性氣燃燒及催化還原方 法，其特征在于，所述的燃燒室由一個(gè)主燒嘴和主燃燒室及其控制系 統(tǒng)組成。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述酸性氣燃燒及催化還原方法，其特征在 于，進(jìn)入主燒嘴的酸性氣體為1-99% (體積比)；進(jìn)入主燃燒室的酸 性氣體為1-99% (體積比)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l-5任意一項(xiàng)所述酸性氣燃燒及催化還原方法， 其特征在于，所述催化還原反應(yīng)為一級(jí)或兩級(jí)反應(yīng)，催化劑為催化還 原及水解催化劑，其主要組分為二氧化鈦。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l-6任意一項(xiàng)所述酸性氣燃燒及催化還原方法， 薦特征在于，所述的催化還原反應(yīng)的溫度為150-350。C。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述酸性氣燃燒及催化還原方法，其特征在于， 所述的催化還原反應(yīng)的溫度為210-24(TC 。
9. 根據(jù)權(quán)利要求l-8任意一項(xiàng)所述酸性氣燃燒及催化還原方法， 其特征在于，步驟2)中所述燃燒產(chǎn)物先進(jìn)入一廢熱鍋爐進(jìn)行處理。
10. 根據(jù)權(quán)利要求l-9任意一項(xiàng)所述酸性氣燃燒及催化還原方法，其特征在于，步驟2)中催化還原反應(yīng)產(chǎn)生的氣體先進(jìn)入一廢熱鍋爐 進(jìn)行處理。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種酸性氣燃燒及催化還原方法，其包括如下步驟先將酸性氣在燃燒室內(nèi)與燃料進(jìn)行熱燃燒反應(yīng)；然后將所得燃燒產(chǎn)物進(jìn)行催化還原、水解反應(yīng)；再將催化還原反應(yīng)所得氣體中的部分進(jìn)行焚燒，部分返回燃燒室燃燒。本發(fā)明的酸性氣燃燒及催化還原方法對(duì)于燃燒沒(méi)有嚴(yán)格的要求，也不需要多級(jí)克勞斯反應(yīng)，更無(wú)需對(duì)克勞斯反應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格控制，燃燒后的產(chǎn)物經(jīng)冷凝生產(chǎn)硫磺，冷凝后的氣體在在線(xiàn)二氧化硫或硫化氫分析儀參與控制下，部分去催化還原裝置，部分返回燃燒裝置進(jìn)行尾氣的再燃燒，以便將去焚燒的尾氣中的硫化氫降到一個(gè)較低水平。
文檔編號(hào)F23G7/06GK101576261SQ20081010603
公開(kāi)日2009年11月11日 申請(qǐng)日期2008年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月7日
發(fā)明者宋夕平, 徐耀武, 偉 王, 威 王 申請(qǐng)人:北京豐漢工程咨詢(xún)有限公司