一種高氨低硫氣體的處理工藝的製作方法
2023-09-19 20:20:00 1
專利名稱：一種高氨低硫氣體的處理工藝的製作方法
技術領域：
本發明屬於硫磺回收技術領域，尤其涉及一種高氨低硫氣體的處理工藝。
背景技術：
硫化氫濃度範圍在5% 20%左右的含有氨的硫化氫氣體，由於本身不能滿足克勞斯反應的條件，必須通過增加反應熱或減少燃燒物質的生成量的方式使反應溫度達到並超過氨類分解的溫度，才能順利分解硫化氫濃縮氣中的氨類同時處理其中的硫化氫組分，實現硫化氫氣體的綜合處理。能源行業都會產生含有氮、硫的廢氣，其中氮元素主要以氨的形式存在，而硫元素以硫化氫的形式存在。煉化企業的原料氣中硫化氫的濃度一般在50%以上，而且含氨酸性氣的量遠遠小於清潔酸性氣(即不含有氨的硫化氫氣體)的量；對於某些小型煤化工企業， 原料氣中硫化氫的濃度雖然較低，但是不含氨類，這兩種情況處理起來都相對容易。對於高氨低硫酸性氣的處理相對就比較困難，原因在於氨類的分解需要1250°C以上的高溫，而依靠硫化氫濃縮氣體自身燃燒貢獻的熱量遠遠達不到分解氨類的溫度要求。制硫爐內反應溫度和硫化氫的純度有關，硫化氫的純度越高，反應溫度越高；處理該種情況，常規處理方法是採用富氧技術，也就是減少過程氣的量從而提升整個燃燒爐的溫度，但是富氧技術應用時候一旦空氣中的氧含量超過四％，需要對燃燒爐進行大規模改造，甚至需要採用冷流循環的工藝技術，不僅技術繁瑣，控制難度大，同時暴露出現裝置彈性小的弊端。以此設計的裝置只能在某一相對狹窄的酸性氣組成範圍內操作，給裝置的運行帶來極大的影響。高氨低硫酸性氣體處理困難的主要因素在於其本身的焓值低，不足以支撐克勞斯反應的順利進行。
發明內容
為解決上述技術問題，本發明提供了一種裝置結構簡單、燒氨溫度高的高氨低硫氣體的處理工藝。本發明的技術方案是一種高氨低硫氣體的處理工藝，包括步驟
(1)將燃料氣、酸性氣、氧氣和空氣通入燃燒爐前部進行燃燒，產生高溫過程氣；
(2)從燃燒爐中部通入不含有氨的酸性氣，與步驟(1)產生的高溫過程氣混合反應。所述步驟(1)中酸性氣為含有氨的酸性氣或不含有氨的酸性氣中的一種或兩種。所述高溫過程氣溫度為1250°C 1350°C，主要作用是分解酸性氣中的氨。所述燃料氣為水煤氣、天然氣、氫氣或瓦斯氣中的一種，優選氫氣。所述水煤氣的主要成分是CO和H2,天然氣的主要成分是CH4，氫氣的主要成分是 H2,瓦斯氣的主要成分是CpC2和H2,不建議使用重烴氣體作為燃料氣，主要是為了避免出現由於燃燒不完全產生炭黑而影響產品質量。所述燃料氣和酸性氣，均為所屬行業內技術人員公知的物質。本發明的思路是在減少燃燒產物中惰性成分量的同時(例如由於使用空氣不可避免混入的大量氮氣)，增加高氨低硫酸性氣體燃燒放出的熱量，也就是混摻燃料氣，從而提高單位體積的燃燒強度，達到燒氨溫度的目的。步驟(1)中通入氧氣是為了減少燃燒產物中惰性成分的量。燃燒爐採用雙爐膛設計，前部屬於過氧燃燒室，後部屬於混合反應室。酸性氣從燃燒爐前部與氧氣、空氣和燃料氣在過氧燃燒室混合燃燒，產生超過1250°C的高溫過程氣，主要目的是分解酸性氣中的氨。 不含有氨的酸性氣從燃燒爐爐膛中部進入，與過氧燃燒室出來的高溫過程氣混合，由於燃燒爐前部過氧燃燒，將產生更多的二氧化硫，與通入的不含有氨的酸性氣中的硫化氫進一步反應，從而達到反應平衡。再經後續的處理包括過程中硫磺的分離以及進一步的低溫反應，直至達到排放要求。整個工藝步驟中的需氧量是由混摻的燃料氣完全燃燒需要的氧氣量、酸性氣中的硫化氫完全反應生成硫磺需要的氧氣量兩部分組成的。所有的氧全部由燃燒爐前部通入的氧氣和空氣供給，由於部分不含有氨的酸性氣從燃燒爐中部進入，因此造成了燃燒爐前部的氧氣量局部過剩，有利於前部氨類的分解以及烴類的完全燃燒，同時過氧燃燒生產的二氧化硫與燃燒爐中部進入的不含有氨的酸性氣中的硫化氫再次反應，生成硫磺。通過監測二級克勞斯反應器後部過程氣中硫化氫與二氧化硫的比例來控制氧氣供給量。通過控制進入燃燒爐中部不含有氨的酸性氣的量，可以靈活的調整燃燒爐前部的過氧程度。需要說明的是，本說明書中所說的過氧並不是說燃燒爐前部有氧氣的殘留，而是相對於硫化氫氧化生成硫磺的反應來說，過多的氧氣使硫化氫進一步反應生成了二氧化硫而不是硫磺，過氧狀態只是一個相對的概念。燃料氣、酸性氣、氧氣和空氣四種氣體通過同心套管進入燃燒爐前部，燃料氣在同心套管的最中心，氧氣第二層，酸性氣第三層，空氣自最外側管內進入。燃氣混摻量和氧氣混摻量與酸性氣的濃度有很大的關係，摻混的最終目的是保證過氧燃燒室的溫度在 1250°C 1350°C，而不是一個固定的值。在燃燒初期，酸性氣的濃度偏低，此時需要提供更多的燃料氣和氧氣，以保證燃燒爐前部的燃燒溫度，空氣的供應量會相應減少；燃燒一段時間後，酸性氣濃度相對穩定，摻混燃料氣、氧氣的量將相對固定，系統將自行調控空氣的配給量，同時燃燒爐溫度將1250°C 1350°C範圍內波動。本發明的有益效果在於本發明提供的高氨低硫氣體的處理工藝可以順利提高克勞斯燃燒爐的溫度達到1250°C以上的燒氨溫度，解決高氨低硫氣體的處理問題，同時擴大裝置的操作彈性。此工藝特別適合硫化氫濃度相對比較低的含硫化氫氣體處理。由於可以根據酸性氣組成的變化隨時改變燃料氣的量以及增減富氧的程度，使該綜合處理工藝可以自行適應裝置的各種物料組成變化，將常規工藝對裝置操作彈性下線要求——30%，順利降低到10%左右。這樣，採用該工藝的裝置在上遊裝置低負荷運行時就可以實現正常開工並穩定運行，該工藝能夠靈活改變整個裝置的處理量，實現裝置在極大的負荷範圍內穩定運行，對於降低環境汙染具有極大的社會意義。
具體實施例方式以下通過實施例具體說明本發明。實施例1
一種高氨低硫氣體的處理工藝，包括步驟1、將燃料氣、含有氨的酸性氣、氧氣和空氣通入燃燒爐前部進行燃燒，產生高溫過程
氣；
2、從燃燒爐中部通入不含有氨的酸性氣，與步驟1產生的高溫過程氣混合反應。含有氨的酸性氣和空氣進入燃燒爐時受到其內旋轉葉片的導流作用，產生同向旋轉，強烈混合；氧氣則以噴射狀態進入燃燒爐。由於燃氣與氧氣劇烈燃燒，產生巨大的熱量。 如果單純以燃氣與純氧燃燒，燃燒爐溫度可以達到M00°c (不考慮熱量損失的理論值)。而含有氨的酸性氣中含有的硫化氫等可燃物質比較少，惰性氣體例如二氧化碳比例相對大， 此時含有氨的酸性氣有兩個作用，其一參與反應，含有氨的酸性氣中硫化氫等可燃氣體與氧氣發生反應；其二 含有氨的酸性氣中攜帶的大量惰性氣體具有降溫作用，可以平抑燃料氣與氧氣反應生成的巨大熱量，從而達到適當的反應溫度的同時不至於燒毀燃燒爐。通過調整燃料氣與氧氣的流量，控制燃燒爐的溫度在1250 1350°C範圍內穩定運行，在此溫度範圍下，含有氨的酸性氣中的氨可以被完全分解，生成氮氣和水；烴類完全分解生成二氧化碳和水。我們可以通過監測克勞斯反應器後部的硫化氫/二氧化硫在線分析儀表來調整空氣的通入量。該工藝需要調控的參數的比較多，例如空氣量、氧氣量、燃料氣量等。控制思路表述如下
(1)燃燒爐的爐膛溫度通過燃料氣的量來控制，爐膛溫度一旦低於設定值(一般設定 1280°C )，系統將自動增加燃料氣的量直至溫度達到設定值。氧氣的量為燃料氣完全燃燒需要的量，在生產實際中通過及時調整來控制燃燒爐的爐膛溫度。這是一級控制，主要保證氨類的分解溫度。(2)通入空氣的量是通過監測克勞斯反應器後部的硫化氫/ 二氧化硫在線分析儀表來控制。這是二級控制，主要是保證克勞斯的反應平衡。從燃燒爐中部通入不含有氨的酸性氣的量可以根據實際情況進行調整。理論上不含有氨的酸性氣的分流量愈大，燃燒爐前部溫度愈高，但是由於受到「克勞斯反應比例」的限制，中部通入的不含有氨的酸性氣中含有硫化氫的量不得超過通入燃燒爐的含有氨的酸性氣和不含氨的酸性氣中全部硫化氫的66%，否則將影響整個克勞斯反應的轉化率。所謂「克勞斯反應比例」是指克勞斯反應就是硫化氫與二氧化硫反應生成水和硫磺，這個反應要求硫化氫與二氧化硫的比例為2:1。所述高溫過程氣溫度為1250°C 1350°C ；主要作用是分解酸性氣中的氨。所述燃料氣為水煤氣、天然氣、氫氣或瓦斯氣中的一種，優選氫氣。所述水煤氣的主要成分是CO和H2,天然氣的主要成分是CH4，氫氣的主要成分是 H2,瓦斯氣的主要成分是(^、(2和!12，不建議使用重烴作為燃料氣，主要是為了避免出現由於燃燒不完全產生炭黑而影響產品質量。實施例2
一種高氨低硫氣體的處理工藝，包括步驟
1、將燃料氣、含有氨的酸性氣、氧氣、空氣和部分不含有氨的酸性氣通入燃燒爐前部進行燃燒，產生高溫過程氣；
2、從燃燒爐中部通入部分不含有氨的酸性氣，與步驟1產生的高溫過程氣混合反應。含有氨的酸性氣、部分不含有氨的酸性氣和空氣進入燃燒爐時受到其內旋轉葉片的導流作用，產生同向旋轉，強烈混合；氧氣則以噴射狀態進入燃燒爐。由於燃氣與氧氣劇烈燃燒，產生巨大的熱量。如果單純以燃氣與純氧燃燒，燃燒爐溫度可以達到M00°c (不考慮熱量損失的理論值)。而含有氨的酸性氣中含有的硫化氫等可燃物質比較少，惰性氣體例如二氧化碳比例相對大，此時含有氨的酸性氣有兩個作用，其一參與反應，含有氨的酸性氣中硫化氫等可燃氣體與氧氣發生反應；其二 含有氨的酸性氣中攜帶的大量惰性氣體具有降溫作用，可以平抑燃料氣與氧氣反應生成的巨大熱量，從而達到適當的反應溫度的同時不至於燒毀燃燒爐。
其餘同實施例1。
權利要求
1.一種高氨低硫氣體的處理工藝，其特徵在於，包括步驟(1)將燃料氣、酸性氣、氧氣和空氣通入燃燒爐前部進行燃燒，產生高溫過程氣；(2)從燃燒爐中部通入不含有氨的酸性氣，與步驟(1)產生的高溫過程氣混合反應。
2.根據權利要求1所述高氨低硫氣體的處理工藝，其特徵在於，所述步驟(1)中酸性氣為含有氨的酸性氣或不含有氨的酸性氣中的一種或兩種。
3.根據權利要求1或2所述高氨低硫氣體的處理工藝，其特徵在於，所述高溫過程氣溫度為 1250°C 1350°C。
4.根據權利要求1或2所述高氨低硫氣體的處理工藝，其特徵在於，所述燃料氣為水煤氣、天然氣、氫氣或瓦斯氣中的一種。
5.根據權利要求4所述高氨低硫氣體的處理工藝，其特徵在於，所述燃料氣為氫氣。
全文摘要
本發明屬於硫磺回收技術領域，尤其涉及一種高氨低硫氣體的處理工藝。為解決高氨低硫氣體因其本身焓值低，不足以支撐克勞斯反應的順利進行的技術問題，特提出一種高氨低硫氣體的處理工藝，包括步驟(1)將燃料氣、酸性氣、氧氣和空氣通入燃燒爐前部進行燃燒，產生高溫過程氣；(2)從燃燒爐中部通入不含有氨的酸性氣，與步驟(1)產生的高溫過程氣混合反應。該工藝能夠靈活改變整個裝置的處理量，實現裝置在極大的負荷範圍內穩定運行，對於降低環境汙染具有極大的社會意義。
文檔編號C01B17/04GK102381686SQ201110215769
公開日2012年3月21日 申請日期2011年7月29日 優先權日2011年7月29日
發明者李鐵軍, 趙芳 申請人:山東三維石化工程股份有限公司