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一种高氨低硫气体的处理工艺

阅读：241发布：2020-10-21

IPRDB可以提供一种高氨低硫气体的处理工艺专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明属于硫磺回收技术领域，尤其涉及一种高氨低硫气体的处理工艺。为解决高氨低硫气体因其本身焓值低，不足以支撑克劳斯反应的顺利进行的技术问题，特提出一种高氨低硫气体的处理工艺，包括步骤：（1）将燃料气、酸性气、氧气和空气通入燃烧炉前部进行燃烧，产生高温过程气；（2）从燃烧炉中部通入不含有氨的酸性气，与步骤（1）产生的高温过程气混合反应。该工艺能够灵活改变整个装置的处理量，实现装置在极大的负荷范围内稳定运行，对于降低环境污染具有极大的社会意义。，下面是一种高氨低硫气体的处理工艺专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种高氨低硫气体的处理工艺，其特征在于，包括步骤：（1）将燃料气、酸性气、氧气和空气通入燃烧炉前部进行燃烧，产生高温过程气；

（2）从燃烧炉中部通入不含有氨的酸性气，与步骤（1）产生的高温过程气混合反应。

2.根据权利要求1所述高氨低硫气体的处理工艺，其特征在于，所述步骤（1）中酸性气为含有氨的酸性气或不含有氨的酸性气中的一种或两种。

3.根据权利要求1或2所述高氨低硫气体的处理工艺，其特征在于，所述高温过程气温度为1250℃～1350℃。

4.根据权利要求1或2所述高氨低硫气体的处理工艺，其特征在于，所述燃料气为水煤气、天然气、氢气或瓦斯气中的一种。

5.根据权利要求4所述高氨低硫气体的处理工艺，其特征在于，所述燃料气为氢气。

说明书全文

一种高氨低硫气体的处理工艺

技术领域

[0001] 本发明属于硫磺回收技术领域，尤其涉及一种高氨低硫气体的处理工艺。技术背景

[0002] 硫化氢浓度范围在5%～20%左右的含有氨的硫化氢气体，由于本身不能满足克劳斯反应的条件，必须通过增加反应热或减少燃烧物质的生成量的方式使反应温度达到并超过氨类分解的温度，才能顺利分解硫化氢浓缩气中的氨类同时处理其中的硫化氢组分，实现硫化氢气体的综合处理。

[0003] 能源行业都会产生含有氮、硫的废气，其中氮元素主要以氨的形式存在，而硫元素以硫化氢的形式存在。炼化企业的原料气中硫化氢的浓度一般在50%以上，而且含氨酸性气的量远远小于清洁酸性气（即不含有氨的硫化氢气体）的量；对于某些小型煤化工企业，原料气中硫化氢的浓度虽然较低，但是不含氨类，这两种情况处理起来都相对容易。对于高氨低硫酸性气的处理相对就比较困难，原因在于氨类的分解需要1250℃以上的高温，而依靠硫化氢浓缩气体自身燃烧贡献的热量远远达不到分解氨类的温度要求。制硫炉内反应温度和硫化氢的纯度有关，硫化氢的纯度越高，反应温度越高；处理该种情况，常规处理方法是采用富氧技术，也就是减少过程气的量从而提升整个燃烧炉的温度，但是富氧技术应用时候一旦空气中的氧含量超过29%，需要对燃烧炉进行大规模改造，甚至需要采用冷流循环的工艺技术，不仅技术繁琐，控制难度大，同时暴露出现装置弹性小的弊端。以此设计的装置只能在某一相对狭窄的酸性气组成范围内操作，给装置的运行带来极大的影响。

[0004] 高氨低硫酸性气体处理困难的主要因素在于其本身的焓值低，不足以支撑克劳斯反应的顺利进行。

发明内容

[0005] 为解决上述技术问题，本发明提供了一种装置结构简单、烧氨温度高的高氨低硫气体的处理工艺。

[0006] 本发明的技术方案是：一种高氨低硫气体的处理工艺，包括步骤：（1）将燃料气、酸性气、氧气和空气通入燃烧炉前部进行燃烧，产生高温过程气；
（2）从燃烧炉中部通入不含有氨的酸性气，与步骤（1）产生的高温过程气混合反应。

[0007] 所述步骤（1）中酸性气为含有氨的酸性气或不含有氨的酸性气中的一种或两种。

[0008] 所述高温过程气温度为1250℃～1350℃，主要作用是分解酸性气中的氨。

[0009] 所述燃料气为水煤气、天然气、氢气或瓦斯气中的一种，优选氢气。

[0010] 所述水煤气的主要成分是CO和H2，天然气的主要成分是CH4，氢气的主要成分是H2，瓦斯气的主要成分是C1、C2和H2，不建议使用重烃气体作为燃料气，主要是为了避免出现由于燃烧不完全产生炭黑而影响产品质量。

[0011] 所述燃料气和酸性气，均为所属行业内技术人员公知的物质。

[0012] 本发明的思路是：在减少燃烧产物中惰性成分量的同时（例如由于使用空气不可避免混入的大量氮气），增加高氨低硫酸性气体燃烧放出的热量，也就是混掺燃料气，从而提高单位体积的燃烧强度，达到烧氨温度的目的。

[0013] 步骤（1）中通入氧气是为了减少燃烧产物中惰性成分的量。燃烧炉采用双炉膛设计，前部属于过氧燃烧室，后部属于混合反应室。酸性气从燃烧炉前部与氧气、空气和燃料气在过氧燃烧室混合燃烧，产生超过1250℃的高温过程气，主要目的是分解酸性气中的氨。不含有氨的酸性气从燃烧炉炉膛中部进入，与过氧燃烧室出来的高温过程气混合，由于燃烧炉前部过氧燃烧，将产生更多的二氧化硫，与通入的不含有氨的酸性气中的硫化氢进一步反应，从而达到反应平衡。再经后续的处理包括过程中硫磺的分离以及进一步的低温反应，直至达到排放要求。

[0014] 整个工艺步骤中的需氧量是由混掺的燃料气完全燃烧需要的氧气量、酸性气中的硫化氢完全反应生成硫磺需要的氧气量两部分组成的。所有的氧全部由燃烧炉前部通入的氧气和空气供给，由于部分不含有氨的酸性气从燃烧炉中部进入，因此造成了燃烧炉前部的氧气量局部过剩，有利于前部氨类的分解以及烃类的完全燃烧，同时过氧燃烧生产的二氧化硫与燃烧炉中部进入的不含有氨的酸性气中的硫化氢再次反应，生成硫磺。通过监测二级克劳斯反应器后部过程气中硫化氢与二氧化硫的比例来控制氧气供给量。通过控制进入燃烧炉中部不含有氨的酸性气的量，可以灵活的调整燃烧炉前部的过氧程度。需要说明的是，本说明书中所说的过氧并不是说燃烧炉前部有氧气的残留，而是相对于硫化氢氧化生成硫磺的反应来说，过多的氧气使硫化氢进一步反应生成了二氧化硫而不是硫磺，过氧状态只是一个相对的概念。

[0015] 燃料气、酸性气、氧气和空气四种气体通过同心套管进入燃烧炉前部，燃料气在同心套管的最中心，氧气第二层，酸性气第三层，空气自最外侧管内进入。燃气混掺量和氧气混掺量与酸性气的浓度有很大的关系，掺混的最终目的是保证过氧燃烧室的温度在1250℃～1350℃，而不是一个固定的值。在燃烧初期，酸性气的浓度偏低，此时需要提供更多的燃料气和氧气，以保证燃烧炉前部的燃烧温度，空气的供应量会相应减少；燃烧一段时间后，酸性气浓度相对稳定，掺混燃料气、氧气的量将相对固定，系统将自行调控空气的配给量，同时燃烧炉温度将1250℃～1350℃范围内波动。

[0016] 本发明的有益效果在于：本发明提供的高氨低硫气体的处理工艺可以顺利提高克劳斯燃烧炉的温度达到1250℃以上的烧氨温度，解决高氨低硫气体的处理问题，同时扩大装置的操作弹性。此工艺特别适合硫化氢浓度相对比较低的含硫化氢气体处理。由于可以根据酸性气组成的变化随时改变燃料气的量以及增减富氧的程度，使该综合处理工艺可以自行适应装置的各种物料组成变化，将常规工艺对装置操作弹性下线要求——30%，顺利降低到10%左右。这样，采用该工艺的装置在上游装置低负荷运行时就可以实现正常开工并稳定运行，该工艺能够灵活改变整个装置的处理量，实现装置在极大的负荷范围内稳定运行，对于降低环境污染具有极大的社会意义。

具体实施方式

[0017] 以下通过实施例具体说明本发明。

[0018] 实施例1一种高氨低硫气体的处理工艺，包括步骤：
1、将燃料气、含有氨的酸性气、氧气和空气通入燃烧炉前部进行燃烧，产生高温过程气；
2、从燃烧炉中部通入不含有氨的酸性气，与步骤1产生的高温过程气混合反应。

[0019] 含有氨的酸性气和空气进入燃烧炉时受到其内旋转叶片的导流作用，产生同向旋转，强烈混合；氧气则以喷射状态进入燃烧炉。由于燃气与氧气剧烈燃烧，产生巨大的热量。如果单纯以燃气与纯氧燃烧，燃烧炉温度可以达到2400℃（不考虑热量损失的理论值）。而含有氨的酸性气中含有的硫化氢等可燃物质比较少，惰性气体例如二氧化碳比例相对大，此时含有氨的酸性气有两个作用，其一：参与反应，含有氨的酸性气中硫化氢等可燃气体与氧气发生反应；其二：含有氨的酸性气中携带的大量惰性气体具有降温作用，可以平抑燃料气与氧气反应生成的巨大热量，从而达到适当的反应温度的同时不至于烧毁燃烧炉。

[0020] 通过调整燃料气与氧气的流量，控制燃烧炉的温度在1250～1350℃范围内稳定运行，在此温度范围下，含有氨的酸性气中的氨可以被完全分解，生成氮气和水；烃类完全分解生成二氧化碳和水。我们可以通过监测克劳斯反应器后部的硫化氢/二氧化硫在线分析仪表来调整空气的通入量。

[0021] 该工艺需要调控的参数的比较多，例如：空气量、氧气量、燃料气量等。控制思路表述如下：（1）燃烧炉的炉膛温度通过燃料气的量来控制，炉膛温度一旦低于设定值（一般设定
1280℃），系统将自动增加燃料气的量直至温度达到设定值。氧气的量为燃料气完全燃烧需要的量，在生产实际中通过及时调整来控制燃烧炉的炉膛温度。这是一级控制，主要保证氨类的分解温度。

[0022] （2）通入空气的量是通过监测克劳斯反应器后部的硫化氢/二氧化硫在线分析仪表来控制。这是二级控制，主要是保证克劳斯的反应平衡。

[0023] 从燃烧炉中部通入不含有氨的酸性气的量可以根据实际情况进行调整。理论上不含有氨的酸性气的分流量愈大，燃烧炉前部温度愈高，但是由于受到“克劳斯反应比例”的限制，中部通入的不含有氨的酸性气中含有硫化氢的量不得超过通入燃烧炉的含有氨的酸性气和不含氨的酸性气中全部硫化氢的66%，否则将影响整个克劳斯反应的转化率。

[0024] 所谓“克劳斯反应比例”是指：克劳斯反应就是硫化氢与二氧化硫反应生成水和硫磺，这个反应要求硫化氢与二氧化硫的比例为2:1。

[0025] 所述高温过程气温度为1250℃～1350℃；主要作用是分解酸性气中的氨。

[0026] 所述燃料气为水煤气、天然气、氢气或瓦斯气中的一种，优选氢气。

[0027] 所述水煤气的主要成分是CO和H2，天然气的主要成分是CH4，氢气的主要成分是H2，瓦斯气的主要成分是C1、C2和H2，不建议使用重烃作为燃料气，主要是为了避免出现由于燃烧不完全产生炭黑而影响产品质量。

[0028] 实施例2一种高氨低硫气体的处理工艺，包括步骤：
1、将燃料气、含有氨的酸性气、氧气、空气和部分不含有氨的酸性气通入燃烧炉前部进行燃烧，产生高温过程气；
2、从燃烧炉中部通入部分不含有氨的酸性气，与步骤1产生的高温过程气混合反应。

[0029] 含有氨的酸性气、部分不含有氨的酸性气和空气进入燃烧炉时受到其内旋转叶片

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