CN101576261B - 一种酸性气燃烧及催化还原方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种酸性气燃烧及催化还原方法，其包括如下步骤：先将酸性气在燃烧室内与燃料进行热燃烧反应；然后将所得燃烧产物进行催化还原、水解反应；再将催化还原反应所得气体中的部分进行焚烧，部分返回燃烧室燃烧。本发明的酸性气燃烧及催化还原方法对于燃烧没有严格的要求，也不需要多级克劳斯反应，更无需对克劳斯反应进行严格控制，燃烧后的产物经冷凝生产硫磺，冷凝后的气体在在线二氧化硫或硫化氢分析仪参与控制下，部分去催化还原装置，部分返回燃烧装置进行为期的再燃烧，以便将去焚烧的尾气中的硫化氢降到一个较低水平。

Description

一种酸性气燃烧及催化还原方法

技术领域

本发明涉及一种酸性气燃烧及催化还原方法，具体地说，涉及一种酸性气高强预混、过量燃烧过程和一个将酸性气中的硫化氢催化还原为二氧化硫并生成硫磺以及催化还原产物部分返回燃烧的多步工艺过程。

背景技术

常规的酸性气脱硫工艺，是将酸性气或提浓后的酸性气，通过严格的空气和酸性气比例控制进行高温克劳斯燃烧获得二氧化硫并将二氧化硫转化为单质硫，最后进行焚烧排放。这种工艺一般有普通克劳斯、超级克劳斯、超优克劳斯以及斯高特(Scote)等工艺技术，投资大、操作费用高，是目前国内外对酸性气进行硫回收与脱硫的主要手段，一般需要二级或多级克劳斯反应并将为其焚烧后通过掺入大量空气的方法也可以达到国家排放标准。但克劳斯燃烧控制条件苛刻，二氧化硫转化率以及硫回收率受热力学平衡限制也不会很高，操作弹性很小。

因此，需要对现有酸性气燃烧以及催化还原工艺进行改进，降低操作难度和费用，并降低去焚烧的尾气中硫化氢的含量。

发明内容

本发明的目的是提供一种酸性气燃烧及催化还原方法，该方法操作简便，投资小，无需控制空气和酸性气的比例，同时将去焚烧的尾气中的硫化氢降到一个较低水平。

为了实现本发明目的，本发明的一种酸性气燃烧及催化还原方法，其包括如下步骤：

1)先将酸性气在燃烧室内与燃料进行热燃烧反应；

2)然后将所得燃烧产物进行催化还原、水解反应；

3)再将催化还原反应所得气体中的部分进行焚烧，部分返回燃烧室燃烧。

其中，本发明适宜的酸性气可以是含硫化氢、二氧化碳等的所有气体，当然也可以是克劳斯等脱硫工艺装置的尾气。尤其适用于含有氨的酸性气体或者是炼油厂、煤化工厂的酸性气体的尾气处理。

步骤1)中所述的燃烧反应不需要控制硫化氢的比例。即不用象现有工艺一样，控制第三级催化反应器出口的H₂S浓度为0.6％(体积比)。在该燃烧室里进行高强预混、过量燃烧。

燃烧反应的温度为500-800℃，所述燃料为空气、氧气或其他燃料气体，经过燃烧后的产物中含有二氧化硫、羰基硫、二氧化碳、单质硫、氮气、硫化氢等物质。其中燃烧产物中硫化氢浓度可以是低于酸性气中硫化氢浓度的一个任意值。这个值的确定根据后续洗氨步骤中洗涤液中的氨的量或者外购氨水的量来确定，即空气、氧气和(或)其他燃料气体通过一个工艺气体分析器测量来自克劳斯阶段的废气流中的H₂S浓度。分析控制器校正到燃烧器的空气流量以获得所需的H₂S浓度。如果进入克劳斯反应器的H₂S浓度太高，那么增加氧气供应到燃烧器中。如果进入克劳斯反应器的H₂S浓度太低，那么减少氧气供应到燃烧器中。燃料与燃烧气之间的用量配比调整为本领域技术人员所熟知的。

所述的燃烧室由一个主烧嘴和主燃烧室及其控制系统组成。可采用本领域熟知的燃烧室设备。

进入主烧嘴的酸性气体可以是1-99％(体积比)

进入主燃烧室的酸性气体可以是1-99％(体积比)。

燃烧产物还可先进入一个废热锅炉，可以产生部分低压蒸汽，并产生部分硫磺，经过废热锅炉后冷凝的燃烧产物所产生的气体含有二氧化硫、羰基硫、二氧化碳、单质硫、氮气、硫化氢等。

步骤2)中所述的催化还原反应只需要一级或两级，不需要多级，优选一级。一般可在一个催化反应器中进行硫化氢(H₂S)催化还原反应，羰基硫(COS)水解反应。

所述催化还原反应的催化剂为催化还原及水解催化剂，具有催化和水解两种功能的催化剂。其主要组分为二氧化钛(TiO₂)，多采用约85wt％的二氧化钛催化剂。

所述的催化还原反应的温度为150-350℃，优选为210-240℃。

本发明的催化还原反应可将二氧化硫、羰基硫等转化为单质硫。催化还原反应产生的气体中含有二氧化硫、羰基硫、二氧化碳、单质硫、氮气、硫化氢等。

随后催化还原反应产生的气体进入一废热锅炉，产生部分蒸汽，并有单质硫磺生成，经废热锅炉冷凝后的气体(尾气)，含有二氧化硫、羰基硫、二氧化碳、单质硫、氮气、硫化氢等。

冷凝后的气体一部分进入焚烧炉燃烧，将气体中的硫化物转化为二氧化硫。气体中的另一部分返回燃烧室，进行再次燃烧，进入焚烧炉和返回燃烧室的量可根据后续工艺中氨水的量或者外购氨水的量来调整。所述的催化还原的尾气经冷却冷凝硫磺后部分返回主烧嘴或主燃烧室，返回量以一级催化还原反应出口的H₂S、SO₂在线分析仪分析结果、以及硫磺产率为依据，进行调整。

本发明的酸性气燃烧及催化还原方法对于燃烧没有严格的要求，也不需要多级克劳斯反应，更无需对克劳斯反应进行严格控制，燃烧后的产物经冷凝生产硫磺，冷凝后的气体在在线二氧化硫或硫化氢分析仪参与控制下，部分去催化还原装置，部分返回燃烧装置进行尾气的再燃烧，以便将去焚烧的尾气中的硫化氢降到一个较低水平。

附图说明

图1为本发明所述酸性气燃烧及催化还原方法的流程简图。

图中：

1酸性气         2部分酸性气          3部分酸性气

4氧气或空气     5主烧嘴              6主燃烧室

7燃烧产物       8燃烧产物            9气体

10蒸气          11废热锅炉           12硫磺

13冷却后的气体  14催化还原装置       15气体

16蒸气          17废热锅炉           18硫磺

19冷却后的气体  20H₂S在线分析仪      21冷却后的一部分气体

22冷却后的一部分气体

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

图1为本发明所述酸性气燃烧及催化还原方法的流程简图。如图1所示，来自管线的酸性气1分为两部分，其分配比例由燃烧装置与在线分析仪联合控制，其中“空气对酸性气体”的比例无需保持在催化废气中产生2份硫化氢和1份二氧化硫的水平上。燃烧产物中硫化氢浓度可以是低于酸性气中硫化氢浓度的一个任意值。这个值的确定根据洗氨步骤中洗涤液中的氨或外购氨水的量来确定，即空气、氧气和(或)其他燃料气体通过一个工艺气体分析器测量来自克劳斯阶段的废气流中的H₂S浓度。分析控制器校正到燃烧器的空气流量以获得所需的H₂S浓度。如果进入克劳斯反应器的H₂S浓度太高，那么增加氧气供应到燃烧器中。如果进入克劳斯反应器的H₂S浓度太低，那么减少氧气供应到燃烧器中。部分酸性气2进入燃烧装置的主烧嘴5，部分酸性气3进入燃烧装置的主燃烧室6，燃烧温度为735℃，氧气或空气4进入主烧嘴5，燃烧温度为800℃，主烧嘴5的燃烧产物7和燃烧室6燃烧产物8合并后的气体9进入废热锅炉11，气体中含有二氧化硫、羰基硫、二氧化碳、单质硫、氮气、硫化氢等。

气体9经废热锅炉11冷却后产生低压蒸气10，并排出，同时得到硫磺12及冷却后的气体13，冷却后的气体13含有二氧化硫、羰基硫、二氧化碳、单质硫、氮气、硫化氢等，进入含85wt％的二氧化钛催化剂的催化还原装置14。

催化还原装置14内反应温度为240℃，当然也可在150-350℃之间调整，进行H₂S的还原以及COS水解反应，得到气体15。

气体15进入废热锅炉17，气体15经冷却产生低压蒸气16，并得到硫磺18以及冷却后的气体19，冷却后的气体19含有二氧化硫、羰基硫、二氧化碳、单质硫、氮气、硫化氢等。

冷却后的气体19经H₂S在线分析仪20分析后分为两部分，一部分气体21进入后续焚烧装置，一部分气体22返回主燃烧室6进行再次燃烧。进入焚烧装置和返回燃烧室的量的确定，根据氨水的量来定。

本实施例所用的各工艺过程的装置和设备均可采用本领域现有的脱硫工艺中所用设备。

本实施例中的原料酸性气1组成如下：

去焚烧装置的气体21的组成及含量如下(约75％)：

去主燃烧室6的气体22的组成及含量如下(约25％)：

H₂S在线分析仪20分析结果如下：

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种酸性气燃烧及催化还原方法，其特征在于，其包括如下步骤：

1)先将酸性气在燃烧室内与燃料进行热燃烧反应；

2)然后将所得燃烧产物进行催化还原、水解反应；

3)再将催化还原反应所得气体中的部分进行焚烧，部分返回燃烧室燃烧。

2.根据权利要求1所述的酸性气燃烧及催化还原方法，其特征在于，步骤1)燃烧反应的温度为500-800℃。

3.根据权利要求1或2所述的酸性气燃烧及催化还原方法，其特征在于，所述燃料为空气或氧气。

4.根据权利要求1所述的酸性气燃烧及催化还原方法，其特征在于，所述的燃烧室由一个主烧嘴和主燃烧室及其控制系统组成。

5.根据权利要求4所述酸性气燃烧及催化还原方法，其特征在于，进入主烧嘴的酸性气体为1-99％(体积比)；进入主燃烧室的酸性气体为1-99％(体积比)。

6.根据权利要求1所述酸性气燃烧及催化还原方法，其特征在于，所述催化还原反应为一级或两级反应，催化剂为催化还原及水解催化剂，其主要组分为二氧化钛。

7.根据权利要求6所述酸性气燃烧及催化还原方法，其特征在于，所述的催化还原反应的温度为150-350℃。

8.根据权利要求7所述酸性气燃烧及催化还原方法，其特征在于，所述的催化还原反应的温度为210-240℃。

9.根据权利要求1所述酸性气燃烧及催化还原方法，其特征在于，步骤2)中所述燃烧产物先进入一废热锅炉进行处理。

10.根据权利要求1所述酸性气燃烧及催化还原方法，其特征在于，步骤2)中催化还原反应产生的气体先进入一废热锅炉进行处理。

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