CN2607359Y - 一种催化热分解硫化氢的立式和卧式反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种催化热分解硫化氢的立式或卧式反应器。该反应器由一带支管的主管和封头及中央设有进气管的封口塞等构成。主管分为加热段和冷却段两段，支管设在冷却段尾部。其特征是：以加热段的管壁内表面(涂/不涂触媒)作为热分解硫化氢的催化接触壁，以冷却段的封口塞中央设置的通入硫化氢冷原料气的进气管的管壁外表面作为整个反应器内冷却热解产物——硫粉与氢气和预热冷原料气的中央热交换柱。冷却后的硫粉和氢气，从支管喷入分离器。硫粉沉降并淀积在分离器内，含氢气体从分离器出气管引出。从而达到硫化氢的热分解及热解产物的分别回收的目的。

Description

一种催化热分解硫化氢的立式和卧式反应器

硫化氢不仅是一种重要的硫资源，同时也是一种宝贵的氢资源。硫化氢气体剧毒、易燃、易爆，不能直接排放。国家对大气污染物排放规定的限值，硫化氢是0.01mg/L。所以对硫化氢的回收处理，既是资源利用的需要，也是环境保护的要求。

硫化氢的回收处理，长期以来国内外多采用克劳斯法回收成硫磺。但是，由于该法的回收反应方程受化学平衡控制，仅能回收硫的95％左右，还有约5％的硫残存在尾气中；同时30％的回收反应生成水，不仅白白地浪费了宝贵的氢资源，还给尾气回收硫磺增加了困难，虽然至今都还有人为弥补克劳斯法的种种缺陷在努力，但是收效甚微。与此同时在上个世纪70年代，有人提出相反的回收处理硫化氢的新思路——硫化氢的热分解。遗憾的是许多具体细节未能公开，无法实施。

硫化氢的分解反应属于吸热反应，需要外部热源供热，反应才能顺利进行。但是，温度过高，分解出的气态硫和氢又会重新结合成硫化氢。为此，

本实用新型提供一种立式或卧式反应器，该反应器可使硫化氢在300～600℃催化分解成硫磺和氢气，在中央热交换柱和冷却段外部周围环境及冷风等的内外双重冷却下，硫磺和氢不致重新结合成硫化氢。

本实用新型是这样实现的：

这种立式或卧式反应器，由一带支管的主管和主管加热段端的封头及主管冷却段端的中央设有进气管的封口塞组成。当主管加热段的管外壁被加热到300～600℃时，从冷却段封口塞中央的进气管正向(从冷却段→加热段)通入硫化氢的冷原料气。冷原料气在进气管中一边流动一边吸收进气管壁内外的热量而预热着自身的同时也在冷却着进气管壁，使进气管起着中央热交换桂的作用。随着原料气的不断通入，进气管内的气体流动到主管加热段内后，气体便加剧被预热，进气管内的气温越来越高，气体流速加快，直到最后冲出进气管终端口进入加热段封头内设的涡道座孔中，经涡道和涡道切口反射折回，沿加热段的管内壁作反向(从加热段→冷却段，下同)漩流，反向漩流中的硫化氢与加热段的管内壁接触时，即被催化分解成硫磺和氢，而混入反向漩流中。在热扩散力和漩流向心力的作用，硫磺和氢趋向并围绕着中央热交换柱进行热交换，变成硫粉和氢气而形成一种反向漩尘。相对而言，未分解的硫化氢处于较低温度下，则继续沿加热段的管内壁反向漩进、接触、催化分解。与此同时围绕着中央热交换柱的漩尘在漩进中不断地与热交换柱进行着冷、热质的交换和转移，使硫粉和氢气不断冷却，再也无结合成硫化氢的机会。随着反向漩流在加热段的管内壁漩进接触，催化分解出的硫粉越来越多，氢气含量越来越高，越向冷却段回走，中央热交换柱温度就越低，硫粉和氢气的冷却效果就越好，直到漩出加热段进入冷却段。进入冷却段的含硫粉和氢气的反向漩流，便受到冷却段管壁外表面周围环境和冷风的冷却又受到更低温度的中央热交换柱的冷却，冷却效果倍加的好。直至漩进到冷却段支管口，便喷涌入分离器。硫粉沉降并淀积在分离室，定期从这里取出。脱除硫粉的含氢气体，从分离室出气管引出。经检测无硫化氢反应后，即可作为工业纯氢气使用。反之，含氢气体则入冷凝器，冷却后再作为中央热交换柱的冷原料气正向通入，再沿加热段的管内壁反向漩进、接触、催化分解……。如此反复，直到取得工业纯氢气为止。

本实用新型管状反应器分为立式或卧式两类，两类中又由加热段封头结构的不同分为A、B两种基本型。

现在结合附图说明如下：

附图1，为一立式A种基本型管状反应器，该反应与B种基本型和卧式不同之处有：

(1)主管(3)加热段(a)封头(11)内有涡道座(8)。其座孔(6)中心线与进气管(1)中心线同轴，并借(5)连通。涡道(10)反向(从a→b)漩流切口(7)中心线与加热段(a)的管内壁圆周内切。切口方位的预设有左有右，又分逆、顺漩进的两种切口。

(2)冷却段(b)设置支管时(4)，支管(4)中心线与主管(3)中心线的夹角变动范围：卧式：30°～150°；立式：30°～60°。

该反应器与B种基本型和卧式反应器共同之处有：

(1)加热段(a)与冷却段(b)的长度比为加热段∶冷却段＝1∶5，较好的为：1∶2～3。

(2)冷却段(b)封口塞(2)中央设置的进气管(1)数量：有涡道座的封头：最少为1，当 $\mathrm{nd}=\mathrm{ND}\sqrt{\frac{1}{3}}$ 时，最多可为 $n=\mathrm{ND}/d\sqrt{3},$ 式中

n—进气管数    N—主管内径增大n倍数

d—进气管内径  D—主管内径

无涡道座封头：最少为1，当 $\mathrm{md}=\mathrm{MD}\sqrt{\frac{1}{3}},$ 最多可为 $m=\mathrm{MD}/d\sqrt{3},$ 式中

m—进气管数    M—主管内径增大m倍数

d—进气管内径  D—主管内径

m≯n，m≤n。

(3)主管(3)、支管(4)、进气管(1)的内径比为主管∶支管∶进气管＝2.5～3∶2∶1。

其催化热分解硫化氢成硫粉和氢气的过程如下：

当主管(3)加热段(a)被加热到300～600℃时，从冷却段(b)封口塞(2)中央设置的进气管(1)，正向(从b-a，下同)通入硫化氢冷原料气，经连接进气管(1)与涡道座孔(6)的活节(5)，进入涡道(10)，在涡道反向(从a-b，下同)漩流切口(7)，与(a)段的管内壁(接触壁)圆周内切，成为一种沿接触壁的反向漩流。反向漩流中的硫化氢与(a)段的管内壁接触时，即催化分解成硫磺和氢。在热扩散力和漩流向心力的作用下，硫磺和氢气趋向并围绕着进气管(1)——中央热交换柱，进行热交换而冷却成为硫粉和氢气的反向漩尘。相对而言，处于较低温度下的未分解硫化氢则继续沿(a)段的管内壁接触、催化、分解……。与此同时，围绕着中央热交换柱进气管(1)反向漩尘中的硫粉和氢气在漩进中不断地与热交换柱(1)进行着冷、热质的交换和转移，使硫粉和氢气不会结合成硫化氢，当这种反向漩流漩进到冷却段(6)支管(4)口时，便入分离器而分别回收成硫粉和氢气。

附图2，为一卧式B种基本型管状反应器，该反应器与A种基本型和立式不同之处有：

(1)无涡道座的封头，由冷却段(b)封口塞(2)中央设置的进气管(1)伸到加热段封头(7)的一端弯成的弧管(6)末端，沿加热段(a)的管内壁圆周内切的切口(5)，来产生反向漩流。切口方位的预设有左有右，又分为逆、顺时针两种切口。

(2)冷却段(b)的尾部设置支管(4)时，支管(4)中心线与主管(3)中心线的夹角变动范围：卧式：30°～60°；立式：30°～60°。

该反应器与A种基本型和立式反应器共同之处，与上述附图1、说明同。

其催化热分解硫化氢成硫粉和氢气的过程如下：

当加热段(a)被加热到300～600℃时，从冷却段(b)封口塞(2)中央设置的进气管(1)，正向(从b-a)通入硫化氢冷原料气，在接近加热段(a)封头(7)时，进气管弯成弧管(6)的末端，加热段(a)的内管壁圆周内切的切口(5)，形成反向漩流……。反向漩流中的硫化氢……与A段的内管壁接触，即被催化成硫磺和氢气……。以下与图1说明相同。

本实用新型的主管材料为内涂触媒材料的玻璃、陶瓷、耐硫合金、塑料等。

封头、封口塞、支管、涡道座和进气管为不涂触媒材料的玻璃、陶瓷、耐硫合金，橡胶塑料等。

本实用新型的优点：

1、本实用新型催化热分解硫化氢的立式/卧式管状反应器，在加热段的管外壁被加热到300～400℃时，其一次热分解率均能达到83～97％左右。不仅说明它们具有催化热分解性能，分解产物的冷却效果也好。

2、各类种管状反应器，结构简单，易于加工、安装和使用。

3、各类种反应器，管内直通，阻力小，原料气输入耗能很少。

4、各类种管状反应器既可单件小规间歇回收处理硫化氢，又可多件大规模连续回收处理硫化氢。

5、提供冷、热质的冷、热源，可选用现有冷、热源技术中任何一种，仅要求间接进行加热和冷却。

Claims (7)

1、一种催化热分解硫化氢的立式或卧式反应器，该反应器由一带支管的主管和封头及中央设有进气管的封口塞构成。主管分为加热段和冷却段，支管设在冷却段尾部。其特征是：以加热段的管壁内表面(涂/不涂触媒)作为热分解硫化氢的催化接触壁，以冷却段的封口塞中央设置的通入硫化氢冷原料气的进气管的管壁外表面，作为整个反应器主管的冷却热分解产物(硫磺和氢气)及预热冷原料气的中央热交换柱。冷却后的硫粉和氢气，从支管喷入分离器。硫粉沉降和淀积在器内，含氢气体从出气管引出。

2、根据权利要求1所述的反应器，其主管加热段封头内分预设和不预设涡道座的两种封头。预设涡道座者，该涡道座孔中心线与进气管中心线同轴，并与之连通。涡道反向(从加热段→冷却段，下同)漩流切口中心线与加热段的管内壁圆周内切。切口方位预设有左有右，又分逆、顺时针漩进的两种切口。

3、根据权利要求1和2所述的主管加热段封头内不设涡道座者，而由冷却段封口塞中央设置的进气管伸到加热段封头的一端弯成的弧管末端沿加热段管内壁圆周成内切的切口，而产生反向漩流。切口方位预设有左有右，又分逆、顺时针漩进的两种切口。

4、根据权利要求1，2，3所述冷却段封口塞中央设置的进气管数量：涡道座封头：最少为1，当 $\mathrm{nd}=\mathrm{ND}\sqrt{\frac{1}{3}}$ 时，最多可为 $n=\mathrm{ND}/d\sqrt{3},$ 式中

n—进气管数              N—主管内径增大n倍数

d—进气管内径            D—主管内径

无涡道座封头：最少为1，当 $\mathrm{md}=\mathrm{MD}\sqrt{\frac{1}{3}},$ 最多可为 $m=\mathrm{MD}/d\sqrt{3},$ 式中

m—进气管数              M—主管内径增大m倍数

d—进气管内径            D—主管内径

m≯n，m≤n。

5、根据权利要求1所述的反应器，主管加热段和冷却段的长度比为，加热段∶冷却段＝1∶5，其中以1∶2～3为较好。

6、根据权利1所述的反应器，带支管的主管，在冷却段设置支管时，支管中心线与主管中心线的夹角：

卧式反应器，30°～150°内变动；

立式反应器，30°～60°内变动。

7、根据权利要求1，3，4，6所述的反应器，其主管和主管冷却段尾部的支管及冷却段封口塞中央设置的进气管，其内径比为，主管∶支管∶进气管＝2.5～3∶2∶1。

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