DE3430015C1

DE3430015C1 - Vorrichtung zum Verbrennen von schwefelwasserstoffhaltigem Gas zum Erzeugen eines Prozeßgases für das Claus-Verfahren

Info

Publication number: DE3430015C1
Application number: DE19843430015
Authority: DE
Inventors: Herbert Dipl.-Ing. 6304 Lollar Fischer
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: MG Technologies AG
Priority date: 1984-08-16
Filing date: 1984-08-16
Publication date: 1986-05-07

Description

In die Brennkammer 1 mit ihrem ausgemauerten Gehäuse 2 münden gemäß F i g. 1 und 2 mehrere Brennerlanzen 3, 4, 30 und 31 sowie ein Stützfeuerungsraum 5.
Die Brennerlanzen sind in F i g. 1 und 2 nur schematisch dargestellt; sie bestehen im wesentlichen aus konzentrischen Rohren, wie weiter unten noch anhand der F i g. 3 erläutert wird.
In der Brennkammer 1 wird H2S-haltiges Einsatzgas teilweise verbrannt, so daß ein Prozeßgas entsteht, in welchem das Mol-Verhältnis H2S : SO2 = 2 :1 beträgt.
Dabei herrschen in der Brennkammer Temperaturen im Bereich von 1000 bis 1300°C.
In F i g. 1 sind zur Vereinfachung nur die Gaszuleitungen zur Brennerlanze 3 dargestellt; die Gasführung in der Brennerlanze 3 wird mit Hilfe der Fig. 3 erläutert.
Durch die Leitung 7 führt man der Brennerlanze 3 technisch reinen Sauerstoff zu und durch das zentrale Sauerstoffrohr 8, vgl. F i g. 3, in die Brennkammer geleitet. Am Mündungsende des Sauerstoffrohrs 8 befindet sich ein Verdrängerkörper 9, durch den der ausströmende Sauerstoff nach außen geführt wird. Koaxial zum Sauerstoffrohr 8 ist das erste H2S-Gas-Rohr 10 angeordnet, das von außen, vgl. Fig. 1, mit H2S-haltigem Einsatzgas aus der Leitung 11 und durch das geöffnete Regelventil 12 und die Leitung 13 angeströmt wird. Ein Überschuß an H2S-haltigem Einsatzgas strömt durch die Zweigleitung Ila, das Regelventil 14 und die Leitung 15 sowie durch das zweite H2S-Gas-Rohr 16. Wie aus F i g. 3 zu ersehen ist, umgibt das zweite H2S-Gas-Rohr 16 das erste Rohr 10 koaxial. Das äußerste Rohr, vgl. Fig. 3, ist das Luftrohr 18, es führt zwischen sich und der Außenseite des zweiten H2S-Gas-Rohres 16 Luft, die in der Leitung 19 herangeführt wird. Das Luftrohr 18 ist am Mündungsende 18a etwas nach innen eingezogen, um eine gute Durchmischung der Luft mit dem H2-haltigen Einsatzgas aus den Rohren 10 und 16 zu erreichen.
Durch das zweite H2S-Gas-Rohr 16 kann auch noch rückgeführles Prozeßgas aus der Leitung 20, vgl. Fig. 1, geführt werden, in der Leitung 20 befindet sich das Regelventil 21. An Stelle von Prozeßgas kann auch bereits weitgehend entschwefeltes Abgas aus einer Claus-Anlage verwendet werden, wobei es sich empfiehlt, dieses Abgas mit Temperaturen von etwa 200 bis 400"C durch den Gasraum des zweiten H2S-Gas-Rohres 16 zu leiten, damit auch dann keinen Ansätze auftreten, wenn aus der Leitung 11 a kein oder nur wenig H2S-haltiges Gas zugemischt wird. Im Unterschied zum zweiten H2S-Gas-Rohr 16 wird das erste H2S-Gas-Rohr 10 stets mit H2S-haltigem Einsatzgas aus den Leitungen 11 und 13 durchströmt. Um auch bei kleiner Menge an der Brennerlanze zugeführtem Schwefelwasserstoff noch genügend hohe Verbrennungstemperaturen zu erreichen, kann die Verbrennung mit technisch reinem Sauerstoff aus der Leitung 7 und dem Sauerstoffrohr 8 betrieben werden. Die Sauerstoffzufuhr durch die Leitung 7 kann vermindert oder abgestellt werden, wenn Luft aus der Leitung 19 einen für die Verbrennung ausreichend hohen Sauerstoffgehalt liefert.
In den Stützfeuerungsraum 5 mündet ein zentrales Rohr 25 für Wasserdampf, das von einem Rohr 26 für die Einspeisung von Heizgas umgeben ist. Luft wird im äußeren Rohr 27 herangeführt. Dadurch, daß die Stützfeuerung nicht nur mit Heizgas und Luft, sondern auch noch mit Wasserdampf beschickt wird, erreicht man im Feuerungsraum 5 eine rußfreie Verbrennung auch bei unterstöchiometrischer Luftzufuhr. Durch die Verbrennungsgase der Stützfeuerung, deren Temperatur im Bereich von 1200 bis 1600"C liegt, sorgt man dafür, daß in der Brennkammer eine Temperatur-Untergrenze, die üblicherweise bei 1000°C liegt, nicht unterschritten wird.
In eine Brennkammer 1 kann eine unterschiedliche, stark variierende Anzahl von Brennerlanzen 3,4,30,31 münden. Wie F i g. 2 zeigt, sind die Brennerlanzen auf einem Kreis um den Stützfeuerungsraum 5 herum angeordnet. Einzelne Brennerlanzen 3 können die in F i g. 1 und 3 wiedergegebene Ausgestaltung mit zwei H2S-Gas-Rohren 10 und 16 aufweisen. Es ist aber auch möglich, eine, wenige oder eine größere Anzahl der Brennerlanzen einer Brennerkammer 1 nur mit einem H2S-Rohr auszurüsten und dabei auf die Leitungen 11a und 15 und eine Zuleitung 20 für zurückgeführtes Prozeßgas zu verzichten. Im Gegensatz zum Mündungsende der Brennerlanze der F i g. 3 weist eine solche vereinfachte Brennerlanze nur drei konzentrische Rohre, nämlich für Sauerstoff, H2S-haltiges Einsatzgas und Luft, auf. Es ist z. B. möglich, in der Darstellung der F i g. 1 und 2 die Brennerlanzen 3 und 4 mit zwei H2S-Gas-Rohren 10 und 16 auszurüsten und versetzt davon zwei Brennerlanzen 30 und 31 anzuordnen, die nur jeweils ein H2S-Gas-Rohr enthalten. Die vereinfachten Brennerlanzen 30 und 31 dienen zum Betrieb des Brenners im Lastbereich der Anlage über 25%, wogegen die Brennerlanzen 3 und 4 auch für die Einspeisung kleiner Mengen an H2S-haltigem Einsatzgas in die Brennkammer 1 geeignet sind. Abweichend von F i g. 2 kann man die Anzahl der Brennerlanzen vom Typ der Brennerlanze 3 gegenüber der Anzahl der vereinfachten Brennerlanzen 30, 31 beliebig variieren, auch die gegenseitige Anordnung ist frei wählbar, weil jede Lanze zusammen mit der Stützfeuerung in der Lage ist, das gewünschte Prozeßgas zu erzeugen. Alle Brennerlanzen sind so ausgerüstet, daß sowohl mit Luft, mit Luft und Sauerstoff und auch nur mit reinem Sauerstoff gefahren werden kann, ohne daß eine Betriebsunterbrechung notwendig ist.
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Claims

Patentansprüche: 1. Vorrichtung zum Verbrennen von schwefelwasserstoffhaltigem Gas zum Erzeugen eines Schwefelwasserstoff und Schwefeldioxid enthaltenden Prozeßgases für das Claus-Verfahren, mit einer Brennkammer zum Erzeugen des Prozeßgases bei Temperaturen von 1000 bis 1300"C, mit Zuführungen für Luft und H2S-haltigem Gas zur Brennkammer und mit einer Stützfeuerung in einem in die Brennkammer mündenden Stützfeuerungsraum, wobei die Verbrennungsgase der Stützfeuerung in die Brennkammer geleitet werden und die Stützfeuerung Zuleitungen für kohlenwasserstoffreiches Heizgas und Luft aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß an der Brennkammer (1) mindestens eine Brennerlanze (3, 4, 30, 31) angeordnet ist, deren Mündungsbereich ein zentrales Sauerstoffrohr (8) mindestens ein das Sauerstoffrohr umgebendes H2S-Gas-Rohr (10) und ein äußeres, zum H2S-Gas-Rohr koaxiales Luftrohr (18) aufweist, und daß an der Brennkammer im Abstand von der Brennerlanze (3, 4, 30, 31) mindestens ein Stützfeuerungsraum (5) ausgebildet ist, der Zuleitungen für Wasserdampf, Heizgas und Luft aufweist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einem Stützfeuerungsraum benachbart.2 bis 20 Brennerlanzen oder mehr angeordnet sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennerlanzen etwa auf einem den Stützfeuerungsraum umgebenden Kreis oder auf mehreren Kreisen angeordnet sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Brennkammer mindestens eine Brennerlanze gehört, die zwei H2S-Gas-Rohre aufweist und eines dieser H2S-Gas-Rohre eine Zuführung für zurückgeführtes Prozeßgas gehört.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündung des Sauerstoffrohres der Brennerlanze einen die Gasströmung zerteilenden Verdrängerkörper aufweist.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verbrennen von schwefelwasserstoffhaltigem Gas zum Erzeugen eines Schwefelwasserstoff und Schwefeldioxid enthaltenden Prozeßgases für das Claus-Verfahren, mit einer Brennkammer zum Erzeugen des Prozeßgases bei Temperaturen von 1000 bis 1300"C, mit Zuführungen für Luft und H2S-haltigem Gas zur Brennkammer und mit einer Stützfeuerung in einem in die Brennkammer mündenden Stützfeuerungsraum, wobei die Verbrennungsgase der Stützfeuerung in die Brennkammer geleitet werden und die Stützfeuerung Zuleitungen für kohlenwasserstoffreiches Heizgas und Luft aufweist. Eine solche Vorrichtung ist aus der US-PS 38 60 697 bekannt.

Beim Claus-Verfahren wird das schwefelwasserstoffhaltige Einsatzgas zunächst durch partielle Verbrennung zu einem Gemisch aus H2S und SO2 umgesetzt, wobei ein Mol-Verhältnis der beiden Bestandteile von 2 :1 angestrebt wird. Dieses Gasgemisch, das hier als Prozeßgas bezeichnet wird, leitet man anschließend durch eine katalytische Claus-Anlage, in welcher 2 H2S+SO2 zu Elementarschwefel und Wasser umgewandelt werden. Bei dieser Katalyse können z. B.

Al2O3-Katalysatoren Verwendung finden. Das Abgas der katalytischen Umsetzung wird einer Entschwefelungsanlage aufgegeben, und die Schwefelverbindungen des Abgases der Entschwefelungsanlage wandelt man üblicherweise in einer thermischen Nachverbrennung zu SO2 um, so daß ein Abgas entsteht, das allerdings nur noch geringe SO2-Mengen enthält. Eine ausführliche Darstellung des Claus-Verfahrens findet sich in Ullmanns Enzyklopädie der Technischen Chemie, 4. Auflage (1982), Bd. 21, Seiten 8 bis 26.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Brennereinrichtung für die Erzeugung des Prozeßgases so auszugestalten, daß ihr Einsatzgas mit stark schwankendem H2S-Gehalt und auch eine stark schwankende Menge an Einsatzgas aufgegeben werden kann. Erfindungsgemäß geschieht dies bei der eingangs genannten Vorrichtung dadurch, daß an der Brennkammer mindestens eine Brennerlanze angeordnet ist, deren Mündungsbereich ein zentrales Sauerstoffrohr, mindestens ein das Sauerstoffrohr umgebendes H2S-Gas-Rohr und ein äußeres, zum H2S-Gas-Rohr koaxiales Luftrohr aufweist, und daß an der Brennkammer im Abstand von der Brennerlanze mindestens ein Stützfeuerungsraum ausgebildet ist, der Zuleitungen für Wasserdampf, Heizgas und Luft aufweist.

Die Stützfeuerung sorgt dafür, daß sowohl in der Anfahrphase sowie bei geringer Zuspeisung an Schwefelwasserstoff, welcher der eigentliche Brennstoff ist, in der Brennkammer die nötigen Temperaturen aufrechterhalten bleiben. Die Brennerlanze kann den nötigen Sauerstoff sowohl durch das Luftrohr sowie auch durch das zentrale Sauerstoffrohr erhalten. Durch die -Anordnung der Rohre ist dafür gesorgt, daß eine Verbrennung bereits in der Brennerlanze oder unmittelbar am Mündungsende der Lanze vermieden wird, was zu für die Lanze schädlich hohen Temperaturen führen könnte.

Es ist zweckmäßig, einem Stützfeuerungsraum benachbart 2 bis 20 Brennerlanzen oder mehr zuzuordnen.

Die Brennerlanzen können auf einem den Stützfeuerungsraum umgebenden Kreis oder auf mehreren konzentrischen Kreisen angeordnet sein.

Um die Flexibilität der Brennereinrichtung weiter zu steigern, mündet in die Brennkammer mindestens eine Brennerlanze, die 2 H2S-Gas-Rohre aufweist, wobei zu einer dieser H2S-Gas-Rohre eine Zuführung für zurückgeführtes Prozeßgas gehört. Hierbei gibt man dem einen H2S-Gas-Rohr etwa 5 bis 20% der für die Brennerlanze maximal zulässigen Menge an H2S-haltigem Einsatzgas auf und leitet durch das zweite H2S-Gas-Rohr das restliche H2S-haltige Einsatzgas, eventuell zusammen mit zurückgeführtem Prozeßgas. Diesem zweiten H2S-Gas-Rohr kann man auch nur Prozeßgas aufgeben, um es durch ständiges Spülen von Ansätzen frei zu halten.

Ausgestaltungsmöglichkeiten der Brennereinrichtung werden mit Hilfe der Zeichnung erläutert. Es zeigt F i g. 1 einen vereinfachten Längsschnitt durch die Brennereinrichtung, F i g. 2 in verkleinerter Darstellung einen Schnitt nach der Linie II-II in F i g. 1 und Fig.3 einen Längsschnitt durch den Mündungsbereich einer Brennerlanze mit zwei H2S-Gas-Rohren in vergrößerter Darstellung.