專利名稱：硫化氫的部分氧化的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及硫化氫部分氧化的方法和裝置，另外還涉及該方法和裝置所使用的燃燒器。
例如，在煉油廠和煤氣提煉廠中，含有硫化氫和二氧化碳的所謂酸性氣體流是作為廢氣流形成的。因此，必需在排放至大氣中之前，處理該酸性氣體流，基本上除去所有的硫化氫含量。通常，除去硫化氫是利用Claus方法進行的，這時，一部分硫化氫含量在一個爐子內(nèi)燃燒，形成二氧化硫和水蒸氣；所產(chǎn)生的一些二氧化硫，在爐子中與剩余的硫化氫反應，形成硫的蒸氣和水蒸氣(結(jié)果是一些硫化氫部分地被氧化)。這樣，包括硫化氫、二氧化硫、二氧化碳，水蒸氣和硫蒸氣的廢氣流流到爐子外面去。通過冷凝，從氣體混合物中提取硫蒸氣，并且使基本上沒有硫蒸氣的所產(chǎn)生的氣體混合物，經(jīng)受二氧化硫和硫化氫之間的進一步反應的多個催化階段，再形成硫蒸氣。在催化反應的每一個階段的下游，再從氣體混合物中提取硫蒸氣。這樣，就形成了一般含有酸性氣體的原來的硫含量的2～6％的尾氣。再將尾氣作進一步處理，基本上除去所有剩余的硫化合物。
傳統(tǒng)上，利用空氣來支持硫化氫的燃燒。一般，送入的空氣流量足以提供足夠的氧分子，將氨安全氧化成氮和水蒸氣；并將碳氫化合物完全氧化成二氧化碳和水蒸氣；和使酸性氣體中的硫化氫含量的大約1/3的二氧化硫和水蒸氣氧化。最近，人們認識到，用商業(yè)上出售的純氧代替某些空氣，可以改善Claus方法。結(jié)果，對于給定通過量的硫化氫，可以減小爐子和下游裝置的尺寸。
EP-A-0 486 285涉及一種在Claus方法中使用的氧-空氣-硫化氫燃燒器。該燃燒器包括一個空心的殼體。該殼體具有一個開放的遠端，和形成多根第一種能夠通流體的管件與多根第二種能夠通流體的管件穿過的一個通道。上述第一種和第二種管件都是細長的，末端開放的管件，每一根第二種管件放在相應的一根第一種管件內(nèi)。第一種管件與硫化氫源連通，而第二種管件與一個氧源連通。每一根通氧的管放置在一根相應的通硫化氫的管內(nèi)的目的是要使氧和燃料更好地混合，以得到在火焰內(nèi)的均勻狀態(tài)。另外，在較低的燃料和氧的速度條件下，可以得到穩(wěn)定的工作狀態(tài)。
雖然，根據(jù)EP-A-0 486 285的燃燒器在實際工作中性能良好，但如果有適當?shù)牟痪鶆虻幕鹧?，則在離開爐子所帶的硫冷凝器的氣體混合物中，有更大百分率的硫化氫可以轉(zhuǎn)換為硫。因此，本發(fā)明的目的是要提供一種硫化氫部分氧化的方法和裝置，其中，燃燒器的結(jié)構(gòu)可使在爐子中硫化氫轉(zhuǎn)化為硫的百分率較高。
根據(jù)本發(fā)明提供了一種用于硫化氫部分氧化的裝置，該裝置包括一個爐子和一個給爐子點火的空氣-氧-硫化氫燃燒器。其中，該燃燒器包括一條包含空氣的燃燒支持氣體的主通道；多根彼此隔開一定距離，末端開放的、通流體用的、沿著該主要通道互相平行延伸的細長的外管；氧或富含氧的空氣通入燃燒器的第一個入口；和用于將含有硫化氫的氣體送入燃燒器的至少一個第二個入口。每一根外管，至少在燃燒器的遠端，包圍著一根相應的、通流體用的、末端開放的細長內(nèi)管；內(nèi)管是彼此平行延伸的。該第一個入口與內(nèi)管連通，第二個入口與外管連通。其中，內(nèi)管和外管的出口配置成工作時，使硫化氫與氧和空氣在燃燒器的遠端下游基本上完全混合；并且，內(nèi)管和外管的出口并列，其尺寸可使工作時爐子中火焰保持穩(wěn)定。該火焰具有至少一個第一高溫層和至少一個第二低溫層。第一層火焰比第二層火焰離爐子內(nèi)壁面的一個選擇的區(qū)域更遠，因此，該第二層火焰可以屏蔽該選擇區(qū)域，不受第一層火焰的影響。所述管排列成二個組，第一組的內(nèi)管和外管工作時將氣體送入火焰的第一層中，而第二組的內(nèi)管和外管工作時，將氣體送入火焰的第二層中。第一組中的內(nèi)管內(nèi)徑，比第二級中的內(nèi)管內(nèi)徑大。
由于比較富含氧，火焰內(nèi)層的平均溫度可達到1700～2300℃。這種高溫對硫化氫裂解(即熱分解)為氫和硫是有利的。結(jié)果，比在低溫時，硫化氫轉(zhuǎn)換為硫的比例較高。另外，高溫富含氧的第一層火焰也便于在送入氣體中氨完全破壞，這不僅是因為第一層火焰的溫度高，而且因為含氧較少的第二層火焰仍可以在超過1400℃的溫度下工作。非常希望完全除去氨，因為如果這種氣體從爐子進入Claus過程的催化階段，會形成氨鹽，而氨鹽會抑制催化劑或妨礙在低溫下工作的其它部件。
最好，第一組中的外管出口之間的間隔，比第二組中外管出口之間的間隔寬。結(jié)果，第一組管中的空氣比例比第二組管中的空氣比例多，從而便于在燃燒器火焰的第一層中，達到所希望的富含氧的狀態(tài)。如果第二組中的管比第一組中的管多，則更容易達到這個結(jié)果。一般，第二組中的管子數(shù)目至少應為第一組中管子數(shù)目的二倍。
最好，第一組中管的內(nèi)徑為第二組中這種管的內(nèi)徑的1.3～3倍。這種結(jié)構(gòu)可便于在工作中使送至火焰的第一層中的氧或富含氧的空氣的比例，比送至火焰的第二層中的氧或富含氧的空氣的比例高；因此特別有助于第一層火焰達到高溫。在這種結(jié)構(gòu)中，使第一組中與第二個入口連通的管的內(nèi)徑，與第二組中與第二個入口連通的管的內(nèi)徑相同是比較方便的。
一般，燃燒器有二種不同的配置方法。第一種方法是，燃燒器沿著爐子的縱軸線著火。如果采用這種燃燒器的軸向配置方式，則一般來說，第二組中內(nèi)管和外管包圍第一組中的所有的管。結(jié)果，火焰包括一個高溫的內(nèi)芯，即第一層和一個低溫外部包圍層，即第二層。還可以有更復雜的結(jié)構(gòu)。例如，可以將管子的出口分組，使得在火焰的內(nèi)芯和外部包圍層之間有一個或多個中間層。這種中間層可以是一個比較富含氧的層，即第二高溫層；或者更優(yōu)選的是，一個含氧少的層，即第二低溫層。
另一種方案是，燃燒器配置在相對于爐子外殼的切線位置上。當燃燒器在切線位置時，如果爐子水平放置，則爐底比爐頂受熱損壞的可能性更大。將第一組中的內(nèi)管和外管的出口放置在第二組中的內(nèi)管和外管出口上面，可以抵消這種可能性。
送入氣體一般為硫化氫和二氧化碳的混合物。該混合物中也可能有水蒸氣、碳氫化合物和/或氨。如果希望的話，該送入氣體可以是從煉油廠出來的胺氣，或胺氣與酸性水剝離劑氣體的混合物。胺氣一般按體積計，包括至少70％的氨，另外還包含至少10％的二氧化碳。酸性水剝離劑氣體為硫化氫，氨和水蒸氣的混合物。在酸性水剝離劑氣體中還可以有其他氣體。如果希望利用根據(jù)本發(fā)明的方法和裝置來處理二種氣體，則可將二種氣體預先混合。這種預先混合的一個可能的缺點是，一些氨會流至火焰的低溫層或多個低溫層中，從而存在不是所有的氨都被分離的危險。然而，在實際上，當送入氧時，一般火焰的低溫層或多個低溫層的溫度，可以保持在氨破壞的最低溫度以上。在任何情況下，如果燃燒器帶有二個第二入口，其中一個第二入口只與第一組的管連通，而另一個第二入口只與第二組的管連通，則可以避免上述缺點。利用這種方法，可以將所有含有氨的氣體(酸性水剝離劑氣體)通入火焰的高溫富含氧的層或多個高溫層中。這種結(jié)構(gòu)可以較容易地全部除去送入氣體中的氨。
根據(jù)尺寸的不同，根據(jù)本發(fā)明的燃燒器可以具有6～30根第一種管。最好是，具有8～20根第一種管。
最好，所有內(nèi)管和外管的終端都在與燃燒器的軸線垂直的一個公共平面上。這種結(jié)構(gòu)可減少燃燒器的熱腐蝕。如果希望的話，每一根管可以具有一個由耐熱和耐腐蝕的合金制成的端部，但一般這不是必需的，當管腐蝕時，燃燒器可以繼續(xù)有效地工作。
燃燒器的主通道可以方便地由燃燒器經(jīng)其著火到爐子的一個孔口限定。另一種方案是，燃燒器有一個外殼，該外殼形成與爐子分開的通道。
一般，燃燒器不需要專門的冷卻系統(tǒng)。這是因為燃燒器可以很容易地放置成，使得在工作是地，含有支持燃燒的氣體的空氣流量足以冷卻燃燒器。
根據(jù)本發(fā)明的燃燒器的機械結(jié)構(gòu)，具有與根據(jù)EP-A-0 486 285的機械結(jié)構(gòu)相同的優(yōu)點。即燃燒器的管子可以用較廉價的材料(例如不銹鋼)制造。第二，制造過程也很簡單，因為沒有端板，不需要鉆斜孔。第三，燃燒器可以解決由熱膨脹和收縮引起的問題，因為內(nèi)管和外管一般只在其近端固定，并且具有三個遠端。
通過在火焰的不同層之間適當?shù)胤峙渲С秩紵暮秃辛蚧瘹涞臍怏w，可以保證從爐子出來的廢氣中的硫化氫與二氧化硫的克分子比大約為2∶1，因此可以滿足使用催化Claus反應裝置以及爐子的通常的Claus方法的要求。另外，在屏蔽層或火焰的第二層或多個第二層中保持足夠的低溫，可以避免用于保護爐子內(nèi)壁的耐火材料襯里的損壞危險，并且不會危及有氨存在時，氨的破壞。在選擇火焰不同層的化學計量參數(shù)時有相當大的靈活性。一般，最好火焰的第一層或多個第一層工作時，它接收的氧分子流量在(110x/300+y+z)～(240x/300+y+z)m3/s范圍內(nèi)，式中x為進入火焰第一層的硫化氫完全氧化所需的氧分子的化學計量流量；y為進入火焰第一層的氨完全氧化所需的氧分子的化學計量流量；z為進入火焰第一層的碳氫化合物完全氧化所需的氧分子的化學計量流量。
離開爐子出口的廢氣溫度可保持在1650℃以下。
根據(jù)本發(fā)明的方法的另一個優(yōu)點是它能適合含有硫化氫的送入氣體變化很大的流量要求。當送入氣體的供應流量小時，送至火焰第一層或多個第一層中的氧或富含氧的空氣的克分子份數(shù)可以減少。的確，當送入氣體的供應流量最小時，空氣可以代替送至火焰一個第一層或多個第一層的氧或富含氧的空氣。這種代替不會對氨的完全破壞不利，特別是在火焰的一個第二層或多個第二層中是如此。當要求燃燒器的最大輸出與最小輸出的調(diào)節(jié)特性較好時，能將所有的氨送至火焰的第一層或多個第一層中的燃燒器例子是較好的。
本發(fā)明還提供了用于根據(jù)本發(fā)明的方法和裝置中的燃燒器。
現(xiàn)參照附圖，利用例子來說明根據(jù)本發(fā)明的方法和裝置。其中

圖1為根據(jù)本發(fā)明的一個裝置的部分截面的示意性側(cè)視圖，在該裝置中燃燒器是軸向放置的；圖2為從圖1所示的裝置中所用的一個燃燒器的遠端看的示意圖；圖3為從在該方法和圖1所示的裝置中所用的另一種燃燒器的遠端看的示意圖；圖4為通過圖1所示的爐子的橫截面示意圖，它表示在通過由圖2或圖3所示的燃燒器產(chǎn)生的火焰的截面內(nèi)的溫度分布；圖5為在根據(jù)本發(fā)明的方法和裝置中所用的一個燃燒器的示意性縱截面圖，它表示通向相應管子的氣體流動導管情況和燃燒器的通道；圖6為燃燒器安裝在切線方向的裝置的示意圖；圖7為從適合于在圖6所示的裝置中使用的第一種燃燒器的遠端看的截面圖；圖8為從圖7所示的裝置中所用的第二種燃燒器的遠端看的示意性末端視圖；和圖9為圖6所示的爐子的示意性橫截面圖，它表示圖7或圖8所示的燃燒器工作時產(chǎn)生的火焰形狀。
附圖不是按比例畫的。
圖2和圖8所示的燃燒器不是根據(jù)本發(fā)明的燃燒器，但這里進行說明以便于理解本發(fā)明。
參見圖1可看出，用于硫化氫部分氧化的爐子102的一端有一個軸向入口104，而在其相對的一端有一個軸向出口106。入口104中安置一個燃燒器108。燃燒器108的遠端110稍微從入口104伸出。該燃燒器108為殼體與管子結(jié)構(gòu)形式。如果希望的話，出口106的內(nèi)壁可以形成燃燒器108的殼體。燃燒器108分別帶有供氧的管路110，供空氣的管路112和供含有硫化氫的氣體流的管路114。雖然圖1中沒有示出，如果希望的話，可以設置二根單獨的管路114，用于將含有不同比例的硫化氫的氣體流送至燃燒器108的不同部分。
工作時，燃燒器108給爐子102點火，產(chǎn)生火焰116?；鹧?16具有一個較熱的、富含氧的內(nèi)部區(qū)域或內(nèi)層118，與包圍該內(nèi)層118的溫度較低的外部區(qū)域或外層120。高溫內(nèi)層118內(nèi)的溫度可以超過2000℃。一般，進入內(nèi)層118中的氧分子的流量為(120x/300+y+z)～(240x/300+y+z)m3/s(式中x、y和z的意義如上所述那樣)。
在爐子102中產(chǎn)生幾個化學反應。首先是燃燒反應，這時，含有硫化氫的氣體中的碳氫化合物完全氧化成二氧化碳和水蒸氣；而含有硫化氫的氣體中的氨完全氧化成氮和水蒸氣。然而，主要的燃燒反應是硫化氨的燃燒，形成水蒸氣和二氧化硫。所產(chǎn)生的二氧化硫的一部分，與剩余的硫化氫反應，形成硫蒸氣和水蒸氣。在爐子102的火焰區(qū)116中產(chǎn)生的另一個重要反應是一部分硫化氫熱分解成氫和硫蒸氣。高溫是有利于這個反應的。另外，一些氨也熱分解成氮和氫。在爐子102中還產(chǎn)生一些次要的反應。
燃燒器108一般具有8～20根外管(沒有示出)，和8～20根內(nèi)管(沒有示出)。圖2表示管和外殼的一種結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)參見圖2可看出，燃燒器200有一個外殼202。外殼202形成空氣流動的一條主要通道204。最好，空氣不是富含氧或不是缺少氧的，而是正常的大氣中的空氣。沿著主通道204有18根末端開放的外管208延伸。所有的外管208互相平行，并與外殼202的縱軸線平行。至少在燃燒器的遠端，每一根外管208包圍著一根內(nèi)管210。每一根內(nèi)管210與容納它的外管208同軸。所有管208和210遠端終止在與燃燒器200的縱向軸線垂直的同一個平面上。因此，在燃燒器遠端的上游，硫化氫不與空氣或氧混合。所有的內(nèi)管210都與一個氧源或富含氧的空氣源連通。氧的純度至少應為80％，較優(yōu)選的是至少90％，最優(yōu)選的是至少99％。所有外管208都與含有硫化氫的氣體源連通。這種氣體也可以包含氨和碳氫化合物，以及非燃燒的成分，例如水蒸氣、氮、二氧化碳和氬。
多對外管208和內(nèi)管210排列在第一組或內(nèi)組212，如第二組或外組214中。外組中的多對管208和210排列成使所有出口在一個假想圓的圓周上。如圖2所示，在第二組214中有14對管208。第二組214中的外管208之間的間隔距離，在圓周上是彼此相等的。另一方面，在第一組212中，只有四對外管208和內(nèi)管210。在第一組212中的每一對管208和210，可以看作是位于一個假想的方形的一個拐角處，燃燒器的縱軸線穿過該方形的中心。如圖2所示，內(nèi)組212中的各對管之間的間隔，比在外組214中的各對管之間的間隔大。由于所有的外208的直徑都相同，同時所有的內(nèi)管210的直徑也相同，因此很容易理解，離開內(nèi)組212中的管208的出口的含有硫化氫的氣體，按比例計算，與氧分子的接觸，比離開構(gòu)成外組214一部分的管208的硫化氫與氧分子的接觸多。結(jié)果，可以保持火焰具有富含氧的高溫的內(nèi)層和低溫的外層。因為第一組212的出口被第二組214包圍，火焰的高溫層被低溫層包圍，因此可以簡單地控制氣體流向燃燒器200的相對流量，使火焰的第二層或外層有效地屏蔽爐子的整個襯有耐火材料的內(nèi)表面，使它不受火焰的高溫內(nèi)層的影響。另外，可以控制流量，以達到供給火焰的第一層的氧分子的必要流量，從而達到第一層的平均溫度一般在1700℃以上。這個溫度可促進硫化氫的熱裂解或熱分解，同時保持第二層的平均溫度在1650℃以下，以避免由燃燒器200點火的爐子耐火材料壁受到損壞。
圖2所示的燃燒器火焰是通過將不成比例地多的空氣通至第一組212的管中而分層的。然而，這種方法能夠達到的分層程度是有限的。在圖2所示的燃燒器中，管子集中在一起分組的另一個結(jié)果是，如果通過內(nèi)管210流動的氧的純度越低，則燃燒器火焰分層越明顯。這是因為氧的純度越低，需要通過主要通道204的空氣流量越大，因此，在第一組和第二組管之間空氣不成比例的分配的效果就越明顯。
現(xiàn)參見圖3，圖中所示的燃燒器300與圖2所示的燃燒器200有許多相同的地方。燃燒器300有一個形成空氣流動的主要通道304的外殼302。沿著主要通道304有13根末端開放的外管308彼此平行和與燃燒器300的軸線平行地延伸。所有的管308的直徑都相同。每一根管308，至少在燃燒器遠端，包圍著一根相應的、末端開放的同軸的內(nèi)管310。與燃燒器200中的多對管類似，多對管308和310的出口排列成二個組。內(nèi)組312中的四對出口排列方式與燃燒器200的內(nèi)組212中的出口排列方式相同，而外組314為由在圓周上放置的多對管的出口組成。然而，在外組314中只有9對管的出口。另外，在外組314中的外管308的相鄰出口之間的間隔，與在內(nèi)組312中的管308的相鄰的出口之間的間隔相同。因此，通過主要通道304流動的空氣，在離開在第一組312或第二組314中的管308的出口的、含有硫化氫的氣體的單個流動中，大致上是相等的分配的。
管310的直徑不是所有都相等的。出口形成第一組312的管310的內(nèi)徑，比出口在第二組314中的管308的內(nèi)徑大。一般，直徑較大的管310的內(nèi)徑，至少為直徑較小的管308的內(nèi)徑的二倍。
與圖2所示的燃燒器相反，如果送入管308中的氧的純度越高，則所產(chǎn)生的火焰的分層越明顯。另外，因為圖3所示的燃燒器是基于分別送入第一組312和第二組314中的相應的通氧的管310中的流量之間的不同而工作的，因此，一般來說，圖3所示的燃燒器比圖2所示的燃燒器更能達到火焰的第一層或內(nèi)層的較高溫度。
如果希望的話，可以在同一個燃燒器中，使用能達到火焰內(nèi)層高溫和火焰外層低溫的二種方法。這樣，圖2所示的燃燒器的第一組212中的多對通氧的管208的直徑，可以比在第二組或外組214中的相應的通氧的管208的直徑大。
圖2所示的燃燒器或圖3所示的燃燒器都可以產(chǎn)生火焰。在火焰最大直徑處的火焰橫截面形狀，一般如圖4所示那樣；它有一個溫度較高的中心區(qū)402和溫度較低的外部環(huán)形區(qū)404?；鹧嬲紦?jù)爐子的橫截面的大部分，以便最大限度地利用所擁有的空間。
圖2和圖3所示的燃燒器的結(jié)構(gòu)表示在圖5中。為了便于說明，圖5中只表示了三對內(nèi)管和外管。圖5所示的燃燒器有一個細長的管狀殼體502，殼體的遠端開放，在其近端有一個可與壓縮空氣源(沒有示出)連接的入口504。殼體502固定在一塊后板506上，流體密封不泄漏。后板506構(gòu)成第一個基本上為圓筒形的氣體分配腔508的一個壁。后板506上作有孔，互相平行和與殼體的縱軸線平行的、末端開放的外管510的近端與這些孔接合，實現(xiàn)流體密封不泄漏。因此，氣體可從氣體分配腔508，通過管510，從管510的近端流向其遠端。氣體分配腔508有一個含有硫化氫的氣體的入口512。這樣，在燃燒器工作時，外管508接收含有硫化氫的氣體。腔508還帶有另一塊與后板506相對的板514。板514形成由氣體分配腔508與第二個氣體分配腔516共享的一個公共壁。該第二個氣體分配腔有一個可與商業(yè)上出售的純氧源連接的入口518。板514上作有孔，末端開放的內(nèi)管520的近端與這些孔接合，實現(xiàn)流體密封不泄漏。內(nèi)管520的大部分長度穿過外管510，并與外管510同軸。氧可從腔516，通過內(nèi)管520流動。
如圖5所示，所有內(nèi)管520和所有外管510的遠端都終止在與燃燒器的軸線垂直的同一個平面上。可以看出，內(nèi)管520的遠端不固定在任何板或相同的零件上。為了支承內(nèi)管，每一根內(nèi)管520上可以設置一個與它連接的支架522，該支架與相應的外管510的內(nèi)表面摩擦接合。同樣，外管510也帶有與它連接的支架524，每一個支架524的末端與殼體502的內(nèi)表面，或另一根外管510的外表面摩擦接合。
一般，圖5所示的燃燒器的所有零件都用鋼(一般為不銹鋼)制造。第一個氣體分配腔508和第二個氣體分配腔516之間不連通。同樣，在氣體分配腔508和由殼體502形成的通道之間，氣體不連通。因此，硫化氫不與空氣或氧預先混合。
現(xiàn)參見圖6。圖中表示一個爐子700，它具有一個切線方向放置，給爐子點火用的燃燒器702。爐子700的內(nèi)壁有耐火材料襯里。燃燒器702分別具有氧的入口704，空氣入口706和含有硫化氫的氣體的入口708。一般來說，圖6所示爐子的工作，與圖1所示爐子的工作類似。然而，從燃燒器702產(chǎn)生的火焰(沒有示出)基本上為在爐子700橫向延伸的弧形。由于火焰的形狀，在爐子底部的耐火材料襯里，比在爐子頂部的耐火材料襯里熱。特別希望保證爐子700底部上的耐火材料不會過熱。圖6所示結(jié)構(gòu)的另一個特別是，燃燒器的殼體的橫截面為矩形。
參見圖7，燃燒器800具有形成空氣的主要通道804的、一個橫截面為矩形的外殼802。燃燒器800可按圖6所示的方法，在切線方向給爐子(圖7中沒有示出)點火。多根末端開放的外管806在該空氣的主要通道804內(nèi)互相平行地延伸。每一根外管806，至少在燃燒器800的遠端，包圍著一根同軸的內(nèi)管808。管806的近端與一個含有硫化氫的氣體源連通，而管808的近端與商業(yè)上出售的純氧或富含氧的空氣源連通。
多對管806和808放置在上組810和下組812之間。在上組810中有8對管，而在下組812中有11對管。所有外管806的內(nèi)徑都相同，所有內(nèi)管808的內(nèi)徑也都相同。然而，在上組810中的外管806之間隔開的間隔，比下組812中的外管之間隔開的間隔寬。
工作時，硫化氫與氧和空氣在燃燒器800的遠端下游處混合。外管806和內(nèi)管808的出口排列，要能在爐子工作時，保持火焰穩(wěn)定。該火焰的第一個高溫層接收氧分子的流量為(120x/300+y+z)～(240x/300+y+z)m3/s(式中x、y和z的意義如上所述)。下組812中的多對管將氧或富含氧的空氣和含有硫化氫的氣體，送入火焰的低溫層中。該火焰的低溫層屏蔽爐子的內(nèi)壁，使它不受溫度較高的上層火焰的影響。在爐子中，燃燒器800的工作產(chǎn)生的典型的火焰形狀如圖9所示。參見圖9可看出，燃燒器802給爐子1000點火，并產(chǎn)生基本上為弧形的火焰1002?；鹧?002的高溫內(nèi)層1004的平均溫度一般在1700～2300℃范圍內(nèi)，而低溫外部區(qū)域1006中的平均溫度一般低于1650℃。該低溫外部區(qū)域屏蔽爐子1000的內(nèi)壁的一個選擇的區(qū)域，使該區(qū)域不受高溫內(nèi)層1004的影響。
再參見圖7，火焰的分層是這樣產(chǎn)生的從上組810的外管806送出的硫化氫與空氣混合的比例，比從下組812的外管806送出的硫化氫與空氣混合的比例高。結(jié)果，火焰1000的內(nèi)層1004比外層1006含有更多的氧。
現(xiàn)參見圖8。圖中所示的燃燒器900基本上與圖7所示的燃燒器相同。燃燒器900具有一個橫截面為矩形的外殼902。外殼902形成了空氣流動的主要通道904。多根末端開放的外管906互相平行地延伸。至少在燃燒器900的遠端，每一根外管906包圍著一個末端開放的內(nèi)管908。所有管906和908的遠端都終止在與燃燒器900的軸線垂直的一個公共平面上。多對管放置在上組910和下組912中。下組912中的外管906之間的間隔，比上組910中的外管906之間的間隔小。結(jié)果，可以產(chǎn)生如圖9所示的火焰形狀；該火焰帶有熱的內(nèi)部區(qū)域1004和低溫的外部區(qū)域1006。然而，圖8所示的燃燒器900與圖7所示的燃燒器800之間的一個重大的不同點是，上組910中的內(nèi)管908的內(nèi)徑，比下組912中的內(nèi)管908的內(nèi)徑大。結(jié)果，從上組910的每一根外管906送出的硫化氫與商業(yè)上出售的純氧的混合比例，比從下組912的外管906送出的硫化氫與商業(yè)上出售的純氧的混合比例高。因此，比圖7所示的燃燒器工作時，更能產(chǎn)生火焰的高溫內(nèi)層1004?；鹧鎯?nèi)層的平均溫度很容易2000℃，而外層的平均溫度不超過1650℃。
應當注意，在諸如表達式“110x/300”中所用的符號“/”為除號。
權(quán)利要求
1.一種用于硫化氫部分氧化的裝置，該裝置包括一個爐子和一個給爐子點火的空氣-氧-硫化氫燃燒器；其中，該燃燒器包括一條包含空氣的燃燒支持氣體的主通道；多根彼此隔開，末端開放、通流體用的，沿著主通道互相平行延伸的細長的外管；氧或富含氧的空氣通入燃燒器的第一個入口；和用于將含有硫化氫的氣體送入燃燒器的第二個入口；第一根外管，至少在燃燒器的遠端，包圍著一根相應的、通流體用的、末端開放的細長內(nèi)管；內(nèi)管是彼此平行延伸的；該第一個入口與內(nèi)管連通，第二個入口與外管連通；其中，內(nèi)容和外管的出口配置成工作時使硫化氫與氧和空氣在燃燒器的遠端下游基本上完全混合；并且，內(nèi)管和外管的出口并列，其尺寸可使工作時爐子中火焰保持穩(wěn)定；該火焰具有至少一個第一高溫層和至少一個第二低溫層；第一層火焰比第二層火焰離爐子內(nèi)壁面的一個選擇的區(qū)域更遠，因此，該第二層火焰可以屏蔽該選擇區(qū)域，不受第一層火焰的影響；所述管排列成二個組，第一組的內(nèi)管和外管工作時將氣體送入火焰的第一層中，而第二組的內(nèi)管和外管工作時，將氣體送入火焰的第二層中；第一組中的內(nèi)管的內(nèi)徑比第二組中的內(nèi)管內(nèi)徑大。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征為，第一組中的外管出口彼此之間的間隔，比第二組中的外管出口彼此之間的間隔寬。
3.如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征為，第一組中的管子數(shù)目至少為第二組中的管子數(shù)目的二倍。
4.如上述權(quán)利要求中任何一條所述的裝置，其特征為，第一組中與第二個入口連通的管子的內(nèi)徑，和第二組中與第二個入口連通的管子的內(nèi)徑相同。
5.如上述權(quán)利要求中任何一條所述的裝置，其特征為，一般，燃燒器是大致沿著爐子的縱軸線著火的，并且第二組中的內(nèi)管和外管包圍著第一組中的所有的管。
6.如上述權(quán)利要求中任何一條所述的裝置，其特征為，燃燒器處在爐子的切線方向，并且第一組中的內(nèi)管和外管的出口，位于第二組的內(nèi)管和外管出口的上面。
7.如上述權(quán)利要求中任何一條所述的裝置，其特征為，有二個第二個入口，一個能與含有硫化氫的第一氣體源連通，另一個與含有硫化氫的第二氣體源連通；工作時，第一組中的內(nèi)管和外管與上述第一氣體源連通，第二組中的內(nèi)管和外管與上述第二氣體源連通。
8.如上述權(quán)利要求中任何一條所述的裝置，其特征為，第一種管子有6～30根。
9.如上述權(quán)利要求中任何一條所述的裝置，其特征為，所有內(nèi)管和外管的終端都在與燃燒器軸線垂直的一個公共平面上。
10.如上述權(quán)利要求中任何一條所述的裝置，其特征為，該主空氣通道由燃燒器經(jīng)其著火到爐子的一個孔口限定。
11.如上述權(quán)利要求中任何一條所述的裝置，其特征為，該燃燒器工作時，可使含有空氣的燃燒支持氣體的流量足以冷卻該燃燒器。
12.如上述權(quán)利要求中任何一條所述的裝置，其特征為，火焰的第一層接收的氧分子流量等于或大于(110x/300+y+z)m3/s，式中x-進入火焰第一層的硫化氫完全氧化所需的氧分子的化學計量流量；y-進入火焰第一層的氨完全氧化所需的氧分子的化學計量流量；z-進入火焰第一層的碳氫化合物完全氧化所需的氧分子的化學計量流量。
13.一種用于如權(quán)利要求1～12中任何一條所述的裝置中的燃燒器，該燃燒器包括一條包含空氣的燃燒支持氣體的主通道；多根彼此隔開，末端開放、通流體用的、沿著主通道互相平行延伸的細長的外管；氧或富含氧的空氣通入燃燒器的第一個入口；和用于將含有硫化氫的氣體送入燃燒器的第二個入口；每一根外管，至少在燃燒器的遠端，包圍著一根相應的、通流體用的、末端開放的細長內(nèi)管；內(nèi)管彼此平行延伸；該第一個入口與外管連通，第二個入口與內(nèi)管連通；其中，內(nèi)管和外管的出口配置成工作時，使硫化氫與氧和空氣的在燃燒器的遠端下游基本完全混合；并且，內(nèi)管和外管的出口并列，其尺寸可使工作時爐子中火焰保持穩(wěn)定；該火焰具有至少一個第一高溫層，和至少一個第二低溫層；所述管排列成二組，第一組的內(nèi)管和外管工作時，將氣體送入火焰的第一層中，而第二組的內(nèi)管和外管工作時，將氣體送入火焰的第二層中；第一組中的內(nèi)管內(nèi)徑比第二組中的內(nèi)管內(nèi)徑大。
全文摘要
一個空氣－氧－硫化氫燃燒器(108)給爐子(102)點火。該燃燒器包括一條包含空氣的燃燒支持氣體的主要通道(112)；多根彼此隔開，末端開放、通流體用的沿著該主要通道互相平行延伸的細長的外管；氧或富含氧的空氣進入燃燒器的第一個入口；和用于將含有硫化氫的氣體送入燃燒器的第二個入口。每一根外管，至少在燃燒器的遠端，包圍著一根相應的、通流體用的、末端開放的細長內(nèi)管；內(nèi)管彼此平行。第一個入口與內(nèi)管連通，第二個入口與外管連通。
文檔編號F23C99/00GK1425119SQ0081852
公開日2003年6月18日 申請日期2000年12月20日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月23日
發(fā)明者R·W·瓦特森, S·R·格拉維勒, J·S·諾曼 申請人:英國氧氣集團有限公司