專利名稱：含有硫化氫的氣體的部分氧化的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于硫化氫部分氧化的方法和裝置，另外還涉及該方法和裝置中所用的燃燒器。
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。必需在排放至大氣中以前，對這種酸性氣體流進行處理，以除去基本上所有的硫化氫成分。通常，利用Claus方法來除去硫化氫成分。當利用這種方法時，所含的一部分硫化氫在爐子中燃燒，形成二氧化硫和水蒸氣；一些所產(chǎn)生的二氧化硫在爐子中與剩余的硫化氫起反應(yīng)，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到爐子外面去。通過冷凝，從氣體混合物中提取硫蒸氣；并且，基本上不含硫蒸氣的所產(chǎn)生的氣體混合物，再經(jīng)過二氧化硫和硫化氫之間的多個催化反應(yīng)階段，形成硫蒸氣。在每一個催化反應(yīng)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原來的硫含量2～6％的尾氣。再對該尾氣進行處理，以除去基本上所用的剩余硫化合物。
傳統(tǒng)作法是，利用空氣來支持硫化氫的燃燒。一般，空氣供應(yīng)的流量應(yīng)足夠大，以提供足夠的氧分子，使氮和水蒸氣中的氨完全氧化；并使二氧化碳和水蒸氣中的碳氫化合物完全氧化；并使酸性氣體中的大約1/3的硫化氫含量中的二氧化硫和水蒸氣氧化。近來發(fā)現(xiàn)，利用商業(yè)上銷售的純氧代替某些空氣，可以改善Claus方法。結(jié)果，對于給定的硫化氫產(chǎn)量，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方法中所用的氧-空氣-硫化氫燃燒器。該燃燒器包括一個具有開放的遠端的空心殼體件，該殼體件中有一條通道。多個可引導流體的第一種細長的、末端開放的管件和多個也可引導流體的第二種細長的、末端開放的管件穿過該通道；并且每一根第二種管件放在相應(yīng)的第一種管件內(nèi)。第一種管件與硫化氫源連通，而第二種管件與氧源連通。將每一根通氧的管放在相應(yīng)的通硫化氫的管內(nèi)的目的，是使氧與燃料混合得更好，并且在火焰內(nèi)成為均勻的狀態(tài)。另外，在燃料和氧較低速度下，可以得到穩(wěn)定的工作狀態(tài)。
雖然，根據(jù)EP-A-0 486 285的燃燒器在實踐中工作良好，但如果有適當?shù)牟痪鶆虻幕鹧妫瑒t利用Claus方法，可使在離開爐子所帶的硫冷凝器的氣體混合物中，硫化氫轉(zhuǎn)換為硫的百分率更高。因此，本發(fā)明的一個目的是要提供一種硫化氫部化氧化的方法和裝置，在該裝置中，燃燒器的結(jié)構(gòu)，便于在爐子中獲得硫化氫轉(zhuǎn)換為硫的較高的百分率。
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為該爐子點火的空氣-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；多根沿著該主通道、互相平行、彼此隔開、末端開放的通流體用的細長外管；氧或富含氧的空氣通入燃燒器的一個第一入口；用于將含有氣體的硫化氫送入燃燒器的一個第二入口；至少在該燃燒器的遠端，每一根外管包圍一根相應(yīng)的末端開放的、通流體用的細長內(nèi)管；內(nèi)管彼此平行；第一和第二個入口中的一個入口與外管連通，而第一和第二個入口中的另一個入口與內(nèi)管連通；其中，內(nèi)管和外管的出口配置成使得工作時，硫化氫與氧和空氣在燃燒器遠端的下游基本上完全混合；并且，內(nèi)管和外管的出口是并列的，其尺寸作成能使得在工作時，在爐子中火焰保持穩(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；該火焰的第一層離開爐子內(nèi)面的一個選擇區(qū)域，比第二層離開該區(qū)域更遠，因此，第二層火焰可屏蔽該選擇的區(qū)域，使它不受第一層火焰的影響；由內(nèi)管和外管組成的第一個組在工作時，將氣體送入第一層火焰，而內(nèi)管和外管組成的第二個組工作時則將氣體送入第二層火焰；燃燒器的位置在爐子的切線方向；第一組內(nèi)管和外管的出口位于第二組內(nèi)管和外管的出口上面。
火焰的第一層與第二層比較，最好是比較富含氧。
由于比較富含氧，因此火焰的第一層的平均溫度可達到1700～2300℃。這樣的高溫對硫化氫裂解(即熱分解)為氫和硫是有利的。結(jié)果，比在低溫下有更大比例的硫化氫轉(zhuǎn)化為硫。另外，高溫的富含氧的第一層火焰也使送入的氣體中的氨容易完全破壞，這不但是因為第一層火焰的高溫，而且是因為，雖然含氧較少，但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，氨可以形成氨鹽，而氨鹽可抑制催化劑或使在低溫下工作的其他成分為塊狀。
一般，內(nèi)管與第一個入口連通。這樣，內(nèi)管接收氧或富含氧的空氣，而外管接收含有送入氣體的硫化氫。
最好，第一個組中的外管的出口之間的間隔，比第二組中的外管出口之間的間隔寬。結(jié)果，按比例計算，第一組管中的空氣比第二組管中的空氣多，從而便于在燃燒器火焰的第一層中達以理想的富含氧的狀態(tài)。如果第二組中的管比第一組中的管多，一般，第二組中的管至少為第一組中的管的二倍-則這個結(jié)果更容易得到。
如果與第一個入口連通的第一組中的管的內(nèi)徑，比與第一個入口連通的第二組中的管的內(nèi)徑大，則在火焰的第一層內(nèi)更容易達到高溫。一般，第一組中的管的內(nèi)徑為第二組中管的內(nèi)徑的1.3～3倍。特別是，當內(nèi)管與第一個入口連通時，則在工作中，這個裝置送至火焰的第一層的氧或富含氧的空氣，按比例計算，比送入火焰第二層中的多，從而特別有助于火焰第一層達到高溫。在這種結(jié)構(gòu)中，使與第二個入口連通的第一組中的管的內(nèi)徑，和與第二個入口連通的第二組件的管的內(nèi)徑相同是比較方便的。
第一組內(nèi)管和外管的出口一般位于第二組內(nèi)管和外管的出口上面，以阻礙爐子底部比爐子其他區(qū)域更容易受到熱損壞的趨勢。
送入氣體一般為硫化氫和二氧化碳的混合物?？赡苓€有水蒸汽，碳氫化合物和/或氨。如果希望的話，送入氣體可以是從煉油廠出來的胺氣體，或胺氣體與酸性水剝離劑氣體的混合物。一般，胺氣體包括按體積計算的至少70％的氨和另外再含有至少10％的二氧化碳。酸性水剝離劑氣體為硫化氫、氨和水蒸汽的混合物。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，則可以將二種氣體預先混合。然而，這種預先混合的一個可能的缺點是，一些氨流入火焰的低溫層或多個低溫層，可能產(chǎn)生不是所有的氨都被破壞的危險。但在實際中，在用氧工作時，一般可將火焰低溫層或多個低溫層的溫度保持在氨破壞的極小溫度以上。在任何情況下，如果燃燒器有二個第二入口，一個入口只與第一組管子連接，而另一個入口只與第二組管連接，則可以避免這個可能的缺點。用這種方法，可將含有氨的氣體(酸性水剝離劑氣體)全部通入火焰的富含氧的高溫層或多個高溫層中。這樣更容易從送入氣體中清除全部氨。
根據(jù)燃燒器尺寸的不同，根據(jù)本發(fā)明的燃燒器可以有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)有助于減小燃燒器的熱腐蝕。如果希望的話，每一根管可以有一個耐熱和耐腐蝕的合金頂部，但一般不需要。即使管子腐蝕，燃燒器也可以繼續(xù)有效地工作。
燃燒器的主通道可以方便地由燃燒器通過它給爐子點火的一個口形成。另一種方案是，燃燒器可以有一個外殼，該外殼形成一條與爐子分開的通道。
一般，燃燒器不需要專門的冷卻系統(tǒng)。這是因為燃燒器工作時，支持燃燒的含有氣體的空氣流量足夠使燃燒器冷卻。
根據(jù)本發(fā)明的燃燒器具有與根據(jù)EP-A-0 486 285的燃燒器一樣的機械結(jié)構(gòu)優(yōu)點。燃燒器管可以用較廉價的材料(例如不銹鋼)制造。第二，制造特別簡單，因為沒有端板，不需要鉆斜孔。第三，燃燒器能夠處理由熱膨脹和收縮引起的問題，因為內(nèi)外管件一般只在其近端固定，并有三個遠端。
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，可以保證從爐子排出的廢氣中的硫化氫與二氧化硫的克分子量比大約為2∶1；因為可以滿足通常的使用催化劑的Claus反應(yīng)部件以及爐子的，通常的Claus過程的要求。另外，在屏蔽或火焰的第二層或多個第二層中，可以保持足夠低的溫度，以避免一般用于保護爐子內(nèi)壁的耐火材料襯里的破壞的危險。如果有氣體，則不會以犧牲氨的破壞為代價來達到這關(guān)點。另外，在選擇火焰不同層的化學計量方法上有很大的柔性。一般希望第一層或多個第一層工作時接收的氧分子流量至少為(110x/300+y+z)m3/s，更優(yōu)選的是(120x/300+y+z)～(240x/300+y+z)m3/s，式中x-進入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-進入第一層的任何氨的完全氧化所需的氧分子的化學計量流量；z-進入第一層的碳氫化物的完全氧所需的氧分子的化學計量流量；離開爐子出口的廢氣溫度保持在1650℃以下。
根據(jù)本發(fā)明的方法的另一個優(yōu)點是，它具有適合含有送入氣體中的硫化氫的變化很大的流量的能力。當送入氣體的供給流量小時，可以減小送至火焰第一層或多個第一層的氧或富含氧的空氣中的一部分克分子量。的確，當送入氣體的供給流量最小時，空氣可以被送入火焰的第一層和多個第一層的氧或富含氧的空氣代替。上述代替不會損害氨的完全破壞，特別是在火焰的第二層或多個第二層中的氨的完全破壞。當要求燃燒器的輸出調(diào)節(jié)特性好時，能夠?qū)⑺械陌彼椭粱鹧娴牡谝粚踊蚨鄠€第一層的燃燒器例子是優(yōu)選的。
本發(fā)明還提供了一種用于根據(jù)本發(fā)明的方法和裝置中的燃燒器。
現(xiàn)在將參照附圖，利用例子來說明根據(jù)本發(fā)明的方法和裝置。


圖1為燃燒器是軸向放置的裝置的部分截面的示意性側(cè)視圖；圖2為從在圖1所示的裝置中使用的一個燃燒器的遠端看的示意圖；圖3為從在圖1所示的裝置中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所示爐子的示意性截面圖，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)明的方法和裝置中使用的燃燒器的示意性縱截面圖，它表示氣體流動至相應(yīng)的管和圖1所示的燃燒器的通道的導管情況；圖6為燃燒器安裝在切線方向的，根據(jù)本發(fā)明的裝置的示意圖；圖7為從適合于在圖6所示的裝置中使用的第一個燃燒器的遠端看的示意圖；圖8為從在圖6所示的裝置中使用的第二個燃燒器的遠端看的示意圖；和圖9為圖6所示的爐子的示意性橫截面圖，它表示由圖7或圖8所示的燃燒器工作產(chǎn)生的火焰形狀。
附圖不是按比例畫的。
參見圖1，用于硫化氫部分氧化的爐子102的一端有一個軸向的入口104，而在其相對的一端有一個軸向的出口106。入口104中放置一個燃燒器108。燃燒器108的遠端110稍微從入口104伸出。燃燒器108的結(jié)構(gòu)為殼體和管子式的。如果希望的話，出口106的內(nèi)壁可以構(gòu)成燃燒器108的殼體。燃燒器108帶有管路110，112和114，分別用于供給氧、空氣和含有硫化氫的氣體流。雖然圖1中沒有示出，如果希望的話，可以用二個單獨的管路114，將含有不同含量的硫化氫的氣體流，供給燃燒器108的不同部分。
工作時，燃燒器108在爐子102中點火，產(chǎn)生火焰116。火焰116具有較熱的、富含氧的內(nèi)部區(qū)域或內(nèi)層118，以及包圍該內(nèi)層118的，溫度較低的外部區(qū)域或外層120。溫度高的內(nèi)層118內(nèi)的溫度可以超過2000℃。一般，氧分子以(120x/300+y+z)～(240x/300+y+z)m3/s的流量進入內(nèi)層118中(式中的x，y和z的意義如上所述)。
在爐子102中進行幾個化學反應(yīng)。首先是燃燒反應(yīng)，這時，在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；并且，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(yīng)是硫化氫燃燒，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(yīng)。形成硫的蒸氣和水蒸氣。在爐子102的火焰區(qū)116中進行的另一個重要的反應(yīng)是，一部分硫化氫熱分解為氫和硫的蒸氣。高的溫度可促進這個反應(yīng)。另外，某些氨也熱分解為氮和氫。在爐子102中還進行一些次要的反應(yīng)。
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中表示了這些管與外殼體的一種配置方式?，F(xiàn)參見圖2可看出，燃燒器200有一個外殼體202。殼體202形成一條空氣流動的主要通道204。空氣最好不是富含氧或不是缺乏氧的，而是正常的大氣中的空氣。18根末端開放的外管208沿著主要通道204延伸。所有的外管208都互相平行，并與殼體202的縱軸線平行。每一根外管208，至少在其遠端，包圍著一根內(nèi)管210。每一根內(nèi)管210都與將其安置于內(nèi)的外管208同軸線。所有管子208和210的遠端都終止在與燃燒器200的縱軸線垂直的同一個平面內(nèi)。因此，在燃燒器遠端的上游，不會有硫化氫與空氣或氧的混合。所有的內(nèi)管210都與一個氧源或富含氧的空氣源連通。優(yōu)選的是，氧的純度至少為80％；更優(yōu)選的是，至少為90％；最優(yōu)選的是，至少為99％；所有的外管208都與一個含有硫化氫的氣體源連通。這種氣體也可以含有氨和碳氫化合物，以及不燃燒的成分，例如水蒸氣、氮、二氧化碳和氬。
多對外管208和內(nèi)管210放置在第一個內(nèi)組212和第二個外組214中。多對管208和210組成的外組放置成使它們的所有出口位于一個假想圓的圓周上。如圖2所示，在第二個組214中有14對管208。第二個組214中的外管208在圓周上彼此隔開相等的距離。另一方面，在第一個組212中，有4對外管208和內(nèi)管210。在第一個組212中的每一對管208和210可以看成是位于一個想象的方形的一個拐角上，燃燒器的縱軸線穿過該方形的中心。如圖2所示，在內(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。由于所有的外管208的直徑都相同，而所有內(nèi)管210的直徑也相同，因此，離開內(nèi)組212中的管208的出口的含有硫化氫的氣體，與氧分子接觸的比例，比離開形成外組214的一部分的管208的硫化氫與氧分子接觸的比例大。結(jié)果，可以保持火焰具有富含氧的內(nèi)部高溫層和外部低溫層。因為第一組212的管出口被第二個組214包圍，因此，高溫層被低溫層包圍；這樣，可以簡單地控制氣體通至燃燒器200的相對流動，使火焰的第二層或外層，有效地屏蔽爐子的襯有耐火材料的整個內(nèi)表面，不受火焰的高溫內(nèi)層的影響。另外，可以控制流動，使供應(yīng)火焰第一層的氧分子達到必要的流量，以便讓第一層的平均溫度一般達到1700℃以上，以促進硫化氫的熱裂解或分解；同時，保持火焰第二層的平均溫度一般在1650℃以下，以避免由燃燒器200點火的爐子的耐火材料壁的損壞。
圖2所示的燃燒器是通過將不成比例地多的空氣送入第一個組212的管中而達到其火焰分層的。然而，用這種方法達到火焰分層的程度是有限的。將管子在圖2所示的燃燒器中，集中在一起分組的方法的另一個結(jié)果是，如果通過內(nèi)管210流動的氧的純度越低，則燃燒器中的火焰分層越明顯。這是因為，這個氧的純度越低，則通過主要通道204的空氣流量要大，因此在第一和第二組管之間空氣的不成比例分配的效果就越明顯。
現(xiàn)參見圖3可看出，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的外殼302形成空氣流動的一條主要通道304。13條末端開放的外管308，沿著通道304彼此平行地和與燃燒器300的軸線平行地延伸。所有的管308的直徑都相同。每一條管308的至少其遠端，包圍著一條相應(yīng)的末端開放的同軸的內(nèi)管310。與燃燒器200的多對管子類似，多對管308和310的出口排列成二個組。內(nèi)組312由4對管子的出口組成，其排列方式與燃燒器200的組212中的管出口排列方式相同；而沿著圓周放置的外組314由多對管的出口組成。然而，在組314中只有9對管出口。另外，外組314中的外管308的相鄰出口之間的間隔，與內(nèi)組312中的管308的相鄰出口之間的間隔相同。因此，通過通道304流動的空氣，在離開第一個組312或第二個組314中的管308的出口的、含有硫化氫的氣體的單獨流動中的分配大致是相等的。
管310的直徑不是全部相等的。出口在第一個組312中的管310的內(nèi)徑，比出口在第二個組314中的管308的內(nèi)徑大。一般，較大直徑的管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，如果送至管308中的氧的純度越高，則所產(chǎn)生的火焰分層越明顯。另外，因為圖3所示的燃燒器送至第一組312和第二組314的管310中的相應(yīng)的氧的流量是不同的，因此，一般來說，圖3所示的燃燒器的火焰第一層或內(nèi)層的火焰溫度，比圖2所示的燃燒器火焰的內(nèi)層溫度高。
如果希望的話，可以在同一個燃燒器中使用達到內(nèi)層高溫和外層低溫的二種方法。因此，圖2所示的燃燒器可以用在多對通氧的管208的直徑，比第二組或外組214中的相應(yīng)的通氧管208的直徑大的第一個組212中。
圖2所示的燃燒器或圖3所示的燃燒器在其最大直徑處的橫截面，一般如圖4所示，它們都能產(chǎn)生火焰。燃燒器有一個溫度較高的中心區(qū)402和溫度較低的外部圓環(huán)區(qū)404?；鹧嬲紦?jù)爐子橫截面的大部分，以便最大限度地利用空間。
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所示的燃燒器具有一個細長的管狀殼體502，其遠端開放，其近端有一個入口504，可以與壓縮空氣源(沒有示出)連接。殼體502固定在后板506上，是流體密封，不泄漏的。后板506形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；彼此平行和與殼體縱軸線平行的末端開放的外管510的近端，與該孔接合，流體密封不能泄漏。這樣，氣體可從氣體分配腔508，通過管510，從其近端流向其遠端。氣體分配腔508有一個含有硫化氫的氣體入口512。因此，在燃燒器工作時，外管510接收含有硫化氫的氣體。腔508還有另一個與后板506相對的板514。板514形成一個公共的壁，與氣體分配腔508共享；而第二個氣體分配腔516有一個入口518，與商業(yè)上的純氧源連接。板514上有孔，末端開放的內(nèi)管520的近端與該孔接合，流體密封不泄漏。內(nèi)管520的大部分長度穿過該孔，并且內(nèi)管與外管510同軸。氧可以從腔516，通過內(nèi)部通道520流動。
如圖5所示，所有內(nèi)管520和所有外管510的遠端都終止在同一個與燃燒器的軸線垂直的平面上?？梢钥闯?，內(nèi)管520的遠端不固定在任何平板或類似零件上。為了支承內(nèi)管，每一根內(nèi)管520可以帶有一個與它連接的支架522。支架522與相應(yīng)的外管510的內(nèi)表面摩擦接合。同樣，外管510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用鋼，一般為不銹鋼制成。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，氣體分配腔508和由殼體502形成的通道502之間的氣體也不連通。因此，硫化氫不與空氣或氧預先混合。
現(xiàn)參見圖6。圖中表示了一個爐子700，它具有一個一般在切線方向?qū)t子點火的燃燒器702。爐子700的內(nèi)壁有一層耐火材料襯里。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入口708。一般，圖6所示的爐子的工作與圖1所示的爐子的工作相似。然而，從燃燒器702發(fā)出的火焰(沒有示出)，在爐子700的橫截面上，基本上呈弧形。由于火焰的形狀，爐底的耐火材料襯里比爐頂?shù)哪突鸩牧弦r里熱。特別希望保證爐子700的底部的耐火材料不要過熱。圖6所示結(jié)構(gòu)的另一個特點是，燃燒器的殼體橫截面為矩形。
參見圖7，燃燒器800有一個橫截面為矩形的外殼802，它形成空氣的主要通道804。燃燒器800可以用圖6所示的方式，在切線方向給爐子(在圖7中沒有示出)點火。在空氣主要通道864內(nèi)有彼此平行延伸的多根末端開放的外管806。至少在燃燒器800的遠端，每一根外管806包圍著一根同軸的內(nèi)管808。管806的近端與含有硫化氫的氣體源連通，管808的近端與商業(yè)上的純氧或富含氧的空氣源連通。
多對管806和808配置在上組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中外管806之間的間隔，比在下組812中的外管之間的間隔寬。
工作時，硫化氫與氧和空氣都在燃燒器800的遠端下游進行混合。外管806和內(nèi)管808的出口的配置使得工作時能保持爐子中的火焰穩(wěn)定，該火焰的第一個高溫層接收流量為(120x/300+y+z)～(240x/300+y+z)m3/s的氧分子(式中x、y、z的意義如上面所述)。下組812中的多對管將氧或富含氧的空氣，和含有硫化氧的氣體送至火焰的低溫層。這個低溫層將爐子的內(nèi)壁屏蔽起來，使它不受上面的較高溫度層的影響。圖9中示意性表示在圖6所示的爐子中，燃燒器800的工作可以達到的典型的火焰形狀。如圖9所示，燃燒器802對爐子1000點火，產(chǎn)生基本上為弧形的火焰1002，火焰的高溫內(nèi)層的平均溫度一般為1700～2300℃，其低溫外部區(qū)域1006的平均溫度一般在1650℃以下，可以屏蔽爐子1000內(nèi)壁的一個選擇的區(qū)域，保護它不受高溫內(nèi)層1004的影響。
再參見圖7，火焰分層是由于從上組810中的外管806送出的硫化氫與空氣混合的比例，比從下組812中的外管806送出的硫化氫與空氣混合的比例多。結(jié)果，火焰1000的內(nèi)層1004所含的氧比上層1006所含的氧多。
現(xiàn)參見圖8。圖8表示的燃燒器900基本上與圖7所示的燃燒器相同。燃燒器900的外殼902的橫截面為矩形。外殼902形成空氣流動的主要通道904。多根末端開放的外管906彼此平行延伸。至少在燃燒器900的遠端，每一根外管906包圍著一根末端開放的內(nèi)管908。所有管906和908的遠端終止在與燃燒器900的軸線垂直的一個公共平面上。多對管位于上組910和下組912中。下組912中的外管906之間的間隔距離，比上線912中的外管906之間的間隔距離小。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)區(qū)1004和低溫的外區(qū)1006。然而，圖8所示的燃燒器900與圖7所示的燃燒器800之間的一個明顯的差別是，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中的每一根外管908送出的硫化氫與商業(yè)上純氧的混合比例，比從下組912中的外管908送出的硫化氫與純氧的混合比例多。因此，工作時比圖7所示的燃燒器工作時更能產(chǎn)生火焰的較高溫度的內(nèi)層1004。在內(nèi)層1004中很容易產(chǎn)生超過2000℃的平均溫度，而外層平均溫度不超過1650℃。
應(yīng)當注意，在諸如術(shù)語“110x/330”中所使用的符號“/”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為該爐子點火的空氣-氧、硫化氫燃燒器；其中，該燃燒器包括一條空氣的含有燃燒支持氣體的主通道；多根沿著該主通道互相平行，彼此隔開、末端開放的通流體用的細長外管；通入燃燒器的氧或富含氧的空氣的一個第一入口；用于將含有硫化氫的氣體送入燃燒器的一個第二入口；至少在該燃燒器的遠端，每一根外管包圍著一根相應(yīng)的末端開放的、通流體用的細長內(nèi)管；內(nèi)管彼此平行；第一和第二入口中的一個入口與外管連通，而第一和第二個入口中的另一個入口與內(nèi)管連通；其中，內(nèi)管和外管的出口配置成使得工作時，硫化氫與氧和空氣在燃燒器遠端的下游基本上完全混合；并且，內(nèi)管和外管的出口是并列的，其尺寸作成能使得在工作時，在爐子中火焰保持穩(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；該火焰的第一層遠離爐子內(nèi)壁面的一個選擇區(qū)域，比第二層離開該區(qū)域更遠，因此，第二層火焰可屏蔽該選擇的區(qū)域，使它不受第一層火焰的影響；由內(nèi)管和外管組成的第一個組在工作時，將氣體送入第一層火焰中，而內(nèi)管和外管組成的第二個組工作時，則將氣體送入第二層火焰中；燃燒器的位置在爐子的切線方向；第一組內(nèi)管和外管的出口位于第二組內(nèi)管和外管的出口上面。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征為，內(nèi)管與第一個入口連通。
3.如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征為，第一組中的外管的出口之間的間隔距離，比第二組中的外管的出口之間的間隔距離寬。
4.如上述權(quán)利要求中任何一項所述的裝置，其特征為，第一組中的管子數(shù)目至少為第二組中管子數(shù)目的二倍。
5.如上述權(quán)利要求中任何一項所述的裝置，其特征為，與第一個入口連通的第一組中管的內(nèi)徑，比與第一個入口連通的第二組中的管的內(nèi)徑大。
6.如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征為，與第二個入口連通的第一組中的管子內(nèi)徑，和與第二個入口連通的第二組中的管子內(nèi)徑相同。
7.如上述權(quán)利要求中任何一項所述的裝置，其特征為，有6～30根第一種管。
8.如上述權(quán)利要求中任何一項所述的裝置，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行公共平面上。
9.如上述權(quán)利要求中任何一項所述的裝置，其特征為，空氣的主通道是由燃燒器經(jīng)其著火到爐子的一個孔口限定的。
10.如上述權(quán)利要求中任何一項所述的裝置，其特征為，燃燒器安裝成使得在工作中，含有空氣的燃燒支持氣體的流量，足以對燃燒器進行適當?shù)睦鋮s。
11.如上述權(quán)利要求中任何一項所述的裝置，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安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；
12.一種在如權(quán)利要求1～11中任何一項所述的裝置中使用的燃燒器，該燃燒器包括一條包含有空氣的燃燒支持氣體的主通道；多根沿著該主通道互相平行延伸的、末端開放的、彼此隔開的、通流體用的細長的外管；至少在燃燒器的遠端，每一根外管包圍著一根相應(yīng)的、末端開放的、通流體用的細長內(nèi)管，該內(nèi)管互相平行地延伸；燃燒器的第一入口為氧或富含氧的空氣的入口，而燃燒器的第二入口用于送入含有氣體的硫化氫；第一和第二個入口中的一個入口與外管連通，而第一和第二個入口中的另一個入口與內(nèi)管連通；其中，內(nèi)管和外管的出口配置成使得在工作時，硫化氫與氧和空氣在燃燒器的遠端的下游基本上完全混合；并且內(nèi)管和外管的出口是并置的，其尺寸作成可使在工作中爐子中的火焰保持穩(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；第一組的內(nèi)管和外管工作時將氣體送入第一層火焰中，而第二組的內(nèi)管和外管工作時將氣體送入第二層火焰中；燃燒器相對于爐子的位置在切線方向，第一組的內(nèi)管和外管的出口，位于第二組內(nèi)管和外管的出口的上面。
全文摘要
一種空氣－氧－硫化氫的燃燒器(108)給爐子(102)點火。該燃燒器包括含有支持燃燒的氣體的空氣的一個主要通道(112)；多根沿著該主要通道互相平行延伸、末端開放、彼此隔開一定距離，用于通流體的細長外管；氧或富含氧的空氣通入燃燒器的第一個入口；用于將含有氣體的硫化氫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(yīng)的、末端開放、通流體用的細長內(nèi)管；內(nèi)管彼此平行。第一和第二個入口中的一個入口與外管連通，而第一和第二個入口中的另一個入口與內(nèi)管連通。
文檔編號F23C99/00GK1434913SQ0081901
公開日2003年8月6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