[发明专利]用于硫燃烧的方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及用于硫与含氧气体、特别是空气燃烧制备二氧化硫的方法，其中向炉中提提供硫和助燃空气以及其中在亚化学计量条件下在炉的第一部分中使硫挥发并随后将硫氧化，以及涉及实施本方法的设备。 

背景技术

二氧化硫主要用于制备硫酸或者液态三氧化硫以及通常通过煅烧/冶炼含硫矿石或者通过元素硫的燃烧而制备。通常利用大气中的空气实施燃烧，但也可使用富含氧气的空气乃至纯氧。然而就成本而言，通常不宜用纯氧燃烧硫。目前，硫自身几乎只以液态形式被应用以及通常以液态提供提供和临时性存储。向温度为140-150℃的燃烧炉中提供液态硫，此时液态硫的粘稠度低至足以用于经由喷口注入。为了优化该燃烧，在炉中将液态硫雾化以及使其与助燃空气完全地混合。 

硫燃烧要求相等摩尔量的硫和氧。用包含20.95体积％O₂的环境空气与硫按化学计量燃烧，理论上可以获得最高含20.5体积％SO₂的SO₂气体。为了确保硫的完全燃烧，通常提供过量空气。避免未燃烧的硫(其冷凝以及沉淀在设备较冷部分)产生的问题。超化学计量的燃烧例如Ullmann′s Encyclopedia of Industrial Chemistry，第5版，1994年，第A25卷，第574f页所描述。在水平设置的圆筒炉中实施燃烧，该圆筒炉具有耐火炉衬和在它的端面包括一个设置于中央的燃烧器系统。使液态硫雾化然后将其与助燃空气混合以及依靠所要求的二氧化硫浓度在温度为600-1,600℃时进行燃烧。在硫燃烧炉之后，在将该气体提供给硫酸接触设备之前，提供废热锅炉。该接触设备的转换器通常使用10-12体积％的二氧化硫初浓度，必须可能借助于另外的设备调整该初浓度。 

EP 0 762 990 B1也描述了硫的超化学计量燃烧。 

在燃烧炉中液态硫燃烧成为二氧化硫所用的方法和设备公开在US 3,879,530中。液态硫和初级(primary)燃烧助燃空气同时注入燃烧炉的第一部分中。在燃烧室中将次级燃烧助燃气体进一步在炉下游在含二氧化硫的已氧化气体的排出口之前引入邻接的锅炉中。 

在燃烧温度高于1,100℃时，即使由于二氧化硫浓度较高较少游离氧可用于生成氮氧化物，但氮氧化物(NO_x)的生成也大大增加。但是超过18体积％二氧化硫浓度，由于缺乏氧气，NO_x的形成再次下降。因此，在常规硫燃烧系统中，随着燃烧温度的上升所生成的氮氧化物限制了燃烧气体的预加热。这削弱了设备的经济性。 

就产生具有高二氧化硫浓度且极低NO_x含量的气体而言，例如DE1948754建议使用二阶段设备，其中先在亚化学计量的条件下(氧亏)燃烧元素硫。一旦穿过换热器，然后所生成的包含二氧化硫和硫的气体与含氧气体在另外的设备中在约1000℃时发生后燃。而就设备结构而言，此多级设备相当复杂而因此价格昂贵。 

发明内容

本发明的目的是用简单方法制备具有高二氧化硫浓度的气体以及同时大幅减少氮氧化物(NO_x)的生成。 

利用本发明基本实现了这个目的，因为在上述方法中将在炉第一部分中形成的二氧化硫以及未燃烧的硫送至与炉第一部分邻接的第二部分中而后在炉第二部分的出口或者在废热锅炉(热量回收系统)的入口与含氧气体、尤其是空气发生后燃。 

因此，与DE 1 948 754相似，首先实施亚化学计量的硫燃烧，然后在第二室的出口或者废热锅炉的入口内进行后燃。然而根据本发明，此第二室直接设置于硫燃烧炉的第一燃烧室之后。因此，可以省去在DE 1 948 754中为使气体温度降低而插入的换热器。然而尽管如此，生成的氮氧化物却减到最少，这是由于废热锅炉中的快速冷却，高温下的保留时间不足够用于大量氮氧化物的生成。在炉第一部分中，由于缺乏氧气而排除了NO_x的生成。借助于废热锅炉中气体即时的快速冷却使这在第二部分中实现。 

 由于认为特别重要的是在炉第一部分中的亚化学计量的燃烧中气体与硫充分地混合，以便氧气可以完全地消耗掉以及不形成氮氧化物，根据本发明优选的方式，所述将助燃空气沿切向引入炉。这促进在炉 室中的湍流且由此将气体完全混合。然后气流沿其轴向螺旋地穿过炉。