Способ теснера создания аэродинамического режима потоков продуктов горения в реакционной камере термического реактора установки клауса

 

Изобретение предназначено для получения серы из сероводорода. Способ создания аэродинамического режима потоков продуктов горения в реакционной камере термического реактора установки Клауса включает подачу и сжигание с воздухом кислого газа в горелочных устройствах реактора с образованием на входе в реакционную камеру направленных навстречу друг другу вращающихся вихрей продуктов горения по оси, перпендикулярной оси реактора. Вращение вихрей направляют в разные стороны. Причем диаметр этих вихрей на входе в реакционную камеру составляет 0,35 - 0,45 диаметра реактора, а отношение средней скорости вращения входящих в горелочные устройства кислого газа и воздуха к их осевой скорости находится в пределах 4 - 6, при этом среднее время пребывания продуктов горения в реакционной камере определяется по формуле τ = 0,4 + а, где "а" зависит от концентрации сероводорода в кислом газе и задается в следующих интервалах: Концентрация сероводорода, % - а, с 70-95 - 0,15 50 - 60 - 0,25 40-50 - 0,60 35-40 - 0,70 Данное изобретение позволяет обеспечить получение максимального выхода серы при минимальном времени пребывания продуктов горения в реакционной камере. 1 ил.

Изобретение относится к нефтехимической промышленности, а именно к процессу Клауса для получения серы из сероводорода.

Наиболее близким по технической сущности к данному изобретению является способ создания аэродинамического режима потоков продуктов горения в реакционной камере термического реактора установки Клауса (см. Патент РФ N 1600074, МПК 5 B 01 J 19/26, 1989 г.), включающий подачу и сжигание с воздухом кислого газа в горелочных устройствах реактора с образованием на входе в реакционную камеру вращающихся вихрей продуктов горения, направленных навстречу друг другу по оси, перпендикулярной оси реакционной камеры.

Недостатком известного способа является отсутствие количественных величин, характеризующих параметры вращающихся вихрей, обеспечивающих получение максимального выхода серы при минимальном времени пребывания продуктов горения в реакционной камере.

При создании данного изобретения решалась техническая задача создания в реакционной камере термического реактора установки Клауса аэродинамического режима, обеспечивающего за минимальное время пребывания продуктов горения достижение термодинамического равновесия процесса Клауса и получение максимального выхода серы.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе создания аэродинамического режима потоков продуктов горения в реакционной камере термического реактора установки Клауса, включающем подачу и сжигание с воздухом кислого газа в горелочных устройствах реактора с образованием на входе в реакционную камеру направленных навстречу друг другу вращающихся вихрей продуктов горения по оси перпендикулярной оси реактора, вращение вихрей направляют в разные стороны, причем диаметр этих вихрей на входе в реакционную камеру составляет 0,35 - 0,45 диаметра реактора, а отношение средней скорости вращения входящих в горелочные устройства кислого газа и воздуха к их осевой скорости находится в пределах 4 - 6, при этом среднее время пребывания продуктов горения в реакционной камере определяется по формуле τ = 0,4+a, где "a" зависит от концентрации сероводорода в кислом газе и задается в следующих интервалах: Концентрация сероводорода, % - a, с 70 - 95 - 0,15 50 - 60 - 0,25
40 - 50 - 0,60
35 - 40 - 0,70
Данное техническое решение иллюстрируется чертежом, на котором приведена схема термического реактора процесса Клауса в плане.

Реактор содержит реакционную камеру 1, размещенные у ее торца на боковой поверхности соосно друг другу дополнительные цилиндрические камеры 2 с горелочными устройствами 3 и котел утилизатор 4. Оси реакционной камеры 1 и камер 2 взаимно перпендикулярны. Горелочные устройства 3 размещены в камерах 2 тангенциально.

Способ осуществляется следующим образом.

Для проведения процесса выделения серы из кислого газа в реактор, имеющий диаметр D=4 м, длину L=10 м и объем V=126 м³ через горелочные устройства с диаметром выходных отверстий для продуктов горения d=1,8 м подают тангенциально кислый газ с расходом Q_к.г=60000 м³/ч и воздух Q_в=75000 м³/ч, при нормальных условиях (T_н=293K и P_н=0,1 МПа). Кислый газ имеет следующий состав, %:
Сероводород - 48
Диоксид углерода - 46
Пары воды - 5,5
Металл - 0,5
Процесс выделения серы из кислого газа в реакторе проходит при средней температуре T_р=1273 K и давлении P=0,135 МПа.

Воздух и кислый газ поступают в горелочные устройства и имеют среднюю линейную скорость вращения V₁=67 м/с и среднюю осевую скорость V₂=15 м/с, а диаметр образующихся вихрей продуктов горения при входе в реакционную камеру составляет d=1,8 м, следовательно, d/D=1,8/4=0,45, а отношение скорости вращения вихрей к скорости осевого движения равно V₁/V₂=67/15=4,5.

Для концентрации сероводорода в кислом газе 48% величина a=0,6 с.

Расчетное минимальное время нахождения продуктов горения в реакционной камере определяется по формуле τ = 0,4+a и равно, следовательно, τ = 0,4+0,6 = 1,0 c.

Текущий расход кислого газа и воздуха с поправкой на температуру и давление в реакционной камере составил

τ = V/Q=126/121=1,04 с
Фактический выход серы равен 60%, а термодинамический - 63%.

Формула изобретения

Способ создания аэродинамического режима потоков продуктов горения в реакционной камере термического реактора установки Клауса, включающий подачу и сжигание с воздухом кислого газа в горелочных устройствах реактора с образованием на входе в реакционную камеру направленных навстречу друг другу вращающихся вихрей продуктов горения по оси, перпендикулярной оси реактора, отличающийся тем, что вращение вихрей направляют в разные стороны, причем диаметр этих вихрей на входе в реакционную камеру составляет 0,35 - 0,45 диаметра реактора, а отношение средней скорости вращения входящих в горелочные устройства кислого газа и воздуха к их осевой скорости находится в пределах 4 - 6, при этом среднее время пребывания продуктов горения в реакционной камере определяется по формуле τ = 0,4 + а, где "а" зависит от концентрации сероводорода в кислом газе и задается в следующих интервалах:
Концентрация сероводорода, % - а, с
70 - 95 - 0,15
50 - 60 - 0,25
40 - 50 - 0,60
35 - 40 - 0,70

РИСУНКИ

Рисунок 1