ES2621501T3 - Dispositivo y procedimiento para la combustión de azufre y compuestos que contienen azufre - Google Patents

Abstract

Procedimiento para la combustión de uno o varios compuestos de azufre, preferentemente de azufre y/o un gas que contiene sulfuro de hidrógeno, conduciéndose el gas de combustión a través de una instalación de combustión, que presenta al menos dos zonas de combustión sucesivas en sentido de circulación del gas de combustión, inyectándose en cada zona de combustión uno o varios compuestos de azufre en el gas de combustión, refrigerándose cada zona de combustión y estando conectado tras cada zona de combustión un intercambiador de calor con el que se refrigera el gas de reacción, de modo que la temperatura máxima en cada una de las zonas de combustión no sobrepasa un valor de 2000ºC, caracterizado por que las toberas para la inyección de uno o varios compuestos de azufre en las zonas de combustión se refrigeran desde fuera con un gas, que presenta una concentración de oxígeno que es menor que la del gas de combustión que entra en la instalación de combustión, preferentemente gas de circulación o aire, entrando el gas en las zonas de combustión y conduciendo el mismo a una reducción de la concentración de oxígeno en la proximidad inmediata de las boquillas de tobera.

Description

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DESCRIPCION

Dispositivo y procedimiento para la combustion de azufre y compuestos que contienen azufre

Es objeto de la presente invencion un procedimiento y un dispositivo para la combustion de azufre y/o compuestos que contienen azufre, tales como, por ejemplo, sulfuro de hidrogeno, bajo formacion de dioxido de azufre.

En el estado de la tecnica se describen diversos dispositivos y procedimientos para la combustion de azufre o gases que contienen azufre.

La combustion de azufre elemental juega un papel significativo, por ejemplo, en la produccion de acido sulfurico a escala industrial. La combustion de sulfuro de hidrogeno es de importancia industrial, por ejemplo, en forma del procedimiento de Claus, o del procedimiento de WSA (WSA, por sus siglas en ingles = acido sulfurico hidratado).

Para garantizar una combustion completa de azufre para dar dioxido de azufre (SO2), la combustion se efectua habitualmente en exceso de oxfgeno estequiometrico. Esta combustion sobreestequiometrica se describe, por ejemplo, en Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5a ed., 1994, vol. A25, paginas 574 y siguientes. En este caso, la combustion se efectua en un horno cilmdrico dispuesto horizontalmente, que esta revestido interiormente con ladrillos refractarios, y presenta un sistema quemador dispuesto en posicion centrada en su lado frontal. El azufre lfquido se atomiza y se mezcla con el aire de combustion. Las camaras de combustion estan realizadas adiabaticamente, es decir, no se efectua una descarga de calor de la camara decombustion.

En general es valido que, en el caso de exceso de oxfgeno, la temperatura de llama adiabatica aumenta en los eductos con concentraciones crecientes de oxfgeno y azufre. A temperaturas de combustion por encima de 1100°C, la formacion de los denominados oxidos de nitrogeno termicos (NOx) aumenta en gran medida. Para evitar la formacion de oxidos de nitrogeno termicos, en el documento WO2007/090671A2 propone una combustion de dos etapas. En este caso, el azufre se anade completamente en el lado fiontal de la camara de combustion. La adicion de aire de combustion se distribuye en dos etapas. En la primera etapa se efectua una combustion estequiometrica de azufre, es decir, bajo falta de oxfgeno. Las condiciones reductoras impiden la formacion de NOx. En la segunda etapa, que sigue directamente a la primera etapa, se quema posteriormente la cantidad remanente de azufre en el exceso de oxfgeno mediante adicion de aire ulterior.

En el documento DE1948754A1 se propone igualmente una combustion de dos etapas, en la que la primera etapa transcurre en condiciones subestequiometricas, la segunda etapa en condiciones sobreestequiometricas respecto a oxfgeno. La combustion se efectua en condiciones adiabaticas en las etapas 1 y 2. Entre las etapas se efectua un enfriamiento de la mezcla gaseosa por medio de un cambiador de calor.

La camara de combustion adiabatica esta unida habitulalmente a una caldera de recuperacion de calor a traves de un orificio. Solo en la caldera de recuperacion de calor se enfna el gas de reaccion, preferentemente bajo produccion de vapor (vease, por ejemplo, el documento WO2007/09067A2).

Los criterios de diseno de camaras de combustion adiabaticas convencionales para la combustion de azufre se basan en la longitud de llama y el diametro de llama. El dimensionado de la camara de combustion se efectua de modo que tenga lugar una combustion completa de azufre para dar SO2, de manera que el azufre no transformado no abandone la camara de combustion y no pueda entrar en la refrigeracion de gas de combustion montada a continuacion (WO2007/090671A2).

La combustion se asegura convencionalmente mediante tiempos de residencia correspondientemente largos a temperatura suficientemente elevada en la camara de combustion adiabatica. Este requisito determina el tamano de la camara de combustion y el perfil de temperaturas (que es casi constante en camaras de combustion adiabaticas tras la llama). Para justificar este requisito tras una combustion completa, por regla general se indica que, por lo demas, son de temer danos en la zona de la caldera (vease, por ejemplo, el documento WO1995/32149A1 o WO2007/090671A2).

La solicitud de patente EP1295849B1 se ocupa de la combustion a baja temperatura de azufre y una cantidad sobreestequiometrica de oxfgeno atmosferico. Se adoptan medidas especiales tanto para eliminar cantidades de NOx ya contenidas en el educto, como tambien para evitar cantidades de NOx termico formadas mediante combustion en aire. El aire de combustion completo se anade en el fondo de una camara de combustion y el azufre se alimenta en varias, preferentemente dos etapas, perpendicular al sentido de circulacion del aire de combustion. La temperatura de combustion se mantiene en un intervalo entre 500°C y 700°C. El azufre se atomiza a traves de varias toberas en abanico especiales, pulsantes, distribuidas perifericamente en el volumen de la camara de combustion, perpendicularmente a la circulacion del aire de combustion pobre en turbulencias, que afluye con la misma velocidad. Entre las zonas de combustion se efectua un desacoplamiento termico. Se describe exclusivamente una combustion con aire, en caso dado bajo adicion de gases que contienen SO2/NOx.

En el documento DE4002465A1 se describe que se pueden reducir cantidades de NO ya presentes en el gas de reaccion mediante adicion de azufre en una camara de combustion adiabatica.

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Con aire que contiene 20,95 % en volumen de oxfgeno se puede obtener teoricamente un gas que contiene SO2 con un maximo de 20,5 % en volumen de SO2, en el caso de combustion estequiometrica de azufre. El mayor componente del gas que contiene SO2 es nitrogeno. El SO2 formado se oxida habitualmente de modo ulterior para dar SO3 en un procedimiento catalttico para obtener acido sulfurico. En este caso, unaproporcion de nitrogeno elevada en el gas que contiene SO2 es desfavorable, entre otras cosas, ya que conduce a grandes dimensiones de instalacion y a potencias de ventilador elevadas.

Los actuales procedimientos de contacto permiten ademas la alimentacion de gases con una coicentracion de dioxido de azufre de hasta 66 % en volumen (WO2008/052649A1).

Por lo tanto, respecto a la reduccion de la proporcion de nitrogeno no deseado en el gas de producto de la combustion, y respecto a una instalacion eficiente y compacta para el tratamiento subsiguiente del dioxido de azufre producido (por ejemplo para dar acido sulfurico), sena deseable llevar a cabo la combustion en un gas de combustion enriquecido con oxfgeno frente al aire.

De este modo, el documento EP1262451 A2 da a conocer un procedimiento para la produccion de dioxido de azufre mediante combustion de azufre con oxfgeno puro sin ningun tipo de gas inerte, diluyendose el oxfgeno puro mediante gas de combustion recirculado, que se enfrio previamente para garantizar una combustion por debajo de 1200°C.

No obstante, la combustion de azufre y compuestos que contienen azufre, tales como, por ejemplo, sulfuro de hidrogeno, en un gas de combustion rico en oxfgeno, ocasiona algunos problemas tecnicos.

El aumento de la concentracion de oxfgeno ocasiona un aumento de la temperatura de llama adiabatica. Altas temperaturas de llama y temperaturas maximas de llama pueden conducir a un deterioro (combustion) de la tobera, y aumentan la formacion de NO en la llama.

Ademas es de temer un deterioro de la pared de la camara de combustion, que contiene habitualmente hierro. Por ejemplo, para impedir la formacion de sulfuro de hierro (II) FeS, disulfuro de hierro (II) (FeS2), o sulfuro de hierro (III) (Fe2S3), la temperatura de pared de la camara de combustion se debfa situar por debajo de 480°C. Del otro lado, la temperatura de pared de la camara de combustion se debfa situar por encima del punto de condensacion de acido sulfurico. El punto de condensacion de acido sulfurico es dependiente de la concentracion de SO3 y de H2O en el gas de combustion, siendo la concentracion de SO3 dependiente a su vez de las concentraciones de SO2 y O2, asf como de la temperatura y el tiempo de residencia, pudiendo ser significativas tambien sustancias de accion catalttica.

Como ya se ha discutido, a temperaturas mas elevadas se debe contar con la formacion de NOx termico a partir de nitrogeno molecular (N2). La formacion de NOx termico es dependiente, entre otras cosas, de la temperatura y del tiempo de residencia. A altas temperaturas y en un tiempo de residencia largo en la zona de combustion, se efectua una formacion de oxido de nitrogeno intensificada. Ya que en las camaras de combustion adiabaticas empleadas convencionalmente para la combustion de azufre es necesario un tiempo de residencia largo, debido a la combustion completa requerida, estos tipos de camara de combustion no son eficientes. Ademas de este NOx termico, en el caso de combustion de compuestos que contienen azufre de fuentes organicas, tambien puede ser significativa la formacion de NOx a partir de nitrogeno enlazado qmmicamente (por ejemplo en amoniaco o aminas).

Para la reduccion de la temperatura en la camara de combustion, en la solicitud de patente sin examinar DE10351808A1 se propone recircular una parte de SO2 formado para la dilucion de la mezcla de reaccion. La combustion se efectua en condiciones adiabaticas, es decir, la limitacion de temperatura se consigue unicamente mediante dilucion del gas de combustion con SO2. En el procedimiento resultante de esta propuesta se conduce como gas de circuito aproximadamente 80 % en peso de SO que sale de la camara de combustion. Debido a la proporcion elevada de gas de circulacion son necesarias potencias de ventilador elevadas y grandes dimensiones de instalacion, o bien secciones transversales de canalizacion, lo que conduce a un procedimiento poco rentable.

En el documento US 3 803 297 se describe un procedimiento para la produccion de trioxido de azufre y acido sulfurico, en el que se quema azufre, en primer lugar con oxfgeno tecnico en una pluralidad de etapas de combustion sucesivas, para dar SO2. En las etapas de combustion aisladas, la combustion se efectua bajo condiciones adiabaticas. Entre las etapas de combustion se efectua un enfriamiento En las primeras etapas de combustion se mezcla 5 % a 40 de la cantidad total de azufre a oxidar con la cantidad molar media a completa de trioxido de azufre recirculado. La adicion de trioxido de azufre ocasiona un enfriamiento en la combustion. Las altas temperaturas de combustion en la combustion de azufre ocasionan una descomposicion de trioxido de azufre a dioxido de azufre, y es ineficiente bajo puntos de vista economicos. Ademas es desfavorable la combustion realizada bajo condiciones adiabaticas, ya que la acumulacion de calor se puede regular solo a traves de la composicion del gas. Ya que es un objetivo quemar los eductos en concentraciones elevadas, es necesario un numero correspondientemente elevado de refrigeraciones intermedias entre las etapas de combustion, para limitar las temperaturas a un valor maximo requerido de 2000°.

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Tambien en el documento US 3 803 298 se describe un procedimiento para la produccion de trioxido de azufre y acido sulfurico, en el que se quema azufre, en primer lugar con oxfgeno tecnico en una pluralidad de etapas de combustion sucesivas, para dar SO2. De modo correspondiente, es valido lo explicado en el documento US 3 803 298.

El documento 5 807 530 da a conocer un procedimiento para la combustion de azufre, en el que se quema azufre lfquido en forma de gotitas finamente distribuidas con un exceso estequiometico de aire reducido. En este caso, el exceso estequiometrico de aire reducido se debe mantener en los lfmites estrechos de 100 a 102 % de la cantidad de aire requerida para una reaccion estequiometrica de azufre, para impedir la formacion de oxidos de nitrogeno.

La combustion de compuestos que contienen azufre, en especial de compuestos que contienen sulfuro de hidrogeno, juega un papel significativo en la elaboracion de gases de escape de la tecnica de refinena. Los combustibles fosiles, tales como gas natural, carbon, arena petrolffera, pizarra bituminosa y petroleo, contienen compuestos de azufre organicos e inorganicos.

La eliminacion de estos compuestos de azufre es necesaria no solo para el tratamiento subsiguiente del material crudo, sino que sirve, sobre todo, tambien para la reduccion de impurezas del aire. Los requisitos legales en las cantidades residuales de compuestos de azufre en gases de escape han aumentado considerablemente en los anos pasados.

Para la eliminacion de compuestos de azufre a partir de combustibles y productos de combustion, existen una pluralidad de procesos de transformacion ffsicos y qmmicos.

En el caso de combustibles solidos, tras la combustion en central electrica como dioxido de azufre, los compuestos de azufre se absorben mediante una desulfuracion de gas de combustion, por ejemplo por medio de lechada de cal, y se transforman en sulfito de calcio. Mediante oxidacion con oxfgeno residual contenido en el gas de escape se forma yeso como producto final.

En el caso de combustibles lfquidos (por ejemplo combustible Diesel o aceite combustible ligero), se prescriben contenidos en azufre admisibles como maximo. La desulfuracion de estos combustibles se lleva a cabo ya en las refinenas. Los compuestos de azufre presentes en el petroleo se recuperan tras la destilacion, presentando la denominada fraccion de crudo pesado las maximas concentraciones de azufre. La desulfuracion se efectua habitualmente con ayuda de hidrogeno gaseoso. En este caso, los compuestos de azufre organicos se transforman en sulfuro de hidrogeno. A continuacion se efectua la eliminacion de sulfuro de hidrogeno, por ejemplo por medio de un lavado con aminas. En el caso del lavado con aminas, el gas de proceso que contiene sulfuro de hidrogeno, denominado gas acido (gas sulfuroso/gas acido) se une a una amina en un absorbedor. Se produce un gas sensiblemente liberado de H2S (gas dulce) y una disolucion de amina cargada con H2S. En el regenerador se efectua la separacion termica de los componentes acidos de la amina, de modo que la amina se puede emplear de nuevo para el lavado. El gas concentrado, que contiene sulfuro de hidrogeno, presenta concentraciones de H2S hasta 90 % en volumen. Este gas se emplea habitualmente para la produccion de azufre segun el procedimiento de Claus.

En la industria petroqmmica se produce ademas el denominado gas de rectificador de aguas acidas (SWSG, por sus siglas en ingles), que presenta una composicion de proporciones molares de sulfuro de hidrogeno, agua y amoniaco aproximadamente iguales.

Tambien en el caso de combustion de carbon o crudo pesado en centrales electrical en la que el combustible se gasifica previamente bajo falta de oxfgeno, se produce un gas de smtesis que contiene sulfuro de hidrogeno, que se purifica antes de la combustion.

El sulfuro de hidrogeno se presenta ademas en diferentes concentraciones en el gas natural asociado y en el gas natural, con una proporcion de hasta 30 % en volumen, y en el gas de escape de instalaciones depuradoras con una proporcion de hasta 5 % en volumen.

La utilizacion industrial de sulfuro de hidrogeno es limitada. Por lo tanto, habitualmente se transforma el mismo en primer lugar en azufre elemental, y a continuacion en acido sulfurico.

Si el sulfuro de hidrogeno en el gas de escape se presenta en forma concentrada, es decir, con contenidos de mas de 20 % en volumen, de este modo es rentable la produccion de azufre segun el denominado procedimiento de Claus.

El procedimiento de Claus comprende los siguientes pasos de reaccion:

2 H2S + 3 O2 ^ 2 SO2 + H2O 2 H2S + SO2 ^3 S + 2 H2O

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La produccion de azufre segun el procedimiento de Claus se efectua tecnicamente en varias etapas. En una primera etapa se quema H2S en una instalacion de combustion para dar SO2. El SO2 formado en este caso reacciona ya en una gran parte con H2S remanente para dar azufre en la instalacion de combustion. Tras precipitacion de azufre, siguen una o varias etapas catalfticas para la reaccion subsiguiente de H>S con SO2.

En el caso del procedimiento de Claus es importante el cumplimiento de la estequiometna, ya que, en caso contrario, el SO2 o el H2S exdecente pueden cargar el medio ambiente.

Ademas, la reaccion de H2S con SO2 en el procedimiento de Claus se efectua de manera incompleta. Para aumentar ulteriormente el grado de retencion de azufre, se han desarrollado diversos procedimientos que purifican el gas de escape tras las etapas cataltticas de compuestos de azufre. El mas conocido es el denominado procedimiento SCOT (Shell Claus Offgas Treating).

La mayor parte de azufre obtenido a partir de gases de escape que contienen H3S se elabora ulteriormente para dar acido sulfurico. En este caso, bajo ciertas circunstancias es ventajoso quemar sulfuro de hidrogeno directamente para dar dioxido de azufre, y oxidar ulteriormente el mismo de manera inmediata para dar trioxido de azufre, y no seguir el desvfo a traves de azufre (procedimiento de Claus).

El denominado procedimiento de WSA (WSA, por sus siglas en ingles = acido sulfurico hidratado) transforma directamente gases de escape que contienen sulfuro de hidrogeno en acido sulfurico. En este caso, el gas que contiene sulfuro de hidrogeno se quema primeramente, y el gas que contiene agua y dioxido de azufre se alimenta a continuacion a una oxidacion catalttica. El SO3 formado en este caso reacciona con el agua presente para dar H2SO4. A continuacion, el H2SO4 lfquido se produce mediante condensacion de acido sulfurico gaseoso. La combustion de H2S se efectua con aire en horno de combustion no refrigerado, es decir, adiabatico (Sulphur 312, Sept./Oct. 2007, paginas 80-85).

Adicionalmente a gases que contienen sulfuro de hidrogeno, en la industria petroqmmica se producen aun una serie de gases que contienen azufre ulteriores, que se deben tratar igualmente en base a las directrices medioambientales (por ejemplo ley federal sobre inmision).

Por ejemplo se deben citar gases de escape que contienen azufre a partir de procesos de calcinacion, que presentan una concentracion de SO2 relativamente elevada (hasta 10000 ppm).

Ademas se producen cantidades elevadas de gases de combustion en procesos de combustion, que pueden presentar igualmente concentraciones de SO2 considerables. Hasta la fecha, estas se tratan habitualmente segun la desulfuracion de gas de combustion mencionada anterormente, por ejemplo con lechada de cal, en la que se producen grandes cantidades de yeso.

El gas de escape que se produce en el paso de regeneracion de un craqueador catalttico fluidizado en la industria de elaboracion de petroleo contiene aun proporciones de componentes oxidables, tales como monoxido de carbono, asf como proporciones mas elevadas de oxidos de nitrogeno, como compuesto que contiene azufre, ademas de proporciones de SO2 dignas de mencion, de modo que tambien en este caso es necesaria una combustion subsiguiente.

Partiendo del estado de la tecnica descrito, se plantea la tarea tecnica de poner a disposicion un procedimiento y un dispositivo para la combustion de azufre y/o compuestos que contienen azufre, en especial gases que contienen sulfuro de hidrogeno, a traves del cual se posibilite una produccion eficiente de gases que contienen SO2 con una concentracion de SO2 elevada. La combustion se debfa efectuar preferentemente con un gas de combustion, que presentara al menos una proporcion de oxfgeno tan elevada como aire, pero que presentara preferentemente una proporcion de oxfgeno mas elevada. El procedimiento y el dispositivo debfan ser en especial apropiados para poner a disposicion dioxido de azufre como fuente para la produccion subsiguiente de acido sulfurico o gases que contienen SO3 altamente concentrados. Ademas, el dispositivo y el procedimiento debfan ser apropiados para oxidar gases que contienen sulfuro de hidrogeno, como se producen, por ejemplo, en la tecnica de refinena, en concentraciones elevadas para dar SO2.

Este problema se soluciona mediante los objetos de las reivindicaciones independientes 1 y 9. En las reivindicaciones dependientes se encuentran formas de realizacion preferentes.

Por lo tanto, un primer objeto de la presente invencion es un dispositivo, en lo que sigue llamado instalacion de combustion, para la combustion continua de azufre y/o de un compuesto que contiene azufre bajo formacion de dioxido de azufre.

Otro objeto de la presente invencion es un procedimiento para la combustion continua de azufre y/o de un compuesto que contiene azufre bajo formacion de dioxido de azufre. El procedimiento segun la invencion se realiza en la instalacion de combustion segun la invencion.

Un procedimiento continuo en el sentido de esta invencion es un procedimiento en el que la adicion de los eductos en un reactor y la descarga de productos del reactor tienen lugar de manera simultanea pero separada

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espacialmente, mientras que, en el caso de un procedimiento discontinuo, la secuencia de reaccion adicion de eductos, reaccion qmmica y descarga de productos se desarrollan sucesivamente. El tipo de procedimiento continuo es ventajoso economicamente, ya que se evitan tiempos de parada del reactor debido a procesos de carga y vaciado, y tiempos de reaccion largos, por ejemplo debidos a especificaciones tecnicas de seguridad, o debido a procesos de calentamiento y enfriamiento, como se presentan en el caso de procedimientos discontinuos.

En funcion de las condiciones ambientales, tales como presion y temperatura, el azufre elemental se puede presentar en diferentes estados de agregacion (solido, lfquido, gaseoso) y/o modificaciones (por ejemplo azufre ortorrombico o monoclmico). Si en este caso se trata de azufre o azufre elemental, no se diferencia entre tales modificaciones; mas bien, todos los estados de agregacion, modificaciones y mezclas de los mismos concebibles estan comprendidos en los conceptos aqm empleados. Para todas las demas sustancias aqm indicadas es valida una analogfa.

Se entiende por un compuesto que contiene azufre una sustancia o una mezcla de sustancias que se puede hacer reaccionar con oxfgeno bajo formacion de dioxido de azufre. Son ejemplos de tales compuestos que contienen azufre sulfuro de hidrogeno (H2S), disulfuro de carbono (CS2) y sulfuro de oxido de carbono (COS).

Como expresion generalizada, que comprende tanto el concepto azufre, como tambien el compuesto que contiene azufre, en este caso se emplea el concepto compuesto de azufre.

La combustion de azufre elemental tiene la ventaja de que, ademas del dioxido de azufre deseado, no se presentan otros productos. Por lo tanto, en una forma de realizacion preferente se emplea como educto una sustancia con una proporcion elevada de al menos 90 % en peso, de modo especialmente preferente de al menos 90 % en peso, de modo muy especialmente preferente de al menos 98 % en peso de azufre elemental. Vease a tal efecto ejemplo 1 (combustion de azufre con aire) y ejemplo 2 (combustion de azufre con oxfgeno).

En otra forma de realizacion preferente se emplea como educto una sustancia con una proporcion de al menos 30 % en moles, preferentemente al menos 60 % en moles, de modo especialmente preferente al menos 80 % en moles de sulfuro de hidrogeno. Por ejemplo, es concebible que el educto sea un gas de escape como se produce tras el lavado con aminas en una refinena (vease, por ejemplo, A. J. Kidnay, William R. Parrish: Fundamentals of Natural Gas Processing, CRC Press, 2006). Tales gases de escape presentan habitualmente una proporcion de 80-90 % en moles de H2S y se denominan en este caso gas acido ammico (AAG, por sus siglas en ingles). Otro componentes son habitualmente CO2, H2O, N2, hidrocarburos y/o aminas. Otra posible sustancia de partida, que puede estar presente en el educto al menos proporcionalmente, es el gas resultante de un rectificador de aguas acidas, que presenta aproximadamente la composicion molar 1/3 de H2S, 1/3 de H2O y 1/3 de NH3. Este se denomina tambien gas de escape de rectificador de aguas acidas (vease, por ejemplo, Arthur Kohl, Richard Nielsen: Gas Purification, 5a Edicion, Gulf Publishing Company, 1997). Vease a tal efecto ejemplo 3 (combustion de gases que contienen azufre con aire) y ejemplo 4 (combustion de gases que contienen azufre con oxfgeno).

En una forma de realizacion preferente se queman conjuntamente diversos compuestos de azufre.

La combustion de compuestos de azufre segun la invencion se efectua con un gas de combustion, por ejemplo con aire. En una forma de realizacion preferente, el gas de combustion presenta una proporcion de oxfgeno mas elevada que el aire. La proporcion de oxfgeno asciende al menos a 20 %, preferentemente al menos 40 %, de modo especialmente preferente al menos 70 %, de modo muy especialmente preferente al menos 90 %, del modo mas preferente al menos 90 %. Otros componentes habituales son CO2, gases nobles, nitrogeno y/o agua.

El producto que se forma en la combustion de compuestos de azufre en el gas de combustion, y que contiene esencialmente SO2 y cantidades no transformadas de oxfgeno, se denomina gas de reaccion en este caso. Otros componentes del gas de reaccion pueden ser, por ejemplo, nitrogeno, dioxido de carbono, trioxido de azufre y agua.

La combustion se efectua en una instalacion de combustion. La instalacion de combustion segun la invencion presenta al menos una entrada para el gas de combustion y al menos una salida para el gas de reaccion obtenido. Entre la entrada y la salida se encuentran al menos dos zonas de combustion sucesivas. El gas de combustion se transporta a la instalacion de combustion a traves de la entrada, y recorre sucesivamente las zonas de combustion. En las zonas de combustion se inyecta en el gas de combustion y se quema uno o varios compuestos de azufre.

La instalacion de combustion segun la invencion dispone de medios para la refrigeracion, de modo que se puede descargar el calor producido en la combustion. En contrapartida a la mayor parte de instalaciones de combustion descritas en el estado de la tecnica para la combustion de compuestos de azufre, la instalacion de combustion segun la invencion es realizada de modo no adiabatico. Por lo tanto, la instalacion de combustion segun la invencion no esta sujeta a la limitacion de que el calor producido en la combustion se pueda regular solo a traves de la composicion de gas. En su lugar, es posible descargar el calor donde se produce. El

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enfriamiento se efectua preferentemente de dos diferentes maneras: un enfriamiento de pared y un denominado enfriamiento intermedio. En el enfriamiento de pared se enfna la pared de la instalacion de combustion. En este caso, la descarga de calor de una zona de combustion se efectua principalmente mediante radiacion. Adicionalmente, la combustion se distribuye en diversas zonas de combustion dentro dela instalacion de combustion. Tras cada zona de combustion esta conectado uno o varios intercambiadores de calor para la conduccion de calor de reaccion (enfriamiento intermedio). En este caso, la descarga de calor se efectua principalmente a traves de conveccion. Por lo tanto, todas las zonas de combustion estan realizadas de modo no adiabatico.

El concepto zona de combustion no se debe entender de modo que la combustion de un compuesto de azufre se efectue exclusivamente en tal zona. De hecho, la zona de combustion se define por que en la misma se efectua la adicion de al menos un compuesto de azufre en el gas de combustion y la ignicion del compuesto de azufre. Para controlar el calor de combustion y limitar la temperatura en la instalacion de combustiona un valor maximo de 2000°C, la adicion de uno o varios compuestos de azufre se efectua segun la invencion en diferentes puntos dentro de la instalacion de combustion, entre los cuales se enfna el gas de reaccion; adicionalmente se enfna la pared de la instalacion de combustion. Por lo tanto, la combustion puede tener lugar absolutamente a traves del volumen total de la instalacion de combustion, es decir, tambien entre dos zonas de combustion.

La instalacion de combustion segun la invencion es preferentemente una caldera acuotubular (construccion tubo-puente-tubo). Las calderas acuotubulares son conocidas por el especialista de tecnica energetica y de tecnica de procedimientos qmmicos a partir del estado de la tecnica (vease, por ejemplo, Dubbel interaktiv, Taschenbuch fur den Maschinenbau, L.6.1.1.). El enfriamiento intensivo de las paredes asegura que la temperatura superficial de la pared metalica permanezca por debajo de la temperatura caracterizada por la formacion de sulfuro de hierro, de aproximadamente 480°C, tambien si en las zonas de combustion dominan temperaturas de hasta 2000°C. Las temperaturas de pared se situan preferentemente en el intervalo de 200°C a 400°C, preferentemente en el intervalo de 240 a 350°C. Para la reduccion de la descargade calor a traves de la pared, tambien se puede revestir la construccion tubo-puente-tubo.

Como se ha descrito, tras las zonas de combustion aisladas estan conectados medios para el enfriamiento del gas de reaccion. Para el enfriamiento se emplean, por ejemplo, intercambiadores de calor. Los intercambiadores de calor conectados tras las diversas zonas de combustion utilizan preferentemente agua lfquida, una mezcla de vapor de agua bifasica y/o vapor de agua para el enfriamiento. El calor de reaccion se puede emplear, por ejemplo, para la produccion de vapor de alta presion, por ejemplo a 30 bar u 80 bar.

Preferentemente, la totalidad, o al menos una gran parte de gas de combustion, se transporta a traves de una o varias entradas en un extremo de la instalacion de combustion al mismo. Esto significa que la cantidad de oxfgeno, que se requiere para la combustion completa de compuestos de azufre en las zonas de combustion sucesivas se alimenta ya completamente o casi completamente a la primera zona de combuston. En todas las zonas de combustion, la combustion se desarrolla en exceso de oxfgeno (es decir, en proporcion sobreestequiometrica respecto a oxfgeno). La adicion del gas de combustion se puede efectuar sin torsion o con torsion.

Una parte menor del gas de combustion (el resto) se emplea para la inyeccion del compuesto de azufre en las zonas de combustion y/o para el enfriamiento de las toberas. Para la inyeccion del compuesto de azufre y/o para el enfriamiento de las toberas, tambien se puede emplear aire, o preferentemente un gas, que dispone de una proporcion de oxfgeno menor que el gas de combustion. Como el denominado gas de inyeccion y/o de refrigeracion de tobera se emplea preferentemente gas de reaccion recirculado al menos proporcionalmente que contiene SO2 o (si esta presente) otro gas que contiene SO2 con contenido en oxfgeno reducido (vease detalles mas adelante).

En una forma de realizacion preferente se anaden al gas de combustion cantidades no transformadas de dioxido de azufre y/u oxfgeno, es decir, una parte del gas de reaccion se conduce en circuito. Se producen ventajas por una parte a traves de la dilucion del gas de combustion (en el caso de recirculacion de un gas con un contenido en oxfgeno menor que en el gas de combustion) y la menortemperatura local que acompana a la misma en la combustion (por ejemplo efecto refrigerante en toberas), y por otra parte a traves de la mejor utilizacion de los eductos.

En toda recirculacion es concebible tanto la recirculacion de una parte del gas de reaccion directamente tras la combustion, como tambien - en el caso de la siguiente oxidacion ulterior del gas de reaccion para dar SC3 - la recirculacion de cantidades no transformadas de SO2 y/u O2 tras la absorcion y/o condensacion de SO3. El gas recirculado se denomina generalmente gas de circulacion en este caso.

En el sentido de circulacion, la camara de combustion esta distribuida en al menos dos zonas de combustion, como se indica anteriormente. El numero de zonas de combustion se situa preferentemerte en el intervalo de 2 a 8, de modo especialmente preferente en el intervalo de 2 a 5. En las zonas de combustion se encuentran

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puntos de inyeccion para la alimentacion del compuesto de azufre. La instalacion de combustion esta disenada de modo que el compuesto de azufre, tras entrada en las zonas de combustion, se inflame en las mismas.

La estabilidad de ignicion se puede asegurar mediante diversas medidas. Por ejemplo, es concebible calentar previamente el gas de combustion a una temperatura por encima de la temperatura de ignicion del compuesto de azufre. Es concebible mezclar el gas de combustion con gas de circulacion caliente para alcanzar una temperatura por encima de la temperatura de ignicion. Asimismo la combustiones concebible que el gas de combustion presente una temperatura por debajo de la temperatura de ignicion del compuesto de azufre, y la llama se estabilice mediante una zona de recirculacion. En la zona de recirculacion se efectua un reflujo, forzado por la tecnica de circulacion, de gas de reaccion caliente de vuelta a la rafz de la llama. Este reflujo forzado se puede realizar mediante zonas de recirculacion externas en el caso de una llama sin torsion, o mediante zonas de recirculacion internas en el caso de una llama con torsion.

El compuesto de azufre se inyecta habitualmente en las zonas de combustion a traves de toberas apropiadas. Para azufre u otras corrientes lfquidas que contienen azufre es concebible el uso de una tobera comercial (de mezcla interna o de mezcla externa). El azufre se introduce habitualmente en forma lfquida en la camara de combustion. Como medio de pulverizacion se emplea preferentemente un gas que dispone de un contenido en oxfgeno moderado. Este puede ser, por ejemplo, aire o gas de circulacion, o una mezcla de gas de combustion y gas de circulacion. De este modo se reduce la temperatura de llama local en la proximidad de la tobera, y se evita un deterioro de la boquilla de la tobera.

Para la alimentacion de compuestos de azufre gaseosos, tales como, por ejemplo, gases que contienen sulfuro de hidrogeno, con una proporcion de sulfuro de hidrogeno de al menos 30 % en moles es apropiado, por ejemplo, un tubo de introduccion, en el que la velocidad de entrada axial en la camara de combustion asciende preferentemente a > 10 m/s, de modo especialmente preferente > 20 m/s. Tambien tales tubos de introduccion se deben denominar toberas en este caso.

Segun la invencion, para la adicion de un compuesto de azufre desde fuera, la tobera se enfna con un gas que presenta un contenido en oxfgeno menor que el gas de combustion, preferentemente con gas de circulacion (vease Fig. 3 y Fig. 4); tambien es concebible el uso de aire o corrientes gaseosas que contienen SO2 con contenido en oxfgeno reducido (por ejemplo gas de escape de instalaciones de calcinacion o regenerador del craqueador catalttico fluidizado). Esto posibilita la combustion con un gas de combustion con una concentracion de oxfgeno elevada sin destruccion de las toberas debido a temperaturas demasiado elevadas. La temperatura de llama local en la proximidad de la tobera se reduce hasta que no se efectue un deterioro de la boquilla de la tobera, es decir, la liberacion de calor intensiva se separa del punto de inyeccion inmediato.

Para la mejor mezcladura y para la produccion de una longitud de llama mas corta, en el caso de compuestos de azufre gaseosos, la corriente interna se tuerce en la tobera preferentemente mediante un dispositivo apropiado (vease por ejemplo el documento EP1526129A1).

Sorprendentemente se descubrio que no es necesaria una combustion completa del compuesto de azufre, como se requiere en el estado de la tecnica. Los ensayos han mostrado que los restos de azufre que permanecen en la instalacion de combustion no ejercen una influencia negativa. Por lo tanto, el dimensionado de la instalacion de combustion segun la invencion, en especial de las zonas de combustion, se efectua unicamente de modo que se obtenga una ignicion y una estabilidad de llama para asegurar una combustion completa en la zona de combustion. Esto conduce a una reduccion del tiempo de residencia en las zonas de llama especialmente calientes, y con ella a una formacion reducida de NOx termico. Ademas, la instalacion de combustion se puede configurar de manera mas compacta.

Si se hacen reaccionar entre sf, por ejemplo, azufre o H2S y O2 en forma pura, la temperatura de llama adiabatica asciende aproximadamente a 3000°C. Segun la invencion, la temperatura de llama se ajusta a un valor de como maximo 2000°C.

A traves de la cantidad de compuesto de azufre introducido en la corriente gaseosa principal por unidad de tiempo y la configuracion del medio refrigerante (refrigeracion de pared y/o refrigeracion intermedia), se puede controlar la acumulacion de calor en cada zona de combustion. En este caso, la dosificacion del compuesto de azufre en cada una de las zonas de combustion y la descarga de calor en y entre las zonas de combustion se ajustan de modo que la temperatura maxima en cada una de las zonas de combustionno sobrepase 2000°C.

El procedimiento segun la invencion esta caracterizado ademas por que las temperaturas maximas se reducen en el sentido de circulacion de zona de combustion a zona de combustion, es decir, en el sentido de circulacion se ajusta un gradiente respecto a la temperatura maxima (vease Fig. 5). De este modo, por ejemplo en una primera zona de combustion, que atraviesa la corriente de gas principal en primer lugar, se ajusta preferentemente la corriente masica maxima respecto al compuesto de azufre, que conduce a la mas elevada temperatura maxima en la camara de combustion. Esta temperatura maxima mas elevada asciende a 2000°C o menos. La temperatura maxima en la primera zona de combustion se situa preferentemente en el intervalo de 1000°C a 2000°C, de modo especialmente preferente en el intervalo de 1600°C a 1900°C. En las siguientes

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zonas de combustion en sentido de circulacion de la corriente gaseosa principal se reduce sucesivamente la temperatura maxima.

Ya que la combustion en todas las zonas de combustion transcurre en exceso de oxfgeno, la proporcion de materiales de partida en el educto, que contienen nitrogeno enlazado (por ejemplo NH3, compuestos de N organicos), se debfa mantener lo mas reducida posible para evitar la formacion de NOx a partir de nitrogeno enlazado.

La formacion de NOx a partir de nitrogeno enlazado se puede suprimir sensiblemente mediante condiciones reductoras, dominantes localmente en una zona de combustion. En una forma preferente de realizacion de la invencion, en la que se debe quemar proporcionalmente un material de partida que contiene azufre con nitrogeno enlazado, la dosificacion de este material de partida que contiene nitrogeno en la primera zona de combustion se efectua de modo que en la llama dominen condiciones reductoras. Esto sgnifica que en la llama esta presente menos oxfgeno que el que se requiere para la combustion completa del material de partida que contiene azufre y nitrogeno (condiciones subestequiometricas respecto a oxfgeno). En este caso, en la zona de combustion, en el centro y en especial en el extremo de la zona de combustion (visto en sentido de circulacion), dominan condiciones sobreestequiometricas respecto a oxfgeno, y las condiciones reductoras estan limitadas localmente a la llama. Mediante estas condiciones reductoras en la llama se suprime la formacion de oxidos de nitrogeno. A la primera zona de combustion siguen una o varias zonas de combustion ulteriores, en las que se anaden y se queman compuestos de azufre, que presentan una proporcion de nitrogeno enlazado nula o despreciable, y donde no son necesarias condiciones locales, reductoras en la llama.

Las condiciones reductoras en la llama se pueden producir, por ejemplo, mediante uso de los denominados quemadores de NOx de baja temperatura, que son bastante conocidos por el especialista de la tecnica de combustion y energetica (vease, por ejemplo, Prabir Basu et al., Boilers and Burner: Design and Theory, Mechanical Engineers Series, editorial Springer, 2000, capttulo 9-9).

Debido a las altas temperaturas de combustion de hasta 2000°C, en el caso de presencia de nitrogeno molecular (N2, por ejemplo proporcionalmente en el gas de combustion), tambien puede ser digna de mencion la proporcion de NOx formado termicamente. Por lo tanto, puede ser necesario anadir al gas de reaccion un compuesto de azufre en la ultima zona de combustion para reducir NOx presente. Como compuesto de azufre entra en consideracion, por ejemplo, azufre o H2S; preferentemente se emplea azufre.

La reduccion selectiva no catalttica de NOx a traves de azufre se probo ya en camaras de combustion adiabaticas, y se establecio en una camara de combustion no adiabatica en el intervalo de temperaturas muy limitado de 500°C a 700°C (vease, por ejemplo, el documento EP1295849A2). Sorprendentemente se determino que la accion selectivo-reductora de azufre es efectua a lo largo de un amplio intervalo de temperaturas, de modo que se puede utilizar para el procedimiento de combustion segun la invencion en una instalacion de combustion no adiabatica. Esto se efectua preferentemente mediante adicion de azufre en la ultima zona de combustion, vista en sentido de circulacion, en la que predominan temperaturas de combustion en el intervalo de 400°C a 1200°C, preferentemente en el intervalo de 600°C a 1000°C, de modo especialmente preferente en el intervalo de 700°C, y por debajo de 1000°C.

El gas de reaccion abandona habitualmente la camara de combustion con una temperatura de 300°C a aproximadamente 420°C. En este caso, el gas de reaccion esta constituido esencialmente por SO2, O2 y N2, y puede contener tambien fracciones de agua, SO3 y CO2. La proporcion de oxfgeno respecto a dioxido de azufre en el gas de reaccion, que abandona la instalacion de combustion, se situa preferentemente en una proporcion volumetrica de 0,2 a 1,5, preferentemente 0,5 a 0,9.

El procedimiento segun la invencion y el dispositivo segun la invencion son apropiados para la combustion de diversos compuestos de azufre, que se pueden quemar tambien conjuntamente.

En una forma de realizacion preferente se queman conjuntamente un compuesto de azufre con nitrogeno enlazado (preferentemente gas de rectificador de aguas acidas, SWSG, por sus siglas en ingles), un gas que contiene sulfuro de hidrogeno (preferentemente gas acido ammico, AAG, por sus siglas en ingles) y azufre elemental. El material de partida que contiene nitrogeno y el gas que contiene sulfuro de hidrogeno, o una parte de los mismos, se dosifican en la primera zona de combustion. Para la combustion del material de partida que contiene nitrogeno se utiliza un quemador de NOx de baja temperatura, para suprimir la formacion de NQ a partir del nitrogeno enlazado. En la llama del quemador de NOx de baja temperatura dominan condiciones reductoras, mientras que en la zona de combustion restante se presenta un exceso de oxfgeno. A la primera zona de combustion pueden seguir otras zonas de combustion, en las que se quema gas que contiene sulfuro de hidrogeno. En la ultima zona de combustion se efectua una adicion de azufre elemental para reducir NOx producido en la combustion (a partir de N2 y/o a partir de nitrogeno enlazado). Mediante esta combustion escalonada se obtiene un gas de reaccion con una proporcion elevada de SO2 y proporciones reducidas de NOx. Si se utiliza, por ejemplo, SWSG como material de partida que contiene nitrogeno y AAG como gas que contiene sulfuro de hidrogeno, la entrada de energfa introducida en la instalacion de combustion a traves del

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SWSG debfa ascender a lo sumo a 30 % de la entrada de energfa total introducida en la instalacion de combustion a traves de compuestos de azufre.

En otra forma de realizacion preferente, ademas de uno o varios compuestos de azufre se alimentan a la instalacion de combustion corrientes que contienen dioxido de azufre, que se deben someter a tratamiento termico para oxidar los componentes interferentes contenidos en las mismas (por ejemplo monoxido de carbono o componentes organicos). Estas corrientes pueden ser, por ejemplo, gases de escape del regenerador de un craqueador catalttico fluidizado en la industria de elaboracion de petroleo, de procesos de calcinacion o de instalaciones de disociacion de acido sulfurico. Los gases que contienen dioxido de azufre presentan habitualmente un contenido en oxfgeno relativamente reducido, y por lo tanto conducen a una dilucion del gas de combustion, lo que puede ser ventajoso para el control de temperatura en la instalacion de combustion. Los gases de escape se alimentan de este modo a una utilizacion razonable.

La invencion se explica mas detalladamente a continuacion por medio de ejemplos ulteriores, pero sin limitarla a los mismos.

La Figura 1a muestra esquematicamente una forma preferente de realizacion de la instalacion de combustion 100 segun la invencion. A traves de una entrada inferior (101) se transporta el gas de combustion que contiene O2 (102) a la instalacion de combustion. A esta corriente gaseosa principal se pueden anadir componentes no transformados del procedimiento segun la invencion o de procesos que siguen al procedimiento segun la invencion (gas de circulacion, 103). La alimentacion del compuesto de azufre (S) se efectua a lo largo del sentido de circulacion en tres zonas de combustion sucesivas (301, 302, 303, representadas por lmeas discontinuas). En este caso, la alimentacion del compuesto de azufre (S) se efectua lateralmente en cada caso (110, 120, 130). Como se ha descrito anteriormente, para la inyeccion de compuestos de azufre lfquidos y para la refrigeracion de toberas se puede emplear igualmente, por ejemplo, gas de circulacion (no representado explfcitamente en la figura). Las zonas de combustion se efectuan de manera no adiabatica, lo que se realiza, entre otras, mediante una refrigeracion de pared (500) en el presente caso. Entre las zonas de combustion estan dispuestos ademas intercambiadores de calor para la refrigeracion (401, 402). A continuacion de la ultima zona de combustion (303) se efectua una refrigeracion ulterior (403), antes de que el gas de reaccion (109) abandone la instalacion de combustion segun la invencion.

La Figura 1b muestra esquematicamente otra forma preferente de realizacion de la instalacion de combustion 100 segun la invencion. A traves de una entrada inferior (101) se transporta el gas de combustion que contiene O2 a la instalacion de combustion. La alimentacion del compuesto de azufre (S) se efectua a lo largo del sentido de circulacion en dos zonas de combustion sucesivas (301, 302, representadas por lmeas discontinuas). En este caso, la alimentacion del compuesto de azufre (S, 110) se efectua centrada en la alimentacion (101) del gas de combustion en la primera zona de combustion (301), y lateralmente en la segunda zona de combustion (S, 120). Como se ha descrito anteriormente, para la inyeccion de compuestos de azufre lfquidos y para la refrigeracion de toberas se puede emplear, por ejemplo, gas de circulacion (no representado explfcitamente en la figura). Las zonas de combustion se efectuan de manera no adiabatica, lo que se realiza, entre otras, mediante una refrigeracion de pared (500) en el presente caso. Entre las zonas de combustion esta dispuesto ademas un intercambiador de calor para la refrigeracion (401). A continuacion de la ultima zona de combustion (302) se efectua una refrigeracion ulterior (402), antes de que el gas de reaccion (109) abandone la instalacion de combustion segun la invencion.

La Figura 1c muestra esquematicamente una forma preferente de realizacion de la instalacion de combustion 100 segun la invencion. A traves de una entrada inferior (101) se transporta el gas de combustion que contiene O2 (102) a la instalacion de combustion. A esta corriente gaseosa principal se pueden anadir componentes no transformados del procedimiento segun la invencion o de procesos que siguen al procedimiento segun la invencion, o por separado a traves de la entrada inferior (101) (gas de circulacion, 103). La alimentacion deuna parte de compuestos de azufre (S/H2S, 110a) se efectua en este caso centrada en la alimentacion (101) del gas de combustion o lateralmente (S, 110b) en la primera zona de combustion (301), y lateralmente en las zonas de combustion ulteriores en cada caso (S, 120, 130). Como se ha descrito anteriormente, se pueden alimentar varios compuestos de azufre diferentes (por ejemplo compuestos de azufre con nitrogeno enlazado, compuesto de azufre sin nitrogeno enlazado, azufre lfquido) (no representados explfcitamente en la figura). Las zonas de combustion se efectuan de manera no adiabatica, lo que se realiza, entre otras, mediante una refrigeracion de pared (500) en el presente caso. Entre las zonas de combustion estan dispuestos ademas intercambiadores de calor para la refrigeracion (401, 402). A continuacion de la ultima zona de combustion (303) se efectua una refrigeracion ulterior (403), antes de que el gas de reaccion(109) abandone la instalacion de combustion segun la invencion.

La Figura 2 muestra una seccion transversal a traves de la instalacion de combustion 100 mostrada en la Figura 1a, la Figura 1b y la Figura 1c, a la altura de puntos de inyeccion laterales (120) para el compuesto de azufre S. Estan presentes cuatro toberas, que conducen a una inyeccion en forma de abanico del compuesto de azufre. La refrigeracion de pared 500 se representa igualmente de manera esquematica.

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La Figura 3 muestra esquematicamente una forma de realizacion preferente de una tobera para la atomizacion de azufre lfquido en la camara de combustion. En el presente ejemplo, para la atomizacion se utiliza gas de circulacion (103a) (por ejemplo con una sobrepresion de 1 a 3 bar). La tobera se enfna ademas desde fuera con gas de circulacion (103b) (por ejemplo con una sobrepresion de < 100 mbar).

La Figura 4a muestra esquematicamente una forma de realizacion preferente de una tobera para la dosificacion de sulfuro de hidrogeno en la camara de combustion. En el tubo de introduccion esta colocado un cuerpo de torsion, que conduce a un ensanchamiento del cono de entrada de gas.

La Figura 4b muestra esquematicamente una forma de realizacion preferente para la entrada (101) para el gas de combustion (102), a traves de la que se anade tambien en posicion centrada una corriente que contiene azufre con nitrogeno enlazado (S / H2S / NH3). Esta forma de realizacion se efectua analogamente a un quemador de NOx de baja temperatura, en tanto la adicion del gas de combustion que contiene oxfgeno (102) y del gas de circulacion (103) en el quemador se efectue directamente de manera escalonada.

La Figura 5 muestra el perfil de temperatura en la camara de combustion en sentido de circulacion a lo largo de una linea L, que conduce paralelamente a un corte longitudinal a traves de la camara de combustion. Primeramente, la temperatura T en la primera zona de combustion 301 aumenta hasta un valor maximo Este valor maximo se mantiene en un valor de < 2000°C mediante refrigeracion. Tras la zona de combustion 301 esta conectada una refrigeracion intermedia 401, que conduce a un descenso de temperatura ulterior. En la segunda zona de combustion 302, la temperatura aumenta entonces a un valor maximo , que es menor

que . Tambien tras la zona de combustion 302 esta conectada una refrigeracion intensiva (402); la temperatura desciende. En la tercera zona de combustion 303, el gas de reaccion alcanza finalmente una temperatura maxima , que es menor que , El gas de reaccion se refrigera de nuevo (403) antes de abandonar la instalacion de combustion.

Cbservese que el perfil de temperaturas vana a traves de la seccion transversal de la instalacion de combustion; de este modo, las temperaturas cerca de las paredes de la instalacion de combustion son claramente mas reducidas debido a la refrigeracion de pared.

Ejemplo 1: combustion de azufre con aire

En lo que sigue, se describe como un ejemplo de realizacion del procedimiento segun la invencion el resultado de un calculo numerico para la combustion de azufre con aire.

Como eductos se alimentan 10 t/h de azufre y 79 t/h de aire desecado a una instalacion de combustion segun la invencion con dos zonas de combustion (vease la Figura 1b), alimentandose para el ejemplo la corriente masica de aire en la entrada de la instalacion de combustion, y la corriente masica de azufre en proporcion 9,0 : 1,0 a la primera y segunda zona.

Una parte reducida del aire de combustion (1,5 t/h) se utiliza para la inyeccion de azufre. La utilizacion de un gas de circuito no es necesaria, pero es posible en principio.

En la salida de la instalacion de combustion se obtienen 89 t/h de mezcla gaseosa que contiene SC2, que esta constituida por 22,5 % en peso de SO2, 9,5 % en peso de O2 y 68 % en peso de N2, y adicionalmente otros componentes.

La mezcla gaseosa que contiene SO2 se enfna a 420°C y se puede alimentar, por ejemplo, a pasos de procedimiento ulteriores para la produccion de acido sulfurico.

En el acondicionamiento de instalacion segun la invencion se muestra la ventaja decisiva frente a instalaciones de combustion convencionales para la combustion de azufre con aire: la instalacion de combustion segun la invencion no requiere camara de combustion alojada previamente, de modo que los costes de inversion (para la camara de combustion), asf como el volumen de construccion (tiempo de residencia y demanda de espacio), son claramente mas reducidos que en el caso de realizaciones convencionales.

Ejemplo 2: combustion de azufre con oxfgeno

En lo que sigue, se describe como un ejemplo de realizacion del procedimiento segun la invencionel resultado de un calculo numerico para la combustion de azufre con oxfgeno.

Como eductos se alimentan 10 t/h de azufre y 15,2 t/h de oxfgeno, con una proporcion volumetrica de 99,5 % de oxfgeno y 0,5 % de nitrogeno, a una instalacion de combustion segun la invencion con tres zonas de combustion, alimentandose para el ejemplo la corriente masica de oxfgeno en la entrada de la instalacion de combustion, y la corriente masica de azufre en proporcion 5,7-3,8 : 0,5 a la primera, segunda, y tercera zona.

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Adicionalmente se alimentan al gas de combustion 10,2 t/h de gas de circulacion, que esta constituido por 46 % en peso de O2, 15 % en peso de N2, 37 % en peso de SO2, asf como fracciones de Ar, CO2 y SO3, y adicionalmente otros componentes. Se emplean 1,5 t/h ulteriores de gas de circulacion para la inyeccion de azufre, y se emplean 1,2 t/h ulteriores de gas de circulacion como gas refrigerante de toberas.

En la salida de la instalacion de combustion se obtienen 38,1 t/h de mezcla gaseosa que contiene SO2, que esta constituida por 64,9 % en peso de SO2, 29,2 % en peso de O2, 5,3 % en peso de N2, y adicionalmente otros componentes.

La mezcla gaseosa que contiene SO2 se enfna a 430°C y se alimenta a pasos de procedimiento ulteriores para la produccion de acido sulfurico, haciendose reaccionar el SO2 contenido en un primer paso, en una instalacion de contacto tubular (vease, por ejemplo, el documento WO2008/052649A1) en 80 % para dar SO3, de modo que en la salida de la instalacion de contacto tubular se presenta una mezcla gaseosa constituida por 64,9 % en peso de SO3, 13,0 % en peso de SO2, 16,2 % en peso de O2, y adicionalmente otros componentes a 500°C. Una parte de este gas (12,9 t/h) se devuelve a la instalacion de combustion como gas de circulacion.

Ejemplo 3: combustion de gases que contienen sulfuro de hidrogeno con aire

En lo que sigue, se describe como un ejemplo de realizacion del procedimiento segun la invencion el resultado de un calculo numerico para la combustion de 6,1 t/h de gas acido ammico con una composicion de 85 % en moles de H2S, 7 % en moles de CO2 y 3 % en moles de CH4, ademas de 0,8 t/h de gas de rectificacion de aguas acidas con una composicion de 33 % en moles de H2S, 33 % en moles de H2O, 33 % en moles de NH3 y 1 % en moles de CH4, asf como 0,2 t/h de azufre lfquido en la instalacion de combustion con tres zonas de combustion segun la invencion. Como gas de combustion se emplean 52 t/h de aire de combustion con una proporcion de oxfgeno de 21 % en moles y una proporcion de nitrogeno de 79 % en moles.

En la instalacion de combustion tiene lugar una oxidacion completa de los gases de educto, de modo que en la salida de la camara de combustion se obtienen 59,1 t/h de mezcla gaseosa que contiene SO2 (104), que esta constituida por 9,0 % en moles de SO2, 11,4 % en moles de H2O, 5,1 % en moles de O2, 0,1 % en moles de CO2 y 73,7 % en moles de N2. La instalacion de combustion segun la invencion se configura y se hace funcionar en este caso de modo que la concentracion de oxidos de nitrogeno sea reducida (< 100 ppm). Esto se consigue mediante la distribucion de la alimentacion de los gases de educto: el gas de rectificador de aguas acidas se conduce hasta un 100 %, y el gas acido ammico se conduce hasta 60 % en la zona primera zona de combustion en posicion centrada a traves de la entrada interna para el aire de combustion. El gas acido ammico restante se introduce en la segunda zona de combustion. El azufre se inyecta completamente en la tercera zona de combustion. En la entrada, el aire de combustion se distribuye en la primera zona de combustion, de modo que en la llama predominan condiciones reductoras con un mdice de aire de 0,9. Para la atomizacion de azufre se emplean 40 kg/h, y para la refrigeracion de toberas se utilizan 600 kg/h del aire de combustion total.

El gas de proceso que contiene SO2 abandona la instalacion de combustion con una temperatura de 300 a 350°C y se alimenta a pasos de proceso posteriores (por ejemplo a un procedimiento de absorcion- regeneracion para la concentracion de SO2).

Ejemplo 4: combustion de gases que contienen sulfuro de hidrogeno con oxfgeno.

En lo que sigue, se describe como un ejemplo de realizacion del procedimiento segun la invencion el resultado de un calculo numerico para la combustion de 6,1 t/h de gas acido ammico con una composicion de 85 % en moles de H2S, 7 % en moles de CO2 y 3 % en moles de CH4, 0,8 t/h de gas de rectificacion de aguas acidas con una composicion de 33 % en moles de H2S, 33 % en moles de H2O, 33 % en moles de NH3 y 1 % en moles de CH4, 0,2 t/h de azufre lfquido, elemental, y 12,2 t/h de gas de combustion con una proporcion masica de 99,5 % de oxfgeno y 0,5 % de nitrogeno en una instalacion de combustion con tres zonas de combustion

Adicionalmente se anaden a la camara de combustion 8,2 t/h de gas recirculado, que procede, por ejemplo, de la primera etapa de absorcion de una instalacion de acido sulfurico con una instalacion de contacto tubular y una composicion constituida por 36,6 % en moles de O2, 35,0 % en moles de CO2, 15,7 % en moles de N2, 12,7 % en moles de SO2, asf como trazas de otros componentes.

En la instalacion de combustion tiene lugar una oxidacion completa de los gases de educto, de modo que en la salida de la camara de combustion se obtienen 30,1 t/h de mezcla gaseosa que contiene SO2, que esta constituida por 29,3 % en moles de SO2, 31,8 % en moles de H2O, 22,6 % en moles de O2, 11,2 % en moles de CO2, 5,1 % en moles de N2, y trazas de otros componentes. La instalacion de combustion segun la invencion se configura y se hace funcionar en este caso de modo que la concentracion de oxidos de nitrogeno sea reducida (< 100 ppm). Esto se consigue mediante la distribucion de la alimentacion de los gases de educto: el gas de rectificador de aguas acidas se conduce hasta un 100 %, y el gas acido ammico se conduce hasta 50 % en la zona primera zona de combustion en posicion centrada a traves de la entrada interna. Casi el gas de circulacion completo (cantidad total excepto gas de atomizacion y de refrigeracion de toberas, vease mas abajo) se introduce en la primera zona de combustion alrededor de los gases que contienen sulfuro de

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hidrogeno, a su vez de modo circundante, el gas de combustion se anade en la entrada inferior. El gas acido ammico restante se introduce en la segunda zona de combustion. El azufre se inyecta completamente en la tercera zona de combustion. Para la inyeccion de azufre se emplean 40 kg/h de gas de circulacion,y como aire refrigerante de toberas se emplean 600 kg/h de gas de circulacion.

El calor descargado se emplea para la produccion de vapor de agua y vapor sobrecalentado para laproduccion de corriente a traves de una turbina. En este caso se libera una cartidad de calor de aproximadamente 25 WM, que se utiliza para una produccion de aproximadamente 30 t/h de vapor de alta presion (30 bar).

El gas de combustion que contiene SO abandona la instalacion de combustion con una temperatura de 300 a 350°C, y se conduce ulteriormente, por ejemplo, a una instalacion posterior para la produccion de acido sulfurico.

Signos de referencia:

100 Instalacion de combustion

101 Entrada para gas de combustion

102 Gas de combustion

103 Gas recirculado del proceso (gas de circulacion)

109 Gas de reaccion

110 Puntos de inyeccion para compuesto de azufre

120 Puntos de inyeccion para compuesto de azufre

121 Compuesto de azufre inyectado

130 Puntos de inyeccion para compuesto de azufre

301 Zona de combustion

302 Zona de combustion

303 Zona de combustion

401 Refrigeracion intermedia

402 Refrigeracion intermedia

403 Intercambiador de calor (recalentador)

500 Refrigeracion de pared

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   REIVINDICACIONES

   1. - Procedimiento para la combustion de uno o varios compuestos de azufre, preferentemente de azufre y/o un gas que contiene sulfuro de hidrogeno, conduciendose el gas de combustion a traves de una instalacion de combustion, que presenta al menos dos zonas de combustion sucesivas en sentido de circulacion del gas de combustion, inyectandose en cada zona de combustion uno o varios compuestos de azufre en el gas de combustion, refrigerandose cada zona de combustion y estando conectado tras cada zona de combustion un intercambiador de calor con el que se refrigera el gas de reaccion, de modo que la temperatura maxima en cada una de las zonas de combustion no sobrepasa un valor de 2000°C, caracterizado por que las toberas para la inyeccion de uno o varios compuestos de azufre en las zonas de combustion se refrigeran desde fuera con un gas, que presenta una concentracion de oxfgeno que es menor que la del gas de combustion que entra en la instalacion de combustion, preferentemente gas de circulacion o aire, entrando el gas en las zonas de combustion y conduciendo el mismo a una reduccion de la concentracion de oxfgeno en la proximidad inmediata de las boquillas de tobera.
2. 2. - Procedimiento segun la reivindicacion 1, caracterizado por que al gas de combustion se alimenta un gas de circulacion que contiene dioxido de azufre y oxfgeno.
3. 3. - Procedimiento segun la reivindicacion 1 o 2, caracterizado por que la proporcion de oxfgeno en el gas de combustion, que se alimenta a la instalacion de combustion, asciende al menos a 20 %, preferentemente al menos 40 %, de modo especialmente preferente al menos 70 %, de modo muy especialmente preferente al menos 90 %, del modo mas preferente al menos 95 %.
4. 4. - Procedimiento segun una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que la inyeccion de uno o varios compuestos de azufre lfquidos se efectua con un gas, que presenta un contenido en oxfgeno mas reducido que el gas de combustion, preferentemente con gas de circulacion o aire.
5. 5. - Procedimiento segun una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que la temperatura maxima en zonas de combustion sucesivas desciende en sentido de circulacion del gas de combustion.
6. 6. - Procedimiento segun una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que en la ultima zona de combustion se anade al gas de reaccion un compuesto de azufre, preferentemente azufre, para reducir NOx presente.
7. 7. - Procedimiento segun una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que se queman conjuntamente un compuesto de azufre con nitrogeno enlazado, un gas que contiene sulfuro de hidrogeno y azufre elemental, dosificandose el compuesto de azufre que contiene nitrogeno y al menos una parte del gas que contiene sulfuro de hidrogeno en la primera zona de combustion, mientras que el azufre elemental se dosifica en la ultima zona de combustion.
8. 8. - Procedimiento segun una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que, ademas de uno o varios compuestos de azufre, se alimenta un gas que contiene dioxido de azufre, que contiene componentes oxidables, a la instalacion de combustion.
9. 9. - Instalacion de combustion para la combustion continua de uno o varios compuestos de azufre, preferentemente de azufre y/o un gas que contiene sulfuro de hidrogeno, bajo formacion de dioxido de azufre, que comprende al menos una entrada para la alimentacion de un gas de combustion que contiene oxfgeno, una salida para el gas de reaccion producido, y al menos dos zonas de combustion entre la entrada y la salida, disponiendo las zonas de combustion de toberas para la inyeccion de uno o varios compuestos de azufre en las zonas de combustion, pudiendose refrigerar las zonas de combustion y estando conectado un intercambiador de calor tras cada una de las zonas de combustion para la refrigeracion del gas de reaccion, caracterizada por que las toberas se pueden refrigerar desde fuera con un gas, que entra en las zonas de combustion y puede reducir la concentracion de oxfgeno en la proximidad inmediata de las boquillas de tobera frente a la concentracion de oxfgeno del gas de combustion que entra en la instalacion de combustion.
10. 10. - Instalacion de combustion segun la reivindicacion 9, caracterizada por que la instalacion de combustion dispone de medios para la recirculacion de cantidades no transformadas de dioxido de azufre y/u oxfgeno en el gas de combustion.