FR2838425A1 - Control of partial oxidation of gas flows containing hydrogen sulfide, uses a Claus furnace with structured injections of air and/or oxygen according to variations in the gas flow characteristics - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention con cerne u n p rocédé de contrôle de l'oxydatio nThe present invention relates to a process for controlling oxidation.
pa rtielle d'un gaz comprenant du sulfure d'hydrogène à l'aide d'air et d'oxygène dans un four Claus par gestion de l'introduction et des débits des différents flux gazeux dans le part of a gas comprising hydrogen sulfide using air and oxygen in a Claus furnace by managing the introduction and the flow rates of the various gas flows in the
brûleur Claus.Claus burner.
Des flux gazeux riches en sulfure d'hydrogène sont des déchets produits par de nombreuses industries, notamment rindustrie du raffinage du pétrole et de la - production de gaz naturei. Pour des raisons liées notamment à l'environnement, ces gaz riches en sulfure d'hydrogène ne peuvent étre libérés tels quels dans l'atmosphére. Il est donc necessaire de les traiter en vue de réduire notablement leur teneur en sulfure d'hydrogène. Un procédé bien connu pour traiter ces gaz riches en sulfure d'hydrogène est le procédé Claus modifié communément appelé Claus. Ce procèdé comprend une partie thermique et une partie catalytique. Dans la partie thermique sont réalisés deux réactions principales. La première réaction consiste à faire réagir une partie du sulfure d'hydrogène avec de 1'oxygène pour produire de l'eau et du dioxyde de soufre de la manière suivante: H2S + 3/2 O2 H20 + SO2 (i) Par cette première réaction, on procède à l'oxydation d'environ 113 du sulfure d'hydrogène à traiter. Les 2/3 restants sont mis à réagir avec le dioxyde de soufre formé au cours de la première étape ci-dessus, selon la réaction suivante, dite résction de Claus: 2 H2S SO2 3/2 S2+ 2 H2O (ii) Les produits de combustion sont ensuite refroidis dans une chaudière de ré cu pé ratio n de cha le u r, p u is da ns u n p remie r co nd enseu r d a n s lequel le so ufre élémentaire est récupéré sous forme liquide. Les gaz sont ensuite réchauffés à une température permettant leur traitement sur un ou plusieurs lits catalytiques (chacun de ces lits étant suivi d'un condenseur). Sur les lits catalytiques, la réaction de Claus se poursuit jusqu'à l'obtention d'un taux de conversion en sulfure d'hydrogène compatible avec les normes de rejet en dioxyde de soufre provenant de l'ultime étape du procèdé qui est l'incinération de l'H2S résiduel. Dans le cas o deux ou trois lits catalytiques ne permettent pas d'atteindre les normes de rejet en dioxyde de soufre, une unité de traitement de gaz de queue peut être ajoutée avant envoi Gas streams rich in hydrogen sulfide are wastes produced by many industries, including the petroleum refining and natural gas production industry. For reasons linked in particular to the environment, these gases rich in hydrogen sulphide cannot be released as such into the atmosphere. It is therefore necessary to treat them in order to significantly reduce their hydrogen sulfide content. A well known process for treating these gases rich in hydrogen sulfide is the modified Claus process commonly known as Claus. This process includes a thermal part and a catalytic part. In the thermal part, two main reactions are carried out. The first reaction consists in reacting part of the hydrogen sulfide with oxygen to produce water and sulfur dioxide in the following way: H2S + 3/2 O2 H2O + SO2 (i) By this first reaction, about 113 of the hydrogen sulfide to be treated is oxidized. The remaining 2/3 are reacted with the sulfur dioxide formed during the first step above, according to the following reaction, known as Claus resection: 2 H2S SO2 3/2 S2 + 2 H2O (ii) The products of combustion are then cooled in a heat recovery boiler, then it is supplied in the form of which the elemental sulfur is recovered in liquid form. The gases are then heated to a temperature allowing their treatment on one or more catalytic beds (each of these beds being followed by a condenser). On the catalytic beds, the Claus reaction continues until a conversion rate into hydrogen sulphide is obtained which is compatible with the standards for rejection into sulfur dioxide coming from the final stage of the process which is the incineration of residual H2S. In the case where two or three catalytic beds do not allow to reach the sulfur dioxide discharge standards, a tail gas treatment unit can be added before sending
des gaz résiduaires à l'incinérateur final. waste gases at the final incinerator.
Les flux gazeux riches en sulfure d'hydrogène traités en raffinerie peuvent parfois contenir de l'amrrroniac en plus du sulfure d'hydrogène. G'est le cas, par exemple, des gaz résiduaires issus des stripeurs d'eaux acides dans lesquels ies co ndensats de procédés (par exemple, étape d' hydrocraq uage o u de craquage catalytique en particulier pour des charges lourdes d'hydrodésulfuration) sont strippés à la vapeur afin de récupérer le su lfure d' hydrogène et l' ammoniac. Ces gaz sont typiquement composés d'un tiers de sulfure d'hydrogène, d'un tiers d'ammoniac et d'un tiers de vapeur d'eau. On peut donc traiter différents types de gaz riches en sulture d'hydrogène: ceux qui sont pauvres en ammoniac, dits gaz "acides", et ceux qui sont riches en ammoniac, dits gaz "ammoniaqués", L'évolution des qualités de fuels carburants vers une plus basse teneur en 1Q soufre impose une charge en gaz soufrés souvent de plus en plus importante sur les unités Ciaus. Celles-ci atteignent souvent leurs limites de fonctionnement en raison d'une limitation hydraulique. La perte de charge dans l'unité devient en effet trop importante au regard des quantités supplémentaires de gaz à traiter. Une solution alternative à l'investissement de capacités de traitement additionnelles réside dans l'enrichissement à l'oxygène de l'air de combustion. Ceci permet de réduire la quantité de gaz inerte contenu dans cet air de combustion et de diminuer la charge hydraulique de l'unité. Cet enrichissement à l'oxygène peut être réalisé par prémélange d'oxygène pur avec l'air de combustion en amont du four de l'unité Claus. Cette solution est très peu coûteuse en termes d'investissement. Elle est 2Q cependant limitée par des questions de sécurité liées à la compatibilité des canalisations et brûleurs prévus initialement pour la foumiture d'air. Il est donc d'usage de limiter l'enrichissement en oxygène de l'air de combustion à une valeur de 28 % en volume. Au-delà de cette valeur, la solution utilisant l'introduction directe d'oxygène pur dans la chambre de combustion doit être employée. Il existe des brûleurs permettant ce type d'injection d'oxygène pur et assurant le traitement de gaz acides et ammoniaqués à l'air et à l'oxygène pur. Habituellement, lorsque ces brûleurs fonctionne avec un flux d'air, le contrôle du procèdé se fait de la manière suivante: - le débit des gaz acide et ammoniaqué est mesuré. Le signal issu de cette mesure est converti en une demande d'air qui commande un point de consigne sur un premier débit d'air, dit débit "principai" (correspondant à environ 90 % de l'air The gas streams rich in hydrogen sulfide treated in a refinery can sometimes contain amrrroniac in addition to hydrogen sulfide. This is the case, for example, of the waste gases from the acid water strippers in which the co ndensates of the processes (for example, hydrocaking or catalytic cracking stage in particular for heavy hydrodesulfurization charges) are steam stripped to recover hydrogen sulfide and ammonia. These gases are typically composed of a third of hydrogen sulfide, a third of ammonia and a third of water vapor. We can therefore treat different types of gases rich in hydrogen culture: those which are poor in ammonia, called "acid" gases, and those which are rich in ammonia, called "ammonia" gases, The evolution of the qualities of fuels fuels towards a lower sulfur content imposes a load of sulfur gases often more and more important on Ciaus units. These often reach their operating limits due to hydraulic limitation. The pressure drop in the unit becomes too great with regard to the additional quantities of gas to be treated. An alternative to investing in additional treatment capacity is enriching the combustion air with oxygen. This makes it possible to reduce the quantity of inert gas contained in this combustion air and to reduce the hydraulic load of the unit. This oxygen enrichment can be carried out by premixing pure oxygen with the combustion air upstream from the furnace of the Claus unit. This solution is very inexpensive in terms of investment. It is, however, limited by security questions linked to the compatibility of the pipes and burners initially intended for the supply of air. It is therefore customary to limit the oxygen enrichment of the combustion air to a value of 28% by volume. Above this value, the solution using the direct introduction of pure oxygen into the combustion chamber must be used. There are burners allowing this type of injection of pure oxygen and ensuring the treatment of acid and ammonia gases in air and pure oxygen. Usually, when these burners operate with an air flow, the process is controlled as follows: - the flow of acid and ammonia gases is measured. The signal from this measurement is converted into an air request which controls a set point on a first air flow, called "main flow" (corresponding to approximately 90% of the air
total entrant dans le four).total entering the oven).
- il existe également un contrôle sur le gaz de queue par mesure de la proportion des molécules d'H2S et de SO2 car le ratio H2SISO2 doit être maintenu à 2 afin d'assurer la bonne marche de l'unité selon les conditions st_chiométriques de la réaction (ii). Le signal issu de la mesure de ce ratio est converti en une correction de la demande d'air. Cette correction se fait par le contrôle du débit d'air de combustion dit "secondaire" (correspondant à environ 10 % de l'air total entrant - there is also a control on the tail gas by measuring the proportion of the molecules of H2S and SO2 because the ratio H2SISO2 must be maintained at 2 in order to ensure the smooth running of the unit according to the st_chiometric conditions of the reaction (ii). The signal from the measurement of this ratio is converted into a correction of the air demand. This correction is made by controlling the flow of combustion air called "secondary" (corresponding to approximately 10% of the total incoming air
dans le four).in the oven).
Le document US 5,266,274 décrit un contrôle de-procédé d'oxydation lorsque le brûleur fonctionne avec des flux d'air et d'oxygène: I'injection d'oxygène est déclenchée en fonction de la valeur de la pression mesurèe dans la chambre de combustion. Ge type de réqulation ne permet qu'un contrôle en retour ("feedback" en anglais): il ne permet pas d'anticiper une augmentation de charge en gaz The document US Pat. No. 5,266,274 describes an oxidation process control when the burner operates with air and oxygen flows: the oxygen injection is triggered as a function of the value of the pressure measured in the combustion chamber. . This type of query only allows feedback control: it does not allow an increase in gas load to be anticipated
1Q comprenant du sulfure d'hydrogène. 1Q comprising hydrogen sulfide.
Da ns le cas d'une injection d'oxygène et d'un brûleur à al imentations en flux de gaz acide et ammoniaqué séparées, la gestion de la demande en air et en oxygène doit être adaptée. De plus, lorsque de l'oxygène est injecté, cette injection ne doit avoir lieu que lorsqu'elle est nécessaire, c'est-à-dire lorsque l'unité arrive à une limite de production maximale. Il est donc d'usage de ne déclencher l'injection d'oxygène que lorsqu'une valeur seuil précalibrée a été dépassée. Gette valeur seuil In the case of an oxygen injection and a burner with separate acid and ammonia gas flow supplies, the management of the air and oxygen demand must be adapted. In addition, when oxygen is injected, this injection should only take place when it is necessary, that is to say when the unit reaches a maximum production limit. It is therefore customary to trigger the oxygen injection only when a precalibrated threshold value has been exceeded. Gette threshold value
peut être, par exemple, le débit des gaz soufrés envoyés vers l'unité Claus. can be, for example, the flow of sulfur gases sent to the Claus unit.
Cependant, les gaz soufrés traités par les unités Glaus proviennent souvent d'unités de raffinage situées en amont. Par conséquent, les quantités de gaz soufrés entrant dans les unités Claus dépendent directement des conditions de fonctionnement des unités amont: il est très courant d'avoir un débit de gaz soufrés fluctuant autour d'une valeur moyenne. Dans le cas o cette valeur moyenne correspond au seuil de déclenchement de l'oxygène, il en résulte une fluctuation non souhaitée du système de régulation d'oxygéne: la vanne d'ouverture d'oxygène s'ouvrant et se fermant de manière intempestive. Ceci peut conduire à des difficultés en termes d'opération (alarmes sur débit bas en Qxygène intempestives et arrêt automatiques des vannes oxygène, réarmement nécessaire des équipements de régulation d'oxygène,....) Un but de la présente invention est donc de proposer un procédé de contrôle de l'oxydation partielle d'un gaz comprenant du sulfure d'hydrogène à l'aide d'un gaz However, the sulfur gases treated by the Glaus units often come from refinery units located upstream. Consequently, the quantities of sulfur gases entering Claus units depend directly on the operating conditions of the upstream units: it is very common to have a flow of sulfur gases fluctuating around an average value. In the case where this average value corresponds to the oxygen triggering threshold, this results in an undesired fluctuation of the oxygen control system: the oxygen opening valve opening and closing unexpectedly. This can lead to difficulties in terms of operation (alarms on untimely low oxygen flow and automatic shutdown of the oxygen valves, necessary resetting of the oxygen regulation equipment, etc.) An object of the present invention is therefore to propose a method for controlling the partial oxidation of a gas comprising hydrogen sulfide using a gas
Q comprenant de l'oxygène dans un four Claus. Q including oxygen in a Claus oven.
U n autre but est de proposer un procèdé de contrô le de l'oxydation partiel le d'un gaz comprenant du sulfure d'hydrogène à l'aide d'un gaz comprenant de l'oxygéne dans un four Claus dont le brûleur permet l'injection d'oxygène pur et d'air Another aim is to propose a process for controlling the partial oxidation of a gas comprising hydrogen sulphide using a gas comprising oxygen in a Claus oven whose burner allows injection of pure oxygen and air
et assure le traitement de gaz acides et ammoniaqués. and ensures the treatment of acid and ammonia gases.
l Un autre but est de proposer un procèdé de contrôle de l'oxydation partielle d'un gaz comprenant du sulfure d'hydrogène à l'aide d'un gaz comprenant de Another object is to propose a process for controlling the partial oxidation of a gas comprising hydrogen sulfide using a gas comprising
l'oxygène dans un four Claus fonctionnant en limite de capacité. oxygen in a Claus oven operating at capacity limit.
Dans ce but, I'invention conceme un procèdé d'oxydation partielle d'au moins un flux de gaz comprenant du sulfure d'hydrogène à l'aide d'au moins un gaz comprenant de l'oxygène dans un four Claus présentant une capacité maximale de traitement d'un débit de sulfure d'hydrogène QMAX dans lequel: - on mesure le débit du flux de gaz comprenant du sulfure d'hydrogène QAG, - S; QAG est inférieur au débit maximal de traitement du four (QMAX), alors on injecte dans le four via le brûleur Glaus de l'air, le débit de ce flux d'air (QAIR) étant une fonction linéaire de QAG, - Si QAG est supérieur au débit maximal de traitement du four (QMAX), alors: on injecte dans le four via le brûleur Claus de l'oxygène, le dëbit de ce flux d'oxypène (QO2) étant proportionnel à (QAG - QMAX), et 15. on continue à injecter dans le four l'air, le débit du flux d'air (QAIR) étant diminué du débit d'air équivalent introduit par l'oxygène (QO2 eqAR) D'autres caractéristiques et avantages de l'invention appara^tront à la lecture To this end, the invention relates to a process for the partial oxidation of at least one gas stream comprising hydrogen sulfide using at least one gas comprising oxygen in a Claus furnace having a capacity maximum treatment of a flow rate of hydrogen sulfide QMAX in which: - the flow rate of the gas flow comprising hydrogen sulfide QAG is measured, - S; QAG is lower than the maximum furnace treatment flow rate (QMAX), then air is injected into the oven via the Glaus burner, the flow rate of this air flow (QAIR) being a linear function of QAG, - If QAG is greater than the maximum oven treatment rate (QMAX), then: oxygen is injected into the oven via the Claus burner, the flow rate of this flow of oxypene (QO2) being proportional to (QAG - QMAX), and 15. the air is continued to be injected into the furnace, the air flow rate (QAIR) being reduced by the equivalent air flow introduced by oxygen (QO2 eqAR) Other characteristics and advantages of the invention will appear on reading
de la description qui va suivre Des forrnes et des modes de réalisation de of the following description Of the forms and embodiments of
l'invention sont donnés à titre d'exemples non limitatifs, illustrés par les dessins joints dans lesquels: - la figure 1 est une coupe schématique et partielle de l'extrémité d'un brûleur, - la figure 2 est un graphe représentant le déb it d' inection des gaz oxygénés the invention are given by way of nonlimiting examples, illustrated by the accompanying drawings in which: - Figure 1 is a schematic and partial section of the end of a burner, - Figure 2 is a graph representing the flow of oxygenated gas inection
en fonction du débit des gaz comprenant du sulfure d'hydrogène. as a function of the gas flow rate comprising hydrogen sulfide.
L'invention concerne donc un procèdé d'oxydation partielle d'au moins un flux de gaz comprenant du sulfure d'hydrogène à l'aide d'au moins un gaz comprenant de l'oxygène dans un four Claus présentant une capacité maximale de traitement d'un débit de sulfure d'hydrogène QMAX dans lequel: - on mesure le débit du flux de gaz comprenant du sulfure d'hydrogène QAG, - S; QAG est inférieur au débit maximal de traitement du four (QMAX), alors on injecte dans le four via le brûleur Claus de l'air, le débit de ce flux d'air (QA) étant une fonction linéaire de QAG, - S; QAG est supérieur au débit maximal de traitement du four (Q4x), alors: on injecte dans le four via le brûleur Claus de l'oxygène, le débit de ce flux d'oxypène (QO2) étant proportionnel à (QAG - QMAX), et on continue à injecter dans le four l'air, le débit du flux d'air (QA[R) étant diminué du The invention therefore relates to a process for partial oxidation of at least one gas stream comprising hydrogen sulfide using at least one gas comprising oxygen in a Claus furnace having a maximum treatment capacity a flow rate of hydrogen sulfide QMAX in which: - the flow rate of the gas flow comprising hydrogen sulfide QAG, - S, is measured; QAG is less than the maximum furnace treatment flow rate (QMAX), then air is injected into the oven via the Claus burner, the flow rate of this air flow (QA) being a linear function of QAG, - S; QAG is greater than the maximum furnace treatment flow rate (Q4x), then: oxygen is injected into the oven via the Claus burner, the flow rate of this flow of oxypene (QO2) being proportional to (QAG - QMAX), and the air is continued to be injected into the oven, the air flow rate (QA [R) being reduced by
débit d'air équivalent introduit par l'oxygène (QO2 eqA,R). equivalent air flow introduced by oxygen (QO2 eqA, R).
Généralement, le débit maximal de traitement du four (QMAX) est calculé lors du dimensionnement de l'unité Claus. Les débits des différents flux comprenant du sulfure d'hydrogène sont habituailement mesurés à l'aide de débitmètres installés Generally, the maximum furnace treatment flow (QMAX) is calculated when sizing the Claus unit. The flow rates of the various flows comprising hydrogen sulfide are usually measured using installed flowmeters
en amont des vannes de régulation de débits. Le coefficient de proportionnalité est. upstream of the flow control valves. The proportionality coefficient is.
de manière similaire au débit maximal de traitement du four (QMAX), calculé lors des phases de dimensionnement de l'unité Claus à partir des compositions moyennes des gaz qui devront y être traités. Le ratio du débit du flux d'air sur celui des gaz est également généralement calculé lors de la phase de dimensionnement initiale de l'unité Claus. Le ratio du débit du flux d'oxygène sur le débit du gaz comprenant du sulfure d'hydrogène et de i'ammoniac peut lui être calculé iors de la phase de similarly to the maximum furnace treatment flow (QMAX), calculated during the dimensioning phases of the Claus unit from the average compositions of the gases which must be treated there. The ratio of the flow rate of the air flow to that of the gases is also generally calculated during the initial design phase of the Claus unit. The ratio of the flow rate of the oxygen flow to the flow rate of the gas comprising hydrogen sulfide and ammonia can be calculated during the phase of
dimensionnement de la rénovation de l'unité Claus. dimensioning of the renovation of the Claus unit.
Le débit d'air équivalent introduit par l'oxygène (QO2eqA,R) est défini par la The equivalent air flow introduced by oxygen (QO2eqA, R) is defined by the
relation suivante: QO2-eqAIR= QO2/ 0,23. following relationship: QO2-eqAIR = QO2 / 0.23.
Selon un mode préféré, le début et l'arrêt de l'injection d'oxygène ne se font pas aux mêmes valeurs de consigne. Selon l'invention, il est donc préférable de mettre en _uvre un cycle d'hystérésis pour le début et l'arrét de l'injection d'oxygène. Ainsi, de préférence: - lorsque QAG est une fonction croissante du temps et: si QMAX + A 2 QAG 2 QMAX, alors on injecte l'oxygène dans le four avec un débit fixe de QO21 si QAG > QMAX + A, alors on injecte l'oxygène dans le four avec un débit proportionnel à (QAG - QMAX), - lorsque QAG est une fonction décroissante du temps et: si QAG QMAX + A, alors on injecte l'oxygène dans le four avec un débit proportionnel à (QAG - QMAX), si QMAX + A 2 QAG 2 QMAX - B. alors on injecte l'oxygène dans le four avec un débit fixe de QO21 According to a preferred mode, the start and stop of the oxygen injection do not take place at the same set values. According to the invention, it is therefore preferable to implement a hysteresis cycle for the start and stop of the oxygen injection. Thus, preferably: - when QAG is an increasing function of time and: if QMAX + A 2 QAG 2 QMAX, then we inject oxygen into the furnace with a fixed flow of QO21 if QAG> QMAX + A, then we inject the oxygen in the furnace with a flow proportional to (QAG - QMAX), - when QAG is a decreasing function of time and: if QAG QMAX + A, then oxygen is injected into the furnace with a flow proportional to (QAG - QMAX), if QMAX + A 2 QAG 2 QMAX - B. then oxygen is injected into the oven with a fixed flow rate of QO21
30. si QAG < QMAX- B. alors on arrête l'injection d'oxygène. 30. if QAG <QMAX- B. then the oxygen injection is stopped.
Selon un mode particulier, le rapport (A+B)IQMAX peut être de 10 %. Quant à QO211 il est généralement fixé en fonction du minimum technique de ia vanne d'injection d'oxygène, qui représente en général 10 à 30 % du débit nominal de la vanne. Selon une variante de l'invention, un flux additionnel d'oxygène de débit fixe QO2-O peut être en permanence injecté dans le four. Cette variante peut correspondre notamment au cas o le gaz comprenant du sulfure d'hydrogène comprend également de l'ammoniec. Généralement, la concentration en sulfure d'hydrogéne dans ce gaz ammoniaqué est comprise entre 10 et 90 % molaire et la concentration en ammoniac est généralement supérieure QU égale à 5 % molaire et de préférence comprise entre 10 et 60 % molaire. Ce gaz peut également According to a particular mode, the ratio (A + B) IQMAX can be 10%. As for QO211, it is generally fixed as a function of the technical minimum of the oxygen injection valve, which generally represents 10 to 30% of the nominal flow rate of the valve. According to a variant of the invention, an additional flow of oxygen of fixed flow rate QO2-O can be permanently injected into the furnace. This variant may correspond in particular to the case where the gas comprising hydrogen sulphide also comprises ammonia. Generally, the hydrogen sulfide concentration in this ammonia gas is between 10 and 90 mol% and the ammonia concentration is generally greater than QU equal to 5 mol% and preferably between 10 and 60 mol%. This gas can also
comprendre 10 à 60 % molaire de vapeur d'eau. include 10 to 60 mol% of water vapor.
Le procèdé selon l'invention est particulièrement adapté lorsqu'on utilise un brûleur de gaz pour four Claus composé d'au moins six tubes concentriques (T1 T6), formant six espaces concentriques pour l'introduction de gaz, le premier tube (T1) étant le tube de plus petit diamètre et le cinquième tube (T6) étant celui de plus grand diamètre, et dans lequel: À on iniecte le gaz comprenant du sulfure d'hydrogène dans l'espace formé par les premiers et deuxième tubes (T1, T2) et dans l'espace formé par les cinquième et sixième tubes (T5, T6), À on injecte l'oxygène dans l'espace formé par les deuxième et troisième tubes The process according to the invention is particularly suitable when using a gas burner for a Claus oven composed of at least six concentric tubes (T1 T6), forming six concentric spaces for the introduction of gas, the first tube (T1) being the tube of smaller diameter and the fifth tube (T6) being that of larger diameter, and in which: A gas comprising hydrogen sulphide is injected into the space formed by the first and second tubes (T1, T2) and in the space formed by the fifth and sixth tubes (T5, T6), À we inject oxygen into the space formed by the second and third tubes
(T2, T3),(T2, T3),
À on injecte l'air dans l'espace formé par les troisième et quatrième tubes (T3, À we inject air into the space formed by the third and fourth tubes (T3,
T4) et dans l'espace formé par quatrième et cinquièrne tubes (T4, T5). T4) and in the space formed by fourth and fifth tubes (T4, T5).
Pour ce type de brûleur, les diamètres des cinq tubes et les diamètres des orifices des couronnes (injecteurs) sont généralement définis en fonction des vitesses dans les tubes et des rapports de vitesses au nez du bruleur que l'on souhaite donner à chacun de ces gaz iniectés dans le brûleur. Les vitesses dans les tubes dépendent des débits moyens des flux entrant dans le brûleur. Les débits des gaz riches en oxygène découlent directement de leur concentration en oxygène, des débits des flux de gaz acides ainsi que de la teneur moyenne du gaz ammoniaqué en NH3. Les débits moyens des flux sont imposés par la raffinerie dans laquelle est - mis en _uvre le procèdé de l'invention, elle-même limitée par les possibilités de traitement de l'unité Claus (dimensions du four Claus et caractéristiques de I'échangeur thermique disposé à la sortie dud it four Claus). En fonction de ces paramètres, I'homme du métier est parfaitement à même de déterminer les diamètres des tubes et les diamètres des orifices pour que les vitesse et rapports de For this type of burner, the diameters of the five tubes and the diameters of the orifices of the crowns (injectors) are generally defined as a function of the speeds in the tubes and the gear ratios at the nose of the burner that it is desired to give to each of these gases injected into the burner. The speeds in the tubes depend on the average flow rates of the flows entering the burner. The flow rates of oxygen-rich gases are a direct result of their oxygen concentration, the flow rates of acid gas flows and the average NH3 ammonia gas content. The average flow rates are imposed by the refinery in which the process of the invention is implemented, itself limited by the processing possibilities of the Claus unit (dimensions of the Claus furnace and characteristics of the heat exchanger located at the outlet of the Claus oven). Depending on these parameters, the skilled person is perfectly capable of determining the diameters of the tubes and the diameters of the orifices so that the speeds and ratios of
vitesses désirés soient obtenus.desired speeds are obtained.
Généralement, les diamètres des orifices des couronnes doivent être tels que: - le rapport de la vitesse du g ammonisqué sur la vitesse du gaz riche en oxygène soit compris entre 0,1 et 0?8 ou entre 1,2 et 5, les vitesses étant prises à ttextrémité du brûleur du côté du four, et - le rapport de la vitesse du gaz acide sur la vitesse du gaz moins riche en 1û oxygène soit compris entre 0,1 et 0,8 ou entre 1,2 et 5, les vitesses étant prises à Generally, the diameters of the orifices of the crowns must be such that: - the ratio of the speed of the ammoniated g on the speed of the oxygen-rich gas is between 0.1 and 0? 8 or between 1.2 and 5, the speeds being taken at the end of the burner on the furnace side, and - the ratio of the speed of the acid gas to the speed of the gas less rich in oxygen is between 0.1 and 0.8 or between 1.2 and 5, the speeds being taken at
l'extrémiK du brûleur du côté du four. the burner end on the furnace side.
Lors de la mise en ceuvre du procédé selon l' invention, il est possib le de traiter deux gaz comprenant du sulfure d'hydrogène présentant des compositions différentes. Ainsi le procèdé selon l'invention peut mettre en oeuvre: 15. un gaz comprenant du sulfure d'hydrogène et de l'ammonisc, ledit gaz étant injecté dans l'espace formé par les premiers et deuxième tubes (T1, T2) du brûleur précèdemment défini, et un gaz comprenant du sulfure d'hydrogène et pas d'ammoniac, ledit gaz étant injecté dans l'espace formé par les cinquième et sixième tubes (T5, T6) During the implementation of the process according to the invention, it is possible to treat two gases comprising hydrogen sulphide having different compositions. Thus the process according to the invention can implement: 15. a gas comprising hydrogen sulfide and ammonisc, said gas being injected into the space formed by the first and second tubes (T1, T2) of the burner previously defined, and a gas comprising hydrogen sulphide and no ammonia, said gas being injected into the space formed by the fifth and sixth tubes (T5, T6)
2Q du brûleur précédemment défini. 2Q of the previously defined burner.
La teneur en ammoniac du gaz comprenant du sulture d'hydrogène et pas d'ammoniac, dit g acide, est généralement inférieure à 5 % molaire (< 5 %). La concentration en sulfure d'hydrogène dans ce flux de gaz peut, elle, être d'au moins % molaire, et est plus généralement comprise entre 60 et 95 % molaire. Le flux de gaz acide est essentiellement constitué de sulfure d'hydrogène et de l'un au moins des cornposés suivants: vapeur d'eau, gaz carbonique, hydrocarbures et autres composés sulfurés. La teneur en ammoniac et en sulfure d'hydrogène du gaz co m prenant d u sulfure d' hydrogè ne et de l' ammo niac correspo nd aux valeu rs The ammonia content of the gas comprising hydrogen culture and no ammonia, called acid g, is generally less than 5 mol% (<5%). The concentration of hydrogen sulfide in this gas flow can be at least mol%, and is more generally between 60 and 95 mol%. The flow of acid gas consists essentially of hydrogen sulfide and at least one of the following components: water vapor, carbon dioxide, hydrocarbons and other sulfur compounds. The ammonia and hydrogen sulfide content of the gas taking hydrogen sulfide and ammo niac correspo nd to the valu rs
indiquées précédemment.indicated above.
Le contrôle du procédé d'oxydation lors de l'iniection de ces deux gaz peut alors être effectué de la manière suivante: À Iorsque la somme des débits des gaz comprenant du sulfure d'hydrogène (QAG3 est inférieure à QMAX, alors: Ie débit du flux d'air injecté dans l'espace formé par les quatrième et cinquième tubes (T4, T5) (QAIR-) est proportionnel au débit du gaz comprenant du sulfure d'hydrogène et pas d'ammoniac, et Ie débit du flux d'air iniecté dans l'espace forrné par troisième et quatrième tubes (T3, T4) (QAIR-2) est une fonction linéaire du débit du gaz comprenant du sulfure d'hydrogène et de l'ammoniac, et The control of the oxidation process during the iniection of these two gases can then be carried out as follows: When the sum of the flow rates of the gases comprising hydrogen sulfide (QAG3 is less than QMAX, then: the flow rate of the air flow injected into the space formed by the fourth and fifth tubes (T4, T5) (QAIR-) is proportional to the flow rate of the gas comprising hydrogen sulphide and no ammonia, and the flow rate d air injected into the space formed by third and fourth tubes (T3, T4) (QAIR-2) is a linear function of the flow rate of the gas comprising hydrogen sulfide and ammonia, and
Ie débit d'oxyène (QO2) est nul.Ie flow of oxygen (QO2) is zero.
À Iorsque le débit du gaz comprenant du sulfure d'hydrogène et pas d'ammoniac (QAG-) est supérieur au débit maximal acceptable dans le tube T6 du gaz comprenant du sulfure d'hydrogène et pas d'ammoniac (QAG--MAX). alors: une partie dudit gaz est mélangé au gaz comprenant du sulfure d'hydrogène et de l'ammoniaG et est injecté dans l'espace formé par les premiers et deuxième tubes (T1, T2) avec un débit de (QAG-1 - QAG--MAX), Ie débit du flux d'air injecté dans l'espace formé par troisième et quatrième tubes (T3, T4) (QAIR-2) est la somme de deux débits de flux d'air l'un étant proportionnel au débit du gaz comprenant du sulfure d'hydrogène et de l'ammoniac (QAG-2) et l'autre étant proportionnel à (QAG-1- QAG--MAX) À Iorsque la somme des débits des gaz comprenant du sulfure d'hydrogène (QAG = QAG-1 + QAG-2) est supérieur à QMAX, alors: 2Q. une partie du gaz comprenant du sulfure d'hydrogène et pas d'ammoniac (QAG-) est mélangé au gaz comprenant du sulfure d'hydrogène et de l'ammoniac est injecté dans l'espace formé par les premiers et deuxième When the flow rate of the gas comprising hydrogen sulfide and no ammonia (QAG-) is greater than the maximum acceptable flow rate in the tube T6 of the gas comprising hydrogen sulfide and no ammonia (QAG - MAX) . then: part of said gas is mixed with gas comprising hydrogen sulfide and ammoniaG and is injected into the space formed by the first and second tubes (T1, T2) with a flow rate of (QAG-1 - QAG --MAX), the flow rate of the air flow injected into the space formed by third and fourth tubes (T3, T4) (QAIR-2) is the sum of two air flow rates, one being proportional to the flow rate of the gas comprising hydrogen sulfide and ammonia (QAG-2) and the other being proportional to (QAG-1- QAG - MAX) A When the sum of the flow rates of the gases comprising hydrogen sulfide (QAG = QAG-1 + QAG-2) is greater than QMAX, then: 2Q. part of the gas comprising hydrogen sulfide and no ammonia (QAG-) is mixed with the gas comprising hydrogen sulfide and ammonia is injected into the space formed by the first and second
tubes (T1, T2) avec un débit de (QAG-1 - QAG--MAX). tubes (T1, T2) with a flow rate of (QAG-1 - QAG - MAX).
Ie débit d'oxygène est propartionnel à (QAG - MAXJ, 25. Ie débit du fiux d'air injecté dans l'espace formé par les quatrième et cinquième tubes (T4, T5) (QA 1) est proportionnel à QAG--MAX, Ie débit du flux d'air injecté dans l'espace formé par troisième et quatrième tubes (T3, T4) (QAIR-2) est la somme de deux débits de flux d'air, I'un étant proportion nel au déb it du gaz comp renant du su lfu re d 'hyd rogène et de lBammQniaC (QAG2) et l'autre étant proportionnel à (QAG-1 - QAG MAX), ladite somme étant diminuée du débit d'air équivalent introduit par l'oxygène (QO2 eqA). La valeur du débit maximal acceptable dans le tube T6 du gaz comprenant du sulfure d'hydrogène et pas d'ammoniac (QAG--MAX) est en général fixée à la moitié The flow of oxygen is proportional to (QAG - MAXJ, 25. The flow of the air flow injected into the space formed by the fourth and fifth tubes (T4, T5) (QA 1) is proportional to QAG - MAX , The flow rate of the air flow injected into the space formed by third and fourth tubes (T3, T4) (QAIR-2) is the sum of two air flow rates, one being proportional to the flow it gas comprising hydrogen and lammammniaC suffu re (QAG2) and the other being proportional to (QAG-1 - QAG MAX), said sum being reduced by the equivalent air flow introduced by oxygen ( QO2 eqA). The value of the maximum acceptable flow rate in the tube T6 of the gas comprising hydrogen sulphide and no ammonia (QAG - MAX) is generally set at half.
de QMAX. capacité maxima le de traitement du débit de sulfure d ' hyd rog ène de l'un ité. from QMAX. maximum capacity for processing the hydrogen sulfide flow from the unit.
La figure 1 illustre un brûleur permettant l'injection d'oxygène pur et le lieu d' introduction des différents flux gazeux dans ce brûleur. Le brûleur est constitué de FIG. 1 illustrates a burner allowing the injection of pure oxygen and the place of introduction of the various gas flows into this burner. The burner consists of
6 tubes concentriques (T1, T2, T3, T4, T5, T6) formant 6 espaces concentriques. 6 concentric tubes (T1, T2, T3, T4, T5, T6) forming 6 concentric spaces.
Dans le premier tube (T1) est généralement placé un brûleur pilote pour l'allumage de la flamme. On peut introduire également dans cet espace un gaz de combustion In the first tube (T1) is generally placed a pilot burner for lighting the flame. A combustion gas can also be introduced into this space
de raffinerie pour allumer la flamme et la maintenir. refinery to light and maintain the flame.
On introduit dans le brûleur: - le gaz comprenant du sulfure d'hydrogène et de l'ammoniac (2) dans l'espace formé par les premier et deuxième tubes (T1, T2), - le gaz riche en oxygène (4) dans l'espace formé par les deuxième et troisième tubes (T2, T3), - I'air (3, 3') dans l'espace formé par le troisième et le quatrième tubes (T3, T4) et dans l'espace formé par le quatrième et ie cinquième tubes (T4, T5), - le gaz acide comprenart du sulture d'hydrogène et pas d'ammoniàc () dans The gas comprising hydrogen sulfide and ammonia (2) is introduced into the burner in the space formed by the first and second tubes (T1, T2), - the oxygen-rich gas (4) in the space formed by the second and third tubes (T2, T3), - the air (3, 3 ') in the space formed by the third and the fourth tubes (T3, T4) and in the space formed by the fourth and the fifth tubes (T4, T5), - the acid gas includes hydrogen culture and no ammonia () in
I'espace formé par les quatrième et cinquième tubes (T5, T6). The space formed by the fourth and fifth tubes (T5, T6).
Le graphe de la figure 2 représente le débit d'inection des gaz oxygénés en The graph in FIG. 2 represents the rate of infection of oxygenated gases in
fonction du débit des gaz comprenant du suHure d'hydrogène. function of the gas flow rate comprising hydrogen suHide.
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