Brevet FR2393763A1 — publié le 19790105

La présente invention concerne le brûlage d'hydrogène sulfuré pour obtenir du soufre élémentaire. Dans la technique antérieure, des jets de gaz acides, c'est-à-dire des jets d'hydrogène sulfuré, ont été traités par le procédé bien connu de Claus qui consiste à brûler initialement environ un tiers de l'hydrogène sulfuré, puis à le soumettre à un traitement supplémentaire pour obtenir du soufre élémentaire. La présente invention concerne des réactions de transformation d'hydrogène sulfuré en soufre élémentaire en présence de grandes quantités de composés organique s quelconques du soufre qui peuvent être contaminés par l'ammoniac et/ou des hydrocarbures soit à ltétat liquide soit à l'état gazeux. Ire procédé classique de Claus est limité à l'hydrogène sulfuré gazeux et à l'air en présence de quantités infimes seulement dthydrocarbures gazeux. De nombreuses raffineries ou installations de traitement disposent de courants déterminés d'hydrogène sulfuré (K2S) et par exemple d'ammoniac (NH3) mélangé avec l'hydrogène sulfuré. L'ammoniac, s'il était introduit dans la réaction usuelle de Claus et dans le procédé de récupération du soufre, ne serait pas entièrement brûlé. C'est-à-dire que si les doubles courants étaient injectés dans la réaction classique de Claus où se produit la combustion en présence d'un tiers d'air, l'air brûlerait sélectivement l'hydrogène sulfuré et laisserait une partie de l'ammoniac à lrétat imbrûlé. L'ammoniac pourrait réagir et obturer les lits du convertisseur catalytique utilisés pour obtenir du soufre élémentaire en fusion. La séparation de l'ammoniac et son brûlage séparé à la torche soulèvent des problèmes de pollution et de gaspillage d'énergie. La présente invention a principalement pour objet un procédé et un appareil qui peuvent être utilisés pour conduire les réactions entre, d'une part, lrhydrogène sulfuré et, d'autre part, l'air et tout courant fluide de composés organiques du soufre qui peut être contaminé par l'ammoniac et/ou des hydrocarbures soit liquides soit gazeux, pour alimenter un procédé de récupération du soufre. Selon ses caractéristiques essentielles, la présente invention consiste tout d'abord à bruler une partie d'un jet d'hydrogène sulfuré dans un brûleur central, dans une ouverture d'une première chambre isolée de combustion d'un réacteur. Dans l'espace annulaire compris entre le brûleur à gaz central et l'ouverture, un jet d'un composé organique du soufre qui peut être contaminé par l'ammoniac et/ou des hydrocarbures, soit liquides soit gazeux, est brûlé par une ou plusieurs buses séparées. Ires produits chauds de combustion contenant de l'oxygène en proportion sensiblement stoechiométrique et un excédent d'oxygène passent à travers le réacteur après une durée initiale de séjour suffisante pour que les gaz résultants soient débarrassés de la totalité ou sensiblement la totalité des impuretés que constituent l'ammoniac et/ou des composés organiques, soit liquides soit gazeux. A la jonction entre les première et seconde chambres du réacteur, le volume restant de l'hydrogène sulfuré est introduit par une ou plusieurs buses traversant la paroi du réacteur.L'hydrogène sulfuré se mélange avec les gaz réactionnels chauds provenant de la première chambre et les produits résultants conviennent alors pour subir un traitement supplémentaire afin d'obtenir du sou freiélementaire. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels la figure 1 est une coupe transversale d'une forme de réalisation d'un appareil selon l'invention les figures 2 et 3 montrent des détails d'un bruleur situé à l'extrémité d'entrée du réacteur les figures 4 et 5 représentent deux formes de réalisation différentes du mode de distribution du gaz dans le brûleur d'hydrogène sulfuré ; et la figure 6 représente une autre forme de réalisation du brûleur selon la présente invention. En examinant maintenant les dessins et, plus par ticulièrement-, la figure 1, on a représenté en coupe transversale une forme de réalisation du réacteur qui est désigné d'une façon générale par le numéro de référence 10. Ire brûleur est esquissé à l'extrémité d'entrée (gauche) du réacteur et est désigné d'une façon générale par le numéro de référence 12, les figures 2 et 3 montrant ledit brûleur plus en détail. Une première chambre de combustion du réacteur est désignée d'une façon générale par le numéro de référence 14 et la seconde chambre réactionnelle est désignée d'une façon générale par le numéro de référence 16. Le réacteur comprend par exemple un corps métallique cylindrique 18 dont la partie d'entrée des gaz se trouve à l'extrémité gauche au niveau d'une bride 20 et dont la sortie est représentée par une bride 22 à l'ex- trémité droite. Ire réacteur combine dans un appareil autonome l'espace de combustion 14, dans lequel une partie (par exemple de 10à 35 fio) d'un jet gazeux d'hydrogène sulfuré est intro duiteà une extrémité par un brûleur central, et la totalité d'un composé organique quelconque du soufre, qui peut être con tamisé par l'ammoniac et/ou des hydrocarbures, est également introduite par une ou plusieurs buses (voir figure 2) dans l'es- pace annulaire compris entre le bec du brûleur d'hydrogène sulfuré et l'ouverture calorifugée du brûleur. Un jet de liquide contenant n'importe quel composé organique de soufre qui peut être contaminé par l'ammoniac et/ou des hydrocarbures, peut être injecté par une seule buse au centre du brûleur central 60, comme on le voit sur la figure 6. les fluides enflammés réagissent tout d'abord dans l'espace 14 en présence d'oxygène en proportion sensiblement stoechiométrique et un excédent d'oxygène. Comme on le décrira en se référant.aux figures 2 et 3, il est prévu des brûleurs supplémentaires dans l'espace annulaire pour la combustion d'un gaz combustible. Ire brûleur est monté sur la bride 20 à l'extrémité d'entrée du réacteur 10. L'ouverture du brûleur est formée par un tube cylindrique 27 présentant une ouverture 36 revêtue d'un garnis sage résistant à la chaleur et dans laquelle le brûleur est introduit et est supporte par la bride 20. Une chambre annulaire intermédiaire 19 entoure le tube 27 et comporte un tube 28 d'admission d'air. L'air est introduit dans la chambre intermédiaire dans le sens de la flèche 30. Ires substances réactionnelles sont soumises à une pression supérieure à la pression atmosphérique à cause des pertes de pression qui se produisent dans le réacteur, la chaudière de récupération des chaleurs perdues et autre appareillage situé en aval. L'air provenant de la chambre intermédiaire 19 entre par plusieurs orifices 32 dans ie tube 27 et passe dans la chambre de combustion par l'intermédiaire de l'espace annulaire compris entre le brûleur 12 et l'ouverture calorifugée 36 à l'extrémité gauche de l'espace de combustion 14. L'air, l'hydrogène sulfuré et tout composé organique du soufre qui peut etre contaminé par l'ammoniac et/ou des hydrocarbures se mélangent et réagissent rapidement pour former une atmosphère gazeuse chaude dans l'espace 14 de la première chambre. Ces gaz de combustion chauds passent à travers l'interface 21 entre la première chambre 14 et la seconde chambre 16. En aval de l'interface 21 se trouvent une ou plusieurs buses 48 qui injectent le reste du jet d'hydrogène sulfuré gazeux. Ce gaz est chauffé rapidement et réagit partiellement avec les produits chauds de combustion provenant de la première chambre 14 pour former un produit en circulation qui peut alimenter un procédé de récupération du soufre. La durée de séjour dans la seconde chambre 16 est suffisante pour que les gaz résultants puissent alimenter d'une façon satisfaisante les procédés usuels de transformation pour la récupération du soufre. Ces vapeurs et gaz passent ensuite dans une chaudière de récupération des chaleurs perdues et sont soumis à un procédé de Glaus bien connu en pratique. Pour une description des divers procédés de Claus, on peut se référer par exemple à l'ouvrage ttEydrocarbon Processing", volume 47, nO 9, pages 248 à 252, 8septembre 1968. D'autres caractéristiques pratiques de réacteurs de ce type tels que des regards vitrés et des dispositifs de protection contre les intempéries ainsi que des types appropriés de calorifuges, etc., sont prévus mais ne sont pas décrits en détail étant donné qu'ils sont bien connus en pratique et que leurs formes particulières ne font pas partie de la présente invention. On va examiner maintenant la figure 2 qui représente une forme de réalisation du brûleur désigné d'une façon généralle par le numéro de référence 12. Il comporte une plaque 61 qui est destinée à être ajustée contre la bride 20 du réacteur et supportée par cette dernière. Cette plaque supporte un tube central 60 par lequel l'hydrogène sulfuré est introduit comme indiqué par la flèche 64. A l'extrémité aval de ce tube se trouve un brûleur désigné d'une façon générale par le numéro de référence 62, qui sera décrit en détail en se référant aux figures 4 et 5. Ce brûleur est monté axialement dans l'ouverture 36 de la paroi du garnissage de la première chambre 14 du réacteur. Si le produit réactionnel est un liquide, il faut installer une buse centrale X. A la sortie du brûleur, comme on le verra en se référant aux figures 4 et 5, l'hydrogène sulfuré sort du brû- leur 62 sous la forme de plusieurs jets individuels ou d'une mince nappe d'hydrogène sulfuré s'écoulant à grande vitesse pour former un cône. L'air, qui est sous pression comme indiqué par les flèches 46, passe dans l'espace annulaire le long du jet d'hydrogène sulfuré 44 de façon qu'il se produise un mélange turbulent et rapide et un brûlage de l'hydrogène sulfuré. Dans l'espace annulaire compris entre le brûleur cen tral 62 et la face 31 de l'ouverture 36, se trouvent plusieurs buses individuelles 76 et 78 (dont deux seulement sont représentées), qui sont reliées respectivement à deux collecteurs circulaires 70 et 72. L'un de ces collecteurs est relié à une source d'un composé organique quelconque du soufre contaminé par l'ammoniac et/ou des composés gazeux organiques du soufre qui, par exemple, pourrait etre introduit par un conduit 74 dans le sens de la flèche 75. Les buses sont supportées par des tubes équidistants autour de la périphérie. Le second collecteur 72 pourrait être alimenté en gaz combustible par un dispositif représenté d'une façon générale par le pointillé 80.Plusieurs buses 78 sont reliées à ce second collecteur et disposées alternativement entre les buses 76, comme on le voit sur la figure 3. En outre, une veilleuse 68 est supportée par un tube 66 pour l'allumage initial des buses éjectant le combustible. En examinant maintenant les figures 4 et 5, on a représenté deux formes de réalisation d'un bec de brûleur désigné d'une façon générale par le numéro de référence 62 pour l'introduction de l'hydrogène sulfuré dans la première chambre 14. Ire tube 60 présente une partie conique 84 se déployant vers l'extérieur. l'extrémité du tube est fermée par une plaque conique 89, qui constitue un déflecteur, pour dévier le jet d'hydrogène sulfuré dans l'espace annulaire 88 entourant la périphérie du déflecteur 89. L'hydrogène sulfuré circule dans le sens des flèches 85 et 87, sous la forme d'une nappe conique de gaz s'écoulant à grande vitesse ou sous la forme de plusieurs jets individuels longeant une surface conique. Ire déflecteur 80 est supporté sur le tube 60 par plusieurs barres 86 qui peuvent être de section circulaire ou rectangulaire. Pour une description plus détaillée d'un brûleur pouvant être utilisé dans le présent procédé, on peut -se référer à la demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique nO 502 156. Un calorifugeage 90 est appliqué généralement à la face antérieure du déflecteur afin due le protéger de la chaleur intense de la flamme engendrée dans la chambre 14. lorsque le jet d'hydrogène sulfuré est relativement grand et qu'une grande ouverture est nécessaire, on utilise l'ouverture annulaire 88 représentée sur la figure 4. lorsque le jet d'hydrogène sulfuré est petit, on a recours à un mode perfectionné de réalisation du bec du brûleur comme représenté sur la figure 5. Dans ce cas, le déflecteur est supporté par la bride 84 par l'intermédiaire d'une bande d'écartement 96 percée de plusieurs orifices 94 espacés autour de la circonférence du bec du brûleur. L'hydrogène sulfuré s'écoule dans le sens des flèches 92 à travers ces orifices sous la forme de plusieurs jets d'hydrogène sulfuré s'écoulant à grande vitesse en constituant une nappe conique fortement déployée. Lorsque le débit est tel qu'un'très grand nombre d'orifices est nécessaire pour obtenir une chute de pression minimale à travers ces orifices, il est alors préférable d'utiliser des orifices du type annulaire représentés sur la figure 4. Il est possible de prévoir n'importe quel écartement pour former ltespace annulaire 88 en positionnant les barres 86 en fonction du débits voulu du gaz. Il est possible d'utiliser d'autres formes de réalisation qui sont décrites dans la demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique nO 502 156 précitée pour supporter le déflecteur sur un élément central en forme de tige et ajuster la position longitudinale du déflecteur afin de régler la longueur de l'intervalle 88 selon les besoins et en fonction de différents débits de l'hydrogène sulfuré. Ire gaz combustible est distribué aux brûleurs périphériques situés dans l'espace annulaire entourant le brûleur dthydrogène sulfuré dans le but de préchauffer le réacteur au moment de la mise en route ou d'assurer un chauffage supplémentaire pour brûler des jets de gaz acides pauvres. Etant donné que le fonctionnement du réacteur pour obtenir un-déga- gement minimal des polluants dans l'atmosphère et un rendement maximal én soufre, nécessite le maintien d'une température critique à l'intérieur des chambres, il importe que, lors de la mise en route, le réacteur soit chauffé à la température correcte à- l'aide d'un combustible. Un exemple particulier d'un procédé mis en oeuvre en utilisant un réacteur du type ci-dessus serait alimenté en gaz acide d'un total de 187 moles/h. De ce gaz, environ 30 Xo ou 49 moles/h passeraient dans le brûleur central d'hydrogène sulfuré- 60 et les autres 138 moles/h passeraient dans les buses circonférentielles 48 à l'interface 21. Un gaz contenant de l'ammoniac dans une proportion de 23 moles/h passerait par un collecteur 70 et un groupe de quatre buses 76 (par exemple). Il faudrait au total 447 moleslh d'air comburant. La température régnant dans la première chambre 14 serait de 16500G environ et la durée de séjour dans cette dernière serait de 0,33 seconde, tandis que la température régnant dans la seconde chambre 16 serait d'environ 137000 et la durée de séjour dans cette dernière serait de 0,67 seconde. Bien que, dans l'exemple donné, la durée totale de séjour soit de 1 seconde dans le réacteur, ceci n'est donné qu'à titre illustratif mais non limitatif. La durée de séjour est divisée par exemple de la façon suante : un tiers dans la première chambre et deux tiers dans la seconde chambre. Toutefois, ceci est variable en fonction des caractéristiques du jet de fluide polluant qui doit être entièrement brûlé dans la première chambre. Cette forme de réalisation peut être utilisée pour brûler des composés sulfurés liquides. Les composés sulfurés liquides sont injectés par la buse X placée au centre du brû- leur 62 d'hydrogène sulfuré. Ire liquide est atomisé dans un jet d'air comburant 46 et est allumé par l'hydrogène sulfuré injecté dans le brûleur 60 et mélangé avec le jet d'air 46 cor me on le voit d'une façon générale en 44 sur la figure 1. Ire volume restant du jet d'hydrogène sulfuré est injecté à l'interface dans la seconde chambre. Il va de soi que l'appareil décrit peut subir diverses modifications sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Appareil destiné à brûler un premier jet d'hydrogène sulfuré et un second jet d'hydrogène sulfuré et d'un composé organique du soufre en un produit convenant pour la récupération du soufre élémentaire, appareil caractérisé en ce qu'il comporte un corps de-réacteur comprenant une chambre cylindrique intérieurement calorifugée d'un diamètre sensiblement constant présentant une paroi annulaire fermant partiellement une extrémité d'entrée, et une extrémité de sortie, une partie déterminée de l'espace interne en aval de l'extré- mité d'entrée définissant une zone de combustion et la partie restante de ladite chambre en aval de cette dernière zone définissant une zone de réaction ; un premier brûleur placé axialement dans une ouverture centrale de l'extrémité d'entrée, en délimitant un espace annulaire entre le premier brûleur et ladite ouverture centrale, et un dispositif pour faire passer une petite partie déterminée du premier jet d'hydrogène sulfuré par le premier brûleur ; un second brûleur situé dans l'espace annulaire et un dispositif pour distribuer la totalité du second jet au second brûleur ; un dispositif d'admission et d'équilibrage de l'air pour distribuer l'air comburant à travers l'espace annulaire ; et plusieurs dispositifs d'injection à l'intérieur du réacteur autour de la jonction aval entre l'espace de combustion et l'espace de réaction, les dispositifs d'injection étant espacés autour de la circonférence du corps, et un dispositif pour injecter le reste du premier jet d'hydrogène sulfuré par l'intermédiaire desdits dispositifs d'injection. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs seconds brûleurs espacés circonférentiellement dans l'espace annulaire. 3. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs brûleurs séparés à gaz combustible espacés circonférentiellement dans l'espace annulaire. 4. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif dans ledit espace annulaire pour allumer les jets. de fluide. 5. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la petite partie déterminée est d'environ 30 ffi du premier jet d'hydrogène sulfuré. 6. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une paroi présentant un orifice de sortie de plus petit diamètre que l'intérieur de la chambre, ladite paroi étant située immédiatement en amont des dispositifs drin- jection.