Un procedimiento para la combustión de azufre con gases que contienen oxígeno,

aire en particular, para producir dióxido de azufre, en el que se suministran el azufre y el aire de combustión a un horno y en el que se evapora el azufre y se oxida subsiguientemente en una primera porción del horno bajo condiciones subestequiométricas, caracterizado porque se suministran el dióxido de azufre formado en la primera porción y el azufre no oxidado a una segunda porción del horno que es contigua a la primera porción y están sometidos a una postcombustión con gases que contienen oxígeno, aire en particular, en la entrada de una caldera corriente abajo de calor residual.

Procedimiento y aparato para la combustión de azufre

Antecedentes de la invención

La presente invención versa acerca de un procedimiento para la combustión de azufre con gases que contienen oxígeno, aire en particular, para producir dióxido de azufre, en el que se suministran azufre y aire de combustión a un horno y en el que se evapora el azufre y se oxida subsiguientemente en una primera porción del horno bajo condiciones subestequiométricas, y acerca de un aparato para llevar a cabo este procedimiento.

El dióxido de azufre se utiliza fundamentalmente para producir ácido sulfúrico o trióxido de azufre líquido y, en general, es producido al calcinar/fundir minerales que contienen azufre o mediante la combustión de azufre elemental. En general, la combustión se lleva a cabo con aire atmosférico, pero también se utilizan aire enriquecido con oxígeno o incluso oxígeno puro. Sin embargo, por razones de coste, el uso de oxígeno puro para la combustión de azufre no es conveniente en la mayoría de los casos. En la actualidad, el propio azufre es utilizado casi exclusivamente en forma líquida y, en general, es suministrado como un líquido y es almacenado temporalmente. El azufre líquido es suministrado al horno de combustión con temperaturas de 140 a 150 °C, a las que su viscosidad es lo suficientemente baja como para permitir su inyección por medio de boquillas. Para optimizar la combustión, se pulveriza el azufre líquido en el horno y es mezclado completamente con el aire de combustión.

La combustión de azufre requiere cantidades molares idénticas de azufre y de oxígeno. Con aire ambiente, que contiene un 20, 95% en volumen de O2, se puede obtener, en teoría, un gas de SO2 con un máximo de un 20, 5% en volumen de SO2 con una combustión estequiométrica de azufre. Para garantizar una combustión completa del azufre, normalmente se suministra un exceso de aire. De esta manera se pueden evitar problemas resultantes de azufre sin quemar, que se condensa y se deposita en las partes más frías de la planta. Se describe la combustión hiperestequiométrica, por ejemplo, en la Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistr y , 5ª edición, 1994, vol. A25, pp. 574s. La combustión se lleva a cabo en un horno cilíndrico dispuesto de forma horizontal, que tiene un revestimiento refractario y en su cara extrema incluye un sistema dispuesto de forma central de quemadores. Se pulveriza y se mezcla el azufre líquido con el aire de combustión y se quema a temperaturas de 600 a 1.600 °C dependiendo de la concentración deseada de dióxido de azufre. Después del horno de azufre, se proporciona una caldera de calor residual, antes de que se suministra el gas a una planta de contacto de ácido sulfúrico. El convertidor de la planta de contacto emplea generalmente concentraciones iniciales de dióxido de azufre entre un 10 y un 12% en volumen, que posiblemente deban ser ajustadas por medio de equipos adicionales.

El documento EP 0 762 990 B1 también describe la combustión hiperestequiométrica de azufre.

En el documento US 3.879.530 se describen un procedimiento y un aparato para la combustión de azufre líquido produciendo dióxido de azufre en un horno quemador. El azufre líquido y el aire primario que soporta la combustión son inyectados al mismo tiempo en una primera parte del horno de combustión. Más corriente abajo del horno se introduce un gas secundario de soporte de la combustión en la cámara de combustión antes de la salida de los gases quemados que contienen dióxido de azufre en una caldera contigua.

A temperaturas de combustión superiores a 1.100 °C, se aumenta mucho la formación de óxidos de nitrógeno (NOx) , incluso si hay disponible menos oxígeno libre para la formación de óxidos de nitrógeno debido a la mayorconcentración de dióxido de azufre. Únicamente por encima de una concentración de dióxido de azufre de un 18% en volumen se reduce de nuevo la formación de NOx debido a la falta de oxígeno. Por lo tanto, la formación de óxidos de nitrógeno limita el precalentamiento de los gases de combustión en sistemas convencionales de combustión de azufre, según aumenta la temperatura de combustión. Esto perjudica a la economía de las instalaciones.

Para producir gases con concentraciones elevadas de dióxido de azufre y un contenido muy bajo de NOx, se propuso una planta de dos etapas por ejemplo en el documento DE 1 948 754, en la que el azufre elemental era quemado en primer lugar bajo condiciones subestequiométricas (deuda de oxígeno) . Después de pasar a través de un intercambiador de calor, los gases producidos que contenían dióxido de azufre y azufre fueron sometidos entonces a una postcombustión con gases que contenían oxígeno en un aparato adicional a aproximadamente 1000 °C. Sin embargo, desde el punto de vista de la construcción de plantas, esta instalación de múltiples etapas es bastante compleja y, por lo tanto, cara.

Descripción de la invención El objeto subyacente de la invención es producir gases con una concentración elevada de dióxido de azufre con medios sencillos y al mismo tiempo minimizar en gran medida la formación de óxidos de nitrógeno (NOx) .

Según la presente invención se proporciona un procedimiento que comprende las características de la reivindicación 1.

Por lo tanto, como en el documento DE 1 948 754, se lleva a cabo en primer lugar una combustión subestequiométrica de azufre y luego una postcombustión en la porción de entrada de la caldera de calor residual (sistema de termorrecuperación) . Sin embargo, según la invención se proporciona esta segunda cámara directamente subsiguiente a la primera cámara de combustión del horno de azufre. Se puede omitir un intercambiador de calor interpuesto, por medio del cual se reduce la temperatura del gas en el documento DE 1 948

754. No obstante, se minimiza la formación de óxidos de nitrógeno, debido a que el enfriamiento rápido en la caldera de calor residual el tiempo de retención a temperaturas elevadas es demasiado altas para la formación de cantidades significativas de óxidos de nitrógeno. En la primera porción del horno, se excluye la formación de NOx como resultado de la falta de oxígeno. En la segunda porción esto se lleva a cabo por medio de un enfriamiento rápido inmediato del gas en la caldera de calor residual.

Dado que es particularmente importante en la combustión subestequiométrica en la primera porción del horno que los gases estén muy bien mezclados con el azufre, de forma que el oxígeno pueda ser consumido por completo y no se formen óxidos de nitrógeno, se proporciona según un aspecto preferente de la invención que el aire de combustión sea introducido en el horno de forma tangencial. Esto promueve la turbulencia en las cámaras de combustión y, por lo tanto, la mezcla completa de los gases. La corriente de gas pasa entonces a través del horno de forma espiral y en una dirección axial del mismo.

Según la invención, los gases que contienen oxígeno pueden ser introducidos en las porciones primera y segunda del horno con un sentido paralelo de rotación. Sin embargo, de forma alternativa, también es posible introducir los gases en la segunda cámara del horno con el sentido opuesto de rotación. De forma conveniente, esto se lleva a cabo porque el conducto de suministro de aire de combustión que se extiende a la segunda cámara del horno se abre en la pared del horno frente al conducto de suministro que se extiende a la primera cámara del horno.

Según la invención, se ajusta la concentración de dióxido de azufre obtenida en las porciones primera y segunda del horno al controlar la cantidad suministrada de aire y/o de azufre. Preferentemente, los caudales volumétricos son escogidos de forma que en la primera porción del horno se obtenga una concentración de dióxido de azufre de aproximadamente un 20 a un 21% en volumen, preferentemente, de forma aproximada, de un 20, 5% en volumen. Por encima de una concentración de dióxido de azufre de un 18% en volumen, la formación de óxidos de nitrógeno se reduce rápidamente debido al contenido bajo de oxígeno libre, mientras que apenas se ve influida por el tiempo de retención.

Según la invención, se suministra suficiente oxígeno en la segunda porción del horno por medio de gases que contienen oxígeno, de forma que se obtiene una concentración de dióxido de azufre de un 6 a un 95%, preferentemente de un 9 a un 35% en volumen, y en particular aproximadamente un 12 a un 18% en volumen al final de la combustión. Si se ajusta una concentración... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento para la combustión de azufre con gases que contienen oxígeno, aire en particular, para producir dióxido de azufre, en el que se suministran el azufre y el aire de combustión a un horno y en el que se evapora el azufre y se oxida subsiguientemente en una primera porción del horno bajo condiciones subestequiométricas, caracterizado porque se suministran el dióxido de azufre formado en la primera porción y el azufre no oxidado a una segunda porción del horno que es contigua a la primera porción y están sometidos a una postcombustión con gases que contienen oxígeno, aire en particular, en la entrada de una caldera corriente abajo de calor residual.

2. El procedimiento como se reivindica en la reivindicación 1, caracterizado porque se introducen adicionalmente los gases que contienen oxígeno en la región de la salida de la segunda porción del horno.

3. El procedimiento como se reivindica en la reivindicación 1, caracterizado porque se introducen los gases que contienen oxígeno en las porciones primera y segunda del horno de forma tangencial.

4. El procedimiento como se reivindica en la reivindicación 3, caracterizado porque se introducen los gases que contienen oxígeno en las porciones primera y segunda del horno en paralelo.

5. El procedimiento como se reivindica en la reivindicación 3, caracterizado porque se introducen los gases que contienen oxígeno en las porciones primera y segunda del horno en direcciones opuestas.

6. El procedimiento como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se introducen directamente los gases que contienen oxígeno directamente en la entrada de la caldera de calor residual.

7. El procedimiento como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se ajusta la concentración de dióxido de azufre obtenida en las porciones primera y segunda del horno al controlar la cantidad suministrada de aire y/o de azufre.

8. El procedimiento como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se obtiene en la primera porción del horno una concentración de dióxido de azufre de aproximadamente un 20 a un 21% en volumen.

9. El procedimiento como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se obtiene en la segunda porción del horno una concentración de dióxido de azufre de un 6 a un 95% en volumen, preferentemente, de forma aproximada, de un 9 a un 35% en volumen.

10. El procedimiento como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la combustión en la primera porción del horno se lleva a cabo entre aproximadamente 1.000 y 1.800 °C.

11. El procedimiento como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la combustión en la segunda porción del horno se lleva a cabo entre aproximadamente 1.000 y 1.800 °C.

12. El procedimiento como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se suministra el azufre a la primera porción del horno en forma líquida y es pulverizado por medio de aire cuando entra en el horno.

13. El procedimiento como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la corriente de aire suministrada a la primera porción del horno es suministrada al horno en una o más posiciones ubicadas una detrás de otra en una dirección axial del horno.

14. Un aparato para la combustión de azufre, en particular para llevar a cabo un procedimiento como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende un horno (1) alineado, preferentemente, de forma horizontal, en cuya cara extrema se proporciona un sistema de quemadores, y que comprende conductos (10a, 10b, 11) para suministrar azufre al igual que gases que contienen oxígeno, aire en particular, caracterizado porque el horno (1) incluye una primera porción y una segunda porción contigua (5, 6) , a cada una de las cuales se suministran gases que contienen oxígeno para la combustión de azufre y porque se proporciona corriente abajo del horno una caldera (15) de calor residual y porque se suministran gases que contienen oxígeno a la región (9) de entrada de la caldera (15) de calor residual.

15. El aparato como se reivindica en la reivindicación 13, caracterizado porque se suministran los gases que contienen oxígeno a la región (9) de salida de la segunda porción (6) .

16. El aparato como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 14 o 15, caracterizado porque los conductos (10a, 10b, 11) de entrada para suministrar aire de combustión se abren a las porciones primera y segunda (5, 6) de forma tangencial.

17. El aparato como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 14 a 16, caracterizado porque los conductos (10a, 10b, 11) para suministrar aire a las porciones primera y segunda (5, 6) se abren al horno (1) en lados opuestos.

18. El aparato como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 14 a 16, caracterizado porque el conducto

(10a, 10b) para suministrar aire de combustión a la primera porción (5) se abre al horno (1) en el mismo lado que el conducto (11) para suministrar aire de combustión a la segunda porción (6) .

19. El aparato como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 14 a 18, caracterizado porque se proporcionan válvulas (13, 14) de control en los conductos (10a, 10b, 11) para suministrar aire de combustión a las porciones primera y segunda (5, 6) para ajustar los caudales volumétricos que han de suministrarse.

20. El aparato como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 14 a 19, caracterizado porque las porciones primera y segunda (5, 6) están separadas entre sí por un orificio (7) .

21. El aparato como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 14 a 20, caracterizado porque se introduce el azufre en la primera porción (5) por medio de un pulverizador (4) , en particular un pulverizador giratorio o ultrasónico.