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WO2016102900A1 - Réduction thermique de soufre - Google Patents

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WO2016102900A1
WO2016102900A1 PCT/FR2015/053737 FR2015053737W WO2016102900A1 WO 2016102900 A1 WO2016102900 A1 WO 2016102900A1 FR 2015053737 W FR2015053737 W FR 2015053737W WO 2016102900 A1 WO2016102900 A1 WO 2016102900A1
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WO
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gas
fuel
treated
injector
injection
Prior art date
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Application number
PCT/FR2015/053737
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English (en)
Inventor
Benoit Grand
Jacques Mulon
Xavier Paubel
Rémi Tsiava
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Original Assignee
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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Publication date
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Priority to RU2017123787A priority patent/RU2696477C2/ru
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Ceased legal-status Critical Current

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    • Y02E20/34—Indirect CO2mitigation, i.e. by acting on non CO2directly related matters of the process, e.g. pre-heating or heat recovery

Definitions

  • the present invention relates to the thermal reduction of sulfur dioxide and in particular the thermal reduction of sulfur dioxide present in industrial waste gases.
  • Sulfur dioxide (SO 2 ) is a pollutant that is very harmful to health and the environment. It is mainly generated by refineries during the desulphurisation of fuels and by the extraction mines of non-ferrous ores (nickel, copper, lead, etc.).
  • the extraction of one ton of nickel emits 4 tons of SO 2 and the extraction of copper produces 1 ton of SO 2 .
  • the thermal reduction is particularly interesting because it can be integrated into the SO 2 emitter upstream process.
  • the sulfur is recovered mainly elemental form (Sx), and, in combination with a Claus-type process, almost all of the sulfur is recovered in elemental form.
  • Thermal reduction is particularly interesting when SO 2 sources do not have a sulfuric acid market nearby.
  • the implementation of the thermal reduction requires the mixing of a reducing agent with the SO 2 , and optionally water vapor, at high temperature.
  • the goal is to obtain an H 2 S / SO 2 flux in a 2: 1 ratio in order to be able to recover a maximum of sulfur present in these two compounds in solid form via a Claus type catalytic process.
  • Thermal reduction of SO2 is described in reference books such as Ullmann's Encylopedia of Industrial Chemistry.
  • US-A-4117101 more particularly discloses a process for the production of sulfur from SO2-containing gases . .
  • a fuel with a sub-stoichiometric amount of an oxygen-containing gas is burned in a combustion zone in the absence of the gas containing SO 2.
  • a zone of thermal reduction is carried out at a temperature between 95 ° C. and 1250 ° C. essentially free of oxygen and containing the gaseous effluent of the combustion, this effluent being a reducing gas.
  • the SO2-containing gas is introduced into this reduction zone downstream of the combustion zone so as to effect a thermal reduction of the SO2-containing gas by means of the aforementioned effluent of the combustion.
  • a product containing elemental sulfur and other sulfur compounds such as carbonyl sulphide or carbon disulfide is obtained.
  • This product is then contacted with a catalyst at a temperature of 200 ° C to 460 ° C to convert the sulfur carbonyl or carbon disulfide to hydrogen sulfide.
  • Said hydrogen sulfide may in turn be converted to elemental sulfur by reaction with SO2 in a Claus reactor.
  • a gas containing hydrocarbon such as in particular coke oven gas, is also introduced into the reduction zone downstream of the combustion zone.
  • the present invention aims to provide an improved method of thermal reduction of SO2 and means for its implementation.
  • the present invention more particularly aims to allow a particularly effective thermal reduction of SO2 limiting the amount of soot and generated gaseous by-products, and this by means of a flexible process and easy to implement.
  • the present invention provides a method of injecting reactants into a reaction zone in which the thermal reduction of SO2 occurs.
  • the realization of the mixture of reactants directly impacts the performance of the heat reduction process such as, in particular, the conversion rate of SO2 into H 2 S and the rate of production of soot (harmful pollutant for the catalysts in the downstream process) Claus) or finally the quantity of by-products such as COS, CO and H 2 generated.
  • the following reagents are injected into the reaction zone:
  • a gaseous oxidant having an oxygen content of 50% vol to 100% vol having an oxygen content of 50% vol to 100% vol
  • the oxidant and the fuel are injected into the reaction zone so as to generate, by combustion of the fuel with the oxidant, an oxy-fuel flame having a longitudinal axis.
  • the gas to be treated is injected into the reaction zone and this around the oxy-fuel flame, and the reducing gas is injected into the gas to be treated inside or upstream of the reaction zone.
  • the hydrogenated reducing gas comes into contact with the gas to be treated in the reaction zone at or downstream of the injection point of the gas to be treated in the reaction zone.
  • the reducing gas comes into contact with the gas to be treated before the injection of the gas to be treated into the reaction zone.
  • oxygen-fuel flame is understood to mean a flame generated by the combustion of a fuel with a gaseous oxidant (oxidant) having an oxygen content of at least 50% vol.
  • the reduction reaction between the SO2 of the gas to be treated and the hydrogenated reducing gas is promoted by the heat generated by the oxy-fuel flame around which the gas to be treated is injected.
  • the reduction reaction between the SO 2 of the gas to be treated and the hydrogenated reducing gas is also promoted by the injection of the reducing gas into the gas to be treated, which ensures an intimate contact between the gas to be treated and the reducing gas and thus improves the effectiveness of the thermal reduction of SO 2 .
  • At least some, or all, of the oxidant is injected around the fuel.
  • the efficiency of the thermal reduction can be improved when at least one of the oxidant and the fuel and preferably both are injected into the reaction zone at a divergent angle to the axis. of the oxy-fuel flame, particularly when fuel injection is surrounded by an oxidant injection.
  • the fuel is injected into the reaction zone around a first portion of the oxidant and a second portion of the oxidant is injected into the reaction zone around the fuel.
  • the fuel and / or the second part of the oxidant and preferably both are advantageously injected into the reaction zone at a divergent angle with respect to the longitudinal axis of the flame.
  • the injection speeds of the fuel gas and oxygen are advantageously chosen between 30 and 60 m / s
  • the fuel can be injected by means of a multitude of fuel injection openings.
  • This multitude of fuel injection openings advantageously comprises a series of these injection openings positioned around the longitudinal axis of the oxy-fuel flame, in particular on a circular contour around the longitudinal axis and preferably concentric with the longitudinal axis.
  • the efficiency of the thermal reduction can also be improved by the injection of the gas to be treated into the reaction zone with a rotational movement about the longitudinal axis of the oxy-fuel flame.
  • the hydrogenated reducing gas is injected through a plurality of reducing gas injection openings which are disposed about the longitudinal axis of the oxy-fuel flame.
  • Said reducing gas injection openings are preferably positioned axisymmetrically with respect to said longitudinal axis.
  • the gas to be treated may in particular be injected into the reaction zone through a passage, said main passage, which ends in an annular injection opening concentric with the longitudinal axis of the oxyfuel flame.
  • said annular injection opening of the gas to be treated corresponds to the aforementioned point of injection of the gas to be treated.
  • the reducing gas may more particularly be injected through a plurality of reducing gas injection lances, these lances being disposed in the aforementioned main passage and ending:
  • the lances are advantageously arranged around the longitudinal axis of the oxy-fuel flame, preferably axisymmetrically.
  • the injection speed of the gas to be treated will be chosen between 5 and 15 m / s, preferably 5 to 10 m / s while the injection rate of the reducing gas will be chosen between 10 and 50 m / s, preferably between 20 and 40 m / s.
  • the injection method according to the invention is generally part of a process for the recovery of sulfur from the sulfur dioxide-containing process gas.
  • the gas to be treated is subjected to a partial reduction of SO 2 by the injection method according to any one of the embodiments described above.
  • a treated gas containing H 2 S and SO 2 is thus obtained.
  • the treated gas is cooled downstream of the reaction zone, which makes it possible to recover, on the one hand, condensed sulfur and, on the other hand, a cooled gas containing H 2 S and SO 2 .
  • the treated gas can be cooled in a boiler, said recovery boiler, which captures and exploit a portion of the thermal energy of the treated gas from the reaction zone, for example by transforming it into the mechanical or electrical energy or to supply steam to other installations. It is also possible to exploit the captured thermal energy to heat one or more of the reagents before their injection into the reaction zone.
  • the cooled gas is advantageously subjected to a desulfurization process in a Claus reactor. This makes it possible to recover more sulfur and a desulfurized and therefore less polluting gas.
  • the injection method according to the invention has the important advantage that it makes it possible to regulate the H2S / SO2 ratio of the treated gas simply by regulating the flow rate of the reducing gas injected into the reaction zone without impacting the flow of fuel gas.
  • the flow rate of the reducing gas will preferably be adjusted so as to obtain in the treated gas a molar ratio of H 2 S 2 SO 2 between 1, 9 and 2.1, a molar ratio of 2.0 being optimal for the Claus reaction.
  • the ratio H2S / SO2 is advantageously determined in the treated gas (before cooling) or in the cooled gas. It is then possible to regulate the flow rate of the reducing gas injected into the reaction zone as a function of the ratio thus determined, preferably so that the molar ratio of H2S / SO2 is between 1, 9 and 2.1.
  • the processes according to the invention make it possible to treat a large number of gases containing sulfur dioxide, in particular gaseous effluents resulting from industrial processes.
  • the invention provides in particular a simple means for the partial thermal reduction of SO2 present in SO2-containing gases:
  • meltters for non-ferrous ores, and in particular smelting furnaces for nickel, copper or lead ores, etc. such as found near the mines, for example).
  • the oxygen content of the gaseous oxidant injected into the reaction zone is preferably greater than 80% vol, more preferably greater than 90% vol, or even greater than 95% vol.
  • the gaseous fuel injected into the reaction zone is advantageously chosen from methane, ethane, propane, hydrogen, a mixture of hydrogen and carbon monoxide and mixtures of at least two of these gaseous fuels.
  • the hydrogen or the mixture of hydrogen and CO can in particular be derived from the gasification of biomass or waste.
  • hydrogenated reducing gas is meant a gas capable of reacting with SO2 at a temperature between 1000 ° C and 1500 ° C with formation of elemental sulfur and H 2 S.
  • the hydrogenated reducing gas is preferably selected from the gases listed above in connection with the gaseous fuel.
  • H 2 is the most appropriate reducing gas but generally also the most expensive. It is therefore wise and more environmentally friendly to use as a reducing gas H 2 or a gas containing H 2 from alternative sources such as gasification of waste or biomass.
  • the reducing gas and the gaseous fuel may be identical and come from the same source.
  • the reducing gas may also be different from the combustible gas.
  • the reducing gas may comprise or not comprise a gas having the same composition as the fuel or vice versa: for example methane and natural gas.
  • water vapor H 2 O
  • This addition of water vapor can be done by mixing the steam with the reducing gas and / or by mixing it with the sulfur dioxide-containing gas to be treated.
  • the invention has the advantage that the formation of soot is particularly low, which is particularly important when the thermal reduction is followed by a Claus-type process, even without the addition of steam to the reducing gas and / or to the gas to be treated.
  • Wealth is defined as the ratio between, on the one hand, the actual ratio between the fuel flow and the oxidant flow, and on the other hand, the strictly stoichiometric ratio between the flow rate of this fuel and the flow rate of this oxidant. .
  • the adjustment of the richness is a setting parameter of the injection of the oxidant and the fuel on the release of heat by the flame oxy-fuel and thus the performance of the thermal reduction reaction.
  • the oxy-fuel flame is low in oxygen (rich in fuel), that is to say with a richness greater than 1, preferably greater than 1 and less than or equal to 2.
  • the combustion of the fuel in the oxy-fuel flame is a partial combustion and (unburnt thus formed such as H 2 present in) the combustion gases generated by the oxy-fuel flame can act as an additional reducing gas for the thermal reduction. SO2.
  • the oxy-fuel flame is rich in oxygen (low in fuel), i.e., with a richness of less than 1, preferably greater than 0.5, and less than 1.0 .
  • the residual oxygen that did not participate in the combustion due to lack of fuel will burn the hydrogenated reducing gas to release more heat energy in the heart of the reaction zone.
  • the temperature of the gases in the reaction zone is typically from 1000 ° C to 1400 ° C, preferably from 1100 ° C to 1300 ° C.
  • the injection method according to the invention fits perfectly in other steps to be part of a process for the recovery of elemental sulfur gas to be treated.
  • the present invention therefore also covers a process for recovering sulfur from a sulfur dioxide-containing process gas in which the gas to be treated is subjected to a partial thermal reduction of SO 2 as described above.
  • the gas resulting from the reaction zone thus obtained, having therefore undergone a partial thermal reduction of the SO 2 is hereinafter called the "treated gas".
  • the treated gas contains H 2 S and SO 2. This treated gas is cooled to recover condensed sulfur and a cooled gas still containing the H 2 S and SO 2 of the uncooled treated gas.
  • the treated gas may more particularly be cooled in a heat recovery boiler located downstream of the reaction zone. This allows a thermal energy recovery of the treated gas in the form of steam, or in the form of mechanical or electrical energy.
  • the cooled gas is directed to a catalytic reactor of the Claus type, with recovery of sulfur and a desulphurized gas.
  • the sulfur recovered in elemental form in the Claus process is derived from the residual sulfur present in the cooled gas.
  • the gas recovered from the Claus process is essentially desulphurized and therefore significantly less polluting than the gas to be treated initially.
  • the present invention more particularly allows the partial thermal reduction of SO2 in gases to be treated and in particular gaseous effluents:
  • Such a gaseous effluent may be subjected to a purification treatment, dedusting, etc. before being subjected to the process according to the invention for recovering elemental sulfur from said gases.
  • the present invention also relates to an injection assembly adapted for implementing the injection method according to the invention.
  • the injection assembly includes a central burner, a peripheral injector and at least one additional injector.
  • the central burner is adapted for injecting an oxidant and a fuel into a reaction zone downstream of the injection assembly. It is capable of generating, by combustion of the fuel with the oxidant, a flame having a longitudinal axis.
  • the central burner itself generally has a longitudinal axis called "burner" which coincides with the longitudinal axis of the flame. Unless otherwise indicated, reference to a “longitudinal axis” is a reference to the longitudinal axis of the flame.
  • the peripheral injector of the injection assembly is suitable for injecting a gas to be treated containing sulfur dioxide into the reaction zone and this around the oxy-fuel flame generated by the central burner.
  • the at least one additional injector of the injection assembly is adapted for injecting a hydrogenated reducing gas inside the peripheral injector, at an injection opening of the peripheral injector or still in the reaction zone.
  • the at least one additional injector may open into the peripheral injector, at the or an injection opening of the peripheral injector and / or be positioned inside the peripheral injector so that the hydrogenated reducing gas mixes with the gas to be treated injected by the peripheral injector, in particular before or at the point of injection of the gas to be treated.
  • the central burner advantageously comprises an oxidant injector and a fuel injector for injection into the reaction zone of the oxidant and the fuel, respectively.
  • the oxidant injector surrounds the fuel injector.
  • the central burner comprises a first oxidant injector surrounded by the fuel injector and a second oxidant injector surrounding the fuel injector.
  • the oxidant injector or injectors are connected to an oxidant source and more particularly to a source of an oxidant having an oxygen content of 50% vol to 100% vol. the fuel injector (s) being connected to a source of a gaseous fuel.
  • two elements are "connected" when they are connected so as to allow the flow of a fluid from one of the two elements to the other of the two elements, for example by means of a pipe for the transporting said fluid.
  • the oxidant and fuel injectors are preferably such that at least a portion of the oxidant and / or fuel is injected into the downstream reaction zone with a direction of injection diverging with respect to the longitudinal axis.
  • the central burner comprises a fuel injector that surrounds the oxidant injector
  • the fuel injector and / or the oxidant injector advantageously have an injection nozzle diverging with respect to the longitudinal axis in the directions of injection.
  • the central burner comprises two oxidant injectors, one of which (the first) is surrounded by the fuel injector and the other (the second) surrounds the fuel injector, the injector fuel and the second oxidant injector are advantageously provided with such a diverging nozzle.
  • the central burner and more particularly the fuel injector, preferably has a multitude of fuel injection openings.
  • at least some of said fuel injection openings are advantageously positioned on a substantially circular contour around the longitudinal axis.
  • the peripheral injector advantageously comprises a gyration device adapted for rotating around the longitudinal axis of the gas to be treated injected by the peripheral injector into the reaction zone.
  • the turning device may in particular comprise rotating valves.
  • the peripheral injector terminates in an injection opening, said injection opening being preferably an annular injection opening concentric with the longitudinal axis.
  • the injection assembly advantageously comprises a multitude of additional injectors as described above.
  • the additional injectors of this multitude thus open: i. inside the peripheral injector, and / or
  • the additional injectors preferably open axisymmetrically about the longitudinal axis.
  • the central burner is connected to a source of an oxidant having an oxygen content of 50% vol to 100% vol and a source of a gaseous fuel;
  • the peripheral injector is connected to a source of the gas to be treated containing sulfur dioxide;
  • the at least one additional injector is connected to a source of a hydrogenated reducing gas.
  • the sulfur-containing gas to be treated may be a gaseous effluent from a petrochemical refinery or a non-ferrous ore smelter;
  • the gaseous fuel is advantageously chosen from methane, ethane, propane, hydrogen or mixtures of hydrogen and carbon monoxide, which may in particular be derived from biomass or waste, and the mixtures of minus two of these fuels such as natural gas;
  • the oxidant which has an oxygen content of at least 50% vol, preferably contains more than 80% vol of oxygen, more preferably more than 90% vol, or even more than 95% vol;
  • the hydrogenated reducing gas is preferably chosen from methane, ethane, propane, hydrogen or mixtures of hydrogen and carbon monoxide, and mixtures of at least two of these gases, such as, for example, natural gas.
  • the reducing gas and the gaseous fuel may be identical.
  • the reducing gas may also be different from the combustible gas.
  • the reducing gas may comprise or not comprise a gas of the same composition as the fuel or vice versa.
  • the injection assembly typically also includes controllers for regulating the flow rates of the different fluids to the injection assembly.
  • the central burner or even the fuel injector this
  • the at least one additional injector are advantageously connected to the same fuel source.
  • the injection assembly is normally provided with a controller regulating the flow rates of fuel, oxidant, the gas to be treated and the hydrogenated reducing gas injected by the injection assembly.
  • the controller therefore also regulates the richness of the flame (oxy-fuel flame) generated by the central burner.
  • the controller also regulates the ratio between:
  • the present invention also relates to an installation for the recovery of sulfur from a gas called "gas to be treated" containing sulfur dioxide.
  • the plant according to the invention comprises a sulfur dioxide thermal reduction chamber equipped with an assembly according to any one of the embodiments described above.
  • Said thermal reduction chamber comprises an outlet for the evacuation of the treated gas, that is to say the gas having undergone a thermal reduction of SO2.
  • the installation advantageously also comprises a cooling device for cooling the treated gas.
  • the cooling device is connected to the treated gas outlet of the reduction chamber.
  • the cooling device in turn comprises an outlet for evacuating the cooled gas from the cooling device and a sulfur outlet for discharging the condensed sulfur into the cooling system.
  • the cooling device is advantageously a recovery boiler.
  • the plant according to the invention advantageously also comprises an installation for further desulfurization of the cooled treated gas.
  • the plant preferably comprises a Claus reactor for the desulfurization of cooled gas from the cooling device and for recovering the sulfur thus obtained.
  • the Claus reactor is connected to the cooled gas outlet of the cooling device.
  • the plant according to any one of the embodiments described above conveniently comprises control equipment.
  • Said regulating equipment includes a detection device for determining the ratio between the H 2 S and the SO 2 in the treated gas at the treated gas outlet of the thermal reduction chamber or in the gas cooled at the cooled gas outlet of the cooling device.
  • the regulation equipment then advantageously also comprises a flow controller adapted to regulate the flow rates of the fluids supplied to the injection assembly, said flow controller preferably being able to regulate the flow of hydrogenated reducing gas supplied to the assembly. injection according to the ratio between H 2 S and SO 2 determined by the aforementioned detection device.
  • the flow controller advantageously regulates the flow rates supplied to the injection assembly and in particular the flow rate of hydrogenated reducing gas supplied to the injection unit so that the H2S / SO2 ratio detected is 1, 9 to 2.1, preferably 2.0.
  • the invention makes it possible to better control the reactions of the thermal reduction by uncoupling at least partially (a) the release of the heat necessary for the thermal reduction and (b) the mixing of the gas to be treated containing sulfur dioxide with the reducing gas hydrogen. This also reduces the formation of soot.
  • the invention makes it possible to create a first heat-generating zone produced by an oxy-fuel flame (combustion zone), which can notably be close to stoichiometry (see above), and a second zone in which the gas to be treated containing SO2 is mixed with the products of combustion of the oxy-fuel flame and with the hydrogenated reducing gas and in which the SO2 present in the gas to be treated reacts with the reducing gas with formation of elemental sulfur among others.
  • the injection configuration of the method according to the invention and the structure of the injection assembly according to the invention have the advantage of allowing a particularly compact and easy to control system, for example with the together injections into the reaction zone on one side of a thermal reduction reactor.
  • FIGS. 1 and 2 in which:
  • Figure 1 is a schematic representation in longitudinal section of an injection assembly according to the invention.
  • FIG. 2 is a schematic representation of the use of the injection assembly according to the invention in an installation for recovering sulfur from a gas to be treated.
  • the injection assembly 10 has a longitudinal axis X-X. It is composed in the center of an oxy-fuel central burner 20 for stoichiometric combustion (or non-stoichiometric, see above) of a gaseous fuel, such as natural gas with an oxygen-rich oxidant (> 50% flight).
  • the central burner comprises a first passage 21 located in the center of the burner and allowing the transport of a fuel and more particularly methane or natural gas to a first injection nozzle 22.
  • This injection nozzle has a first central injection opening 22a surrounded by a ring of injection openings 22b.
  • the central burner also comprises a second passage 25 of annular section which surrounds the first passage 21 and which allows the transport of an oxidant rich in oxygen and more particularly oxygen purity industrial (95% vol 0 2 ) to a second injection nozzle 26 which surrounds the first injection nozzle 22.
  • the injection direction of the first and second injection nozzles is parallel to the longitudinal axis X-X.
  • first and / or second nozzles 22, 26 such that the directions of injection of the fuel and oxidant jets injected by said nozzles 22, 26 into the reaction zone 1 are divergent relative to each other. to the axis XX (in the direction of injection of said jets).
  • the gas to be treated containing SO 2 is fed to the reaction zone 1 by a peripheral injector 30 terminating in a ring-shaped peripheral injection opening.
  • the peripheral injector 30 comprises rotating fins 31 of the gas jet to be treated containing SO 2 before it is injected into the reaction zone 1.
  • additional injectors 40 of hydrogenated reducing gas are arranged axisymmetrically with respect to the longitudinal axis X-X.
  • a refractory block 50 facilitates the integration of the injection assembly into one of the walls surrounding the reaction zone in a thermal reduction reactor.
  • the swirling motion (often referred to by the English origin word "swirlé") given to the jet of the gas to be treated containing SO 2 allows at least partly to dilute the combustion zone, that is to say the oxy flame. - fuel 2 with the gas to be treated containing SO 2 , thus limiting the formation of soot by lowering the temperature peaks.
  • This desirable effect can be enhanced by injecting the gas to be treated with an injection speed whose component parallel to the longitudinal axis (called “longitudinal component”) is less than or equal to the longitudinal component of the oxy-fuel flame speed. .
  • an excess of the gaseous fuel injected by the central burner is injected as a hydrogenated reducing gas through the additional injectors 40.
  • the injection direction of said reducing gas is parallel to the longitudinal axis XX and its speed of rotation. injection (and therefore the longitudinal component of this speed) is greater than the longitudinal component of the speed of the gas to be treated.
  • the hydrogenated reducing gas corresponds to an excess of fuel.
  • the mixture between the gas to be treated containing SO 2 and the hydrogenated reducing gas not being upstream, in or by means of the central burner, the present invention allows a great flexibility of operation on the ratio between, on the one hand, the SO2 present in the gas to be treated and secondly, the reducing gas and in particular the hydrogen present in the reducing gas while providing the necessary heat input for SO2 thermal reduction reactions and this even for variable flow rates of gas to be treated and / or for variable SO2 contents of the gas to be treated.
  • the SO2 / hydrogen ratio drives the H2S / SO2 ratio at the outlet of the reaction zone.
  • an injection assembly 210 can be installed in a thermal reduction reactor 200 having inside a reaction zone 201.
  • the injection assembly 210 and supplied with gas to be treated containing 5
  • a portion of the natural gas supplied to the injection assembly 210 is the fuel supplied to the central burner of the injection assembly 210 to generate the oxy-fuel flame.
  • fuel 202 and another portion of the natural gas is supplied to the injection assembly 210 as a hydrogenated reducing gas.
  • the injection assembly 210 and more particularly its central burner, is operated so as to maintain the reaction zone 201 at a temperature between 1300 ° C and 1500 ° C suitable for the thermal reduction of SO 2 .
  • the treated gas 220 from the reactor 200 which contains SO 2 and H 2 S, is directed to an energy recovery boiler 250 into which thermal energy is recovered from the treated gas 220, the gases being there cooled and the elemental sulfur Sx obtained by the thermal reduction in the reactor 200 is recovered.
  • the cooled gas 230 Downstream of the energy recovery boiler 250, the cooled gas 230 is directed to a catalytic reactor of the Claus 260 type for the recovery of elemental sulfur Sx by reaction of SO2 with H 2 S present in the cooled treated gas 230 of in order to obtain a final gas 240, downstream of the Claus reactor 260 which is essentially free of sulfur.
  • the production of soot in the thermal reduction reactor 200 is very limited, which greatly prolongs the longevity of the catalyst in the Claus 260 reactor and limits the consumption of natural gas and oxygen per unit of gas to be treated. (better efficiency thanks to the absence of steam acting as a heat sink)
  • the method and the injection assembly according to the invention have been tested in an installation as illustrated in FIG. 2 under different conditions.
  • An injection assembly according to the invention was installed in a cylindrical reactor for the thermal reduction of SO2.
  • the injection assembly used was equipped with a device for gyration / rotation of the gas stream containing SO 2 gas to be treated injected into the reactor by means of the peripheral injector.
  • the multiples (8 in number) of reducing gas injectors, called additional injectors, were distributed over a circumference of said peripheral injector and their respective outlet faces were situated in the same plane as the injection opening of the peripheral injector. the gas to be treated.
  • the reactor in which the injection assembly was installed consisted of two successive zones of volume and equivalent length and separated by a flow restriction between the two successive zones.
  • the injection assembly was mounted at the inlet of the first reaction zone and set back relative to the internal refractory wall of the reactor. In the case of In this example, this shrinkage was approximately equal in length to the diameter of the aperture block of the injection assembly.
  • the oxygen supplying the central burner of the injection unit had a purity of 91% vol.
  • the gas to be treated consists of 99.9% vol of SO2.
  • the temperature in the two zones of the reactor was of the order of 1150 ° C.
  • the SO2 contained in the gas to be treated was partially reduced to H 2 S and small amounts of other by-products such as COS and CS2.
  • Another part of SO2 was directly reduced to elemental sulfur in gaseous form.
  • the flow of reaction products from the reactor then passed through an energy recovery boiler which allows to lower their temperature and thus isolate the elemental sulfur by condensation.
  • composition (in% by volume) of the gaseous flow at the outlet of the boiler is given in Table 2.
  • This stream was then injected into a conventional CLAUS reactor to react the SO2 with the H 2 S and to recover the remainder of sulfur in elemental form.
  • the invention surprisingly allows the thermal reduction of the SO 2 present in a gas to be treated with a good constant quality of the recovered sulfur and essentially without the production of soot, even without the addition of water vapor to the reducing gas. , and this in particular thanks to the specific injection configuration used.

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Abstract

Procédé et dispositif pour réduction thermique de dioxyde de soufre présent dans un gaz à traiter et en particulier dans des effluents gazeux industriels, dans lesquels on injecte un oxydant riche en oxygène (6) et un combustible gazeux dans une zone de réaction (201) de manière à générer une flamme oxy-combustible (202) dans la zone de réaction (201) et dans lesquels on injecte le gaz à traiter (5) autour de la flamme oxy-combustible (202), un gaz réducteur (7) étant injecté dans le gaz à traiter (5) dans ou en amont de la zone de réaction (201).

Description

Réduction thermique de soufre
La présente invention concerne la réduction thermique de dioxyde de soufre et en particulier la réduction thermique du dioxyde de soufre présent dans des effluents gazeux industriels.
Le dioxyde de soufre (SO2) est un polluant très nocif pour la santé et l'environnement. Il est principalement dégagé par les raffineries lors de la désulfurisation des carburants et par les mines d'extraction des minerais non-ferreux (Nickel, Cuivre, Plomb...).
A titre d'exemple, l'extraction d'une tonne de Nickel émet 4 tonne de SO2 et l'extraction de cuivre produit 1 tonne de SO2.
Pour traiter ces énormes volumes de SO2, la réduction thermique s'avère particulièrement intéressante car elle peut s'intégrer dans le procédé amont émetteur de SO2.
De plus, à l'issue du procédé de réduction thermique, le soufre est récupéré majoritairement forme élémentaire (Sx), et, en combinaison avec un procédé de type Claus, la quasi-totalité du soufre est récupéré sous forme élémentaire. La réduction thermique est ainsi particulièrement intéressante lorsque les sources de SO2 n'ont pas de marché d'acide sulfurique à proximité.
La mise en œuvre de la réduction thermique requière le mélange d'un agent de réduction avec le SO2, et éventuellement de la vapeur d'eau, à température élevé.
Les réactions qui ont lieu entre 1000°C et 1500°C avec, par exemple, du méthane comme agent réducteur, sont :
CH4 + 2SO2 = CO2 + 2H2O + 1/x Sx (formation de soufre élémentaire)
4CH4 + 4SO2 = 2CO + 4H2 + 2H2S + S2 + 2CO2 + 2H2O
(formation de H2S, de soufre élémentaire et du syngaz)
Le but est d'obtenir un flux H2S/SO2 dans un ratio 2 :1 afin de pouvoir récupérer un maximum de soufre présent dans ces deux composé sous forme solide via un procédé catalytique de type Claus. La réduction thermique du SO2 est décrite dans des livres de référence telle que le Ullmann's Encylopedia of Industrial Chemistry.
Elle figure également dans les procédés décrits dans FR-A-2212290, US-A-41 17101 , US-A-4207304, WO-A-2012/177281 et WO-A-2013/190335.
US-A-41 17101 divulgue plus particulièrement un procédé pour la production de soufre à partir de gaz contenant du SO2.. Selon ce procédé connu, on brûle dans une zone de combustion un combustible avec une quantité sous-stœchiométrique d'un gaz contenant de l'oxygène et ceci en absence du gaz contenant du SO2.
On réalise de cette manière, en aval de la zone de combustion, une zone de réduction thermique à une température entre 95°C et 1250°C essentiellement sans oxygène et contenant l'effluent gazeux de la combustion, cet effluent étant un gaz réducteur. Le gaz contenant du SO2 est introduit dans cette zone de réduction en aval de la zone de combustion de manière à effectuer une réduction thermique du gaz contenant du SO2 au moyen de l'effluent susmentionné de la combustion.
De cette manière, on obtient un produit contenant du soufre élémentaire et d'autres composés de soufre tels que le sulfure de carbonyle ou le disulfure de carbone. Ce produit est ensuite mis en contact avec un catalyseur à une température de 200°C à 460°C afin de convertir le carbonyle de soufre ou le disulfure de carbone en sulfure d'hydrogène. Ledit sulfure d'hydrogène peut à son tour susceptible d'être converti en soufre élémentaire par réaction avec du SO2 dans un réacteur Claus. Suivant une forme de réalisation, un gaz contenant de l'hydrocarbure, comme notamment du gaz de cokerie, est également introduit dans la zone de réduction en aval de la zone de combustion.
La présente invention a pour but de fournir un procédé amélioré de réduction thermique de SO2 et des moyens pour sa mise en œuvre. La présente invention a plus particulièrement pour but de permettre une réduction thermique particulièrement efficace de SO2 limitant la quantité de suie et de sous-produits gazeux générés, et ceci au moyen d'un procédé flexible et facile à mettre en œuvre. A cette fin, la présente invention propose un procédé d'injection des réactifs dans une zone de réaction dans laquelle la réduction thermique de SO2 a lieu.
En effet, la réalisation du mélange des réactifs impacte directement les performances du procédé de réduction thermique comme, notamment, le taux de conversion de SO2 en H2S ainsi que le taux de production de suie (polluant nocif pour les catalyseurs dans le procédé aval Claus) ou enfin la quantité de sous-produits comme COS, CO et H2 générée.
Selon le procédé d'injection suivant l'invention on injecte les réactifs suivants dans la zone de réaction :
• un oxydant gazeux ayant une teneur en oxygène de 50%vol à 100% vol,
• un combustible gazeux,
• un gaz à traiter contenant du dioxyde de soufre et
« un gaz réducteur hydrogéné.
On injecte l'oxydant et le combustible dans la zone de réaction de manière à générer, par la combustion du combustible avec l'oxydant, une flamme oxy-combustible présentant un axe longitudinal. On injecte le gaz à traiter dans la zone de réaction et ceci autour de la flamme oxy-combustible, et on injecte le gaz réducteur dans le gaz à traiter à l'intérieur ou en amont de la zone de réaction.
Dans le premier cas, le gaz réducteur hydrogéné entre en contact avec le gaz à traiter dans la zone de réaction à ou en aval du point d'injection du gaz à traiter dans la zone de réaction.
Dans le dernier cas, le gaz réducteur entre en contact avec le gaz à traiter avant l'injection du gaz à traiter dans la zone de réaction.
Dans le présent contexte, on comprend par « flamme oxy- combustible » une flamme générée par la combustion d'un combustible avec un oxydant (comburant) gazeux ayant une teneur en oxygène d'au moins 50% vol.
La réaction de réduction entre le SO2 du gaz à traiter et le gaz réducteur hydrogéné est promue par la chaleur générée par la flamme oxy- combustible autour de laquelle le gaz à traiter est injecté. La réaction de réduction entre le SO2 du gaz à traiter et le gaz réducteur hydrogéné est également promue par Hinjection du gaz réducteur dans le gaz à traiter, ce qui assure un contact intime entre le gaz à traiter et le gaz réducteur et améliore ainsi l'efficacité de la réduction thermique du SO2.
Suivant une forme de réalisation avantageuse, on injecte au moins une partie, voire la totalité, de l'oxydant autour du combustible.
Différentes orientations d'injection sont envisageables pour l'injection des différents réactifs dans la zone de réaction : parallèle à l'axe longitudinal de la flamme, convergente par rapport à cet axe ou encore divergente par rapport à cet axe.
Il a toutefois été constaté que l'efficacité de la réduction thermique peut être améliorée quand au moins un réactif parmi l'oxydant et le combustible et de préférence les deux sont injectés dans la zone de réaction avec un angle divergent par rapport à l'axe longitudinal de la flamme oxy- combustible, en particulier quand l'injection de combustible est entourée d'une injection d'oxydant.
Suivant une forme de réalisation alternative, le combustible est injecté dans la zone de réaction autour d'une première partie de l'oxydant et une deuxième partie de l'oxydant est injectée dans la zone de réaction autour du combustible. Dans ce cas, on injecte avantageusement le combustible et/ou la deuxième partie de l'oxydant et de préférence les deux dans la zone de réaction avec un angle divergent par rapport à l'axe longitudinal de la flamme.
D'autres configurations d'injection pour le combustible et l'oxydant sont toutefois envisageables.
Les vitesses d'injection du gaz combustible et de l'oxygène sont choisies avantageusement entre 30 et 60 m/s
Afin d'intensifier le contact entre le combustible gazeux et l'oxydant, le combustible peut être injecté au moyen d'une multitude d'ouvertures d'injection du combustible.
Cette multitude d'ouvertures d'injection du combustible comporte avantageusement une série de ces ouvertures d'injection positionnées autour de l'axe longitudinal de la flamme oxy-combustible, en particulier sur un contour circulaire autour de l'axe longitudinal et de préférence concentrique avec l'axe longitudinal.
Dans cette géométrie et sans injection d'oxydant central à l'intérieur des injections de combustibles, il est préférable d'ajouter une injection centrale de gaz combustible suivant l'axe longitudinal pour limiter le dépôt de suie sur le nez de l'injection et ainsi d'en augmenter la durée de vie.
L'efficacité de la réduction thermique peut également être améliorée par l'injection du gaz à traiter dans la zone de réaction avec un mouvement de rotation autour de l'axe longitudinal de la flamme oxy-combustible.
De manière avantageuse, le gaz réducteur hydrogéné est injecté à travers une multitude d'ouvertures d'injection de gaz réducteur qui sont disposées autour de l'axe longitudinal de la flamme oxy-combustible. Lesdites ouvertures d'injection de gaz réducteur sont de préférence positionnées de manière axisymétrique par rapport audit axe longitudinal.
Le gaz à traiter peut notamment être injecté dans la zone de réaction à travers un passage, dit passage principal, qui se termine en une ouverture d'injection annulaire concentrique avec l'axe longitudinal de la flamme oxy- combustible. Dans ce cas, ladite ouverture d'injection annulaire du gaz à traiter correspond au point d'injection susmentionné du gaz à traiter.
Dans ce cas, le gaz réducteur peut plus particulièrement être injecté à travers une multitude de lances d'injection de gaz réducteur, ces lances étant disposées dans le passage principal susmentionné et se terminant :
• A l'intérieur du passage principal pour que le gaz réducteur entre en contact avec le gaz à traiter avant son injection dans la zone de réaction à travers l'ouverture d'injection annulaire du passage principal, ou
• Dans l'ouverture d'injection annulaire du passage principal pour que le gaz réducteur contacte le gaz à traiter lors de l'injection du gaz à traiter dans la zone de réaction.
Les lances sont avantageusement disposées autour de l'axe longitudinal de la flamme oxy-combustible, de préférence de manière axisymétrique.
De manière avantageuse, la vitesse d'injection du gaz à traiter sera choisie entre 5 et 15 m/s, préférentiellement de 5 à 10 m/s tandis que la vitesse d'injection du gaz réducteur sera choisie entre 10 et 50 m/s, préférentiellement entre 20 et 40 m/s.
Le procédé d'injection selon l'invention fait généralement partie d'un procédé pour la récupération de soufre à partir du gaz à traiter contenant du dioxyde de soufre.
Dans ce cas, on soumet le gaz à traiter à une réduction partielle du SO2 au moyen du procédé d'injection suivant l'une quelconque des formes de réalisation décrites ci-dessus.
On obtient ainsi un gaz traité contenant du H2S et du SO2. Le gaz traité est refroidi en aval de la zone de réaction, ce qui permet de récupérer, d'une part, du soufre condensé et, d'autre part, un gaz refroidi contenant du H2S et du SO2.
Le gaz traité peut être refroidi dans une chaudière, dite chaudière de récupération, ce qui permet de capter et d'exploiter une partie de l'énergie thermique du gaz traité issu de la zone de réaction, par exemple en la transformant en de l'énergie mécanique ou électrique ou bien pour alimenter en vapeur d'autres installations. Il est également possible d'exploiter l'énergie thermique captée afin de chauffer un ou plusieurs des réactifs avant leur injection dans la zone de réaction.
Le gaz refroidi est avantageusement soumis à un procédé de désulfuration dans un réacteur Claus. Ceci permet de récupérer d'avantage de soufre et un gaz désulfuré et donc moins polluant.
Le procédé d'injection suivant l'invention présente l'avantage important qu'il permet de réguler le rapport H2S/SO2 du gaz traité simplement en régulant le débit du gaz réducteur injecté dans la zone de réaction sans impacter le débit de gaz combustible.
Ainsi, le dégagement de chaleur de la flamme vers le gaz à traiter n'est pas impacté par cette régulation ce qui permet une plus grande souplesse de fonctionnement. En particulier, lorsque le gaz traité est destiné à être envoyé dans un réacteur Claus, on réglera de préférence le débit du gaz réducteur afin d'obtenir dans le gaz traité un rapport molaire H2S/SO2 entre 1 ,9 et 2,1 , un rapport molaire de 2,0 étant optimal pour la réaction Claus. Pour une meilleure régulation dudit rapport, on détermine avantageusement le rapport H2S/SO2 dans le gaz traité (avant refroidissement) ou dans le gaz refroidi. On peut alors réguler le débit du gaz réducteur injecté dans la zone de réaction en fonction du rapport ainsi déterminé, de préférence de manière à ce que le rapport molaire H2S/SO2 soit entre 1 ,9 et 2,1 .
Les procédés suivant l'invention permettent de traiter un grand nombre de gaz contenant du dioxyde de soufre, en particulier des effluents gazeux issus de procédés industriels.
L'invention fourni en particulier un moyen simple pour la réduction thermique partiel de SO2 présent dans les gaz contenant du SO2 :
• issus de raffineries de produits pétrochimiques, notamment lors de la désulfuration de produits pétrochimiques tels que des carburants et d'autres produits pétrochimiques ; et
· issus de fours de fusion (en anglais : smelters) pour minerais non- ferreux, et en particulier de fours de fusion de minerais de nickel, de cuivre, de plomb, etc. tels qu'on trouve par exemple à proximité des mines).
La teneur en oxygène de l'oxydant gazeux injecté dans la zone de réaction est de préférence supérieure à 80%vol, encore de préférence supérieure à 90%vol, voire supérieure à 95%vol.
Le combustible gazeux injecté dans la zone de réaction est avantageusement choisi parmi le méthane, l'éthane, le propane, l'hydrogène, un mélange d'hydrogène et de monoxyde de carbone et les mélanges d'au moins deux de ces combustibles gazeux, comme par exemple le gaz naturel. L'hydrogène ou le mélange d'hydrogène et de CO peut notamment être issu de la gazéification de biomasse ou de déchets.
Plus le combustible contient de l'hydrogène, plus la formation de suie est faible. La présence d'hydrogène dans le combustible gazeux, sous forme de H2 ou sous forme chimiquement liée dans le cas d'un combustible gazeux hydrogéné, est donc généralement souhaitée.
Par gaz réducteur hydrogéné, on comprend un gaz susceptible de réagir avec du SO2 à une température entre 1000°C et 1500°C avec formation de soufre élémentaire et du H2S. Le gaz réducteur hydrogéné est de préférence choisi parmi les gaz listés ci-dessus en rapport avec le combustible gazeux.
Plus le gaz réducteur contient de l'hydrogène, plus la réaction de réduction thermique sera efficace.
Le H2 est donc le gaz réducteur le plus approprié mais généralement aussi le plus coûteux. Il est ainsi judicieux et plus respectueux de l'environnement d'utiliser comme gaz réducteur du H2 ou un gaz contenant du H2 issus des sources alternatives comme la gazéification de déchets ou de la biomasse.
Le gaz réducteur et le combustible gazeux peuvent être identiques et provenir d'une même source. Le gaz réducteur peut également être différent du gaz combustible. Dans ce cas, le gaz réducteur peut comporter ou ne pas comporter un gaz ayant la même composition que le combustible ou vice versa : par exemple le méthane et le gaz naturel.
II peut être parfois avantageux d'ajouter de la vapeur d'eau (H2O) dans la zone de réaction pour limiter encore plus la formation de suie si par exemple le type de combustible ou de gaz réducteur contient beaucoup de carbone. Cet ajout de vapeur d'eau peut se faire en mélangeant la vapeur avec le gaz réducteur et/ou en la mélangeant avec le gaz à traiter contenant du dioxyde de soufre.
L'invention présente toutefois l'avantage que la formation de suie est particulièrement faible, ce qui est notamment important, quand la réduction thermique est suivi d'un procédé de type Claus, et ceci même sans ajout de vapeur au gaz réducteur et/ou au gaz à traiter.
La flamme oxy-combustible présente avantageusement une richesse
(en anglais : « fuel-oxidant équivalence ratio ») de 0,5 à 2,0 de préférence de 0,80 à 1 ,50 et encore plus préférentiellement de 0,90 à 1 ,10.
La richesse est défini comme le rapport entre d'une part, le ratio réel entre le débit de combustible et le débit d'oxydant, et d'autre part, le ratio strictement stœchiométrique entre le débit de ce combustible et le débit de cet oxydant.
L'ajustement de la richesse est un paramètre de réglage de l'injection de l'oxydant et du combustible sur le dégagement de chaleur par la flamme oxy-combustible et ainsi sur les performances de la réaction de réduction thermique.
Suivant une première forme de réalisation, la flamme oxy-combustible est stœchiométrique (richesse = 1 ).
Suivant une autre forme de réalisation, la flamme oxy-combustible est pauvre en oxygène (riche en combustible), c'est-à-dire avec une richesse supérieure à 1 , de préférence supérieur à 1 et inférieur ou égal à 2. Dans ce cas, la combustion du combustible dans la flamme oxy-combustible est une combustion partielle et (les imbrûlés ainsi formés tel que H2 présents dans) les gaz de combustion générés par la flamme oxy-combustible peuvent agir comme gaz réducteur supplémentaire pour la réduction thermique du SO2.
Suivant encore une autre forme de réalisation, la flamme oxy- combustible est riche en oxygène (pauvre en combustible), c'est-à-dire avec une richesse inférieure à 1 , de préférence supérieur à 0,5 et inférieur à 1 ,0. Dans ce cas, l'oxygène résiduel n'ayant pas pris part à la combustion faute de combustible brûlera le gaz réducteur hydrogéné pour libérer plus d'énergie thermique au cœur de la zone de réaction.
La température des gaz dans la zone de réaction est typiquement de 1000°C à 1400°C, de préférence de 1 100°C à 1300°C.
Le procédé d'injection suivant l'invention s'intègre parfaitement dans d'autres étapes pour faire partie d'un procédé pour la récupération de soufre élémentaire de gaz à traiter.
La présente invention couvre par conséquent également un procédé de récupération de soufre d'un gaz à traiter contenant du dioxyde de soufre dans lequel on soumet le gaz à traiter à une réduction thermique partielle du SO2 comme décrit ci-dessus. Le gaz issu de la zone de réaction ainsi obtenu, ayant donc subi une réduction thermique partielle du SO2, est appelé ci-après le « gaz traité ».
Le gaz traité contient du H2S et du SO2. Ce gaz traité est refroidi de manière à récupérer du soufre condensé et un gaz refroidi contenant toujours le H2S et le SO2 du gaz traité non-refroidi. Le gaz traité peut plus particulièrement être refroidi dans une chaudière de récupération de chaleur située en aval de la zone de réaction. Ceci permet une récupération d'énergie thermique du gaz traité sous forme de vapeur, ou encore sous forme d'énergie mécanique ou électrique.
Après la séparation du soufre élémentaire produit par la réduction thermique, le gaz refroidi est dirigé vers un réacteur catalytique du type Claus, avec récupération de soufre et d'un gaz désulfuré.
Le soufre récupéré, sous forme élémentaire, dans le procédé Claus est issu du soufre résiduel présent dans le gaz refroidi. Le gaz récupéré du procédé Claus est essentiellement désulfuré et donc significativement moins polluant que le gaz à traiter de départ.
La présente invention permet plus particulièrement la réduction thermique partielle du SO2 dans des gaz à traiter et notamment des effluents gazeux :
• issus des raffineries de produits pétrochimiques, notamment lors de la désulfuration de carburants ou d'autres produits pétrochimiques, ou · issus de fours de fusion pour minerais non-ferreux, et en particulier de fours de fusion de minerais de nickel, de cuivre, de plomb, etc. tels qu'on trouve par exemple à proximité des mines.
Un tel effluent gazeux peut être soumis à un traitement de purification, de dépoussiérage, etc. avant d'être soumis au procédé suivant l'invention pour la récupération de soufre élémentaire desdits gaz.
La présente invention concerne également un ensemble d'injection adapté pour la mise en œuvre du procédé d'injection suivant l'invention.
L'ensemble d'injection comprend un brûleur central, un injecteur périphérique et au moins un injecteur supplémentaire.
Le brûleur central est adapté pour l'injection d'un oxydant et d'un combustible dans une zone de réaction en aval de l'ensemble d'injection. Il est apte à générer, par la combustion du combustible avec l'oxydant, une flamme présentant un axe longitudinal.
Le brûleur central présente lui-même généralement un axe longitudinal dit « de brûleur » qui coïncide avec l'axe longitudinal de la flamme. Sauf indication contraire, toute référence à un « axe longitudinal » est une référence à l'axe longitudinal de la flamme. L'injecteur périphérique de l'ensemble d'injection est adapté pour l'injection d'un gaz à traiter contenant du dioxyde de soufre dans la zone de réaction et ceci autour de la flamme oxy-combustible généré par le brûleur central.
Le au moins un injecteur supplémentaire de l'ensemble d'injection est adapté pour l'injection d'un gaz réducteur hydrogéné à l'intérieur de l'injecteur périphérique, au niveau d'une ouverture d'injection de l'injecteur périphérique ou encore dans la zone de réaction.
Le au moins un injecteur supplémentaire peut déboucher dans l'injecteur périphérique, au niveau de la ou d'une ouverture d'injection de l'injecteur périphérique et/ou être positionné à l'intérieur de l'injecteur périphérique de manière à ce que le gaz réducteur hydrogéné se mélange avec le gaz à traiter injecté par l'injecteur périphérique, notamment avant le ou au point d'injection du gaz à traiter. Le brûleur central comporte avantageusement un injecteur d'oxydant et un injecteur de combustible pour l'injection dans la zone de réaction de respectivement l'oxydant et le combustible.
Suivant une forme de réalisation, l'injecteur d'oxydant entoure l'injecteur de combustible.
Suivant une autre forme de réalisation, le brûleur central comporte un premier injecteur d'oxydant entouré par l'injecteur de combustible et un deuxième injecteur d'oxydant entourant l'injecteur de combustible.
D'autres configurations sont toutefois envisageable pour le ou les injecteurs de combustible et le ou les injecteurs d'oxydant du brûleur central.
Pour le fonctionnement de l'ensemble d'injection, le ou les injecteurs d'oxydant sont reliés à une source d'oxydant et plus particulièrement à une source d'un oxydant ayant une teneur en oxygène de 50%vol à 100%vol, le ou les injecteurs de combustible étant reliés à une source d'un combustible gazeux.
Dans le présent contexte, deux éléments sont « reliés » quand ils sont connectés de manière à permettre l'écoulement d'un fluide d'un des deux éléments vers l'autre des deux éléments, par exemple au moyen d'une canalisation pour le transport dudit fluide. Les injecteurs d'oxydant et de combustible sont de préférence tels qu'au moins une partie de l'oxydant et/ou du combustible est injectée dans la zone de réaction aval avec une direction d'injection divergente par rapport à l'axe longitudinal.
Ainsi, quand le brûleur central comporte un injecteur de combustible qui entoure l'injecteur d'oxydant, l'injecteur de combustible et/ou l'injecteur d'oxydant présentent avantageusement une buse d'injection divergente par rapport à l'axe longitudinal dans les sens d'injection.
Quand, par contre, le brûleur central comporte deux injecteurs d'oxydant, dont l'un (le premier) est entouré de l'injecteur de combustible et dont l'autre (le deuxième) entoure l'injecteur de combustible, l'injecteur de combustible et le deuxième injecteur d'oxydant sont avantageusement munis d'une telle buse divergente.
Le brûleur central, et plus particulièrement l'injecteur de combustible, présente de préférence une multitude d'ouvertures d'injection de combustible. Dans ce cas, au moins certaines desdites ouvertures d'injection de combustible sont avantageusement positionnées sur un contour en substance circulaire autour de l'axe longitudinal.
Dans cette géométrie et sans injecteur central d'oxydant, il est préférable d'ajouter un injecteur central de gaz combustible suivant l'axe longitudinale afin d'éviter le dépôt de suie sur l'injecteur.
L'injecteur périphérique comporte de manière utile un dispositif de giration adapté pour la mise en rotation autour de l'axe longitudinal du gaz à traiter injecté par l'injecteur périphérique dans la zone de réaction. Le dispositif de giration peut notamment comporter des vannes de mise en rotation.
L'injecteur périphérique se termine en une ouverture d'injection, ladite ouverture d'injection étant de préférence une ouverture d'injection annulaire concentrique avec l'axe longitudinal.
Afin d'améliorer l'efficacité de la réduction thermique de l'effluent, l'ensemble d'injection comporte avantageusement une multitude d'injecteurs supplémentaires tels que décrits ci-dessus. Les injecteurs supplémentaires de cette multitude débouchent donc : i. à l'intérieur de l'injecteur périphérique, et/ou
ii. dans l'ouverture d'injection de l'injecteur périphérique, c'est-à-dire dans un même plan perpendiculaire à l'axe longitudinal.
Les injecteurs supplémentaires débouchent de préférence de manière axisymétrique autour de l'axe longitudinal.
Pour l'utilisation de l'ensemble suivant l'invention dans un procédé de réduction thermique d'un gaz à traiter contenant du dioxyde de soufre :
• le brûleur central est relié à une source d'un oxydant ayant une teneur en oxygène de 50%vol à 100%vol et à une source d'un combustible gazeux ;
• l'injecteur périphérique est relié à une source du gaz à traiter contenant du dioxyde de soufre ; et
• le au moins un injecteur supplémentaire est relié à une source d'un gaz réducteur hydrogéné.
Comme déjà indiqué ci-dessus par rapport au procédé suivant l'invention :
• le gaz à traiter contenant du soufre peut être issu un effluent gazeux d'une raffinerie de produits pétrochimiques, d'un four de fusion pour minerais non-ferreux ;
• le combustible gazeux est avantageusement choisi parmi le méthane, l'éthane, le propane, l'hydrogène ou des mélanges d'hydrogène et de monoxyde de carbone qui peuvent notamment être issue de la biomasse ou de déchets, et les mélanges d'au moins deux de ces combustibles comme par exemple le gaz naturel;
• l'oxydant, qui présente une teneur en oxygène d'au moins 50%vol, contient de préférence plus de à 80%vol en oxygène, encore de préférence plus de 90%vol, voire plus de 95%vol ; et
• le gaz réducteur hydrogéné est de préférence choisi parmi le méthane, l'éthane, le propane, l'hydrogène ou des mélanges d'hydrogène et de monoxyde de carbone, et les mélanges d'au moins deux de ces gaz comme par exemple le gaz naturel. Le gaz réducteur et le combustible gazeux peuvent être identiques. Le gaz réducteur peut également être différent du gaz combustible. Dans ce cas, le gaz réducteur peut comporter ou ne pas comporter un gaz d'une même composition que le combustible ou vice versa.
L'ensemble d'injection comporte typiquement également des contrôleurs pour la régulation des débits des différents fluides vers l'ensemble d'injection.
Quand le gaz réducteur présente la même composition que le combustible gazeux ou comporte un gaz ayant cette composition (en combinaison avec d'autres composant tels que, par exemple la vapeur d'eau), le brûleur central (voire l'injecteur de combustible de celui-ci) et le au moins un injecteur supplémentaire sont avantageusement reliés à une même source de combustible.
L'ensemble d'injection est normalement muni d'un contrôleur régulant les débits de combustible, d'oxydant, du gaz à traiter et du gaz réducteur hydrogéné injectés par l'ensemble d'injection. Le contrôleur régule donc également la richesse de la flamme (flamme oxy-combustible) générée par le brûleur central. Quand le combustible et le gaz réducteur proviennent d'une même source de combustible, le contrôleur régule donc également le rapport entre :
(i) le débit de combustible vers le brûleur central et
(ii) le débit vers le au moins un injecteur supplémentaire de combustible à être injecté comme gaz réducteur hydrogéné et,
(iii) le rapport entre les deux débits.
La présente invention concerne également une installation pour la récupération de soufre d'un gaz dit « gaz à traiter » contenant du dioxyde de soufre.
L'installation suivant l'invention comprend une chambre de réduction thermique de dioxyde de soufre équipée d'un ensemble suivant l'une quelconque des formes de réalisation décrites ci-dessus. Ladite chambre de réduction thermique comporte une sortie pour l'évacuation du gaz traité, c'est-à-dire du gaz ayant subi une réduction thermique de SO2.
L'installation comporte avantageusement également un dispositif de refroidissement pour le refroidissement du gaz traité. A cette fin le dispositif de refroidissement est relié à la sortie de gaz traité de la chambre de réduction. Le dispositif de refroidissement comporte à son tour une sortie pour l'évacuation du gaz refroidi du dispositif de refroidissement ainsi qu'une sortie de soufre pour l'évacuation du soufre condensé dans l'installation de refroidissement. Le dispositif de refroidissement est avantageusement une chaudière de récupération.
L'installation suivant l'invention comporte avantageusement également une installation pour une désulfuration supplémentaire du gaz traité refroidi.
Ainsi, l'installation comporte de préférence un réacteur Claus pour la désulfurisation de gaz refroidi issu du dispositif de refroidissement et pour la récupération du soufre ainsi obtenu. A cette fin, le réacteur Claus est relié à la sortie de gaz refroidi du dispositif de refroidissement.
L'installation suivant l'une quelconque des formes de réalisation décrites ci-dessus comporte de manière utile un équipement de régulation. Ledit équipement de régulation inclut un dispositif de détection pour déterminer le rapport entre le H2S et le SO2 dans le gaz traité à la sortie de gaz traité de la chambre de réduction thermique ou encore dans le gaz refroidi à la sortie de gaz refroidi du dispositif de refroidissement.
L'équipement de régulation comporte alors avantageusement également un contrôleur de débit apte à réguler les débits des fluides fourni à l'ensemble d'injection, ledit contrôleur de débit étant de préférence apte à réguler le débit de gaz réducteur hydrogéné fourni à l'ensemble d'injection en fonction du rapport entre le H2S et le SO2 déterminé par le dispositif de détection susmentionné. Le contrôleur de débit permet avantageusement dé réguler les débits fournis à l'ensemble d'injection et en particulier le débit de gaz réducteur hydrogéné fourni à l'ensemble d'injection de manière à ce que le rapport H2S/SO2 détecté est de 1 ,9 à 2,1 , de préférence 2,0.
L'invention permet de mieux maîtriser les réactions de la réduction thermique en découplant au moins partiellement (a) le dégagement de la chaleur nécessaire pour la réduction thermique et (b) le mélange du gaz à traiter contenant du dioxyde de soufre avec le gaz réducteur hydrogéné. Ceci permet également de réduire la formation des suies. En effet, l'invention permet de créer une première zone de dégagement de chaleur produit par une flamme oxy-combustible (zone de combustion), qui peut notamment être proche de la stœchiométrie (voir ci- dessus), et une deuxième zone dans laquelle le gaz à traiter contenant du SO2 est mélangé avec les produits de combustion de la flamme oxy- combustible et avec le gaz réducteur hydrogéné et dans laquelle le SO2 présent dans le gaz à traiter réagit avec le gaz réducteur avec formation entre autres de soufre élémentaire.
Il est à noter que la configuration d'injection du procédé suivant l'invention et la structure de l'ensemble d'injection suivant l'invention présentent l'avantage de permettre un système particulièrement compact et facile à contrôler, par exemple avec l'ensemble des injections dans la zone de réaction d'un côté d'un réacteur de réduction thermique.
La présente invention et ses avantages seront mieux compris à la lumière de l'exemple ci-après, référence étant faites aux figures 1 et 2 dans lesquelles :
• la figure 1 est une représentation schématique en section longitudinale d'un ensemble d'injection suivant l'invention.
• la figure 2 est une représentation schématique de l'utilisation de l'ensemble d'injection suivant l'invention dans une installation pour la récupération de soufre d'un gaz à traiter.
L'ensemble d'injection 10 présente un axe longitudinal X-X. Il est composé au centre d'un brûleur central oxy-combustible 20 permettant la combustion stœchiométrique (ou non-stœchiométrique, voir ci-dessus) d'un combustible gazeux, tel que le gaz naturel avec un oxydant riche en oxygène (> 50%vol). Le brûleur central comporte un premier passage 21 situé au centre du brûleur et permettant le transport d'un combustible et plus particulièrement du méthane ou du gaz naturel vers une première buse d'injection 22.
Cette buse d'injection comporte une première ouverture d'injection centrale 22a entouré d'une couronne d'ouvertures d'injections 22b. Le brûleur central comporte également un deuxième passage 25 de section annulaire qui entoure le premier passage 21 et qui permet le transport d'un oxydant riche en oxygène et plus particulièrement de l'oxygène de pureté industrielle (95% vol d'02) vers une deuxième buse d'injection 26 qui entoure la première buse d'injection 22.
Dans l'exemple illustré, la direction d'injection des premières et deuxièmes buses d'injection est parallèle à l'axe longitudinal X-X.
II peut toutefois être préférable d'utiliser des première et/ou deuxième buses 22, 26 telles que les directions d'injection des jets de combustible et d'oxydant injectés par lesdites buses 22, 26 dans la zone de réaction 1 soient divergentes par rapport à l'axe X-X (au sens d'injection desdits jets).
Le gaz à traiter contenant du SO2 est amené vers la zone de réaction 1 par un injecteur périphérique 30 se terminant en une ouverture d'injection périphérique en forme de couronne. L'injecteur périphérique 30 comporte des ailettes de mise en rotation 31 du jet de gaz à traiter contenant du SO2 avant son injection dans la zone de réaction 1 .
Au travers de cet injecteur périphérique 30, des injecteurs supplémentaires 40 de gaz réducteur hydrogéné sont disposés de manière axisymétrique par rapport à l'axe longitudinal X-X.
Le tout est entouré d'un bloc réfractaire 50. Un tel bloc réfractaire facilite l'intégration de l'ensemble d'injection dans une des parois entourant la zone de réaction dans réacteur de réduction thermique.
Le mouvement tourbillonné (souvent désigné par le terme d'origine anglais « swirlé ») donné au jet du gaz à traiter contenant du SO2 permet au moins en partie de diluer la zone de combustion, c'est-à-dire la flamme oxy- combustible 2 avec le gaz à traiter contenant du SO2, limitant ainsi la formation de suie par abaissement des pics de températures.
Cet effet souhaitable peut être renforcé en injectant le gaz à traiter avec une vitesse d'injection dont le composant parallèle à l'axe longitudinal (dit « composant longitudinal ») est inférieur ou égal au composant longitudinal de la vitesse de la flamme oxy-combustible.
Dans le cas illustré, un excès du combustible gazeux injecté par le brûleur central est injecté en tant que gaz réducteur hydrogéné à travers les injecteurs supplémentaires 40. La direction d'injection dudit gaz réducteur est parallèle à l'axe longitudinal X-X et sa vitesse d'injection (et donc le composant longitudinal de cette vitesse) est supérieure au composant longitudinal de la vitesse du gaz à traiter. Ces deux éléments aident à maximiser la dilution du gaz réducteur avec le gaz à traiter contenant du SO2 en aval et autour de la zone de combustion, c'est-à-dire en aval et autour de la flamme oxy-combustible 2 et ainsi de limiter la concentration en combustible dans les zones de hautes températures responsable de la formation de suie.
Comme indiqué ci-dessus, le gaz réducteur hydrogéné correspond à un excès de combustible. Le mélange entre le gaz à traiter contenant du SO2 et le gaz réducteur hydrogéné ne se faisant pas en amont, dans ou au moyen du brûleur central, la présente invention permet une grande souplesse de fonctionnement sur le ratio entre, d'une part, le SO2 présent dans le gaz à traiter et d'autre part, le gaz réducteur et en particulier le hydrogène présent dans le gaz réducteur tout en assurant l'apport de chaleur nécessaire pour les réactions de réduction thermique SO2 et ceci même pour des débits variable du gaz à traiter et/ou pour des teneurs en SO2 variables du gaz à traiter. Le ratio SO2/hydrogène pilote le ratio H2S/SO2 en sortie de la zone de réaction.
Comme illustré dans la figure 2, un ensemble d'injection 210 suivant l'invention peut être installé dans un réacteur de réduction thermique 200 ayant à l'intérieur une zone de réaction 201 .
L'ensemble d'injection 210 et alimenté en gaz à traiter 5 contenant du
SO2, en oxydant riche en oxygène 6 et en gaz naturel 7. Une partie du gaz naturel fourni à l'ensemble d'injection 210 constitue le combustible fourni au brûleur central de l'ensemble d'injection 210 afin de générer la flamme oxy- combustible 202 et une autre partie du gaz naturel est fourni à l'ensemble d'injection 210 en tant que gaz réducteur hydrogéné.
Comme décrit ci-dessus, il est, dans certains cas, également envisageable d'alimenter l'ensemble d'injection en vapeur d'eau, notamment quand la nature du gaz à traiter et/ou du combustible est susceptible de promouvoir la formation se suie.
L'ensemble d'injection 210, et plus particulièrement son brûleur central, est opéré de manière à maintenir la zone de réaction 201 à une température entre 1300°C et 1500°C appropriée pour la réduction thermique du SO2. Le gaz traité 220 issu du réacteur 200, qui contient du SO2 et du H2S, est dirigé vers une chaudière de récupération d'énergie 250 dans laquelle de l'énergie thermique est récupérée du gaz traité 220, les gaz s'en trouve refroidi et le soufre élémentaire Sx obtenu par la réduction thermique dans le réacteur 200 est récupéré.
En aval de la chaudière de récupération d'énergie 250, le gaz refroidi 230 est dirigé vers un réacteur catalytique du type Claus 260 pour la récupération de soufre élémentaire Sx par réaction du SO2 avec du H2S présents dans le gaz traité refroidi 230 de manière à obtenir un gaz final 240, en aval du réacteur Claus 260 qui est essentiellement libre de soufre.
Grâce à la présente invention, la production de suie dans le réacteur 200 de réduction thermique est très limitée ce qui prolonge fortement la longévité du catalyseur dans le réacteur Claus 260 et limite la consommation de gaz naturel et d'oxygène par unité de gaz à traiter (meilleure efficacité grâce à l'absence de vapeur jouant le rôle de puits thermique)
Le procédé et l'ensemble d'injection suivant l'invention ont été testés dans une installation telle qu'illustrée dans la figure 2 sous différentes conditions.
Exemple
Un ensemble d'injection suivant l'invention était installé dans un réacteur cylindrique pour la réduction thermique de SO2. L'ensemble d'injection utilisé était équipé d'un dispositif de mise en giration/rotation le flux de gaz contenant du SÛ2 gaz à traiter injecté dans le réacteur au moyen de l'injecteur périphérique. Les multiples (au nombre de 8) injecteurs de gaz réducteur, dits injecteurs supplémentaires, étaient répartis sur une circonférence dudit injecteur périphérique et leurs faces de sortie respectives étaient situées dans le même plan que l'ouverture d'injection de l'injecteur périphérique pour le gaz à traiter.
Le réacteur dans lequel l'ensemble d'injection était installé était constitué de deux zones successives de volume et longueur équivalente et séparées par une restriction d'écoulement entre les deux zones successives. L'ensemble d'injection était monté à l'entrée de la première zone de réaction et en retrait par rapport au mur réfractaire interne du réacteur. Dans le cas du présent exemple, ce retrait était d'une longueur approximativement équivalente au diamètre du bloc ouvreau de l'ensemble d'injection.
Le brûleur central de l'ensemble d'injection et les injecteurs supplémentaires de gaz réducteur hydrogéné étaient alimentés par du gaz naturel (ci-après GN) de la composition suivante :
Component Mol %
C1 91 .93
C2 3.54
C3 1 .98
C4 0.52
C5+ 0
N2 1 .51
CO2 0.52
Tableau 1
L'oxygène alimentant le brûleur central de l'ensemble d'injection avait une pureté de 91 %vol.
Le gaz à traiter consiste pour 99,9%vol de SO2.
Suite à l'allumage du brûleur et à la chauffe du réacteur, les débits de réactifs étaient réglés de la manière suivante:
Oxygène = 39,5 Nm3/h (à 91 %vol de pureté)
GN vers le brûleur central (gaz combustible) = 17 Nm3/h
Gaz à traiter contenant du SO2 = 122 Nm3/h préchauffé à 140°C
GN (Gaz réducteur hydrogéné vers les injecteurs supplémentaires) =
70 Nm3/h préchauffé à 50°C
La température dans les deux zones du réacteur était de l'ordre de 1 150°C
Dans le réacteur, le SO2 contenu dans le gaz à traiter était partiellement réduit en H2S et de faibles quantités d'autres sous-produits comme le COS et le CS2. Une autre partie du SO2 était directement réduit en souffre élémentaire sous forme gazeuse. Le flux de produits de réaction issu du réacteur passait ensuite par une chaudière de récupération d'énergie qui permet d'abaisser leur température et ainsi d'isoler le souffre élémentaire par condensation.
La composition (en % volumique) du flux gazeux à la sortie de la chaudière est donnée dans le tableau 2.
Ce flux était ensuite injecté dans un réacteur CLAUS classique pour faire réagir le SO2 avec le H2S et afin de récupérer le reste de soufre sous forme élémentaire.
Figure imgf000022_0001
Dans ces conditions opératoires aucune suie n'a été mesurée ni suspectée, ni dans le réacteur de réduction thermique ni dans le réacteur Claus.
Il a ainsi été constaté que l'invention permet de manière surprenante la réduction thermique du SO2 présent dans un gaz à traiter avec une bonne qualité constant du soufre récupéré et essentiellement sans production de suies, même sans ajout de vapeur d'eau au gaz réducteur, et ceci en particulier grâce à la configuration spécifique d'injection utilisée.
On note également le taux de récupération de soufre élevé et la teneur faible en COS & CS2 dans le gaz à la sortie de la zone de réaction/du réacteur de réduction thermique (COS<4% & CS2<2% en volume).

Claims

Revendications
1 . Procédé d'injection pour réduction thermique de dioxyde de soufre dans une zone de réaction (1 , 201 ), procédé dans lequel on injecte un oxydant gazeux (6) ayant une teneur en oxygène de 50%vol à 100%vol, un combustible gazeux (7), un gaz à traiter (5) contenant du dioxyde de soufre et un gaz réducteur hydrogéné (7) et dans lequel :
· on injecte l'oxydant (6) et le combustible (7) dans la zone de réaction (1 , 201 ) de manière à générer une flamme oxy-combustible (2, 202) présentant un axe longitudinal X-X,
• on injecte le gaz à traiter (5) autour de la flamme oxy-combustible (2, 202) dans la zone de réaction (1 , 201 ), et
· on injecte le gaz réducteur (7) dans le gaz à traiter (5) dans ou en amont de la zone de réaction (1 , 201 ).
2. Procédé suivant la revendication 1 , dans lequel au moins une partie de l'oxydant (6) est injectée autour du combustible (7).
3. Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le combustible (7) est injecté au moyen d'une multitude d'ouvertures d'injection de combustible (22a, 22b), au moins certaines desdites ouvertures d'injection de combustible (22b) étant avantageusement positionnées sur un contour circulaire autour de l'axe longitudinal X-X, avec de préférence également une ouverture d'injection de combustible (22a) au centre du contour circulaire.
4. Procédé suivant l'une des revendications précédentes, dans lequel le gaz à traiter (5) est injecté dans la zone de réaction (1 , 201 ) avec un mouvement de rotation autour de l'axe longitudinal X-X de la flamme oxy- combustible (2, 202).
5. Procédé suivant l'une des revendications précédentes, dans lequel on injecte le gaz à traiter (5) dans la zone de réaction (1 , 201 ) à travers un passage du gaz à traiter (30) se terminant en une ouverture d'injection annulaire concentrique avec l'axe longitudinal X-X de la flamme oxy-combustible (2).
6. Procédé suivant la revendication 5, dans lequel on injecte le gaz réducteur (7) à travers une multitude de lances d'injection de gaz réducteur (40) disposées dans le passage du gaz à traiter (30), lesdites lances (40) se terminant à l'intérieur du passage du gaz à traiter (30) et/ou dans l'ouverture d'injection annulaire lesdites lances (40) étant de préférence disposées de manière axisymétrique autour de l'axe longitudinal X-X de la flamme oxy- combustible (2).
7. Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le gaz à traiter (5) est un gaz contenant du dioxyde de soufre issu d'une raffinerie de produits pétrochimiques ou d'un four de fusion pour minerais non-ferreux.
8. Ensemble d'injection comprenant :
• un brûleur central (20) pour l'injection d'un oxydant (6) et d'un combustible (7) dans une zone de réaction (1 , 201 ), ledit brûleur (20) étant apte à générer une flamme présentant un axe longitudinal X-X par la combustion du combustible avec l'oxydant,
· un injecteur périphérique (30) adapté pour l'injection d'un gaz à traiter (5) contenant du dioxyde de soufre autour de la flamme (2, 202) dans la zone de réaction (1 , 201 ), et
• au moins un injecteur supplémentaire (40) débouchant dans ou situé dans l'injecteur périphérique (30) et adapté pour l'injection d'un gaz réducteur hydrogéné (7) à l'intérieur de l'injecteur périphérique (30) ou dans la zone de réaction (1 , 201 ) en aval de l'injecteur périphérique (30).
9. Ensemble suivant la revendication 8, dans lequel le brûleur central (20) comporte un injecteur d'oxydant (25) et un injecteur de combustible (21 ), l'injecteur d'oxydant (25) entourant de préférence l'injecteur de combustible (21 ).
10. Ensemble suivant la revendication 8, dans lequel le brûleur central (20) comporte un premier injecteur d'oxydant, un injecteur de combustible entourant le premier injecteur d'oxydant et un deuxième injecteur d'oxydant entourant l'injecteur de combustible.
1 1 . Ensemble suivant l'une des revendications 8 à 10, dans lequel l'injecteur périphérique (30) comporte un dispositif de giration (31 ) adapté pour la mise en rotation autour de l'axe longitudinal X-X dans la zone de réaction (1 , 201 ) du gaz à traiter (5) injecté par ledit injecteur périphérique (30).
12. Ensemble suivant l'une des revendications 8 à 1 1 , comportant une multitude d'injecteurs supplémentaires (40) débouchant (i) à l'intérieur de l'injecteur périphérique (30) et/ou (ii) avec l'injecteur périphérique (30) dans un même plan perpendiculaire à l'axe longitudinal X-X, lesdits injecteurs supplémentaires (40) débouchant de préférence de manière axisymétrique autour de l'axe longitudinal X-X.
13. Ensemble suivant l'une quelconque des revendications 8 à 12, dans lequel :
• le brûleur central (20) est relié à une source d'un oxydant (6) ayant une teneur en oxygène de 50%vol à 100%vol et à une source d'un combustible gazeux ;
• l'injecteur périphérique (30) est relié à une source d'un gaz à traiter (5) contenant du dioxyde de soufre ; et
• le au moins un injecteur supplémentaire (40) est relié à une source d'un gaz réducteur hydrogéné (7).
14. Installation pour la récupération de soufre d'un gaz à traiter contenant du dioxyde de soufre, installation comprenant :
• une chambre de réduction thermique (200) de dioxyde de soufre équipé d'un ensemble (210) suivant l'une quelconque des revendications 8 à 13 et comprenant une sortie de gaz traité (220), et
• un dispositif de refroidissement (250) pour le refroidissement du gaz traité (220) relié à la sortie de gaz traité (220) de la chambre de réduction (200), ledit dispositif de refroidissement (250) comportant une sortie de gaz refroidi (230) et une sortie de soufre pour l'évacuation de soufre condensé dans l'installation de refroidissement (250).
15. Installation suivant la revendication 14, comportant un réacteur Claus (260) pour la désulfurisation de gaz refroidi (230) issu du dispositif de refroidissement (250) et pour la récupération du soufre ainsi obtenu, ledit réacteur Claus (260) étant relié à la sortie de gaz refroidi (230) dudit dispositif de refroidissement (250).
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