專利名稱：制備硫酸的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明實(shí)施例涉及無機(jī)化工技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種制備硫酸的方法和裝置。
背景技術(shù)：
硫酸作為一種重要的無機(jī)化工原料，廣泛應(yīng)用于化學(xué)肥料、冶煉、石油化工、紡織 印染、無機(jī)鹽等工業(yè)。到目前為止，硫酸的生產(chǎn)工藝經(jīng)歷了鉛室法、塔式法和接觸法等階段。
現(xiàn)有技術(shù)中一般采用接觸法生產(chǎn)硫酸。接觸法生產(chǎn)硫酸的原料可以為硫鐵礦(包 括伴生硫鐵礦、含煤硫鐵礦等)、硫磺或者冶煉煙氣，其中按原料生產(chǎn)硫酸的方法可分為硫 磺法、硫鐵礦法和冶煉煙氣法。由于世界硫磺資源豐富，且硫磺制酸工藝流程簡(jiǎn)單、投資少、 建廠快、熱能利用率高且環(huán)境友好，使得近年來使用硫磺法生產(chǎn)硫酸的工業(yè)發(fā)展迅速，技術(shù) 和裝備水平大有提高，裝置規(guī)模也不斷擴(kuò)大。 在現(xiàn)有的硫磺法生產(chǎn)硫酸的工藝中，一般采用空氣作為助燃劑和氧化劑，在硫磺 燃燒與二氧化硫轉(zhuǎn)化的過程中，除了生成S02和S03以外，還生成少量的氮氧化物，在尾氣排 放過程中可能造成對(duì)環(huán)境的污染。為了避免或減輕對(duì)環(huán)境的污染，國際上對(duì)生產(chǎn)過程中排 放的各種尾氣中S02、S03、N0x的含量制定了嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)。為了達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，可采取的 措施主要有一種是增加尾氣處理工藝，如加拿大Cansolv公司開發(fā)了 Cansolv S02循環(huán)工 藝，采用二胺溶液吸收尾氣中的S(^，再通過熱解的方法解析出純凈的S(^，返回干燥塔循環(huán) 使用。丹麥托普索公司開發(fā)了 Regesox工藝，在一轉(zhuǎn)一吸裝置后設(shè)置一套非穩(wěn)態(tài)催化氧化 裝置，以質(zhì)量含量50% 80%的硫酸回收吸收塔尾氣中94%以上的含硫化合物，使裝置的 S(^總轉(zhuǎn)化率達(dá)到99. 8%以上。另一種是通過除去三氧化硫，提高氧氣分壓或采用富氧操作 的辦法打破二氧化硫轉(zhuǎn)化反應(yīng)的化學(xué)平衡，提高二氧化硫的總轉(zhuǎn)化率，從而減少尾氣中S(^ 排放量。再一種是采用富氧或純氧代替空氣作為助燃劑和氧化劑，從而可以減少尾氣中氮 氧化物的形成與排放。 關(guān)于采用富氧或純氧作為助燃劑和氧化劑的工藝，在以下專利中被公開。歐洲專 利EP0002737公開了一種非催化、高溫、高壓、純氧轉(zhuǎn)化生產(chǎn)硫酸的工藝。該工藝為將含硫 原料(如硫磺、硫酸、硫酸銨、H^或SO》與純氧以及含二氧化硫和氧氣的循環(huán)物料在加壓 的條件下燃燒反應(yīng)形成含有二氧化硫、三氧化硫和氧氣的混合產(chǎn)物，冷凝后分離出液體三 氧化硫，未反應(yīng)的二氧化硫和氧氣作為循環(huán)物料。該工藝需要在3. 4 34MPa(500psig 5000psig)的壓力下操作。低于3. 4MPa時(shí)，該反應(yīng)轉(zhuǎn)化緩慢；高于34MPa時(shí)，會(huì)形成大量的 氮氧化物。 美國Ralph M. Parsons公司在美國專利US5194239中公開了一種較為溫和的非催 化、純氧或富氧轉(zhuǎn)化生產(chǎn)硫酸的工藝。該工藝使用富氧或純氧與硫磺在加壓的條件下在焚 硫爐中反應(yīng)，同時(shí)生成二氧化硫和三氧化硫，未反應(yīng)的二氧化硫返回焚硫爐中循環(huán)利用。該 工藝需要在溫度為700 100(TC、壓力為0. 15 3. 5MPa下操作。 在上述采用富氧或純氧生產(chǎn)硫酸的工藝中，為了獲得較高的二氧化硫轉(zhuǎn)化率，都 需要較高的反應(yīng)壓力，而將富氧或純氧氣體壓縮到高壓，需耗費(fèi)較高的機(jī)械功，使得生產(chǎn)成本高、效率低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實(shí)施例的目的在于提供一種制備硫酸的方法和裝置，用以有效解決尾氣中
氮氧化物與含硫化合物的排放問題，而且生產(chǎn)成本低、效率高。 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實(shí)施例提供一種制備硫酸的方法，包括 將液體硫磺和純氧在焚硫爐內(nèi)燃燒，燃燒后排出爐氣；利用所述液體硫磺和純氧
燃燒放出的熱量對(duì)所述焚硫爐內(nèi)設(shè)置的鍋爐盤管中的鍋爐給水和/或所述焚硫爐內(nèi)設(shè)置
的蒸汽過熱器盤管中的蒸汽進(jìn)行加熱； 將從所述焚硫爐中排出的所述爐氣通入含有催化劑的轉(zhuǎn)化器中進(jìn)行反應(yīng)，以使?fàn)t 氣中的二氧化硫和純氧在所述轉(zhuǎn)化器中發(fā)生反應(yīng)生成三氧化硫，反應(yīng)后排出轉(zhuǎn)化氣；
將從所述轉(zhuǎn)化器中排出的轉(zhuǎn)化氣通過熱交換降溫后通入吸收塔，用濃硫酸吸收三 氧化硫生成硫酸；從所述吸收塔中排出的部分尾氣循環(huán)回所述轉(zhuǎn)化器進(jìn)行再次反應(yīng)；
其中，在所述轉(zhuǎn)化器內(nèi)設(shè)置的導(dǎo)熱管道中連續(xù)通入導(dǎo)熱油或熔鹽，并將被所述轉(zhuǎn) 化器中二氧化硫和純氧發(fā)生反應(yīng)時(shí)生成的熱量加熱后的導(dǎo)熱油或熔鹽從所述轉(zhuǎn)化器內(nèi)設(shè) 置的導(dǎo)熱管道中連續(xù)排出，與反應(yīng)同步移走放出的反應(yīng)熱以維持所述轉(zhuǎn)化器中催化劑床層 的溫度。 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實(shí)施例還提供一種制備硫酸的裝置，包括
焚硫爐，所述焚硫爐中設(shè)置有鍋爐盤管和/或蒸汽過熱器盤管；
所述焚硫爐的氣體出口與轉(zhuǎn)化器的氣體入口相連；
所述轉(zhuǎn)化器內(nèi)設(shè)置有用于通入導(dǎo)熱油或熔鹽的導(dǎo)熱管道； 所述轉(zhuǎn)化器的氣體出口與換熱器相連；所述換熱器與吸收塔相連；所述吸收塔的 尾氣出口通過所述換熱器與所述轉(zhuǎn)化器的氣體入口相連。 本發(fā)明實(shí)施例提供的制備硫酸的方法和裝置，通過使用純氧與液體硫磺在焚硫爐 中燃燒，并使得生成的二氧化硫與純氧在轉(zhuǎn)化器中通過催化劑催化反應(yīng)生成三氧化硫，再 將生成的三氧化硫通過吸收塔制備得到硫酸，同時(shí)利用液體硫磺在焚硫爐中燃燒放出的熱 量加熱鍋爐給水和/或蒸汽，利用導(dǎo)熱油或熔鹽移走轉(zhuǎn)化器中反應(yīng)放出的熱量以維持轉(zhuǎn)化 器中催化劑床層的溫度，并將導(dǎo)熱油或熔鹽移走的熱量用于加熱鍋爐給水和/或蒸汽，使 得制備硫酸過程中放出的熱量得到了充分的利用，并且由于使用催化劑催化純氧與二氧化 硫的反應(yīng)，使得可以在常壓下在轉(zhuǎn)化器中反應(yīng)制備三氧化硫，由此在有效解決尾氣中氮氧 化物與含硫化合物的排放問題的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了制備硫酸的生產(chǎn)成本低、效率高。


圖1為本發(fā)明制備硫酸的方法實(shí)施例一的工藝流程圖；
圖2為本發(fā)明制備硫酸的方法實(shí)施例二的工藝流程圖； 圖3為本發(fā)明制備硫酸的方法實(shí)施例二中第一吸收工序的詳細(xì)工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案。
圖1為本發(fā)明制備硫酸的方法實(shí)施例一的工藝流程圖，如圖1所示，該方法包括
步驟101、將液體硫磺和純氧在焚硫爐內(nèi)燃燒，燃燒后排出爐氣；利用所述液體硫 磺和純氧燃燒放出的熱量對(duì)所述焚硫爐內(nèi)設(shè)置的鍋爐盤管中的鍋爐給水和/或所述焚硫 爐內(nèi)設(shè)置的蒸汽過熱器盤管中的蒸汽進(jìn)行加熱。鍋爐盤管中的鍋爐給水可以被加熱為蒸 汽，蒸汽過熱器盤管中的蒸汽可以被加熱為過熱蒸汽。 將一定配比的液體硫磺和純氧在焚硫爐內(nèi)燃燒，該配比例如為摩爾流量比為 0.67 : 1 0.95 : 1的液體硫磺和純氧。其中，純氧的純度為純氧的體積百分含量大于或 等于90%。使用純氧進(jìn)行反應(yīng)，可以有效的減少尾氣中氮氧化物與含硫化合物的排放。
液體硫磺和純氧燃燒生成二氧化硫的同時(shí)產(chǎn)生很大的熱量，并且使得焚硫爐中待 出爐的氣體溫度很高。本發(fā)明通過在焚硫爐內(nèi)設(shè)置鍋爐盤管和/或蒸汽過熱器盤管，使得 反應(yīng)放出的熱量對(duì)鍋爐盤管中的鍋爐給水和/或所述焚硫爐內(nèi)設(shè)置的蒸汽過熱器盤管中 的蒸汽進(jìn)行加熱，在連續(xù)移走反應(yīng)放出的熱量的同時(shí)、充分利用了反應(yīng)余熱，并可以控制焚 硫爐中排出的爐氣的溫度，使得爐氣的溫度利于在后續(xù)的轉(zhuǎn)化爐中進(jìn)行后續(xù)的轉(zhuǎn)化反應(yīng)。 其中，爐氣的溫度可以為415 1050°C。 并且，在焚硫爐中燃燒時(shí)，液體硫磺的壓力可以為0. 1 3. OMPa，純氧的壓力可以 為0. 1 3. OMPa。 步驟102、將從焚硫爐中排出的爐氣通入含有催化劑的轉(zhuǎn)化器中進(jìn)行反應(yīng)，以使?fàn)t
氣中的二氧化硫和純氧在轉(zhuǎn)化器中發(fā)生反應(yīng)生成三氧化硫，反應(yīng)后排出轉(zhuǎn)化氣。 其中，在轉(zhuǎn)化器內(nèi)設(shè)置的導(dǎo)熱管道中連續(xù)通入導(dǎo)熱油或熔鹽，并將被轉(zhuǎn)化器中二
氧化硫和純氧發(fā)生反應(yīng)時(shí)生成的熱量加熱后的導(dǎo)熱油或熔鹽從轉(zhuǎn)化器內(nèi)設(shè)置的導(dǎo)熱管道
中連續(xù)排出，與反應(yīng)同步移走放出的反應(yīng)熱以維持轉(zhuǎn)化器中催化劑床層的溫度，同時(shí)也降
低了轉(zhuǎn)化器中排出的轉(zhuǎn)化氣的溫度。隨著反應(yīng)的進(jìn)行，轉(zhuǎn)化器中催化劑床層的溫度會(huì)升高，
然而過高的溫度會(huì)加速催化劑的失活，由此本發(fā)明實(shí)施例中，通過在轉(zhuǎn)化器中通入導(dǎo)熱油
或熔鹽，及時(shí)的移走轉(zhuǎn)化器中過多的熱量，使得轉(zhuǎn)化器中催化劑床層的溫度不會(huì)過高，維持
催化劑床層的溫度在較佳的水平。 由于使用催化劑，使得轉(zhuǎn)化器中二氧化硫和純氧的反應(yīng)可以在常壓下進(jìn)行并達(dá)到 很高的轉(zhuǎn)化率，當(dāng)然為了進(jìn)一步提高轉(zhuǎn)化率，也可以在高壓下進(jìn)行反應(yīng)。轉(zhuǎn)化器中反應(yīng)體系 的壓力可以為0. 1 3. OMPa。 從焚硫爐中排出的爐氣可以包括二氧化硫、純氧、少量的氮?dú)庖约拔⒘康娜趸?硫和氮氧化物。將爐氣通入含有催化劑的轉(zhuǎn)化器中，該轉(zhuǎn)化器可以為含有釩催化劑的固化 床反應(yīng)器。在催化劑的作用下，二氧化硫和純氧在轉(zhuǎn)化器中發(fā)生轉(zhuǎn)化反應(yīng)而生成三氧化硫， 放出大量的熱量，并且使得轉(zhuǎn)化器中的氣體溫度很高。本發(fā)明通過在轉(zhuǎn)化器內(nèi)設(shè)置的導(dǎo)熱 管道中通入循環(huán)使用的導(dǎo)熱油或熔鹽，在連續(xù)移走反應(yīng)放出的熱量的同時(shí)、充分利用了反 應(yīng)余熱給導(dǎo)熱油或熔鹽加熱，并且還可以維持轉(zhuǎn)化器中催化劑床層的溫度和降低轉(zhuǎn)化器中 排出的轉(zhuǎn)化氣的溫度。其中，被加熱后的導(dǎo)熱油或熔鹽，可以用于加熱鍋爐給水和/或蒸 汽。 步驟103、將從轉(zhuǎn)化器中排出的轉(zhuǎn)化氣通過熱交換降溫后通入吸收塔，用濃硫酸吸 收三氧化硫生成硫酸；從吸收塔中排出的部分尾氣循環(huán)回所述轉(zhuǎn)化器進(jìn)行再次反應(yīng)。
從轉(zhuǎn)化器中排出的轉(zhuǎn)化氣中，含有大量的三氧化硫、少量的二氧化硫、純氧和氮?dú)?，以及微量的氮氧化物。將該轉(zhuǎn)化氣通過熱交換進(jìn)一步降低溫度后，通入吸收塔中用濃硫 酸進(jìn)行吸收，得到無水硫酸或發(fā)煙硫酸。而從吸收塔塔頂排出反應(yīng)尾氣，該反應(yīng)尾氣中的大 部分循環(huán)回轉(zhuǎn)化器進(jìn)行再次反應(yīng)，少部分作為弛放氣排出，以維持系統(tǒng)內(nèi)惰性氣體的含量。
為了使反應(yīng)更完全，增加反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率，轉(zhuǎn)化器可以分為多段。例如轉(zhuǎn)化器為三 段轉(zhuǎn)化器，包括第一段轉(zhuǎn)化器、第二段轉(zhuǎn)化器和第三段轉(zhuǎn)化器，每段轉(zhuǎn)化器中都含有釩催化 劑。此時(shí)爐氣在轉(zhuǎn)化器中進(jìn)行多段反應(yīng)將從焚硫爐中排出的爐氣通入第一段轉(zhuǎn)化器中 進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)后排出第一段轉(zhuǎn)化氣，第一段轉(zhuǎn)化氣通過熱交換降溫后通入第一吸收塔，用 濃硫酸吸收三氧化硫生成硫酸，從第一吸收塔中排出的尾氣進(jìn)入第二段轉(zhuǎn)化器進(jìn)行再次反 應(yīng)；第二段轉(zhuǎn)化器中反應(yīng)后排出第二段轉(zhuǎn)化氣，第二段轉(zhuǎn)化氣通過熱交換降溫后通入第二 吸收塔，用濃硫酸吸收三氧化硫生成硫酸，從第二吸收塔中排出的尾氣進(jìn)入第三段轉(zhuǎn)化器 進(jìn)行再次反應(yīng)；第三段轉(zhuǎn)化器中反應(yīng)后排出第三段轉(zhuǎn)化氣，第三段轉(zhuǎn)化氣通過熱交換降溫 后通入第三吸收塔，用濃硫酸吸收三氧化硫生成硫酸，從第三吸收塔中排出的大部分尾氣 循環(huán)進(jìn)入第一段轉(zhuǎn)化器進(jìn)行再次反應(yīng)，另外的少部分尾氣作為弛放氣排出。其中，排出的第 一段轉(zhuǎn)化氣和第二段轉(zhuǎn)化氣的溫度可以為400 60(TC。并且，由于第一段轉(zhuǎn)化氣中的三氧 化硫含量很高，所以第一段轉(zhuǎn)化氣在第一吸收塔內(nèi)被濃硫酸吸收生成硫酸時(shí)，會(huì)放出大量 的熱量，生成的硫酸溫度很高。由此，可以在第一吸收塔后設(shè)置低壓廢熱鍋爐和/或脫鹽水 預(yù)熱器，使得生成的高溫硫酸通過該低壓廢熱鍋爐和/或脫鹽水預(yù)熱器，以降低硫酸的溫 度并充分利用該硫酸的熱量對(duì)低壓廢熱鍋爐和/或脫鹽水預(yù)熱器中的物質(zhì)進(jìn)行加熱。
本發(fā)明實(shí)施例提供的制備硫酸的方法，通過使用純氧與液體硫磺在焚硫爐中燃 燒，并使得生成的二氧化硫與純氧在轉(zhuǎn)化器中通過催化劑催化反應(yīng)生成三氧化硫，再將生 成的三氧化硫通過吸收塔制備得到硫酸，同時(shí)利用液體硫磺在焚硫爐中燃燒放出的熱量加 熱鍋爐給水和/或蒸汽，利用導(dǎo)熱油或熔鹽與反應(yīng)同步移走轉(zhuǎn)化器中反應(yīng)放出的熱量以維 持轉(zhuǎn)化器中催化劑床層的溫度，并將導(dǎo)熱油或熔鹽移走的熱量用于加熱鍋爐給水和/或蒸 汽，使得制備硫酸過程中放出的熱量得到了充分的利用，并且由于使用催化劑催化純氧與 二氧化硫的反應(yīng)，使得可以在常壓下在轉(zhuǎn)化器中反應(yīng)制備三氧化硫，由此在有效解決尾氣 中氮氧化物與含硫化合物的排放問題的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了制備硫酸的生產(chǎn)成本低、效率高。
下面通過圖2和圖3詳細(xì)描述本發(fā)明提供的制備硫酸的方法，圖2為本發(fā)明制備 硫酸的方法實(shí)施例二的工藝流程圖，圖3為本發(fā)明制備硫酸的方法實(shí)施例二中第一吸收工 序的詳細(xì)工藝流程圖，如圖2和圖3所示，該方法包括 將通過熔硫槽熔化并經(jīng)過精制的144. 34kmol/h液體硫磺，經(jīng)硫磺噴槍(機(jī)械霧化 式)噴入焚硫爐1內(nèi)，同時(shí)將通過制氧裝置得到的217. 74kmol/h，純度為99. 5%的純氧經(jīng) 預(yù)熱到9(TC后也送入焚硫爐1內(nèi)；霧狀的硫磺與純氧在焚硫爐1中充分混合燃燒，生成二 氧化硫并產(chǎn)生大量的熱量。在焚硫爐l內(nèi)設(shè)置鍋爐盤管和蒸汽過熱盤管，通過向鍋爐盤管 中通入鍋爐給水和向蒸汽過熱盤管中通入蒸汽，將焚硫爐1中反應(yīng)放出的熱量連續(xù)移走， 反應(yīng)放出的一部分熱量用于加熱鍋爐給水，產(chǎn)生27. 5t、3. 8MPa、248t:的飽和中壓蒸汽，另 一部分熱量可以用于通過蒸汽過熱盤管將前述產(chǎn)生的中壓蒸汽加熱到430°C。通過鍋爐盤 管和蒸汽過熱盤管連續(xù)移走焚硫爐1中反應(yīng)放出的熱量，控制焚硫爐1中排出的爐氣的溫 度為441°C。 將焚硫爐1中排出的爐氣與循環(huán)的尾氣的混合氣通入第一段轉(zhuǎn)化器2中，在釩催化劑的催化下發(fā)生反應(yīng)生成S03并放出熱量，第一段轉(zhuǎn)化器2內(nèi)設(shè)置有導(dǎo)熱管道，在導(dǎo)熱管道中通入導(dǎo)熱油(或熔鹽)來連續(xù)移走反應(yīng)放出的熱量，其中，在第一段轉(zhuǎn)化器2中，通入的該混合氣的溫度為426t:，排出的第一段轉(zhuǎn)化氣的溫度為524t:，導(dǎo)熱油移走的熱量為11913000kJ/h。 第一段轉(zhuǎn)化氣從第一段轉(zhuǎn)化器2被排出后，經(jīng)氣氣換熱器5與來自第一吸收塔9和第二吸收塔io頂部出口的尾氣換熱后溫度降為47rC，再進(jìn)入第一鍋爐給水預(yù)熱器6中預(yù)熱鍋爐給水，同時(shí)溫度降為165t:，然后直接進(jìn)入第一吸收塔9進(jìn)行第一吸收工序；由于第一段轉(zhuǎn)化氣中S03的含量較高，所以該第一吸收工序的過程中放出的熱量較多，由此，該第一吸收工序可以為在第一吸收塔9后設(shè)置耐酸低壓的廢熱鍋爐12以及脫鹽水預(yù)熱器14，以充分回收利用S03吸收放出的熱量。第一吸收塔9中排出的硫酸經(jīng)廢熱鍋爐12回收余熱產(chǎn)生低壓蒸汽后， 一部分硫酸經(jīng)稀釋器13稀釋到一定濃度后返回第一吸收塔9作為吸收酸，另一部分硫酸經(jīng)脫鹽水預(yù)熱器14換熱降溫后，直接進(jìn)入酸中間槽15。第一吸收塔9頂部出口排出的尾氣經(jīng)塔頂除霧器除去酸霧后，經(jīng)氣氣換熱器5加熱至425t:后進(jìn)入第二段轉(zhuǎn)化器3中，在釩催化劑的催化下進(jìn)行再次轉(zhuǎn)化生成S03并放出熱量。
其中，為了能夠更好的吸收硫酸，并且更好的利用吸收過程中放出的熱量，參見圖3，上述的第一吸收工序可以進(jìn)一步具體為 第一吸收塔9分為上下兩段，分別為上段一吸塔91和下段一吸塔92，第一段轉(zhuǎn)化氣分為兩股分別進(jìn)入上段一吸塔91和下段一吸塔92進(jìn)行三氧化硫氣體的吸收反應(yīng)，生成無水硫酸或發(fā)煙硫酸。 上、下兩股出塔氣(即上段一吸塔和下段一吸塔中排出的尾氣)匯合并經(jīng)氣氣換熱器5預(yù)熱到425t:后進(jìn)入第二段轉(zhuǎn)化器3進(jìn)行轉(zhuǎn)化反應(yīng)。 下段一吸塔92中排出的硫酸首先進(jìn)入廢熱鍋爐12，經(jīng)熱交換降溫后，一部分硫酸進(jìn)入稀釋器13加水稀釋為98. 2%的硫酸，然后從稀釋器13中排出的經(jīng)稀釋后的硫酸進(jìn)入上段一吸塔91和下段一吸塔92，另一部分硫酸送入脫鹽水預(yù)熱器14預(yù)熱脫鹽水降溫后直接送入酸中間槽15。其中，該廢熱鍋爐12可以是兩個(gè)獨(dú)立的廢熱鍋爐，分別用來冷卻上段一吸塔91排出的出塔酸和下段一吸塔92排出的出塔酸，該廢熱鍋爐12也可以是一個(gè)復(fù)合設(shè)備，上段一吸塔91和下段一吸塔92的出塔酸都經(jīng)過該復(fù)合設(shè)備進(jìn)行冷卻。
上段一吸塔91中排出的硫酸進(jìn)入廢熱鍋爐12進(jìn)行換熱后，與從稀釋器13中排出的經(jīng)稀釋后的硫酸混合，作為下段一吸塔92的吸收酸。其中，下段一吸塔92排出的硫酸為溫度22rC的無水硫酸，上段一吸塔91排出的硫酸為216t:的無水硫酸。廢熱鍋爐12回收第一吸收塔9吸收硫酸所排出的熱量后，可副產(chǎn)5. 3t、0. 5MPa、158t:的低壓蒸汽。
第二段轉(zhuǎn)化器3內(nèi)也可以設(shè)置導(dǎo)熱管道，在導(dǎo)熱管道中通入導(dǎo)熱油(或熔鹽)來連續(xù)移走反應(yīng)放出的熱量，其中，在第二段轉(zhuǎn)化器3中，排出的第二段轉(zhuǎn)化氣的溫度為437.7t:，導(dǎo)熱油(或熔鹽)移走的熱量為1203840kJ/h。第二段轉(zhuǎn)化氣從第二段轉(zhuǎn)化器3被排出后，進(jìn)入第二鍋爐給水預(yù)熱器7中預(yù)熱鍋爐給水，同時(shí)溫度降為165t:，然后直接進(jìn)入第二吸收塔10 ;由于第二段轉(zhuǎn)化氣中S03的含量比第一段轉(zhuǎn)化氣中的低很多，所以在第二吸收塔10的吸收過程中放出的熱量較少，出塔的硫酸所攜帶的熱量少，不需回收熱量而直接進(jìn)入酸中間槽15。第二吸收塔IO頂部出口排出的尾氣經(jīng)塔頂除霧器除去酸霧后，經(jīng)氣氣換熱器5與第一段轉(zhuǎn)化器2排出的第一段轉(zhuǎn)化氣進(jìn)行換熱，溫度升高到40(TC后進(jìn)入第三段轉(zhuǎn)化器4中，在釩催化劑的催化下進(jìn)行再次轉(zhuǎn)化生成S03并放出熱量。其中，從第一段轉(zhuǎn)化器2和第二段轉(zhuǎn)化器3中排出的被加熱后的導(dǎo)熱油(或熔鹽)，可以通過蒸汽過熱器18和第四鍋爐給水預(yù)熱器19，以將從第一段轉(zhuǎn)化器2和第二段轉(zhuǎn)化器3中移走的熱量用于加熱鍋爐給水和蒸汽。 在第三段轉(zhuǎn)化器4中，302和02的含量較少，反應(yīng)放出的熱量也少，催化劑床層溫度容易控制，由此，在第三段轉(zhuǎn)化器4中不需要導(dǎo)熱油或熔鹽來移熱，反應(yīng)后排出的第三段轉(zhuǎn)化氣的溫度為41(TC，第三段轉(zhuǎn)化氣經(jīng)第三鍋爐給水預(yù)熱器8預(yù)熱鍋爐給水后，溫度降為165t:后進(jìn)入第三吸收塔11。由于第三段轉(zhuǎn)化氣中S03的含量較低，所以在第三吸收塔11的吸收過程中放出的熱量較少，出塔的硫酸所攜帶的熱量少，不需回收熱量而直接進(jìn)入酸中間槽15。第三吸收塔11頂部出口排出的尾氣經(jīng)塔頂除霧器除去酸霧后，經(jīng)尾氣風(fēng)機(jī)送至尾氣冷卻器，由來自循環(huán)水站的循環(huán)水冷卻至4(TC。第三吸收塔11頂部出口排出的尾氣中主要包括02， N2，以及少量的N0X、 S02與S03，該尾氣經(jīng)冷卻后，85X的尾氣循環(huán)返回第一段轉(zhuǎn)化器2進(jìn)行再次反應(yīng)，余下的15%的尾氣作為弛放氣排放出去。該弛放氣的量可以為3.7Nm3/t 100%H2S04。該弛放氣可以包括S02 21ppm，S03 7ppm， N0X 63ppm， 02 54. 2%，N245. 8%。 其中，S03在吸收塔中被濃硫酸吸收時(shí)，少量的S02、 02和N2會(huì)被包裹在濃硫酸中，并隨著濃硫酸進(jìn)入酸中間槽15，當(dāng)濃硫酸在酸中間槽15中靜置一段時(shí)間后，由于酸中間槽15中的濃硫酸溫度較高，被包裹的少量S02、 02和N2會(huì)從濃硫酸中溢出，該溢出的氣體循環(huán)回第一段轉(zhuǎn)化器2進(jìn)行再次反應(yīng)。而酸中間槽15中硫酸，通過酸冷卻器16后，注入成品硫酸儲(chǔ)存槽17中，最終得到成品硫酸。 本發(fā)明實(shí)施例中，S02總轉(zhuǎn)化率為99.999X，第一段反應(yīng)(第一段轉(zhuǎn)化器中的反應(yīng))的轉(zhuǎn)化率為91%，兩段反應(yīng)(第一段和第二段轉(zhuǎn)化器中的反應(yīng))的轉(zhuǎn)化率達(dá)到99%，三段反應(yīng)(第一段、第二段和第三段轉(zhuǎn)化器中的反應(yīng))的轉(zhuǎn)化率即達(dá)到99.999%。第二吸收塔和第三吸收塔中所用的吸收酸均采用6(TC、98^的濃硫酸。 本發(fā)明實(shí)施例提供的制備硫酸的方法，通過使用純氧與液體硫磺在焚硫爐中燃燒，并使得生成的二氧化硫與純氧在三段轉(zhuǎn)化器中通過催化劑催化進(jìn)行三段反應(yīng)而生成三氧化硫，再將生成的三氧化硫通過吸收塔制備得到硫酸，同時(shí)利用液體硫磺在焚硫爐中燃燒放出的熱量加熱鍋爐給水和/或蒸汽，利用導(dǎo)熱油或熔鹽與反應(yīng)同步移走轉(zhuǎn)化器中反應(yīng)放出的熱量以維持轉(zhuǎn)化器中催化劑床層的溫度，并將導(dǎo)熱油或熔鹽移走的熱量用于加熱鍋爐給水和/或蒸汽，使得制備硫酸過程中放出的熱量得到了充分的利用，并且由于使用催化劑催化純氧與二氧化硫的反應(yīng)，使得可以在常壓下在轉(zhuǎn)化器中反應(yīng)制備三氧化硫，由此在有效解決尾氣中氮氧化物與含硫化合物的排放問題的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了制備硫酸的生產(chǎn)成本低、效率高。 本發(fā)明實(shí)施例還提供了用于使用本發(fā)明實(shí)施例提供的制備硫酸的方法制備硫酸的裝置。本發(fā)明制備硫酸的裝置實(shí)施例一可以包括 焚硫爐，該焚硫爐中設(shè)置有鍋爐盤管和/或蒸汽過熱器盤管；焚硫爐的氣體出口與轉(zhuǎn)化器的氣體入口相連；轉(zhuǎn)化器內(nèi)設(shè)置有用于通入導(dǎo)熱油或熔鹽的導(dǎo)熱管道；轉(zhuǎn)化器的氣體出口與換熱器相連；換熱器與吸收塔相連；吸收塔的尾氣出口通過換熱器與轉(zhuǎn)化器的氣體入口相連。其中該轉(zhuǎn)化器可以為固定床轉(zhuǎn)化器，且該轉(zhuǎn)化器中含有釩催化劑。
使用該裝置制備硫酸的方法流程參見本發(fā)明方法實(shí)施例中的描述，在此不再贅述。 本發(fā)明實(shí)施例提供的制備硫酸的裝置，可以用于使用純氧與液體硫磺制備硫酸的工藝，通過焚硫爐中設(shè)置有鍋爐盤管和/或蒸汽過熱器盤管，充分回收利用了焚硫爐中燃燒放出的熱量，通過轉(zhuǎn)化器內(nèi)設(shè)置有用于通入導(dǎo)熱油或熔鹽的導(dǎo)熱管道，維持了轉(zhuǎn)化器中催化劑床層的溫度，充分回收利用了轉(zhuǎn)化器中反應(yīng)放出的熱量，使得純氧制備硫酸過程中放出的大量熱量得到了充分的回收和利用，并且由于使用催化劑催化純氧與二氧化硫的反應(yīng)，使得該裝置可以在常壓下制備硫酸，由此在有效解決尾氣中氮氧化物與含硫化合物的排放問題的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了制備硫酸的生產(chǎn)成本低、效率高。 本發(fā)明制備硫酸的裝置實(shí)施例二在裝置實(shí)施例一的基礎(chǔ)上，還可以包括轉(zhuǎn)化器為三段轉(zhuǎn)化器，每段轉(zhuǎn)化都對(duì)應(yīng)有吸收塔，具體為轉(zhuǎn)化器包括第一段轉(zhuǎn)化器、第二段轉(zhuǎn)化器和第三段轉(zhuǎn)化器；第一段轉(zhuǎn)化器與熱交換器、第一鍋爐給水預(yù)熱器、第一吸收塔順次相連，第一吸收塔的尾氣出口通過熱交換器與第二段轉(zhuǎn)化器的氣體入口相連；第二段轉(zhuǎn)化器與第二鍋爐給水預(yù)熱器、第二吸收塔順次相連，第二吸收塔的尾氣出口通過熱交換器與第三段轉(zhuǎn)化器的氣體入口相連；第三段轉(zhuǎn)化器與第三鍋爐給水預(yù)熱器、第三吸收塔順次相連，第三吸收塔的尾氣出口與第一段轉(zhuǎn)化器的氣體入口相連。 使用該裝置制備硫酸的方法流程參見本發(fā)明方法實(shí)施例中的描述，在此不再贅述。 本發(fā)明實(shí)施例提供的制備硫酸的裝置，可以用于使用純氧與液體硫磺制備硫酸的工藝，通過焚硫爐中設(shè)置有鍋爐盤管和/或蒸汽過熱器盤管，充分回收利用了焚硫爐中燃燒放出的熱量，通過轉(zhuǎn)化器內(nèi)設(shè)置有用于通入導(dǎo)熱油或熔鹽的導(dǎo)熱管道，維持了轉(zhuǎn)化器中催化劑床層的溫度，充分回收利用了轉(zhuǎn)化器中反應(yīng)放出的熱量，使得純氧制備硫酸過程中放出的大量熱量得到了充分的回收和利用，并且由于使用催化劑催化純氧與二氧化硫的反應(yīng)，使得該裝置可以在常壓下制備硫酸，由于使用三段轉(zhuǎn)化器，提高了轉(zhuǎn)化率，由此在有效解決尾氣中氮氧化物與含硫化合物的排放問題的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了制備硫酸的生產(chǎn)成本低、效率高。 最后應(yīng)說明的是以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。
權(quán)利要求
一種制備硫酸的方法，其特征在于，包括將液體硫磺和純氧在焚硫爐內(nèi)燃燒，燃燒后排出爐氣；利用所述液體硫磺和純氧燃燒放出的熱量對(duì)所述焚硫爐內(nèi)設(shè)置的鍋爐盤管中的鍋爐給水和/或所述焚硫爐內(nèi)設(shè)置的蒸汽過熱器盤管中的蒸汽進(jìn)行加熱；將從所述焚硫爐中排出的所述爐氣通入含有催化劑的轉(zhuǎn)化器中進(jìn)行反應(yīng)，以使?fàn)t氣中的二氧化硫和純氧在所述轉(zhuǎn)化器中發(fā)生反應(yīng)生成三氧化硫，反應(yīng)后排出轉(zhuǎn)化氣；將從所述轉(zhuǎn)化器中排出的轉(zhuǎn)化氣通過熱交換降溫后通入吸收塔，用濃硫酸吸收三氧化硫生成硫酸；從所述吸收塔中排出的部分尾氣循環(huán)回所述轉(zhuǎn)化器進(jìn)行再次反應(yīng)；其中，在所述轉(zhuǎn)化器內(nèi)設(shè)置的導(dǎo)熱管道中連續(xù)通入導(dǎo)熱油或熔鹽，并將被所述轉(zhuǎn)化器中二氧化硫和純氧發(fā)生反應(yīng)時(shí)生成的熱量加熱后的導(dǎo)熱油或熔鹽從所述轉(zhuǎn)化器內(nèi)設(shè)置的導(dǎo)熱管道中連續(xù)排出，與反應(yīng)同步移走放出的反應(yīng)熱以維持所述轉(zhuǎn)化器中催化劑床層的溫度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備硫酸的方法，其特征在于，所述轉(zhuǎn)化器包括第一段轉(zhuǎn)化 器、第二段轉(zhuǎn)化器和第三段轉(zhuǎn)化器，每段轉(zhuǎn)化器中都含有催化劑；其中，所述將從所述焚硫 爐中排出的所述爐氣通入含有催化劑的轉(zhuǎn)化器中進(jìn)行反應(yīng)，以使?fàn)t氣中的二氧化硫和純氧 在所述轉(zhuǎn)化器中發(fā)生反應(yīng)生成三氧化硫，反應(yīng)后排出轉(zhuǎn)化氣，將從所述轉(zhuǎn)化器中排出的轉(zhuǎn) 化氣通過熱交換降溫后通入吸收塔，用濃硫酸吸收三氧化硫生成硫酸，從所述吸收塔中排 出的部分尾氣循環(huán)回所述轉(zhuǎn)化器進(jìn)行再次反應(yīng)，包括將從所述焚硫爐中排出的所述爐氣通入所述第一段轉(zhuǎn)化器中進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)后排出第 一段轉(zhuǎn)化氣，所述第一段轉(zhuǎn)化氣通過熱交換降溫后通入第一吸收塔，用濃硫酸吸收三氧化 硫生成硫酸，從所述第一吸收塔中排出的尾氣進(jìn)入所述第二段轉(zhuǎn)化器進(jìn)行再次反應(yīng)；所述第二段轉(zhuǎn)化器中反應(yīng)后排出第二段轉(zhuǎn)化氣，所述第二段轉(zhuǎn)化氣通過熱交換降溫后 通入第二吸收塔，用濃硫酸吸收三氧化硫生成硫酸，從所述第二吸收塔中排出的尾氣進(jìn)入 所述第三段轉(zhuǎn)化器進(jìn)行再次反應(yīng)；所述第三段轉(zhuǎn)化器中反應(yīng)后排出第三段轉(zhuǎn)化氣，所述第三段轉(zhuǎn)化氣通過熱交換降溫后 通入第三吸收塔，用濃硫酸吸收三氧化硫生成硫酸，從所述第三吸收塔中排出的一部分尾 氣循環(huán)進(jìn)入所述第一段轉(zhuǎn)化器進(jìn)行再次反應(yīng)，另一部分尾氣作為弛放氣排出。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備硫酸的方法，其特征在于，所述第一段轉(zhuǎn)化氣和第二段 轉(zhuǎn)化氣溫度為400 600°C。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備硫酸的方法，其特征在于，所述焚硫爐中排出的爐氣 的溫度為415 1050°C。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備硫酸的方法，其特征在于，所述將液體硫磺和純氧在 所述焚硫爐內(nèi)燃燒包括將摩爾流量比為0. 67 : 1 0. 95 : 1的液體硫磺和純氧在焚硫 爐內(nèi)燃燒；所述純氧的純度大于或等于90% (體積)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備硫酸的方法，其特征在于，所述液體硫磺和純氧在 焚硫爐中燃燒時(shí)，所述液體硫磺的壓力為0. 1 3. OMPa，所述純氧的壓力為0. 1 3. 0MPa ; 所述二氧化硫和純氧在所述轉(zhuǎn)化器中發(fā)生反應(yīng)生成三氧化硫時(shí)，反應(yīng)的系統(tǒng)壓力為0. 1 3. 0MPa。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備硫酸的方法，其特征在于，還包括利用所述加熱后的導(dǎo)熱油或熔鹽，加熱鍋爐給水和/或蒸汽。
8. —種制備硫酸的裝置，其特征在于，包括焚硫爐，所述焚硫爐中設(shè)置有鍋爐盤管和/或蒸汽過熱器盤管； 所述焚硫爐的氣體出口與轉(zhuǎn)化器的氣體入口相連； 所述轉(zhuǎn)化器內(nèi)設(shè)置有用于通入導(dǎo)熱油或熔鹽的導(dǎo)熱管道；所述轉(zhuǎn)化器的氣體出口與換熱器相連；所述換熱器與吸收塔相連；所述吸收塔的尾氣 出口通過所述換熱器與所述轉(zhuǎn)化器的氣體入口相連。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備硫酸的裝置，其特征在于，所述轉(zhuǎn)化器為固定床轉(zhuǎn)化器， 所述轉(zhuǎn)化器中含有催化劑。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的制備硫酸的裝置，其特征在于，所述轉(zhuǎn)化器包括第一段 轉(zhuǎn)化器、第二段轉(zhuǎn)化器和第三段轉(zhuǎn)化器；所述第一段轉(zhuǎn)化器與熱交換器、第一鍋爐給水預(yù)熱器、第一吸收塔順次相連，所述第一 吸收塔的尾氣出口通過所述熱交換器與所述第二段轉(zhuǎn)化器的氣體入口相連；所述第二段轉(zhuǎn) 化器與第二鍋爐給水預(yù)熱器、第二吸收塔順次相連，所述第二吸收塔的尾氣出口通過所述 熱交換器與所述第三段轉(zhuǎn)化器的氣體入口相連；所述第三段轉(zhuǎn)化器與第三鍋爐給水預(yù)熱 器、第三吸收塔順次相連，所述第三吸收塔的尾氣出口與所述第一段轉(zhuǎn)化器的氣體入口相 連。
全文摘要
本發(fā)明提供一種制備硫酸的方法和裝置，該方法包括將液體硫磺和純氧在焚硫爐內(nèi)燃燒，燃燒后排出爐氣；利用燃燒放出的熱量對(duì)焚硫爐內(nèi)設(shè)置的鍋爐盤管中的鍋爐給水和/或蒸汽過熱器盤管中的蒸汽進(jìn)行加熱；將爐氣通入含有催化劑的轉(zhuǎn)化器中進(jìn)行反應(yīng)，以使?fàn)t氣中的二氧化硫和純氧發(fā)生反應(yīng)生成三氧化硫，反應(yīng)后排出的轉(zhuǎn)化氣通過熱交換降溫后通入吸收塔，用濃硫酸吸收三氧化硫生成硫酸；其中，在轉(zhuǎn)化器內(nèi)連續(xù)通入導(dǎo)熱油或熔鹽，與反應(yīng)同步移走放出的反應(yīng)熱以維持轉(zhuǎn)化器中催化劑床層的溫度。本發(fā)明充分利用了制備硫酸過程中放出的熱量，實(shí)現(xiàn)了制備硫酸的生產(chǎn)成本低、余熱回收率高。
文檔編號(hào)C01B17/80GK101698470SQ20091020873
公開日2010年4月28日 申請(qǐng)日期2009年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月5日
發(fā)明者孫惠質(zhì), 龐婷, 曾勇, 林躍生, 梁斌, 王闖, 苗超, 譚英杰 申請(qǐng)人:四川大學(xué)