專利名稱：高濃二氧化硫氣三轉(zhuǎn)三吸硫酸生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是以富氧冶煉或硫磺焚燒所得高濃度二氧化硫爐氣為原料，采用三次轉(zhuǎn)化三次吸收的生產(chǎn)硫酸方法。
接觸法硫酸生產(chǎn)主要化學反應(yīng)為
目前國內(nèi)生產(chǎn)硫酸普遍采用的兩次轉(zhuǎn)化兩次吸收方法所能達到的二氧化硫總轉(zhuǎn)化率為99.5％～99.7％，排出尾氣中二氧化硫濃度仍有500～300PPm，因此國內(nèi)生產(chǎn)規(guī)模較大的裝置在最終吸收塔后仍設(shè)有尾氣二氧化硫吸收工段，使排入大氣的尾氣二氧化硫濃度降低到＜150PPm。
目前國外對以冶煉煙氣或硫為原料的生產(chǎn)硫酸方法，仍是采用兩轉(zhuǎn)兩吸流程。
前蘇聯(lián)為了減少裝置投資和提高熱能利用率，開發(fā)了用富氧(或純氧)焙燒硫鐵礦的技術(shù)(《硫酸工業(yè)》1992年2月，P20～23)；冶金工業(yè)向富氧冶煉發(fā)展，例如將氧由原空氣中2l％提高到28％，銅冶煉氣中二氧化硫濃度可提高到17％，氧＜12％；為了適應(yīng)二氧化硫濃度提高和O2/SO2明顯低于l的條件下而仍有高的最終轉(zhuǎn)化率，國外許多工程公司目前在兩轉(zhuǎn)兩吸流程上努力開發(fā)溫度在380～390℃時仍具有高活性的低溫觸媒，以求最終達到高轉(zhuǎn)化率的目的。(Sulphur 1993，229)美國開米蒂克斯(Chemetics)公司開發(fā)了用含銫觸媒的六段轉(zhuǎn)化器用以加工濃度為18％的二氧化硫爐氣。德國巴斯夫(BASF)和魯奇(Lurgi)兩家公司也對二氧化硫濃度為17％的爐氣采用含銫低溫觸煤進行了中間試驗。這些開發(fā)試驗工作都是在兩轉(zhuǎn)兩吸的生產(chǎn)方法基礎(chǔ)上進行的。而這種生產(chǎn)方法為了使最終轉(zhuǎn)化率達到99.9％，即使第一次，第二次轉(zhuǎn)化率均相等則每次轉(zhuǎn)化率也必須達到96.84％，這對O2/SO2＜1的爐氣是很難在第一次轉(zhuǎn)化中達到的。如果降低第一次轉(zhuǎn)化率為94％，則第二次轉(zhuǎn)化率必須＞98.34％才能使最終轉(zhuǎn)化率達到99.9％，這樣必然對觸媒提出了要求很高的低溫活性并使觸媒使用量大幅度增加。
由于觸媒低溫活性和耐高溫性能的限制，兩轉(zhuǎn)兩吸流程對濃度較高的二氧化硫爐氣在進入轉(zhuǎn)化器前，必須加入空氣稀釋到不超過10％的濃度，以使各段觸媒不過熱從而最終獲得99.7％的轉(zhuǎn)化率。這樣比采用高濃度二氧化硫氣制酸在基建投資及經(jīng)營費用上就高得多。據(jù)《硫酸工業(yè)》1995年第1期第26頁報導，用不同二氧化硫濃度生產(chǎn)硫酸的經(jīng)濟比較如下硫酸生產(chǎn)規(guī)模1000t/d二氧化硫濃度％1016氣量m3/h93000 58150基建費(百萬馬克) 3024主鼓風機電耗kW1900 1200電費(百萬馬克)2.1 1.31(電費基準為0.13馬克/kW·h)本發(fā)明的目的是通過三次轉(zhuǎn)化三次吸收的硫酸生產(chǎn)方法，采用高濃度富氧冶煉煙氣或焚硫爐氣作原料并用國內(nèi)現(xiàn)有生產(chǎn)的傳統(tǒng)釩觸媒來實現(xiàn)最終轉(zhuǎn)化率≥99.9％這一目標，從而使排入大氣的二氧化硫濃度＜100PPm。
當以富氧冶煉煙氣為原料時，本發(fā)明采用的工藝流程見

圖1，凈化后潔凈的富氧煉銅煙氣(1)含SO216％，O211％，進入干燥塔(2)，干燥至水分＜0.1g/Nm3的氣體(3)被鼓風機(4)升壓，此氣體(5)送入第三換熱器(6)，出第三換熱器的爐氣(7)進入兩個并聯(lián)的第一層換熱器(8)、(9)中的(8)預(yù)熱至420℃，此氣體(10)進入轉(zhuǎn)化器(11)的第一層觸媒進行轉(zhuǎn)化反應(yīng)。經(jīng)第一層觸媒后轉(zhuǎn)化率為40％，溫度升至587℃的爐氣(12)進入并聯(lián)的第一層換熱器(8)、(9)被降溫到450℃，此爐氣(13)進入轉(zhuǎn)化器(11)的第二層觸媒進行反應(yīng)。經(jīng)過第二層觸媒轉(zhuǎn)化率達到70％，溫度上升到575℃的氣體(14)進入第二層換熱器(15)，在換熱器內(nèi)降溫到430℃。出口的爐氣(16)進入轉(zhuǎn)化器(11)的第三層觸媒，經(jīng)第三層觸媒后轉(zhuǎn)化率達80％，溫度為471℃的爐氣(17)入由兩個相同緊密串聯(lián)組成的換熱器——第三層換熱器(6)，換熱冷卻到178℃。出第三層換熱器的氣體(18)去進行第一次吸收。經(jīng)過第一次吸收后的二氧化硫爐氣(19)進入由兩個相同緊密申聯(lián)組成的換熱器——第五層換熱器(20)換熱，換熱后的爐氣(21)再經(jīng)過第一層換熱器(9)預(yù)熱到425℃，此氣體(22)進入轉(zhuǎn)化器(11)的第四層觸媒進行第二次轉(zhuǎn)化。爐氣在第四層觸媒內(nèi)有75％的二氧化硫轉(zhuǎn)化，溫度升到521℃。出第四層觸媒的爐氣(23)進入第四層換熱器(24)進行換熱，冷卻到430℃后爐氣(25)進入轉(zhuǎn)化器(11)的第五層觸媒進行轉(zhuǎn)化，經(jīng)過第五層觸媒后轉(zhuǎn)化率達94％，溫度上升到453℃，此爐氣(26)經(jīng)過第五層換熱器(20)降溫到160℃，氣體(27)去進行第二次吸收。
經(jīng)過第二次吸收后的二氧化硫爐氣(28)經(jīng)過第六層換熱器(29)預(yù)熱，出口的爐氣(30)再經(jīng)過第四層換熱器(24)預(yù)熱，此出口爐氣(31)最終經(jīng)過第二層換熱器(15)預(yù)熱到430℃，爐氣(32)進入轉(zhuǎn)化器(11)的第六層觸媒進行第三次轉(zhuǎn)化。經(jīng)過第六層觸媒爐氣的轉(zhuǎn)化率達96％，溫度上升到436℃，此爐氣(33)經(jīng)第六層換熱器(2g)換熱后爐氣(34)再進入低壓余熱鍋爐(35)回收部分余熱，溫度降至180℃，出口爐氣(36)去進行第三次吸收。經(jīng)過三次轉(zhuǎn)化三次吸收后尾氣中排放的二氧化硫濃度≈100PPm。本發(fā)明也可用于富氧焙燒硫鐵礦所產(chǎn)生的高濃度二氧化硫爐氣。
當以焚硫爐氣為原料時，本發(fā)明采用的工藝流程見圖2，經(jīng)過潔凈過濾的空氣(1)經(jīng)空氣鼓風機(2)升壓后，空氣(3)進入干燥塔(4)，出干燥塔水份＜0.1g/Nm3的空氣(5)進入空氣預(yù)熱器(6)，出空氣預(yù)熱器溫度為200℃的空氣(7)進入焚硫爐(8)與經(jīng)過精制的液硫(9)在爐內(nèi)反應(yīng)生成SO2濃度為12％，O2濃度為9％，溫度為1260℃的二氧化硫爐氣(10)，此爐氣進廢熱鍋爐(11)回收熱量后降溫至420℃，爐氣(12)進入轉(zhuǎn)化器(13)的第一層觸媒進行轉(zhuǎn)化反應(yīng)。通過第一層觸媒的氣體(14)轉(zhuǎn)化率為53％，溫度上升至592℃，此氣體(14)進入第一換熱器(15)，經(jīng)換熱后溫度降至430℃的氣體(16)進入轉(zhuǎn)化器(13)的第二層觸媒，通過第二層觸媒后二氧化硫轉(zhuǎn)化率由53％上升為80％，氣溫升高到517℃，此氣體(17)再進入第二換熱器(18)換熱。出換熱器氣體(19)溫度為430℃，進入轉(zhuǎn)化器(13)的第三層觸媒，經(jīng)過第三層觸媒后二氧化硫轉(zhuǎn)化率由80％上升為90％，溫度上升到462℃；此氣體(20)再進入第三換熱器(21)換熱，然后此氣體(22)再進入空氣預(yù)熱器(6)冷卻到170℃。出空氣預(yù)熱器的氣體(23)去第一次吸收。經(jīng)吸收掉第一次轉(zhuǎn)化生成的三氧化硫后的氣體(24)進入第三換熱器(21)換熱后，此氣體(25)再進第一換熱器(15)進行換熱，出第一換熱器(15)的氣(26)被預(yù)熱到425℃進入轉(zhuǎn)化器(13)的第四層觸媒進行第二次轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化率達92％溫度為463℃。出第四層觸媒的氣體(27)經(jīng)過第四換熱器(28)后降溫到203℃的氣體(29)去進行第二次吸收。由第二次吸收后的氣體(30)進入第四換熱器(28)換熱，氣體(31)再進入第二換熱器(18)升溫到430℃，此氣體(32)進入轉(zhuǎn)化器(13)的第五層觸媒進行第三次轉(zhuǎn)化。經(jīng)過第三次轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化率達95％，溫度為433℃的爐氣(33)進入低壓熱管鍋爐(34)，降溫后的爐氣(35)去進行第三次吸收。經(jīng)過三次轉(zhuǎn)化三次吸收后，放空尾氣中的二氧化硫濃度＜100PPm。
富氧冶煉煙氣和采用焚硫爐氣的三轉(zhuǎn)三吸硫酸生產(chǎn)方法的工藝參數(shù)見表1和表2。
表1為轉(zhuǎn)化器各段(層)觸媒進出口爐氣溫度和各段觸媒進出口爐氣轉(zhuǎn)化率及各段的平衡轉(zhuǎn)化率。其中各段觸媒爐氣入口溫度為控制溫度。
表2為各換熱器管程和殼程的進出口爐氣溫度值。
表1
表2
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比所具有的優(yōu)點是明顯的。
由于富氧冶煉煙氣中的二氧化硫濃度高，反應(yīng)熱多，焚硫爐氣入第一次轉(zhuǎn)化時無需利用反應(yīng)熱進行預(yù)熱，因此這兩類爐氣進行三次轉(zhuǎn)化三次吸收時能維持熱平衡，觸媒可在420～600℃范圍內(nèi)操作，最終轉(zhuǎn)化率可達到99.9％，排入大氣的二氧化硫濃度≤100PPm。三轉(zhuǎn)三吸達到99.9％轉(zhuǎn)化率與相同生產(chǎn)規(guī)模的兩轉(zhuǎn)兩吸流程相比，當兩轉(zhuǎn)兩吸流程最終轉(zhuǎn)化率分別達到99.5％和99.7％時，它們排入大氣中的二氧化硫量之比分別為(1-0.999)∶(1-0.997)∶(1-0.995)＝1∶3∶5因而采用三轉(zhuǎn)三吸流程的環(huán)境效益十分顯著。同時由于采用高濃度原料氣及減少了尾氣吸收工段，所以基建投資及動力消耗也大為節(jié)約。由此獲得的經(jīng)濟效益將十分可觀。
對二氧化硫原料氣的濃度由9％提高到12％和二氧化硫濃度為16％氧＜12％的富氧冶煉氣采用三轉(zhuǎn)三吸流程與采用傳統(tǒng)的兩轉(zhuǎn)兩吸加尾氣吸收工段的流程比較，兩者經(jīng)濟效益的差異十分明顯。三轉(zhuǎn)三吸流程用于新建廠時具有以下優(yōu)點(1)排出尾氣中二氧化硫≤100PPm，不必再設(shè)尾氣吸收工段；(2)因爐氣濃度由9～10％提高到12％，生產(chǎn)設(shè)備尺寸減??；(3)硫的利用率提高0.5％～0.3％；(4)每噸酸動力消耗有所下降。
三轉(zhuǎn)三吸流程用于現(xiàn)有硫酸裝置的技術(shù)改造時，則具有以下優(yōu)點(1)排放尾氣濃度下降到≤100PPm；
(2)生產(chǎn)能力增加20％；(3)硫消耗定額下降0.5％～0.3％。
通過對中等規(guī)模硫酸裝置技術(shù)經(jīng)濟分析，采用三轉(zhuǎn)三吸流程時比兩轉(zhuǎn)兩吸流程的投資節(jié)約情況是對焚硫爐氣來說投資可降低～5％，對富氧冶煉氣來說則可降低～16％。
權(quán)利要求
1.一種高濃二氧化硫氣三轉(zhuǎn)三吸硫酸生產(chǎn)方法，其特征是用高濃度富氧冶煉煙氣和焚硫爐氣為原料進行三次轉(zhuǎn)化和三次吸收。
2.按權(quán)利要求1所述的方法，也可用于富氧焙燒硫鐵礦所產(chǎn)生的高濃度二氧化硫爐氣。
全文摘要
以高濃度冶煉煙氣或焚硫爐氣作原料并用國內(nèi)傳統(tǒng)釩觸媒作催化劑，采用三次轉(zhuǎn)化三次吸收的硫酸生產(chǎn)方法，工藝系統(tǒng)能維持熱平衡，觸媒可在420～600℃范圍內(nèi)操作，最終轉(zhuǎn)化率可達到99.9％，排入大氣的二氧化硫濃度≤100ppm。與相同生產(chǎn)規(guī)模的兩轉(zhuǎn)兩吸流程排入大氣中的二氧化硫量相比，分別為(1-0.999)∶(1-0.997)∶(1-0.995)＝1∶3∶5與同等規(guī)模兩轉(zhuǎn)兩吸流程相比投資節(jié)約是對焚硫爐氣來說投資降低～5％，對富氧冶煉爐氣來說則可降低～16％。
文檔編號C01B17/00GK1129193SQ9511108
公開日1996年8月21日 申請日期1995年6月22日 優(yōu)先權(quán)日1995年6月22日
發(fā)明者應(yīng)燮堂, 唐麗娟 申請人:應(yīng)燮堂