3年3月15日提交的美國臨時(shí)專利申請連續(xù)號(hào)61/793,571 (代理人案號(hào)ENV 10309)中描述的,可以將鍋爐用水回路與用于從源氣回收二氧化硫的工藝結(jié)合,例如,來自熱回收塔133的尾氣中的二氧化硫。
[0102]因而,如圖5所示,在90°至115 °F的溫度,離開產(chǎn)物酸冷卻器167的鍋爐用水首先經(jīng)過熱交換器175,在熱交換器175中,將熱從再生的二氧化硫吸收媒介液流轉(zhuǎn)移給鍋爐用水,從而通常通過25至45華氏溫度,將用水加熱至,例如,在大約120°和大約140 °F之間的溫度。再生的二氧化硫吸收媒介的來源如上述關(guān)于圖2描述的相同。
[0103]盡管熱交換器175在串聯(lián)的熱交換器中,其中逐步地加熱鍋爐用水,但是,技術(shù)上,它在連續(xù)的熱交換器的陣列的外部,其中將熱從HRS酸轉(zhuǎn)移給鍋爐用水。這不會(huì)打擾陣列的連續(xù)安排,但是僅僅將另一個(gè)操作投入到鍋爐用水側(cè)的串聯(lián)交換器中。如在圖2的實(shí)施方案中,圖5的實(shí)施方案包括在串聯(lián)的另外的兩個(gè)連續(xù)的熱交換器之間,和熱交換器的陣列無關(guān)的還有的另外的操作,也就是,用于鍋爐用水的除氣器。
[0104]離開熱交換器175的用水流向熱交換器155,在那里,通常,通過140至180華氏溫度,將其加熱至,例如,范圍是270°至310 °?的溫度。
[0105]如下面進(jìn)一步描述的,使離開交換器155的用水與來自鍋爐用水循環(huán)栗182,在215°至240 °?的部分除氣的水191混合,循環(huán)栗182使用水在熱交換器155和除氣器177之間循環(huán)?;旌系囊毫鳎ǔT诜秶?30°至280 °F的溫度,進(jìn)入第二熱交換器,在那里,通過從HRS酸轉(zhuǎn)移熱,例如,通過25至45華氏溫度,將其進(jìn)一步加熱至范圍是270°至300°F的溫度。取決于鍋爐用水路徑的壓力下降概況,在熱交換器145中可能發(fā)生適度的閃蒸,可能限制通過第二熱交換器期間增加用水溫度的程度。
[0106]將離開第二熱交換器145的鍋爐用水或兩相水和蒸汽流動(dòng)引入到優(yōu)選地大體上絕熱地脫氣腔室177內(nèi),其中與離開第三熱轉(zhuǎn)移系統(tǒng)的交換器155的鍋爐用水的溫度相比,用水閃蒸和通過15至80華氏溫度冷卻。脫氣腔室177中的用水的閃蒸不可冷凝性地從鍋爐用水去除,通過線路179從除氣器將其排放,以便提供用于送往蒸汽噴射容器131的噴射蒸汽的來源。通過在除氣器177中閃蒸足夠的蒸汽,以便提供代表用于吸收器133的很高百分比的反應(yīng)水的比例的水蒸汽,除氣器177的操作阻止鍋爐用水系統(tǒng)中的溫度上升到達(dá)這樣的水平,即,將壓制用于將能量從HRS吸收酸轉(zhuǎn)移給相對于用水流動(dòng)更遠(yuǎn)的下游的鍋爐用水的At,和從而允許基本上以高壓蒸汽的形式回收來自HRS吸收器的所有的蒸汽相酸形成、吸收和冷凝能量。通常,在其中閃蒸大約5%至大約10%進(jìn)入除氣器177的鍋爐用水。
[0107]在圖4和5所示的實(shí)施方案中,在高溫下,沒有從回收損失這個(gè)能量,因?yàn)殡S著用于蒸汽相的蒸汽來源與SO3反應(yīng),使離開除氣器的低壓蒸汽再循環(huán)到蒸汽噴射容器131。缺少噴射蒸汽的這種來源,將需要來自外來來源的能量形成噴射蒸汽??蛇x地,但是通常較少優(yōu)選地,可將除氣器中閃蒸的蒸汽用作用于從熱回收吸收器尾氣回收302的協(xié)調(diào)工藝的汽提蒸汽。
[0108]將除氣器中閃蒸的蒸汽送往吸收器133也為提供具有來自吸收器的尾氣的鍋爐用水的不可冷凝物提供便利的排放。
[0109]經(jīng)由熱交換器145和除氣器之間的高容量栗182,使在稍微適度高于它的環(huán)境沸點(diǎn)的溫度下,例如,215°至240 °F,除氣的水181循環(huán)。在循環(huán)栗182的排放下,使用水在逆流到熱交換器145的鍋爐用水進(jìn)口的再循環(huán)液流和流向高壓鍋爐用水栗183的進(jìn)口側(cè),用于余熱鍋爐的用水之間分開。從高壓栗183,逆著其中形成的蒸汽的背壓,將用水送往余熱鍋爐。因而,栗183的排放壓力通常在40至70巴的范圍內(nèi),更通常地50至70巴。通過栗183將用水轉(zhuǎn)移給節(jié)熱器(第一熱交換器)143,在那里,通常通過從HRS酸轉(zhuǎn)移熱,通過150至200華氏溫度,將用水的溫度增加到范圍在大約375°和大約425 °F之間的溫度。從節(jié)熱器143,鍋爐用水經(jīng)過節(jié)熱器129,在129中,通過從第三階段轉(zhuǎn)化氣體127 (圖4)轉(zhuǎn)移熱,通常通過100至140華氏溫度進(jìn)一步將鍋爐用水加熱至,例如,大約490°和大約550 0F之間的溫度。
[0110]通過在余熱鍋爐115中,從302燃燒氣體轉(zhuǎn)移熱,將離開節(jié)熱器129的鍋爐用水轉(zhuǎn)化成蒸汽。經(jīng)由蒸汽鍋筒185,使在40至70巴的壓力下,更通常地50至70巴的飽和的蒸汽離開余熱鍋爐115和首先經(jīng)過過熱器125,在那里,通過從離開轉(zhuǎn)化器17第二轉(zhuǎn)化器階段117.2 (圖4)的轉(zhuǎn)化氣體123轉(zhuǎn)移熱,通過10至20華氏溫度,將飽和的蒸汽的溫度增加至IJ,例如,范圍是490°至560 °F的溫度。離開過熱器125的過熱的蒸汽經(jīng)過過熱器121,在那里,進(jìn)一步通過從離開第一轉(zhuǎn)化器階段117.1 (圖4)的轉(zhuǎn)化氣體流119轉(zhuǎn)移熱,通過225至325華氏溫度,將過熱的蒸汽加熱至,例如,750°至850 °?的溫度。
[0111]圖5也圖示來自在余熱鍋爐115之上的蒸汽鍋筒185的冷凝物的排污,用于經(jīng)由串聯(lián)排污擴(kuò)容槽去除顆粒固體污染物,包括高壓排污槽187,在那里,將冷凝物急驟蒸發(fā)成低至通常在2至5巴量規(guī)的適度的壓力蒸汽,和低壓排污槽189,在189中,將來自排污槽187的冷凝物急驟蒸發(fā),以便產(chǎn)生在大氣壓力下的另外的蒸汽,留下殘留的冷凝物液流,從用于去除顆粒固體的工藝凈化。
[0112]圖6圖示硫酸制造工藝的工藝側(cè)的可替換的實(shí)施方案,其中在HRS鍋爐中,以中壓蒸汽的形式回收HRS吸收器的熱回收和第二吸收區(qū)中形成的部分能量,和通過將熱從HRS吸收酸轉(zhuǎn)移給用于高壓鍋爐的鍋爐用水,以高壓蒸汽的形式回收剩余的能量,在這種情況下,在余熱鍋爐中,從SO2燃燒氣體回收熱。在圖6的工藝的操作的優(yōu)選的模式中,最終以具有范圍是40至70巴的壓力的蒸汽的形式回收熱回收區(qū)中形成的硫酸形成的至少60%的蒸汽相熱、吸收熱和冷凝熱。更優(yōu)選地,以具有這樣的范圍內(nèi)的壓力的蒸汽的形式回收至少75%的HRS能量。甚至更優(yōu)選地,以高壓蒸汽的形式,也就是,具有在40至70巴范圍內(nèi)的壓力的蒸汽,回收熱回收吸收器中形成的酸形成的蒸汽相熱、吸收熱和冷凝熱的總和的至少大約 85%、90%、95%、97%或 99%。
[0113]在圖6的工藝中,環(huán)境空氣201通過進(jìn)氣口過濾器203流入空氣干燥塔205的底部上的進(jìn)氣口,其中通過與塔內(nèi)氣體液體接觸區(qū)205.1中的濃硫酸接觸從空氣去除濕氣。如圖1的工藝中,通過干燥塔循環(huán)的濃酸包括來自HRS吸收器的吸收酸,其中通過將吸收熱轉(zhuǎn)移給鍋爐用水冷卻該吸收酸,鍋爐用水經(jīng)過排列的串聯(lián)的熱交換器,所以吸收酸和鍋爐用水相對于串聯(lián)交換器相反通過。
[0114]通過壓縮機(jī)208壓縮離開干燥塔205,在130-150 °?的溫度下的干燥的空氣207,從而將空氣加熱至220°至260 T的溫度,且引入到空氣預(yù)熱器209,在那里,通過從如下面描述的最終階段SOjf化氣體轉(zhuǎn)移熱,將其加熱至440-480 0F。將熔融硫噴灑到硫燃燒器213內(nèi),在燃燒器內(nèi),其與以這樣的速度(即,相對于硫流量,空氣的氧氣組成是化學(xué)計(jì)量過量的)流動(dòng)的加熱的空氣211接觸。硫與空氣的氧氣反應(yīng),以便產(chǎn)生包括二氧化硫、氮?dú)夂臀捶磻?yīng)的氧氣的燃燒氣體。SO2燃燒氣體以2150°至2250 °F離開硫燃燒器,和通過將熱轉(zhuǎn)移給第一余熱鍋爐215中的鍋爐用水,被冷卻至2000-2060° F的溫度。
[0115]離開余熱鍋爐215的燃燒氣體經(jīng)過過熱器225,其中,通常通過1200至1400華氏溫度,將氣流,例如,從在2000。和2060 T之間的溫度冷卻至700。F至800 0F的溫度,即,適于建立302至SO3的催化轉(zhuǎn)化的有利的平衡的溫度。在過熱器225中,通過將熱轉(zhuǎn)移給余熱鍋爐系統(tǒng)內(nèi)形成的高壓蒸汽冷卻氣體,從而將蒸汽從范圍在大約540和大約550華氏溫度之間的溫度加熱至范圍在650°和大約750 °F之間的溫度。
[0116]離開過熱器225的冷卻的燃燒氣體進(jìn)入轉(zhuǎn)化器217的第一催化轉(zhuǎn)化器階段217.1,其中,與用于通過與氣體的氧氣組分反應(yīng),將二氧化硫氧化成三氧化硫的催化劑接觸。二氧化硫到三氧化硫的氧化是高度地放熱的,所以,離開第一轉(zhuǎn)化器階段217.1的轉(zhuǎn)化氣體219通常在1100°至1150°F的溫度。使第一階段轉(zhuǎn)化器氣體219經(jīng)過過熱器221,在那里,將熱從轉(zhuǎn)化氣體轉(zhuǎn)移給來自如下面描述的余熱鍋爐的高壓蒸汽,從而將轉(zhuǎn)化氣體冷卻至大約775° F至825 °F。除了轉(zhuǎn)化熱的回收之外,冷卻氣體為第二催化轉(zhuǎn)化器階段217.2中的302至SO3的進(jìn)一步的轉(zhuǎn)化建立更有利的平衡,其中轉(zhuǎn)化氣體從過熱器221流向第二催化轉(zhuǎn)化器階段217.2。
[0117]在925°至975 °F的溫度下,離開第二轉(zhuǎn)化階段217.2的轉(zhuǎn)化氣體222流向另一個(gè)節(jié)熱器228,在那里,將熱從氣流轉(zhuǎn)移給如下面描述的鍋爐用水。將通常在775 T至825 T的溫度,離開節(jié)熱器228的第二階段轉(zhuǎn)化氣體送往轉(zhuǎn)化器217的第三催化轉(zhuǎn)化器階段217.3,用于302至SO 3的進(jìn)一步轉(zhuǎn)化。再次,在階段217.3之前冷卻氣體為進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為SO 3提供更有利的平衡。第三階段轉(zhuǎn)化氣體227以820°至860 °F的溫度離開轉(zhuǎn)化器,和經(jīng)過節(jié)熱器229,在那里,如下面進(jìn)一步描述的,通過將熱轉(zhuǎn)移給用于余熱鍋爐的鍋爐用水,通過70至100華氏溫度,將轉(zhuǎn)化氣體冷卻至,例如,725°至775 0F。將離開節(jié)熱器229的轉(zhuǎn)化氣體送往第四和最終的轉(zhuǎn)化器階段217.4,用于502至SO3的進(jìn)一步的轉(zhuǎn)化。從第四轉(zhuǎn)化器階段217.4中形成的氧化放熱,僅適度地將氣流加熱,例如,5至20華氏溫度,例如,加熱至735 °至785 °?的溫度。從階段217.4,第四階段轉(zhuǎn)化氣體流過第二余熱鍋爐216,其中,通過通常在750至850psig的壓力下的形成蒸汽,通過大約200至250華氏溫度,將其冷卻至,例如,范圍是525°至575 °F的溫度。在通過第二余熱鍋爐216之后,最終的轉(zhuǎn)化氣體流經(jīng)空氣預(yù)熱器209,在那里,通過將熱轉(zhuǎn)移給燃燒空氣,通常通過195至225華氏溫度,將其進(jìn)一步冷卻至,例如,在325°和大約360 °F之間的溫度。如參考上述討論的圖1的工藝,隨著它進(jìn)入熱回收吸收區(qū),在進(jìn)入蒸汽噴射容器之前,轉(zhuǎn)化氣體的冷卻阻止轉(zhuǎn)化氣體太熱。
[0118]將離開空氣預(yù)熱器209的最終階段轉(zhuǎn)化氣體送往包括熱回收塔233的熱回收吸收系統(tǒng)。在進(jìn)入熱回收塔之前,最終的轉(zhuǎn)化器氣體經(jīng)過蒸汽噴射容器231。轉(zhuǎn)化氣體進(jìn)入325°至360 °F的溫度和0.05至0.2巴的噴射容器。在容器231中,將蒸汽引入到氣流內(nèi),以便建立對它的當(dāng)量三氧化硫含量的化學(xué)計(jì)量比優(yōu)選地大于大約0.55,0.60或0.75,最優(yōu)選地至少大約0.85、0.90或0.95,可選地大約0.98的氣流中的當(dāng)量H2O蒸汽含量。蒸汽的噴射導(dǎo)致SO3和水的蒸汽相反應(yīng),以便形成硫酸蒸汽。噴射到圖6的工藝的容器231的蒸汽的優(yōu)選的最小的速度基本上與上述相對于圖1的工藝描述的相同。水蒸汽的噴射和通過SO3和水蒸汽的硫酸的生成的蒸汽相形成將離開噴射容器231的轉(zhuǎn)化氣流加熱至通常范圍是550°至600 °F的溫度。將這種氣流引入到在熱回收吸收塔233的底部或靠近底部,在熱回收吸收區(qū)233.1下面的氣體進(jìn)口。
[0119]在熱回收吸收區(qū)233.1中,在大約125°和165 °F之間的溫度下和99.2 %至99.6%的濃度,使氣流與初級(jí)吸收酸235接觸,其進(jìn)入熱回收吸收器,通常吸收塔。吸收酸進(jìn)入熱回收區(qū)的頂部和與氣流相反,通過區(qū)域233.1向下流動(dòng)。熱回收區(qū)中吸收酸和氣體的接觸導(dǎo)致將SO3吸收到液相內(nèi),將硫酸蒸汽從氣相冷凝到液相,和將水蒸氣從氣相冷凝到液相。也將顯熱從氣相轉(zhuǎn)移給液相。
[0120]優(yōu)選地,熱回收塔233也包括第二吸收區(qū)233.2,在那里,離開初級(jí)(熱回收)吸收區(qū)的氣體與引入第二吸收區(qū)233.2的頂部的第二吸收酸液流237接觸且通過那里,與向上流動(dòng)的氣體流相反地向下流動(dòng)。第二吸收區(qū)也包括用于促進(jìn)酸相和液相之間的質(zhì)量轉(zhuǎn)移的填料盒或其他工具。第二吸收酸237進(jìn)入范圍通常是90°至120 °F的溫度的第二吸收區(qū)。離開初級(jí)吸收區(qū)的氣體流與第二吸收區(qū)中的第二吸收酸的接觸導(dǎo)致從離開初級(jí)區(qū)域的氣體吸收殘留的S03,和冷卻氣體流,導(dǎo)致將硫酸蒸汽和水蒸氣進(jìn)一步冷凝成第二吸收酸。第二吸收酸離開第二吸收區(qū)的底部和與進(jìn)入第二區(qū)的底部和初級(jí)區(qū)的頂部之間的熱回收塔的吸收酸結(jié)合,以便形成組合的酸液流,其起用于熱回收吸收區(qū)的初級(jí)吸收酸的作用。
[0121]離開第二吸收和冷卻區(qū)233.2的頂部的氣流經(jīng)過硫酸除霧器239和作為尾氣290從工藝離開??蛇x地,可以在二氧化硫回收工藝,從尾氣回收二氧化硫,和可以將這樣的二氧化硫回收工藝與SO3吸收熱回收工藝結(jié)合,如上述相對于圖1描述的。
[0122]從吸收熱,冷凝熱,和顯熱轉(zhuǎn)移,將離開熱回收吸收區(qū)的富集的吸收酸加熱到大約400 °F和大約460 °F之間的溫度。來自熱回收吸收區(qū)的富集的吸收酸連續(xù)地流經(jīng)熱交換器的陣列,其中,將熱轉(zhuǎn)移給用于余熱鍋爐215和216的鍋爐用水。鍋爐用水通常連續(xù)地流經(jīng)交換器的陣列,吸收酸和鍋爐用水大體上相對于串聯(lián)交換器相反地流動(dòng)。
[0123]在酸側(cè),離開熱回收區(qū)進(jìn)入熱回收塔233的井內(nèi)的吸收酸流向HRS酸循環(huán)栗241的進(jìn)口側(cè),在循環(huán)栗的排放口,在HRS鍋爐酸液流240和支路HRS酸液流242之間分開吸收酸。
[0124]HRS鍋爐酸液流240流經(jīng)HRS鍋爐244,在那里,通過將熱轉(zhuǎn)移到鍋爐用水和例如,在120至150psig的壓力下,形成中壓蒸汽,通過30至60華氏溫度,將其冷卻至,例如,范圍是375°至425 °F的溫度。將支路HRS液流242送往陣列中的串聯(lián)的熱交換器中的第一個(gè)熱交換器243,HRS酸和鍋爐用水相對于陣列相反地經(jīng)過第一熱交換器243。在熱交換器243中,通過將熱轉(zhuǎn)移給高壓鍋爐用水,通常通過在大約5和大約20華氏溫度之間,將HRS酸從范圍在大約400°和大約460 °F之間的溫度冷卻至,例如,大約395和大約440 °F之間的溫度,從而將高壓鍋爐用水加熱至范圍在大約420至大約438 °F之間的溫度。
[0125]離開第一熱交換器243的支路酸242在相對于HRS酸的流動(dòng)的熱交換器243的下游和HRS鍋爐244的下游與HRS鍋爐酸240重新結(jié)合。再次將組合的液流249分成液流248,其包括初級(jí)吸收酸液流235的主要的成分,將其再循環(huán)至熱回收吸收區(qū)233.1,和向前的酸流動(dòng)液流251,通過將熱轉(zhuǎn)移到鍋爐用水從該液流回收進(jìn)一步的能量。在再循環(huán)至吸收器233的過程中,液流248經(jīng)過稀釋器260,其中必要時(shí)可以添加稀釋水(SO3反應(yīng)水)292,以便維持熱回收吸收區(qū)上的目標(biāo)酸濃度概況。如下面描述的,在稀釋器中,使液流249與來自共同栗槽259的再循環(huán)液流混合,以便形成初級(jí)吸收酸液流235。在圖6的工藝的優(yōu)選的實(shí)施方案中,基本上通過將蒸汽噴射到離開熱回收吸收區(qū)的轉(zhuǎn)化氣體或通過蒸汽噴射和從干燥塔5中的燃燒空氣去除的水的結(jié)合提供所有的SO3反應(yīng)水,但是水補(bǔ)充的速度的調(diào)整可能受到稀釋器260上軟化水液流292的添加的影響。
[0126]使向前的酸流動(dòng)液流251經(jīng)過第二熱交換器245,其中,通過將熱轉(zhuǎn)移給中壓鍋爐用水,通常通過大約160至大約190華氏溫度,將酸冷卻至范圍在大約220°和大約240 0F之間的溫度,從而將鍋爐用水溫度加熱至范圍在大約260°和大約290 °F之間的溫度。
[0127]接著,第二吸收酸液流251流向第三熱轉(zhuǎn)移系統(tǒng)253,其通??梢园ǘ鄠€(gè)熱交換器。在圖6中,第三熱轉(zhuǎn)移系統(tǒng)包括鍋爐用水預(yù)熱器255和共同的酸冷卻器257。在預(yù)熱器255中,通常通過在90和120華氏溫度之間,將酸從在210°和大約240 °F之間的溫度冷卻至范圍在大約120°和大約140°F之間的溫度,從而通常通過50至70華氏溫度,將用于HRS鍋爐的鍋爐用水從,例如,在大約90°和大約110 °F之間的溫度加熱到在大約140°和大約160 °F之間的溫度。
[0128]離開熱交換器255的酸流入共同的栗槽259,其起用于HRS酸的容器的作用,最終將其分成四個(gè)路徑,也就是:(i)產(chǎn)物液流263 ;(ii)干燥塔酸液流261用于再循環(huán)到熱回收吸收器233的第二吸收區(qū)233.2的再循環(huán)的第二吸收酸液流237 ;和(iv)與來自HRS鍋爐244的離開液流249結(jié)合,以便形成再循環(huán)到熱回收吸收區(qū)233.1的初級(jí)吸收酸液流235的液流256。然而,因?yàn)樗畛趿鞒隼醪郏瑑?yōu)選地,僅將酸液流分成兩個(gè)路徑,其中之一是液流256,形成初級(jí)吸收酸的成分的液流。便利地,可以在稀釋器260中混合液流256和離開HRS鍋爐的再循環(huán)酸液流249,以便形成初級(jí)吸收酸液流235,其從稀釋器逆流向在第二吸收區(qū)233.2下面和在熱回收吸收區(qū)233.1之上的點(diǎn)上的吸收器。
[0129]使由離開栗槽的酸液流的分開形成的其他液流,也就是液流258,經(jīng)過共同的酸冷卻器257,在那里,通過將熱轉(zhuǎn)移給鍋爐用水,通常通過5至20華氏溫度,將其冷卻至,例如,范圍是135°至160 °?的溫度。在共同的酸冷卻器的下游,將冷卻的酸液流分成產(chǎn)物酸液流263,干燥塔酸液流261和第二吸收酸液流237。將液流261送往干燥塔205,用于從用于硫燃燒器213的進(jìn)入的燃燒空氣吸收潮濕。在通過干燥塔中,通常通過5至15華氏溫度,將干燥塔酸液流加熱至范圍是135°至160°F的內(nèi)的溫度。用過的干燥塔酸265逆流入共同的栗槽259。
[0130]使產(chǎn)物酸液流263經(jīng)過產(chǎn)物酸冷卻器267,在那里,通過將熱轉(zhuǎn)移給鍋爐用水,通常通過50至100華氏溫度,將其冷卻至,例如,在大約90°至160 °F之間的溫度,從而將鍋爐用水加熱至范圍是90°至大約120 °?的溫度。
[0131]第二吸收酸液流237從共同的酸冷卻器257流向熱回收吸收器233和進(jìn)入第二吸收區(qū)233.2的頂部。第二吸收酸向下流經(jīng)區(qū)233.2,從而從離開熱回收吸收區(qū)233.1的頂部的氣體去除殘留的SO3,冷卻氣流和從氣流冷凝硫酸蒸汽。在熱回收吸收器233的初級(jí)(熱回收)吸收區(qū)233.1的頂部,離開第二吸收區(qū)的第二吸收酸與再循環(huán)的酸液流235結(jié)合,以便形成用于初級(jí)吸收區(qū)的吸收酸。
[0132]優(yōu)選地,離開第二吸收區(qū)233.2的氣體經(jīng)過除霧器元件239,用于從工藝尾