專利名稱：硫酸裝置兩次轉(zhuǎn)化的互補(bǔ)換熱流程的制作方法
硫酸裝置兩次轉(zhuǎn)化的互補(bǔ)換熱流程，屬硫酸工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及以硫鐵礦、冶煉煙氣、石膏窯氣等為原料制造硫酸的兩次轉(zhuǎn)化工藝的一系列互補(bǔ)換熱流程，本發(fā)明還涉及互補(bǔ)換熱流程所特有的平行交叉式設(shè)備布置方式。
硫酸裝置兩次轉(zhuǎn)化兩次吸收工藝的運(yùn)用，較大地提高了二氧化硫的總轉(zhuǎn)化率。在硫鐵礦制酸、冶煉煙氣制酸、石膏窯氣制酸等為原料制酸過(guò)程中，原料氣體須經(jīng)濕式凈化、干燥塔干燥、經(jīng)二氧化硫鼓風(fēng)機(jī)加壓后進(jìn)入轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的。二氧化硫轉(zhuǎn)化成三氧化硫是放熱反應(yīng)，提高溫度對(duì)熱力學(xué)平衡不利，但就反應(yīng)動(dòng)力學(xué)而言，二氧化硫轉(zhuǎn)化成三氧化硫須在催化劑條件下，而催化劑又須在一定的起燃溫度以上才具有活性，在過(guò)高的溫度下又會(huì)很快失去活性，因此須采用多段轉(zhuǎn)化的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。
二氧化硫鼓風(fēng)機(jī)后的冷氣體須經(jīng)加熱到特定的溫度后進(jìn)入轉(zhuǎn)化器第一段催化劑床層開(kāi)始進(jìn)行第一次轉(zhuǎn)化。第一次轉(zhuǎn)化有用2段、3段及4段催化劑床層的。出第一次轉(zhuǎn)化的氣體亦須冷卻到合適的溫度才能進(jìn)入第一吸收塔吸收掉其中的三氧化硫，經(jīng)第一吸收塔吸收后的冷氣體又須經(jīng)加熱到特定的溫度后才能進(jìn)入轉(zhuǎn)化器進(jìn)行第二次轉(zhuǎn)化，第二次轉(zhuǎn)化有用1段、2段甚至3段催化劑床層。第一次轉(zhuǎn)化和第二次轉(zhuǎn)化各所須用的催化劑床層段數(shù)的組合有多種方式常用的有“2+1”三段轉(zhuǎn)化、“3+1”、“2+2”四段轉(zhuǎn)化、“3+2”、“4+1”甚至“2+3”五段轉(zhuǎn)化。
由于用于加熱第一次及第二次進(jìn)轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的氣體所采用加熱源的方式不同，各轉(zhuǎn)化方式又有多種換熱流程。如“3+1”四段轉(zhuǎn)化的III I-IV II換熱流程和IV I-III II換熱流程(其中I、II、III、IV分別代表轉(zhuǎn)化器第一段、第二段、第三段及第四段出口的氣體換熱器)，每個(gè)換熱流程用6臺(tái)換熱器，其中III換和IV換各為兩臺(tái)串聯(lián)。目前所用的換熱流程都是用各段熱量整體參與換熱的。如III I-IV II換熱流程是用第三段和第一段的熱量加熱第一次轉(zhuǎn)化氣、用第四段和第二段的熱量加熱第二次轉(zhuǎn)化氣。
要實(shí)現(xiàn)較高的總轉(zhuǎn)化率和較好的吸收率，需要維持各段較佳的進(jìn)口溫度和各段分轉(zhuǎn)化率以及適宜的進(jìn)吸收塔氣體溫度。然而，由于制酸原料的種類及組成不同，進(jìn)轉(zhuǎn)化器的二氧化硫濃度及氧硫比均有較寬的范圍，且由于每段出口熱量都是整體參與換熱，使得各種換熱流程都存在著某些溫度值的不合理性，這是因?yàn)楦鞫芜M(jìn)口溫度與進(jìn)吸收塔氣溫的選取存在著制約關(guān)系。就各段進(jìn)口溫度的可調(diào)節(jié)性而言，隨著轉(zhuǎn)化率的增加，轉(zhuǎn)化器進(jìn)口溫度的可調(diào)節(jié)性減小，但轉(zhuǎn)化器第一段進(jìn)口溫度受催化劑起燃溫度的限制，因此只能用第二段進(jìn)口溫度這個(gè)參數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)第一段出口換熱器與第二段出口換熱器間的熱量比例，從而達(dá)到調(diào)節(jié)進(jìn)兩次吸收的氣體溫度。但第二段進(jìn)口溫度的調(diào)節(jié)范圍是很小的，很難調(diào)節(jié)到各溫度參數(shù)都均合適，且該調(diào)節(jié)往往是靠犧牲總轉(zhuǎn)化率來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
本發(fā)明的目的就是為解決轉(zhuǎn)化器各段進(jìn)口溫度及各段分轉(zhuǎn)化率的選取與進(jìn)吸收塔氣體溫度之間的矛盾，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化器各段進(jìn)口溫度及各段分轉(zhuǎn)化率的選取與進(jìn)吸收塔的氣體溫度選取無(wú)關(guān)，從而使轉(zhuǎn)化系統(tǒng)各溫度參數(shù)均可達(dá)到最佳狀態(tài)而設(shè)計(jì)的具有很好經(jīng)濟(jì)效益的硫酸裝置兩次轉(zhuǎn)化的互補(bǔ)換熱流程。
本發(fā)明的主要技術(shù)方案是利用第一次轉(zhuǎn)化的最后一段出口氣體的部分熱量和第二次轉(zhuǎn)化的最后一段出口氣體的部分熱量加熱從干燥塔出來(lái)的進(jìn)轉(zhuǎn)化器第一次轉(zhuǎn)化的冷氣體、同時(shí)用第一次轉(zhuǎn)化的最后一段出口氣體的另一部分熱量和第二次轉(zhuǎn)化的最后一段出口氣體的另一部分熱量加熱從第一吸收塔出來(lái)的進(jìn)轉(zhuǎn)化器第二次轉(zhuǎn)化的冷氣體，利用四個(gè)換熱器來(lái)互補(bǔ)換熱的所有互補(bǔ)換熱流程。
利用本互補(bǔ)換熱流程的原理，對(duì)不同的轉(zhuǎn)化方式能夠組成一系列互補(bǔ)換熱流程，總數(shù)量達(dá)近百種。具體對(duì)“3+1”四段轉(zhuǎn)化是IV換與III換交叉互補(bǔ)，有IVIII I-IIIIV II、IIIIV I-IVIII II、IVIII II-IIIIV I、IIIIV II-IVIII I等四種以上互補(bǔ)換熱流程?！?+2”五段轉(zhuǎn)化是V換與III換交叉互補(bǔ)，不包括IV換在內(nèi)，有VIII I-IIIV II、IIIV I-VIII II、VIII II-IIIV I、IIIV II-VIII I等四種流程，加上IV換或冷激則可組成十六種互補(bǔ)換熱流程。
互補(bǔ)換熱流程中的互補(bǔ)換熱部分是利用四個(gè)換熱器來(lái)完成的。通過(guò)這四個(gè)換熱器分擔(dān)換熱量的比例來(lái)進(jìn)行濃度、溫度、轉(zhuǎn)化率等工藝參數(shù)的調(diào)節(jié)性能的優(yōu)化。在特定的調(diào)節(jié)性能下，互補(bǔ)換熱部分的四個(gè)換熱器中的一個(gè)可以是零換熱器，即也可以用三個(gè)換熱器來(lái)實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)換熱的目的。此時(shí)第一次轉(zhuǎn)化的最后一段出口氣體換熱器和第二次轉(zhuǎn)化的最后一段出口氣體換熱器有一個(gè)僅為一臺(tái)換熱器參與加熱進(jìn)轉(zhuǎn)化器的冷氣體。
互補(bǔ)換熱流程的轉(zhuǎn)化器及換熱器設(shè)備布置最佳方式是第一次轉(zhuǎn)化的最后一段出口氣體換熱器和第二次轉(zhuǎn)化的最后一段出口氣體換熱器并排布置，第一次轉(zhuǎn)化的最后一段出口熱氣體和第二次轉(zhuǎn)化的最后一段出口熱氣體平行通過(guò)該四臺(tái)(或三臺(tái))換熱器，而由二氧化硫鼓風(fēng)機(jī)及第一吸收塔來(lái)的冷氣體則交叉通過(guò)這四臺(tái)(或三臺(tái))換熱器，即所謂的平行交叉式設(shè)備布置方式。
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。附

圖1為IIIIV I-IVIII II互補(bǔ)換熱流程為例的兩轉(zhuǎn)兩吸工藝流程圖。附圖2為IIIIVI-IVIII II互補(bǔ)換熱流程的轉(zhuǎn)化器及換熱器設(shè)備布置圖。
附圖中1、2-第IIIa、IIIb換熱器(轉(zhuǎn)化器第三段出口換熱器即第一次轉(zhuǎn)化最后一段出口氣體換熱器)，3-第II換熱器(轉(zhuǎn)化器第二段出口換熱器)，4-轉(zhuǎn)化器，5-第I換熱器(轉(zhuǎn)化器第一段出口換熱器)，6、7-第IVb、IVa換熱器(轉(zhuǎn)化器第四段出口換熱器即第二次轉(zhuǎn)化最后一段出口氣體換熱器)。
附圖1中來(lái)自二氧化硫鼓風(fēng)機(jī)的低溫含二氧化硫氣體，首先經(jīng)1由第一次轉(zhuǎn)化最后一段出口氣體加熱再經(jīng)6由第二次轉(zhuǎn)化最后一段出口氣體加熱后，進(jìn)入5與轉(zhuǎn)化器第一段出口氣體換熱升溫至轉(zhuǎn)化器第一段進(jìn)口溫度后進(jìn)入4的第一段進(jìn)行第一次轉(zhuǎn)化。經(jīng)第一吸收塔吸收掉第一次轉(zhuǎn)化生成的三氧化硫后的氣體，首先經(jīng)7由第二次轉(zhuǎn)化最后一段出口氣體加熱再經(jīng)2由第一次轉(zhuǎn)化最后一段出口氣體加熱后，進(jìn)入3與轉(zhuǎn)化器第二段出口氣體換熱升溫至轉(zhuǎn)化器第四段進(jìn)口溫度后進(jìn)入4的第四段進(jìn)行第二次轉(zhuǎn)化。
附圖2中兩臺(tái)III換和兩臺(tái)IV換并排布置，第三段、第四段出口熱氣體平行通過(guò)該四臺(tái)換熱器，而由二氧化硫鼓風(fēng)機(jī)及第一吸收塔來(lái)的冷氣體則交叉通過(guò)這四臺(tái)換熱器，即所謂的平行交叉式設(shè)備布置方式。
實(shí)施例1某硫鐵礦制酸裝置，“3+1”四段轉(zhuǎn)化，III I-IV II換熱流程，設(shè)計(jì)二氧化硫濃度為8％，轉(zhuǎn)化器第二段進(jìn)口溫度為460℃，進(jìn)第一吸收塔、第二吸收塔氣體溫度分別為207℃、177℃。實(shí)際運(yùn)行中，轉(zhuǎn)化器第二段進(jìn)口溫度為470℃，進(jìn)第一吸收塔氣溫則高達(dá)230℃，嚴(yán)重影響三氧化硫在第一吸收塔中的吸收率及成酸率，總轉(zhuǎn)化率僅在99.2％左右。而采用互補(bǔ)換熱流程，仍為“3+1”四段轉(zhuǎn)化，則可使進(jìn)第一吸收塔、第二吸收塔氣體溫度均為190℃左右，并減少約5％的換熱面積。將轉(zhuǎn)化器第二段進(jìn)口溫度控制在440-450℃之間，可使總轉(zhuǎn)化率提高到99.6％以上，排放尾氣中的二氧化硫量則減少一半。
對(duì)該年產(chǎn)10萬(wàn)噸硫酸的裝置規(guī)模，采用互補(bǔ)換熱流程，可減少設(shè)備投資300萬(wàn)元，年排放二氧化硫量減少240噸，每年可創(chuàng)直接經(jīng)濟(jì)效益達(dá)50萬(wàn)元，而且有顯著的環(huán)境效益。
實(shí)施例2就目前的換熱流程而言，普遍認(rèn)為7％的二氧化硫濃度是適宜兩轉(zhuǎn)兩吸的濃度下限。某冶煉氣制酸裝置，當(dāng)二氧化硫濃度為6.94％時(shí)，采用的“3+1”四段轉(zhuǎn)化，III I-IV II換熱流程，即使轉(zhuǎn)化器第二段進(jìn)口溫度達(dá)480℃時(shí)，仍是使第二吸收塔進(jìn)口溫度偏低，而此時(shí)第一吸收塔進(jìn)口溫度又偏高。采用互補(bǔ)換熱流程，則可使兩個(gè)吸收塔進(jìn)口氣溫均衡合理，且減少換熱面積達(dá)36％。另外由于互補(bǔ)換熱流程中轉(zhuǎn)化器進(jìn)口溫度的選取與吸收塔進(jìn)口氣溫?zé)o關(guān)，可大大降低第二段進(jìn)口溫度，提高了總轉(zhuǎn)化率，減少了二氧化硫排放量。
互補(bǔ)換熱流程可同時(shí)利用增大干燥酸濃度而提高干燥循環(huán)酸溫度和提高第一吸收塔循環(huán)酸溫度使氣體帶入轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的熱量增加。當(dāng)二氧化硫氣體濃度低至5.5％時(shí)，采用互補(bǔ)換熱流程，兩個(gè)吸收塔進(jìn)口溫度仍可達(dá)到150-160℃，而此濃度下的傳統(tǒng)換熱流程早已不能實(shí)現(xiàn)兩次轉(zhuǎn)化兩次吸收了。
實(shí)施例3由于硫鐵礦的精選、冶煉工藝的改進(jìn)，使得進(jìn)轉(zhuǎn)化器的二氧化硫提高了很多，達(dá)到了9.5～10％，有時(shí)甚至高達(dá)11％以上。此濃度下采用傳統(tǒng)換熱流程，進(jìn)兩吸收塔進(jìn)口氣溫都在200℃以上，直接進(jìn)吸收塔因溫度太高而影響吸收，但各設(shè)一臺(tái)省煤器又顯得不合算。因而常常是增加補(bǔ)充空氣量稀釋降濃來(lái)降低進(jìn)吸收塔氣溫。
而采用互補(bǔ)換熱流程，可將轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的余熱集中于一處而回收利用，在氣體進(jìn)第二吸收塔前加一個(gè)省煤器回收該轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的余熱。當(dāng)二氧化硫濃度為9.5％時(shí)，采用“3+2”五段轉(zhuǎn)化、VIIIIV I-IIIV II互補(bǔ)換熱流程加一個(gè)省煤器回收余熱，可使蒸汽產(chǎn)量增加8～12％，吸收循環(huán)冷卻水消耗減少20～25％，每噸酸的生產(chǎn)成本降低10元左右，對(duì)年產(chǎn)10萬(wàn)噸硫酸裝置，僅此項(xiàng)使每年增加效益達(dá)100萬(wàn)元。另外，互補(bǔ)換熱流程的各工藝參數(shù)均處于最佳，可提高總轉(zhuǎn)化率，減少二氧化硫排放量增加產(chǎn)酸量，不僅產(chǎn)生了經(jīng)濟(jì)效益，而且?guī)?lái)非常顯著的環(huán)境效益。
總之，采用互補(bǔ)換熱流程，使適宜兩轉(zhuǎn)兩吸的二氧化硫濃度范圍增寬，不但具有很好的經(jīng)濟(jì)效益，而且具有很好的環(huán)境效益。具體如下·在傳統(tǒng)流程適宜的進(jìn)轉(zhuǎn)化器的二氧化硫濃度下，可使進(jìn)第一吸收塔、第二吸收塔氣溫優(yōu)化，從而避免一高一低而影響吸收，且可節(jié)省換熱面積、增加三氧化硫吸收率。
·由于可同時(shí)利用二氧化硫風(fēng)機(jī)的壓縮熱和提高第一吸收塔循環(huán)酸溫帶入的熱，對(duì)低濃度二氧化硫氣體，可使能夠?qū)崿F(xiàn)兩轉(zhuǎn)兩吸的二氧化硫濃度從7％降低到5.5％以下。
·對(duì)于高濃度二氧化硫氣體，互補(bǔ)換熱流程又可以提高適宜于兩轉(zhuǎn)兩吸的二氧化硫氣體濃度，既可使轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的余熱集中于一處便于回收利用(在第二吸收塔之前設(shè)省煤器，也可在第一吸收塔之前設(shè)省煤器)，又可使進(jìn)吸收塔氣體溫度處于最佳值，且是增加了蒸汽產(chǎn)量、減少了循環(huán)冷卻水用量。
·對(duì)于含一氧化碳的冶煉煙氣、石膏窯氣等制酸原料，轉(zhuǎn)化器第一段轉(zhuǎn)化率相對(duì)較低，更要求有較低的第二段進(jìn)口溫度，互補(bǔ)換熱流程的優(yōu)越性更強(qiáng)。
·互補(bǔ)換熱流程具有更好的調(diào)節(jié)性能，對(duì)溫度、轉(zhuǎn)化率等的變化均可由實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)換熱的四個(gè)換熱器共同承擔(dān)。
·對(duì)應(yīng)于各種不同的工藝要求，互補(bǔ)換熱流程可以實(shí)現(xiàn)更多形式的轉(zhuǎn)化方式。
·對(duì)一轉(zhuǎn)一吸制酸工藝改造成兩轉(zhuǎn)兩吸，原換熱器可以得到更充分的利用。
權(quán)利要求
1.硫酸裝置兩次轉(zhuǎn)化的互補(bǔ)換熱流程，其特征是用第一次轉(zhuǎn)化的最后一段出口氣體的部分熱量和第二次轉(zhuǎn)化的最后一段出口氣體的部分熱量加熱從干燥塔出來(lái)的進(jìn)轉(zhuǎn)化器第一次轉(zhuǎn)化的冷氣體、同時(shí)用第一次轉(zhuǎn)化的最后一段出口氣體的另一部分熱量和第二次轉(zhuǎn)化的最后一段出口氣體的另一部分熱量加熱從第一吸收塔出來(lái)的進(jìn)轉(zhuǎn)化器第二次轉(zhuǎn)化的冷氣體，利用四個(gè)換熱器來(lái)互補(bǔ)換熱的所有互補(bǔ)換熱流程。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的互補(bǔ)換熱流程，其特征在于互補(bǔ)換熱部分的四個(gè)換熱器中有一個(gè)是零換熱器，即是用三個(gè)換熱器來(lái)實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)換熱的所有互補(bǔ)換熱流程。
3.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的互補(bǔ)換熱流程，其特征在于互補(bǔ)換熱流程的轉(zhuǎn)化器及換熱器布置為平行交叉式設(shè)備布置方式，即第一次轉(zhuǎn)化的最后一段出口氣體換熱器和第二次轉(zhuǎn)化的最后一段出口氣體換熱器并排布置，第一次轉(zhuǎn)化的最后一段出口熱氣體和第二次轉(zhuǎn)化的最后一段出口熱氣體平行通過(guò)該換熱器，而由二氧化硫鼓風(fēng)機(jī)及第一吸收塔來(lái)的冷氣體則交叉通過(guò)這些換熱器。
全文摘要
本發(fā)明的硫酸裝置兩次轉(zhuǎn)化的互補(bǔ)換熱流程,是用第一次轉(zhuǎn)化的最后一段出口氣體的部分熱量和第二次轉(zhuǎn)化的最后一段出口氣體的部分熱量加熱從干燥塔出來(lái)的進(jìn)轉(zhuǎn)化器第一次轉(zhuǎn)化的冷氣體、同時(shí)用第一次轉(zhuǎn)化的最后一段出口氣體的另一部分熱量和第二次轉(zhuǎn)化的最后一段出口氣體的另一部分熱量加熱從第一吸收塔出來(lái)的進(jìn)轉(zhuǎn)化器第二次轉(zhuǎn)化的冷氣體,利用四個(gè)換熱器或三個(gè)換熱器來(lái)實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)換熱,解決了轉(zhuǎn)化器各段進(jìn)口溫度及各段分轉(zhuǎn)化率的選取與進(jìn)吸收塔氣體溫度之間的矛盾,可提高總轉(zhuǎn)化率及吸收率,減少換熱面積、增加余熱回收。并公開(kāi)了互補(bǔ)換熱流程所特有的平行交叉式設(shè)備布置方式。
文檔編號(hào)B01J8/02GK1243033SQ99114378
公開(kāi)日2000年2月2日 申請(qǐng)日期1999年8月13日 優(yōu)先權(quán)日1999年8月13日
發(fā)明者丁華, 侯平, 丁偉, 丁曉耕 申請(qǐng)人:丁華