CN100540461C - 生产硫酸的方法与装置 - Google Patents
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Abstract
公开了通过催化氧化SO2成SO3和随后在硫酸内吸收SO3来生产硫酸的方法和装置，其中将SO3引入到第一吸收段内并在此于浓硫酸内吸收，其中由于吸收导致的具有更高浓度的硫酸通过换热器并冷却，和其中未吸收的SO3供应到第二吸收段中以供进一步在硫酸内吸收。在第一吸收段之前，分流部分SO3物流并直接供应到另一吸收段中。
Description
发明领域
本发明涉及通过催化氧化SO2成SO3和随后在硫酸内吸收SO3来生产硫酸的方法与装置，其中将SO3引入到第一吸收段中并在此于浓硫酸中吸收，其中由于吸收导致的具有更高浓度的硫酸通过换热器并冷却，和其中将未吸收的SO3供应到第二吸收段中以供进一步在硫酸内吸收。
通常通过所谓的双吸收工艺进行硫酸的生产，正如在Ullmann’sEncyclopedia of Industrial Chemistry，第5版，第A25卷，635-700页中所述。通过燃烧硫获得或者作为冶金装置的废气的二氧化硫(SO2)在四-或五-段转化器内通过固体催化剂，例如采用五氧化钒作为活性组分转化，获得三氧化硫(SO3)。在转化器的接触段之后引出所得SO3并供应到中间吸收器中，或者在转化器的最后的接触段之后，供应到最终的吸收器中，在此含SO3的气体逆流供应到浓硫酸内并在其内吸收。
在硫酸内吸收SO3是放热过程，其中释放大量的热，所述热量作为废热借助冷却回路常规地供应到冷却水中。为了利用在吸收过程中获得的部分热，已知采用升高的酸温度操作中间吸收器。在用温度介于60℃至90℃的酸灌注常规吸收器的同时，在所谓的热的吸收器内，在温度介于160℃至180℃的浓硫酸内吸收SO3。使热的酸通过换热器，在此通过产生低压蒸汽而冷却。排放部分酸物流(产品酸)，同时将其余循环到吸收器中以供产生更多的硫酸。气体通过气体导管离开吸收器到转化器内。
在常规的中间吸收器上游的文丘里(Venturi)吸收器(初级吸收器)内，进行根据Outokumpu的方法的热吸收。含SO3的气体顺流通过文丘里体系。在文丘里体系内没有吸收的SO3通过气体导管进入下游的中间吸收器(次级吸收器)中，在此在常规温度下，它逆流吸收到浓硫酸内。
同样其它工艺按照两段，但在仅仅一个装置内进行热吸收。含SO3的气体逆流通过热的吸收器塔。此处，两个吸收段由一个位于另一个之上的两个灌注体系组成。在第一段内没有吸收的SO3在第二段内吸收并作为硫酸循环到第一段中。
所有体系共有的是在各段内各自分离的SO3量取决于物理条件(温度、浓度等)，且不可能或者仅仅在非常有限的程度上从外部影响。
为了最大化在这些热回收装置内的蒸汽回收，仅仅用生产用水进行热酸的稀释。因此，必须使用通过在燃烧空气的干燥塔内干燥空气获得的水以供与在中间吸收器和在最终的吸收器内获得的SO3反应。在高的空气湿度的情况下，可能会发生的情况是，通过干燥空气获得的水多于与在中间吸收器和在最终吸收器内获得的SO3的相应反应所需的水。当应当生产高浓度(＞98.5％)的酸时尤其是这种情况。
为了避免稀释产品酸，因此需要将过量的水从其它回路转移到热的吸收器内。已有的热回收装置(例如Outokumpu HEROS)的概念因此提出酸在各回路之间交换。为此，必须在比其它回路浓度高的情况下操作热的吸收器回路。然而，对浓度的选择具有严格的限制，因为与理想浓度(98.3-98.5％)小的偏离对酸的吸收能力已经具有负面结果。
在回路之间的浓度差越小，就必须交换越多的酸。当例如采用99％的酸操作热的吸收器回路和采用98.5％的酸操作其余回路时，仅仅获得0.5％的用量以供水的转移。这意味着将1kg水移动到热的吸收器内时，必须将200kg酸输送到该热的吸收器内。然后必须从热的吸收器回路中循环大致相同的用量到起始的回路中。用于这一目的所需的大量的酸不仅要求相应选定尺寸的管道导管、泵等，而且另外，通过与冷酸交换，在热的吸收器回路内冷却热的酸，因此，相应地劣化蒸汽的产生(图1示出了露点和特定的低压蒸汽产生之间的关系)。为了避免它，人们试图保持尽可能大的浓度差，以便降低待输送的用量。
由于在共沸点(98.3％)以下硫酸中水的分压大大地增加(cf.图2)，因此采用低于这一点的浓度不可能操作吸收器。否则，将会预期烟雾的形成增加。因此，采用具有较高稀释度的酸，仅仅可操作干燥塔的回路(cf.图3)。通过酸的腐蚀性(随着浓度下降，所述酸的腐蚀性增加)和通过蒸汽的分压来确定最小浓度。
为了最小化水进入硫酸装置内，必须最小化干燥器酸的蒸汽分压。这通过相应地调节温度才是可能的，即酸的浓度越低，必须维持越低的酸温度。离开干燥塔的气体借助鼓风机引入到炉内并在该炉内用作硫的燃烧空气。进入炉内的气体的温度越低，燃烧温度越低，因此在该炉下游的高压蒸汽废热锅炉内的蒸汽产生越小。因此，在干燥塔内所选的酸浓度和所产生的高压蒸汽量之间存在直接的关系。在干燥塔内浓度下降的情况下，与干燥器回路和热的吸收器回路之间交换的酸量下降，但另一方面，所产生的高压蒸汽量下降，和耗散到冷却水内的热量增加。
发明概述
因此，本发明的目的是克服以上提及的缺点，并在生产硫酸的过程中使热的回收更有效。
根据本发明，这一目的基本上得到解决，因为在中间吸收的第一段，即初级吸收器之前，SO3的部分物流被分流并直接供应到另一吸收段，尤其次级吸收器中。
因此，不再需要进行回路之间的酸交换。SO3而不是酸(或水)现从一个回路转移到另一回路内。甚至在空气湿度极端偏离设计点的情况下，这不会导致酸的无法控制地稀释的危险。不再必须设计泵和管道导管用于最差情况下的空气湿度。
根据本发明，至少部分在换热器内冷却的硫酸物流被循环到初级吸收器内，这部分硫酸物流优选用生产用水稀释到所需浓度。
根据本发明的优选方面，当与通过燃烧硫生产SO2相连地使用该工艺时，以与吸收器相同的硫酸浓度下操作干燥塔，在所述干燥塔内，借助硫酸干燥用作燃烧空气的空气。可采用较高的酸浓度和因此较高的酸温度操作干燥塔，以便高压蒸汽的产率增加和冷却回路降压(relieve)。
根据本发明的优选实施方案，借助共同的储罐，供应吸收器和干燥塔硫酸。
在根据本发明生产硫酸的装置中，直接供应到次级吸收器内的部分SO3物流借助旁路导管分流，所述旁路导管从初级吸收器之前的SO3供应导管处分流(branch off)并连接到次级吸收器上。
根据本发明，旁路导管包括调节通过初级吸收器的部分SO3物流的阀门。
根据本发明，将吸收器和干燥塔连接到供应硫酸的共同储罐中。由于该装置的装置简化，因此成本下降。
随后参考实施方案和附图详细地说明本发明。附图中所描述和/或阐述的所有特征本身或任何结合形成本发明的主题，而与它们包括在权利要求或者其后部标记(back-reference)内无关。
附图简述
图1示出了蒸汽的产生与空气露点的相关性；
图2示出了鉴于蒸汽压力与酸浓度的相关性得到的吸收器的操作范围；
图3图示了采用吸收器和干燥塔的独立的酸回路生产硫酸的常规装置；和
图4图示了通过本发明方法生产硫酸的装置。
优选实施方案的说明
在根据本发明生产硫酸的装置(如图4图示)中，通过催化氧化SO2以已知的方式在转化器内生产的SO3借助供应导管2供应到初级吸收器(热的吸收器)3中，根据本发明的优选实施方案，所述初级吸收器3构成文丘里吸收器，该吸收器被与借助导管4供应的浓硫酸(98.5％)顺流的SO3经过。在＞140℃的温度下，SO3主要被硫酸吸收。由吸收导致具有较高浓度的硫酸在初级吸收器3的贮槽5内收集，通过泵6引出，并通过生成蒸汽在换热器7内冷却。然后将部分硫酸借助导管8排放到泵罐12内，而其余借助导管4循环到初级吸收器3内以供再次吸收SO3。也可使用含SO3的气体在其内逆流的灌注体系而不是所示的文丘里吸收器。
在初级吸收器3内未吸收的气态SO3经气体导管9流入到次级吸收器10内，在此SO3在流动的硫酸(98.5％)内逆流吸收。具有较高浓度的所得硫酸借助导管11供应到泵罐12内。
借助一个或更多个泵13，泵罐12送料到中间吸收器10，干燥空气的干燥塔14(所述干燥塔14随后用于硫的燃烧)，和最终的吸收器15(在所述吸收器15中离开未示出的转化器的最后段的SO3在硫酸(98.5％)内吸收)中。
借助共同的泵罐12，供应吸收器10、15和干燥塔14相同浓度的硫酸。
在初级吸收器3之前，旁路导管16从供应导管2处分流，其中借助所述旁路导管，含SO3的气体的部分物流绕过初级吸收器3，直接供应到次级吸收器10。为此，该旁路导管开放到导管11内，借助所述导管11，未在初级吸收器3内吸收的SO3被供应到次级吸收器10中。原则上，分流的部分SO3物流也可供应到另一吸收段或者最终的吸收器中。
在旁路导管16中提供控制阀17，借助所述控制阀17，可调节绕过初级吸收器3的含SO3的气体物流量。
与现有技术的在回路之间转移酸(或水)不同，SO3现从一个回路转移到另一回路。因此，待交换的质量比之前小得多，且泵和管道导管的尺寸可以更小。另外，甚至在空气湿度极端地偏离设计点的情况下，不存在无法控制地稀释酸的危险。
在其中于多个低压蒸汽锅炉内进行低压蒸汽的回收的装置中，若锅炉之一被损坏，则可继续操作该装置。在此情况下，仅仅如此多的SO3引入到初级吸收器3内，如同通过单一的锅炉处理一样。将其余引入到初级吸收器10内，并在此吸收。由于冷却回路的相应设计，该装置能在满负载下和通过回收50％的低压蒸汽量继续操作，即使一个低压锅炉出现故障。
可控制所产生的低压蒸汽量。如果低压蒸汽的消耗装置出现故障，也不需要放掉昂贵的蒸汽或者在降低的负载下操作整个装置。相反，可将SO3和所产生的蒸汽转移到冷却回路内。
所述的工艺主要可用于基于燃烧硫的双吸收工艺，但它同样可用于处理冶金废气。
参考标记列表：
1装置
2供应导管
3初级吸收器
4供应导管
5贮槽
6泵
7换热器
8导管
9气体导管
10次级吸收器
11导管
12泵
14干燥塔
15最终的吸收器
16旁路导管
17控制阀
Claims (8)
1.通过催化氧化SO2成SO3和随后在硫酸内吸收SO3来生产硫酸的方法，
其中将SO3引入到初级吸收器内并在此于浓硫酸内吸收，
其中由于吸收导致的具有更高浓度的硫酸通过换热器并冷却，和
其中未吸收的SO3供应到次级吸收器中以供进一步在硫酸内吸收，
其特征在于在初级吸收器之前，将部分SO3物流分流并直接供应到另一吸收器中。
2.权利要求1的方法，其特征在于至少一部分在换热器内冷却的硫酸物流被循环到初级吸收器中。
3.权利要求2的方法，其特征在于用生产用水稀释循环到初级吸收器的硫酸物流。
4.前述任何一项权利要求的方法，其中在干燥塔内借助硫酸干燥空气或SO2气体，其特征在于在与次级吸收器相同的硫酸浓度下操作干燥塔。
5.权利要求4的方法，其特征在于通过共同的储罐将硫酸供应到吸收器和干燥塔。
6.通过催化氧化SO2成SO3和随后在硫酸内吸收SO3来生产硫酸的装置，该装置包括：
初级吸收器(3)，其中气态SO3和浓硫酸供应到所述初级吸收器(3)，
次级吸收器(10)，其中在初级吸收器(3)内未被吸收的SO3供应到所述次级吸收器(10)以供在硫酸内进一步吸收，
其特征在于存在一个旁路导管(16)，所述旁路导管(16)在初级吸收器(3)之前从SO3供应导管(2)处分流并连接到次级吸收器(10)上，以便向其中直接供应部分SO3物流。
7.权利要求6的装置，其特征在于旁路导管(16)包括用于调节通过初级吸收器(3)的部分SO3物流的阀门(17)。
8.权利要求6或7的装置，其中该装置进一步包括最终的吸收器(15)，其特征在于次级吸收器(10)和最终的吸收器(15)和借助硫酸干燥空气的干燥塔(14)连接到共同的用于供应硫酸的储罐(12)上。
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