CN102351156B - 一种硫酸厂的无尾气生产装置及工艺方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种硫酸厂的无尾气生产装置及工艺方法。本发明的技术要点在于：在原有的硫酸生产工艺的基础上，吸收塔的尾气排放管将主含氧气、氮气和极少量二氧化硫的尾气送入到第一级变压吸附制氧装置，同时添补新鲜空气到第一级变压吸附制氧装置；第一级变压吸附制氧装置将空气中和尾气中的氧气分离富集得到90%以上的高浓氧气后，再通过送气装置送入到沸腾炉和接触室中；同时，第一级变压吸附制氧装置将分离出来的氮气和二氧化硫继续送入到第二级变压吸附分离装置，分离得到氮气，将氮气直接排放到空气中或是收集，将二氧化硫继续送入到接触室中。本发明既处理了有害气体二氧化硫，同时又使工艺过程中的反应更加完全，原材料利用率更高。

Description

一种硫酸厂的无尾气生产装置及工艺方法
技术领域
本发明属于化学化工技术领域，具体涉及一种硫酸厂的无尾气生产装置及工艺方法。
背景技术
目前，在大型钢铁厂、冶炼厂及化工厂的有毒有害尾气的治理方面，尤其是大型硫酸厂的毒害气体的处理方面，现有技术主要是采用湿法即化学吸收法来进行处理，这种方法需要利用大量的酸(浓硫酸)、碱(氨水或液氨、烧碱、石灰)、盐(纯碱、石灰石、石膏)中和反应来消除SO2等气体，该方法存在以下几个主要问题：(1)酸碱盐的耗量大，因此生产成本高；(2)占地大；(3)大量废渣的二次污染(废渣含硫酸钙等)；(4)大量废气的二次污染(废气含氨气)；(5)大量废水的二次污染(废水含硫酸铵、硫酸钠等)；(6)运输费用高；(7)对原料依赖性强。在烟道气SO2的处理方法上，尽管20世纪70年代发展起来的采用活性炭吸附法进行废气处理，然而该法的致命弱点是活性炭吸附量小。继后虽开发了改性吸附和带压吸附技术提高了活性炭的吸附量，但都存在吸附平衡问题，无法达到毒害气体零排放的高标准，另外改性吸附技术也需利用HNO3、NH3、HCN等酸碱，同时也存在低值废弃物(极稀硫酸)的二次污染问题。最近虽有报道硫酸厂尾气低排放生产方法，但它仅适用以进口高纯硫磺为原料的生产方法，其原料要求苛刻(纯度极高)且依赖性强，不适应以普通的黄铁矿为原料的生产工艺，缺乏普适性。
发明内容
本发明的第一个目的在于针对现在技术中存在的上述缺陷，提供一种区别于传统生产工艺，不依赖酸碱盐等原料，基本上能达到有害气体零排放的硫酸厂的无尾气生产装置。
本发明的第一个目的是通过如下的技术方案来实现的：该硫酸厂的无尾气生产装置，包括依次连接的矿石粉碎机、沸腾炉、冷却净化装置、接触室和吸收塔；在吸收塔的尾气排放管与沸腾炉、接触室的进气管之间连接有第一级变压吸附制氧装置；该变压吸附制氧装置的进气管与吸收塔的尾气排放管连接，其氧气排放管通过送气装置连接到沸腾炉、接触室的进气管上，其二氧化硫和氮气排放管连接到第二级变压吸附分离装置的进气管上；该变压吸附分离装置的二氧化硫排放管连接到接触室的进气管上，其氮气排放管再直接将氮气排入大气中或是与氮气收集装置连接。
更具体地说，所述第一级变压吸附制氧装置和第二级变压吸附分离装置均为采用VPSA或VSA技术的真空变压吸附装置。
为降低尾气的温度，在吸收塔的排气管与第一级变压吸附制氧装置的进气管之间还连接有一个换热器。
本发明的第二个目的在于提供基于上述硫酸厂的无尾气生产装置的工艺方法。
该工艺方法首先是将黄铁矿在矿石粉碎机里粉碎，再送到沸腾炉里燃烧，得到主含氧气和二氧化硫的炉气，炉气经冷却净化后再通过接触室的进气管进入接触室将二氧化硫与氧气反应生成主含三氧化硫、二氧化硫、氧气及少量氮气的转换混合气，将转换混合气送入到吸收塔中用98.3％浓硫酸吸收三氧化硫；其特征在于还包括如下顺序的步骤：
(1)吸收塔的尾气排放管将主含氧气、氮气和极少量二氧化硫的尾气送入到第一级变压吸附制氧装置，同时添补新鲜空气到第一级变压吸附制氧装置；
(2)第一级变压吸附制氧装置将空气中和尾气中的氧气分离富集得到90％以上的高浓氧气后，再通过送气装置送入到沸腾炉和接触室中；
(3)同时，第一级变压吸附制氧装置将分离出来的氮气和二氧化硫继续送入到第二级变压吸附分离装置，分离得到氮气，将氮气直接排放到空气中或是收集，将二氧化硫继续送入到接触室中。
更具体地说，所述第一级变压吸附制氧装置和第二级变压吸附分离装置均采用VPSA或VSA技术。
将所述在吸收塔的排气管排出来的尾气通过换热器降温后，再送入到第一级变压吸附制氧装置中。
本发明的原理是：
(1)从化学原理上讲，提高一种反应物浓度可提高另一种反应物的转化率。对于下列两个反应都需要氧气。因此，提高氧气的浓度是可以提高黄铁矿和二氧化硫的转化率的。两个反应的反应式如下：
4FeS2(s)+11O2(g，高浓)→8SO2(g)+2Fe2O3(s)
Figure BDA0000079219420000031
进一步的研究表明，当氧气的含量高达80％(体积比)时，SO2的转化率可提高3个百分点。而90％高浓的氧气可采用真空变压吸附制氧装置制备。真空变压吸附制氧装置(VPSA、VSA)运行压力较低，它使用鼓风机向其吸附塔供空气，而用一真空泵使氧分子筛再生，以获取更低的能量消耗和大量氧气源，能满足工业实际应用的需要。
O2含量与SO2的转化率的关系式是：
Figure BDA0000079219420000041
式中xT：SO2平衡转化率；
Figure BDA0000079219420000042
的平衡常数，475℃时，
Figure BDA0000079219420000043
Figure BDA0000079219420000044
平衡时O2的分压。
(2)真空变压吸附制氧装置采用空气变压吸附制氧法，它主要是根据O2、N2、SO2分子半径的大小不同，采用不同孔径的特定分子筛进行分离。
本发明通过采用真空变压吸附装置将尾气中的各种气体分离，再将二氧化硫重复利用；同时制备出高浓度的氧气，用于硫酸厂的制备工艺过程中，能提高反应的转化率，从而达到既处理了有害气体二氧化硫，同时又使工艺过程中的反应更加完全，原材料利用率更高的目的。
本发明的积极效果具体如下：
(1)通过调整硫酸的生产流程，以达到废气脱硫的治理目的。
(2)生产流程简单，技术成熟。
(3)脱硫效果好，可基本实现零排放。
(4)不需依赖传统脱硫所需的酸碱盐等原料。
(5)脱硫成本低，占地小。
(6)操作简单，设备全封闭，安全性强。
(7)不产生二次污染。
附图说明
图1是本发明装置实施例的结构框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的描述。
参见图1，本实施例中，在现有硫酸生产工艺依次连接的矿石粉碎机、沸腾炉、接触室、冷却净化装置和吸收塔的基础上，在吸收塔的尾气排放管与沸腾炉、接触室的进气管之间连接有第一级变压吸附制氧装置。该变压吸附制氧装置的进气管与吸收塔的尾气排放管连接，其氧气排放管通过送气装置连接到沸腾炉、接触室的进气管上；其二氧化硫和氮气排放管与第二级变压吸附分离装置的进气管连接，第二级变压吸附分离装置的二氧化硫排放管连接到接触室的进气管上，其氮气排放管再直接将氮气排入大气中或是与氮气收集装置连接。在吸收塔的排气管与第一级变压吸附制氧装置的进气管之间还连接有一个换热器，将尾气的温度降低后，再送入到第一级变压吸附制氧装置。本实施例中的变压吸附制氧装置均为采用VPSA或VSA技术的真空变压吸附装置。
本实施例的工艺过程是：首先是将黄铁矿在矿石粉碎机里粉碎，再送入到沸腾炉里燃烧，得到主含氧气和二氧化硫的炉气，炉气经冷却净化后再通过接触室的进气管进入接触室，在接触室中二氧化硫与氧气反应生成主含三氧化硫、二氧化硫、氧气的转换混合气，将转换混合气送入到吸收塔中用浓度为98.3％的浓硫酸吸收三氧化硫。从吸收塔排放出的尾气主含氧气、氮气和极少量二氧化硫，将吸收塔排气管排出来的尾气通过换热器降温后，送入到第一级变压吸附制氧装置，同时，第一级变压吸附制氧装置也从外界补入净化后的新鲜空气；第一级变压吸附制氧装置将空气中和尾气中的氧气分离富集得到90％以上的高浓氧气，再将高浓氧气通过送气装置如鼓风机等设备送入到沸腾炉和接触室中，这样，由于氧气浓度的增高，使沸腾炉和接触室的反应更加完全，黄铁矿和二氧化硫的转化率得到提高。同时，由第一级变压吸附制氧装置将氧气分离出来后另得其余主含氮气和二氧化硫的气体再送入到第二级变压吸附分离装置，分离得到氮气，将氮气直接排放到空气中或是收集，将二氧化硫继续送入到接触室中，这样使二氧化硫继续重复利用。

Claims (6)

1.一种硫酸厂的无尾气生产装置，包括依次连接的矿石粉碎机、沸腾炉、冷却净化装置、接触室和吸收塔；其特征在于：在吸收塔的尾气排放管与沸腾炉、接触室的进气管之间连接有第一级变压吸附制氧装置；该变压吸附制氧装置的进气管与吸收塔的尾气排放管连接，其氧气排放管通过送气装置连接到沸腾炉、接触室的进气管上，其二氧化硫和氮气排放管连接到第二级变压吸附分离装置的进气管上；该变压吸附分离装置的二氧化硫排放管连接到接触室的进气管上，其氮气排放管再直接将氮气排入大气中或是与氮气收集装置连接。
2.根据权利要求1所述硫酸厂的无尾气生产装置，其特征在于：所述第一级变压吸附制氧装置和第二级变压吸附分离装置均为采用VPSA或VSA技术的真空变压吸附装置。
3.根据权利要求1或2所述硫酸厂的无尾气生产装置，其特征在于：在吸收塔的尾气排气管与第一级变压吸附制氧装置的进气管之间还连接有一个换热器。
4.一种基于权利要求1所述硫酸厂的无尾气生产装置的工艺方法，首先是将黄铁矿在矿石粉碎机里粉碎，再送到沸腾炉里燃烧，得到主含氧气和二氧化硫的炉气，炉气经冷却净化后再通过接触室的进气管进入接触室将二氧化硫与氧气反应生成主含三氧化硫、二氧化硫、氧气及少量氮气的转换混合气，将转换混合气送入到吸收塔中用98.3%浓硫酸吸收三氧化硫；其特征在于还包括如下顺序的步骤：
（1）吸收塔的尾气排放管将主含氧气、氮气和极少量二氧化硫的尾气送入到第一级变压吸附制氧装置，同时添补新鲜空气到第一级变压吸附制氧装置；
（2）第一级变压吸附制氧装置将空气中和尾气中的氧气分离富集得到90%以上的高浓氧气后，再通过送气装置送入到沸腾炉和接触室中；
（3）同时，第一级变压吸附制氧装置将分离出来的氮气和二氧化硫继续送入到第二级变压吸附分离装置，分离得到氮气，将氮气直接排放到空气中或是收集，将二氧化硫继续送入到接触室中。
5.根据权利要求4所述硫酸厂的无尾气生产装置的工艺方法，其特征在于：所述第一级变压吸附制氧装置和第二级变压吸附分离装置均采用VPSA或VSA技术。
6.根据权利要求4或5所述硫酸厂的无尾气生产装置的工艺方法，其特征在于：将所述在吸收塔的尾气排气管排出来的尾气通过换热器降温后，再送入到第一级变压吸附制氧装置中。
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