CN103407971A - 一种生产液体二氧化硫的新工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种液体二氧化硫的新工艺，采用物理除硫与化学除硫相结合的方式缩短净化液体二氧化硫的工艺。具体将液体硫磺通过液下泵打入焚硫炉，并向焚硫炉中通入纯氧，进行燃烧，生成的高浓度SO2气体经锅炉冷却后依次进入分离器、硫磺氧化器、酸洗塔除去杂质后进入冰机液化器得到高纯度液体二氧化硫。该工艺将净化设备由7个减少到3个，极大的缩短了流程，减少了投资，可以连续运行两个月以上不用清理除硫设备。
Description
技术领域
本发明涉及一种液体二氧化硫的新工艺，采用物理除硫与化学除硫相结合的方式缩短净化液体二氧化硫的工艺流程。
背景技术
二氧化硫作为一种重要的化工原料，广泛应用于农药、医药、人造纤维、染料、制糖、制酒、造纸、石油加工和金属提炼等行业。为了便于运输和储存，一般将二氧化硫气体加工成液体形式供应用户。近年来，随着市场对二氧化硫需求量的不断增长，我国液体二氧化硫的产量和消费量都稳步增长，技术装备水平也大有提高。
工业上生产液体二氧化硫的方法很多，主要有纯氧燃烧法、氨-酸法、柠檬酸钠法，三氧化硫-硫磺法、水吸收法、部分冷凝法、威尔曼-洛德法等。
目前传统纯氧燃烧法一般采用物理除硫，加压液化。这种加压液化法需要将二氧化硫气体压缩至400KPa以上，由于有中间压缩机，当氧气供应波动大或操作不当时会出现过剩氧，与压缩机气缸油接触摩擦会引起爆炸事故。从安全的角度出发，压缩机的存在是一种不安全因素。而且压缩机较易受到腐蚀，若压缩机带油还会影响液体二氧化硫的成品质量。另外在现行流程中，采用纯物理的气固分离的方法，使用六七个过滤设备，致使整个净化工序流程很长，设备复杂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种液体二氧化硫的生产工艺，通过加入化学除硫设备，采用物理除硫与化学除硫相结合的方式缩短净化液体二氧化硫的工艺流程，使用冰机液化技术，大大降低装置系统压力。
本发明的技术方案为
一种生产液体二氧化硫的新工艺，液体硫磺通过液下泵打入焚硫炉，并向焚硫炉中通入纯氧，进行燃烧，生成的高浓度SO2气体经锅炉冷却后依次进入分离器、硫磺氧化器、酸洗塔除去杂质后进入冰机液化器得到高纯度液体二氧化硫。
所述的分离器为丝网过滤器，并进行两级分离。
所述的焚硫炉将二级分离后炉气送入硫磺反应器，同时通入纯氧，并通入到发烟硫酸液面以下，在发烟硫酸的催化作用下通入的三氧化硫与升华硫反应生成二氧化硫气体，同时吸收炉气中的水份。
所述的采用冰机直接对气态二氧化硫进行冷却。
所述的纯氧与液体硫磺的通入量的摩尔比为1:1.0，其中纯氧的通入速率为55～60m/s，液体硫磺的通入速率为：12-16kg/h。
所述的硫磺氧化器纯氧的通入量为向焚硫炉氧气通入量总体积的0.5~7.5%，通入速率为55～60m/s。
所述的硫磺氧化器的温度控制在105-115℃，进出口压差稳定在35-50KPa。
所述的冰机液化过程中，冰机吸气温度为-12℃～-20℃，冰机下液温度为-10℃～-15℃，尾气压力≤10KPa。
主要化学反应方程式： S + O2 = SO2
O2 +2SO2 =2SO3
硫磺氧化器主要反应原理： S + 2SO3=3SO2。
本发明的优点：避免了管道受压，液体二氧化硫储装压力降低；避免了生产过程中由于氧与压缩机接触产生爆炸的事故产品质量提升，生产装置更加稳定安全。采用的这种物理及化学除硫相结合的方式将净化设备由7个减少到3个，极大的缩短了流程，减少了投资。而且由于化学除硫的高效性、连续性，该工艺装置可以连续运行两个月以上不用清理除硫设备。
附图说明
图1为液体二氧化硫新工艺流程图。
具体实施方式
实施例1
一种生产液体二氧化硫的新工艺，将液体硫磺通过液下泵打入焚硫炉，并向焚硫炉中通入2000~2200M3纯氧，通入速率为60m/s，进行燃烧，生成的高浓度SO2气体经锅炉冷却后进入丝网过滤器，并进行两级分离、再将送来的炉气进入硫磺反应器，并通入到发烟硫酸液面以下，进行鼓泡反应后溢出，在发烟硫酸的催化作用下三氧化硫与升华硫反应生成二氧化硫气体，同时吸收炉气中的水份，硫磺氧化器的温度控制在105-115℃，进出口压差稳定在35-50KPa，酸洗塔除去杂质后进入冰机液化器得到高纯度液体二氧化硫，冰机液化过程中，冰机吸气温度为-12℃～-20℃，冰机下液温度为-10℃～-15℃，尾气压力≤10KPa。
硫磺氧化器的温度控制区间，保证硫磺氧化器内化学反应的充分进行，减少硫磺带入后系统堵塞管道。在控制系统负荷不变的情况下，我们通过研究得到以下数据，如表1
表1温度对硫磺氧化器内除硫效果的影响
| 温度（℃） | 氧化器内状况 |
| 95-100 | 有块状硫磺，除硫效果差 |
| 100-105 | 有较多硫磺颗粒，除硫效果一般 |
| 105-110 | 硫磺颗粒较少，除硫效果好 |
| 110-115 | 无硫磺颗粒，除硫效果好 |
| 115-120 | 无硫磺颗粒，除硫效果好 |
通过研究发现，温度在105℃以上除硫效果较好。但是温度太高，蒸汽消耗多，同时加速设备腐蚀，因此我公司现控制温度105-115℃。这样不仅保证除硫效果，也减少了消耗。
冰机如何最大化液化二氧化硫，减少尾气的排放，主要研究温度的控制。我们通过研究得出了以下数据，如表2：
表2温度对冰机液化二氧化硫的影响
| 冰机吸气温度（℃） | 冰机下液温度（℃） | 尾气压力（KPa） |
| -10 | -8 | 15 |
| -12 | -10 | 10 |
| -14 | -11.5 | 8.5 |
| -16 | -13 | 7 |
| -20 | -15 | 6 |
| -22 | -15.8 | 5.7 |
二氧化硫常压下液化温度为-10℃，为保证液化效果，冰机下液温度要低于-10℃，因此冰机吸气温度至少控制在-12℃以下，通过表2可以看出冰机吸气温度控制在-12～-20℃比较适宜，控制太低冰机能耗增加，但是液化效果增加不明显。
本发明的原理为：
……………
该反应为放热反应，反应前后体积增大，炉气是通入发烟硫酸液面以下，进行鼓泡反应，因此会产生一个压差，而硫磺氧化器的两项工艺控制指标就是：
硫磺反应器温度：105—115℃；
硫磺反应器进出口压差：35—50KPa；
硫磺反应器内硫酸温度由进口炉气温度、三氧化硫和升华硫量以及夹套内蒸汽和循环水控制，温度高时开循环水降温，温度低时开蒸汽升温。硫磺反应器压差由硫酸液位、酸温以及三氧化硫通入量控制，正常压差为35—50KPa。硫磺反应器液位与上部视镜中线平齐，液位降低时打开补酸阀门，保证一定的压差。
酸浓保持
由反应式（1）可知，在生产过程中会不断消耗SO3，导致发烟硫酸浓度下降，因此需要不断补充SO3。本工艺采用的过量的纯二氧化硫与纯氧在转化器中两次转化生成SO3。
由于SO2过量，要保证SO3的量就需要通过氧含量来控制。目前2000～2200 M3氧量的情况下，炉气每小时带进硫磺氧化器硫磺量为12-16kg/h。则由式（1）可算出需SO3 70-80kg，再由式（2）可知，控制氧量为10-15 M3，这样在保证消耗掉前工段带来的硫磺的同时稳定发烟硫酸浓度。
酸温控制
控制温度105-115℃主要原因：
SO3和S在70℃以上的发烟硫酸里就开始反应，而且是一个放热反应，按原料，应该控制低一点温度才有利于反应的进行，但对于本发明的技术方案，采取提高温度以控制反应温度。
（1）反应速率：温度每提高10℃，反应速率增加2～4倍，为了保证一定的反应速率，必须适当提高发烟硫酸温度。
（2）硫磺状态：接触面积越大，反应进行得越快，而硫磺在温度过低时成块状，不利于反应的进行。温度提高到110℃左右，硫磺以细小颗粒状分散在发烟硫酸中，有助于反应进行。
但是温度也不可控制过高，温度过高，对不锈钢材质或碳钢材质均具有很强的腐蚀性。140℃以上就会大量挥发出SO3，酸浓度下降，腐蚀性也加强。因此本发明中将反应温度控制在105-115℃。温度对硫磺氧化器内除硫效果的影响如表1所示。
进出口压差控制
硫磺氧化器压差反映的是氧化器里发烟硫酸液位，液位过低，反应不完全，液位过高，系统阻力大，不利于生产。因此必须将硫磺反应器压差稳定。当生产负荷一定的时候，压差应该是稳定在35—50KPa之间。
压差增加的主要原因：（1）系统中带入硫磺氧化器的硫磺增加，导致硫磺氧化器酸密度增加，压差上涨。这需要适当加大SO3通入量，以反应掉增加的硫磺。（2）炉气中水分含量增加，SO3与水生成H2SO4，导致硫磺氧化器里酸液位上升，阻力增加，压差上涨。
Claims (8)
1.一种生产液体二氧化硫的新工艺，其特征在于：液体硫磺通过液下泵打入焚硫炉，并向焚硫炉中通入纯氧，进行燃烧，生成的高浓度SO2气体经锅炉冷却后依次进入分离器、硫磺氧化器、酸洗塔除去杂质后进入冰机液化器得到高纯度液体二氧化硫。
2.根据权利要求1所述的液体二氧化硫的新工艺，其特征在于：分离器为丝网过滤器，并进行两级分离。
3.根据权利要求1所述的液体二氧化硫的新工艺，其特征在于：焚硫炉将二级分离后炉气送入硫磺反应器，同时通入纯氧，并通入到发烟硫酸液面以下，在发烟硫酸的催化作用下通入的三氧化硫与升华硫反应生成二氧化硫气体，同时吸收炉气中的水份。
4.根据权利要求1所述的液体二氧化硫的新工艺，其特征在于：采用冰机直接对生成的气态二氧化硫进行冷却。
5.根据权利要求1所述的液体二氧化硫的新工艺，其特征在于：纯氧与液体硫磺的通入量的摩尔比为1:1.0，其中纯氧的通入速率为55～60m/s，液体硫磺的通入速率为：12-16kg/h。
6.根据权利要求3所述的液体二氧化硫的新工艺，其特征在于：硫磺氧化器纯氧的通入量为向焚硫炉氧气通入量总体积的0.5~7.5%，通入速率为55～60m/s。
7.根据权利要求1或3所述的液体二氧化硫的新工艺，其特征在于：硫磺氧化器内的温度控制在105-115℃，进出口压差稳定在35-50KPa。
8.根据权利要求1或4所述的液体二氧化硫的新工艺，其特征在于：冰机液化过程中，冰机吸气温度为-12℃～-20℃，冰机下液温度为-10℃～-15℃，尾气压力≤10KPa。
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