CN103459309A - 制备二氧化硫和三氧化硫的方法 - Google Patents
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Abstract
SO3是由新鲜和循环SO2的补充循环存量形成。并且，补充SO2的进料流是通过与SO2和SO3热流的间接热交换受热，从而使热流冷却以分离成两种气体。受热的补充SO2的进料流用作硫燃烧器的热气态进料。将此SO2进料分成两条进料流，一条被纯氧氧化，而另一条仍作为SO2进料。同时并单独地将这些进料和熔融硫进料引入硫燃烧器中，其中额外的SO2是通过连续的放热反应形成。虽然受热，但是经氧化的SO2进料带入反应所需的氧气，且经氧化的和非经氧化的SO2进料在硫燃烧器中用作散热器以降低其中温度。
Description
发明背景
已知多种制备二氧化硫(SO2)和三氧化硫(SO3)的方法。一般来说，已知的方法需要大量的资金，因为硫与空气或氧气之间形成二氧化硫的放热反应涉及极高温。虽然推荐了多种降低制备所涉温度的方法，但这些方法常涉及复杂的相对昂贵的装置。大多数SO2、SO3和硫酸(H2SO4)设备使用空气来稀释和降低放热效应。这些设备需要昂贵的氮气分离和洗涤装置。如果空气在制备时泄漏，则制备SO2、SO3和H2SO4将需要具有高温操作区的硫燃烧器。因为燃烧器的操作温度，所以目前的设备需要耐火材料衬里的后置冷却器和/或废热加热炉。此外，时常，需将过量气体从气态三氧化硫产物中移除并洗涤以除去杂质。在一些情况中，先前所推荐的方法中需要复杂且昂贵的自动循环系统。
之前所使用的用于由SO2制备SO3的相对小型装置在图3中示意性绘出。不幸地是，这种装置受限于可利用的SO2原材料的“不明”来源。因此，持续制造SO3的能力强烈地依赖于经济的当地SO2来源。尝试着利用点SO2来源在产能过剩(涉及超出设计生产量)下操作例如图3中所示的设备变得不经济。为满足对SO3的必要需求，则会依赖于从外界购买SO3，此也使操作不经济。
发明概要
根据本发明，发现新颖方法技术可制备二氧化硫(SO2)和三氧化硫(SO3)，而避免了对制备这些产物所需的复杂且昂贵装置的需求。进而，当建立由元素硫制备二氧化硫和三氧化硫的工业级设备时，降低了对大量资金的需求。将实施本发明时所产生的SO2连同来自外部来源的新鲜补充的SO2完全地用于本方法，进而降低了原料成本。而且，本发明优选方法的实施方案的设计可使设备的SO3设计输出产量通过简单的追加系统轻易地且廉价地增加50％。
在本发明的一个实施方案中，新鲜和循环二氧化硫的持续补充循环存量用于持续形成SO3。此实施方案的另一个特点是通过与方法中形成的SO2和SO3热流进行热交换来加热补充的SO2进料流，进而使热流冷却，分成两种气体，且补充的SO2进料流达到适宜温度以用作硫燃烧器的热气体进料。将此受热的SO2气体进料分成至少两种进料流，其中至少一种通过纯氧进料氧化而另一种仍作为SO2进料。将这些进料和至少一种熔融硫进料同时并单独地引入硫燃烧器中，在硫燃烧器中通过持续的放热反应形成额外的SO2。另外，虽然受热的经氧化的SO2进料带入反应所需的氧，但是经氧化的和未经氧化的SO2进料作为硫燃烧器的散热器以降低否则极热的放热反应的温度。
根据此实施方案，提供了一种由二氧化硫的补充循环存量制备三氧化硫的方法，此方法包括：
A)将SO2气流分成第一SO2气流和第二SO2气流，将受控量的纯氧加入第一SO2气流，且同时并单独地将所得的经氧化的第一SO2气流和第二SO2气流送入硫燃烧器中，同时将熔融硫送入硫燃烧器中，以通过在硫燃烧器中进行的连续放热反应，在所述的硫燃烧器中形成额外的SO2，所述的第一和第二进料降低了硫燃烧器中放热反应的温度，且送入硫燃烧器中的纯氧与硫的比例得到气态SO2和游离氧的流出气流；
B)将所述的流出气流送入催化的SO3转化器中，其消耗了所有的进入氧气并将转化器中一部分SO2转化成SO3，以形成摩尔比在约7∶1至约25∶1范围内的SO2和SO3流出流；
C)通过与A)中SO2循环气流的间接热交换冷却SO2和SO3的流出流，进而使A)中循环流的温度升高，以确保硫燃烧器持续操作，并形成SO2和SO3的冷却流出流；
D)将SO2和SO3的冷却流分成SO3气流或液流以回收或使用和SO2循环气流；
E)将新鲜补充的SO2送入所述的SO2循环气流，并通过热交换来调节所得SO2流的温度以形成在A)中遭划分的SO2气流。
本发明的另一个实施方案是一种双区或两阶段硫燃烧器，其具有被一个或多个耐热挡板部分分开的一个热区和一个冷却器区。发生放热反应的第一阶段热区接收(i)熔融硫进料，其被转化为气态硫，和(ii)SO2和氧气进料，SO2进料用作散热器以降低第一阶段热区的放热反应的温度，而氧气与硫反应形成SO2。优选地，第一阶段下游的冷却器区接收一种或多种二氧化硫进料，其也用作散热器以移除流向出口的来自通向催化三氧化硫转化器的硫的气流的额外热量。
本发明的这些和其它实施方案和特点将从随后的说明书、附图和随附权利要求中了解到。
图示的简单说明
图1是制备SO2和SO3的本发明方法的示意性流程图。
图1A是图1流程图中一部分的流程图，其描述了追加以增加SO3产量。
图2是截面正视图，其示出本发明的硫燃烧器的一个布置。
图3是制备SO2和SO3的先前方法的示意性流程图。
就图1A而言，应注意，利用本发明的设备的生产能力取决于SO2循环流速。定型增加SO2循环流的装置是得到更大生产能力的另一种方法。
具体实施方式
本发明优选的实施方案是通过图1、1A和2阐述。就图1而言，硫燃烧器10(优选两阶段燃烧器)通过管线21接收熔融硫进料，送入硫燃烧器10的第一阶段(优选燃烧器顶端)以使熔融硫落入燃烧器。在所示的实施方案中，硫燃烧器10还在第一阶段通过管线22接收气态二氧化硫和纯氧的组合进料。此进料温度一般在约300°F至约700°F范围内，以确保硫在硫燃烧器中将氧化自燃。可进一步升高进口温度，但这将不利于生产能力。来自管线21和22的进料在硫燃烧器的第一阶段相遇，以将硫转化成气态形式并与氧气发生强放热反应以生成二氧化硫。除非本发明加以控制，否则此强放热反应的温度可高达2500°F。优选地，来自管线21的物流进入硫燃烧器10底部在熔融硫的下行进入流下方，以使形成的气态硫和来自管线22的物流中纯氧逆流。虽然优选利用如图2所示的涓流或级联硫燃烧器，但也可使用雾化型燃烧器来将硫递送到硫燃烧器。但是，这需要高压SO2来源作为雾化气体。此外，通过管线23将温度在约300°F至约700°F范围内的大量气态SO2送入硫燃烧器10中，一般送入硫燃烧器10的第一阶段下游的第二阶段。此进料与来自管线22的进料一起用作燃烧器中的散热器以降低在传统硫燃烧器中进行的一般强烈的放热反应的温度。因此，通过管线24流出温度在约750°F至约1400°F范围内的二氧化硫和氧的混合物，该混合物通过热交换器25，该热交换器通过管线26接收来自风箱48的冷却大气空气以使二氧化硫和氧气的混合流通过管线27进入催化的三氧化硫转化器30时温度降至约750°F与约1200°F之间。三氧化硫转化器30包括传统的催化系统，其将二氧化硫转化成三氧化硫。传统的催化系统一般需要约750°F的最低活化温度作为最低进口温度。限制管线22中氧气量，以使其在三氧化硫转化器中完全消耗。因此，三氧化硫转化器30的流出流是二氧化硫和三氧化硫的气态混合物，使此气态混合物通过管线31进入热交换器32，于其中二氧化硫和三氧化硫的此热气态混合物的温度从≥750°F至约1400°F范围内的温度降至约100°F至约750°F范围内的温度。此冷却的气体混合物宜通过管线33进入另一个热交换器34以将气态混合物进一步冷却到约100°F至约400°F范围内的温度，在此温度下，此气态混合物通过管线35进入塔40。此塔将两种气体分开，以使三氧化硫作为底物通过管线41从塔离开，而气态二氧化硫通过管线42从塔顶离开，此时在适宜的超大气压力(例如100psig)下，其与管线43中新鲜二氧化硫气体的单独进料混合。
所得的二氧化硫流--在文中有时称为“A)中SO2循环气流”--在通过风箱44后，通过管线45送入热交换器32，热交换器32将二氧化硫流从约100°F至约150°F范围内的温度升至约725°F至约1100°F范围内的温度。通过管线46离开热交换器32的二氧化硫通过热交换器47，热交换器47使二氧化硫温度从约725°F至约975°F范围内的温度降至约300°F至约700°F范围内的流出管线51所需温度，此是适宜操作硫燃烧器10的气态二氧化硫进料温度。在到达进料管线22前，通过进料管线52将纯氧送入管线51。热交换器47通过风箱48和管线49接收冷却的大气空气流。
为方便起见，将来自管线42的整个二氧化硫流与新鲜SO2混合，且通过风箱44，然后通过进料管线12和23送入硫燃烧器10之前，将此物流分成两条进料，文中(包括权利要求)有时将其称为A)中SO2循环气流。
应注意，热交换器32和热交换器34并非操作所需的单元。但是，优选使用这些热交换器，因为热交换器32减小操作的能量成本，而热交换器34减小分离SO2和SO3的塔40的尺寸。同样，取决于设备生产能力，且热交换器32包括在设备的操作中以减小能量成本，而热交换器47并非所需。
也应注意，在图1所示的系统中，可使用连续进料新鲜SO2而无需将任何硫送入系统中。但是，此操作模式并非实施本发明方法技术的优选方式，除非制备足量新鲜SO2的现场设备或“不明”设备在所需级别下连续操作。而，存在另一种优选方式来操作利用本发明技术的设备。特别地讲，一旦图1所示系统的操作达到稳态操作，则可改变操作模式，以使通过管线21送入硫燃烧器10的硫进料可以足以维持设备持续操作的量增加，但同时停止将新鲜SO2送向系统。采用此操作模式，如果需继续在相同的SO3制备速率下操作，则增加通过管线21送入的硫量，以使通过燃烧制得的SO2量等于先前通过管线43送入系统的间断的新鲜SO2量。因此，也可看出，在此情况下，仅通过调节送入系统的硫的馈送速率来放大或缩小SO3制造速率。
也应注意，设备启动时，硫燃烧器不可操作，直到发生自燃，来自管线43的新鲜SO2和来自管线42的循环SO2在管线45中组合的SO2进料可通过气体燃烧器96，此气体燃烧器通过城市气体、天然气体、丙烷或其它来源的易燃气体操作并间接地提供热量至流经气体燃烧器96中导管(未示出)的组合的SO2进料，以升高组合进料的温度，直到达到硫燃烧器10自燃和操作以及系统稳态操作所需的温度。此时，关闭气体燃烧器96。
图1A描绘了图1流程图的一部分，其示出了用于增加三氧化硫产量的其它装置。从图1A可看出，离开三氧化硫转化器30的管线31通过管线57接收额外的氧流，且管线58中的组合流进入热交换器59，热交换器59通过管线56接收来自风箱48(图1)的大气氧气流，当二氧化硫和三氧化硫的流通过管线73进入第二三氧化硫催化转化器70时，大气氧气流将其从约775°F至约1400°F范围内的温度冷却到约750°F至约1200°F范围内的温度，其离开进入管线31的温度在约775°F至约1400°F范围内。三氧化硫催化转化器20操作时，限制通过管线57送入三氧化硫催化转化器70的氧量以使其在三氧化硫转化器70中完全消耗。因此，来自三氧化硫转化器70的管线31中流出流是二氧化硫和三氧化硫的气体混合物。系统的其余部分和其操作将参照图1描述。
以上所述的温度范围表示不同操作级别的优选温度。表1提供用于安装的优选近似温度，其中塔40以所示速率从管线42产生液体或二氧化硫和气态三氧化硫。表1中右手一栏所示值涉及包括图1A所示的追加部分的系统。
表1-图1和1A中气流的温度
就图1和图1A中系统的流速而言，假定如图1所示的23,980lb每小时循环速率，则可应用表2中所示的流速范围。增加SO2循环流速将增加其它流动值。
表2-图1和1A中气体流速
| 单元 | 气体流速 |
| 管线45 | 23,980lb/hr |
| 管线43 | 0至2,000lb/hr |
| 管线21 | 0至600lb/hr |
| 管线41 | 0至2,500lb/hr |
根据本发明的优选实施方案，使用了两阶段硫燃烧器。硫燃烧器的第一阶段由(a)一种或多种单独的熔融硫进料和(b)单独的纯氧和冷却的纯SO2循环进料，或优选地，纯氧和冷却的纯SO2循环进料的组合进料。在硫燃烧器的第一阶段中，熔融硫转化成气态硫，且因此硫与纯氧反应产生气态二氧化硫。硫氧化生成SO2的反应是强放热反应。例如，在约450°F以及更高温度下进行的自燃释放出4000btu/磅燃烧的硫。
虽然可改变两阶段燃烧器的设计，但从效率以及经济建设和操作的角度讲，最优选地使用本发明的新颖并特别装备的涓流或级联硫燃烧器，其中，在第一阶段中，液态硫溢出并向下流向硫燃烧器的砖格。砖格下方是一个或多个进口以单独地接收通过砖床内砖之间和砖内的孔隙上行的气态二氧化硫流和纯氧流，或优选地，单独的气态二氧化硫和纯氧的混合物进料。送料的后一种模式提供逆流进料和足够反应物反应的时间。使用硫燃烧器的其它优点包括缺少移动部件，且在系统中一般存在低压降。本发明优选的两阶段硫燃烧器的另一个特点是第二阶段(且优选在燃烧器顶部)具有一个或多个孔以接收进入的二氧化硫流。此流和上行进入的二氧化硫气流作为散热器以降低在硫燃烧器内发生的放热反应所释放的温度。而且，硫燃烧器在反应器的下游部分包括一个或多个耐热挡板以分成热区和冷区并在添加第二SO2流后加强混合。
图2以截面正视图示出了本发明的优选硫燃烧器10。虽然硫燃烧器外表面形状可变化，但常采用圆柱形，任选具有平底部分(未示出)。在硫燃烧器的第一阶段部分的顶端放置了周围环绕了热绝缘82的硫进口管80，以接收并使熔融硫通过上表面壁95的不透气孔，并送至自由空间84。在进口管80下方放置了砖床86，且如图放置进口管以沿砖床86的顶端中心方向滴落熔融硫。将陶瓷或其它绝热材料的厚壁87置于砖床86左侧。图示可见，砖床下方是一系列进口送料孔88以引入单独上行的二氧化硫流和纯氧流。虽然如所示具有进口孔，每个孔输送二氧化硫和氧的混合物(提供这些进料的最适宜方式)，但可提供双进料管线，一种用于二氧化硫，而另一种用于氧气，以使一些进料孔输送二氧化硫，而另一些输送纯氧。将多个单独的耐热挡板90以固定的方式附接到内壁，使自由空间84得到盘旋构造以利于内部气流混合，进入并通过硫燃烧器10的第二阶段。在图1所示的优选圆柱形硫燃烧器中，第二阶段由挡板90和由挡板90界定的自由空间的盘旋部分以及硫燃烧器10的圆柱形水平外壁95组成。图2中同样描绘了管线23，其使气态二氧化硫通过置于硫燃烧器顶端的孔，以外部气密封的方式绕孔周围密封管线23。所述硫燃烧器两端被圆形垂直壁92，92密封，除了壁中硫燃烧器10下游端的孔。以外部气密封的方式绕孔周围密封出口管线24。如图1所示，二氧化硫流从硫燃烧器流出，通过此孔，流向管线24。图2的其余部分由管线51组成，其输送冷却的进入的二氧化硫，管线22，其用于气态二氧化硫和纯氧的组合进入进料，管线52，将纯氧送入管线51的进料管线，和管线23，其将SO2送入硫燃烧器10的第二阶段，全部如图1所示。
三氧化硫转化器(文中常称为“转化器”)可与水平面成任意位置。一些非限制的位置包括(例如)水平、基本上水平、垂直、基本上垂直、向上倾斜、向下倾斜等。在优选的实施方案中，转化器处在直立(竖直)位置。转化器同样可具有任意形状和横截面构造，以使本发明方法如文中所述实施。但是，优选采用一个或两个垂直放置的圆柱形转化器(见图1和图1A)，因为考虑到可利用性、成本、强度和效率。为得到最好结果，宜使用包括固定床催化剂的转化器，但也可考虑使用流化床催化剂。同样，转化器需装配加热设施，以在开始期间加热催化剂(例如，加热到约750°F至约800°F范围内的一个或多个温度)以使制程开始。一旦开始，此制程放热量充足，反应期间不需要加入的其它热量，因为温度控制可通过调节转化器的送料速率来维持。虽然将催化剂床维持在约750°F至约1200°F范围内的一个或多个温度下，但是，一般来讲，当使用固定床转化器时，出口可比进口高出几百度的华氏度。就此而言，催化剂床在此范围内可存在不同温度的多个区域。换句话讲，催化剂床不需一直处在一种及仅一种温度下。
因为转化器在操作期间连续暴露于内部高温条件下而在转化器内处理并产生腐蚀性气体，所以应由适宜的耐腐蚀材料制得。渗铝不锈钢转化器和由高镍含量合金构成的转化器作为由适宜构建材料制得的反应器的非限制性实例。
多种含钒催化剂可用于实施本发明，只要此催化剂具有将二氧化硫氧化成三氧化硫的能力。例如，除五氧化二钒外，可使用改性的五氧化二钒催化剂，例如美国专利第3,793,230和4,285,927号中所述。同样，可使五氧化二钒催化剂负载在适宜载体上，以保持结构完整性，并使得催化剂可承受床操作下的相对高温。此载体的非限制实例包括耐高温陶瓷、矾土、硅石、硅铝、沸石和类似材料。
用于实施本发明的优选含钒催化剂是硫酸催化剂，例如购自Monsanto Enviro-Chem的LP-120、LP-110、LP-220、T-210、T-516、T-11、Cs-120、Cs-110、Cs-210、以及可能的LP-1150。根据MonsantoEnviro-Chem关于这些硫酸催化剂以及获自2004年4月13日网站的产物手册，LP-120、LP-110、LP-220、Cs-120、以及Cs-110是呈环形，而T-210、T-516、T-11、和Cs-220是呈球形。环和球的尺寸在手册中给出。此手册未给出LP-1150的相关内容。根据此手册，这些催化剂的主要组分包括SiO2(硅石作为载体)、钒(V)、钾(K)、和/或铯(Cs)、以及多种其它添加物质。从此手册可了解，这些催化剂可由覆在固体硅石载体上的硫酸钾/硫酸铯和硫酸钒的熔融盐混合物形成。Monsanto Enviro-Chem另外指出因为此熔融盐系统独特的化学性质，钒是以复合硫酸化盐混合物存在而“不”是五氧化二钒(V2O5)。手册另外指出催化剂更准确地应称为“含钒”催化剂而非常用的“五氧化二钒”催化剂。从这些手册可进一步看出，LP-120、T-210、LP-110、和T-11催化剂是钾加强型，而Cs-120、Cs-110、和Cs-210催化剂是铯加强型。铯加强型催化剂显示更昂贵，但可在390-410℃的低温下的催化剂床中操作。根据Monsanto Enviro-Chem关于硫酸催化剂的材料安全性资料表，T-516、T-210、T-11、LP-120、LP-110、LP-220、和LP-1150具有化学名称“在结晶硅石载体上的包括钠、钾和钒盐的复合无机盐(氧代硫酸根合钒酸盐)的混合物。这些材料的组成显示为39-45重量％钒盐复合物(没有有效的CAS号)、24-32重量％结晶硅石(CAS号14464-46-1)、和26-28重量％无定形硅石(CAS号68855-54-9)。也指出结晶硅石可包括方石英和石英。MSDS中给出的这些催化剂的典型物理数据如表2中所示。
表2-将SO2转化成SO3的优选催化剂的物理数据
气体在催化剂床内的停留时间应足够高以转化成至少约75摩尔％的三氧化硫，且一般在约97至约99.99摩尔％范围内。因此，在三氧化硫转化器内有限的停留时间(长达1-10秒)通常足矣。但是，因为停留时间取决于催化剂效率，所以在用于实施本发明的给定催化剂先前未加以评价的任意情况下，应将上述范围视为一些限制试验评价的非限制起点。
如上所述，本发明方法涉及SO2的“循环存量”，其中SO3是由新鲜和循环SO2的补充循环存量形成。一部分SO2是在硫燃烧器中形成，硫燃烧器将(i)新鲜和循环SO2和(ii)熔融硫和纯氧进料转化成额外的SO2。来自硫燃烧器的SO2(作为硫燃烧器的散热器以控制燃烧器内反应的放热热量)被引入催化SO3转化器中，且其部分地转化成SO3以形成SO2和SO3的混合流。将此混合流通向塔，塔底由SO3组成，塔顶是循环SO2，其添加新鲜SO2以形成(i)进料。因此，SO2通过整个系统，且在一部分系统中，SO2与从SO2的循环存量提取的SO3混合。如需要，在制程达到稳态后，可增加送入硫燃烧器的熔融硫和纯氧的量以进一步增加系统中SO2量。在此情况中，可减小或完全终止补充(i)进料的新鲜SO2进料，以使循环存量中所有SO2之后获自硫燃烧器中形成的SO2。
图3示出由SO2制备SO3的先前所用的方法。为方便起见，图1和图3所常见的部件或单元具有相同的数字标记。因此，图3说明和图1一样，但仅限于使用相同的数字。因此，在图3中，氧进料99在热交换器32上游，而气体燃烧器98在热交换器32与46之间。使用气体燃烧器98，仅为了在设备启动时给SO2提供热量。否则，不使用。图1中系统的其它部分在图3系统中不存在。
在本文说明书或其权利要求书任意处由化学名称或化学式指出的化合物，无论单数或复数，在与通过化学名称或化学类型指出的另一种物质(例如，另一种组分、溶剂等)接触前确定其存在。不论所得混合物或溶液发生什么化学变化、转化和/或反应(如果存在)，因为这些变化、转化和/或反应是在根据本公开内容的条件下，将指定组分放在一起的自然结果。同样，虽然之后的权利要求以现在时态表示物质、组分和/或成分(“包括”、“是”等)，但是关于此物质、组分或成分的引述如同其就在先与一种或多种根据本发明的其它物质、组分和/或成分接触、掺和或混合前的状况。事实上，物质、组分或成分未因为接触、掺和或混合操作期间的化学反应或转换而失去其最初特性，如果根据本公开内容以及本领域普通技术人员操作，因此不存在实际忧患。
本说明书中任意部分所指的每个专利或公开以引用全文的方式并入本发明中，好像在文中整个引述一样。
除非另外指出，否则文中所用的冠词“一(a)”或“一(an)”无意限制，不旨在限制以及不应视为限制冠词所指的单个元件。相反，文中所用的冠词冠词“一(a)”或“一(an)”旨在涵盖一个或多个此元件，除非文中另外指出。
本发明可包括本文所述的材料和/或步骤、由本文所述的材料和/或步骤组成或基本上由本文所述的材料和/或步骤组成。
本发明实施时可进行多项变化。因此，上述说明不应旨在限制，以及不应视为将本发明受限于上述所示的特定实例。
Claims (16)
1.一种由二氧化硫的补充循环存量制备三氧化硫的方法，所述方法包括：
A)将SO2气流分成第一SO2气流和第二SO2气流，将控制量的纯氧加入第一SO2气流中，且同时并单独地将所得的经氧化的第一SO2气流和第二SO2气流送入硫燃烧器，同时将熔融硫送入硫燃烧器，以通过在所述硫燃烧器中进行的连续放热反应在所述的硫燃烧器中形成额外的SO2，所述的第一和第二进料降低硫燃烧器中放热反应的温度，且送入硫燃烧器中的纯氧与硫的比例得到气态SO2和游离氧的流出气流；
B)将所述的流出气流送入催化SO3转化器中，其消耗了所有的进入氧气并将转化器中一部分SO2转化成SO3，以形成摩尔比在约7：1至约25：1范围内的SO2和SO3的流出流；
C)通过与A)中所述的SO2循环气流的间接热交换冷却SO2和SO3的流出流，进而使A)中所述的循环流的温度升高，以确保硫燃烧器连续操作，并进而形成SO2和SO3的冷却流出流；
D)将SO2和SO3的冷却流分成SO3气流或液流以回收或使用，以及SO2循环气流；
E)将新鲜补充的SO2和/或硫送入所述的SO2循环气流中，并通过热交换来调节所得SO2流的温度以形成在A)中遭划分的SO2气流。
2.根据权利要求1所述的方法，其中在达到稳态操作后的任意时刻，改变操作模式以使E)中新鲜补充的SO2进料中断，且同时将A)中熔融硫进料增加到足以保持持续的稳态操作的含量以制得相同或更多或更少量的SO3。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其中所述的硫燃烧器是由反应阶段和盘旋下游阶段组成的两阶段硫燃烧器，所述反应阶段冷却接收所述的经氧化的第一SO2气流而所述的盘旋下游阶段接收所述的第二SO2气流。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述的两阶段硫燃烧器具有圆柱形横截面，任选具有平底部分，且其中所述的盘旋下游阶段是由多个分开的绝热凸缘界定，这些凸缘以相对垂直的方向交替放置。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述的硫燃烧器是涓流或级联硫燃烧器，其中在第一阶段中，使液态硫沿向下的方向送入砖格上方的含热气的自由空间中并转换成气态硫，且其中沿向上的方向将至少(i)一种或多种上行的单独的二氧化硫气流和游离氧气流和/或(ii)一种或多种上行的气态二氧化硫和游离氧的混合物流送入所述的砖格，以使逆流的(a)硫和(b)游离氧以及吸热的气态SO2在所述的砖格内和/或上方至少部分混合。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中D)中SO2和SO3的分离在蒸馏塔中进行，且其中C)中形成所述的冷却的SO2流出流的间接热交换降低了所述的冷却的流出流的温度，足以在D)中使SO2和SO3在所述的蒸馏塔中分离。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中所述的第一SO2气流和所述的第二SO3气流的温度各自在约300°F至约700°F范围内。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述的硫燃烧器的第一阶段的温度是在约300°F至约2500°F范围内，而第二阶段温度是在300°F至约1400°F范围内，其被引入的第二SO2进料冷却过。
9.根据权利要求7所述的方法，其中在B)中送入催化SO3转化器中的所述的流出气流是在约750°F至约1200°F范围内，其中B)中催化SO3转化器的SO2和SO3的流出流的温度是在≥750°F至约1400°F范围内。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中E)中新鲜补充的SO2进料是在约90psig至约110psig范围内的压力下送入风箱中，所述风箱增大在A)中遭划分的SO2气流压力，只要根据权利要求2所述，上述在稳态操作下应用，直到所述操作模式以权利要求2所述的方式变化。
11.一种制备SO2的方法，所述方法包括将SO2流通向二阶段硫燃烧器的第一阶段，其也接收来自外部来源的下行的熔融硫流和来自另一外部来源的上行逆流的氧气和循环SO2流，以通过在所述燃烧器的所述第一阶段中的放热反应形成额外的SO2，且将所述燃烧器内所得的SO2和氧气的组合流输送到处于所述燃烧器的所述第一阶段下游的第二阶段，所述第二阶段也接收外部的另一个SO2气流并可使此SO2与来自第一阶段的所述的所得流混合，从而使第一阶段所释放的放热热量的温度在第一和第二阶段通过所述的上行逆流的氧气和SO2流中SO2和所述的另一个SO2气流降低。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述的两阶段硫燃烧器中所述的第一阶段包括涓流或级联砖床，在其上方，所述的下行熔融硫进入所述的第一阶段，且在其下方，所述的上行逆流的氧气和循环SO2流进入所述的第一阶段。
13.一种启动根据权利要求1所述的方法的方法，所述方法包括(1)加热来自外部来源的新鲜SO2流，(2)将所述的受热流分成A)中所述的第一和第二气流，(3)将所述的控制量的纯氧加入所述的第一SO2气流中，(4)同时并单独地将所述经氧化的第一SO2气流和第二SO2气流送入硫燃烧器中，以使硫燃烧器中至少第一阶段的气体温度以第一阶段的温度逐步加热，(5)将所述的熔融硫进料加入所述的第一阶段，以在第一阶段发生自燃时，权利要求1所述的方法的其余部分变得可操作以及(6)调整来自所述的外部来源的新鲜SO2流以得到新鲜和循环SO2的组合，产生并维持所述的二氧化硫的补充循环存量。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述的两阶段硫燃烧器中第一阶段含有包括砖床的涓流或级联燃烧器，其中所述的经氧化的第一SO2气流以向上的方式从外部进料送入涓流或级联燃烧器中所述砖床的底部，且其中在所述砖床上方，来自外部进料的所述的下行熔融硫流通向所述燃烧器的第一阶段，并受热成气态形式，且其中所述的两阶段硫燃烧器的第二阶段接收来自外部进料的SO2气流。
15.根据权利要求14所述的方法，其中将所述的两阶段燃烧器放在基本水平位置，且其中所述的两阶段燃烧器中所述的第二阶段包括多个分开的交替向上和向下放置的耐热材料挡板，其为通过和从所述燃烧器第二阶段出来的气体提供盘旋形流动路径。
16.一种涓流或级联硫燃烧器或加热炉，其包括两个由平行放置的壁体和一对垂直放置的端板界定的相邻阶段，其中一个端板切断燃烧器或加热炉上游端而另一个端板切断燃烧器或加热炉下游端，从而得到容置所述的第一和第二阶段的闭合空间，第一阶段在第二阶段上游，第一阶段包括砖床而第二阶段包括多个交替的分开向下和向下放置的耐热材料凸缘，其为来自第一阶段的气体通过第二阶段并从第二阶段出来界定了盘旋形内部空间，且其中在所述第一阶段底部，存在一个或多个孔，其适于以接收来自外部来源的氧和二氧化硫的连续流并允许进入所述砖床的底部，且所述的第一阶段的顶壁中具有至少一个孔，其适于接收来自外部来源的下行的熔融硫进料，送入所述壁的上部和所述砖床的顶面所界定的顶空间，且其中所述的第二阶段壁中具有至少一个孔以接收来自外部来源的二氧化硫流，切断燃烧器或加热炉上游端的上游端的端板中具有至少一个孔以接收二氧化硫进入流，且切断燃烧器或加热炉下游端的下游端的端板中具有至少一个孔以使第二阶段内的气体离开燃烧器或加热炉。
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| PB01 | Publication | ||
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| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20131218 |