CN105439104A - 用于联产工业硫酸和液体二氧化硫的设备及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了用于联产工业硫酸和液体二氧化硫的设备及方法。其中，该设备包括：二氧化硫转化装置，所述二氧化硫转化装置用于将二氧化硫气体转化成三氧化硫，以便获得包含二氧化硫和三氧化硫的混合气体；三氧化硫吸收装置，所述三氧化硫吸收装置与所述二氧化硫转化装置相连；尾气脱硫装置，所述尾气脱硫装置与所述三氧化硫吸收装置相连；以及液体二氧化硫制备装置，所述液体二氧化硫制备装置与所述尾气脱硫装置相连。利用本发明的设备能够高效节能的联产工业硫酸和液体SO2，且余热回收率高，综合能耗和生产成本低，尾气SO2浓度可以低于国家排放要求，生产的液体SO2的质量满足优等品要求。

Description

用于联产工业硫酸和液体二氧化硫的设备及方法
技术领域
本发明涉及化工、有色冶金领域，具体涉及一种用于联产工业硫酸和液体SO2的设备及方法。
背景技术
液体SO2是重要的化工原料，被广泛应用于农药、医药、人造纤维、染料、制糖、制酒、金属提炼、石油加工、环境保护等行业。近年来，随着市场对液体SO2需求量的不断增长，我国的液体SO2的产量和消费量都稳步增长，技术装备水平也大有提高。在液体SO2的各种消费领域中，纸浆和造纸是最有发展前景的。随着国家纸张循环利用量的日益增加，漂白处理所用的液体SO2量将随之增长。未来几年我国的纸浆和造纸将会以较快速度增长，年增长率为8％，预计纸浆和造纸行业对液体SO2的需求量达到70kt/年。我国对保险粉的需求较为旺盛，每年的产量增长率在10％左右，此部分对液体SO2的需求量在290kt/年，在食品和农业中，随着国内玉米加工量的快速增长，此部分的液体SO2需求量在80kt/年。
目前我国化工、有色冶金等以硫酸为产品或副产品的企业对尾气SO2的排放要求日益严格，同时硫酸市场产能过剩的现状导致硫酸价格低迷。
因而，目前的工业硫酸和液体SO2的生产工业仍有待改进。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于针对需要生产硫酸和液体SO2的企业提供一种高效节能的联产工业硫酸和液体SO2的手段，该手段余热回收率高，综合能耗低，尾气SO2浓度可以低于国家排放要求，生产的液体SO2的质量满足优等品要求。
需要说明的是，本发明是基于发明人的下列发现而完成的：
目前通过专门造气再压缩制取液体SO2的常见工艺多存在装置规模较小、产品单一、能耗较高的问题。且目前我国化工、有色冶金等以硫酸为产品或副产品的企业对尾气SO2的排放要求日益严格，需要增设尾气脱硫设施，同时硫酸市场产能过剩的现状导致硫酸价格低迷，迫切寻求一种即节能减排又增加企业效益的技术途径。发明人发现，联产工业硫酸和液体SO2不失为一种选择。
另外，在湿法有色冶金领域，在需要大量工业硫酸用于酸浸工艺的同时，一些有色金属的提取过程中还需要高纯SO2气体作为还原剂，因此也需要联产工业硫酸和液体SO2。
因而，根据本发明的一个方面，本发明提供了一种用于联产工业硫酸和液体二氧化硫的设备。根据本发明的实施例，该设备包括：二氧化硫转化装置，所述二氧化硫转化装置用于将二氧化硫气体转化成三氧化硫，以便获得包含二氧化硫和三氧化硫的混合气体；三氧化硫吸收装置，所述三氧化硫吸收装置与所述二氧化硫转化装置相连，用于从所述二氧化硫转化装置接收所述包含二氧化硫和三氧化硫的混合气体并制备工业硫酸，以便分别获得工业硫酸和含二氧化硫的烟气；尾气脱硫装置，所述尾气脱硫装置与所述三氧化硫吸收装置相连，用于从三氧化硫吸收装置接收含二氧化硫的烟气，并利用吸收-解吸法进行脱硫处理，获得高浓度二氧化硫气体；以及液体二氧化硫制备装置，所述液体二氧化硫制备装置与所述尾气脱硫装置相连，用于从所述尾气脱硫装置接收所述高浓度二氧化硫气体，制备液体二氧化硫。
发明人惊奇地发现，利用本发明的设备能够高效节能的联产工业硫酸和液体SO2，且余热回收率高，综合能耗和生产成本低，尾气SO2浓度可以低于国家排放要求，生产的液体SO2的质量满足优等品要求。
另外，根据本发明上述实施例的用于联产工业硫酸和液体SO2的设备还可以具有如下附加的技术特征：
根据本发明的实施例，进一步包括液体二氧化硫产量调节装置，所述液体二氧化硫产量调节装置与所述二氧化硫转化装置相和所述三氧化硫吸收装置并联，用于向所述尾气脱硫装置补充二氧化硫气体，以便调节液体二氧化硫的产量。由此，能够有效调节液体SO2的产量，适应生产需求。
根据本发明的实施例，所述二氧化硫气体以含二氧化硫不小于3.5体积％的干燥烟气的形式提供。
根据本发明的实施例，进一步包括三氧化硫吸收余热回收装置，所述三氧化硫吸收余热回收装置分别与所述三氧化硫吸收装置和所述尾气脱硫装置相连，用于回收所述三氧化硫吸收装置中产生的低温位余热并制备低压蒸汽，并输送至所述尾气脱硫装置。由此，能够有效回收利用余热，降低综合能耗和生产成本。
根据本发明的实施例，进一步包括二氧化硫转化余热回收装置，所述二氧化硫转化余热回收装置与所述二氧化硫转化装置相连，用于回收所述二氧化硫转化装置中产生的中温位余热以制备中压蒸汽。由此，能够有效回收余热，降低生产成本。
根据本发明的实施例，进一步包括减温减压装置，所述减温减压装置分别与所述二氧化硫转化余热回收装置和所述尾气脱硫装置相连，用于接收所述二氧化硫转化余热回收装置中的中压蒸汽并进行减温减压处理以获得低压蒸汽，然后输送至所述尾气脱硫装置。由此，能够有效降低综合能耗和生产成本。
根据本发明的另一方面，本发明还提供了一种联产工业硫酸和液体二氧化硫的方法。根据本发明的实施例，该方法包括以下步骤：
(1)将二氧化硫气体转化成三氧化硫，以便获得包含二氧化硫和三氧化硫的混合气体；
(2)利用所述包含二氧化硫和三氧化硫的混合气体制备工业硫酸，以便分别获得工业硫酸和含二氧化硫的烟气；
(3)利用吸收-解吸法将所述含二氧化硫的烟气进行脱硫处理，以便获得高浓度二氧化硫气体；以及
(4)利用所述高浓度二氧化硫气体制备液体二氧化硫。
由此，利用本发明的方法能够高效节能的联产工业硫酸和液体SO2，且余热回收率高，综合能耗和生产成本低，尾气SO2浓度可以低于国家排放要求，生产的液体SO2的质量满足优等品要求。
另外，根据本发明上述实施例的联产工业硫酸和液体二氧化硫的方法还可以具有如下附加的技术特征：
根据本发明的实施例，进一步包括：在进行步骤(3)的所述脱硫处理时补充二氧化硫气体，以便调节液体二氧化硫的产量。由此，能够有效调节液体SO2的产量，适应生产需求。
根据本发明的实施例，所述二氧化硫气体以含二氧化硫不小于3.5体积％的干燥烟气的形式提供。
根据本发明的实施例，进一步包括：回收步骤(2)中产生的低温位余热并制备低压蒸汽，并提供给所述脱硫处理步骤。由此，能够有效回收利用余热，降低综合能耗和生产成本。
根据本发明的实施例，进一步包括：回收步骤(1)中产生的中温位余热并制备中压蒸汽。由此，能够有效回收余热，降低生产成本。
根据本发明的实施例，进一步包括：接收所述中压蒸汽并进行减温减压处理以获得低压蒸汽，然后提供给所述脱硫处理步骤。由此，能够有效降低综合能耗和生产成本。
根据本发明实施例的用于联产工业硫酸和液体二氧化硫的设备及方法至少具有下列优点之一：
1、能够高效节能的联产工业硫酸和液体SO2，液化率高、生产的液体SO2的质量满足优等品要求；
2、尾气中SO2浓度可以低于国家排放要求；
3、工艺流程简单、设备规格小、建设投资低，运行能耗低、且余热回收率高，生产成本低，推广前景好。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明一个实施例的用于联产工业硫酸和液体二氧化硫的设备的结构示意图；
图2是根据本发明一个实施例的用于联产工业硫酸和液体二氧化硫的设备的结构示意图；以及
图3是根据本发明一个实施例的联产工业硫酸和液体二氧化硫的方法的流程示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
根据本发明的一个方面，本发明提供了一种用于联产工业硫酸和液体二氧化硫的设备。根据本发明的实施例，参照图1和2，该设备1000包括：SO2转化装置100、SO3吸收装置200、尾气脱硫装置300和液体SO2制备装置400。
下面结合图1和图2，对本发明的用于联产工业硫酸和液体二氧化硫的设备1000进行详细描述：
根据本发明的实施例，SO2转化装置100用于将二氧化硫气体转化成三氧化硫，以便获得包含二氧化硫和三氧化硫的混合气体；SO3吸收装置200与SO2转化装置100相连，用于从所述SO2转化装置100接收所述包含二氧化硫和三氧化硫的混合气体并制备工业硫酸，以便分别获得工业硫酸和含二氧化硫的烟气；尾气脱硫装置300与SO3吸收装置200相连，用于从SO3吸收装置200接收含二氧化硫的烟气，并利用吸收-解吸法进行脱硫处理，获得高浓度二氧化硫气体；液体SO2制备装置400与尾气脱硫装置300相连，用于从所述尾气脱硫装置300接收所述高浓度二氧化硫气体，制备液体二氧化硫。
发明人惊奇地发现，利用本发明的设备能够高效节能的联产工业硫酸和液体二氧化硫，且余热回收率高，综合能耗和生产成本低，尾气SO2浓度可以低于国家排放要求，生产的液体SO2的质量满足优等品要求。
根据本发明的实施例，进一步包括液体SO2产量调节装置500，所述液体SO2产量调节装置500与所述SO2转化装置100相和所述SO3吸收装置200并联，用于向所述尾气脱硫装置300补充二氧化硫气体，以便调节液体二氧化硫的产量。由此，能够有效调节液体SO2的产量，适应生产需求。
根据本发明的实施例，所述二氧化硫气体以含二氧化硫不小于3.5体积％的干燥烟气的形式提供。根据本发明的一些具体示例，所述二氧化硫气体可以由上游的二氧化硫发生装置制备并提供。
根据本发明的实施例，进一步包括SO3吸收余热回收装置600，所述SO3吸收余热回收装置600分别与所述SO3吸收装置200和所述尾气脱硫装置300相连，用于回收所述SO3吸收装置200中产生的低温位余热并制备低压蒸汽，并输送至所述尾气脱硫装置300。由此，能够有效回收利用余热，降低综合能耗和生产成本。
根据本发明的实施例，进一步包括SO2转化余热回收装置700，所述SO2转化余热回收装置700与所述SO2转化装置100相连，用于回收所述SO2转化装置100中产生的中温位余热以制备中压蒸汽。由此，能够有效回收余热，降低生产成本。
根据本发明的实施例，进一步包括减温减压装置800，所述减温减压装置800分别与所述SO2转化余热回收装置700和所述尾气脱硫装置300相连，用于接收所述SO2转化余热回收装置700中的中压蒸汽并进行减温减压处理以获得低压蒸汽，然后输送至所述尾气脱硫装置300。由此，能够有效降低综合能耗和生产成本。
根据本发明的另一个实施例，参照图2，本发明的用于联产工业硫酸和液体SO2的装备1000包括：SO2转化装置100、SO3吸收装置200、尾气脱硫装置300、液体SO2制备装置400、液体SO2产量调节装置500、SO2转化余热回收装置700、减温减压装置800和SO3吸收余热回收装置600。上述各装置的连接关系及作用为：来自于上游装置的经净化并干燥后的含SO2气体送至SO2转化装置100，将其中的大部分SO2转化成SO3，然后将含SO2,SO3气体送SO3吸收装置200生产工业硫酸，SO3吸收装置200出口含SO2烟气送至尾气脱硫装置300进行吸收-解吸法脱硫，脱硫后的尾气达标排放，脱硫产生的高浓度SO2气体送至液体SO2制备装置400生产液体SO2产品，液体SO2产量调节装置500通过调节未转化的SO2烟气至尾气脱硫装置300的烟气量来调节液体SO2产量，SO2转化余热回收装置700用于回收SO2转化过程中的中温位余热生产可用于发电的中压蒸汽，SO3吸收余热回收装置600用来回收SO3吸收过程中的低温位余热生产可用于尾气脱硫装置300的低压蒸汽，减温减压装置800用于接收所述二氧化硫转化余热回收装置700中的中压蒸汽并进行减温减压处理以获得低压蒸汽，然后输送至所述尾气脱硫装置300。
根据本发明的另一方面，本发明还提供了一种联产工业硫酸和液体二氧化硫的方法。根据本发明的实施例，该方法包括以下步骤：
(1)将二氧化硫气体转化成三氧化硫，以便获得包含二氧化硫和三氧化硫的混合气体；
(2)利用所述包含二氧化硫和三氧化硫的混合气体制备工业硫酸，以便分别获得工业硫酸和含二氧化硫的烟气；
(3)利用吸收-解吸法将所述含二氧化硫的烟气进行脱硫处理，以便获得高浓度二氧化硫气体；以及
(4)利用所述高浓度二氧化硫气体制备液体二氧化硫。
由此，利用本发明的方法能够高效节能的联产工业硫酸和液体SO2，且余热回收率高，综合能耗和生产成本低，尾气SO2浓度可以低于国家排放要求，生产的液体SO2的质量满足优等品要求。
根据本发明的实施例，进一步包括：在进行步骤(3)的所述脱硫处理时补充二氧化硫气体，以便调节液体二氧化硫的产量。由此，能够有效调节液体SO2的产量，适应生产需求。
根据本发明的实施例，所述二氧化硫气体以含二氧化硫不小于3.5体积％的干燥烟气的形式提供。根据本发明的一些具体示例，所述二氧化硫气体可以由上游的二氧化硫发生装置制备并提供。
根据本发明的实施例，进一步包括：回收步骤(2)中产生的低温位余热并制备低压蒸汽，并提供给所述脱硫处理步骤。由此，能够有效回收利用余热，降低综合能耗和生产成本。
根据本发明的实施例，进一步包括：回收步骤(1)中产生的中温位余热并制备中压蒸汽。由此，能够有效回收余热，降低生产成本。
根据本发明的实施例，进一步包括：接收所述中压蒸汽并进行减温减压处理以获得低压蒸汽，然后提供给所述脱硫处理步骤。由此，能够有效降低综合能耗和生产成本。
根据本发明的另一些实施例，本发明的联产工业硫酸和液体SO2的方法，将一转一吸单接触制酸工艺、吸收-解吸法脱硫工艺和液体SO2制备工艺以及综合余热回收利用工艺有机结合起来，联产工业硫酸和液体SO2两种化工产品。具体地，将净化并干燥后的含SO2体积百分比大于等于3.5％的烟气采用一转一吸单接触工艺制取工业硫酸，采用吸收-解吸法脱硫工艺回收制酸尾气中的SO2，脱硫尾气达标排放，脱硫解吸产生的高浓度SO2气体制取液体SO2，回收SO2转化过程的中温位余热生产可用于发电的中压蒸汽，同时回收SO3吸收过程中的低温位余热生产可用于脱硫过程中SO2解吸的低压蒸汽，若低压蒸汽量不够，再抽取部分中压蒸汽经减温减压后进行补充。
根据本发明实施例的用于联产工业硫酸和液体二氧化硫的设备及方法至少具有下列优点之一：
采用一转一吸单接触制酸工艺、吸收-解吸法脱硫工艺和液体SO2制备工艺以及综合余热回收利用工艺相结合，是一种降低能耗、运行成本和投资的联产工业硫酸和液体SO2的方法。由于采用流程简单的一转一吸单接触制酸流程，较两转两吸双接触制酸流程系统阻力低约10kPa～15kPa，SO2风机耗电量减少25％以上，余热回收率提高10％以上，系统能耗降低约30％；在SO3吸收系统设置低温位余热回收装置产生的低压蒸汽基本可以满足吸收-解吸法脱硫装置中SO2解吸过程所需的蒸汽用量，若有不足的部分，再由中压蒸汽经减温减压后补充；利用脱硫解吸出的含SO2干基体积百分比大于99％的气体制备液体SO2比从SO2发生装置后抽取含SO2干基体积百分比6％～12％的烟气制备液体SO2的方案工艺流程更简单、液化率高、设备规格更小、运行能耗更低、建设投资更低。本工艺适用于对硫酸和液体SO2同时有需求或有销量的化工或冶金企业，具有很好的推广价值。
下面将结合实施例对本发明的方案进行解释。本领域技术人员将会理解，下面的实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
实施例1：
以两转两吸双接触法制酸流程为对照，参照图1-图3，基于本发明的用于联产工业硫酸和液体二氧化硫的设备1000和方法，制备工业硫酸和液体二氧化硫，具体如下：
如图3所示，将经净化和干燥的含SO2体积百分比大于等于3.5％的烟气送至SO2转化装置100进行一转一吸单接触转化，SO2转化率约为85％～95％；SO2转化过程中的产生的反应热除了用于加热冷烟气外，其余通过SO2转化余热回收装置700生产可以用于发电的中压蒸汽；含SO2，SO3的烟气进入SO3吸收装置200利用浓硫酸吸收烟气中的SO3制取工业硫酸；SO3吸收过程的放出的热量通过余热回收生产低压蒸汽；吸收了SO3后的含SO2烟气进入尾气脱硫装置300；尾气脱硫装置300采用吸收-解吸法脱硫工艺，脱硫后的烟气达标排放；利用SO3吸收余热回收装置600产生的低压蒸汽将吸收在脱硫剂中的SO2解吸出来，生成高浓度SO2气体送液体SO2制备装置400生产液体SO2产品；当低压蒸汽量不够，再抽取SO2转化余热回收装置700回收的部分中压蒸汽至减温减压装置生产低压蒸汽，然后补充输送至尾气脱硫装置300；液体SO2产量调节装置500是通过在SO2转化装置100入口至尾气脱硫装置300入口设置旁路烟气管道和阀门起到调节液体SO2产量的作用。
与对照两转两吸双接触法制酸流程相比，本发明采用流程简单的一转一吸单接触制酸流程的系统阻力低约10kPa～15kPa，SO2风机耗电量减少25％以上，余热回收率提高10％以上，系统能耗降低约30％。
综上，本发明能够高效节能的联产工业硫酸和液体SO2，液化率高、生产的液体SO2的质量满足优等品要求，尾气中SO2浓度可以低于国家排放要求；工艺流程简单、设备规格小、建设投资低，运行能耗低、且余热回收率高，生产成本低，易于推广。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种用于联产工业硫酸和液体二氧化硫的设备，其特征在于，包括：
二氧化硫转化装置，所述二氧化硫转化装置用于将二氧化硫气体转化成三氧化硫，以便获得包含二氧化硫和三氧化硫的混合气体；
三氧化硫吸收装置，所述三氧化硫吸收装置与所述二氧化硫转化装置相连，用于从所述二氧化硫转化装置接收所述包含二氧化硫和三氧化硫的混合气体并制备工业硫酸，以便分别获得工业硫酸和含二氧化硫的烟气；
尾气脱硫装置，所述尾气脱硫装置与所述三氧化硫吸收装置相连，用于从三氧化硫吸收装置接收含二氧化硫的烟气，并利用吸收-解吸法进行脱硫处理，获得高浓度二氧化硫气体；以及
液体二氧化硫制备装置，所述液体二氧化硫制备装置与所述尾气脱硫装置相连，用于从所述尾气脱硫装置接收所述高浓度二氧化硫气体，制备液体二氧化硫。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，进一步包括液体二氧化硫产量调节装置，所述液体二氧化硫产量调节装置与所述二氧化硫转化装置相和所述三氧化硫吸收装置并联，用于向所述尾气脱硫装置补充二氧化硫气体，以便调节液体二氧化硫的产量，
任选地，所述二氧化硫气体以含二氧化硫不小于3.5体积％的干燥烟气的形式提供。
3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，进一步包括三氧化硫吸收余热回收装置，所述三氧化硫吸收余热回收装置分别与所述三氧化硫吸收装置和所述尾气脱硫装置相连，用于回收所述三氧化硫吸收装置中产生的低温位余热并制备低压蒸汽，并输送至所述尾气脱硫装置。
4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，进一步包括二氧化硫转化余热回收装置，所述二氧化硫转化余热回收装置与所述二氧化硫转化装置相连，用于回收所述二氧化硫转化装置中产生的中温位余热以制备中压蒸汽。
5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，进一步包括减温减压装置，所述减温减压装置分别与所述二氧化硫转化余热回收装置和所述尾气脱硫装置相连，用于接收所述二氧化硫转化余热回收装置中的中压蒸汽并进行减温减压处理以获得低压蒸汽，然后输送至所述尾气脱硫装置。
6.一种联产工业硫酸和液体二氧化硫的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将二氧化硫气体转化成三氧化硫，以便获得包含二氧化硫和三氧化硫的混合气体；
(2)利用所述包含二氧化硫和三氧化硫的混合气体制备工业硫酸，以便分别获得工业硫酸和含二氧化硫的烟气；
(3)利用吸收-解吸法将所述含二氧化硫的烟气进行脱硫处理，以便获得高浓度二氧化硫气体；以及
(4)利用所述高浓度二氧化硫气体制备液体二氧化硫。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，进一步包括：
在进行步骤(3)的所述脱硫处理时补充二氧化硫气体，以便调节液体二氧化硫的产量，
任选地，所述二氧化硫气体以含二氧化硫不小于3.5体积％的干燥烟气的形式提供。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，进一步包括：
回收步骤(2)中产生的低温位余热并制备低压蒸汽，并提供给所述脱硫处理步骤。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，进一步包括：
回收步骤(1)中产生的中温位余热并制备中压蒸汽。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，进一步包括：
接收所述中压蒸汽并进行减温减压处理以获得低压蒸汽，然后提供给所述脱硫处理步骤。
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