CN106335882A - 一种硫酸干吸工序充分低温位热回收系统 - Google Patents

一种硫酸干吸工序充分低温位热回收系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了硫酸干吸工序充分低温位热回收系统,它包括干燥热回收塔,干燥热回收塔内腔由上至下依次设有除沫器、气气换热器、喷淋分酸器和填料层;干燥热回收塔顶部设有烟气出口、底部设有酸出口,干燥热回收塔的酸出口与循环酸槽的第一入口连通;循环酸槽的第一出口与干燥余热锅炉入口连通;干燥余热锅炉出口与喷淋分酸器连通;干燥余热锅炉与吸收余热锅炉连通;循环酸槽的第二出口与吸收余热锅炉入口连通;吸收余热锅炉出口与稀释器连通,稀释器与吸收热回收塔连通;吸收热回收塔顶部设有烟气出口、底部设有酸出口,吸收热回收塔的酸出口与循环酸槽的第二入口连通;热回收系统还包括给水加热器,给水加热器与干燥余热锅炉、吸收余热锅炉连通。

Description

一种硫酸干吸工序充分低温位热回收系统
技术领域
本发明涉及一种硫酸干吸工序充分低温位热回收系统。
背景技术
目前在国内硫酸行业中对干吸工段的低温位热量进行回收的技术应用主要有两种:它们是美国MESC公司的HRS(或Super HRS)技术和国内的DWRHS技术。这两种技术的工艺方法类似,国内DWRHS技术相当于美国HRS的国产化版本。但两者都存在一个很大的缺陷,即:只能回收干吸工段吸收塔吸收SO3所放出热量(而且仅第一级SO3吸收塔中放出的热量被回收),对于干燥过程吸收烟气中H2O所释放的热能却没有进行回收。可是,干燥过程的放热量其实与一吸塔吸收SO3过程所放出的热量相当,数量可观。所以,目前的硫酸干吸低温位热回收系统是一种不彻底的热量回收系统。
发明内容
本发明旨在克服现有技术的不足,提供一种硫酸干吸工序充分低温位热回收系统。
为了达到上述目的,本发明提供的技术方案为:
所述硫酸干吸工序充分低温位热回收系统包括干燥热回收塔;所述干燥热回收塔内腔由上至下依次设有除沫器、气气换热器、喷淋分酸器和填料层;所述干燥热回收塔顶部设有烟气出口、底部设有酸出口,所述干燥热回收塔的酸出口与循环酸槽的第一入口连通;所述循环酸槽的第一出口与干燥余热锅炉入口连通;所述干燥余热锅炉出口与喷淋分酸器连通;所述干燥余热锅炉还与吸收余热锅炉连通;所述循环酸槽的第二出口与吸收余热锅炉入口连通;所述吸收余热锅炉出口与稀释器连通,稀释器与吸收热回收塔连通;吸收热回收塔顶部设有烟气出口、底部设有酸出口,所述吸收热回收塔的酸出口与循环酸槽的第二入口连通;所述热回收系统还包括给水加热器,所述给水加热器与干燥余热锅炉、吸收余热锅炉连通。
其中,所述循环酸槽的第一出口处设有干燥循环酸泵,循环酸槽的第二出口处设有吸收循环酸泵。所述热回收系统还包括冷冻机组,所述冷冻机组的冷凝水出口与干燥余热锅炉、吸收余热锅炉连通;干燥余热锅炉、吸收余热锅炉又与冷冻机组的蒸汽入口连通;所述冷冻机组冷冻给水出口与稀酸冷却器的冷冻水入口连通,所述稀酸冷却器的冷冻水出口与冷冻机组的冷冻回水入口连通;所述热回收系统还包括净化填料塔,所述净化填料塔的稀酸出口与填料塔循环泵连通,所述填料塔循环泵下部与稀酸冷却器的稀酸入口连通,所述稀酸冷却器的稀酸出口与净化填料塔上部连通。
下面对本发明作进一步说明:
本发明的目的就是要将干燥过程的放热也进行充分的回收产出低压蒸汽,使得干吸工段的低温位热回收效率从50%左右提升至90%以上。设备材质采用和HRS或DWRHS相同或相似的材料制作。
本发明基于以下原理:根据90%-105%浓度硫酸在不同温度下的饱和蒸汽分压表(表1),发现在200℃苛刻的温度下,98.3%酸和100%酸的水蒸汽压、H2SO4分压和SO3分压都很小。特别是98.3%酸,只有200Pa左右。相对于常压系统,他们的体积含量非常低。虽然此时100%浓度H2SO4分压1793Pa,SO3分压4493Pa,但是如果降温至60℃,H2SO4分压和SO3分压值则迅速降低至0.993Pa,水蒸汽压则更低。这说明98.3%~100%浓度的硫酸既适合作为吸收酸,也适合作为干燥酸。结合在200℃左右时,国内外有耐99%左右浓度硫酸的金属合金材料可供使用,所以用99%酸作为干燥酸将成为可能,适用于硫酸干燥低温位热回收的系统应运而生。
1、表1硫酸溶液蒸汽分压表
本发明中,首先设置了一台干燥热回收塔。全塔从上往下依次由除沫器、气气换热器、喷淋分酸器、填料层四部分构成。气气换热器、喷淋分酸器和全塔内侧都具有耐高温高酸腐蚀能力;换热器热侧气体通道有能方便冷凝酸雾回流至干燥热回收塔下部的设计考虑;除沫层和填料层采用常规设计型式。来自净化工段的35~50℃饱和冷烟气先通过干燥热回收塔的上部气气换热器升温至177~192℃,再进入干燥热回收塔的下部进气口。烟气在干燥热回收塔中经过稀释放热后,升温至207℃左右,进干燥热回收塔上部气气换热器的热侧,通过气气换热器的间接热传递,烟气被冷却至65℃左右。烟气中的酸雾被设置在气气换热器上部的除沫器除去后送往一次转化。干燥热回收塔采用浓度为99.5%的高温循环酸来吸收烟气中的水份。进干燥热回收塔酸温199℃,由于吸收了烟气中的大量水份而发生稀释放热效应,使得落到干燥热回收塔下部的酸温已接近215℃,酸浓降至99.1%左右。干燥热回收塔底部不存酸,通过管道直接进入循环酸槽。干燥热回收塔循环酸槽和吸收热回收塔的循环酸槽应该采用共槽的形式(也可采用底部直接连通的方式)。达到槽内直接混合式串酸,保持两塔循环上酸浓度相同的目的。循环酸槽酸浓控制在99.5%左右,酸温在215℃左右。干燥循环酸泵采用耐高温、高酸合金材料制作。将循环酸先泵入干燥余热锅炉,加热给入锅炉的184℃高温水,产生1.0MPa(表)左右的低压蒸汽。经过干燥余热锅炉的高温酸从215℃降温至199℃后,再进干燥热回收塔的喷淋分酸器进口。干燥热回收塔应该与吸收热回收塔(如HRS)联合使用,这样能与吸收热回收循环酸共用一槽作为循环酸槽。由于干燥、吸收循环酸共槽,所以干燥热回收塔和吸收热回收塔与循环酸槽应做成塔槽分离式设置。保证两塔内液位都维持在设计范围内。来自一次转化的165℃烟气进入吸收热回收塔下部,烟气中SO3被199℃喷淋酸吸收后,放热升温至210℃左右到达吸收热回收塔上部,被来自二吸的低温98%酸冷却至85℃左右后去二次转化。来自二吸的低温酸被烟气加热后与吸收SO3后的大量循环酸混合落入吸收热回收塔下部,塔下部不存酸,立即进入循环酸槽中与来自干燥热回收塔的循环酸混合均匀,达到温度和浓度的平衡。然后通过吸收循环酸泵将215℃、99.8%酸泵入吸收余热锅炉,将184℃的锅炉给水加热成1.0MPa(G)的饱和蒸汽。从余热锅炉出来的199℃、99.8%酸大部分进入稀释器中被清水稀释成205℃、99.1%酸再进吸收热回收塔的下层吸收进塔烟气中SO3,产出的少部分99.8%酸需进给水加热器,以加热104℃的锅炉给水至184℃供干燥余热锅炉和吸收余热锅炉产蒸汽。被冷却后的浓酸串入二吸产酸。干燥和吸收余热锅炉产出的低压蒸汽可部分送往冷冻机组生产10℃左右低温冷冻水。经过冷冻机组冷凝后得到的184℃的冷凝水又回到干燥余热锅炉和吸收余热锅炉共同的进水管路,循环利用产生蒸汽。冷冻机组生产的10℃低温冷冻给水进入与净化填料塔配套的稀酸冷却器冷却循环稀酸,冷冻水经过稀酸冷却器升温至17℃后回冷冻机组循环使用。填料塔循环泵将循环稀酸打入稀酸冷却器降温,出换热器的稀酸约25℃,进填料塔循环喷淋,以冷却进入净化填料塔的68℃左右饱和热烟气,饱和热烟气被25℃循环稀酸冷却至30℃以下,以饱和冷烟气形式出净化填料塔,低温饱和冷烟气含水率非常低,可以保证在任何地区、任何气温下均能让干吸工段产出98%酸。
本发明具有如下特点:
1、干燥热回收塔循环酸采用浓度99%~99.8%之间的高温浓酸,而非用93%酸。
2、干燥热回收塔和吸收热回收塔共用一个浓酸循环槽。在共同的高温循环槽中直接进行混合,取消了两者的串酸浓度平衡过程。
3、为了使进干燥热回收塔的气体温度提升至接近循环酸温,出干燥热回收塔的气体温度低至满足转化工段进气温度要求。应设置进出干燥系统的气气换热器,充分回收干燥酸吸收烟气中水分后的稀释放热量。
4、在干燥循环酸路上设置余热锅炉,利用220℃的高温酸副产蒸汽。降温至200℃后再回干燥塔喷淋。
5、利用干燥、吸收的余热锅炉产蒸汽驱动冷冻机组产生冷冻水作为净化工段的稀酸冷却器冷冻水。控制出净化工段的气体温度,从而控制了烟气进干吸工段的含水量,达到了保证制酸系统始终能产98%酸的目标。
6、干燥热回收塔具有特殊结构:在喷淋分酸器和除沫器之间设有气气换热器进行能量回收。
7、循环酸泵及管路宜使用高硅不锈钢材料,或者超纯铁素体耐腐蚀材料进行制作。例如,国外产:美国孟莫克公司的Zecor和Saramet 35合金,瑞典Sandvik(山特维克)公司的SX合金,德国Krupp公司的高硅不锈钢700Si;国内产:宣达公司的XDS-2、XDS-8、XDS-9合金,昆明嘉和公司的JSB-26合金等。
8、将硫酸干吸工段的低温热量进行了全面的回收,使硫酸工厂真正成为名副其实的能源工厂。将干吸工段的循环水用量降到了最低(只有二吸要消耗少量的循环冷却水,干燥和一吸循环酸热量被全部回收生产蒸汽)。干吸工段的热回收效率从原低温热回收系统的~50%提升至90%以上。
附图说明
图1为本发明热回收系统结构示意图。
图中:1、干燥热回收塔1;2、除沫器;3、气气换热器;4、喷淋分酸器;5、填料层;6、循环酸槽;7、干燥余热锅炉;8、吸收余热锅炉;9、稀释器;10、吸收热回收塔;11、给水加热器;12、干燥循环酸泵;13、冷冻机组;14、稀酸冷却器;15、净化填料塔;16、填料塔循环泵;17、吸收循环酸泵。
具体实施方式
参见图1,所述硫酸干吸工序充分低温位热回收系统包括干燥热回收塔1;所述干燥热回收塔1内腔由上至下依次设有除沫器2、气气换热器3、喷淋分酸器4和填料层5;所述干燥热回收塔1顶部设有烟气出口、底部设有酸出口,所述干燥热回收塔1的酸出口与循环酸槽6的第一入口连通;所述循环酸槽6的第一出口与干燥余热锅炉7入口连通;所述干燥余热锅炉7出口与喷淋分酸器4连通;所述干燥余热锅炉7还与吸收余热锅炉8连通;所述循环酸槽6的第二出口与吸收余热锅炉8入口连通;所述吸收余热锅炉8出口与稀释器9连通,稀释器9与吸收热回收塔10连通;吸收热回收塔10顶部设有烟气出口、底部设有酸出口,所述吸收热回收塔10的酸出口与循环酸槽6的第二入口连通;所述热回收系统还包括给水加热器11,所述给水加热器11与干燥余热锅炉7、吸收余热锅炉8连通。
其中,所述循环酸槽6的第一出口处设有干燥循环酸泵12,循环酸槽6的第二出口处设有吸收循环酸泵17。所述热回收系统还包括冷冻机组13,所述冷冻机组13的冷凝水出口与干燥余热锅炉7、吸收余热锅炉8连通;干燥余热锅炉7、吸收余热锅炉8又与冷冻机组13的蒸汽入口连通;所述冷冻机组13冷冻给水出口与稀酸冷却器14的冷冻水入口连通,所述稀酸冷却器14的冷冻水出口与冷冻机组13的冷冻回水入口连通;所述热回收系统还包括净化填料塔15,所述净化填料塔15的稀酸出口与填料塔循环泵16连通,所述填料塔循环泵16下部与稀酸冷却器14的稀酸入口连通,所述稀酸冷却器14的稀酸出口与净化填料塔16上部连通。
以处理烟气量为100000Nm3/h,SO2浓度7%(V%)的制酸系统为例:
1、自净化工段的35~50℃的饱和烟气先通过内置于干燥热回收塔的上部气气换热器升温至177~192℃左右,再通过管道进入干燥热回收塔的下部气体进口。
2、干燥热回收塔采用浓度为99.5%的高温循环酸来吸收烟气中的水份。进塔酸温199℃,落到干燥塔下部的酸温接近215℃,酸浓降至99.1%左右。
3、烟气经过干燥热回收塔稀释放热后,升温至207℃后进入干燥塔上部气气换热器的热侧,通过气气换热器的间接式热传递,被来自净化工段的低温烟气冷却至65℃左右。酸雾被设在气气换热器上部的除沫器除去后送往一次转化换热。
4、循环酸槽酸浓控制在99.5%,酸温在215℃。循环酸先泵入干燥热回收余热锅炉,加热给入锅炉的184℃高温水,产生1.0MPa(G)低压蒸汽约5t/h。经过余热锅炉的高温酸温从215℃降至199℃左右后,进干燥热回收塔的喷淋酸进口。
5、干燥热回收装置必须与吸收热回收装置(如HRS)配合使用。其除了与吸收循环槽共槽(或底部直接连通)以外,不改变吸收热回收装置(HRS)的工艺流程和技术设备。吸收塔的产酸仍然由吸收热回收装置的余热锅炉降温后,开路该部分产出酸与104℃的锅炉给水通过给水加热器降温后串入二吸产出98.3%酸。
6、干燥和吸收余热锅炉总共产出约13t/h的1.0MPa(G)低压蒸汽。可分出部分送往冷冻机组生产10℃左右低温冷冻水。经过冷冻机组冷凝后得到的184℃的冷凝水又回到干燥余热锅炉和吸收余热锅炉共同的进水管路,循环利用产生蒸汽。
7、冷冻机组生产的10℃低温冷冻给水进入与净化填料塔配套的稀酸冷却器冷却循环稀酸,冷冻水经过稀酸冷却器升温至17℃后回冷冻机组循环使用。填料塔循环泵将循环稀酸打入稀酸冷却器中降温,出换热器的稀酸约25℃,进填料塔循环喷淋,以冷却进入净化填料塔的68℃左右饱和热烟气,饱和热烟气被25℃循环稀酸冷却至30℃以下,保证干吸工段产出98.3%酸。

Claims (3)

1.一种硫酸干吸工序充分低温位热回收系统,其特征在于,所述热回收系统包括干燥热回收塔(1);所述干燥热回收塔(1)内腔由上至下依次设有除沫器(2)、气气换热器(3)、喷淋分酸器(4)和填料层(5);所述干燥热回收塔(1)顶部设有烟气出口、底部设有酸出口,所述干燥热回收塔(1)的酸出口与循环酸槽(6)的第一入口连通;所述循环酸槽(6)的第一出口与干燥余热锅炉(7)入口连通;所述干燥余热锅炉(7)出口与喷淋分酸器(4)连通;所述干燥余热锅炉(7)还与吸收余热锅炉(8)连通;所述循环酸槽(6)的第二出口与吸收余热锅炉(8)入口连通;所述吸收余热锅炉(8)出口与稀释器(9)连通,稀释器(9)与吸收热回收塔(10)连通;吸收热回收塔(10)顶部设有烟气出口、底部设有酸出口,所述吸收热回收塔(10)的酸出口与循环酸槽(6)的第二入口连通;所述热回收系统还包括给水加热器(11),所述给水加热器(11)与干燥余热锅炉(7)、吸收余热锅炉(8)连通。
2.如权利要求1所述的热回收系统,其特征在于,所述循环酸槽(6)的第一出口处设有干燥循环酸泵(12),循环酸槽(6)的第二出口处设有吸收循环酸泵(17)。
3.如权利要求1所述的热回收系统,其特征在于,所述热回收系统还包括冷冻机组(13),所述冷冻机组(13)的冷凝水出口与干燥余热锅炉(7)、吸收余热锅炉(8)连通;干燥余热锅炉(7)、吸收余热锅炉(8)又与冷冻机组(13)的蒸汽入口连通;所述冷冻机组(13)冷冻给水出口与稀酸冷却器(14)的冷冻水入口连通,所述稀酸冷却器(14)的冷冻水出口与冷冻机组(13)的冷冻回水入口连通;所述热回收系统还包括净化填料塔(15),所述净化填料塔(15)的稀酸出口与填料塔循环泵(16)连通,所述填料塔循环泵(16)下部与稀酸冷却器(14)的稀酸入口连通,所述稀酸冷却器(14)的稀酸出口与净化填料塔(16)上部连通。
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