CN107010607A

CN107010607A - 高浓度二氧化硫烟气二元可调节预转化制硫酸方法

Info

Publication number: CN107010607A
Application number: CN201710245688.3A
Authority: CN
Inventors: 宋小良; 李淑全
Original assignee: SHUANGDUN ENVIRONMENT TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SHUANGDUN ENVIRONMENT TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2017-04-14
Filing date: 2017-04-14
Publication date: 2017-08-04
Anticipated expiration: 2037-04-14
Also published as: CN107010607B

Abstract

本发明公开了一种高浓度二氧化硫烟气二元可调节预转化制硫酸方法，该方法的步骤如下：a、高浓度SO₂烟气依次经两次换热后达到触媒的起燃温度；b、高浓度SO₂烟气全部（浓度为14.5%～20%时）或部分（浓度为11%～14.5%时）进入转化器的预转化触媒层进行转化反应，反应升温在烟气达到SO₂平衡转化率前离开预转化触媒层并经降温后进入传统触媒一层、或者和剩余部分的高浓度SO₂烟气混合后进入传统触媒一层，进行常规“31‑42”3+1两转两吸制酸常规流程。本发明的方法能够使进入转化系统的烟气中的SO₂浓度在11%～20%进行波动，进入制酸的烟气量少20～35%，设备投资减少20%，运行成本降低20%。

Description

高浓度二氧化硫烟气二元可调节预转化制硫酸方法

技术领域

本发明涉及硫酸生产及余热回收技术领域，尤其涉及硫磺制酸、冶炼烟气制酸、硫铁矿制酸及其他用SO₂烟气制取硫酸的技术领域，还适用于其他具有放热性质的化学反应工程相关的技术领域，具体地说是一种高浓度二氧化硫烟气二元可调节预转化制硫酸方法。

背景技术

硫酸生产中高浓度转化技术一直是行业难题，在有色冶炼烟气制酸领域，随着有色金属富氧技术的进步，现代冶炼炉生产的二氧化硫浓度（体积）高达20%～40%且烟气量和二氧化硫浓度有较大波动。在烟气制硫酸的过程中，SO₂转化为SO₃是一种放热反应，二氧化硫浓度越高，转化后的烟气温度就越高。受平衡转化率及触媒耐温的限制，目前常规浓度二氧化硫烟气转化工艺，通常加空气将烟气二氧化硫浓度稀释至<12%左右进行两次转化两次吸收。采用常规转化工艺转化工段及干吸工段的设备庞大，不利于热量综合回收，相应的投资及运行成本将增加约20%。因此，硫酸生产中高浓度转化技术已经成为目前冶炼烟气制酸领域的重点课题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种高浓度二氧化硫烟气二元可调节预转化制硫酸方法，该方法利用反应平衡原理，能够处理烟气中含SO₂浓度为11%～20%的烟气；能够解决触媒耐温、平衡转化率低及烟气SO₂浓度波动的技术难题，以提高热量回收，降低运行成本及工程投资。

本发明的目的是通过以下技术方案解决的：

一种高浓度二氧化硫烟气二元可调节预转化制硫酸方法，其特征在于：该方法的步骤如下：

a、高浓度SO₂烟气依次经初始冷热换热器和初始热热换热器换热后达到触媒的起燃温度；

b、当烟气中的SO₂浓度为14.5%～20%时，则达到起燃温度的高浓度SO₂烟气全部进入转化器的预转化触媒层进行转化反应，经转化反应升温在烟气达到SO₂平衡转化率前离开预转化触媒层并经降温后进入转化器的传统触媒一层，开始进行常规“31-42”3+1两转两吸制酸常规流程；当烟气中的SO₂浓度为11%～14.5%时，则达到起燃温度的高浓度SO₂烟气部分进入转化器的预转化触媒层进行转化反应，经转化反应升温在烟气达到SO₂平衡转化率前离开预转化触媒层，并经降温后和剩余部分的高浓度SO₂烟气混合后进入转化器的传统触媒一层，开始进行常规“31-42”3+1两转两吸制酸常规流程。

所述步骤（a）中的触媒的起燃温度为380～400℃。

所述步骤（b）中的预转化触媒层处理后的烟气进入能够产生中、低压蒸汽的余热锅炉使得烟气降温到转化器的传统触媒一层的设定温度，该设定温度范围为400℃～460℃。

所述的预转化触媒层和余热锅炉之间的管道上设有旁路控温阀，旁路控温阀设置在余热锅炉的烟气进管和烟气出管之间，通过旁路控温阀的设置能够对余热锅炉降温后到传统触媒一层的烟气温度进行调节。

所述步骤（b）中的预转化触媒层全部处理后进入传统触媒一层、或者部分处理并和未经处理的高浓度SO₂烟气混合后进入传统触媒一层的SO₂浓度＜11%。

所述步骤（b）中的传统触媒一层的进气口前设有调节阀门，通过调节阀门能够调整进入预转化触媒层处理的烟气量和直接进入传统触媒一层的烟气量。

所述调节阀门的开度大小与传统触媒一层的出气口温度大小呈反比。

所述步骤（b）中的传统触媒一层的出气口温度超过550℃时，则调节阀门的开度变小，直至传统触媒一层的出气口温度达到620℃时则关闭调节阀门，使得经两次换热后的高浓度SO₂烟气全部进入预转化触媒层进行处理。

所述步骤（b）中的常规“31-42”3+1两转两吸制酸常规流程为：经传统触媒一层转化后的热烟气进入初始热热换热器降温后进入传统触媒二层进行转化反应，经传统触媒二层反应后的热烟气进入层间热热换热器降温后进入传统触媒三层进行转化反应，经传统触媒三层反应后的热烟气进入初始冷热换热器降温后进入中间吸收塔吸收SO₃生产硫酸和降温，之后进入层间冷热换热器和传统触媒四层出口的热烟气进行换热，换热后的SO₂烟气再次进入层间热热换热器，与传统触媒二层出口的热烟气进行换热，经两次换热后的烟气温度达到触媒的起燃温度后进入传统触媒四层进行转化反应，反应后的烟气经层间冷热换热器降温后，进入最终吸收塔吸收SO₃生产硫酸。

所述步骤（b）中的预转化触媒层采用的触媒为钒触媒、铯触媒或两者分层混合而成。

本发明相比现有技术有如下优点：

本发明的方法通过将烟气中的SO₂浓度分为11%～14.5%和14.5%～20%两个范围，采用一套装置两种方案进行处理，使得经过预转化触媒层全部或部分处理进入进入传统触媒一层的烟气中含SO₂浓度＜11%，然后进行常规“31-42”3+1两转两吸制酸常规流程；与常规的二氧化硫烟气中含SO₂浓度为11%～12%的常规转化工艺相比较，采用高浓度二氧化硫烟气二元可调节预转化制硫酸方法能够使进入转化系统的烟气SO₂浓度在11%～20%进行波动，进入制酸的烟气量少约20～35%，设备投资减少约20%，运行成本降低约20%，同时更能适应冶炼方法及原料变化带来的烟气中SO₂浓度波动的带来的影响。

附图说明

附图1为本发明的高浓度二氧化硫烟气二元可调节预转化制硫酸方法的流程图。

其中：1—SO₂鼓风机；2—初始冷热换热器；3—初始热热换热器；4—调节阀门；5—转化器；50—预转化触媒层；51—传统触媒一层；52—传统触媒二层；53—传统触媒三层；54—传统触媒四层；6—余热锅炉；7—层间热热换热器；8—中间吸收塔；9—层间冷热换热器；10—最终吸收塔；11—旁路控温阀。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步的说明。

如图1所示：一种高浓度二氧化硫烟气二元可调节预转化制硫酸方法，该方法的步骤如下：a、高浓度SO₂烟气依次经初始冷热换热器2和初始热热换热器3换热后达到触媒层的起燃温度，触媒的起燃温度为380～400℃；b、当烟气中的SO₂浓度为14.5%～20%时，则达到起燃温度的高浓度SO₂烟气全部进入转化器5的预转化触媒层50进行转化反应，经转化反应升温在烟气达到SO₂平衡转化率前离开预转化触媒层50并经降温后进入转化器的传统触媒一层51，开始进行常规“31-42”3+1两转两吸制酸常规流程；当烟气中的SO₂浓度为11%～14.5%时，则达到起燃温度的高浓度SO₂烟气部分进入转化器5的预转化触媒层50进行转化反应，经转化反应升温在烟气达到SO₂平衡转化率前离开预转化触媒层50，并经降温后和剩余部分的高浓度SO₂烟气混合后进入转化器5的传统触媒一层51，开始进行常规“31-42”3+1两转两吸制酸常规流程。

具体来说，预转化触媒层50采用的触媒为钒触媒、铯触媒或两者分层混合而成，经预转化触媒层50处理后的烟气进入能够产生中、低压蒸汽的余热锅炉6使得烟气降温到转化器5的传统触媒一层51的设定温度，传统触媒一层51的设定温度范围为400℃～460℃；另外在预转化触媒层50和余热锅炉6之间的管道上设有旁路控温阀11，旁路控温阀11设置在余热锅炉6的烟气进管和烟气出管之间，通过旁路控温阀11的设置能够对余热锅炉6降温后到转化器5的传统触媒一层51的烟气温度进行调节。且经过预转化触媒层50全部处理后进入传统触媒一层51、或者部分处理并和未经处理的高浓度SO₂烟气混合后进入传统触媒一层51的SO₂浓度＜11%。

另外在传统触媒一层51的进气口前设有调节阀门4，通过调节阀门4能够调整进入预转化触媒层50处理的烟气量和直接进入传统触媒一层51的烟气量；具体来说，调节阀门4的开度大小与传统触媒一层51的出气口温度大小呈反比，当传统触媒一层51的出气口温度超过550℃时，则调节阀门4的开度变小，直至传统触媒一层51的出气口温度达到620℃时则关闭调节阀门4，使得经两次换热后的高浓度SO₂烟气全部进入预转化触媒层50进行处理。

另外步骤（b）中的常规“31-42”3+1两转两吸制酸常规流程为：经传统触媒一层51转化后的热烟气进入初始热热换热器3降温后进入传统触媒二层52进行转化反应，经传统触媒二层52反应后的热烟气进入层间热热换热器7降温后进入传统触媒三层53进行转化反应，经传统触媒三层53反应后的热烟气进入初始冷热换热器2降温后进入中间吸收塔8吸收SO₃生产硫酸和降温，之后进入层间冷热换热器9和传统触媒四层54出口的热烟气进行换热，换热后的SO₂烟气再次进入层间热热换热器7，与传统触媒二层52出口的热烟气进行换热，经两次换热后的烟气温度达到触媒的起燃温度后进入传统触媒四层54进行转化反应，反应后的烟气经层间冷热换热器9降温后，进入最终吸收塔10吸收SO₃生产硫酸。

本发明的方法使用时，来自外界的含SO₂浓度为11%～20%的烟气经SO₂鼓风机1加压后进入初始冷热换热器2，与转化器5的传统触媒三层53的出口热烟气进行换热，换热后的SO₂烟气再进入初始热热换热器3，与传统触媒一层51的出口热烟气进行换热，经两次换热后的烟气温度达到触媒的起燃温度后，换热后的SO₂烟气全部（或部分烟气）进入预转化触媒层50进行转化反应，反应后的烟气经余热锅炉6降温到400℃～460℃的温度后，与调节阀门4后的部分（或无）烟气混合后进入传统触媒一层51再进行转化反应，此时进传统触媒一层51的烟气中含SO₂浓度<11%，进入预转化触媒层50的烟气量和进入传统触媒一层51的烟气量受调节阀门4的控制，此后即为常规的“31-42”3+1两转两吸制酸常规流程：经传统触媒一层51转化后的热烟气进入初始热热换热器3降温后进入传统触媒二层52进行转化反应，经传统触媒二层52反应后的热烟气进入层间热热换热器7降温后进入传统触媒三层53进行转化反应，经传统触媒三层53反应后的热烟气进入初始冷热换热器2降温后进入中间吸收塔8吸收SO₃生产硫酸和降温，之后进入层间冷热换热器9和传统触媒四层54出口的热烟气进行换热，换热后的SO₂烟气再次进入层间热热换热器7，与传统触媒二层52出口的热烟气进行换热，经两次换热后的烟气温度达到触媒的起燃温度后进入传统触媒四层54进行转化反应，反应后的烟气经层间冷热换热器9降温后，进入最终吸收塔10吸收SO₃生产硫酸。

实施例一：

河南某黄金冶炼企业，黄金冶炼项目的冶炼烟气（冶炼炉满负荷全部开动时，工况一），含SO₂体积浓度为16.5%，含O₂体积浓度为13%，烟气流量为100000Nm³/h.采用本发明的预转化制硫酸方法的过程如下：来自外界的含SO₂浓度为16.5%、温度为80℃的烟气经SO₂鼓风机1加压后进入初始冷热换热器2，与传统触媒三层53出口的热烟气进行换热温度升至200℃，换热后的SO₂烟气再进入初始热热换热器3，与传统触媒一层51出口的热烟气进行换热，经两次换热后的SO₂烟气温度升至410℃，换热后的SO₂烟气全部进入预转化触媒层50进行转化反应，反应后的烟气经余热锅炉6降温到450℃后，进入传统触媒一层51再进行转化反应，此时进传统触媒一层51的烟气中的SO₂浓度为10%左右；传统触媒一层51出口的热烟气进入初始热热换热器3降温至440℃后进入传统触媒二层52进行转化反应，经传统触媒二层52反应后的热烟气进入层间热热换热器7降温至430℃后进入传统触媒三层53进行转化反应，经传统触媒三层53反应后的热烟气进入初始冷热换热器2降温至180℃后进入中间吸收塔8吸收SO₃生产硫酸并降温至70℃进入层间冷热换热器9，与传统触媒四层54出口的热烟气进行换热温度升至250℃，换热后的SO₂烟气再进入层间热热换热器7，与传统触媒二层52出口的热烟气进行换热，经两次换热后的烟气温度升至410℃，换热后的SO₂烟气进入传统触媒四层54进行转化反应，反应后的烟气经层间冷热换热器9降温至170℃后，进入最终吸收塔10吸收SO₃生产硫酸。

实施例二：

河南某黄金冶炼企业，黄金冶炼项目的冶炼烟气（冶炼炉部分设备开动时，工况二），SO₂体积浓度为13%，O₂体积浓度为13.5%，烟气流量为110000Nm³/h.采用本发明的预转化制硫酸方法的过程如下：来自外界的含SO₂浓度为13%、温度为80℃的烟气经SO₂鼓风机1加压后进入初始冷热换热器2，与传统触媒三层53出口的热烟气进行换热温度升至260℃，换热后的SO₂烟气再进入初始热热换热器3，与传统触媒一层51出口的热烟气进行换热，经两次换热后的烟气温度升至410℃，换热后的SO₂烟气中有75%的烟气进入预转化触媒层50进行转化反应，反应后的烟气经余热锅炉6降温到430℃后，与通过调节阀门4直接输入的SO₂浓度为13%、流量为25%的烟气混合后温度降至428℃，混合烟气进入传统触媒一层51再进行转化反应，此时进传统触媒一层51的烟气中的SO₂浓度为9%；传统触媒一层51出口的热烟气进入初始热热换热器3降温至440℃后进入传统触媒二层52进行转化反应，经传统触媒二层52反应后的热烟气进入层间热热换热器7降温至435℃后进入传统触媒三层53进行转化反应，经传统触媒三层53反应后的热烟气进入初始冷热换热器2降温至180℃后进入中间吸收塔8吸收SO₃生产硫酸并降温至70℃进入层间冷热换热器9，与传统触媒四层54出口的热烟气进行换热温度升至300℃，换热后的SO₂烟气再进入层间热热换热器7，与传统触媒二层52出口的热烟气进行换热，经两次换热后的烟气温度升至410℃，换热后的SO₂烟气进入传统触媒四层54进行转化反应，反应后的烟气经层间冷热换热器9降温至160℃后，进入最终吸收塔10吸收SO₃生产硫酸。

本发明的方法通过将烟气中的SO₂浓度分为11%～14.5%和14.5%～20%两个范围，采用一套装置两种方案进行处理，使得经过预转化触媒层50全部或部分处理进入进入传统触媒一层51的烟气中含SO₂浓度＜11%，然后进行常规“31-42”3+1两转两吸制酸常规流程；与常规的二氧化硫烟气中含SO₂浓度为11%～12%的常规转化工艺相比较，采用高浓度二氧化硫烟气二元可调节预转化制硫酸方法能够使进入转化系统的烟气SO₂浓度在11%～20%进行波动，进入制酸的烟气量少约20～35%，设备投资减少约20%，运行成本降低约20%，同时更能适应冶炼方法及原料变化带来的烟气中SO₂浓度波动的带来的影响。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内；本发明未涉及的技术均可通过现有技术加以实现。

Claims

1.一种高浓度二氧化硫烟气二元可调节预转化制硫酸方法，其特征在于：该方法的步骤如下：

2.根据权利要求1所述的高浓度二氧化硫烟气二元可调节预转化制硫酸方法，其特征在于：所述步骤（a）中的触媒的起燃温度为380～400℃。

3.根据权利要求1所述的高浓度二氧化硫烟气二元可调节预转化制硫酸方法，其特征在于：所述步骤（b）中的预转化触媒层处理后的烟气进入能够产生中、低压蒸汽的余热锅炉使得烟气降温到转化器的传统触媒一层的设定温度，该设定温度范围为400℃～460℃。

4.根据权利要求3所述的高浓度二氧化硫烟气二元可调节预转化制硫酸方法，其特征在于：所述的预转化触媒层和余热锅炉之间的管道上设有旁路控温阀，旁路控温阀设置在余热锅炉的烟气进管和烟气出管之间，通过旁路控温阀的设置能够对余热锅炉降温后到传统触媒一层的烟气温度进行调节。

5.根据权利要求1所述的高浓度二氧化硫烟气二元可调节预转化制硫酸方法，其特征在于：所述步骤（b）中的预转化触媒层全部处理后进入传统触媒一层、或者部分处理并和未经处理的高浓度SO₂烟气混合后进入传统触媒一层的SO₂浓度＜11%。

6.根据权利要求1所述的高浓度二氧化硫烟气二元可调节预转化制硫酸方法，其特征在于：所述步骤（b）中的传统触媒一层的进气口前设有调节阀门，通过调节阀门能够调整进入预转化触媒层处理的烟气量和直接进入传统触媒一层的烟气量。

7.根据权利要求6所述的高浓度二氧化硫烟气二元可调节预转化制硫酸方法，其特征在于：所述调节阀门的开度大小与传统触媒一层的出气口温度大小呈反比。

8.根据权利要求7所述的高浓度二氧化硫烟气二元可调节预转化制硫酸方法，其特征在于：所述步骤（b）中的传统触媒一层的出气口温度超过550℃时，则调节阀门的开度变小，直至传统触媒一层的出气口温度达到620℃时则关闭调节阀门，使得经两次换热后的高浓度SO₂烟气全部进入预转化触媒层进行处理。

9.根据权利要求1所述的高浓度二氧化硫烟气二元可调节预转化制硫酸方法，其特征在于：所述步骤（b）中的常规“31-42”3+1两转两吸制酸常规流程为：经传统触媒一层转化后的热烟气进入初始热热换热器降温后进入传统触媒二层进行转化反应，经传统触媒二层反应后的热烟气进入层间热热换热器降温后进入传统触媒三层进行转化反应，经传统触媒三层反应后的热烟气进入初始冷热换热器降温后进入中间吸收塔吸收SO₃生产硫酸和降温，之后进入层间冷热换热器和传统触媒四层出口的热烟气进行换热，换热后的SO₂烟气再次进入层间热热换热器，与传统触媒二层出口的热烟气进行换热，经两次换热后的烟气温度达到触媒的起燃温度后进入传统触媒四层进行转化反应，反应后的烟气经层间冷热换热器降温后，进入最终吸收塔吸收SO₃生产硫酸。

10.根据权利要求1所述的高浓度二氧化硫烟气二元可调节预转化制硫酸方法，其特征在于：所述步骤（b）中的预转化触媒层采用的触媒为钒触媒、铯触媒或两者分层混合而成。