CN109437239B - 一种制酸工艺中吸收工序的低温位余热回收方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种制酸工艺中吸收工序的低温位余热回收方法及装置，该方法是将焦化低品质硫磺及脱硫废液焚烧制酸工艺中的吸收工序与焦炉煤气喷淋式饱和器法脱氨工艺相结合，回收焦化低品质硫磺及脱硫废液焚烧制酸工艺中吸收工序的低温位余热，用于加热喷淋式饱和器的循环硫铵母液。本发明的有益效果是：吸收酸的低温位余热利用率高，实现了低温位余热资源作为二次能源的开发和利用，提高了能源利用率，降低了排热对环境的污染；吸收酸冷却器不再需要循环冷却水，母液加热器的蒸汽消耗降低50％～100％，节能效果好，降低了运行成本。不改变制酸和硫铵的工艺流程，仅需增加母液加热循环泵，投资成本低，适用于新建工厂或老厂改造。

Description

一种制酸工艺中吸收工序的低温位余热回收方法及装置
技术领域
本发明涉及化工生产中低温位余热回收利用技术领域，尤其涉及一种制酸工艺中吸收工序的低温位余热回收方法及装置。
背景技术
制酸工艺中吸收工序的低温位余热，主要包括SO3吸收热、硫酸生成热和稀释热。这些低温位余热，占制酸总余热量的25％～30％，采用循环冷却水将其带走，不仅浪费能源，而且消耗大量冷却水及相应的动力。随着国际能源问题的日益突出，如何高效的使用能源，回收各种余热和减小排热对环境的污染成为人们关注的焦点。
为回收利用此低温位余热，国内外科研工作者不断尝试各种途径。目前，在硫磺制酸中干燥-吸收工序普遍推广应用HRS技术回收低温位余热。但对于硫铁矿制酸和焦化低品质硫磺及脱硫废液焚烧制酸，HRS技术投资成本高，操作控制范围太窄，余热回收量低，不经济，难以运用该技术。在硫铁矿制酸中，专利申请号为201510138982.5公开的“一种硫铁矿制酸干吸工段废热回收用设备及其回收方法”采用两级串联的阳极保护酸冷却器，回收第一吸收酸60％的低温位余热。但对于第一吸收酸剩余40％的低温位余热没有加以回收利用，仍然需要循环冷却水带走，余热的回收率低。同时，该专利还要求进一级酸冷器的吸收酸温为110～120℃，将加剧管道、酸泵和酸冷却器的腐蚀，限制了酸冷却器的选型。专利申请号为200910102997.0公开的“硫酸生产中制酸低温位热能回收方法”采用由螺杆膨胀发电机组、循环泵和脱盐水加热器组成的热能回收装置，回收利用吸收酸的低温位余热实现发电或直接拖动其它设备，适用于硫磺制酸或硫铁矿制酸。但是，该方法存在工艺流程长，投资成本高，占地面积大的缺点。
国内焦化厂焦炉煤气的脱氨工艺绝大多数采用喷淋式饱和器法制取硫酸铵的工艺。此工艺流程中，需要消耗大量的0.4～0.6MPaG的低压饱和蒸汽，用以加热部分循环硫铵母液，将循环硫铵母液的温度由50℃提升至60℃，以维持饱和器内的水平衡。
发明内容
本发明提供了一种制酸工艺中吸收工序的低温位余热回收方法及装置，采用循环硫铵母液回收利用吸收酸的全部低温位余热，实现了低温位余热资源作为二次能源的开发和利用，提高了能源利用率，降低了排热对环境的污染；吸收酸冷却器不再需要循环冷却水，同时母液加热器的蒸汽消耗能降低50％～100％，节能效果好，降低了运行成本。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种制酸工艺中吸收工序的低温位余热回收方法，该方法是将焦化低品质硫磺及脱硫废液焚烧制酸工艺中的吸收工序与焦炉煤气喷淋式饱和器法脱氨工艺相结合，回收焦化低品质硫磺及脱硫废液焚烧制酸工艺中吸收工序的低温位余热，用于加热喷淋式饱和器的循环硫铵母液；具体方法如下：
1)制酸工艺吸收单元中，吸收酸缓冲槽内的吸收酸经吸收酸液下泵，送至吸收酸冷却器，和母液加热循环泵送来的循环硫铵母液进行换热：循环硫铵母液被加热，吸收酸被冷却；
2)出吸收酸冷却器的循环硫铵母液，继续送至母液加热器，和低压饱和蒸汽进行换热：使循环硫铵母液维持喷淋式饱和器水平衡所需要的温度。
上述步骤1)中吸收酸循环槽内的吸收酸的温度控制在85～100℃，循环硫铵母液温度由45～50℃被加热至55～60℃；吸收酸温度由85～100℃被冷却至70～80℃。
上述步骤2)中，当循环硫铵母液温度低于60℃时，在母液加热器内，水蒸汽冷凝放出潜热，加热循环硫铵母液，提供为维持喷淋式饱和器水平衡所需的剩余热量，循环硫铵母液被加热至60～65℃；当循环硫铵母液温度高于或等于60℃时，循环硫铵母液在母液加热器内不换热，或被冷却至60～65℃。
上述步骤2)中，低压饱和蒸汽的输出压力为0.4～0.6MPaG。
一种制酸工艺中吸收工序的低温位余热回收方法采用的装置，包括制酸工艺吸收单元、焦炉煤气喷淋式饱和器法脱氨单元、母液加热循环泵、母液加热器、大母液循环泵，焦炉煤气喷淋式饱和器法脱氨单元的喷淋式饱和器的大母液出口同时连接母液加热循环泵和大母液循环泵的入口，母液加热循环泵的出口连接制酸工艺吸收单元吸收酸冷却器的一个入口，吸收酸冷却器的一个出口连接母液加热器的一个入口，母液加热器的一个出口并入大母液循环泵的出口管道一同连接喷淋式饱和器的大母液喷淋管道入口，母液加热器的另一个入口连接饱和蒸汽管道，母液加热器的另一个出口连接蒸汽冷凝水管道。
所述制酸工艺吸收单元包括吸收塔、吸收酸缓冲槽、吸收酸冷却器、吸收酸液下泵，吸收塔底部酸液出口连接吸收酸缓冲槽入口，吸收酸缓冲槽出口连接吸收酸液下泵的入口，吸收酸液下泵出口连接吸收酸冷却器的另一个入口，吸收酸冷却器的另一个出口连接吸收塔的吸收酸入口。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)吸收酸的低温位余热利用率高，实现了低温位余热资源作为二次能源的开发和利用，提高了能源利用率，降低了排热对环境的污染；
2)吸收酸冷却器不再需要循环冷却水，母液加热器的蒸汽消耗降低50％～100％，节能效果好，降低了运行成本。
3)不改变制酸和硫铵的工艺流程，仅需增加母液加热循环泵，投资成本低，适用于新建工厂或老厂改造。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图。
在图中：1.吸收塔、2.吸收酸缓冲槽、3.吸收酸液下泵、4.吸收酸冷却器、5.母液加热器、6.母液加热循环泵、7.大母液循环泵、8.喷淋式饱和器、9.结晶泵、10.小母液循环泵、11.满流槽、12.高位槽。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的内容作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和常用技术手段做出的各种替换或变更，均应包括在本发明的范围内。
如图1所示，一种制酸工艺中吸收工序的低温位余热回收方法，该方法是将焦化低品质硫磺及脱硫废液焚烧制酸工艺中的吸收工序与焦炉煤气喷淋式饱和器法脱氨工艺相结合，回收焦化低品质硫磺及脱硫废液焚烧制酸工艺中吸收工序的低温位余热，用于加热喷淋式饱和器的循环硫铵母液；具体方法如下：
1)制酸工艺吸收单元中，吸收酸缓冲槽2内的吸收酸经吸收酸液下泵3，送至吸收酸冷却器4，和母液加热循环泵6送来的循环硫铵母液进行换热：循环硫铵母液被加热，吸收酸被冷却；在吸收酸冷却器4内，循环硫铵母液回收利用吸收酸的全部低温位余热，不再需要循环冷却水冷却吸收酸，有效降低后续母液加热器5的蒸汽消耗。
2)出吸收酸冷却器4的循环硫铵母液，继续送至母液加热器5，和低压饱和蒸汽进行换热：使循环硫铵母液维持喷淋式饱和器8水平衡所需要的温度。在母液加热器5内，当循环硫铵母液温度不够时，水蒸汽冷凝放出潜热，加热循环硫铵母液，提供为维持饱和器8水平衡所需的剩余热量。
出母液加热器5的循环硫铵母液，并入大母液循环泵6后的循环喷洒母液管道中，送回喷淋式饱和器8喷洒使用。
上述步骤1)中吸收酸缓冲槽2内的吸收酸的温度控制在85～100℃，循环硫铵母液温度由45～50℃被加热至55～60℃；吸收酸温度由85～100℃被冷却至70～80℃。
上述步骤2)中，当循环硫铵母液温度低于60℃时，在母液加热器5内，水蒸汽冷凝放出潜热，加热循环硫铵母液，提供为维持喷淋式饱和器水平衡所需的剩余热量，循环硫铵母液被加热至60～65℃；当循环硫铵母液温度高于或等于60℃时，循环硫铵母液在母液加热器5内不换热，或被冷却至60～65℃。
上述步骤2)中，低压饱和蒸汽的输出压力为0.4～0.6MPaG。
一种制酸工艺中吸收工序的低温位余热回收方法采用的装置，包括制酸工艺吸收单元、焦炉煤气喷淋式饱和器法脱氨单元、母液加热循环泵6、母液加热器5、大母液循环泵7，焦炉煤气喷淋式饱和器法脱氨单元的喷淋式饱和器8的大母液出口同时连接母液加热循环泵6和大母液循环泵7的入口，母液加热循环泵6的出口连接制酸工艺吸收单元吸收酸冷却器4的一个入口，吸收酸冷却器4的一个出口连接母液加热器5的一个入口，母液加热器5的一个出口并入大母液循环泵7的出口管道一同连接喷淋式饱和器8的大母液喷淋管道入口，母液加热器5的另一个入口连接饱和蒸汽管道，母液加热器5的另一个出口连接蒸汽冷凝水管道。
所述制酸工艺吸收单元包括吸收塔1、吸收酸缓冲槽2、吸收酸冷却器4、吸收酸液下泵3，吸收塔1底部酸液出口连接吸收酸缓冲槽2入口，吸收酸缓冲槽2出口连接吸收酸液下泵3的入口，吸收酸液下泵3出口连接吸收酸冷却器4的另一个入口，吸收酸冷却器4的另一个出口连接吸收塔1的吸收酸入口。
焦炉煤气喷淋式饱和器脱氨单元包括喷淋式饱和器8、结晶泵9、小母液循环泵10、满流槽11、高位槽12，喷淋式饱和器8的底部出口连接结晶泵9，喷淋式饱和器8的小母液出口连接满流槽11的入口，满流槽11的出口连接小母液循环泵10的入口，小母液循环泵10的出口连接喷淋式饱和器8的小母液喷淋管道入口，高位槽12的出口连接满流槽11的入口，高位槽11中加入质量百分比为93％-98％的浓硫酸，结晶泵9向外输出硫铵母液。
实施例1
以炼焦规模为300万t/a，荒煤气中H2S含量为6g/Nm3的焦化厂为例。喷淋式饱和器法制取硫酸铵的工艺中，为维持喷淋式饱和器8内的水平衡，将部分循环硫铵母液的温度由50℃提升至60℃，需要的热量为1122750Kcal/h，对应0.4～0.6MPaG的低压饱和蒸汽的消耗量为2250kg/h。焦化低品质硫磺及脱硫废液焚烧制酸工艺中，吸收工序的吸收酸缓冲槽2内吸收酸温度由85～100℃冷却至70℃，需要释放的热量为896785Kcal/h。因此，采用循环硫铵母液回收利用吸收酸的全部低温位余热，并降低母液加热器5的蒸汽消耗的方法完全可行。具体步骤如下：
吸收工序中，吸收酸缓冲槽2内的吸收酸，温度控制在85～100℃，经吸收酸液下泵3，送至吸收酸冷却器4，和母液加热循环泵6送来的循环硫铵母液进行换热：循环硫铵母液温度由50℃被加热至57.9℃；吸收酸温度由85～100℃被冷却至70℃。在吸收酸冷却器4内，循环硫铵母液回收利用吸收酸释放的全部低温位余热，不再需要循环冷却水冷却吸收酸。
出吸收酸冷却器4的循环硫铵母液，继续送至母液加热器5，和0.4～0.6MPaG的低压饱和蒸汽进行换热：循环硫铵母液温度由57.9℃被加热至60℃。在母液加热器5内，水蒸汽冷凝放出潜热，加热循环硫铵母液，对应0.4～0.6MPaG的低压饱和蒸汽的消耗量为454.5kg/h。与现有技术相比，母液加热器5的蒸汽消耗量降低了79.8％，蒸汽价格按120元/t计算，蒸汽消耗降低节省的费用为188.7万元/年。新增的母液加热循环泵6的电耗为30kW，电费按0.5元/度计算，增加的电费为13.14万元/年。扣除增加的电费后，每年节省的运行费用为175.56万元。
出母液加热器5的循环硫铵母液，并入大母液循环泵7后的循环喷洒母液管道中，送回喷淋式饱和器8喷洒使用。
实施例2
以炼焦规模为300万t/a，荒煤气中H2S含量为7g/Nm3的焦化厂为例。喷淋式饱和器法制取硫酸铵的工艺中，为维持喷淋式饱和器8内的水平衡，将循环硫铵母液的温度由50℃提升至60℃，需要的热量为1122750Kcal/h，对应0.4～0.6MPaG的低压饱和蒸汽的消耗量为2250kg/h。焦化低品质硫磺及脱硫废液焚烧制酸工艺中，吸收工序的吸收酸缓冲槽2内吸收酸温度由85～100℃冷却至70℃，需要释放的热量为1048148Kcal/h。因此，采用循环硫铵母液回收利用吸收酸的全部低温位余热，并降低母液加热器5的蒸汽消耗的方法完全可行。具体步骤如下：
吸收工序中，吸收酸缓冲槽2内的吸收酸，温度控制在85～100℃，经吸收酸液下泵3，送至吸收酸冷却器4，和母液加热循环泵6送来的循环硫铵母液进行换热：循环硫铵母液温度由50℃被加热至59.3℃；吸收酸温度由85～100℃被冷却至70℃。在吸收酸冷却器4内，循环硫铵母液回收利用吸收酸释放的全部低温位余热，不再需要循环冷却水冷却吸收酸。
出吸收酸冷却器4的循环硫铵母液，继续送至母液加热器5，和0.4～0.6MPaG的低压饱和蒸汽进行换热：循环硫铵母液温度由59.3℃被加热至60℃。在母液加热器5内，水蒸汽冷凝放出潜热，加热循环硫铵母液，对应0.4～0.6MPaG的低压饱和蒸汽的消耗量为149.5kg/h。与现有技术相比，母液加热器5的蒸汽消耗量降低了93.3％，蒸汽价格按120元/t计算，蒸汽消耗降低节省的费用为220.8万元/年。新增的母液加热循环泵6的电耗为30kW，电费按0.5元/度计算，增加的电费为13.14万元/年。扣除增加的电费后，每年节省的运行费用为207.66万元。
出母液加热器5的循环硫铵母液，并入大母液循环泵7后的循环喷洒母液管道中，送回喷淋式饱和器8喷洒使用。
实施例3
以炼焦规模为300万t/a，荒煤气中H2S含量为8g/Nm3的焦化厂为例。喷淋式饱和器法制取硫酸铵的工艺中，为维持喷淋式饱和器8内的水平衡，将循环硫铵母液的温度由50℃提升至60℃，需要的热量为1122750Kcal/h，对应0.4～0.6MPaG的低压饱和蒸汽的消耗量为2250kg/h。焦化低品质硫磺及脱硫废液焚烧制酸工艺中，吸收工序的吸收酸缓冲槽2内吸收酸温度由85～100℃冷却至70℃，需要释放的热量为1205397Kcal/h。因此，采用循环硫铵母液回收利用吸收酸的全部低温位余热，并降低母液加热器5的蒸汽消耗的方法完全可行。具体步骤如下：
吸收工序中，吸收酸缓冲槽2内的吸收酸，温度控制在85～100℃，经吸收酸液下泵3，送至吸收酸冷却器4，和母液加热循环泵6送来的循环硫铵母液进行换热：循环硫铵母液温度由50℃被加热至60.7℃；吸收酸温度由85～100℃被冷却至70℃。在吸收酸冷却器4内，循环硫铵母液回收利用吸收酸释放的全部低温位余热，不再需要循环冷却水冷却吸收酸。
出吸收酸冷却器4的循环硫铵母液，继续送至母液加热器5，此时不再需要水蒸汽加热，反而需要和循环冷却水进行换热：循环硫铵母液温度由60.7℃被冷却至60℃，循环冷却水由32℃被加热至45℃。在母液加热器5内，循环冷却水需要移走的热量为82647Kcal/h，对应循环冷却水消耗量仅为6.3m3/h。与现有技术相比，母液加热器5的蒸汽消耗量降为零，蒸汽价格按120元/t计算，蒸汽消耗降低节省的费用为236.52万元/年。新增的母液加热循环泵6的电耗为30kW，电费按0.5元/度计算，增加的电费为13.14万元/年；循环冷却水消耗量为6.3m3/h，循环水价格按0.2元/m3计算，增加的水费为1.1万元/年。扣除增加的电费和水费后，每年节省的运行费用为222.28万元。
出母液加热器5的循环硫铵母液，并入大母液循环泵7后的循环喷洒母液管道中，送回喷淋式饱和器8喷洒使用。

Claims (5)

1.一种制酸工艺中吸收工序的低温位余热回收方法，其特征在于，该方法是将焦化低品质硫磺及脱硫废液焚烧制酸工艺中的吸收工序与焦炉煤气喷淋式饱和器法脱氨工艺相结合，回收焦化低品质硫磺及脱硫废液焚烧制酸工艺中吸收工序的低温位余热，用于加热喷淋式饱和器的循环硫铵母液；具体方法如下：
1)制酸工艺吸收单元中，吸收酸循环槽内的吸收酸经吸收酸液下泵，送至吸收酸冷却器，和母液加热循环泵送来的循环硫铵母液进行换热：循环硫铵母液被加热，吸收酸被冷却；
2)出吸收酸冷却器的循环硫铵母液，继续送至母液加热器，和低压饱和蒸汽进行换热：使循环硫铵母液维持喷淋式饱和器水平衡所需要的温度。
2.根据权利要求1所述的一种制酸工艺中吸收工序的低温位余热回收方法，其特征在于，上述步骤1)中吸收酸循环槽内的吸收酸的温度控制在85～100℃，循环硫铵母液温度由45～50℃被加热至55～60℃；吸收酸温度由85～100℃被冷却至70～80℃。
3.根据权利要求1所述的一种制酸工艺中吸收工序的低温位余热回收方法，其特征在于，上述步骤2)中，当循环硫铵母液温度低于60℃时，在母液加热器内，水蒸汽冷凝放出潜热，加热循环硫铵母液，提供为维持喷淋式饱和器水平衡所需的剩余热量，循环硫铵母液被加热至60～65℃；当循环硫铵母液温度高于或等于60℃时，循环硫铵母液在母液加热器内不换热，或被冷却至60～65℃。
4.一种如权利要求1所述的制酸工艺中吸收工序的低温位余热回收方法采用的装置，其特征在于，包括制酸工艺吸收单元、焦炉煤气喷淋式饱和器法脱氨单元、母液加热循环泵、母液加热器、大母液循环泵，焦炉煤气喷淋式饱和器法脱氨单元的喷淋式饱和器的大母液出口同时连接母液加热循环泵和大母液循环泵的入口，母液加热循环泵的出口连接制酸工艺吸收单元吸收酸冷却器的一个入口，吸收酸冷却器的一个出口连接母液加热器的一个入口，母液加热器的一个出口并入大母液循环泵的出口管道一同连接喷淋式饱和器的大母液喷淋管道入口，母液加热器的另一个入口连接饱和蒸汽管道，母液加热器的另一个出口连接蒸汽冷凝水管道。
5.根据权利要求4所述的一种制酸工艺中吸收工序的低温位余热回收方法采用的装置，其特征在于，所述制酸工艺吸收单元包括吸收塔、吸收酸缓冲槽、吸收酸冷却器、吸收酸液下泵，吸收塔底部酸液出口连接吸收酸缓冲槽入口，吸收酸缓冲槽出口连接吸收酸液下泵的入口，吸收酸液下泵出口连接吸收酸冷却器的另一个入口，吸收酸冷却器的另一个出口连接吸收塔的吸收酸入口。
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