CN110127629B - 一种湿法硫化物制备硫酸的装置及工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种湿法硫化物制备硫酸的装置，其包括顺次连接的硫化物燃烧部、二氧化硫催化氧化部和硫酸蒸汽冷凝部，其中：硫化物燃烧部：包括相互连接的酸气燃烧炉和高温废热锅炉；酸气燃烧炉的炉膛连通高温废热锅炉的第一列管的进口；二氧化硫催化氧化部：包括反应器，该反应器包括至少三个反应床层，反应床层之间设置有床层换热器；高温废热锅炉的第一列管的出口连通反应器的进料口；硫酸蒸汽冷凝部：包括反应气换热器和硫酸冷凝器；反应器的出料口经反应气换热器的第一热媒通道后连通硫酸冷凝器的第二热媒通道的酸气进口。本发明还公开了利用上述装置的制酸工艺。本发明具有减少工艺设备、精简流程的优势。

Description

一种湿法硫化物制备硫酸的装置及工艺

技术领域

本发明具体涉及一种湿法硫化物制备硫酸的装置及工艺

背景技术

硫化物主要为硫化氢(H₂S)，硫化氢是一种无机化合物，正常情况下是一种无色、易燃的酸性气体，浓度低时带恶臭，气味如臭蛋；浓度高时反而没有气味(因为高浓度的硫化氢可以麻痹嗅觉神经)，硫化氢产生于天然气净化、石油炼制，以及制煤气、制革、制药、造纸、合成化学纤维等生产过程。硫化氢是无色气体，有刺激性恶臭，易挥发，燃烧时呈蓝色火焰。硫化氢是大气的主要污染物之一，不仅危害人体健康，还会严重腐蚀设备等。硫化氢废气不能直接排放于环境中，现有工艺技术中，一般采用克劳斯工艺处理硫化氢并回收得到硫磺，这种工艺方法，工艺条件比较复杂，流程长，设备也多，尾气污染物残留量高，不能满足环保排放标准。

发明内容

本发明的目的在于克服上述缺陷，减少工艺设备、精简流程及降低尾气污染残留，为此，本申请首先提出如下方案：

一种湿法硫化物制备硫酸的装置，其包括顺次连接的硫化物燃烧部、二氧化硫催化氧化部和硫酸蒸汽冷凝部，其中：

硫化物燃烧部：包括相互连接的酸气燃烧炉和高温废热锅炉；该高温废热锅炉包括第一外壳、设置在第一外壳的内腔中的第一列管、以及连通第一外壳的内腔的第一汽包；酸气燃烧炉的炉膛连通高温废热锅炉的第一列管的进口；

二氧化硫催化氧化部：包括反应器，该反应器为立式多段催化反应器，沿竖直方向，该反应器包括至少三个反应床层，相邻的反应床层之间设置有床层换热器；该反应器设置有进料口和出料口；

高温废热锅炉的第一列管的出口连通反应器的进料口；

硫酸蒸汽冷凝部：包括反应气换热器和硫酸冷凝器；其中，反应气换热器具有第一冷媒通道和第一热媒通道，硫酸冷凝器具有第二冷媒通道和第二热媒通道；该硫酸冷凝器的第二热媒通道设置有酸气进口、酸液排出口和不凝气排放口；

反应器的出料口经反应气换热器的第一热媒通道后连通硫酸冷凝器的第二热媒通道的酸气进口。优选地，酸气燃烧炉和高温废热锅炉为一体式结构，即酸气燃烧炉和高温废热锅炉两者为一整体结构；第一列管为陶瓷管。

利用本发明，酸气在完成燃烧后直接进入到反应器内进行氧化，生成三氧化硫，并形成硫酸，利用硫酸蒸汽冷凝部将硫酸进行冷凝，并与酸气燃烧炉的进风进行换热，以保证酸气的充分燃烧。利用本发明，可以直接将酸气制成硫酸，相对于现有技术，可有效地减少设备，缩短工艺流程。

进一步，为便于硫酸的存储和运输，该装置还包括硫酸降温部，该硫酸降温部包括硫酸水冷器，该硫酸水冷器具有第三冷媒通道和第三热媒通道；硫酸冷凝器的第二热媒通道的酸液排出口连通该第三热媒通道的进口。

进一步，该装置还包括洗涤塔和排液泵，该洗涤塔包括筒式塔体，在塔体内沿竖直方向设置有至少两级脱酸部，每级脱酸部包括一支撑板和布置在支撑板上方的喷淋管；支撑板上安装有沿上下方向贯穿该支撑板的通气管，在通气管的顶部安装有管帽，每一支撑板与塔体之间形成一溶液腔，在塔体上安装有连通该溶液腔的出液管，该出液管经一循环泵连通该喷淋管；

在塔体的底部设置有一进气腔，该进气腔位于最下一级脱酸部的下侧，在该塔体上安装有连通该进气腔的进气管和排液管，该排液管连接所述排液泵的进口，该排液泵的出口连接有洗涤液循环管，在该洗涤液循环管上连接有一连通进气管的洗涤液循环管；

硫酸冷凝器的第二热媒通道的不凝气排放口连通该进气管。

为减少洗涤塔排出气体的含水量，在洗涤塔的顶部设置有纤维除雾器。

该设计可以将从硫酸冷凝器排出的酸雾进一步净化，以将酸雾中的有害成分降低到排放标准以下。

为提高对硫酸冷凝器排出酸雾的吸收效果，在进气管上串联有一气液混合器，该洗涤液循环管经该气液混合器连通进气管。设置气液混合器后，可以在气液混合器中保留一定液位的液体量，酸雾在进入到该气液混合器内后，液体即可对酸雾进行吸收，有利于提高酸雾的吸收效果。

至少在位于最下侧的脱酸部上设置有用于补充洗涤剂的补充管。该设计可以使洗涤液能够及时地与进入到洗涤塔内的酸雾进行接触，以吸收酸雾中的有害成分。

具体地，所述硫酸冷凝器包括壳体，在壳体内沿上下方向设置有两块分割板，两块分割板将壳体的内腔从下向上分割为布气腔、冷却腔和不凝气收集腔，在壳体上设置有连通布气腔的酸气进口和酸液排出口，连通冷却腔的进风口和出风口，以及连通不凝气收集腔的不凝气排放口；在壳体内还设置有连通布气腔和不凝气收集腔的冷凝玻璃管。

在该硫酸冷凝器中设置了冷凝玻璃管用于酸气流动，利用玻璃材料的优异抗酸腐蚀性能，以提高设备的使用寿命，由于冷凝玻璃管连通布气腔和不凝气收集腔，使冷凝玻璃管沿竖直方向或大致沿竖直方向延伸，酸气在冷凝玻璃管中冷凝后，会沿管壁快速地向下流动到布气腔中，并从酸液排出口排出，光滑的冷凝玻璃管内壁有利于酸液向下流动，避免在内壁上附着过多的酸液，影响冷凝效果。

进一步，第一汽包的蒸汽出口连通反应器的床层换热器的进口。将第一汽包中所产生的蒸汽重新进入到反应器中，以吸收反应热，生产高品位的过热蒸汽。

进一步，所述反应气换热器为一中温废热锅炉，该中温废热锅炉包括第二外壳、设置在第二外壳的内腔中的第二列管、以及连通第二外壳的内腔的第二汽包；该第二列管形成为所述第一热媒通道，第二外壳的内腔形成为所述第一冷媒通道；该第二汽包的蒸汽出口连通反应器的床层换热器的进口。

将第二汽包中所产生的蒸汽进入到反应器中，以吸收反应热，生产高品位的过热蒸汽。

为防止连通第二列管与硫酸冷凝器的第二热媒通道之间的酸气管被酸气腐蚀，在该酸气管上设置有伴热管，该伴热管用于在开车时提供热能，以防止酸气管的腐蚀。在刚开车时，由于酸气管处于常温状态，在酸气经过时，部分酸气会被冷凝为液体，对酸气管造成较大的腐蚀，在开车前，首先利用伴热管将酸气管升温到酸气冷凝温度以上，再通入酸气，进行正常生产，在酸气能够维持在冷凝温度以上时，停止伴热管的工作。

利用该装置，能够使排放尾气中的二氧化硫小于5mg/Nm³。

为达到上述目的，本申请还提出了一种湿法硫化物制备硫酸的工艺，其采用上述的湿法硫化物制备硫酸的装置，该工艺包括如下步骤：

(1)含硫化氢的酸性气体进入到酸气燃烧炉内进行燃烧，生产富含二氧化硫的燃烧气，该燃烧气经高温废热锅炉换热降温后排出；

(2)从高温废热锅炉排出的燃烧气进入到反应器内，进行催化反应，燃烧气中的二氧化硫转化为三氧化硫，形成反应后气；

(3)反应后气依次经中温废热锅炉和硫酸冷凝器冷凝后形成硫酸；

(4)空气经硫酸冷凝器加热后与酸性气体混合后一起进入到酸气燃烧炉内；

(5)从第一汽包和第二汽包中排出的蒸汽进入到反应器的床层换热器；

(6)对从硫酸冷凝器的不凝气排放口排出的酸雾采用洗涤液进行清洗。洗涤液可以采用氨水、氢氧化钠溶液、双氧水或其它易于吸收酸气的洗涤液。

该工艺中，酸性气体在经过燃烧、催化氧化后转化为含三氧化硫的酸气，该酸气在经中温废热锅炉和硫酸冷凝器进行硫酸回收后，利用洗涤塔对尾气中微量的酸性物质进行脱除，使尾气能够达标排放。在该工艺中，为有效利用燃烧中所产生的热能，将作为助燃气体的空气经硫酸冷凝器进行加热，并在酸气燃烧炉前与酸性气体混合，以保证燃烧温度，避免燃烧温度产生较大的波动，使部分硫化氢被氧化为硫磺，堵塞管道。

该工艺能够充分地将硫化氢转化为三氧化硫，并冷凝为硫酸，达到资源回收，相比现有技术具有更优化的工艺流程以及更高效的热能回收体系，能够使尾气达到达标排放标准。

利用该工艺，能够使排放尾气中的二氧化硫小于5mg/Nm³。

进一步，为充分利用加热后的空气，空气经硫酸冷凝器加热后分为两股，其中的一股空气与酸性气体混合后一起进入到酸气燃烧炉内；另一股空气直接进入到酸气燃烧炉的炉膛的后部，作为补风。

附图说明：

图1是本发明的一种实施例的装置布置简图。

图2是硫酸冷凝器的结构简图。

具体实施方式：

以下首先对湿法硫化物制备硫酸的装置进行说明，请参阅图1，其所述系统包括顺次连接的硫化物燃烧部、二氧化硫催化氧化部、硫酸蒸汽冷凝部和硫酸降温部，其中：

硫化物燃烧部：包括相互连接在一起形成为一体式结构的酸气燃烧炉11和高温废热锅炉12；该高温废热锅炉12包括第一外壳121、设置在第一外壳121的内腔中的第一列管122、以及连通第一外壳121的内腔的第一汽包13；酸气燃烧炉11的炉膛113连通高温废热锅炉12的第一列管122的进口。为提高抗腐蚀性以及耐高温性，在本实施例中，第一列管为陶瓷管。

二氧化硫催化氧化部：包括反应器21，该反应器为立式多段催化反应器，沿竖直方向，该反应器包括三个反应床层22，相邻的反应床层22之间设置各设置有一床层换热器23；两个床层换热器23串联在一起。该反应器21设置有进料口211和出料口212，其中进料口211设置在反应器21的顶部，出料口212设置在反应器21的底部。

高温废热锅炉12的第一列管122的出口连通反应器21的进料口211。

硫酸蒸汽冷凝部：包括反应气换热器和硫酸冷凝器50。在本实施例中，所述反应气换热器为一中温废热锅炉40，该中温废热锅炉40包括第二外壳41、设置在第二外壳41的内腔中的第二列管42、以及连通第二外壳41的内腔的第二汽包43。在本申请中，该第二列管42还可称为第一热媒通道，第二外壳的内腔还可称为第一冷媒通道。

反应器21的出料口212经中温废热锅炉40的第二列管42后连通下述的硫酸冷凝器50的酸气进口55。为减少对第二列管42与酸冷凝器50的酸气进口55之间的酸气管401的腐蚀，在该酸气管401上设置有伴热管，该伴热管用于在开车时提供热能，提高酸气管内的温度，避免酸气温度过低产生冷凝液。

请参阅图2，为显示清楚，在图2中，硫酸冷凝器50的壳体510的一侧板被拆除，以显示内部结构。在本实施例中，所述硫酸冷凝器50包括壳体510，在壳体510内沿上下方向设置有两块分割板511，两块分割板511将壳体510的内腔从下向上分割为布气腔52、冷却腔53和不凝气收集腔54，在壳体510上设置有连通布气腔52的酸气进口55和酸液排出口56，酸气进口55设置在壳体的侧壁上，酸液排出口56设置在壳体的底板上。

壳体上的进风口58和出风口51连通冷却腔53，不凝气排放口59连通不凝气收集腔54。在壳体510内设置有连通布气腔52和不凝气收集腔54的冷凝玻璃管513。在本申请中，冷凝玻璃管513还可称为第二热媒通道，冷却腔53的除冷凝玻璃管513外的部分以及布气腔52和不凝气收集腔54共同形成为第二热媒通道。即在硫酸冷凝器50的第二热媒通道设置有酸气进口、酸液排出口和不凝气排放口。为提高对冷凝玻璃管513的支持，以及对进入到壳体内的冷风进行导向，在壳体内设置有折流板512。

第一风机501的出风口连通硫酸冷凝器50的壳体内的冷却腔53，冷却腔53的出风口51经第二风机502连通酸气燃烧炉11的酸气进口管110，将加热后的风与酸气混合后一起进入到酸气燃烧炉11内进行燃烧。具体在本实施例中，第二风机502的出风管506分出第一支管507和第二支管508两个支管，其中第一支管507与酸气进口管110连通后一起进入到酸气燃烧炉11内，第二支管508直接进入到酸气燃烧炉11的炉膛113的后部作为补风。

硫酸降温部，该硫酸降温部包括储酸器61和硫酸水冷器63，该硫酸水冷器63具有第三冷媒通道和第三热媒通道；硫酸冷凝器50的酸液排出口56连通储酸器61，该储酸器61经一硫酸泵62连通该第三热媒通道的进口，该硫酸泵用于将储酸器61中的硫酸泵入到硫酸水冷器63中再次进行冷却。从硫酸水冷器63排出的硫酸经第一酸管64向外输送，外售或用于其它生产。在第一酸管64上设置有一回酸管65，该回酸管65的另一端连通储酸器61的进口，并在该回酸管65上连接有用于输送脱盐水的脱盐水管66，以调节硫酸浓度。

在硫酸冷凝器50的第二热媒通道的不凝气排放口连接有洗涤塔70，该洗涤塔70包括筒式塔体71，在塔体71内沿竖直方向设置有至少两级脱酸部，两级脱酸部从下向上分别为一级脱酸部72和二级脱酸部73。

以下对一级脱酸部72进行说明，一级脱酸部72包括一支撑板721和布置在支撑板上方的喷淋管726；支撑板721上安装有沿上下方向贯穿该支撑板721的通气管722，在通气管722的顶部安装有管帽723，该管帽用于防止从喷淋管726中喷出的液体直接进入到通气管722内。支撑板721与塔体71之间形成一溶液腔724，在塔体71上安装有连通该溶液腔724的出液管727，该出液管727经一循环泵78连通该喷淋管726。在喷淋管726上外接有补充管76。在喷淋管726与管帽723之间的设置有一填料区725，在该填料区725内装填有填料，在本实施例中，填料采用鲍尔环。

二级脱酸部73的结构与一级脱酸部72的结构相同，不再赘述。

在本实施例中，一级脱酸部72的补充管76用于补充液氨，二级脱酸部73的补充管用于补充水。即在位于最下侧的一级脱酸部上设置有用于补充洗涤剂的补充管，可以理解，在其它实施例中，还可以将一级脱酸部和二级脱酸部的补充管全部用于补充洗涤剂。

在塔体71的底部设置有一进气腔75，该进气腔75位于最下一级脱酸部的下侧，即位于一级脱酸部72的下侧。

在该塔体71上安装有连通该进气腔72的进气管84和排液管81，该排液管81连接排液泵80的进口，该排液泵80的出口连接有洗涤液循环管82，该洗涤液循环管82用于将在洗涤塔内所形成的硫铵溶液排出，在该洗涤液循环管82上连接有一连通进气管84的洗涤液循环管83。硫酸冷凝器的第二热媒通道的不凝气排放口59连通进气管84。

为提高对酸气的吸收效果，本实施例中，在进气管84上设置有一气液混合器85，洗涤液循环管83具体连接在该气液混合器85上。

在洗涤塔的塔体内的顶部设置有除雾器74，洗涤塔的塔体顶部的排空口77经一电除尘器901后连通排气塔902。

在本申请中，高温废热锅炉12的第一列管122的出口连通反应器21的进料口211。第一汽包13的蒸汽出口连通反应器21的床层换热器23的进口。

在本实施例中，第二汽包43的蒸汽出口也连通反应器21的床层换热器23的进口。

以下对湿法硫化物制备硫酸的工艺的进行说明，请参阅图1，该工艺采用上述的湿法硫化物制备硫酸的装置进行，该工艺包括如下步骤：

(1)含硫化氢的酸性气体进入到酸气燃烧炉11内进行燃烧，生产富含二氧化硫的燃烧气，该燃烧气经高温废热锅炉12换热降温后排出；

(2)从高温废热锅炉排出的燃烧气进入到反应器21内，进行催化反应，燃烧气中的二氧化硫转化为三氧化硫，形成反应后气；

(3)反应后气依次经中温废热锅炉40和硫酸冷凝器50冷凝后形成硫酸；

从硫酸冷凝器50的酸液排出口56排出的硫酸进入到储酸器61内，硫酸泵62将储酸器61中的硫酸泵入到硫酸水冷器63中再次进行冷却。从硫酸水冷器63排出的硫酸经第一酸管64向外输送，外售或用于其它生产。为调节硫酸浓度，部分硫酸经回酸管64返回储酸器61，脱盐水进入到回酸管64内对硫酸进行稀释，以调节硫酸浓度。

(4)空气由第一风机501鼓入到硫酸冷凝器50内进行换热升温后，从出风口51排出后继续经由第二风机502送入到酸气燃烧炉11参与燃烧。在本实施例中，由第二风机502鼓出的空气分为两股，其中一股空气经第一支管507送入到酸气燃烧炉11的入口处与从酸气进口管110进入的酸性气体混合后进入到酸气燃烧炉11的炉膛113内进行燃烧，另一股空气经第二支管508送入到酸气燃烧炉11的炉膛113的后部，作为补风。

(5)从第一汽包13和第二汽包43中排出的蒸汽进入到反应器21的床层换热器23，完成换热后排出，作为过热蒸汽进入到蒸汽管网。

(6)对从硫酸冷凝器50的不凝气排放口59排出的酸雾采用洗涤液进行清洗。具体在本实施例中，从不凝气排放口59排出的酸雾经进气管84进入到洗涤塔70的进气腔75，然后沿塔体向上移动。从喷淋管中喷出的洗涤液对酸雾进行清洗，在本实施例中，洗涤液为氨水，在对酸雾进行清洗时，形成含有硫酸铵和硫酸氢铵的富液，部分富液经循环泵由喷淋管喷出循环使用，部分富液由通气管向下排出进入到进气腔75中，进气腔中的富液由排液泵80排出，排液泵80排出的富液分层两路，其中一路排出系统，进行硫铵生产，另一路经由进气管84返回到进气腔75中，该部分富液在进气管内对酸雾中的三氧化硫等废气进行预吸收，以增加对酸雾的净化效果。

完成净化的酸雾从洗涤塔70的顶部排出后，经电除尘器901后进入排气塔902达标排放。

在本实施例中，从洗涤塔排出的尾气中，未检出三氧化硫，二氧化硫的浓度为2.5mg/Nm³。

Claims (8)

1.一种湿法硫化物制备硫酸的装置，其特征在于，

包括顺次连接的硫化物燃烧部、二氧化硫催化氧化部和硫酸蒸汽冷凝部，其中：

硫化物燃烧部：包括相互连接的酸气燃烧炉和高温废热锅炉；该高温废热锅炉包括第一外壳、设置在第一外壳的内腔中的第一列管、以及连通第一外壳的内腔的第一汽包；酸气燃烧炉的炉膛连通高温废热锅炉的第一列管的进口；

二氧化硫催化氧化部：包括反应器，该反应器为立式多段催化反应器，沿竖直方向，该反应器包括至少三个反应床层，相邻的反应床层之间设置有床层换热器；该反应器设置有进料口和出料口；

高温废热锅炉的第一列管的出口连通反应器的进料口；

硫酸蒸汽冷凝部：包括反应气换热器和硫酸冷凝器；其中，反应气换热器具有第一冷媒通道和第一热媒通道，硫酸冷凝器具有第二冷媒通道和第二热媒通道；该硫酸冷凝器的第二热媒通道设置有酸气进口、酸液排出口和不凝气排放口；

反应器的出料口经反应气换热器的第一热媒通道后连通硫酸冷凝器的第二热媒通道的酸气进口；

第一汽包的蒸汽出口连通反应器的床层换热器的进口；

所述反应气换热器为一中温废热锅炉，该中温废热锅炉包括第二外壳、设置在第二外壳的内腔中的第二列管、以及连通第二外壳的内腔的第二汽包；该第二列管形成为所述第一热媒通道，第二外壳的内腔形成为所述第一冷媒通道；

该第二汽包的蒸汽出口连通反应器的床层换热器的进口。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括硫酸降温部，该硫酸降温部包括硫酸水冷器，该硫酸水冷器具有第三冷媒通道和第三热媒通道；硫酸冷凝器的第二热媒通道的酸液排出口连通该第三热媒通道的进口。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，

还包括洗涤塔和排液泵，该洗涤塔包括筒式塔体，在塔体内沿竖直方向设置有至少两级脱酸部，每级脱酸部包括一支撑板和布置在支撑板上方的喷淋管；支撑板上安装有沿上下方向贯穿该支撑板的通气管，在通气管的顶部安装有管帽，每一支撑板与塔体之间形成一溶液腔，在塔体上安装有连通该溶液腔的出液管，该出液管经一循环泵连通该喷淋管；

在塔体的底部设置有一进气腔，该进气腔位于最下一级脱酸部的下侧，在该塔体上安装有连通该进气腔的进气管和排液管，该排液管连接所述排液泵的进口，该排液泵的出口连接有洗涤液循环管，在该洗涤液循环管上连接有一连通进气管的洗涤液循环管；

硫酸冷凝器的第二热媒通道的不凝气排放口连通该进气管。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，

在进气管上串联有一气液混合器，该洗涤液循环管经该气液混合器连通进气管。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述硫酸冷凝器包括壳体，在壳体内沿上下方向设置有两块分割板，两块分割板将壳体的内腔从下向上分割为布气腔、冷却腔和不凝气收集腔，在壳体上设置有连通布气腔的酸气进口和酸液排出口，连通冷却腔的进风口和出风口，以及连通不凝气收集腔的不凝气排放口；在壳体内还设置有连通布气腔和不凝气收集腔的冷凝玻璃管。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，酸气燃烧炉和高温废热锅炉为一体式结构；第一列管为陶瓷管。

7.一种湿法硫化物制备硫酸的工艺，其特征在于，采用权利要求1所述的湿法硫化物制备硫酸的装置，该工艺包括如下步骤：

(1)含硫化氢的酸性气体进入到酸气燃烧炉内进行燃烧，生产富含二氧化硫的燃烧气，该燃烧气经高温废热锅炉换热降温后排出；

(2)从高温废热锅炉排出的燃烧气进入到反应器内，进行催化反应，燃烧气中的二氧化硫转化为三氧化硫，形成反应后气；

(3)反应后气依次经中温废热锅炉和硫酸冷凝器冷凝后形成硫酸；

(4)空气经硫酸冷凝器加热后与酸性气体混合后一起进入到酸气燃烧炉内；

(5)从第一汽包和第二汽包中排出的蒸汽进入到反应器的床层换热器；

(6)对从硫酸冷凝器的不凝气排放口排出的酸雾采用洗涤液进行清洗。

8.根据权利要求7所述的工艺，其特征在于，

空气经硫酸冷凝器加热后分为两股，其中的一股空气与酸性气体混合后一起进入到酸气燃烧炉内；另一股空气直接进入到酸气燃烧炉的炉膛的后部，作为补风。

Images