CN111362233B - 一种处理高浓度so2冶炼烟气的预转化工艺及其装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种处理高浓度SO2冶炼烟气的预转化工艺及其装置，1)烟气分流；2)预热和第一次转化；3)冷激；4)二次转化；5)冷却。本发明采用的预转化工艺和装置，相比于传统的预转化系统，工艺简单、设备少、操作简便，两层转化只需要一次换热，只需一台换热器，而且可通过控制冷激气体的量有效、快速的控制系统内触媒层及冷激层温度，保证转化层不超过触媒耐受温度，且整个系统稳定良好运行。本发明采用预转化工艺和装置处理后的烟气送回至主转化系统，若主转化稳定运行需保证SO2浓度在12％以下；本发明所采用的预转化系统的转化率可达50％以上，甚至接近于平衡转化率，可以有效的减少设备负荷，缩小设备尺寸，减少工程投资。

Description

一种处理高浓度SO2冶炼烟气的预转化工艺及其装置
技术领域
本发明属于冶炼烟气制酸领域，具体涉及一种处理高浓度SO2冶炼烟气的预转化工艺及其装置。
背景技术
随着冶炼技术的进步，富氧熔炼、吹炼技术的应用，冶炼烟气中的SO2浓度越来越高，最高达到30％以上，如此高浓度的冶炼烟气如果进入到常规的转化系统内，由于触媒的耐受温度的限制，会导致单层转化率偏低，造成设备庞大，流程复杂，而且如果控制不好系统的热平衡，会使得催化剂失活、设备变形等影响正常生产，因此，现阶段需要一种适应于高浓度SO2制酸的工艺系统。
现阶段，用于处理高浓度SO2烟气制酸的国内外现有工艺技术主要有：1、奥图泰公司—LUREC循环转化工艺；2、孟莫克公司-预转化工艺。奥图泰公司的LUREC循环转化是利用一段转化生成的SO3与一段SO2烟气混合用于抑制一段转化率用以控制一层催化器床层温度，该工艺技术增加了整个转化系统的能耗以及设备大小。孟莫克公司的预转化工艺是将预转化完的气体进行预吸收，预吸收完的气体送至预转化前混合用以降低进入预转化的SO2浓度，这种工艺可以保证催化剂床层不超温，但是会加大转化器负荷，导致设备尺寸变大，但是不能处理SO2浓度大于18％的高浓度烟气。进一步而言，上述的两种工艺都不利于烟气中热能回收。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种可以充分回收热能、且设备简单，能耗低的处理高浓度SO2冶炼烟气的预转化工艺及其装置。
本发明这种处理高浓度SO2冶炼烟气的预转化工艺，包括以下步骤：
1)烟气分流：从主转化系统中抽出部分低温高浓度SO2冶炼烟气，将SO2冶炼烟气经过风机增压后，分成两个部分SO2烟气-1和SO2烟气-2；SO2烟气-1 进入预热器，SO2烟气-2进入预转化器的冷激层；
2)预热和第一次转化：将SO2烟气-1经过预热器与后续步骤5)中经过二次转化的烟气进行间接换热后，升温至SO2的可燃温度，然后经开工电炉，进入到预转化器的一层转化层中，进行第一次转化，得到第一次转化的烟气；
3)冷激：步骤2)中第一次转化的烟气进入到冷激层与步骤1)中的SO2烟气-2在冷激层中直接进行混合换热，得到冷激后的烟气；
4)二次转化：步骤3)中的冷激后的烟气在二层转化层中进行二次转化，得到二次转化的烟气；
5)冷却：步骤4)中二次转化的烟气进入到预热器中，与步骤2)中的SO2烟气-1进行间接换热，得到降温后的二次转化烟气；降温后的二次转化烟气送至余热锅炉进一步降温，并产生蒸气；进一步降温的二次转化烟气直接进入主转化系统。
所述步骤1)中，低温高浓度的SO2冶炼烟气的温度为80～150℃，SO2的浓度为11～25％；从主转化系统抽出的部分低温高浓度SO2冶炼烟气占总量的30～70％；SO2烟气-1和SO2烟气-2的比例为(30～75):(25～70)。
所述步骤2)中，经过预热器出来的SO2烟气-1的温度控制在350～480℃(也是SO2的反应起燃温度)；需要控制第一次转化后的烟气的温度不超过触媒耐受温度，所述的一次转化层转化率控制为30％～60％，一次转化后烟气温度为 550～630℃。
所述步骤3)中，为确保冷激层内烟气充分混合，冷激层内设置有混合器；冷激后的烟气温度控制在350～500℃；在冷激层中，为保证转化层触媒温度不超温，系统稳定运行，可通过调整烟气的进入速度，以及SO2烟气-1和SO2烟气 -2的比例。
所述步骤4)中，需要控制二次转化后的烟气的温度不超过触媒耐受温度，且可根据工艺要求达到平衡转化率或低于平衡转化率；所述的二次转化的单层转化率控制为30％～80％，二次转化后烟气温度为550～630℃。
所述步骤5)中，降温后的二次转化烟气控制在350～480℃，进一步降温后的二次转化烟气温度为160～200℃。
根据上述的转化工艺其总转化率为50～80％。
本发明还提供了一种处理高浓度SO2冶炼烟气的预转化装置，包括有变频风机、预热器、开工电炉、预转化器以及余热锅炉，其中预转化器从上至下包括一层转化层、冷激层以及二层转化层；变频风机的出口分别与预热器的壳程入口、预转化器冷激层的入口连接，预热器的壳程出口和开工电炉的入口连接，开工电炉的出口与预转化器的烟气入口连接，预转化器的烟气出口与预热器的管程入口连接，预热器的管程出口与余热锅炉的入口连接。
所述的开工电炉仅用于系统开车时预热系统使用，正常生产时不开。
所述的冷激层中配备有混合器。
本发明的有益效果：
1)本发明采用的预转化工艺和装置，相比于传统的预转化系统，工艺简单、设备少、操作简便，两层转化只需要一次换热，只需一台换热器，而且可通过控制冷激气体的量有效、快速的控制系统内触媒层及冷激层温度，保证转化层不超过触媒耐受温度，且整个系统稳定良好运行。
2)本发明采用预转化工艺和装置处理后的烟气送回至主转化系统，若主转化稳定运行需保证SO2浓度在12％以下(保证主转化系统的稳定运行，根据不同烟气条件主转化系统要求的SO2浓度不同)，相比于传统的预转化系统转化率只能为30～50％，本发明所采用的预转化系统的转化率可达50％以上，甚至接近于平衡转化率，可以有效的减少设备负荷，缩小设备尺寸，减少工程投资。
附图说明
图1本发明的处理高浓度SO2冶炼烟气的预转化装置的连接示意图；
1-变频风机，2-预热器，3-开工电炉，4-预转化器，5-余热锅炉；41-一层转化层，42-冷激层，43-二层转化层。
具体实施方式
实施例1
本发明的实施例采用的处理高浓度SO2冶炼烟气的预转化装置的连接示意图如图1所示，包括有变频风机1、预热器2、开工电炉3、预转化器4以及余热锅炉4，其中预转化器从上至下包括一层转化层41、冷激层42以及二层转化层43；变频风机1的出口分别与预热器1的壳程入口、预转化器冷激层42的入口连接，预热器2的壳程出口和开工电炉3的入口连接，开工电炉3的出口与预转化器4的烟气入口连接，预转化器4的烟气出口与预热器2的管程入口连接，预热器2的管程出口与余热锅炉5的入口连接，余热锅炉5的烟气出口与主转化系统的烟气入口连接。
所述的开工电炉3仅用于系统开车时预热系统使用，正常生产时不开。
冷激层42中装配有混合器用于混合烟气。
实施例2
本实施例提供的处理高浓度SO2冶炼烟气的预转化工艺，包括以下步骤：
(1)烟气分流：硫酸系统SO2风机出口烟气条件：气量60381Nm3/h，SO2浓度：12.90％，温度90℃。从上述SO2烟气中抽取30190Nm3/h(50％)进入本发明的SO2烟气进入预转化装置，另一半进入主转化系统。将抽取30190Nm3/h 低温SO2烟气经过变频风机1增压后，70％(21133Nm3/h)送入预热器2的壳程入口，另外30％直接进入到预转化器4的冷激层42中。
(2)预热和一层转化：进入预热器2壳程中的低温SO2烟气与步骤(5) 中进入到预热器2管程中的二次转化烟气进行换热，加热到415℃(系统开工时，可打开开工电炉3用于系统内触媒等升温，当系统稳定运行热量可自平衡后，关闭开工电炉3)，加热后烟气进入到预转化器4中，在一层转化层41中进行第一次转化，单层转化率为50％，转化后的温度为592℃，转化完毕后，得到一次转化的烟气。
(3)冷激：将剩余的30％(9057Nm3/h)的低温SO2烟气通过变频风机1 增压后进入到冷激层42，与一次转化的烟气通过混合器进行混合，混合后，烟气温度为453℃，此时烟气量为29509Nm3/h，SO2浓度：8.576％，SO3浓度4.618％。
(4)二次转化：将冷激后的气体送入二层转化层43进行二次转化，并升温至575℃，单层转化率54％，整个预转化器总转化率为70％，转化器出口烟气条件为气量28828Nm3/h，SO2浓度：4.052％，SO3浓度：9.454％。
(5)冷却：经过二次转化的气体送入预热器管程与步骤(2)中的低温SO2烟气间接换热，冷却至温度370.9℃后送至余热锅炉进一步冷却，可产0.8Mpa 的蒸汽约4.5t/h，进一步冷却后的烟气温度为180℃，送回至主转化系统与未经过预转化的气体混合之后SO2浓度为8.99％。
实施例3
本实施例提供的处理高浓度SO2冶炼烟气的预转化系统，包括以下步骤：
(1)烟气分流：硫酸系统SO2风机出口烟气条件：气量143000.25Nm3/h， SO2浓度：18.06％，温度120℃。从上述SO2烟气中抽取92950.16Nm3/h(65％) 进入本发明的SO2烟气进入预转化装置，另一半进入主转化系统。将抽取92950.16Nm3/h低温SO2烟气经过变频风机1增压后，60％(55770.10Nm3/h)送入预热器2的壳程入口，另外40％直接进入到预转化器4的冷激层42中。
(2)预热和一次转化：进入预热器2壳程中的低温SO2烟气与步骤(5) 中进入到预热器2管程中的二次转化烟气进行换热，加热到410℃(系统开工时，可打开开工电炉3用于系统内触媒等升温，当系统稳定运行热量可自平衡后，关闭开工电炉3)，加热后烟气进入到预转化器4中，在一层转化层41中进行第一次转化，单层转化率为40％，转化后的温度为604.04℃，转化完毕后，得到一次转化的烟气。
(3)冷激：将剩余的40％(37180.07Nm3/h)的低温SO2烟气通过变频风机1增压后进入到冷激层42，与一次转化的烟气通过混合器进行混合，混合后，烟气温度为419.12℃，此时烟气量为90935.75Nm3/h，SO2浓度：14.030％，SO3浓度4.430％。
(4)二次转化：将冷激后的气体送入二层转化层43进行二次转化，并升温615.48℃，单层转化率54％，整个预转化器总转化率为65％，转化器出口烟气条件为气量87494.45Nm3/h，SO2浓度：6.715％，SO3浓度：12.471％。
(5)冷却：经过二次转化的气体送入预热器管程与步骤(2)中的低温SO2烟气间接换热，冷却至温度454.67℃后送至余热锅炉进一步冷却，可产0.8Mpa 的蒸汽约16.7t/h，进一步冷却后的烟气温度为180℃，送回至主转化系统与未经过预转化的气体混合之后SO2浓度为11.78％。

Claims (10)

1.一种处理高浓度SO2冶炼烟气的预转化工艺，包括以下步骤：
1）烟气分流：从主转化系统中抽出部分低温高浓度SO2冶炼烟气，将SO2冶炼烟气经过风机增压后，分成两个部分SO2烟气-1和SO2烟气-2；SO2烟气-1进入预热器，SO2烟气-2进入预转化器的冷激层；
2）预热和第一次转化：将SO2烟气-1经过预热器与后续步骤5）中经过二次转化的烟气进行间接换热后，升温至SO2的可燃温度，然后经开工电炉，进入到预转化器的一层转化层中，进行第一次转化，得到第一次转化的烟气；
3）冷激：步骤2）中第一次转化的烟气进入到冷激层与步骤1）中的SO2烟气-2在冷激层中直接进行混合换热，得到冷激后的烟气；
4）二次转化：步骤3）中的冷激后的烟气在二层转化层中进行二次转化，得到二次转化的烟气；
5）冷却：步骤4）中二次转化的烟气进入到预热器中，与步骤2）中的SO2烟气-1进行间接换热，得到降温后的二次转化烟气；降温后的二次转化烟气送至余热锅炉进一步降温，并产生蒸气；进一步降温的二次转化烟气直接进入主转化系统。
2.根据权利要求1所述的处理高浓度SO2冶炼烟气的预转化工艺，其特征在于，
所述步骤1）中，低温高浓度的SO2冶炼烟气的温度为80~150℃，SO2的浓度为11~25%；从主转化系统抽出的部分低温高浓度SO2冶炼烟气占总量的30~70%；SO2烟气-1和SO2烟气-2的比例为(30~75):( 70~25)。
3.根据权利要求1所述的处理高浓度SO2冶炼烟气的预转化工艺，其特征在于，所述步骤2）中，经过预热器出来的SO2烟气-1的温度控制在350~480℃；所述的一次转化层转化率控制为30%~60%，一次转化后烟气温度为550~630℃。
4.根据权利要求1所述的处理高浓度SO2冶炼烟气的预转化工艺，其特征在于，所述步骤3）中，为确保冷激层内烟气充分混合，冷激层内设置有混合器；冷激后的烟气温度控制在400~500℃；在冷激层中，通过调整烟气的进入速度，以及SO2烟气-1和SO2烟气-2的比例，保证转化层触媒温度不超温，系统稳定运行。
5.根据权利要求1所述的处理高浓度SO2冶炼烟气的预转化工艺，其特征在于，所述步骤4）中，所述的二次转化的单层转化率控制为30%~80%，二次转化后烟气温度为550~630℃。
6.根据权利要求1所述的处理高浓度SO2冶炼烟气的预转化工艺，其特征在于，所述步骤5）中，降温后的二次转化烟气控制在350~480℃，进一步降温后的二次转化烟气温度为160~200℃。
7.根据权利要求1~6任意一项所述的处理高浓度SO2冶炼烟气的预转化工艺，其特征在于，所述第一次和第二次转化工艺的总体转化率为50~80%。
8.根据权利要求1所述的处理高浓度SO2冶炼烟气的预转化工艺，其特征在于，所述的预转化工艺采用的预转化装置，包括有变频风机、预热器、开工电炉、预转化器以及余热锅炉，其中预转化器从上至下包括一层转化层、冷激层以及二层转化层；变频风机的出口分别与预热器的壳程入口、预转化器冷激层的入口连接，预热器的壳程出口和开工电炉的入口连接，开工电炉的出口与预转化器的烟气入口连接，预转化器的烟气出口与预热器的管程入口连接，预热器的管程出口与余热锅炉的入口连接。
9.根据权利要求8所述的处理高浓度SO2冶炼烟气的预转化工艺，其特征在于，所述的开工电炉仅用于系统开始时预热烟气使用，正常生产时将其进行关闭。
10.根据权利要求8所述的处理高浓度SO2冶炼烟气的预转化工艺，其特征在于，所述的冷激层中配备有混合器。
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