CN113460973A - 一种利用硫精矿制备硫酸的方法 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及一种利用硫精矿制备硫酸的方法，该方法采用沸腾炉氧化焙烧技术，能够提高硫精矿中硫的烧出率，采用封闭酸洗净化处理以及干燥处理，能够减少生产过程中的稀酸产出，因此，本公开的方法能够简易、高效地制备硫酸，具体地，本公开的方法中SO2总转化率大于99.7％，可见本公开的方法还具有较高的资源利用率。
Description
技术领域
本公开涉及硫酸制备技术领域，具体地，涉及一种利用硫精矿制备硫酸的方法。
背景技术
硫酸是重要的工业原料，可用于制造肥料、药物、炸药、颜料、洗涤剂、蓄电池等，也广泛应用于净化石油、金属冶炼以及染料等工业中。
随着工业的发展，各行各业对硫酸的需求量持续增长，导致硫酸的价格持续升高。为了满足工业生产的需要，同时降低硫酸的生产成本，仍需开发简易、高效且资源利用率高的硫酸制备方法。
发明内容
本公开的目的是提供一种利用硫精矿制备硫酸的方法，该方法具有简易、高效且资源利用率高的特点。
为了实现上述目的，本公开提供一种利用硫精矿制备硫酸的方法，该方法包括：
S1.将硫精矿在沸腾炉中进行氧化焙烧，得到第一炉气；
S2.将所述第一炉气进行除尘处理，得到第二炉气；
S3.将所述第二炉气进行净化处理，得到第三炉气，其中，所述净化处理包括封闭酸洗净化处理，所用净化淋洒酸液为质量百分浓度1～3％的稀硫酸；
S4.将所述第三炉气与空气混合后进行干燥处理，得到第四炉气，其中，所述第四炉气中，SO2的体积百分浓度为7～10％，含水量为0.1g/Nm3以下；
S5.将所述第四炉气进行转化处理和吸收处理，得到成品硫酸。
可选地，所述第一炉气的温度为875～925℃，SO2的体积百分浓度为11～14％；
步骤S2中，在将所述第一炉气进行除尘处理之前，还包括将所述第一炉气导入余热锅炉中进行降温处理并收集所述余热锅炉所产生的饱和蒸汽的操作，其中，降温处理后，所述第一炉气的温度为375～425℃。
可选地，步骤S1中，所述硫精矿的粒度＜3mm，以所述硫精矿的重量为基准，硫含量为35～40wt％，水量含为6～8wt％。
可选地，步骤S3中，所述将所述第二炉气进行净化处理，得到第三炉气，包括：
将所述第二炉气依次送入内喷文氏管和填料冷却塔中进行封闭酸洗净化处理，然后送入电除雾器中进行除雾处理，得到所述第三炉气；
其中，所述内喷文氏管具有第一循环槽，所述填料冷却塔具有第二循环槽，所述封闭酸洗净化处理产生的净化废酸液经过滤处理后重新送入所述第一循环槽和/或所述第二循环槽中循环使用。
可选地，步骤S5中，所述将所述第四炉气进行转化处理和吸收处理，得到成品硫酸，包括：
S501.将所述第四炉气送入换热器中进行第一换热处理，得到第五炉气，其中，所述第五炉气的温度为400～450℃；
S502.将所述第五炉气送入转化器第1～3段催化剂层中进行第一次转化，然后送入换热器中进行第二换热处理，得到第六炉气，其中，所述第六炉气的温度为150～200℃；
S503.将所述第六炉气送入第一吸收塔中进行吸收处理，得到第一吸收液和第七炉气；
S504.将所述第七炉气送入换热器中进行第三换热处理，得到第八炉气，其中，所述第八炉气的温度为370～420℃；
S505.将所述第八炉气送入转化器第4～5段催化剂层中进行第二次转化，然后送入转换器中进行第四换热处理，得到第九炉气，其中，所述第九炉气的温度为120～170℃；
S506.将所述第九炉气送入第二吸收塔中进行吸收处理，得到第二吸收液和尾气；
S507.将所述第一吸收液和/或所述第二吸收液进行加工制得成品硫酸。
可选地，步骤S4中，所述将所述第三炉气与空气混合后进行干燥处理，得到第四炉气，包括：
将所述第三炉气与空气混合后送入干燥塔中，利用干燥淋洒酸液进行干燥处理，所述干燥淋洒酸液为质量百分浓度93％的硫酸。
可选地，所述干燥塔具有第三循环槽，所述第三循环槽与所述第一吸收塔和/或第二吸收塔连通，所述方法还包括：
将干燥塔中干燥处理产生的干燥废酸液送入所述第三循环槽，并使其与来自所述第一吸收塔的部分第一吸收液和/或来自所述第二吸收塔的部分第二吸收液混合，得到质量百分浓度93％的硫酸，作为所述干燥淋洒酸液循环使用。
可选地，步骤S503和/或S506中进行吸收处理时，所用吸收淋洒酸液为质量百分浓度93％～98％的硫酸，所述方法还包括：
将所述第三循环槽中多余的质量百分浓度93％的硫酸送入所述第一吸收塔和/或所述第二吸收塔中作为吸收淋洒酸液使用。
可选地，所述第一吸收塔和所述第二吸收塔与第四循环槽连通，所述方法还包括：
将所述第一吸收液和/或所述第二吸收液送入所述第四循环槽中，加水稀释得到质量百分浓度为93％～98％的稀释硫酸，并将部分所述稀释硫酸作为所述吸收淋洒酸液循环使用。
可选地，所述方法还包括：
将所述第四循环槽中多余的所述稀释硫酸进行分流，一部分送入所述第三循环槽中与干燥废酸液混合，一部分送入成品酸库作为所述成品硫酸。
通过上述技术方案，本公开的方法中，采用沸腾炉氧化焙烧技术，能够提高硫精矿中硫的烧出率，采用封闭酸洗净化处理以及干燥处理，能够减少生产过程中的稀酸产出，因此，本公开的方法能够简易、高效地制备硫酸，具体地，本公开的方法中SO2总转化率大于99.7％，可见本公开的方法还具有较高的资源利用率。
本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
以下对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
本公开提供一种利用硫精矿制备硫酸的方法，该方法包括：S1.将硫精矿在沸腾炉中进行氧化焙烧，得到第一炉气；S2.将所述第一炉气进行除尘处理，得到第二炉气；S3.将所述第二炉气进行净化处理，得到第三炉气，其中，所述净化处理包括封闭酸洗净化处理，所用净化淋洒酸液为质量百分浓度1～3％的稀硫酸；S4.将所述第三炉气与空气混合后进行干燥处理，得到第四炉气，其中，所述第四炉气中，SO2的体积百分浓度为7～10％，含水量为0.1g/Nm3以下；S5.将所述第四炉气进行转化处理和吸收处理，得到成品硫酸。
在上述技术方案中，通过采用沸腾炉氧化焙烧技术，能够提高硫精矿中硫的烧出率，通过采用封闭酸洗净化处理以及干燥处理，能够减少生产过程中的稀酸产出，因此，本公开的方法能够简易、高效地制备硫酸，具体地，本公开的方法中SO2总转化率大于99.7％，可见本公开的方法还具有较高的资源利用率。
根据本公开，所述第一炉气的温度和SO2浓度可以在一定的范围内变化，例如，所述第一炉气的温度可以为875～925℃，SO2的体积百分浓度可以为11～14％。
为了进一步增加资源利用率，增加产品多样性，提高经济效益，步骤S2中，在将所述第一炉气进行除尘处理之前，还可以包括将所述第一炉气导入余热锅炉中进行降温处理并收集所述余热锅炉所产生的饱和蒸汽的操作，其中，降温处理后，所述第一炉气的温度为375～425℃。在该技术方案中，通过引入余热锅炉，不仅可以对第一炉气进行有效降温，还能够产生饱和蒸汽供销售或使用。
根据本公开，所述硫精矿可以在一定的范围内选择，例如，步骤S1中，所述硫精矿的粒度可以小于3mm，以所述硫精矿的重量为基准，硫含量可以为35～40wt％，水量含可以为6～8wt％。其中，在步骤S1中，可以实时监控沸腾炉出口处的氧含量，并根据氧含量来控制硫精矿的加入量，从而达到控制第一炉气中SO2的体积百分浓度的目的。
具体地，硫精矿可以由焙烧炉的加料斗，通过皮带给料机连续均匀地送至沸腾炉中进行氧化焙烧。可以采用氧表控制沸腾炉出口处的氧含量，根据其氧含量对沸腾炉的加矿量进行自调，使得氧含量保持在稳定水平。
可选地，步骤S2中，在将所述第一炉气进行除尘处理时，可以将所述第一炉气依次送入旋风除尘器和电除尘器中进行除尘处理，得到所述第二炉气，其中，所述第二炉气的温度可以为325～375℃，含尘量不大于0.2g/Nm3。
来自沸腾炉的高温矿渣会同来自余热锅炉、旋风除尘器的高温矿尘分别通过卸灰阀进入冷却滚筒进行冷却；来自电除尘器的矿尘通过埋刮板输送机也进入冷却滚筒进行冷却。冷却后的矿渣通过带式输送机送至渣场，直接通过汽车倒运至水泥厂作为添加剂。
根据本公开，步骤S3中，所述将所述第二炉气进行净化处理，得到第三炉气，可以包括：将所述第二炉气依次送入内喷文氏管和填料冷却塔中进行封闭酸洗净化处理，然后送入电除雾器中进行除雾处理，得到所述第三炉气；其中，所述内喷文氏管具有第一循环槽，所述填料冷却塔具有第二循环槽，所述封闭酸洗净化处理产生的净化废酸液经过滤处理后重新送入所述第一循环槽和/或所述第二循环槽中循环使用。
具体地，将来自电除尘器的第二炉气送入内喷文氏管中，利用净化淋洒酸液除去一部分矿尘，然后送入填料冷却塔中，进一步除去矿尘、砷、氟等有害物质，并使气体温度降至40℃以下，再送入电除雾器中除去酸雾，得到酸雾含量不大于0.03g/Nm3的第三炉气。
内喷文氏管采用绝热蒸发，循环酸系统不设冷却器，热量由后面的填料冷却塔稀酸冷却器带走。内喷文氏管淋洒酸流出后，经西恩过滤器过滤，清液回文氏管第一循环槽，进入循环系统循环使用，一部分循环液通过循环泵打入脱气塔，经脱吸后的清液通过脱气塔循环泵送入稀酸贮槽，作为稀酸副产品送入磷肥厂自用。西恩过滤器过滤下来的污泥，排入酸沟，采用石灰中和处理后送入渣场。
填料冷却塔为塔、槽一体结构，淋洒酸从冷却塔塔底第二循环槽流出，通过冷却塔循环泵打入冷却塔循环使用。增多的循环酸串入文氏管第一循环槽，整个净化系统热量由稀酸板式冷却器带走。
在生产中，考虑到因突然停电造成高温炉气影响净化设备，本公开中还可以在文氏管上方设置高位水箱，通过文氏管出口气温与文氏管高位水箱出水阀联锁来保护下游设备和管道。
根据本公开，步骤S5中，所述将所述第四炉气进行转化处理和吸收处理，得到成品硫酸，可以包括：S501.将所述第四炉气送入换热器中进行第一换热处理，得到第五炉气，其中，所述第五炉气的温度为400～450℃；S502.将所述第五炉气送入转化器第1～3段催化剂层中进行第一次转化，然后送入换热器中进行第二换热处理，得到第六炉气，其中，所述第六炉气的温度为150～200℃；S503.将所述第六炉气送入第一吸收塔中进行吸收处理，得到第一吸收液和第七炉气；S504.将所述第七炉气送入换热器中进行第三换热处理，得到第八炉气，其中，所述第八炉气的温度为370～420℃；S505.将所述第八炉气送入转化器第4～5段催化剂层中进行第二次转化，然后送入转换器中进行第四换热处理，得到第九炉气，其中，所述第九炉气的温度为120～170℃；S506.将所述第九炉气送入第二吸收塔中进行吸收处理，得到第二吸收液和尾气；S507.将所述第一吸收液和/或所述第二吸收液进行加工制得成品硫酸。
根据本公开，步骤S4中，所述将所述第三炉气与空气混合后进行干燥处理，得到第四炉气，可以包括：将所述第三炉气与空气混合后送入干燥塔中，利用干燥淋洒酸液进行干燥处理，所述干燥淋洒酸液为质量百分浓度93％的硫酸。
可选地，所述干燥塔具有第三循环槽，所述第三循环槽与所述第一吸收塔和/或第二吸收塔连通，所述方法还可以包括：将干燥塔中干燥处理产生的干燥废酸液送入所述第三循环槽，并使其与来自所述第一吸收塔的部分第一吸收液和/或来自所述第二吸收塔的部分第二吸收液混合，得到质量百分浓度93％的硫酸，作为所述干燥淋洒酸液循环使用。
可选地，步骤S503和/或S506中进行吸收处理时，所用吸收淋洒酸液为质量百分浓度93％～98％的硫酸，所述方法还可以包括：将所述第三循环槽中多余的质量百分浓度93％的硫酸送入所述第一吸收塔和/或所述第二吸收塔中作为吸收淋洒酸液使用。
具体地，干燥塔系填料塔，塔顶装有金属丝网除雾器。塔内用质量百分浓度93％的硫酸淋洒，质量百分浓度93％的硫酸在干燥过程中吸水稀释后自塔底流入干燥塔的第三循环槽，第三循环槽内配入由吸收塔酸冷却器出口串来的质量百分浓度98％的硫酸，以维持其中循环酸的浓度。第三循环槽中的循环酸经干燥塔循环泵打入干燥塔酸冷却器冷却后，进入干燥塔循环使用。增多的93％酸全部通过干燥塔循环泵串入第一吸收塔作为吸收淋洒酸液使用。
可选地，所述第一吸收塔和所述第二吸收塔与第四循环槽连通，所述方法还可以包括：将所述第一吸收液和/或所述第二吸收液送入所述第四循环槽中，加水稀释得到质量百分浓度为93％～98％的稀释硫酸，并将部分所述稀释硫酸作为所述吸收淋洒酸液循环使用。
可选地，所述方法还可以包括：将所述第四循环槽中多余的所述稀释硫酸进行分流，一部分送入所述第三循环槽中与干燥废酸液混合，一部分送入成品酸库作为成品硫酸。
具体地，第一吸收塔和第二吸收塔均为填料塔，第一吸收塔和第二吸收塔共用第四循环槽，淋洒酸的质量百分浓度例如可以为93％～98％，吸收SO3后的所述第一吸收液和/或所述第二吸收液自塔底流入第四循环槽中混合，加水调节酸浓至93％～98％，然后经吸收塔循环泵打入吸收塔酸冷却器冷却后，进入吸收塔循环使用。增多的93％～98％硫酸，一部分串入干燥塔循环槽，一部分作为成品酸经过地下槽后直接输入成品酸库。
下面通过实施例来进一步说明本公开，但是本公开并不因此而受到任何限制。
本公开实施例中涉及的原料、试剂、仪器及设备，如无特殊说明，均可通过购买获得。
实施例1
按照如下方法制备硫酸：
(1)将含硫38wt％、含水6～8wt％的硫精矿由焙烧炉的加料斗，通过皮带给料机连续均匀地送至沸腾炉中进行氧化焙烧，得到第一炉气，其中，通过氧表控制沸腾炉出口处的含氧量，并根据含氧量调控硫精矿的加料量，使得第一炉气的温度为900℃，SO2的体积百分浓度为12.5％；
(2)利用余热锅炉将第一炉气的温度降至400℃，然后将从余热锅炉出来的第一炉气送入旋风除尘器、电除尘器中进一步除尘，得到第二炉气，其中，第二炉气的温度为350℃，含尘量<0.2g/Nm3；
(3)将从电除尘器流出的第二炉气送入内喷文氏管中，用浓度约2％的稀硫酸除去一部分矿尘，然后送入填料冷却塔，进一步除去矿尘、砷、氟等有害物质，并使炉气温度降至40℃以下，再经过电除雾器除去酸雾，得到酸雾含量<0.03g/Nm3的第三炉气；
(4)将第三炉气与一定量空气混合，控制SO2的体积百分浓度为8.5％，然后送入干燥塔中进行干燥处理，得到第四炉气，其中，所述第四炉气中，含水量为0.1g/Nm3；
(5)第四炉气经干燥塔金属丝网除沫器除沫后，进入二氧化硫鼓风机升压，然后经第III换热器和第I换热器换热至430℃，送入转化器进行第一次转化，其中第一次转化分别经一、二、三段催化剂层反应和I、II、III换热器换热，转化率达到92％，反应换热后的炉气降温至180℃，进入第一吸收塔吸收SO3后，再分别经过第V、第IV和第II换热器换热后，进入转化器四和五段进行第二次转化，总转化率达到99.7％以上，二次转化气经第V换热器换热后，温度降至156℃，进入第二吸收塔吸收SO3；
第一吸收塔和第二吸收塔均为填料塔，第一吸收塔和第二吸收塔共用一个酸循环槽，淋洒酸浓度为98％，吸收SO3后的酸自塔底流入吸收塔循环槽混合，加水调节酸浓至98％，然后经吸收塔循环泵打入吸收塔酸冷却器冷却后，进入吸收塔循环使用，增多的98％硫酸，一部分串入干燥塔循环槽，一部分作为成品酸经过地下槽后直接输入成品酸库；
第二吸收塔吸收SO3后得到的尾气，经塔顶的纤维除雾器除雾后，通过60m烟囱达标排放。
经计算，本实施例的总硫利用率为99.3％。
实施例2
按照实施例1的方法制备硫酸，所不同的是：步骤(1)中，通过氧表控制沸腾炉出口处的含氧量，并根据含氧量调控硫精矿的加料量，使得SO2的体积百分浓度为11％；步骤(4)中，控制SO2的体积百分浓度为7％，第四炉气的含水量为0.1g/Nm3。
经计算，本实施例的总硫利用率为98.8％。
实施例3
按照实施例1的方法制备硫酸，所不同的是：步骤(1)中，通过氧表控制沸腾炉出口处的含氧量，并根据含氧量调控硫精矿的加料量，使得SO2的体积百分浓度为14％；步骤(4)中，控制SO2的体积百分浓度为10％，第四炉气的含水量为0.1g/Nm3。
经计算，本实施例的总硫利用率为98.7％。
对比例1
按照实施例1的方法制备硫酸，所不同的是：步骤(1)中，通过氧表控制沸腾炉出口处的含氧量，并根据含氧量调控硫精矿的加料量，使得SO2的体积百分浓度为20％。
经计算，本对比例的总硫利用率为89.4％。
对比例2
按照实施例1的方法制备硫酸，所不同的是：步骤(4)中，第三炉气不与空气混合，则第四炉气的SO2的体积百分浓度为12.5％。
经计算，本对比例的总硫利用率为90.5％。
以上详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。
Claims (10)
1.一种利用硫精矿制备硫酸的方法，其特征在于，该方法包括：
S1.将硫精矿在沸腾炉中进行氧化焙烧，得到第一炉气；
S2.将所述第一炉气进行除尘处理，得到第二炉气；
S3.将所述第二炉气进行净化处理，得到第三炉气，其中，所述净化处理包括封闭酸洗净化处理，所用净化淋洒酸液为质量百分浓度1～3％的稀硫酸；
S4.将所述第三炉气与空气混合后进行干燥处理，得到第四炉气，其中，所述第四炉气中，SO2的体积百分浓度为7～10％，含水量为0.1g/Nm3以下；
S5.将所述第四炉气进行转化处理和吸收处理，得到成品硫酸。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一炉气的温度为875～925℃，SO2的体积百分浓度为11～14％；
步骤S2中，在将所述第一炉气进行除尘处理之前，还包括将所述第一炉气导入余热锅炉中进行降温处理并收集所述余热锅炉所产生的饱和蒸汽的操作，其中，降温处理后，所述第一炉气的温度为375～425℃。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中，所述硫精矿的粒度＜3mm，以所述硫精矿的重量为基准，硫含量为35～40wt％，水量含为6～8wt％。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3中，所述将所述第二炉气进行净化处理，得到第三炉气，包括：
将所述第二炉气依次送入内喷文氏管和填料冷却塔中进行封闭酸洗净化处理，然后送入电除雾器中进行除雾处理，得到所述第三炉气；
其中，所述内喷文氏管具有第一循环槽，所述填料冷却塔具有第二循环槽，所述封闭酸洗净化处理产生的净化废酸液经过滤处理后重新送入所述第一循环槽和/或所述第二循环槽中循环使用。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S5中，所述将所述第四炉气进行转化处理和吸收处理，得到成品硫酸，包括：
S501.将所述第四炉气送入换热器中进行第一换热处理，得到第五炉气，其中，所述第五炉气的温度为400～450℃；
S502.将所述第五炉气送入转化器第1～3段催化剂层中进行第一次转化，然后送入换热器中进行第二换热处理，得到第六炉气，其中，所述第六炉气的温度为150～200℃；
S503.将所述第六炉气送入第一吸收塔中进行吸收处理，得到第一吸收液和第七炉气；
S504.将所述第七炉气送入换热器中进行第三换热处理，得到第八炉气，其中，所述第八炉气的温度为370～420℃；
S505.将所述第八炉气送入转化器第4～5段催化剂层中进行第二次转化，然后送入转换器中进行第四换热处理，得到第九炉气，其中，所述第九炉气的温度为120～170℃；
S506.将所述第九炉气送入第二吸收塔中进行吸收处理，得到第二吸收液和尾气；
S507.将所述第一吸收液和/或所述第二吸收液进行加工制得成品硫酸。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤S4中，所述将所述第三炉气与空气混合后进行干燥处理，得到第四炉气，包括：
将所述第三炉气与空气混合后送入干燥塔中，利用干燥淋洒酸液进行干燥处理，所述干燥淋洒酸液为质量百分浓度93％的硫酸。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，
所述干燥塔具有第三循环槽，所述第三循环槽与所述第一吸收塔和/或第二吸收塔连通，所述方法还包括：
将干燥塔中干燥处理产生的干燥废酸液送入所述第三循环槽，并使其与来自所述第一吸收塔的部分第一吸收液和/或来自所述第二吸收塔的部分第二吸收液混合，得到质量百分浓度93％的硫酸，作为所述干燥淋洒酸液循环使用。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，
步骤S503和/或S506中进行吸收处理时，所用吸收淋洒酸液为质量百分浓度93％～98％的硫酸，所述方法还包括：
将所述第三循环槽中多余的质量百分浓度93％的硫酸送入所述第一吸收塔和/或所述第二吸收塔中作为吸收淋洒酸液使用。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第一吸收塔和所述第二吸收塔与第四循环槽连通，所述方法还包括：
将所述第一吸收液和/或所述第二吸收液送入所述第四循环槽中，加水稀释得到质量百分浓度为93％～98％的稀释硫酸，并将部分所述稀释硫酸作为所述吸收淋洒酸液循环使用。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
将所述第四循环槽中多余的所述稀释硫酸进行分流，一部分送入所述第三循环槽中与干燥废酸液混合，一部分送入成品酸库作为所述成品硫酸。
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