CN114534641B - 一种制备硫酸的设备及制备硫酸的设备的预热方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种制备硫酸的设备及制备硫酸的设备的预热方法，涉及硫酸制备技术领域。该制备硫酸的设备包括废热锅炉、转化器及冷凝器。所述废热锅炉的上方设置有汽包，所述废热锅炉连接有开工蒸汽管，所述开工蒸汽管设置有蒸汽阀门；所述转化器内设置有催化剂、床间冷却器及过程气冷却器，所述转化器的一端与所述废热锅炉连通，所述床间冷却器与所述汽包的顶部连通，所述过程气冷却器与所述汽包的底部连通；所述冷凝器与所述转化器的底部连通。该制备硫酸的设备能够保证整个系统具有较快的升温速率，又能够准确控制过程气冷却器的升温速率，从而保护冷凝器。

Description

一种制备硫酸的设备及制备硫酸的设备的预热方法
技术领域
本发明涉及硫酸制备技术领域，尤其涉及一种制备硫酸的设备及制备硫酸的设备的预热方法。
背景技术
硫酸(H2SO4)是一种重要的商业化学品，其主要用于化肥生产，还用在粘胶纤维、颜料的生产中、电池中、冶金工业中和精炼工业中。在制酸过程之前，需要利用蒸汽进行煮炉，以防止点火时产生的水汽在催化剂上冷凝，使催化剂粉化而失效，也使催化层阻力增大；另外一个原因是产生的少量SO2转化成SO3，最终也会冷凝在设备上，造成设备腐蚀。
现有的煮炉方法通常是在废热锅炉底部引入开工蒸汽对制备硫酸的设备加热，同时为防止过程气冷却器升温速度过慢，也需要在过程气冷却器处引入开工蒸汽，容易导致过程气冷却器处升温的速度难以控制，如果温升超过5℃/h，可能损坏冷凝器内的酸保护内衬，从而造成停产的生产事故。
针对上述问题，需要开发一种制备硫酸的设备及制备硫酸的设备的预热方法，以解决现有的煮炉方法难以控制升温速率的问题。
发明内容
本发明的目的在于提出一种制备硫酸的设备及制备硫酸的设备的预热方法，能够保证整个系统具有较快的升温速率，又能够准确控制过程气冷却器的升温速率，从而保护冷凝器。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种制备硫酸的设备，包括：
废热锅炉，所述废热锅炉的上方设置有汽包，所述废热锅炉连接有开工蒸汽管，所述开工蒸汽管设置有蒸汽阀门；
转化器，所述转化器内设置有催化剂、床间冷却器及过程气冷却器，所述转化器的一端与所述废热锅炉连通，所述床间冷却器与所述汽包的顶部连通，所述过程气冷却器与所述汽包的底部连通；
冷凝器，所述冷凝器与所述转化器的底部连通。
优选地，所述床间冷却器包括第一床间冷却器及第二床间冷却器，所述第一床间冷却器的两端分别连接有第一进气管与第一出气管，所述第二床间冷却器的两端分别连接有第二进气管与第二出气管，所述第一进气管与所述汽包的顶部连通，所述第一出气管与所述第二进气管连通。
优选地，所述转化器还包括第一连通管，所述第一床间冷却器包括第一阀门与第二阀门，所述第一连通管的两端分别连通所述第一进气管与所述第一出气管，所述第一阀门设置于所述第一出气管，所述第二阀门设置于所述第一连通管。
优选地，所述转化器还包括第二连通管、第三阀门与第四阀门，所述第二连通管的两端分别连通所述第二进气管与所述第二出气管，所述第三阀门设置于所述第二出气管，所述第四阀门设置于所述第二连通管。
优选地，所述催化剂间隔设置有三层，所述第一床间冷却器与所述第二床间冷却器分别设置于三层所述催化剂之间的不同间隔内。
优选地，所述第一床间冷却器与所述第二床间冷却器均为螺旋管状。
优选地，所述汽包与所述过程气冷却器之间设置有排污管，所述排污管设置有排污阀。
优选地，还包括SCR反应器，所述SCR反应器设置于所述废热锅炉与所述转化器之间并分别与所述废热锅炉与所述转化器连通。
一种制备硫酸的设备的预热方法，利用所述的制备硫酸的设备，步骤如下：
S1、打开蒸汽阀门，使蒸汽进入所述废热锅炉并加热所述废热锅炉内的水；
S2、打开所述床间冷却器的阀门，使蒸汽通过所述床间冷却器；
S3、打开所述过程气冷却器的排污阀。
优选地，步骤S1中，半开所述蒸汽阀门，待步骤S3结束后，将所述蒸汽阀门打开至全开。
本发明的有益效果：
本发明提供了一种制备硫酸的设备及制备硫酸的设备的预热方法。该制备硫酸的设备中，开工蒸汽进入废热锅炉后加热锅炉水，并与燃烧风机吹入废热锅炉的燃烧空气换热，之后锅炉水的蒸汽进入汽包，并通过管道进入床间冷却器进行加热。燃烧空气进去转化器并对转化器进行加热。操作人员通过打开过程气冷却器的阀门，使汽包内的锅炉水流入过程气冷却器，并通过控制阀门的开度来调节过程气冷却器的升温速度。
该制备硫酸的设备通过锅炉水的蒸汽与燃烧空气共同对整个系统进行加热升温，并利用汽包内的锅炉水单独对过程气冷却器进行加热升温，既能够保证整个系统具有较快的升温速率，又能够准确控制过程气冷却器的升温速率，从而保护冷凝器。
附图说明
图1是本发明提供的制备硫酸的设备的结构示意图；
图2是本发明图1中A处的局部放大图。
图中：
1、废热锅炉；2、转化器；3、冷凝器；4、排污管；5、SCR反应器；6、焚烧炉；7、燃烧风机；8、烟囱；
11、汽包；12、开工蒸汽管；13、蒸汽阀门；21、催化剂；22、第一床间冷却器；23、第二床间冷却器；24、过程气冷却器；25、第一连通管；26、第二连通管；31、冷凝管；32、冷却风机；41、排污阀；
231、第一进气管；232、第一出气管；233、第一阀门；234、第二阀门；241、第二进气管；242、第二出气管；243、第三阀门；244、第四阀门。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。
除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一特征和第二特征直接接触，也可以包括第一特征和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
WSA制酸工艺主要是把脱硫解析系统来的酸汽(主要含硫化氢)在焚烧炉6内燃烧，生产二氧化硫，经过废热锅炉1冷却后，再经过转化器2内催化剂21的作用由SO2转化为SO3，并在冷凝器3内冷凝，最后形成浓硫酸，送去硫铵单元使用。
然而，焚烧炉6点火时会产生水汽与SO2，若制备硫酸的设备内的温度没有全部达到100℃以上，产生的水汽会在催化层上冷凝使催化剂21粉化而失效，也使催化层阻力增大；另外一个原因是产生的少量SO2转化成SO3，最终也会冷凝在设备上，造成设备腐蚀。
现有的煮炉方法通常是在废热锅炉1底部引入开工蒸汽对制备硫酸的设备加热，同时为防止过程气冷却器24升温速度过慢，也需要在过程气冷却器24处引入开工蒸汽，容易导致过程气冷却器24处升温的速度难以控制，如果温升超过5℃/h，可能损坏冷凝器3内的酸保护内衬，从而造成停产的生产事故。
第一实施例
本实施例提供了一种制备硫酸的设备。如图1所示，该制备硫酸的设备包括废热锅炉1、转化器2及冷凝器3。废热锅炉1的上方设置有汽包11，废热锅炉1连接有开工蒸汽管12，开工蒸汽管12设置有蒸汽阀门13。转化器2内设置有催化剂21、床间冷却器及过程气冷却器24，转化器2的一端与废热锅炉1连通，床间冷却器与汽包11的顶部连通，过程气冷却器24与汽包11的底部连通。冷凝器3与转化器2的底部连通。
具体地，制备硫酸的设备还包括燃烧风机7和焚烧炉6，燃烧风机7用于向焚烧炉6吹入高温的空气，使焚烧炉6内的硫化氢与氧气反应生成SO2与水，并随空气进入废热锅炉1。
在制酸开始之前，操作人员使开工蒸汽进入废热锅炉1后加热锅炉水，并与燃烧风机7吹入废热锅炉1的燃烧空气换热，之后锅炉水蒸发产生的蒸汽进入汽包11，并通过管道进入床间冷却器进行加热，燃烧空气进去转化器2并对转化器2进行加热。操作人员通过打开过程气冷却器24的阀门，使汽包11内的锅炉水流入过程气冷却器24，并通过控制阀门的开度来调节过程气冷却器24的升温速度。
该制备硫酸的设备通过锅炉水的蒸汽与燃烧空气共同对整个系统进行加热升温，并利用汽包11内的锅炉水单独对过程气冷却器24进行加热升温，既能够保证整个系统具有较快的升温速率，又能够准确控制过程气冷却器24的升温速率，从而保护冷凝器3。
优选地，如图2所示，床间冷却器包括第一床间冷却器22及第二床间冷却器23，第一床间冷却器22的两端分别连接有第一进气管231与第一出气管232，第二床间冷却器23的两端分别连接有第二进气管241与第二出气管242，第一进气管231与汽包11的顶部连通，第一出气管232与第二进气管241连通。
汽包11内的蒸汽通过第一进气管231进入第一床间冷却器22，而后通过第一出气管232与第二进气管241进入第二床间冷却器23，并经过第二出气管242排出。蒸汽依次经过第一床间冷却器22和第二床间冷却器23，能够使转化器2内的温度快速上升，提高了效率。
其中，转化器2还包括第一连通管25、第一阀门233与第二阀门234，第一连通管25的两端分别连通第一进气管231与第一出气管232，第一阀门233设置于第一出气管232，第二阀门234设置于第一连通管25。
由于蒸汽优先经过第一床间冷却器22，使得第一床间冷却器22的温度会高于第二床间冷却器23的温度。当关闭第一阀门233并打开第二阀门234，蒸汽不再经过第一床间冷却器22，从而使较多的蒸汽经过第二床间冷却器23。操作人员可根据第一床间冷却器22和第二床间冷却器23的温度及升温速率来灵活调节第一阀门233与第二阀门234的开度。
同理，转化器2还包括第二连通管26、第三阀门243与第四阀门244，第二连通管26的两端分别连通第二进气管241与第二出气管242，第三阀门243设置于第二出气管242，第四阀门244设置于第二连通管26。
当关闭第三阀门243并打开第四阀门244，蒸汽不再经过第二床间冷却器23，从而使第二床间冷却器23停止升温。操作人员可根据第一床间冷却器22和第二床间冷却器23的温度及升温速率来灵活调节第三阀门243与第四阀门244的开度。
如图1和图2所示，催化剂21间隔设置有三层，第一床间冷却器22与第二床间冷却器23分别设置于三层催化剂21之间的不同间隔内。设置三层催化剂21，能够使SO2能够充分与O2发生反应生产SO3，从而提高转化率，降低成本。
具体地，第一床间冷却器22与第二床间冷却器23均为螺旋管状。螺旋管状的结构能够大幅增加第一床间冷却器22和第二床间冷却器23的表面积，从而增大换热面积，既能够在煮炉的过程中使炉内快速升温，又能够在制酸的过程中使反应生产的SO3能够被快速降温。
优选地，汽包11与过程气冷却器24之间设置有排污管4，排污管4设置有排污阀41。因过程气冷却器24处于低点，其内部的锅炉水得不到有效置换，使此点的锅炉水温度难以上升，从而也导致了过程气冷却器24的温升速率较低，达不到要求。而通过打开排污阀41，使得过程气冷却器24处的排污管4打开，此处的冷水得以排出，可以使过程气冷却器24的温升满足升温要求，避免温升太慢。
优选地，该制备硫酸的设备还包括SCR(Selective Catalytic Reduction)反应器5，SCR反应器5设置于废热锅炉1与转化器2之间并分别与废热锅炉1与转化器2连通。SCR反应器5为现有技术，能够清除氮氧化物杂质，提高SO2的纯净度。
可以理解的是，SO3与水反应生产硫酸是个放热反应，生成的硫酸温度较高，为了提高硫酸在冷凝器3内的降温速率，冷凝器3还包括冷凝管31及冷却风机32，冷凝管31的一端与冷却风机32连接，冷凝管31的另一端伸向冷凝器3的外部。
为了保护环境，该制备硫酸的设备还包括烟囱8，冷凝管31与冷凝器3均与烟囱8连通。烟囱8能够净化冷凝器3的尾气，防止污染大气和环境，冷凝管31的气体进入烟囱8，还能够提高烟囱8的排气能力。
第二实施例
本实施例提供了一种制备硫酸的设备的预热方法，该制备硫酸的设备的预热方法利用了上述的制备硫酸的设备，步骤如下：
S1、打开蒸汽阀门13，使蒸汽进入废热锅炉1并加热废热锅炉1内的水；
S2、打开床间冷却器的阀门，使蒸汽通过床间冷却器；
S3、打开过程气冷却器24的排污阀41。
操作人员使开工蒸汽进入废热锅炉1后加热锅炉水，并与燃烧风机7吹入废热锅炉1的燃烧空气换热，之后锅炉水的蒸汽进入汽包11，并通过管道进入床间冷却器进行加热，燃烧空气进去转化器2并对转化器2进行加热，通过锅炉水的蒸汽与燃烧空气共同对整个系统进行加热升温，保证整个系统具有较快的升温速率。通过打开排污阀41，使得过程气冷却器24处的排污管4打开，此处的冷水得以排出，可以使过程气冷却器24的温升满足升温要求，避免温升太慢。
优选地，步骤S1中，半开蒸汽阀门13，待步骤S3结束后，将蒸汽阀门13打开至全开。可以理解的是，蒸汽阀门13全开会导致整个系统前后温差较大，升温过快容易导致气体膨胀过快引起振动，增加环境噪音。而先半开阀门，能够使制备硫酸的设备平稳升温，待温度达到一定程度后，再全开阀门，既能够保证升温速率，又能够提高稳定性。
优选地，步骤S2中，先打开第一阀门233和第三阀门243，关闭第二阀门234和第四阀门244，能够使汽包11内的蒸汽依次通过第一床间冷却器22和第二床间冷却器23，从而保证转化器2内温度的上升。过程中，操作人员能够根据实际温度的变化来调节四个阀门，改变蒸汽的路径。
优选地，步骤S1之后，操作人员打开燃烧风机7，并控制燃烧风机7的风量保持在2000-3000m3/h，并将废热锅炉1的旁通翻板保持全关闭状态，增大废热锅炉1内燃烧风与锅炉水的换热面积。并将与废热锅炉1进行换热后的气体吹入转化器2来对转化器2进行升温。
进一步地，步骤S3之后，操作人员增加燃烧风机7的风量，使风量达到4000-5000m3/h，使与废热锅炉1换热后的热风能更迅速的把热量带到下游管道及设备，提高升温速率。
具体地，升温过程中，SCR反应器5、转化器2内部各处的升温速率不大于30℃/h，最终升温至100℃，冷凝器3进口处的升温速率不大于5℃/h。
通过实践验证，之前升温需要16小时的时间，现在可以缩短到8小时完成，效率提高非常明显。
以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种制备硫酸的设备，其特征在于，包括：
废热锅炉（1），所述废热锅炉（1）的上方设置有汽包（11），所述废热锅炉（1）连接有开工蒸汽管（12），所述开工蒸汽管（12）设置有蒸汽阀门（13）；
转化器（2），所述转化器（2）内设置有催化剂（21）、床间冷却器及过程气冷却器（24），所述转化器（2）的一端与所述废热锅炉（1）连通，所述过程气冷却器（24）与所述汽包（11）的底部连通，所述床间冷却器包括第一床间冷却器（22）及第二床间冷却器（23），所述转化器（2）还包括第一连通管（25）和第二连通管（26），所述第一床间冷却器（22）的两端分别连接有第一进气管（231）与第一出气管（232），所述第一进气管（231）与所述汽包（11）的顶部连通，所述第二床间冷却器（23）的两端分别连接有第二进气管（241）与第二出气管（242），所述第一出气管（232）与所述第二进气管（241）连通，所述转化器（2）还包括第一阀门（233）、第二阀门（234）、第三阀门（243）与第四阀门（244），所述第一连通管（25）的两端分别连通所述第一进气管（231）与所述第一出气管（232），所述第一阀门（233）设置于所述第一出气管（232），所述第二阀门（234）设置于所述第一连通管（25），所述第二连通管（26）的两端分别连通所述第二进气管（241）与所述第二出气管（242），所述第三阀门（243）设置于所述第二出气管（242），所述第四阀门（244）设置于所述第二连通管（26）；
冷凝器（3），所述冷凝器（3）与所述转化器（2）的底部连通；
排污管（4），所述排污管（4）设置于所述汽包（11）与所述过程气冷却器（24）之间，所述排污管（4）设置有排污阀（41）；
当关闭所述第一阀门（233）并打开所述第二阀门（234），蒸汽不再经过所述第一床间冷却器（22），从而使蒸汽经过所述第二床间冷却器（23），根据所述第一床间冷却器（22）和所述第二床间冷却器（23）的温度及升温速率来调节所述第一阀门（233）与所述第二阀门（234）的开度；
当关闭所述第三阀门（243）并打开所述第四阀门（244），蒸汽不再经过所述第二床间冷却器（23），从而使所述第二床间冷却器（23）停止升温，根据所述第一床间冷却器（22）和所述第二床间冷却器（23）的温度及升温速率来调节所述第三阀门（243）与所述第四阀门（244）的开度。
2.根据权利要求1所述的制备硫酸的设备，其特征在于，所述催化剂（21）间隔设置有三层，所述第一床间冷却器（22）与所述第二床间冷却器（23）分别设置于三层所述催化剂（21）之间的不同间隔内。
3.根据权利要求1所述的制备硫酸的设备，其特征在于，所述第一床间冷却器（22）与所述第二床间冷却器（23）均为螺旋管状。
4.根据权利要求1所述的制备硫酸的设备，其特征在于，还包括SCR反应器（5），所述SCR反应器（5）设置于所述废热锅炉（1）与所述转化器（2）之间并分别与所述废热锅炉（1）与所述转化器（2）连通。
5.一种制备硫酸的设备的预热方法，其特征在于，利用如权利要求1-4中任一项所述的制备硫酸的设备，步骤如下：
S1、打开蒸汽阀门（13），使蒸汽进入所述废热锅炉（1）并加热所述废热锅炉（1）内的水；
S2、打开所述床间冷却器的阀门，使蒸汽通过所述床间冷却器；
S3、打开所述过程气冷却器（24）的排污阀（41）。
6.根据权利要求5所述的制备硫酸的设备的预热方法，其特征在于，步骤S1中，半开所述蒸汽阀门（13），待步骤S3结束后，将所述蒸汽阀门（13）打开至全开。
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