CN116675184B - 一种循环生产三氧化硫的工艺及装备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种循环生产三氧化硫的工艺及装备，工艺包括如下步骤：S1.将初始空气通入焚硫炉中与液体硫磺燃烧，生成的第一混合气体经余热锅炉降温；S2.通过含有催化剂的转化器催化反应，生成第二混合气体；S3.第二混合气体通过热管换热器、3级导热油介质、1级低温氧气、1级水冷降温后，将三氧化硫凝结，凝结的三氧化硫通过1级重力沉降，通过多级并联旋液分离装置、纤维除雾器后，回收液体三氧化硫；S4.剩下的混合气体升温后回入焚硫炉；S5.进入下一个循环，循环步骤S1‑S5，此时，不再加入空气助燃。本发明单独循环生产三氧化硫，避免生产硫酸，在此基础上节省设备投资、节能降耗、环保以及设备运行条件好。

Description

一种循环生产三氧化硫的工艺及装备

技术领域

本发明涉及无机化工技术领域，具体涉及一种循环生产三氧化硫的工艺及装备。

背景技术

液体三氧化硫不但具有硫酸和发烟硫酸同样的性能，而且在合成洗涤剂、染料、石油加工、合成纤维、医药、农药等许多行业中，其磺化、酸化、催化脱水、水解、烷基化、吸水干燥等性能比浓硫酸和发烟硫酸更为优越，在国外，不但有专门研究液体三氧化硫生产与应用技术的公司或机构，而且已有许多生产部门用液体三氧化硫代替发烟硫酸应用于工业生产中。例如在合成洗涤剂生产中烷基苯的磺化；高级醇以及氧化乙烯加成物的磺化及硫酸化的反应；石油炼制中润滑油馏分的磺化；苯、甲苯、二甲苯、硝基苯、邻苯二甲酸等芳香族化合物的磺化等，都已采用液体三氧化硫代替发烟硫酸。

在发烟硫酸参与的反应中，能产生大量的废酸，废酸的处理能给环境造成一定的影响，三氧化硫代替发烟硫酸参与反应，不产生废酸，从根本上解决了生产中废酸处理难题。

在近几年因对人的身体健康的重视，代糖产品得到推广和应用。安赛蜜，化学式：C₄H₄KNO₄S，化学品，是一种食品添加剂。类似于糖精，易溶于水，增加食品甜味的，没有营养，口感好，无热量，具有在人体内不代谢、不吸收(是中老年人、肥胖病人、糖尿病患者理想的甜味剂)，对热和酸稳定性好等特点，是当前世界上第四代合成甜味剂。它和其它甜味剂混合使用能产生很强的协同效应，一般浓度下可增加甜度30％～50％。安赛蜜生产中需要液体三氧化硫，作为食品添加剂对三氧化硫质量要求较高，普通液体三氧化硫中含有二氧化硫等还原物及杂质，不符合安赛蜜生产要求。

中国专利文献CN114212759A公开了一种高纯度液体三氧化硫的生产工艺，包括以下步骤：将硫酸生产工艺中三段出口产生的烟气通入发烟酸吸收塔，用发烟酸喷淋吸收三氧化硫，吸收后的发烟酸进入发烟酸循环槽，发烟酸循环槽内的发烟酸，一部分经发烟酸冷却器继续吸收三氧化硫，另一部分经过发烟酸预热器加热进入蒸发器蒸发，加热后的液相回到发烟酸循环槽循环使用，蒸发处的气态冷凝后得到粗品液态三氧化硫；液态三氧化硫进入脱气塔上部，干燥空气从脱气塔下部进入，脱气处理后的液态三氧化硫进入三氧化硫储槽储存。该工艺采用吸收、蒸发、冷凝、脱气工艺，对三氧化硫进行吸收、生产、提纯，提高了三氧化硫的纯度。

该工艺是以硫酸生产工艺中三段出口产生的烟气作为原料进行液体三氧化硫的生产。是对硫酸生产工艺中转换的烟气进行进一步的处理，并不会单独的对三氧化硫的循环生产。

现有的单独的三氧化硫的制备方法或生产工艺产生废气，其中二氧化硫受总量排放限制，做不到理论上的零排放，设备投资大；两段转化设备及催化剂投资成本高；工艺路线长要求配用风机升压35Kpa以上，动力消耗大。以及受空气中水分影响，做不到多生产SO₃，因为燃烧时空气中水分的存在，同时对设备金属材料腐蚀严重。

发明内容

有鉴于此，为解决上述技术问题，本发明的目的在于提出一种循环生产三氧化硫的工艺及装备，本发明单独循环生产三氧化硫，避免生产硫酸，在此基础上节省设备投资、节能降耗、环保以及设备运行条件好。

所采用的技术方案为：

本发明的一种循环生产三氧化硫的工艺，包括如下步骤：

S1.将初始空气通入焚硫炉中与液体硫磺燃烧，生成含二氧化硫与空气的第一混合气体,二氧化硫气体浓度的体积百分比10％±1％；温度1050℃±50℃，压力14Kpa；第一混合气体经余热锅炉降温至450℃±10℃；

S2.通过含有催化剂的转化器催化反应，将第一混合气体中的部分二氧化硫氧化成三氧化硫，生成含二氧化硫、三氧化硫及空气的第二混合气体；生成的第二混合气体，二氧化硫气体浓度的体积百分比为6％±1％；温度600℃±10℃；

S3.第二混合气体通过热管换热器、3级导热油介质、1级低温氧气、1级水冷降温后，将第二混合气体中的三氧化硫凝结，凝结的三氧化硫通过1级重力沉降，通过多级并联旋液分离装置、纤维除雾器后，回收液体三氧化硫；在1级低温气体中，二氧化硫气体浓度的体积百分比6％±1％，加入的匹配的氧气为第二混合气体的体积百分比5％-6％；

S4.回收液体三氧化硫后剩下的混合气体，与3级导热油介质逆流换热后；再与热管换热器换热升温后，回入焚硫炉，与液体硫磺燃烧；

S5.进入下一个循环，循环步骤S1-S5，此时，不再加入空气助燃，燃烧生成的第三混合气体进入转化器催化，让打破反应平衡的二氧化硫继续转化成三氧化硫，开始下一个循环。

进一步地，S3中，第二混合气体通过热管换热器、3级导热油介质、1级低温氧气、1级水冷降温至35-40℃，保证三氧化硫凝结。

进一步地，S4中，回收液体三氧化硫后剩下的混合气体含N₂、O₂、SO₂，与与3级导热油介质逆流换热后升至520℃±10℃。

本发明的一种上述循环生产三氧化硫的工艺所用的装备，包括：

焚硫炉，其用于将初始空气或循环回收的气体通入焚硫炉中与液体硫磺燃烧，生成第一混合气体；

余热锅炉，其与焚硫炉连通，用于第一混合气体的降温；

转化器，其含有催化剂，所述转化器与余热锅炉连通，用于将第一混合气体中的部分二氧化硫氧化成三氧化硫，生成第二混合气体；

热管换热器，其与转化器连通，用于将第二混合气体降温；

冷却装置，其包括3级导热油介质装置、1级低温氧气装置和1级水冷装置，第二混合气体经过冷却装置后降温，并将第二混合气体中的三氧化硫凝结，其中1级低温氧气装置直接加入低温氧气至第二混合气体；

回收三氧化硫装置，包括依次连通的1级重力沉降装置、多级并联的旋液分离装置和纤维除雾器，其分别将凝结的三氧化硫进行液体回收；回收液体三氧化硫后剩下的混合气体再依次进入3级导热油介质装置、热管换热器升温；

风机，其用于将升温后的剩余气体导入焚硫炉进行循环生产。

进一步地，所述催化剂为铂或钒催化剂。

与传统工艺相比，本发明的有益效果在于：

本发明生产的产品为液体三氧化硫，纯度为99.8％以上。本发明单独循环生产三氧化硫，避免生产硫酸，在此基础上节省设备投资、节能降耗、环保以及设备运行条件好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一种循环生产三氧化硫的装备的结构示意图。

图中标记如下：1、焚硫炉；2、余热锅炉；3、转化器；4、热管换热器；51、导热油介质装置；52、水冷装置；53、低温氧气装置；61、重力沉降装置；62、62、并联旋液分离装置；63、纤维除雾器；7、风机。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的一种循环生产三氧化硫的工艺，包括如下步骤：

S1.将初始空气通入焚硫炉中与液体硫磺燃烧，生成含二氧化硫与空气的第一混合气体,二氧化硫气体浓度的体积百分比10％±1％，温度1050℃±50℃，压力14Kpa，第一混合气体经余热锅炉降温至450℃±10℃；

S2.通过含有催化剂的转化器催化反应，将第一混合气体中的部分二氧化硫氧化成三氧化硫，生成含二氧化硫、三氧化硫及空气的第二混合气体，二氧化硫气体浓度的体积百分比6％±1％，温度600℃±10℃；

S3.第二混合气体通过热管换热器、3级导热油介质、1级低温氧气、1级水冷降温后，将第二混合气体中的三氧化硫凝结。具体的，降温至35-40℃，以保证三氧化硫的凝结。凝结的三氧化硫通过1级重力沉降，通过多级并联旋液分离装置、纤维除雾器后，回收液体三氧化硫。其中1级低温氧气是加入低温氧气降温，一方面补充氧气，另一方面降低混合器温度。在1级低温气体中，加入的匹配的氧气为第二混合气体的体积百分比5％-6％。导热油介质是高低温导热油之间的循环与混合气体的换热。3级导热油介质是3级串联的导热油介质装置。1级水冷则是1级水冷装置，导热介质为水。并联旋液分离装置(旋液分离器)、纤维除雾器均是现有设备的应用，对其内部结构不予赘述。但是用于液化分离三氧化硫，并不是常规技术手段。

S4.回收液体三氧化硫后剩下的混合气体含N₂、O₂、SO₂，与3级导热油介质逆流换热后；再与热管换热器换热升温后升至520℃±10℃，回入焚硫炉，与液体硫磺燃烧。

S5.进入下一个循环，循环步骤S1-S5，此时，不再加入空气助燃，燃烧生成的第三混合气体进入转化器催化，让打破反应平衡的二氧化硫继续转化成三氧化硫，开始下一个循环。未循环前的第一次加入空气助燃，循环后的第二次及之后都没有加入空气。空气中含有N₂,N₂的作用是起到保护作用和抗氧化作用，氮气是惰性气体且难以液化，可以循环使用，因此只要第一次加入空气即可。而且空气中常含有水分，水分的加入会影响三氧化硫的产量，从而也需要减少空气的加入。

参见图1所示，本发明对应工艺的一种循环生产三氧化硫的装备，包括焚硫炉1、余热锅炉2、转化器3、热管换热器4、冷却装置、回收三氧化硫装置和风机7。

其中，焚硫炉1，其用于将初始空气或循环回收的气体通入焚硫炉中与焚硫炉中的液体硫磺燃烧，生成第一混合气体。

余热锅炉2，其与焚硫炉连通，用于第一混合气体的降温。

转化器3，其含有催化剂，例如铂或钒催化剂。转化器与余热锅炉连通，用于将第一混合气体中的部分二氧化硫氧化成三氧化硫，生成第二混合气体。

热管换热器4，其与转化器连通，用于将第二混合气体降温。

冷却装置，其包括3级导热油介质装置51、1级低温氧气装置53和1级水冷装置52，第二混合气体经过冷却装置后降温，并将第二混合气体中的三氧化硫凝结，其中1级低温氧气装置直接加入低温氧气至第二混合气体；

回收三氧化硫装置，包括依次连通的1级重力沉降装置61、多级并联的旋液分离装置62和纤维除雾器63，其分别将凝结的三氧化硫进行液体回收；回收液体三氧化硫后剩下的混合气体再依次进入3级导热油介质装置、热管换热器升温；

风机7，其用于将升温后的剩余气体导入焚硫炉进行循环生产，以及可控制焚硫炉的压力，压力升至14Kpa。

本发明生产的产品为液体三氧化硫，将产品测试，纯度为99.8％。

1.节省设备投资

(1)本发明将传统工艺用的：空气干燥塔、风机、多级硫酸吸收塔、多级发烟酸塔、三氧化硫蒸发器、大量的酸冷器、泵的配置、冷却塔、多级尾气吸收塔等等全部省掉，投资节省40％以上。

(2)传统工艺两段转化设备及催化剂投资成本高；本发明一段转化投资成本省。

2.节能降耗

(1)传统风机升压35Kpa，本发明升压14Kpa，总能耗降低30％左右。

(2)采用本发明后，蒸汽发电由以前的每吨三氧化硫产蒸汽1.5吨升至1.77吨，以一个30万吨硫酸装置口径计算每年带来的直接效益1900多万，系统的反应热利用率达上升18％。

3.环保

由于是全封闭自循环，杜绝了尾气SO₂排放。

4.设备运行条件好

传统工艺受空气中水分影响，做不到多生产SO₃，因为燃烧时空气中水分的存在，同时对设备金属材料腐蚀严重；本发明100％生产SO₃，除了初始第一个循环的燃烧配风有少量水分外，全流程无水分进入系统。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种循环生产三氧化硫的工艺，其特征在于，包括如下步骤：

S1.将初始空气通入焚硫炉中与液体硫磺燃烧，生成含二氧化硫与空气的第一混合气体,二氧化硫气体浓度的体积百分比10％±1％；温度1050℃±50℃，压力14Kpa；第一混合气体经余热锅炉降温至450℃±10℃；

S2.通过含有催化剂的转化器催化反应，将第一混合气体中的部分二氧化硫氧化成三氧化硫，生成含二氧化硫、三氧化硫及空气的第二混合气体；生成的第二混合气体，二氧化硫气体浓度的体积百分比为6％±1％；温度600℃±10℃；

S3.第二混合气体通过热管换热器、3级导热油介质、1级低温氧气、1级水冷降温后，将第二混合气体中的三氧化硫凝结，凝结的三氧化硫通过1级重力沉降，通过多级并联旋液分离装置、纤维除雾器后，回收液体三氧化硫；在1级低温气体中，二氧化硫气体浓度的体积百分比6％±1％，加入的匹配的氧气为第二混合气体的体积百分比5％-6％；

S4.回收液体三氧化硫后剩下的混合气体，与3级导热油介质逆流换热后；再与热管换热器换热升温后，回入焚硫炉，与液体硫磺燃烧；

S5.进入下一个循环，循环步骤S1-S5，此时，不再加入空气助燃，燃烧生成的第三混合气体进入转化器催化，让打破反应平衡的二氧化硫继续转化成三氧化硫，开始下一个循环。

2.根据权利要求1所述的循环生产三氧化硫的工艺，其特征在于，S3中，第二混合气体通过热管换热器、3级导热油介质、1级低温氧气、1级水冷降温至35-40℃，保证三氧化硫凝结。

3.根据权利要求1所述的循环生产三氧化硫的工艺，其特征在于，S4中，回收液体三氧化硫后剩下的混合气体含N₂、O₂、SO₂，与3级导热油介质逆流换热后升至520℃±10℃。

4.一种如权利要求1所述的循环生产三氧化硫的工艺所用的装备，其特征在于，包括：

焚硫炉，其用于将初始空气或循环回收的气体通入焚硫炉中与液体硫磺燃烧，生成第一混合气体；

余热锅炉，其与焚硫炉连通，用于第一混合气体的降温；

转化器，其含有催化剂，所述转化器与余热锅炉连通，用于将第一混合气体中的部分二氧化硫氧化成三氧化硫，生成第二混合气体；

热管换热器，其与转化器连通，用于将第二混合气体降温；

冷却装置，其包括3级导热油介质装置、1级低温氧气装置和1级水冷装置，第二混合气体经过冷却装置后降温，并将第二混合气体中的三氧化硫凝结，其中1级低温氧气装置直接加入低温氧气至第二混合气体；

回收三氧化硫装置，包括依次连通的1级重力沉降装置、多级并联的旋液分离装置和纤维除雾器，其分别将凝结的三氧化硫进行液体回收；回收液体三氧化硫后剩下的混合气体再依次进入3级导热油介质装置、热管换热器升温；

风机，其用于将升温后的剩余气体导入焚硫炉进行循环生产。

5.根据权利要求4所述的循环生产三氧化硫的工艺所用的装备，其特征在于，所述催化剂为铂或钒催化剂。