CN117623234B - 一种闭式零排放热量回收系统及方法 - Google Patents

一种闭式零排放热量回收系统及方法

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Abstract

本发明公开了一种新型闭式零排放热量回收系统及方法，属于化工领域。该系统包括焚硫炉、二氧化硫催化氧化器和热回收塔，所述焚硫炉通过炉气热回收器与二氧化硫催化氧化器相连，所述二氧化硫催化氧化器相连上部的输出端通过省煤器I与热回收塔相连，热回收塔底部的输出端通过高温循环槽与蒸发器相连。本发明提供的新型热量回收系统，以生产80万吨/年硫酸制酸装置为例，进行实施对比来计算，生产时间8000h/年，SO2转化率为99.9％。

Description

一种闭式零排放热量回收系统及方法
技术领域
本发明涉及化工领域，具体涉及一种新型闭式零排放热量回收系统及方法。
背景技术
硫酸是重要的基础化工原料，是化学工业中最重要的产品，用途广泛。现有技术中制备硫酸的工艺主要有硫磺制酸、硫化氢制酸、硫铁矿制酸、冶炼烟气制酸和磷石膏制酸等。
工业制硫酸工艺通常采用“两转两吸”生产工艺，“两吸”工艺为设置两个吸收塔进行SO3二次吸收。但二吸塔出口气体中含有未被吸收的SO2、SO3以及其他有害物质，需要脱硫处理后排放，但排放尾气中仍旧含有大量有害物质，造成环境污染。
具体地，硫磺制酸工艺以固体硫磺为原料制备硫酸，通常采用快速熔硫、液硫过滤、机械雾化焚硫技术，通过“两转两吸”生产工艺，并采用中压锅炉和省煤器回收焚硫和转化工序的废热，产生中压过热蒸汽。当前硫磺制酸工艺中的“两吸”工艺为设置两个吸收塔进行SO3两次吸收。现有工业中二吸塔出塔酸温约在70℃左右，因现有二吸塔出塔酸温较低，二吸塔产酸热量无法被低温热回收系统所利用，二吸塔出塔酸的热量全部经由循环水带走，不仅造成这部分热量浪费，而且还消耗大量电能。二吸塔出口气体不能达到排放标准，需进行尾吸脱硫处理。即使达标排放的尾气中，SO2含量一般也有50mg/Nm3～400mg/Nm3,对于大型硫磺制酸装置，SO2的排放总量不容小觑，环境污染情况依然存在。
发明内容
本发明是针对上述存在的技术问题提供一种新型闭式零排放热量回收系统及方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种新型闭式零排放热量回收系统，该系统包括焚硫炉、二氧化硫催化氧化器和热回收塔，所述焚硫炉通过炉气热回收器与二氧化硫催化氧化器相连，所述二氧化硫催化氧化器相连上部的输出端通过省煤器I与热回收塔相连，热回收塔底部的输出端通过高温循环槽与蒸发器相连。
本发明技术方案中：蒸发器的输出端分别与混合器和蒸发器给水加热器相连，所述的蒸发器给水加热器与脱盐水加热器相连，所述脱盐水加热器的输出端为成品酸。
本发明技术方案中：除氧器的输出端分别与混合器和蒸发器给水加热器相连，脱盐水的输出管道与脱盐水加热器相连，脱盐水加热器的输出管道与除氧器相连；蒸发器给水加热器的输出管道与蒸发器相连。
本发明技术方案中：混合器的输出端与热回收塔的中部相连，热回收塔的顶部与焚硫炉相连。
一种利用上述的系统实现新型闭式零排放热量回收的方法，该方法包括以下步骤：
1)富氧空气进入焚硫炉，与液硫燃烧生成SO2，焚硫炉出口炉气经炉气热回收器换热后降温至400～430℃的炉气进入二氧化硫催化氧化器；
2)在二氧化硫催化氧化器中发生催化氧化反应，生成SO3，反应热经高温过热器生成高压蒸汽，二次催化氧化反应后经中温过热器生成中压蒸汽，再次进行催化氧化反应后的炉气经省煤器产中压蒸汽后降温至200～250℃，进入热回收塔；
3)SO3在热回收塔中与水反应生成浓度≥99.0wt％的H2SO4，温度为200～220℃，该高温酸输送至蒸发器中与除氧后的脱盐水换热，产生低压蒸汽；在蒸发器中换热后的部分酸在混合器中经过除氧水调节至硫酸浓度为97.5～98.5wt％，回到热回收塔喷淋吸收SO3；
4)在蒸发器中换热后的另一部分酸依次经过蒸发器给水加热器和脱盐水加热器，产生酸温降至100℃以下的成品酸；
5)在热回收塔中补充纯氧使氧氮比保持在0.3～0.5范围内，由鼓风机送入焚硫炉，作为液硫燃烧反应的补充空气。
本发明技术方案中：富氧空气是氧气的体积含量为23～33％。
在一些更为具体的技术方案中，本发明的技术方案如下：
1)通过管道连通的焚硫炉、炉气热回收器、二氧化硫催化氧化器、热回收塔和蒸发器等设备，富氧空气(O2:N2＝0.38)进入焚硫炉，与液硫燃烧生成SO2，焚硫炉出口炉气温度为1253℃，经炉气热回收器换热后降温至～418℃的炉气进入二氧化硫催化氧化器；
2)在二氧化硫催化氧化器中发生催化氧化反应，生成SO3，反应热经过高温过热器生成高压蒸汽，二次催化氧化反应后经中温过热器生成中压蒸汽，再次进行催化氧化反应后的炉气经省煤器产中压蒸汽后降温至～225℃，再进入热回收塔；
3)SO3在热回收塔中与水反应生成H2SO4，生成200～220℃高温酸在蒸发器中与除氧后的脱盐水(104℃)换热，产生低压蒸汽；4)热回收塔出口的炉气含有未反应完全的0.11％SO2、6.8％ O2、少量未被吸收的SO3和N2，补充纯氧使氧氮比达到0.38范围内，由鼓风机送入焚硫炉，继续发生液硫燃烧反应。
本发明的有益效果：
本发明提供的新型闭式零排放热量回收工艺系统和方法，以生产80万吨/年硫酸制酸装置为例，进行实施对比来计算，生产时间8000h/年，SO2转化率为99.9％。
环保有益效果上来讲，传统生产过程中，第二吸收塔出口气体组成中SO2及SO3含量较高，需要增加尾气吸收系统，处理后达标排放气体中仍含有SO2及SO3，SO2达标排放浓度100mg/Nm3，SO3酸雾达标排放浓度5mg/Nm3，SO2排放量仍达到16.6kg/h，SO3酸雾排放量0.83kg/h。而本发明所述的工艺系统实现了尾气零排放，从根本上杜绝了尾气SO2污染，是硫酸生产装置的巨大突破，该技术的成功开发必将给硫酸工业装置带来巨大变革，引领硫酸工业清洁生产的新方向。同时还减少了尾吸处理装置，降低了装置投资费用。
本发明提供的新型闭式零排放热量回收工艺系统不仅将焚硫和催化氧化过程中的热量进行回收，而且还回收了产酸过程的稀释热，相较传统硫磺制酸装置，多回收低压蒸汽48t/h，同时循环水用量比传统硫磺制酸装置减少6000t/h。
附图说明
图1为本发明新型闭式零排放热量回收系统的示意图。
其中，1为焚硫炉，2为炉气热回收器，3为高温过热器，4为二氧化硫催化氧化器，5为中温过热器，8为省煤器，9为热回收塔，10为高温循环槽，12为蒸发器，13为混合器，14为蒸发器给水加热器，15为脱盐水加热器，17为除氧器
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明，但本发明的保护范围不限于此：
如图1.一种新型闭式零排放热量回收系统，该系统包括焚硫炉1、二氧化硫催化氧化器4和热回收塔9，所述焚硫炉1通过炉气热回收器2与二氧化硫催化氧化器4相连，所述二氧化硫催化氧化器4相连上部的输出端通过省煤器I8与热回收塔9相连，热回收塔9底部的输出端通过高温循环槽10与蒸发器12相连。
蒸发器12的输出端分别与混合器13和蒸发器给水加热器14相连，所述的蒸发器给水加热器14与脱盐水加热器15相连，所述脱盐水加热器15的输出端为成品酸。
除氧器17的输出端分别与混合器13和蒸发器给水加热器14相连，脱盐水的输出管道与脱盐水加热器15相连，脱盐水加热器15的输出管道与除氧器17相连；蒸发器给水加热器14的输出管道与蒸发器12相连。
混合器13的输出端与热回收塔9的中部相连，热回收塔9的顶部与焚硫炉1相连。
一种利用上系统实现零排放热量回收方法，具体如下：
1)富氧空气(23％≤O2含量≤33％)进入焚硫炉1，与液硫燃烧生成SO2，焚硫炉1出口炉气温度高达1250℃，经炉气热回收器2换热后降温至400～430℃的炉气进入二氧化硫催化氧化器4；
2)在二氧化硫催化氧化器4中发生催化氧化反应，生成SO3，反应热经高温过热器3生成高压蒸汽，二次催化氧化反应后经中温过热器5生成中压蒸汽，再次进行催化氧化反应后的炉气经省煤器8产中压蒸汽后降温至200～250℃，进入热回收塔；
3)SO3在热回收塔9中与水反应生成H2SO4(浓度≥99.0％)，温度200～220℃，该高温酸输送至蒸发器12中与除氧后的脱盐水换热，产生低压蒸汽；在蒸发器12中换热后的部分中温酸(温度160～190℃)在混合器13中经过除氧水调节至硫酸浓度约98％，回到热回收塔9喷淋吸收SO3。
4)在蒸发器12中换热后的另一部分中温酸(温度160～190℃)依次经过蒸发器给水加热器14和脱盐水加热器15，产生酸温降至100℃以下的成品酸。
性能测试：
本发明提供的新型闭式零排放热量回收工艺系统主要设备包括焚硫炉、炉气热回收器、二氧化硫催化氧化器、热回收塔和蒸发器，而传统生产工艺所需反应塔的数量较多，包括干燥塔、第一/二吸收塔。两种生产工艺的主要设备对比如表1所示：
表1不同工艺系统主要设备对比
通过上表可以看出：本发明所需主要设备少于传统工艺，减少占地面积，并且主要反应器规格较传统工艺小，减少投资费用。
(2)动力消耗
本发明提供的新型闭式零排放热量回收工艺系统中无干吸酸冷却器，而且将反应热进行回收利用，减少传统生产工艺系统中循环水的用量。此外，本工艺系统中无干燥酸循环泵，一、二吸酸循环泵，每年耗电量可减少265.6x104kWh。
表2不同工艺系统动力消耗对比
(4)蒸汽产量
表3不同工艺系统蒸汽产量对比
本发明提供的新型闭式零排放热量回收工艺系统不仅将焚硫和催化氧化过程中的热量进行回收，而且还回收了产酸过程的稀释热，用于生产低压蒸汽，同时减少传统生产过程中循环水用量。由此可见本工艺生产系统具有明显优势。
(5)尾气排放
表4传统硫磺制酸工艺系统尾气排放量及组成
传统生产过程中，第二吸收塔出口气体组成中SO2及SO3含量较高，需要增加尾气吸收系统，从上表可以看出尾气处理后达标排放气体中仍含有SO2及SO3，SO2排放量仍达到16593.87Nm3/h。而本发明所述的工艺系统实现了尾气零排放，从根本上杜绝了尾气SO2污染，是硫酸生产装置的巨大突破，该技术的成功开发必将给硫酸工业装置带来巨大变革，引领硫酸工业清洁生产的新方向。

Claims (3)

1.一种闭式零排放热量回收系统，其特征在于：该系统包括焚硫炉（1）、二氧化硫催化氧化器（4）和热回收塔（9），所述焚硫炉（1）通过炉气热回收器（2）与二氧化硫催化氧化器（4）相连，所述二氧化硫催化氧化器（4）相连上部的输出端通过省煤器（8）与热回收塔（9）相连，热回收塔（9）底部的输出端通过高温循环槽（10）与蒸发器（12）相连;
蒸发器（12）的输出端分别与混合器（13）和蒸发器给水加热器（14）相连，所述的蒸发器给水加热器（14）与脱盐水加热器（15）相连，所述脱盐水加热器（15）的输出端为成品酸;
除氧器（17）的输出端分别与混合器（13）和蒸发器给水加热器（14）相连，脱盐水的输出管道与脱盐水加热器（15）相连，脱盐水加热器（15）的输出管道与除氧器（17）相连；蒸发器给水加热器（14）的输出管道与蒸发器（12）相连;
混合器（13）的输出端与热回收塔（9）的中部相连，热回收塔（9）的顶部与焚硫炉（1）相连。
2.一种利用权利要求1所述的系统实现闭式零排放热量回收的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
1）富氧空气进入焚硫炉（1），与液硫燃烧生成SO2，焚硫炉（1）出口炉气经炉气热回收器（2）换热后降温至400～430℃的炉气进入二氧化硫催化氧化器（4）；
2）在二氧化硫催化氧化器（4）中发生催化氧化反应，生成SO3，反应热经高温过热器（3）生成高压蒸汽，二次催化氧化反应后经中温过热器（5）生成中压蒸汽，再次进行催化氧化反应后的炉气经省煤器（8）产中压蒸汽后降温至200～250℃，进入热回收塔；
3）SO3在热回收塔（9）中与水反应生成浓度≥99.0wt%的H2SO4，温度为200~220℃，高温酸输送至蒸发器（12）中与除氧后的脱盐水换热，产生低压蒸汽；在蒸发器（12）中换热后的部分酸在混合器（13）中经过除氧水调节至硫酸浓度为97.5~98.5wt%，回到热回收塔（9）喷淋吸收SO3；
4）在蒸发器（12）中换热后的另一部分酸依次经过蒸发器给水加热器（14）和脱盐水加热器（15），产生酸温降至100℃以下的成品酸；
5）在热回收塔（9）中补充纯氧使氧氮比保持在0.3～0.5范围内，由鼓风机送入焚硫炉，作为液硫燃烧反应的补充空气。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：富氧空气是氧气的体积含量为23~33%。
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