CN1187458A - 浓缩硫酸的方法 - Google Patents
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Abstract
一种在160℃—270℃下,使浓度为90%—98%的硫酸浓缩成浓度为96%—98.8%的硫酸的方法,通过在填料塔内使酸逆流地与从硫酸厂来的热空气或含有多达6%SO3和30%H2O的热反应气接触,并且进入塔的气体入口温度为350℃—600℃。在通过可控冷凝作用除去硫酸后的尾气流中含有在塔中蒸发出来的H2O和H2SO4的硫酸。本发明尤其涉及浓缩湿气硫酸厂生产的成品酸,其中硫酸的浓缩在过量水存在下并在气冷式垂直玻璃管内的反应气体中进行。
Description
许多浓缩硫酸的方法是已知的，这些方法使H2SO4的浓度达到96％-98％，在1995年Springer出版社出版的乌尔曼工业化学大百科全书的第A25卷，第687-690页上有这些方法的概述。这些方法包括：
在真空中煮沸硫酸，一般是在闪蒸容器中并在15-50mbar的绝对压力下，在一循环蒸发器内进行。在蒸馏塔内将蒸气分馏，由此大部分H2SO4从水蒸气中分离出来并返回到闪蒸器中。硫酸的真空浓度基于已知的蒸馏原理可达到98％的酸强度，但是投资和操作成本很高。
已经知道使用不同方式在大气压下浓缩硫酸，例如：
开美科牌直烧转鼓式浓缩器，其中将油或气体燃烧产生的热烟道气通过许多容器，在这些容器中烟道气经过浸液管进入欲浓缩的酸中。酸随着气体逆流经过串联排列的容器中进行浓缩，如乌尔曼工业化学大百科全书中第688页的图45中所示。该方法最大的缺点是严重的腐蚀问题和形成大量含有高浓度硫酸烟雾的废气，而这些硫酸烟雾在随废气排放到大气中之前很难除去。随着产品酸浓度的增加这些问题更为突出，从而几乎不能获得98％H2SO4。
Pauling-Plinke法是将酸在间接加热锅内煮沸并在蒸馏塔内分馏蒸气。但该方法腐蚀问题严重很难获得98％H2SO4。
在乌尔曼工业化学大百科全书中谈及的并由Kung与Reimann详细介绍的拜尔-Bertrams法(参见143)，其中使酸在许多间接加热并串联连接的循环蒸发器内进行浓缩。通过抽真空并在最后一个循环蒸发器内才能获得98％H2SO4。
本发明提供了一种硫酸的浓缩方法，是在150℃-270℃、优选160℃-270℃下，通过在填料塔内，优选在大气压下使酸与热空气或与从硫酸厂来的优选含有至多6％SO3和至多30％H2O的热反应气逆流接触，并且气体进入塔的入口温度为350℃-600℃，从而使浓度为90％-98％的硫酸浓缩成浓度为96％-98.8％。
如在欧洲专利印417200和419539与美国专利US4348373中所描述的，通过可控冷凝作用除去硫酸后的尾气流中含有塔中蒸发的H2O和硫酸。特别地，将填料塔产生的尾气中的H2SO4在气冷式降膜冷凝器的垂直玻璃管内或者在可使气体逆流与在160-260℃下离开该塔的循环硫酸接触气体的填料浓缩塔内进行冷凝。本发明尤其涉及浓缩湿气硫酸厂生产的成品酸，其中硫酸的浓缩在过量水存在下并在如欧洲专利印417200中所描述的气冷式垂直玻璃管内的反应气体中进行。
在本发明的一个实施方案中，如欧洲专利印419539中所述将颗粒加到从浓缩塔出来的尾气中。浓缩塔的入口气体可以是空气，并优选在350℃-600℃下。可将浓缩塔的尾气混入如在欧洲专利印417200中所述的湿气硫酸厂的硫酸冷凝塔的入口气流中。进一步地，浓缩塔的入口气体可以是来自SO3吸收器的反应气流，而且可将从浓缩塔出来的尾气混入如在欧洲专利印417200中所述的湿气硫酸厂的硫酸冷凝塔的上游气流中。另外，进入浓缩塔的入口气体可以是从干气硫酸厂的SO3吸收器中输出的反应气流，而且可将从浓缩塔出来的尾气混入如在欧洲专利印417200中所述的湿气硫酸厂的硫酸冷凝塔的上游气流中。
可以将从蒸发塔出来的尾气与来自硫酸厂的热空气或热反应气混合，热空气或热反应气的温度高于从蒸发塔来的尾气的温度。
本发明比已知的硫酸浓缩法，尤其浓缩湿气硫酸厂生产的硫酸具有优点，它们包括：(a)利用了任何情况下由硫酸厂产生的热空气或热反应气来浓缩硫酸；(b)在填料蒸发塔内浓缩硫酸，这使气体更为有效地与硫酸接触，得到比上述开美科方法更大量的转移单位；(c)在湿气硫酸厂的酸冷凝塔中有效且经济地除去以H2SO4蒸气形式存在的硫酸烟雾和从蒸发塔来的尾气中的酸雾；(d)通过将硫酸厂酸冷凝器中的热酸直接送入蒸发塔的顶部从而减少硫酸热交换器的能量消耗和投资。
用来浓缩的热气体中水蒸气的含量可用来限制蒸发塔中浓酸强度。因此，例如当需要浓度至少为98％H2SO4和在使SO3全部水合成H2SO4蒸汽之后反应气中含有高于5％H2O时，与热反应气相比优选热空气。
按照本发明，该方法也可浓缩干气硫酸厂来的硫酸，其中含有SO3的反应气是干燥的并在循环硫酸中吸收SO3。在这种情况下，用SO2的一个转化步骤之后的热反应气，优选在最后一步SO2转化步骤之后400-460℃的反应气浓缩硫酸气流。然后使从蒸发塔来的尾气在气冷降膜式冷凝器的垂直玻璃管内进行冷凝，或者在可使尾气与循环硫酸逆流接触并使尾气在160-260℃下离开该塔的填料浓缩塔内进行冷凝。
参考附图，通过下面的描述，可更清楚理解本发明的其它特点和优点。
图1至4分别对本发明的不同实施方式进行图解说明。
图1示出了本发明的一个实施方案，其中将具有部件1至18的湿气硫酸厂的空气加热器4产生的热空气用来浓缩具有部件20至27的硫酸厂的硫酸。在湿气硫酸厂中，将废酸或废酸与含有其它硫的废酸的混合物通过管道1送入煅烧炉3中，在3中用通过管道2来的载体燃料和热燃烧气通常在1000℃下燃烧废酸流，获得含有10-25％H2O和2-6％SO2的烟道气。将在催化SO2反应器6中使SO2转变成SO3所需的过量空气加入到烟道气流中。将在3中用来浓缩浓缩塔21中的来自酸冷凝器15的酸的燃烧空气在热交换器4内通常加热到500-550℃。通过热交换器4和在锅炉5使烟道气冷却到约400℃。
通常将用于抑制在硫酸冷凝器15中酸雾形成所需的颗粒混入管道12中的反应气体和反应气冷却器13的上流中，在冷却器13中将SO3气冷却到高于酸露点温度40℃，在管道12和14中的SO3气的酸露点通常为250-265℃。使在空气冷却式冷凝器15中冷凝的酸离开冷凝器通过管道22进入浓缩塔20的填料床的顶部。管道22中的酸的浓度一般为94％，温度一般为260℃。根据进入冷凝器15的入口气体组成和冷凝器15的操作条件，在21中欲浓缩的酸的浓度和温度范围分别可为92-98％H2SO4和180-270℃。热空气经过管道23进入低于耐酸体例如为陶瓷填充圈或鞍形架的填料21下面的浓缩塔20的底部。部分热空气通过旁路经管道25与管道24中的含有H2SO4的尾气混合，以蒸发酸雾和使管道14中的温度上升到高于与硫酸厂的管道14中的主要反应气流混合的气体的酸雾点温度。在27中冷却浓缩的硫酸。在该方法的实施方案中，随着将空气预热到450-500℃，可将浓度为92-93％的硫酸浓缩到浓度为98-98.5％。随着入口酸强度的降低热空气的消耗量增加；当将管道22中的93％的酸浓缩到管道27中的98％时，以每吨H2SO4计并在500℃下流量通常为500nm3/h。随着热空气量的增加，可进一步使酸强度增加接近理论上的共沸最大值98.7-98.8％H2SO4。
图2示出了本发明的另一个实施方按，其中将在用于浓缩从冷凝器15来的酸SO2 -反应器的最后一个SO2转化步骤之后来自管道12在管道23中的热气体加热到约400℃。从浓缩塔21出来的气体返回冷凝器的上游管道14中。来自管道12的一些气体通过旁路经管道25进入管道24中，以使管道24中的气体温度高于酸露点值。
图3示出了本发明的一个实施方案其中在湿气硫酸厂的第一个SO2转化步骤之后使在500-600℃下的反应气体，气经管道8进入浓缩塔。从浓缩塔来的气体返回到SO2下一转化步骤的管道10的上游，进入从而避免硫酸厂SO2 -转化总量的减少。
图2和图3所示实施方法的优点是不需要用热空气进行浓缩，但缺点是在实际中使用含H2O量大于12-15％的反应气不能获得98％酸浓度。
图4示出了用于干气硫酸厂的本发明的一个实施方案。将从干气硫酸厂SO2反应器2的出口管道3中的部分干SO3气通过管道11进入浓缩塔12。在SO3吸收器6上游的SO3气体冷却器5内冷却管道3中的大部分SO3气体而在吸收器6中的操作过程与干气硫酸厂中的相同。将待浓缩的硫酸流在进入浓缩塔12之前通过管道21引入液一液热交换器22内与浓缩过的酸进行交换而被预热。
由于从浓缩塔出来的尾气中含有H2O和H2SO4蒸汽，所以不能返回到干气硫酸厂，而是将其送入硫酸冷凝塔17内，使所含的硫酸成分冷凝成浓硫酸液，然后通过管道20与欲浓缩的酸流混合，该酸流为在热交换器22内被浓缩塔12内浓缩过的酸流加热过之后的酸。将从浓缩塔12出来的在管道13中的尾气与从酸冷凝器17来的通过管道15的空气混合并在管道14中继续加热到一般约为250℃的温度以保持管道19中的气体温度为高于其的露点至少20℃。在17中用于抑制酸雾形成所需的颗粒通过管道16加入到空气流中。
图4所示的实施方案对干气硫酸厂来说尤其有意义，其中送入气体中的水含量很高使得稀硫酸不能适应干气硫酸厂的SO3吸收器。
尽管本发明描述了与之有关的具体实施方案，但对本专业熟练的技术人员而言，一些其它的改变、改进也是显而易见的，因此，不能由实施例所公开的内容限制本发明，而是以所附权利要求书为准。
Claims (5)
1.一种使含有90-98％H2SO4的硫酸料流浓缩成含有95-98.8％H2SO4的硫酸的方法，通过使料流与从硫酸厂来的热空气或热反应气在填料浓缩塔内逆流接触，其中(a)硫酸料流在150-270℃下进入浓缩塔；(b)入口空气或反应气在350-600℃下进入浓缩塔；(c)使从塔排出尾气中的硫酸在气冷式降膜冷凝器的垂直玻璃管内冷凝或在使气体与循环硫酸逆流接触并在160-260℃下离开塔的填料浓缩塔内进行冷凝。
2.根据权利要求书1的方法，其中所述接触在大气压下进行。
3.根据权利要求书1的方法，其中将颗粒加入到从浓缩塔出来的尾气中。
4.根据权利要求书1的方法，其中进入浓缩塔的入口气体为350-600℃下的空气，并将从浓缩塔出来的尾气混入湿气硫酸厂的硫酸冷凝塔18的入口气流14中。
5.根据权利要求书1的方法，其中将从蒸发塔出来的尾气混入从硫酸厂出来的热空气或热反应气中，所述热空气或热反应气的温度高于离开蒸发塔气体的温度。
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