CN1740090A

CN1740090A - 用于硫酸生产中第一吸收工段的低温热能回收方法及系统

Info

Publication number: CN1740090A
Application number: CNA200510026794XA
Authority: CN
Inventors: 洪博志
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-06-16
Filing date: 2005-06-16
Publication date: 2006-03-01

Abstract

一种用于硫酸生产中第一吸收工段的低温热能回收方法，其特征在于：包括用于高温硫酸吸收的塔及其塔内件、酸循环泵槽、蒸发器、稀释器、酸冷却器组成的硫酸生产中的第一吸收工段的低温热能回收系统；通过在上述系统中其吸收介质及热能载体高温、高浓度硫酸；利用硫酸浓度范围在98％－99.7％之间，硫酸温度范围在160℃－220℃之间循环变化过程，获得低温热能回收，即低压水蒸气。本发明的有益效果是：从高温高浓度循环硫酸中回收低温热能，在回收气体中的SO₃在反应生成硫酸所释放出的反应热并产生低压蒸汽、替代了传统的第一吸收工段中热能损失的不良工艺。该系统可以非常经济的产生中低压蒸汽，并把整个工厂的热效率提高到95％以上。蒸汽可被用来满足生产过程中的热能需要，也可用于发电。

Description

用于硫酸生产中第一吸收工段的低温热能回收方法及系统

一、技术领域：

本发明涉及一种热能回收技术，特别是公开一种用于硫酸生产中第一吸收工段的低温热能回收方法及系统.

二、背景技术：

在提出本发明之前的上世纪70年代初期，一个典型的传统硫磺制酸装置能回收约55％的反应热作为可利用的能量，如用于工艺加热或是供给涡轮发电机发电。约40％的反应热在酸冷器循环冷却水中损失。其他如热辐射损失，排放物等所带走的热损失为5％。

随着能源价格的不断上涨，硫酸工厂的设计也不断的革新。其最终产品也从硫酸逐渐转化为高温蒸汽。这就为额外的蒸汽提供了出路。

上世纪80年代初，通过设计特性的优化，可以使工艺气体中的热量被回收，硫酸工厂的热效率已经由55％提高到70％。但现有的硫磺制酸装置一吸工段循环用的介质硫酸浓度在98％～98.5％，温度在50摄氏度～80摄氏度，在此循环吸收工序中使吸收SO₃后的硫酸温度在约80摄氏度～100摄氏度，由于这部分热能热温位太低，不能用来产生蒸汽，只能在酸冷却器中用循环冷却水带走而白白损失。因此仍有25％的反应热被酸冷器的循环冷却水带走。

孟山都环境化学有限公司在上世纪80年代末开发出了一种称为HRS的热能回收技术，能够使整个制酸装置热能利用率达到95％。其技术核心为HRS塔，用以取代传统制酸装置中的一吸塔，该HRS塔内部分为上下两段，下段用高温高浓度硫酸作为吸收介质，上段采用二吸塔出来的硫酸作为吸收介质，内部结构复杂，内部操作工况比较恶劣，对设备的材料要求高，故其材料价格昂贵；该HRS塔直接并入装置，替代了传统的一吸塔，没有独立出来成为一个系统，工艺复杂，不太适用于老厂改造。

三、发明内容：

本发明的目的是公开一种用于硫酸生产中低温热能回收方法及系统，使工艺过程中的反应热被最大限度的回收。热能回收利用率达到95％。

实现本发明的具体技术方案：这种用于硫酸生产装置第一吸收工段的低温热能回收技术，在传统制酸装置中的一吸工段增加一个以高温吸收塔为主要热能回收设备的低温热能回收系统。

本发明的具体工艺过程，包括用于高温硫酸吸收的塔及其塔内件、酸循环泵槽、蒸发器、稀释器、酸冷却器组成的硫酸生产中的第一吸收工段的低温热能回收系统；通过在上述系统中其吸收介质及热能载体高温、高浓度硫酸；利用硫酸浓度范围在98％-99.7％之间，硫酸温度范围在160℃-220℃之间循环变化过程，获得低温热能回收，即低压水蒸气。系统由高温吸收塔、高温吸收塔分酸器、高温吸收塔填料、酸循环泵槽、蒸发器、稀释器、酸冷却器组成，高温吸收塔分酸器和高温吸收塔填料位于塔体中部组成塔内件、酸循环泵槽位于塔体下部组成高温吸收塔整体结构，采用管线将高温吸收塔、蒸发器、酸冷却器、稀释器连接成循环系统。

本发明的主要设备材料：高温吸收塔、蒸发器的材料采用耐高温浓硫酸的铁铬合金、铬镍合金、铁铬镍合金。高温吸收塔的材料也包括合金或耐酸砖等非金属的衬里结构；稀释器的材料采用耐高温硫酸腐蚀和流体冲击的由陶瓷、四氟、合金组成的复合材料。

本发明的具体工艺控制方法：为实现这种用于硫酸生产装置的低温热能回收技术，同时保证生产的安全性，必须采用特殊的设备及制造设备的特殊材料。基于该技术对于设备材料的依赖性，必须严格控制硫酸的浓度及温度。硫酸的浓度用稀释器的稀释水量来控制，使硫酸的浓度范围符合工艺的要求；硫酸的温度由蒸发器的旁路控制，使硫酸的温度范围符合工艺的要求。工艺控制方法为先在稀释器中控制硫酸的浓度，再根据稀释器出口处的温度控制蒸发器旁路阀开度以实现硫酸温度的控制。

本发明的有益效果是：从高温高浓度循环硫酸中回收低温热能，在回收气体中的SO₃在反应生成硫酸所释放出的反应热并产生低压蒸汽、替代了传统的第一吸收工段中热能损失的不良工艺。该系统可以非常经济的产生中低压蒸汽，并把整个工厂的热效率提高到95％以上。蒸汽可被用来满足生产过程中的热能需要，也可用于发电。

四、附图说明：

附图1低温热能回收系统工艺及主要设备流程示意图；

在图1中，高温吸收塔——1，高温吸收塔分酸器——2，高温吸收塔填料——3，高温吸收塔炉气入口管——4，酸循环泵槽——5，高温吸收塔酸入口管——6，高温吸收塔炉气出口管——7，空气预热器——8，蒸发器——9；酸冷却器——10；稀释器——11；一吸塔——12，一吸塔炉气入口管——13；成品酸槽——14；转化器——15；焚硫炉——16；来自转化器一转炉气管线——17；高温吸收塔至空气预热器的炉气管线——18；空气预热器至一吸塔炉气管线——19；稀释器至高温吸收塔酸管线——20；酸循环泵槽至蒸发器酸管线——21；蒸发器至酸冷却器酸管线——22；酸冷却器至成品酸槽酸管线——23；蒸发器至稀释器酸管线——24；来自水处理的除氧水管线——25；低压蒸汽去用户或去发电——27；来自鼓风机工艺气——29；工艺气去焚硫炉——30；蒸发器旁路酸管线及流量调节阀——31。

图1为低温热能回收技术的典型工艺流程示意图。工艺炉气来自转化器15，经过管线17，从高温吸收塔1底部炉气入口管4进入高温吸收塔1，往上穿过填料层3，从塔顶炉气出口管7离开高温吸收塔1；经过管线18进入空气预热器8，与来自管线29的空气换热降温后经过管线19进入一吸塔12。浓度为99％，温度约200摄氏度的循环硫酸从高温吸收塔1酸入口管6进入高温吸收塔1；经分酸器2均匀分布在填料层3中，与塔底上来的炉气逆流接触，炉气中的SO₃被硫酸吸收，SO₃被吸收生成硫酸的过程产生大量的热量，使硫酸的温度上升到约220摄氏度，浓度因吸收SO₃反应生产的硫酸后上升至约99.6％，硫酸离开填料层3后，在重力的作用下进入高温吸收塔1底部的酸循环泵槽5；酸循环泵槽5中的硫酸经酸管线21被泵入蒸发器9；在蒸发器9中与水换热降温至约194摄氏度；蒸发器9中的水吸收硫酸的热量后蒸发，产生低压蒸汽，经管线27送至用户或去发电系统；硫酸从蒸发器9出来一部分经管线22进入酸冷却器10，与蒸发器给水换热降温至约120摄氏度后，经管线23排入成品酸槽14；另一部分经酸管线24进入稀释器11，在稀释器11中酸和稀释水混合，温度上升至约200摄氏度，浓度降至99％，回到高温吸收塔1酸入口管6，完成高温吸收塔1循环酸的一个循环。在这个循环中，炉气中的SO₃被酸吸收，反应热被循环酸带入蒸发器9，在其中通过热交换热量被水吸收，产生了低压蒸汽，使得在传统制酸过程中被循环冷却水带走而损失的热能得到充分回收。

一吸塔酸的循环和传统的制酸流程一样，其作用在于吸收高温吸收塔没有吸收完全的SO₃，保证一吸工段的SO₃吸收率在99.95％以上。

五、具体实施方式：

该低温热能回收技术适用于新建工厂、老厂改造、硫磺制酸工厂和冶炼烟气制酸工厂。它能非常经济的增产中低压的蒸汽，使整个工厂的热能利用效率提高到95％，增产的蒸汽可用于工艺加热需要，也可用于热电厂发电。

实例：进入铁铬合金、铬镍合金、铁铬镍合金制作的高温吸收塔的转化气流量为70722标准立方米/小时，温度为摄氏180度，SO₃含量为11.5％，从塔顶部进入的硫酸流量为1000吨/小时，浓度为99％，温度为摄氏200度。进入塔内炉气中90％的SO₃在塔内填料层中被循环酸吸收，使进入塔内的循环酸浓度达到99.6％，温度达到216摄氏度。吸收SO₃后的硫酸在重力作用下流入塔底部的由铁铬合金、镍铬合金、铁铬镍合金制作的酸循环泵槽，经泵打入同样由铁铬合金、镍铬合金、铁铬镍合金制作的蒸发器，流量为1026吨/小时，在蒸发器中与经由铁铬合金、镍铬合金、铁铬镍合金制作的酸冷器预热至约150摄氏度的工艺纯水进行热交换，使硫酸的温度降至约194摄氏度，使进入蒸发器的22.5吨/小时工艺纯水蒸发，产生压力1Mpa饱和蒸汽16.1吨/小时。从蒸发器出来后，流量为32吨/小时的硫酸进入酸冷器，把供给蒸发器的22.5吨/小时工艺纯水由104摄氏度加热到约150摄氏度，然后排入成品酸槽；此时酸的温度约110摄氏度其余的994吨/小时的硫酸进入由合金、四氟、陶瓷组成的复合材料制作的稀释器，在稀释器中，用酸冷器预热过的约150摄氏度的稀释水稀释，硫酸浓度降至99％，温度上升至200摄氏度，回到高温吸收塔酸入口，完成一个循环。

Claims

1、一种用于硫酸生产中第一吸收工段的低温热能回收方法，其特征在于：包括用于高温硫酸吸收的塔及其塔内件、酸循环泵槽、蒸发器、稀释器、酸冷却器组成的硫酸生产中的第一吸收工段的低温热能回收系统系统；通过在上述系统中其吸收介质及热能载体高温、高浓度硫酸；利用硫酸浓度范围在98％-99.7％之间，硫酸温度范围在160℃-220℃之间循环变化过程，获得低温热能回收，即低压水蒸气。

2、根据权利要求1所述的用于硫酸生产中第一吸收工段的低温热能回收方法，其特征在于：系统中设备材料采用铁铬合金、铁铬镍合金、铬镍合金不锈钢、陶瓷、四氟非金属，高温吸收塔其材料也包括塔内的衬砖结构。

3、根据权利要求1所述的用于硫酸生产中第一吸收工段的低温热能回收方法，其特征在于：第一吸收工段的高温硫酸吸收塔中硫酸浓度的控制由系统中稀释器的加水调节控制；硫酸的温度由系统中蒸发器的旁路酸流量调节控制。

4、根据权利要求1或2或3方法用于硫酸生产中第一吸收工段的低温热能回收系统，其特征在于：系统由高温吸收塔、高温吸收塔分酸器、高温吸收塔填料、酸循环泵槽、蒸发器、稀释器、酸冷却器组成，高温吸收塔分酸器和高温吸收塔填料位于塔体中部组成塔内件、酸循环泵槽位于塔体下部组成高温吸收塔整体结构，采用管线将高温吸收塔、蒸发器、酸冷却器、稀释器连接成循环系统。

5、根据权利要求4所述的用于硫酸生产中第一吸收工段的低温热能回收系统，其特征在于：系统还包括载有炉气SO₃的转化器，通过管线与高温吸收塔底部连接。

6、根据权利要求4或5所述的用于硫酸生产中第一吸收工段的低温热能回收系统，其特征在于：系统还包括空气预热器、一吸塔、焚硫炉，通过管线从高温吸收塔顶部连接空气预热器，然后空气预热器分别用管线连接焚硫炉、一吸塔。

7、根据权利要求4所述的用于硫酸生产中第一吸收工段的低温热能回收系统，其特征在于：系统中的酸冷却器还与成品酸槽连接。

8、根据权利要求4所述的用于硫酸生产中第一吸收工段的低温热能回收系统，其特征在于：系统中的稀释器上设有加水调节控制装置；蒸发器上设有旁路酸流量调节控制装置。