CN207016486U

CN207016486U - 一种使用酸性气体生产硫酸的系统

Info

Publication number: CN207016486U
Application number: CN201720413058.8U
Authority: CN
Inventors: 项裕桥; 孙东旭; 王�华; 汤多杰
Original assignee: Ningbo Zhongke Far East Catalytic Engineering Technology Co Ltd
Current assignee: Ningbo Zhongke Far East Catalytic Engineering Technology Co Ltd
Priority date: 2017-04-19
Filing date: 2017-04-19
Publication date: 2018-02-16
Anticipated expiration: 2027-04-19

Abstract

本实用新型公开了一种使用酸性气体生产硫酸的系统，其包括焚烧炉、催化转化器、冷凝器、收集装置和尾气处理装置，尾气处理装置与冷凝器出风口相连；催化转化器设有装有湿法制硫酸专用催化剂的催化剂床层；该系统还包括汽包，催化转化器内设有换热管；汽包设有进口管和出口管，进口管连接至锅炉，出口管经催化转化器换热管后连接至蒸汽管，蒸汽管和催化转化器入口间设有蒸汽回流管。本实用新型提供了一种节能环保型硫酸生产工艺系统，其实现了酸性气体的无害化处理，通过对现有工艺系统的优化设计，实现能量的合理利用，并对制酸尾气进行洁净化处理，降低尾气中酸雾及SO₂含量，满足最新环保要求。

Description

一种使用酸性气体生产硫酸的系统

技术领域

本实用新型涉及一种酸性气体的处理系统，具体涉及一种使用酸性气体生产硫酸的系统。

背景技术

酸性气产生于煤化工煤气化、焦化焦炉煤气净化、炼油酸性水汽提、纤维黏胶等生产过程中，其主要成分为硫化氢，同时还含有羰基硫，二硫化碳等其他含硫化合物，而硫化氢是具有刺激性和窒息性的无色有毒气体，是大气的主要污染物之一，不仅危害人体健康，还会严重腐蚀设备。

目前对酸性气的处理一般采用克劳斯工艺生产硫磺，工艺原理为：酸性气在焚烧炉内与空气反应，约三分之一的硫化氢氧化成二氧化硫，工艺气在克劳斯反应器内催化剂的作用下，摩尔比为2:1的硫化氢和二氧化硫进行催化转化反应生成硫磺。但是克劳斯制硫磺工艺存在着工艺操作复杂、流程长，硫回收率低等缺点，随着环保形势的严峻，克劳斯装置尾气中硫化物的处理面临较大问题，需另行配套建设庞大的克劳斯尾气处理装置，但投资成本较高，运行成本高，操作困难。另外市场上的硫磺用来制酸的比例在70～90％，因此若能将酸性气直接制取硫酸会降低装置投资与运行成本。

采用“两转两吸”工艺制硫酸的方法是目前制酸较为成熟的工艺之一，该工艺中先把硫化氢焚烧为二氧化硫，经降温、干燥后进行SO₂的催化转化，后用92％～95％的硫酸进行吸收，该工艺又被称为干法制酸。干法制酸工艺流程复杂，占地面积大，适合于处理酸性气量大、产酸量高的场合。

本实用新型的目的在于提供一种相对于干法制酸的湿法制酸工艺，硫化氢转化为二氧化硫后直接进行催化氧化，工艺更为简单且可副产高品质蒸汽，工艺装置占地面积小，操作简单。通过对现有湿法制酸工艺及设备的优化设计，提高热量利用率，并对尾气进行洁净化处理，尾气中酸雾含量小于5mg/m³，二氧化硫含量小于35mg/m³，是一种节能环保型硫酸生产工艺。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种工艺简单、操作方便，将将酸性气体处理为硫酸和高品质水蒸汽的的使用酸性气体生产硫酸的系统。

为了达到上传目的，本实用新型所采用的方案为：

一种使用酸性气体生产硫酸的系统，其包括焚烧炉、催化转化器、冷凝器、收集装置和尾气处理装置，所述焚烧炉、催化转化器、冷凝器和收集装置依次连接，尾气处理装置与冷凝器出风口相连；所述焚烧炉设有三条物料管道分别供空气、酸性气体和燃料气通入；所述催化转化器设有装有湿法制硫酸专用催化剂的催化剂床层。所述系统还包括汽包，催化转化器内设有换热管；所述汽包设有进口管和出口管，进口管连接至锅炉，出口管经催化转化器换热管后连接至蒸汽管，蒸汽管和催化转化器入口间设有蒸汽回流管。

该方案的系统，将酸性气体处理后生产硫酸，产生硫酸和高品质的水蒸汽；其通过对现有工艺系统的优化设计，实现能量的合理利用，并对制酸尾气进行洁净化处理，降低尾气中酸雾及SO₂含量，满足最新环保要求。

优选地，所述系统还包括换热器，所述换热器设置于焚烧炉与催化转化器之间，所述汽包还包括第一循环管，所述第一循环管与换热器相连。换热器对焚烧炉产生的热量进行回收，一方面可以提高能量的使用效率，另一方面还可以降低工艺气进入催化转化器时的温度，有利于后续催化转化反应的进行。

优选地，所述换热器与焚烧炉是分别制造后安装在一起的或是一体化制造的。

优选地，所述催化转化器的换热管有三个，自二氧化硫的催化转化器的入口到出口依次为第一换热管、第二换热管和第三换热管，所述汽包出口管依次经第二换热器和第一换热器后连接至蒸汽管；所述汽包还包括第二循环管，所述第二循环管与二氧化硫的催化转化器的第三换热器相连。将催化转化器的换热管分为三个，从而可以更有效地利用催化反应的热量，利用催化转化器入口处放热较多的特点产生高品质的水蒸汽。

优选地，所述系统还包括热风回流管路，所述热风回流管路连接冷凝器空气出口和焚烧炉空气入口，热风回流管路上还设有吹风机。将用于冷凝冷凝器的高温空气部分引回焚烧炉，可以提高焚烧炉原料的温度，有利于减少焚烧炉的能量消耗，提升整个系统的能效。

优选地，所述催化剂为耐水型的钒基和/或铯基催化剂。

进一步地，所述催化剂床包括3个床层，第一床层、二床层内装的为含钒基的高温催化剂，第三床层则为含铯基的低温催化剂。根据各层反应温度的不同，有针对性地选择旋转的催化剂，可以提高催化反应的效率。

优选地，所述系统所使用的酸性气中H₂S的摩尔浓度范围为3％～100％，最优的浓度范围为 15％～30％，酸性气中H₂S的摩尔浓度大于15％时可实现自身的热平衡，否则要根据需要及设计要求补充燃料气。

本实用新型提供了一种节能环保型硫酸生产工艺系统，其实现了酸性气体的无害化处理，通过对现有工艺系统的优化设计，实现能量的合理利用，并对制酸尾气进行洁净化处理，降低尾气中酸雾及SO₂含量，满足最新环保要求；通过对现有湿法制酸装置的优化设计，对工艺系统内部换热系统进行重新设计，提高热量利用率，减少能源消耗；可实现尾气中SO₂含量小于35mg/m³，硫酸酸雾含量小于5mg/m³；在处理酸性气体的同时产生了硫酸和高品质水蒸汽，实现的变废为宝的目标。

附图说明

图1是本实用新型的系统的连接示意图；

图2是本实用新型的一个实施例的结构示意图；

图3是尾气处理装置的较佳结构示意图；

图4是收集装置的结构图；

其中：1、焚烧炉，2、催化转化器，3、冷凝器，4、收集装置，5、尾气处理装置，6、汽包，41、硫酸混合槽，42、硫酸泵，43、硫酸水冷器，53、循环泵，54、引风机，511、洗涤液循环槽，512、填料层，513、洗涤液喷淋器，514、圆柱形纤维除雾器，515、平放式纤维除雾器，516、洗涤液泵，517、洗涤液储槽。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的结构进行具体说明，从而使本领域技术人员可以更清楚地理解本实用新型的技术方案，从而对本实用新型的保护范围作出清晰的限定。

一种使用酸性气体生产硫酸的系统，由依次连接的焚烧炉1、催化转化器2、冷凝器3、收集装置4和尾气处理装置5组成；所述焚烧炉1设有三条物料管道分别供空气、酸性气体和燃料气通入，可用来生产硫酸的酸性气中H₂S的摩尔浓度范围为3％～100％，最优的浓度范围为15％～30％，酸性气中H₂S的摩尔浓度大于15％时可实现自身的热平衡，否则要根据需要及设计要求补充燃料气；酸性气的来源有：焦化行业焦炉煤气真空碳酸钾洗产生的酸性气，煤化工行业低温甲醇洗及变换装置产生的酸性气，炼油行业酸性水汽提产生的酸性气以及其他行业产生的酸性气等；硫磺、烷基化废酸、脱硫废液等均可采用本工艺系统生产硫酸，但需在焚烧后催化罗转化前对工艺气进行净化除尘处理。焚烧炉1用于对酸性气体进行过氧燃烧，控制焚烧炉后端的换热器(例如废热锅炉)出口过程气含氧量范围控制在3.0％～11％之内，以保证下游催化转化器2所需的耗氧量；催化转化器2用于将燃烧产生的SO₂转化为SO₃，其内部装有湿法制硫酸专用催化剂的催化剂床层，其中的催化剂为耐水型的钒基或铯基催化剂；冷凝器3用于将SO₃水合成硫酸并冷凝为浓硫酸的过程，冷凝器3壳程通入空气进行冷却，冷凝器3下部设有工艺气入口、顶部设有尾气出口、底部设有硫酸出口；收集装置4设置于冷凝器3出液口下端并与冷凝器3底部的硫酸出口相连，其用于将冷凝器3的热硫酸在水冷器的换热下成为成品硫酸；尾气处理装置5与冷凝器3出风口相连并且相连的管道上还设有尾气换热器以降低进入尾气处理装置5的工艺气温度，尾气处理装置5用于将制酸尾气中的SO₂和酸雾除去，实现洁净化排放。所述系统还包括汽包6，催化转化器2内设有换热管；所述汽包6设有进口管和出口管，进口管连接至锅炉，出口管经催化转化器换热管后连接至蒸汽管，进、出口管形成循环管路以将换热器的能量传递到汽包中；蒸汽管和催化转化器入口间设有蒸汽回流管，从而为后续反应(冷凝器3内的SO₃的水合化成硫酸的反应)提供必要的水份。

冷凝器3采用三段模块化设计的硫酸蒸气的冷凝器以有利于降低生产制造成本，便于设备的检修维护。冷凝器3由上箱体、中间壳体和下部酸槽三部分组成，每部分之间用耐酸耐腐蚀材料进行密封。冷凝器3可实现硫酸蒸气经下酸槽的侧面进口进入垂直的含螺旋导流棒的玻璃管内，被经过壳程的循环空气吹扫玻璃管而冷凝形成硫酸液滴在自身重力下沿螺旋导流棒落到下部酸槽经出液口流入收集装置4。上箱体内部含丝网除沫模块，该模块由直径为 0.03～0.1mm，厚度为5～20cm，空隙为80％～99％的耐酸纤维丝网组成，可有效降低出冷凝器尾气中酸雾含量。中间壳体内部组件包括：石英玻璃换热管、折流板、被法兰夹持的上下管板等，其中最上和最下两块管板采用先进的防腐处理技术，可经受住温度在0～300℃范围内的 98％硫酸的长期浸泡而不被腐蚀。换热管采用长度为6～7m，直径为40mm的石英玻璃管，该玻璃管强度及使用寿命均优于常规的高硼硅玻璃，玻璃管上管口内有单管丝网除沫器，和上箱体内部的丝网除沫模块起到“双重”除雾作用。下部酸槽内部贴衬有耐酸四氟材料、耐酸砖及其他材料等，起到隔热耐腐蚀的作用，其中耐酸四氟材料为PP、PFA、PTFE、ETFE等材料中的一种或多种。

所述收集装置4由硫酸混合槽41、硫酸泵42、硫酸水冷器43以及相关管道组成，硫酸混合槽41中设有连向冷凝器4的管路，硫酸泵42将硫酸混合槽41中的高温硫酸产品泵至硫酸水冷器43冷却后再循环回硫酸混合槽41中，从而实现硫酸混合槽41中的高温产品的冷却；此外，该循环管路上还设有硫酸出料管道，其用于在需要时打开以输出生产的硫酸。

尾气处理装置5为喷淋洗涤塔(如尾气洗涤塔51)及其附属结构，喷淋洗涤塔为多段式结构，从下往上依次为：洗涤液循环槽511、填料层512、洗涤液喷淋器513、丝网除沫装置，其中丝网除沫装置采用双层除雾，下层为圆柱形纤维除雾器514，上层为平放式纤维除雾器 515；尾气进入填料层512下方，经喷漆洗涤塔处理后由引风机54引至烟囱排放，循环泵53 设置于喷淋洗涤塔外，用于将洗涤液循环槽511中的洗涤液泵至洗涤液喷淋器513进行喷淋。

更佳地，尾气处理装置5的洗涤液循环部分还包括洗涤液储槽517和洗涤液泵516，洗涤液储槽517设置于喷淋洗涤塔旁，洗涤液泵516用于在需要时将洗涤液储槽517中的洗涤液泵至洗涤液循环槽511中；所述循环泵53至洗涤液喷淋器513的管路上还设有排污支路，排污支路的需要时开启。正常循环时由循环泵53实现洗涤液的喷淋循环，当洗涤液需要更换时由洗涤液泵516向洗涤液循环槽511中泵入洗涤液，同时循环泵53将部分洗涤液泵出。

所用洗涤液可以为：20～25％的H₂O₂溶液，30％的NaOH溶液，10～20％的Na₂CO₃溶液等，可根据需要选择不同的吸收液。采用20～25％的H2O2溶液对尾气进行洗涤吸收时，尾气中SO₂与H₂O₂反应可生成硫酸，操作过程中需维持循环槽内w(H₂SO₄)在20％～25％，尾气中SO₂的脱除率为90～95％。采用NaOH或Na₂CO₃为洗涤液时，通过对吸收液pH的调整可以实现洗涤塔尾气出口SO₂指标的控制，吸收液pH为5.0～7.2时尾气中SO₂浓度可降到35mg/m³以下，硫酸酸雾小于5mg/m³，实现洁净排放。

在某些实施例中，所述系统还包括热风回流管路，所述热风回流管路连接冷凝器3空气出口和焚烧炉1空气入口，热风回流管路上还设有吹风机。本发明中，冷凝器3壳程出口的热空气作为助燃空气送往酸性气焚烧炉1，实现热量循环利用，节能环保。

在某些较佳实施例中，所述系统还包括换热器，所述换热器设置于焚烧炉1与催化转化器2之间，所述汽包6还包括第一循环管，所述第一循环管与换热器相连；所述换热器与焚烧炉是分别制造后安装在一起的或是一体化制造的。

在另一些较佳实施例中，所述催化转化器2的换热管有三个，自催化转化器的入口到出口依次为第一换热管、第二换热管和第三换热管，所述汽包出口管依次经第二换热管和第一换热管后连接至蒸汽管；所述汽包还包括第二循环管，所述第二循环管与催化转化器的第三换热器相连。第一、二换热管及过程气冷却器均采用翅片管换热器，其中第一、二换热管用汽包来的饱和蒸汽移走SO₂催化转化产生的热量，换热后可产4～7MPa的过热蒸汽。底部的过程气冷却器用汽包来的锅炉水移走层间反应热产生饱和蒸汽返回汽包6。

下面对本实用新型的使用酸性气体生产硫酸的系统的使用情况进行详细说明：

(1)含H₂S、CS₂、COS等化合物的酸性气进入酸性气体焚烧炉进行燃烧，为了保证酸性气中含硫化合物的充分燃烧，酸性气体中H₂S采用过氧燃烧，助燃空气配比量约为化学当量的1～1.5倍，保持炉膛处于氧化性氛围，燃烧炉温度在900～1300℃。

酸性气燃烧产生的热量由焚烧炉后的换热器进行回收，换热器可为火管式废热锅炉，其可产5.85MPa，275℃的饱和水蒸汽，工艺气温度降到390～420℃。

(2)经废热锅炉来的390～420℃的工艺气进入二氧化硫的催化转化器。层间用换热管移走SO₂催化氧化产生的热量，同时副产高品质蒸汽。工艺气经多个催化床层之后，99.0～99.5％的SO₂转化为SO₃，经过程气冷却器换热至270～290℃左右送出转化器。

本实用新型中，进转化器的工艺气中的S/O＞2，确保SO₂催化转化有足够的氧气，可通过向进转化器的工艺管线内补充由冷凝器来的热空气来调节S/O。经多个催化剂床层的催化转化后，可实现99.0％～99.5％的SO₂的催化转化。

第一催化剂床层出口工艺气温度为480～520℃，经第一层间换热管换热后温度降到 420～450℃进入第二催化剂床层；第二催化剂床层出口工艺气温度为420～450℃，经第二层间换热管换热后温度将到370～400℃进入第三催化剂床层；出第三催化剂床层的工艺气温度为 370～390℃，经过第三层换热管换热至270～290℃左右送出转化器。

控制过程气冷却器出口工艺气温度在270～290℃，高于操作条件下的硫酸露点温度 10～15℃，从而防止硫酸露点腐蚀，操作条件下的硫酸露点与工艺气中SO₃、H₂O的含量有关。

(3)由过程气冷却器来的温度为270～290℃的工艺气进入模块化设计的冷凝器。工艺气在由玻璃管组成的竖直管程内冷凝，壳程内为25～40℃的环境空气。工艺气中的SO₃与水蒸气在250～260℃水合成硫酸蒸汽并在冷却空气的作用下冷凝成硫酸液滴落到冷凝器底部，出冷凝器底部硫酸的温度为230～250℃，工艺气尾气经冷凝器顶部丝网除雾器除去酸雾后排出。

(4)从冷凝器出来的工艺气尾气降温至20～40℃从喷淋洗涤塔下部进入，与塔顶喷淋的吸收液进行逆流接触，除去尾气中的酸雾、SO₂等，经除雾后由引风机输送到烟囱排放，该尾气温度为20～30℃，尾气中SO₂含量小于35mg/m³，硫酸酸雾小于5mg/m³，可实现洁净排放。

酸雾控制单元对现有装置进行改进，克服了酸雾控制效果差、烟囱容易“冒烟”的问题，提供洗涤塔对尾气进行洗涤、除雾等，解决现有装置存在的问题，实现尾气达标排放。冷凝器与洗涤塔之间的管道均采用耐腐蚀的玻璃钢制作，可避免尾气中酸雾对管道的腐蚀。

(5)出冷凝器的温度为240～260℃的热硫酸与40℃的循环酸混合后温度降到50～60℃进入酸中间槽，在水冷器冷却下硫酸降温到30～40℃，一部分作为产品输送到产品罐，另一部分继续作为循环酸使用。

通过对现有湿法制酸装置的优化设计，对工艺系统内部换热系统进行重新设计，提高热量利用率，减少能源消耗。冷凝器采用新型模块化设计，降低制造成本，方便设备检修维护等。结合最新环保要求，对制酸装置尾气进行洁净化处理，并提供不同的尾气洗涤方案，可实现尾气中SO₂含量小于35mg/m³，硫酸酸雾含量小于5mg/m³。

Claims

1.一种使用酸性气体生产硫酸的系统，其包括焚烧炉、催化转化器、冷凝器、收集装置和尾气处理装置，所述焚烧炉、催化转化器、冷凝器和收集装置依次连接，尾气处理装置与冷凝器出风口相连；所述焚烧炉设有三条物料管道分别供空气、酸性气体和燃料气通入；所述催化转化器设有装有湿法制硫酸专用催化剂的催化剂床层；

其特征在于，

所述系统还包括汽包，催化转化器内设有换热管；所述汽包设有进口管和出口管，进口管连接至锅炉，出口管经催化转化器换热管后连接至蒸汽管，蒸汽管和催化转化器入口间设有蒸汽回流管。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括换热器，所述换热器设置于焚烧炉与催化转化器之间，所述汽包还包括第一循环管，所述第一循环管与换热器相连。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述换热器与焚烧炉是分别制造后安装在一起的或是一体化制造的。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述催化转化器的换热管有三个，自催化转化器的入口到出口依次为第一换热管、第二换热管和第三换热管，所述汽包出口管依次经第二换热器和第一换热器后连接至蒸汽管；所述汽包还包括第二循环管，所述第二循环管与催化转化器的第三换热器相连。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括热风回流管路，所述热风回流管路连接冷凝器空气出口和焚烧炉空气入口，热风回流管路上还设有吹风机。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述催化剂为耐水型的钒基和/或铯基催化剂。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述催化剂床包括3个床层，第一床层、第二床层内装的为含钒基的高温催化剂，第三床层则为含铯基的低温催化剂。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统所使用的酸性气中H₂S的摩尔浓度范围为3％～100％。