CN208292663U - 用于从包括h2s的气体生产三氧化硫的工艺设备 - Google Patents
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Abstract
一种用于从包括H2S的气体生产三氧化硫的工艺设备。所述工艺设备包括：碱性吸收器；用于分离的装置，所述用于分离的装置被配置成接收一定量的所述液体浆料并且被配置成借助于分离手段来将所述单质硫从焦炉气体吸收器液体分离，成为硫流和焦炉气体吸收器液体流；焚烧器；冷却装置；所述冷却装置用于降低所述工艺气体温度；颗粒去除装置，所述颗粒去除装置用于接收所述工艺气体并且从所述工艺气体分离固体颗粒；以及用于提供经氧化工艺气体的装置；所述用于提供经氧化工艺气体的装置被配置成使所述工艺气体与具有将SO2氧化成SO3的催化活性的材料接触。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种从焦炉气体去除硫化氢和氰化氢的工艺，所述工艺与生产浓硫酸相关联。更具体地，本实用新型涉及用于从包括H2S和HCN的气体生产硫酸的工艺。
背景技术
当焦炉气体从煤生成时，还主要以H2S和HCN的形式释放大量的硫和氮。在焦炉气体被用作城市燃气或工艺气体之前，这些成分必须从焦炉气体去除。一种用于清洁焦炉气体的工艺包括：在碱性洗涤器中吸收H2S和HCN，并借助于液体催化剂将H2S氧化成单质硫，液体催化剂通常是与诸如钒、钴或铁的金属组合以促进催化活性的醌型化合物。然后，单质硫与浆料分离，并且单质硫可以作为低质量硫出售，或者可以被转移到硫酸生产设备，在硫酸生产设备中，单质硫能够通过使用支持燃料来焚烧，从而形成SO2，在高温过滤器中被过滤并且被转移到将SO2催化成SO3的转化单元，并随后被水合成H2SO4并且以浓硫酸的形式被收集。可以在涉及干式过滤器和湿法硫酸工艺的专利CN 101033060、CN 100497165以及CN101092577以及涉及湿法工艺气体清洁单元和干法气体硫酸工艺的专利CN 101734629和CN103072957中找到此类配置的示例。
实用新型内容
本实用新型以其最广泛的形式包括如下技术方案：
方案1：一种用于从包括H2S的气体生产三氧化硫的工艺设备，其特征在于，所述工艺设备包括：
碱性吸收器，所述碱性吸收器被配置成使包括H2S的气体与液氨吸收剂溶液和溶解状材料接触，从而提供包括单质硫和焦炉气体吸收器液体的液体浆料，所述溶解状材料具有将H2S氧化成单质硫的催化活性，
用于分离的装置，所述用于分离的装置被配置成接收一定量的所述液体浆料并且被配置成借助于分离手段来将所述单质硫从焦炉气体吸收器液体分离，成为硫流和焦炉气体吸收器液体流，
焚烧器，所述焚烧器被配置成接收和焚烧经由分开的管线而引入的所述单质硫和焦炉气体吸收器液体连同支持燃料和包括氧的第一气体，从而提供工艺气体，
冷却装置，所述冷却装置用于降低所述工艺气体温度，其中，在所述焚烧器中或所述焚烧器上游，分开的管线中的所述单质硫流和所述焦炉气体吸收器液体被供给有所述支持燃料和所述包括氧的第一气体，
颗粒去除装置，所述颗粒去除装置用于接收所述工艺气体并且从所述工艺气体分离固体颗粒，以及
用于提供经氧化工艺气体的装置，所述用于提供经氧化工艺气体的装置被配置成使所述工艺气体与具有将SO2氧化成SO3的催化活性的材料接触。
方案2：根据方案1所述的用于从包括H2S的气体生产三氧化硫的工艺设备，其特征在于，所述工艺设备还包括：
用于将所述经焚烧气体与包括NOx选择性还原剂的流组合的装置，从而提供工艺气体以便进行选择性还原，所述NOx选择性还原剂从包括氨、尿素及其前体的组得到，以及
用于使所述工艺气体在选择性NOx还原条件下发生反应以便进行选择性还原的装置，从而提供具有降低的NOx浓度的工艺气体。
方案3：根据方案1所述的用于从包括H2S的气体生产三氧化硫的工艺设备，其特征在于，所述用于分离的装置以低于150℃的温度来实施。
方案4：根据方案1所述的用于从包括H2S的气体生产三氧化硫的工艺设备，其特征在于，所述单质硫处于液体状态并且在120-150 ℃的温度范围中。
方案5：根据方案1所述的用于从包括H2S的气体生产三氧化硫的工艺设备，其特征在于，所述单质硫被引入到所述焚烧器中并且通过气动、液压或离心原理被雾化。
方案6：根据方案1所述的用于从包括H2S的气体生产三氧化硫的工艺设备，其特征在于，所述焦炉气体吸收器液体通过分开的管线被引入到所述焚烧器中并且通过气动、液压或离心原理被雾化。
方案7：根据方案1所述的用于从包括H2S的气体生产三氧化硫的工艺设备，其特征在于，所述焦炉气体吸收器液体在被引入到所述焚烧器中之前通过将水从所述液体去除而被浓缩。
方案8：根据方案1所述的用于从包括H2S的气体生产三氧化硫的工艺设备，其特征在于，在被引入到所述焚烧器中之前通过将水从所述焦炉气体吸收器液体去除，从所述液体沉淀出盐。
方案9：根据方案8所述的用于从包括H2S的气体生产三氧化硫的工艺设备，其特征在于，所述盐是NH4SCN、(NH4)2S2O3或(NH4)2SO4。
方案10: 根据方案1所述的用于从包括H2S的气体生产三氧化硫的工艺设备，其特征在于，所述冷却装置是废热锅炉。
方案11：一种用于从包括H2S的气体生产三氧化硫的工艺设备，其特征在于，所述工艺设备包括：
碱性吸收器，所述碱性吸收器被配置成使包括H2S的气体与液氨吸收剂溶液和溶解状材料接触，从而提供包括单质硫和焦炉气体吸收器液体的液体浆料，所述溶解状材料具有将H2S氧化成单质硫的催化活性，
用于分离的装置，所述用于分离的装置被配置成接收一定量的所述液体浆料并且被配置成借助于分离手段来将所述单质硫从焦炉气体吸收器液体分离，成为硫流和焦炉气体吸收器液体流，
焚烧器，所述焚烧器被配置成接收和焚烧经由分开的管线而引入的所述单质硫和焦炉气体吸收器液体连同支持燃料和包括氧的第一气体，从而提供工艺气体，
冷却装置，所述冷却装置用于降低所述工艺气体温度，
颗粒去除装置，所述颗粒去除装置用于接收所述工艺气体并且从所述工艺气体分离固体颗粒，以及
用于提供浓硫酸的装置，所述用于提供浓硫酸的装置被配置成接收所述经氧化工艺气体并且提供浓硫酸和经脱硫工艺气体。
方案12：根据方案11所述的用于从包括H2S的气体生产三氧化硫的工艺设备，其特征在于，所述设备还包括：
用于将选择性NOx还原剂添加到所述工艺气体中的装置，以便提供具有经还原NOx成分的工艺气体，以及
二氧化硫转化器，所述二氧化硫转化器被配置成接收具有经还原NOx成分的所述工艺气体，并且包括如下材料，所述材料具有将SO2氧化成SO3的活性并且被配置成接收所述工艺气体并提供经氧化工艺气体。
方案13：根据方案11所述的用于从包括H2S的气体生产三氧化硫的工艺设备，其特征在于，所述用于提供浓硫酸的装置是冷凝器，所述冷凝器被配置成接收所述经氧化工艺气体和冷却介质，并且被配置成冷却和冷凝浓硫酸、经脱硫工艺气体以及经加热冷却介质。
方案14：根据方案13所述的用于从包括H2S的气体生产三氧化硫的工艺设备，其特征在于，所述工艺设备包括用于在所述冷凝器上游添加水的装置。
方案15：根据方案11所述的用于从包括H2S的气体生产三氧化硫的工艺设备，其特征在于，所述用于提供浓硫酸的装置是吸收器，所述吸收器被配置成接收所述经氧化工艺气体和浓硫酸，并且在所述硫酸中吸收SO3，从而提供浓硫酸和经脱硫工艺气体。
方案16：根据方案11所述的用于从包括H2S的气体生产三氧化硫的工艺设备，其特征在于，在被引入到所述焚烧器之前，水被从所述焦炉气体吸收器液体去除。
方案17：根据方案11所述的用于从包括H2S的气体生产三氧化硫的工艺设备，其特征在于，在被引入到所述焚烧器中之前，盐的至少一部分被从所述焦炉气体吸收器液体沉淀并去除。
方案18：根据方案11所述的用于从包括H2S的气体生产三氧化硫的工艺设备，其特征在于，所述单质硫以熔化形式被引入到所述焚烧器中。
方案19: 根据方案11所述的用于从包括H2S的气体生产三氧化硫的工艺设备，其特征在于，所述冷却装置是废热锅炉。
本实用新型以其最广泛的形式涉及用于从包括H2S和HCN的气体生产三氧化硫的工艺，所述工艺包括以下步骤：
（a）将所述气体引导到碱性吸收器，从而提供包括单质硫和焦炉气体吸收器液体的液体浆料，所述碱性吸收器包含液氨吸收剂溶液和溶解状材料，所述溶解状材料具有将H2S氧化成单质硫的催化活性，
（b）通过机械分离装置或通过相分离将所述单质硫从焦炉气体吸收器液体分离，
（c）在焚烧器中或燃烧器上游，使分开的管线中的所述单质硫流和所述焦炉气体吸收器液体供给有支持燃料和第一氧化剂气体，
（d）焚烧所述混合物，从而提供包括SO2的经焚烧气体，
（e）在过滤器单元中去除无机粉尘，以及
（f）使所述工艺气体与具有将SO2氧化成SO3的催化活性的材料接触，从而提供经氧化的工艺气体。
本实用新型还涉及生产硫酸的工艺，所述工艺包括上面的工艺步骤（a）-（f）和以下的另外的步骤：
（g）通过冷却和冷凝或者通过在H2SO4中吸收SO3来提取浓硫酸，从而提供发烟硫酸或浓硫酸以及经硫还原的工艺气体，
并且再者，其涉及包括上面的工艺步骤（a）-（f）的工艺，在所述工艺中，经焚烧气体还包括NOx，所述工艺还包括以下步骤：
（h）将所述经焚烧气体与包括NOx选择性还原剂的流组合，从而提供工艺气体以便进行选择性还原，所述NOx选择性还原剂从包括氨、尿素及其前体的组得到，以及
（i）使所述工艺气体在选择性NOx还原条件下发生反应以便进行选择性还原，从而提供具有降低的NOx浓度的工艺气体，
其具有避免SO2和NOx排放的关联益处，并因此降低了所述工艺对环境的影响。
在优选的实施例中，在步骤（a）中具有将H2S氧化成单质硫的催化活性的所述材料从如下组中得到，所述组包括苦味酸、硫代砷酸盐或醌（例如苯醌，萘醌或蒽醌）、可选地连同一个或多个离子形式的另外的成分（例如钠、铁、钒或钴），与其关联的益处在于催化剂具有众所周知的、经过测试的、具有活性的、低成本的并且已知仅生成气态燃烧产物的醌结构或类似结构，气态燃烧产物例如CO2、 H2O，并且如果用硫或氮族取代则可能具有N2、NOx、SO2。
在另一实施例中，步骤（a）中的工艺还包括如下步骤：提取所述焦炉气体吸收器液体的清除流（purge stream），与其关联的益处在于，避免包含诸如S2O3 2-、SCN-和SO4 2-的离子的硫在焦炉气体吸收器液体中的累积。
在另外的实施例中，至少一部分所述清除流被引导到焚烧器，以便将包含阴离子的硫转化成SO2和SO3，与其关联的益处在于，清除流被转化成商用硫酸产品，而不是必须将清除流传送到废水处理设备。
在又一另外的实施例中，步骤（b）以低于150℃的温度来实施，与其关联的益处在于，低的加热需求，从而提供了非常节能的工艺。
根据所述工艺的另一实施例，单质硫流是液体，所述液体由气动（压缩空气、蒸气）、液压或离心装置被雾化以进入焚烧器。
所述工艺的其它有利的实施例包括如下各项。
- 清除出的吸收器液体在被引入到焚烧器之前借助于水蒸发而被浓缩。
- 清除出的吸收器液体被浓缩成如下状态，在所述状态中，盐沉淀并且可以以它们的固体状态的形式被提取。
-（浓缩的）清除出的吸收器液体由气动（压缩空气、蒸气）、液压或离心装置在焚烧器中被雾化。
- 包括氧的所述第一气体和所述第二气体中的一种或两种是通过与诸如经氧化工艺气体的热工艺流热交换而被预加热的大气空气。这具有有助于工艺的高效热管理的关联的益处。
- 所述工艺还包括如下步骤：将所述经焚烧气体冷却到300-450℃的范围中的温度，优选地冷却到380-420℃的范围中的温度，与其关联的益处在于，用于选择性去除NOx的催化剂和用于氧化SO2的催化剂两者处于该温度时具有高活性。同时，避免了平衡态SO2+0.5 O2 <-> SO3向SO2的任何转移。
- 步骤（f）中的工艺设备还包括在添加选择性还原剂的下游的反应器，所述反应器被配置成使工艺气体接触具有使NOx选择性还原的催化活性的材料，与其关联的益处在于，就工艺条件而言，将NOx转化成N2是更高效的并且是需要更少的要求的。
- 在步骤（h）中，具有将SO2氧化成SO3的活性的材料包括钒，与其关联的益处在于，所述材料是高度有效的并且是耐久的SO2氧化催化剂。
- 步骤（i）中的经氧化工艺气体中的H2O/SO2比高于1.1，并且经氧化工艺气体被引导到用于冷却和提取经冷凝的浓硫酸的冷凝器。可选地，所述工艺还包括如下步骤：在所述冷凝器上游的任何位置处添加水，与其关联的益处在于，提供所需要的量的水以便使SO3水合成H2SO4并且使硫酸完全冷凝。
- 工艺气体包括小于60 ppm的水，并且经氧化工艺气体被引导到吸收器，其中，SO3被吸收在浓硫酸中，并且其中，浓硫酸被提取。所述工艺还包括如下步骤：在具有将SO2氧化成SO3的催化活性的材料上游的任何位置处去除水，与其关联的益处在于，提供了在吸收器中成为浓硫酸的无酸雾SO3吸收的正确条件，并且显著地降低了工艺气体中硫酸露点（dew point）温度。
- 用于提取硫酸的装置是一种吸收器，所述吸收器被配置成接收所述经氧化工艺气体和浓硫酸，并且在所述硫酸中吸收SO3，从而提供浓硫酸和经脱硫工艺气体，与其关联的益处在于，此类工艺设备在提供高浓度硫酸方面是高效的。
本实用新型还涉及一种工艺设备，包括：
碱性吸收器，所述碱性吸收器被配置成使包括H2S的气体与液氨吸收剂溶液和溶解状材料接触，从而提供包括单质硫和焦炉气体吸收器液体的液体浆料，所述溶解状材料具有将H2S氧化成单质硫的催化活性；
用于分离的装置，所述用于分离的装置被配置成接收一定量的所述液体浆料并且被配置成借助于分离手段来将所述单质硫从焦炉气体吸收器液体分离，成为硫流和焦炉气体吸收器液体流；
焚烧器，所述焚烧器被配置成接收和焚烧经由分开的管线而引入的所述单质硫和焦炉气体吸收器液体连同支持燃料和包括氧的第一气体，从而提供工艺气体；
冷却装置，所述冷却装置用于降低所述工艺气体温度，所述冷却装置诸如废热锅炉；
颗粒去除装置，所述颗粒去除装置用于接收所述工艺气体并且从所述工艺气体分离固体颗粒；以及
用于提供浓硫酸的装置，所述用于提供浓硫酸的装置被配置成接收所述经氧化工艺气体并且提供浓硫酸和经脱硫工艺气体。
可选地，所述工艺设备还包括：
用于将选择性NOx还原剂添加到所述工艺气体中的装置，以便提供具有经还原NOx成分的工艺气体，以及
二氧化硫转化器，所述二氧化硫转化器被配置成接收具有经还原NOx成分的所述工艺气体，并且包括如下材料，所述材料具有将SO2氧化成SO3的活性并且被配置成接收所述工艺气体并提供经氧化工艺气体。
本实用新型还涉及一种用于从包括H2S的气体生产三氧化硫的工艺设备，其特征在于，所述工艺设备包括：
碱性吸收器，所述碱性吸收器被配置成使包括H2S的气体与液氨吸收剂溶液和溶解状材料接触，从而提供包括单质硫和焦炉气体吸收器液体的液体浆料，所述溶解状材料具有将H2S氧化成单质硫的催化活性，
用于分离的装置，所述用于分离的装置被配置成接收一定量的所述液体浆料并且被配置成借助于分离手段来将所述单质硫从焦炉气体吸收器液体分离，成为硫流和焦炉气体吸收器液体流，
焚烧器，所述焚烧器被配置成接收和焚烧经由分开的管线而引入的所述单质硫和焦炉气体吸收器液体连同支持燃料和包括氧的第一气体，从而提供工艺气体，其中，在所述焚烧器中或所述焚烧器上游，分开的管线中的所述单质硫流和所述焦炉气体吸收器液体被供给有所述支持燃料和所述包括氧的第一气体，
颗粒去除装置，所述颗粒去除装置用于接收所述工艺气体并且从所述工艺气体分离固体颗粒，以及
用于提供经氧化工艺气体的装置，所述用于提供经氧化工艺气体的装置被配置成使所述工艺气体与具有将SO2氧化成SO3的催化活性的材料接触。
来自煤的气化的焦炉气体（COG）经过若干清洁步骤，然后其才能最终离开气化设备，并且被用于例如化学合成、燃烧和加热的目的。
在脱硫单元中，H2S和HCN被高效地吸收到碱性吸收剂液体中，在碱性吸收剂液体中，借助于液体催化剂将一部分H2S氧化成单质硫。催化剂通过空气添加而得到再生，其可选地可以在单独的工艺步骤中来实施。作为副反应，H2S中的一些将进一步被氧化成各种不同的硫氧化物，包括S2O3 2-和SO4 2-，并且HCN被转化成SCN-。在NH3作为碱性成分的情况下，可以在液相中形成各种不同的水溶性盐，包括(NH4)2S2O3、(NH4)2SO4和NH4SCN，该水溶性盐占所去除的H2S中的硫的多达一半。硫和溶解状NH4 +盐被供给到将硫从NH4 +盐分离的单元中。大部分盐溶液返回到脱硫单元，但是清除流被提取以控制溶解状盐的浓度。
这种COG脱硫工艺是便宜且有效的，但产品劣质，并且以环境友好的方式来进行除去处理（get rid of）是昂贵的。工艺变化例是为数众多的，并且已知为如下的商标名称，诸如HPF、PDS、Perox、LoCat、Takahax、Thylox、Fumaks-Rhodacs和Stretford。差异主要在催化剂系统和碱性化合物内。
在现有技术中，已知用于将H2S氧化成单质硫的各种不同的有机催化剂，有机催化剂通常具有醌结构，例如苯醌，萘醌或蒽醌化合物，可选地具有一个或多个非金属取代基，或者具有结构上类似的苦味酸或硫代砷酸盐。通常，这些醌型催化剂以钠盐的形式或连同诸如铁、钒或钴的金属离子一起被供应到所述工艺。
本公开涉及一种如下的方式，所述方法通过在硫酸设备中焚烧并随后处理来将劣质硫和清除出的焦炉气体吸收器液体转化成商用品质的浓硫酸。不仅在焦炉气体脱硫设备中形成的单质硫，而且在脱硫单元中捕获的所有H2S都可以转化成硫酸。
在焦炉气体脱硫设备中，所捕获的HCN和H2S中的一些将被转化成水溶性盐，水溶性盐中的S2O3 2-、SCN-和SO4 2-是最丰富的，但是其它含硫离子也将以低浓度存在。所形成的单质硫容易地从水溶液分离，而如果不从脱硫设备提取清除流，则盐的浓度将随时间增大。过高的盐浓度将导致脱硫效率降低，并且产生在设备中发生盐沉淀（salt precipitation）的风险，与其关联的，产生堵塞管道和设备的风险。如果清除流太大，则催化剂损耗和清水消耗增大。吸收器液体中的最佳盐浓度约为300 g盐/升。
通过机械措施，例如沉降、离心或过滤，单质硫可以从液相分离。这种分离不是非常高效，并且一些液体将会存在于硫相中。该相可以在所谓的高压釜（autclave）单元中进一步得到分离，在高压釜单元中，单质硫被熔化，并且两个液相更好地分离并且可以作为两个相对纯的相被提取。
单质硫相可以被冷却以凝固，并然后作为固体被储存和/或出售。硫的质量不高，因为来自吸收器液体的杂质仍然存在。
清除出的吸收器液体可以被浓缩，使得盐沉淀并且可以作为固体NH4SCN、(NH4)2SO4和(NH4)2S2O3出售。通常，这些盐的要求和价格太低以便所述工艺是经济的，并因此这种清除流可能是难以处理的。然而，转化成硫酸将使该液体成为可销售的产品。
如在CN 101092577中描述的现有技术中，硫和吸收器液体的混合物经由单个供给管线被供给到焚烧器，并且所谓的浆料借助于压缩空气被雾化以进入焚烧器。
这里提供一个更灵活的解决方案：在所谓的高压釜单元中所分离的两种流被保持分离，直到它们被供给到焚烧器中，这将允许在被焚烧之前对两种供给流的优化准备和注入。
来自高压釜的硫相保持在液相中，或者在使用高效的机械分离装置的情况下被熔化，并作为液体被供给到焚烧器中。液体硫雾化在工业中是广泛已知的，并且可以以若干方式来进行——利用使用蒸气或压缩空气来分离液体硫相的气动喷嘴，使用其中液体压力将使液相分离的液压喷嘴，或使用其中离心力将使液相分离的旋转杯/盘。使用所有三个雾化装置，并且选择取决于若干因素，例如喷嘴容量、降温要求和焚烧室设计。
如果需要，可以添加用于熔化的硫的储存容器，从储存容器可以提取硫并且以恒定速率将硫供给到焚烧器。如果焦炉气体生产导致可变化的量的焦炉气体，在气体中具有变化量的HCN和H2S，则这是期望的。以这种方式，硫酸设备的操作可以得到稳定，从而确保设备的最优性能。
清除出的吸收器液体包含大量的水，因为水的蒸发热相当大并且所需要的能量必须经由支持燃料供应，所以，所述水在离开焚烧器的工艺气体中消失，从而增加了工艺气体流量，而且还增加了支持燃料的消耗。此外，当工艺气体中的水浓度降低时，硫酸设备中所生成的硫酸的浓度将增加。吸收器液体可以经过若干工艺步骤，然后使用针对液体性质而设计的雾化系统经由分开的管线被引入到焚烧器中。
如果可获得低品味热量，则可以借助于以大气压或以减小的压力的水蒸发来浓缩吸收器液体。浓缩的吸收器液体将降低焚烧器中的支持燃料的消耗和工艺气体流量。
从吸收器液体进一步蒸发水将最终导致盐的沉淀，其中的NH4SCN、(NH4)2SO4和(NH4)2S2O3将是主要的盐。如果存在对这些盐的需要，可以将它们提纯和出售。沉淀可以部分地进行，即，仅沉淀感兴趣的盐。然后可以将浓缩液体供给到焚烧器中，从而进一步降低支持燃料的消耗、工艺气体流量还有硫酸生产。
吸收器液体可以使用如被描述成用于液体硫的雾化喷嘴被供给到焚烧器中，即由气动、液压或离心原理被供给到焚烧器中。
如果能够获得大量的低品位热量，则可以将吸收器液体完全干燥并且作为粉末供给到焚烧器中。本申请需要专用喷嘴以便引入粉末。
使硫的供给管线和（浓缩）吸收器液体分离具有如下优点：
1. 如果提供硫容器，则由于可以按期望调节硫的流量，所以硫酸设备的操作更稳定；
2. 借助于水从吸收器液体的蒸发，选择从吸收器液体沉淀的有价值的盐；
3. 通过从吸收器液体蒸发水，选择减少支持燃料消耗、工艺气体流量以及因此硫酸设备的尺寸；以及
4. 使用对于具有不同流动性质的两种流的雾化而进行优化的喷嘴。
根据本实用新型，硫和清除出的（和可选地浓缩的）焦炉气体吸收器液体经由分开的供给管线被供给到焚烧器。可以是焦炉气体和氧的支持燃料被供给到焚烧器，借此单质硫被氧化成SO2，并且含硫NH4 +盐被分解成SO2、CO2、N2和NOx。燃烧所需要的氧可以以大气空气、纯氧或任何其它富氧气体的形式。该燃烧空气可以例如通过使用来自硫酸冷凝器的经加热冷却空气以及可选地在指定燃烧空气热交换器中的进一步经预加热的空气而有益地被预加热，由于此，将减少所需要的支持燃料的量。
在焚烧步骤之后，工艺气体可以在废热锅炉中被冷却到380–420℃，从而生成饱和蒸气。替代地，可以在生成饱和蒸气的废热锅炉与将通向焚烧器的燃烧空气预加热的燃烧空气加热器的组合中实施工艺冷却。
工艺气体然后穿过过滤装置，过滤装置几乎从工艺气体去除所有粉尘。如果未被去除，则粉尘将最终堵塞下游的SO2反应器中的催化剂床。过滤装置可以例如是静电除尘器或烛形（candle）过滤器。
通过使工艺气体与催化剂接触，由焚烧形成的NOx在由NH3选择性还原NOx的工艺中被还原，所述催化剂包括载体（例如氧化钛）以及通常为沸石、普通金属（例如，钒、钼和钨）的氧化物或各种贵金属的催化活性成分（选择性催化还原（SCR））。发生反应所需要的NH3可以从洗涤工艺步骤获得，在洗涤工艺步骤中，从焦炉气体去除NH3。无水氨、氨水（NH4OH）和尿素（(NH2)2CO）也频繁地用作SCR反应的NH3的源。
在SCR工艺的下游，工艺气体进入SO2反应器，在SO2反应器中，SO2被适当的催化剂氧化，催化剂例如被负载在二氧化硅上的基于钒的SO2转化催化剂。
SO2氧化可以发生在两个或三个具有床间冷却的催化床中；确切的布局取决于工艺气体中的SO2浓度和所需要的SO2转化。在SO2转化催化剂的最后的床之后，气体在工艺气体冷却器中被冷却，从而生成饱和蒸气。
一个或多个粉尘保护催化剂层可以安装在SO2反应器中的第一催化剂层上方，如其在EP 1 114 669中所描述的。在小的量的无机灰存在于工艺气体中的情况下，则该保护层将延长硫酸设备的正常运行时间。
床间冷却器使废热锅炉和工艺气体冷却器中所生成的蒸气过热，并且有价值的过热蒸气可以被输出到其它工艺。
工艺气体最后进入硫酸冷凝器，在硫酸冷却器中，通过利用空气来冷却来使硫酸冷凝，然后硫酸被从经清洁的工艺气体分离。由于来自硫酸冷凝器的热的冷却空气要么在燃烧空气热交换器中被预加热要么在燃烧空气热交换器中被进一步预加热，所以来自硫酸冷凝器的热的冷却空气可以被用作焚烧器中的氧源，因此提高热回收并且使支持燃料消耗最小化。
附图说明
参照附图进一步地说明本实用新型，在附图中：
图1示出了根据现有技术的工艺设备的流程图，
图2示出了根据本实用新型的优选实施例的工艺设备的流程图，以及
图3示出了将单质硫和吸收器液体引入到焚烧器的细节。
具体实施方式
在根据现有技术的工艺中，如图1图示出的，焦炉气体1被引导到碱性吸收器2，碱性吸收器2被供给有带有溶解状催化剂4的碱性溶液。在气体侧上，经脱硫焦炉气体3被从吸收器释放，并且在液体侧上，包括单质硫和含硫的溶解状离子的焦炉气体吸收器液体5被提取。在反应器7中，焦炉气体吸收器液体继续硫形成反应，并且催化剂借助于空气添加14而被再氧化。所形成的浆料在机械分离器11中从焦炉气体吸收器液体撇出，成为硫沉淀物15和焦炉气体吸收器液体12。包括单质硫和焦炉气体吸收器液体15的一部分的硫沉淀物与诸如焦炉气体的支持燃料31和（热）燃烧空气61一起被引导到焚烧器30。可能地在被补充有催化剂和碱性溶液13之后，焦炉气体吸收器液体12被引导返回到碱性吸收器。如果通过管线15的焦炉气体吸收器液体的隐含清除（implicit purge）不足够，则需要额外的清除管线29以在焦炉气体吸收器液体中维持可接受的低浓度的溶解状含硫离子（例如S2O3 2-、SO4 2-、SCN-）。
经焚烧的硫沉淀物和焦炉气体吸收器液体形成工艺气体31，工艺气体31在废热锅炉32中被冷却，并且被引导到热过滤装置36，热过滤装置36高效地去除存在于到焚烧器的供给物中的由无机化合物形成的粉尘，所述无机化合物例如来自工艺水的溶解状离子、无机催化剂化合物、从焦炉气体吸收的化合物以及腐蚀产物。
无粉尘的工艺气体38进入SO2氧化反应器44中，在这种情况下SO2氧化反应器44包括三个催化床（45a、45b和45c），两个床间冷却器（46a和46b）以及出口热交换器47。经氧化工艺气体50中的SO3与存在于经氧化工艺气体中的水立即反应(或可选地被添加到经氧化工艺气体)以形成H2SO4，H2SO4在利用空气58被冷却的冷凝器51中被冷凝为浓硫酸52。来自冷凝器51的一部分经加热空气59可以被使用为焚烧器30中的燃烧空气61。其余的热空气可以与从冷凝器释放的清洁气体53组合，清洁气体53将具有非常低的硫浓度并且可以经由排气道56释放到大气。
图2示出了根据本实用新型的优选实施例的工艺设备的流程图：焦炉气体1被引导到碱性吸收器2，碱性吸收器2被供给有包括催化剂4的碱性溶液。在气体侧上，经脱硫焦炉气体3被从吸收器释放，并且在液体侧上，包含单质硫和含硫溶解状离子的焦炉气体吸收器液体5被提取。在反应器7中，焦炉气体吸收器液体发生反应以形成浆料形式的单质硫和含硫离子，单质硫在机械分离器11中从焦炉气体吸收器液体撇出。
浆料15可以（在分离器16中）被进一步地分离成浓硫流25和焦炉气体吸收器液体17。如果焦炉气体吸收器液体的清除流不足以将盐浓度保持在稳定的值，则一部分流12可以与流17组合。
清除出的焦炉气体吸收器液体17然后穿过可选的处理设备18，在处理设备18中，水被从液体提取（19），因此增大了液体中的盐的浓度。从液体提取水的最简单的方式是通过蒸发，其中，热量必须得到供应，优选地借助于低品位热量，诸如热水、热空气和/或低压蒸气。如果液体被进一步地浓缩，则盐将沉淀，并且盐可以被提取（20）和售卖。
（浓缩）的吸收器液体然后经由管线21被引入到焚烧器中，并且经由管线28借助于压缩空气或蒸气，或者通过液压或离心原理被雾化。
优选地，处于液相的单质硫流25被引导到可选的储存容器26，硫可以被从储存容器26提取并且经由管线27被引入到焚烧器30中。可以借助于压缩空气或蒸气经由管线28、或者通过液压或离心原理实施硫的雾化。
在焚烧器30中，硫、吸收器液体、空气和支持燃料被组合，并且该组合发生反应以形成工艺气体31，工艺气体31在废热锅炉32中被冷却并且（可选地）在燃烧空气热交换器34中被进一步地冷却。随后，工艺气体35穿过过滤装置36，在过滤装置36中，在焚烧工艺中形成的无机粉尘和可能地有机粉尘从工艺气体分离并被提取。
经清洁的工艺气体38与含氨的流39混合并且被引导到选择性催化还原反应器42，在选择性催化还原反应器42中，在存在有具有选择性还原NOx的催化活性的材料的情况下，在焚烧期间形成的NOx被选择性地还原成N2，从而提供具有降低浓度的NOx的工艺气体。在选择性催化反应器的下游，具有降低浓度的NOx的工艺气体43被引导到SO2氧化反应器44，在这种情况下，SO2氧化反应器44包括三个催化床（45a、45b和45c）和两个床间热交换器（46a和46b）以及出口热交换器47。经氧化气体50中的SO3与水立即反应以形成H2SO4，H2SO4在利用空气58被冷却的冷凝器51中被冷凝为浓硫酸52。来自冷凝器51的一部分经加热空气59被引导到燃烧空气热交换器34，并且然后热空气61被引导到焚烧器30。从冷凝器释放的清洁气体53将具有非常低的二氧化硫浓度，并且所以清洁气体53可以可能地在使用焚烧器中所不需要的经加热空气62来稀释之后经由排气道56释放到大气。
在本实用新型的一个实施例中，该工艺不采用冷却和冷凝，而是替代地使用吸收器，在吸收器中，SO3在硫酸中被吸收。通常，因为在焚烧和NOx的选择性还原期间生成水，所以该实施例涉及常常在SCR反应器下游的使工艺气体干燥的配置。
在如下示例中进一步地说明本实用新型。
在表格1中示出了进入脱硫设备的焦炉气体组分和脱硫设备的去除效率的示例。
表格1
典型的焦炉气体组分以及焦炉气体脱硫设备中的去除效率
| H<sub>2</sub>浓度, vol%（体积百分数） | 50 |
| CH<sub>4</sub>浓度, vol%（体积百分数） | 30 |
| CO 浓度, vol%（体积百分数） | 5 |
| N<sub>2</sub>浓度, vol%（体积百分数） | 平衡 |
| HCN 浓度, g/Nm<sup>3</sup> | 3 |
| H<sub>2</sub>S 浓度, g/Nm<sup>3</sup> | 8 |
| H<sub>2</sub>S 去除效率, % | 99 |
| HCN 去除效率, % | 90 |
示例1
在根据本实用新型的示例中，使用如图2所示的工艺，该工艺包括氨水吸收剂溶液和醌型H2S氧化催化剂。在表格2中示出了用于处理湿法硫酸工艺中的典型的焦炉气体（在表格1中给出）的关键参数。整个工艺包括：使焦炉气体脱硫、预处理来自脱硫设备的流出物、焚烧单质硫沉淀物和焦炉气体吸收器液体、以及在湿法型硫酸设备中生产硫酸。
焦炉气体被冷却到大约30℃并且与液氨吸收剂溶液接触，液氨吸收剂溶液还包含溶解状的醌基催化剂。根据该示例的碱性吸收器以大约大气压力来操作。在反应器中，以约30℃操作，大约50%的H2S被转化成单质硫，从而形成液体浆料。其余的H2S进一步地被氧化成大量含硫和氧的离子，为了简单起见含硫和氧的离子被认为是NH4SCN和(NH4)2S2O3。NH4盐的实际组分的偏差将仅稍微地影响工艺气体在焚烧之后的组分。液体浆料被分离成硫沉淀物和焦炉气体吸收器液体。硫被保持在熔化阶段中并且通过分开的供给管线被引入到焚烧器，针对液体硫的特定性质，雾化系统被优化。
焦炉气体吸收器液体的清除通过分开的供给管线被供给到焚烧器，针对液体供给物的特定性质，雾化系统被优化。在被供给到焚烧器之前，清除流也可以被预处理，并且在表格2中示出了水蒸发和NH4SCN提取的示例。
在焚烧器中，所有的S原子被氧化成SO2。NH4 +离子主要分解成N2和H2O，但是小部分将氧化成NO。
在焚烧器中为将燃烧温度维持在1000℃附近，0-0.3%的焦炉气体被用于支持燃料。可以在脱硫设备上游提取焦炉气体。
在生成饱和高压蒸气的废热锅炉与预加热来自硫酸冷凝器的冷却空气的燃烧空气加热器的组合中，工艺气体被冷却到约400℃。从其排除的是具有非常干燥的盐供给物的示例，在该示例中，供给物的热含量足够高以使用50℃的燃烧空气维持1000℃的焚烧器温度。
（较低浓度的）粉尘在以380-420℃操作的诸如静电除尘器或烛形过滤器的过滤装置中被去除。
在工艺气体进入湿法型硫酸设备之前，通过利用SCR催化剂与NH3反应，来去除在焚烧器中由NH4 +分解而形成的NO。
在湿法型硫酸设备中，SO2在使用床间冷却器隔开的三个催化剂床中被氧化，以在SO2氧化反应速率和SO2到SO3的平衡态之间提供最优状态。所有的三个床的入口处的温度大约是400℃。整个SO2转化效率通常在99.0%和99.9%之间。
在硫酸冷凝器中，通过与在壳侧上流动的空气进行热交换，工艺气体在玻璃管中被冷却。从冷凝器的底部来提取浓硫酸；酸的浓度取决于进入冷凝器的工艺气体中的H2O/SO3比。
通过将来自硫酸冷凝器的一部分热空气（200℃-240℃）直接地供给到焚烧器或在指定的燃烧空气预热器中将空气进一步地预加热到350-450℃，来自硫酸冷凝器的一部分热空气（200℃-240℃）被用作燃烧空气。使燃烧空气温度提高增加工艺的热效率，因而节省支持燃料。
通过在废热锅炉、床间冷却器以及工艺气体冷却器中冷却工艺气体来提取的热被转化成有价值的高压过热蒸气。
在下面的表格2中，四种情况被计算并且四种情况的特征在于：
•基本情况：从焦炉气体脱硫设备接收的所有单质硫和清除吸收器液体被供给到焚烧器中；
•情况1：清除吸收器液体被传送到蒸发设备，在蒸发设备中，蒸发30%的水。低品位热量被用于蒸发；
•情况2：清除吸收器液体被进一步地精致，使得50%的有价值的NH4SCN盐被沉淀。其余的浓缩液体被供给到焚烧器；
•情况3：清除吸收器液体几乎被完全地干燥并且作为盐浆或湿粉末被传送到焚烧器。
表格2
用于100000 Nm3/h的焦炉气体脱硫设备和从脱硫设备的流出物来生产硫酸的关键工艺参数
从表格2中的结果，看到大量的水被引入到焚烧器，从而要求极大的热量输入以使水蒸发并且还增大工艺气体流量。当水主要作为水蒸气离开硫酸设备，大部分该能量被浪费。因此，当需要更少的支持燃料时，降低水注入速率将增加设备的热效率，而且当减小工艺气体流量时，也减小了硫酸设备的尺寸。
假设存在能够以比焦炉气体的成本低的成本获得的低品位热量(例如，热空气、温水、低压蒸气)。
在情况1中，通过在吸收器液体中蒸发30%的水来使支持燃料消耗降低了78%。工艺气体流量减少了17%，而同时维持完全的硫酸生产。
在情况2中，提取50%的NH4SCN既减小了水纳入量又减小了NH4SCN纳入量，从而提供四种情况中的最低的工艺气体流量。并且硫酸生产减少了21%。
在情况3中，其中，几乎所有的来自吸收器液体的水被从清除吸收器液体蒸发，供给物的热值足够高以在不需要支持燃料的情况下维持1000℃的焚烧器温度。
Claims (19)
1.一种用于从包括H2S的气体生产三氧化硫的工艺设备，其特征在于，所述工艺设备包括：
碱性吸收器，所述碱性吸收器被配置成使包括H2S的气体与液氨吸收剂溶液和溶解状材料接触，从而提供包括单质硫和焦炉气体吸收器液体的液体浆料，所述溶解状材料具有将H2S氧化成单质硫的催化活性，
用于分离的装置，所述用于分离的装置被配置成接收一定量的所述液体浆料并且被配置成借助于分离手段来将所述单质硫从焦炉气体吸收器液体分离，成为硫流和焦炉气体吸收器液体流，
焚烧器，所述焚烧器被配置成接收和焚烧经由分开的管线而引入的所述单质硫和焦炉气体吸收器液体连同支持燃料和包括氧的第一气体，从而提供工艺气体，
冷却装置，所述冷却装置用于降低所述工艺气体温度，其中，在所述焚烧器中或所述焚烧器上游，分开的管线中的所述单质硫流和所述焦炉气体吸收器液体被供给有所述支持燃料和所述包括氧的第一气体，
颗粒去除装置，所述颗粒去除装置用于接收所述工艺气体并且从所述工艺气体分离固体颗粒，以及
用于提供经氧化工艺气体的装置，所述用于提供经氧化工艺气体的装置被配置成使所述工艺气体与具有将SO2氧化成SO3的催化活性的材料接触。
2.根据权利要求1所述的用于从包括H2S的气体生产三氧化硫的工艺设备，其特征在于，所述工艺设备还包括：
用于将所述经焚烧气体与包括NOx选择性还原剂的流组合的装置，从而提供工艺气体以便进行选择性还原，所述NOx选择性还原剂从包括氨、尿素及其前体的组得到，以及
用于使所述工艺气体在选择性NOx还原条件下发生反应以便进行选择性还原的装置，从而提供具有降低的NOx浓度的工艺气体。
3.根据权利要求1所述的用于从包括H2S的气体生产三氧化硫的工艺设备，其特征在于，所述用于分离的装置以低于150℃的温度来实施。
4.根据权利要求1所述的用于从包括H2S的气体生产三氧化硫的工艺设备，其特征在于，所述单质硫处于液体状态并且在120-150 ℃的温度范围中。
5.根据权利要求1所述的用于从包括H2S的气体生产三氧化硫的工艺设备，其特征在于，所述单质硫被引入到所述焚烧器中并且通过气动、液压或离心原理被雾化。
6.根据权利要求1所述的用于从包括H2S的气体生产三氧化硫的工艺设备，其特征在于，所述焦炉气体吸收器液体通过分开的管线被引入到所述焚烧器中并且通过气动、液压或离心原理被雾化。
7.根据权利要求1所述的用于从包括H2S的气体生产三氧化硫的工艺设备，其特征在于，所述焦炉气体吸收器液体在被引入到所述焚烧器中之前通过将水从所述液体去除而被浓缩。
8.根据权利要求1所述的用于从包括H2S的气体生产三氧化硫的工艺设备，其特征在于，在被引入到所述焚烧器中之前通过将水从所述焦炉气体吸收器液体去除，从所述液体沉淀出盐。
9.根据权利要求8所述的用于从包括H2S的气体生产三氧化硫的工艺设备，其特征在于，所述盐是NH4SCN、(NH4)2S2O3或(NH4)2SO4。
10.根据权利要求1所述的用于从包括H2S的气体生产三氧化硫的工艺设备，其特征在于，所述冷却装置是废热锅炉。
11.一种用于从包括H2S的气体生产三氧化硫的工艺设备，其特征在于，所述工艺设备包括：
碱性吸收器，所述碱性吸收器被配置成使包括H2S的气体与液氨吸收剂溶液和溶解状材料接触，从而提供包括单质硫和焦炉气体吸收器液体的液体浆料，所述溶解状材料具有将H2S氧化成单质硫的催化活性，
用于分离的装置，所述用于分离的装置被配置成接收一定量的所述液体浆料并且被配置成借助于分离手段来将所述单质硫从焦炉气体吸收器液体分离，成为硫流和焦炉气体吸收器液体流，
焚烧器，所述焚烧器被配置成接收和焚烧经由分开的管线而引入的所述单质硫和焦炉气体吸收器液体连同支持燃料和包括氧的第一气体，从而提供工艺气体，
冷却装置，所述冷却装置用于降低所述工艺气体温度，
颗粒去除装置，所述颗粒去除装置用于接收所述工艺气体并且从所述工艺气体分离固体颗粒，以及
用于提供浓硫酸的装置，所述用于提供浓硫酸的装置被配置成接收所述经氧化工艺气体并且提供浓硫酸和经脱硫工艺气体。
12.根据权利要求11所述的用于从包括H2S的气体生产三氧化硫的工艺设备，其特征在于，所述设备还包括：
用于将选择性NOx还原剂添加到所述工艺气体中的装置，以便提供具有经还原NOx成分的工艺气体，以及
二氧化硫转化器，所述二氧化硫转化器被配置成接收具有经还原NOx成分的所述工艺气体，并且包括如下材料，所述材料具有将SO2氧化成SO3的活性并且被配置成接收所述工艺气体并提供经氧化工艺气体。
13.根据权利要求11所述的用于从包括H2S的气体生产三氧化硫的工艺设备，其特征在于，所述用于提供浓硫酸的装置是冷凝器，所述冷凝器被配置成接收所述经氧化工艺气体和冷却介质，并且被配置成冷却和冷凝浓硫酸、经脱硫工艺气体以及经加热冷却介质。
14.根据权利要求13所述的用于从包括H2S的气体生产三氧化硫的工艺设备，其特征在于，所述工艺设备包括用于在所述冷凝器上游添加水的装置。
15.根据权利要求11所述的用于从包括H2S的气体生产三氧化硫的工艺设备，其特征在于，所述用于提供浓硫酸的装置是吸收器，所述吸收器被配置成接收所述经氧化工艺气体和浓硫酸，并且在所述硫酸中吸收SO3，从而提供浓硫酸和经脱硫工艺气体。
16.根据权利要求11所述的用于从包括H2S的气体生产三氧化硫的工艺设备，其特征在于，在被引入到所述焚烧器之前，水被从所述焦炉气体吸收器液体去除。
17.根据权利要求11所述的用于从包括H2S的气体生产三氧化硫的工艺设备，其特征在于，在被引入到所述焚烧器中之前，盐的至少一部分被从所述焦炉气体吸收器液体沉淀并去除。
18.根据权利要求11所述的用于从包括H2S的气体生产三氧化硫的工艺设备，其特征在于，所述单质硫以熔化形式被引入到所述焚烧器中。
19.根据权利要求11所述的用于从包括H2S的气体生产三氧化硫的工艺设备，其特征在于，所述冷却装置是废热锅炉。
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| DKPA201600437 | 2016-07-21 |
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