CN208292664U - 用于从包括h2s的气体生产硫酸的工艺设备 - Google Patents
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Abstract
一种用于从包括H2S的气体生产硫酸的工艺设备，所述工艺设备包括：碱性吸收剂，所述碱性吸收器用于使包括H2S的气体与液氨吸收剂溶液和溶解状材料接触，所述溶解状材料具有将H2S氧化成单质硫的催化活性；分离装置，所述分离装置用于产生将要返回到吸收器的没有单质硫的吸收器液体以及将被引入到焚烧器中的单质硫和清除出的吸收器液体的流；非空气式喷嘴，所述非空气式喷嘴用于接收和雾化单质硫和清除出的吸收器液体以进入焚烧器；用于冷却的装置；颗粒去除装置；二氧化硫转化器，所述二氧化硫转化器用于将SO2氧化成SO3；以及用于提供浓硫酸的装置。
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的气体生产硫酸的工艺。
背景技术
当焦炉气体从煤产生时，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，并且然后，单质硫可以作为低质量硫出售，或者单质硫可以被转移到硫酸生产设备，在硫酸生产设备中，单质硫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CN 101092577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CN101734629和CN 103072957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涉及如下技术方案：
方案1. 一种用于从包括H2S的气体生产硫酸的工艺设备，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吸收器液体的液体浆液，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所述液体浆液，并且被配置成产生将要返回到所述吸收器的没有单质硫的吸收器液体以及将被引入到焚烧器中的单质硫和清除出的吸收器液体的流，
一个或多个非空气式喷嘴，所述一个或多个非空气式喷嘴被配置成接收和雾化所述单质硫和清除出的吸收器液体以进入所述焚烧器,
焚烧器，所述焚烧器接收所述经雾化的单质硫和所述清除出的吸收器液体连同支持燃料和包括氧的第一气体，由此提供包括SO2的工艺气体，其中，所述支持燃料和包括氧的第一气体被供给到所述焚烧器中或被供给到所述焚烧器上游的地点，
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，
二氧化硫转化器，所述二氧化硫转化器被配置成接收所述工艺气体，并且包括具有将SO2氧化成SO3的活性的材料，所述材料被配置成接收所述工艺气体并且提供经氧化工艺气体，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，并且被配置成通过冷却和冷凝或者通过在H2SO4中吸收SO3来提供发烟硫酸或浓硫酸酸以及硫还原工艺气体。
方案2. 根据方案1所述的用于从包括H2S的气体生产硫酸的工艺设备，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3. 根据方案1所述的用于从包括H2S的气体生产硫酸的工艺设备，其特征在于，所述单质硫和所述清除出的吸收器液体经由单个供给管线被注入到所述焚烧器中。
方案4. 根据方案1或2所述的用于从包括H2S的气体生产硫酸的工艺设备，其特征在于，所述单质硫和所述清除出的吸收器液体借助于液压喷嘴被注入到所述焚烧器中。
方案5. 根据方案4所述的用于从包括H2S的气体生产硫酸的工艺设备，其特征在于，所述单质硫和所述清除出的吸收器液体的表压压力在0.5-10巴的范围中。
方案6. 根据方案1或2所述的用于从包括H2S的气体生产硫酸的工艺设备，其特征在于，所述单质硫和所述清除出的吸收器液体借助于离心喷嘴被注入到所述焚烧器中。
方案7. 根据方案6所述的用于从包括H2S的气体生产硫酸的工艺设备，其特征在于，所述离心喷嘴是盘状件，并且旋转速度在500-50000 每分钟转数的范围中。
方案8. 一种用于从包括H2S的气体生产硫酸的工艺设备，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吸收器液体的液体浆液，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所述液体浆液，并且被配置成产生将要返回到所述吸收器的没有单质硫的吸收器液体以及将被引入到焚烧器中的单质硫和清除出的吸收器液体的流，
一个或多个非空气式喷嘴，所述一个或多个非空气式喷嘴被配置成接收和雾化所述单质硫和清除出的吸收器液体以进入所述焚烧器,
焚烧器，所述焚烧器接收所述经雾化的单质硫和所述清除出的吸收器液体连同支持燃料和包括氧的第一气体，由此提供工艺气体，
用于冷却的装置，所述用于冷却的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，
二氧化硫转化器，所述二氧化硫转化器被配置成接收所述工艺气体，并且包括具有将SO2氧化成SO3的活性的材料，所述材料被配置成接收所述工艺气体并且提供经氧化工艺气体，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，并且被配置成提供浓硫酸和经脱硫工艺气体。
方案9. 根据方案8所述的用于从包括H2S的气体生产硫酸的工艺设备，其特征在于，用于雾化所述单质硫和所述清除出的吸收器液体的非压缩空气式喷嘴属于液压类型。
方案10. 根据方案8所述的用于从包括H2S的气体生产硫酸的工艺设备，其特征在于，用于雾化所述单质硫和所述清除出的吸收器液体的非压缩空气式喷嘴属于离心类型。
方案11. 根据方案8所述的用于从包括H2S的气体生产硫酸的工艺设备，其特征在于，所述用于冷却的装置是废热锅炉。
本实用新型以其最广泛的形式涉及用于从包括H2S的气体生产硫酸的工艺，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吸收器液体的液体浆液，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) 通过机械装置将所述单质硫从吸收器液体分离，从而提供将返回到吸收器的实际上没有单质硫的吸收器液体的流，以及单质硫和清除出的（purged）吸收器液体的流，
(c) 借助于非空气式喷嘴将所述单质硫和清除出的吸收器液体的流注入到焚烧器中，
(d) 将支持燃料和第一氧化剂气体供给到焚烧器中或供给到所述焚烧器上游的地点，
(e) 焚烧混合物，由此获得包括SO2的经焚烧气体，
(f) 在过滤器单元中去除无机粉尘，
(g) 使工艺气体与具有将SO2氧化成SO3的催化活性的材料接触，由此提供经氧化工艺气体，以及
(h) 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酸以及硫还原工艺气体，
其具有避免SO2的排放的关联的益处，并因此降低了所述工艺对环境的影响。在另一个实施例中，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，萘醌或蒽醌化合物）、可选地具有一种或多种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产生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和SO2。
在另外的实施例中，步骤（a）中的工艺还包括如下步骤：提取所述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-的离子的硫在吸收器液体中的累积。
所述工艺的其它有利的实施例包括如下各项。
- 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。
- 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，从而提供了节能的工艺。
- 通过气动（蒸气）、液压或离心喷嘴，单质硫中浓缩的吸收器液体被雾化以进入焚烧器。
- 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。与其关联的益处在于有助于工艺的高效热管理。
- 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的催化剂处于该温度时均具有高活性，而同时避免了SO2+ 0.5 O2<->SO3的平衡态向SO2转移。
- 工艺设备包括在反应器上游添加选择性NOx还原剂，例如NH3，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（g）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。
- 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，以便在浓硫酸中吸收SO3，并且以便提取浓硫酸。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（dewpoint）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。
进一步地，本实用新型涉及用于实施从包括H2S的气体生产硫酸的工艺的工艺设备，所述设备包括
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吸收器液体的液体浆液，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所述液体浆液，并且被配置成产生将要返回到所述吸收器的没有单质硫的吸收器液体以及将被引入到焚烧器中的单质硫和清除出的吸收器液体的流，
一个或多个非空气式喷嘴，所述一个或多个非空气式喷嘴被配置成接收和雾化所述单质硫和清除出的吸收器液体以进入所述焚烧器,
焚烧器，所述焚烧器接收经雾化的单质硫和清除出的吸收器液体连同支持燃料和包括氧的第一气体，由此提供工艺气体，
用于冷却的装置，诸如用于降低所述工艺气体温度的废热锅炉，
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，
二氧化硫转化器，所述二氧化硫转化器被配置成接收所述工艺气体，并且包括具有将SO2氧化成SO3的活性的材料，所述材料被配置成接收所述工艺气体并且提供经氧化工艺气体，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，并且被配置成提供浓硫酸和经脱硫工艺气体。
优选地，用于雾化单质硫和清除出的吸收器液体的非压缩空气式（compressedair-free）喷嘴属于液压类型或离心类型。
此外，本实用新型涉及一种用于从包括H2S的气体生产硫酸的工艺设备，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吸收器液体的液体浆液，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所述液体浆液，并且被配置成产生将要返回到所述吸收器的没有单质硫的吸收器液体以及将被引入到焚烧器中的单质硫和清除出的吸收器液体的流，
一个或多个非空气式喷嘴，所述一个或多个非空气式喷嘴被配置成接收和雾化所述单质硫和清除出的吸收器液体以进入所述焚烧器,
焚烧器，所述焚烧器接收经雾化的单质硫和清除出的吸收器液体连同支持燃料和包括氧的第一气体，由此提供包括SO2的工艺气体，其中，所述支持燃料和包括氧的第一气体被供给到所述焚烧器中或被供给到所述焚烧器上游的地点，
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，
二氧化硫转化器，所述二氧化硫转化器被配置成接收所述工艺气体，并且包括具有将SO2氧化成SO3的活性的材料，所述材料被配置成接收所述工艺气体并且提供经氧化工艺气体，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，并且被配置成通过冷却和冷凝或者通过在H2SO4中吸收SO3来提供发烟硫酸或浓硫酸酸以及硫还原工艺气体。
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 +盐被供给到将单质硫从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、ZL、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，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。
本实用新型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。如果不从焦炉气体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（saltprecipitation）的风险，与其关联的，产生堵塞管道和其他设备的风险。
如果清除流太大，则催化剂和淡水消耗将变得太高。吸收器液体中的最佳盐浓度约为300 g盐/l。
通过机械措施，例如沉降、离心和过滤，单质硫可以从液相分离。这种分离不是非常高效，并且一些液体将会与单质硫共存。由于需要焦炉气体吸收器液体的清除流来维持吸收器液体中的稳定的盐浓度，所以这是较不重要的。可选地，一部分无硫吸收器液体与具有高浓度的单质硫的吸收器液体混合，使得返回到吸收器的吸收器液体中的盐浓度保持恒定并且低于最大可允许浓度。
如在CN 101092577中描述的现有技术中，单质硫和清除出的吸收器液体的混合物经由单个供给管线被供给到焚烧器，并且供给物借助于喷嘴被雾化以进入焚烧器，喷嘴使用压缩空气将供给物分解成细小微滴。
根据本实用新型，清除出的吸收器液体和单质硫的流经由供给管线被供给到焚烧器，并且由使用液压或离心方式的一个或多个喷嘴将供给物雾化以进入焚烧器，从而提供用以将供给物注入到焚烧器中的有成本效益的方法。
液压喷嘴使用流体压降使流体雾化，以加速流体并在喷嘴中的表面和/或边缘上分解高速流体。这些液压喷嘴也被称为压力喷嘴并且通常在尺寸上是小的、便宜的并且仅消耗很少的功率。该系列压力喷嘴的其他名称是空心锥体、实心锥体、扇形、振动和冲击喷嘴。
离心喷嘴也称为旋转喷嘴或旋转式雾化器，并且包括高速旋转的杯状件或盘状件。在旋转盘状件中，流体通过中心孔被引入在盘状件中并且随着迫使流体到盘状件的外围界而被加速。在盘状件边缘处，流体被分解成小的微滴并且与在盘状件周围流动的气体/空气混合。流体和空气压力不需要是高的。该类型的喷嘴非常适合于包含固体颗粒的浆料和流体。
该系列喷嘴消耗很少的功率。
现有技术中所描述的喷嘴是气体雾化喷嘴，气体雾化喷嘴也被称为气动喷嘴或双流体喷嘴。通过减小空气或蒸气的压力，压缩空气或蒸气被加速，并且高速的空气或蒸气被用于分解流体。由于空气的压缩是功率密集式工艺，所以经压缩空气驱动的喷嘴消耗相对较多的功率。空气消耗量在每千克所雾化的水需要300-800 l空气的范围内，并且空气的表压压力通常为1-5巴。
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，由于该更高的空气温度，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℃，从而产生饱和蒸气。替代地，可以在产生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）过滤器系统。
通过使工艺气体与催化剂接触，由焚烧形成的NOx可以在由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。
在可选的SCR反应器下游，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氧化可以发生在一个、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转化度。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，从而产生饱和蒸气。
一个或多个粉尘保护催化剂床可以安装在SO2反应器中的第一催化剂床上方，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，则该保护床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产生的蒸气过热，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，并且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在热交换器中被预加热或可以在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是根据现有技术的工艺设备的流程图，
图2是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示出了将单质硫和流出的吸收器液体引入到焚烧器中的细节。
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（sludge）15和焦炉气体吸收器液体12。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-）。
包括单质硫和焦炉气体吸收器液体15的一部分以及额外的清除出的吸收器液体的硫沉淀物借助于空气雾化喷嘴注入到焚烧器30中，空气雾化喷嘴使用压缩空气28将供给物分解成细小微滴。
诸如焦炉气体的支持燃料31和(热的)燃烧空气61也被注入到焚烧器中以提供能量和氧从而确保供给物的完全氧化。
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，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62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是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，包括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，从而产生富集在单质硫中的吸收器液体15和几乎没有单质硫的吸收器液体12。为确保将返回到吸收器2的吸收器液体12中的恒定的盐浓度，吸收器液体的清除流29可以被提取并且与富集在单质硫中的吸收器液体15组合，从而产生到硫酸设备的焚烧器30的供给流17。
为使用清除出的吸收器液体来补偿所提取的水和催化剂的损耗，在吸收器液体经由管线6和4返回到焦炉气体吸收器2之前，可以添加清水和催化剂13。
包含单质硫和清除出的吸收器液体17的供给物通过（一个或多个）液压喷嘴或（一个或多个）离心喷嘴被注入到焚烧器30中，从而在未消耗压缩空气的情况下产生供给物的细小微滴。
支持燃料31和预加热燃烧空气61也被供给到焚烧器30中，以提供能量和氧以确保供给物的完全分解和氧化。离开焚烧器31的工艺气体在废热锅炉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，在焚烧工艺期间形成的无机粉尘和可能地形成的有机粉尘从工艺气体分离并被提取。经清洁的工艺气体38可选地与含氨的流39混合并且被引导到用于选择性催化还原的反应器42，在反应器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)、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。这将减少支持燃料消耗。作为一个选择，来自硫酸冷凝器59的热空气可以被直接地注入在焚烧器30中。
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，并且可能地在使用焚烧器中所不需要的经加热空气62稀释之后，可以经由排气道56将清洁气体53释放到大气。
在本公开的一个实施例中，该工艺不采用冷却和冷凝，而是替代地采用吸收器，在吸收器中，SO3在硫酸中被吸收。通常，因为在焚烧和NOx的选择性还原期间产生水，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。
在如下示例中更详细地说明本实用新型。
示例1
在下面的表格1中示出了进入焦炉气体脱硫设备的典型焦炉气体组分以及焦炉气体脱硫设备的去除效率的示例。
表格1
| H<sub>2</sub>浓度 | vol%（容积百分比） | 50 |
| CH<sub>4</sub>浓度 | vol%（容积百分比） | 30 |
| CO浓度 | vol%（容积百分比） | 5 |
| N<sub>2</sub>浓度 | vol%（容积百分比） | 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2
在根据本实用新型的示例中，使用如图2中所示的工艺，该工艺包括氨水吸收剂溶液和醌型H2S氧化催化剂。在表格1中给出的典型的焦炉气体参数被用于评估用于使供给物雾化以进入焚烧器的不同喷嘴类型的功率消耗。
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、以及在湿法硫酸设备中生产硫酸。
在该示例中，假设50％的H2S转化成单质硫，而剩余的50％的H2S转化成形成盐的离子，主要是S2O3 2-、SCN-和SO4 2-。所有捕获的HCN被转化成SCN-。
这产生到硫酸设备的3900 kg/h的液体供给物，其中水是2650 kg/h，单质硫是375kg/h，以NH4 +作为阳离子的溶解状盐是875 kg/h。阴离子是S2O3 2-、SCN-和SO4 2-的混合物。
当供给物被注入到焚烧器中时，供给物必须被雾化成细小微滴，从而产生大的表面区域以用于挥发性物质的快速蒸发、硫的氧化和盐的分解和氧化。气动类型、液压类型和离心类型的喷嘴可以被用于该雾化。
针对三种不同的喷嘴来计算雾化供给物所需要的功率消耗，三种不同的喷嘴即为：如在现有技术中使用的压缩空气雾化喷嘴(液压式)、压力喷嘴(液压式)以及旋转喷嘴(离心式)。
用于功率消耗的公式已从Perry的化学工程师手册（第4版）以及从由McCabe，Smith和Harriott编写的“化学工程单元操作（Unit Operations of ChemicalEngineering）”（第5版）得到。
对于压缩空气雾化喷嘴，假设每kg浆液0.2 kg压缩空气的气流（对应于约150 l/kg）足以使供给物雾化。需要压缩空气的4巴的压降来雾化供给物。
旋转喷嘴是具有4英寸的外直径和0.5英寸的内供给孔直径的旋转盘状件；盘状件以5,000转每分钟的速度旋转。不需要显著的供给压力来将供给物注入到旋转盘状件的中心孔中。
对于压力喷嘴，4巴的液体供给物的压降被用于使供给物雾化。
下面的表格2图示了用于雾化来自100000 Nm3/h的焦炉气体脱硫设备的硫浆液的功率需求。硫和吸收器液体的供给物流量是3900 kg/h。
表格2
| 空气雾化碰嘴 | 压力碰嘴 | 旋转碰嘴 | |
| 跨过喷嘴的压降 | 4 巴（空气） | 4 巴（液体） | ＜ 0.5 巴（液体） |
| 压缩机效率 | 80% | 80% | 不适用 |
| 压缩机功率 | 40 kW | 0.5 kW | 0.5 kW |
如表格2中所示，用于操作压缩空气雾化喷嘴的功率消耗远高于用于操作压力喷嘴和旋转喷嘴的功率消耗，压力喷嘴和旋转喷嘴具有大约相同的操作成本。空气雾化喷嘴的高功率消耗的原因是将大气空气压缩到雾化所需要的高压的功率密集式步骤。
假设电费为0.1美元/千瓦时，通过使用压力喷嘴和旋转喷嘴的成本节省约为每年30,000美元。
Claims (11)
1.一种用于从包括H2S的气体生产硫酸的工艺设备，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吸收器液体的液体浆液，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所述液体浆液，并且被配置成产生将要返回到所述吸收器的没有单质硫的吸收器液体以及将被引入到焚烧器中的单质硫和清除出的吸收器液体的流，
一个或多个非空气式喷嘴，所述一个或多个非空气式喷嘴被配置成接收和雾化所述单质硫和清除出的吸收器液体以进入所述焚烧器,
焚烧器，所述焚烧器接收所述经雾化的单质硫和所述清除出的吸收器液体连同支持燃料和包括氧的第一气体，由此提供包括SO2的工艺气体，其中，所述支持燃料和包括氧的第一气体被供给到所述焚烧器中或被供给到所述焚烧器上游的地点，
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，
二氧化硫转化器，所述二氧化硫转化器被配置成接收所述工艺气体，并且包括具有将SO2氧化成SO3的活性的材料，所述材料被配置成接收所述工艺气体并且提供经氧化工艺气体，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，并且被配置成通过冷却和冷凝或者通过在H2SO4中吸收SO3来提供发烟硫酸或浓硫酸以及硫还原工艺气体。
2.根据权利要求1所述的用于从包括H2S的气体生产硫酸的工艺设备，其特征在于，所述用于分离的装置以低于150℃的温度来实施。
3.根据权利要求1所述的用于从包括H2S的气体生产硫酸的工艺设备，其特征在于，所述单质硫和所述清除出的吸收器液体经由单个供给管线被注入到所述焚烧器中。
4.根据权利要求1或2所述的用于从包括H2S的气体生产硫酸的工艺设备，其特征在于，所述单质硫和所述清除出的吸收器液体借助于液压喷嘴被注入到所述焚烧器中。
5.根据权利要求4所述的用于从包括H2S的气体生产硫酸的工艺设备，其特征在于，所述单质硫和所述清除出的吸收器液体的表压压力在0.5-10巴的范围中。
6.根据权利要求1或2所述的用于从包括H2S的气体生产硫酸的工艺设备，其特征在于，所述单质硫和所述清除出的吸收器液体借助于离心喷嘴被注入到所述焚烧器中。
7.根据权利要求6所述的用于从包括H2S的气体生产硫酸的工艺设备，其特征在于，所述离心喷嘴是盘状件，并且旋转速度在500-50000 每分钟转数的范围中。
8.一种用于从包括H2S的气体生产硫酸的工艺设备，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吸收器液体的液体浆液，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所述液体浆液，并且被配置成产生将要返回到所述吸收器的没有单质硫的吸收器液体以及将被引入到焚烧器中的单质硫和清除出的吸收器液体的流，
一个或多个非空气式喷嘴，所述一个或多个非空气式喷嘴被配置成接收和雾化所述单质硫和清除出的吸收器液体以进入所述焚烧器,
焚烧器，所述焚烧器接收所述经雾化的单质硫和所述清除出的吸收器液体连同支持燃料和包括氧的第一气体，由此提供工艺气体，
用于冷却的装置，所述用于冷却的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，
二氧化硫转化器，所述二氧化硫转化器被配置成接收所述工艺气体，并且包括具有将SO2氧化成SO3的活性的材料，所述材料被配置成接收所述工艺气体并且提供经氧化工艺气体，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，并且被配置成提供浓硫酸和经脱硫工艺气体。
9.根据权利要求8所述的用于从包括H2S的气体生产硫酸的工艺设备，其特征在于，用于雾化所述单质硫和所述清除出的吸收器液体的非压缩空气式喷嘴属于液压类型。
10.根据权利要求8所述的用于从包括H2S的气体生产硫酸的工艺设备，其特征在于，用于雾化所述单质硫和所述清除出的吸收器液体的非压缩空气式喷嘴属于离心类型。
11.根据权利要求8所述的用于从包括H2S的气体生产硫酸的工艺设备，其特征在于，所述用于冷却的装置是废热锅炉。
Applications Claiming Priority (2)
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| DKPA201600438A DK201600438A1 (en) | 2016-07-21 | 2016-07-21 | A process for the production of sulfuric acid from gases comprising H2SA |
| DKPA201600438 | 2016-07-21 |
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|---|---|---|---|
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