CN213493610U - 一种低能耗硫酸生产用多级转化塔 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种低能耗硫酸生产用多级转化塔，包括转化塔本体、导热油蒸发器、导热油泵；所述转化塔本体内自下而上交错设置若干填充催化剂的转化反应区和放热缓冲区，所述转化塔本体底部设有进气口、顶部设有出气口；所述放热缓冲区内设有设置一组换热管；所述导热油蒸发器内设置换热管道，换热管道两端分别与设于导热油蒸发器表面的换热管道进口、换热管道出口相连；所述转化塔本体的换热管、导热油蒸发器的换热管道、导热油泵连接成环。本实用新型提供的低能耗硫酸生产用多级转化塔结构简单、管理方便，所有的转化反应及热量传输均可以在转化塔内完成，无需如现有转化塔当反应过程中气体温度上升到550℃时必须引出进入换热器。
Description
技术领域
本实用新型提供了一种低能耗硫酸生产用多级转化塔，属于化工设备领域。
背景技术
目前，制造硫酸的方法包括接触法和消化法。消化法制得的硫酸浓度低；而接触法硫酸工艺，无论是硫铁矿制酸还是硫磺制酸，或是各种其他矿石的冶炼制酸，最终得到的硫酸浓度大于98％，是最常用的方法。
接触法制硫酸，主要分三个阶段：SO2制备、SO2转化为SO3、SO3吸收。SO2转化为SO3的反应，须在催化剂的作用下才能完成。该转化反应是放热反应，催化剂通常是以V2O5为主要活性成分的钒催化剂，同时加入碱金属氧化物作为助催化剂，加入金属或非金属的氧化物来增加强度和活性的硅藻土作为催化剂的载体。催化剂被制成直径4～6mm、长度5～15mm的柱状颗粒，近年来为了降低气体流过催化剂的床层阻力降低能耗，催化剂也有被制成球状或环状颗粒。
硫酸工艺转化催化剂的起燃温度，通常略高于400℃。低温活性型钒催化剂的起燃温度可以到370℃左右。进入转化塔的原料气(SO2+O2)温度必须大于催化剂的起燃温度，通常为410～450℃。由于矿石冶炼制酸的原料气经过湿法净化后降温至40℃左右，必须经过换热器加热，通常以转化反应后的热气体将原料气间接加热至反应所需温度，再进入转化塔。
由于SO2转化成SO3的反应是放热反应(放热量Q为：在25℃时，每生成1mol SO3的放出热量为98.4kJ。钒催化剂的转化反应，在400℃时，反应速度更快，转化率更高)，会使催化剂床层温度升高，如超过650℃，则损坏催化剂。转化塔一般分成3～5层，层间进行间接或直接冷却，使得催化剂和反应气体保持适宜温度和高转化率、高反应速度。
现代硫酸生产两次转化工艺，经过两层或三层催化剂的气体，先进入中间吸收塔，吸收掉其中的SO3，余气再次加热后通过后面的催化剂层二次转化，再进入吸收塔最终吸收。由于中间吸收移除了反应生成物，提高了二次转化率，总转化率＞99.5％。然而，由于为两次转化工艺，生产设备较复杂，需要设置两个以上的转化塔和吸收塔，不仅成本高，而且安装设置不方便。
实用新型内容
技术问题：为了解决现有技术的缺陷，本实用新型提供了一种低能耗硫酸生产用多级转化塔。
技术方案：本实用新型提供一种低能耗硫酸生产用多级转化塔，包括转化塔本体、导热油蒸发器、导热油泵；所述转化塔本体内自下而上交错设置若干填充催化剂的转化反应区和放热缓冲区，所述转化塔本体底部设有进气口、顶部设有出气口；所述放热缓冲区内设有设置一组换热管；所述导热油蒸发器内设置换热管道，换热管道两端分别与设于导热油蒸发器表面的换热管道进口、换热管道出口相连；所述转化塔本体的换热管、导热油蒸发器的换热管道、导热油泵连接成环。
作为改进，所述转化塔本体的换热管、导热油蒸发器的换热管道、导热油泵形成的环状管道内充满导热油作为换热介质。
作为另一种改进，还包括控制阀和温度检测器；所述控制阀与导热油蒸发器并联，所述温度检测器设于导热油泵出口端，且温度检测器发送温度信号至控制阀。
作为另一种改进，所述导热油蒸发器的腔体侧壁设有进水口、顶部设有蒸汽出口、底部设有排渣口。
作为另一种改进，还包括进口集箱和出口集箱，放热缓冲区内的所有换热管通过进口集箱与导热油泵连接、通过出口集箱与导热油蒸发器的换热管道相连。
作为进一步改进，进口集箱与每个换热管的进口端通过平衡器相连；出口集箱与每个换热管的出口端通过平衡器相连；所述平衡器为节流孔板。
作为另一种改进，换热管在放热缓冲区内形成若干换热层，每层换热层由一个以上换热管组成。
作为进一步改进，每层换热层内的换热管为适应于圆环面的蛇形管，其内侧曲率半径小、外侧曲率半径大。
作为进一步改进，每层换热层上设有一组与换热管相连接的翅片，翅片可为螺旋形翅片。
作为另一种改进，还包括中立柱，所述中立柱设于转化塔本体内，用于支撑转化塔、转化反应区和放热缓冲区。
有益效果：本实用新型提供的低能耗硫酸生产用多级转化塔结构简单、管理方便，所有的转化反应及热量传输均可以在转化塔内完成，无需如现有转化塔那样当反应过程中气体温度上升到550℃时必须引出进入换热器降温，后再引入转化塔继续转化。
附图说明
图1为本实用新型低能耗硫酸生产用多级转化塔的结构示意图。
图2为换热管所在的转化塔截面图。
图3为转化塔本体的局部放大图。
图4为平衡器的结构示意图。
具体实施方式
下面对本实用新型作出进一步说明。
低能耗硫酸生产用多级转化塔，见图1至4，包括转化塔本体1、导热油蒸发器2、导热油泵3、控制阀4和温度检测器5。
转化塔本体1内自下而上交错设置若干填充催化剂的转化反应区11和放热缓冲区12，转化塔本体1底部设有进气口13、顶部设有出气口14；放热缓冲区12内设有设置一组换热管15；还包括进口集箱17和出口集箱18，放热缓冲区12内的所有换热管15通过进口集箱17与导热油泵3连接、通过出口集箱18与导热油蒸发器2的换热管道21相连。进口集箱17与每个换热管15的进口端通过平衡器10相连；出口集箱18与每个换热管15的出口端通过平衡器10相连，其作用是平衡热媒的流量；平衡器10为节流孔板。还包括中立柱19，中立柱19设于转化塔本体1内，用于支撑转化塔1、转化反应区11和放热缓冲区12。
换热管15在放热缓冲区12内形成若干换热层，每层换热层由一个以上换热管15组成；每层换热层内的换热管15为适应于圆环面的蛇形管，其内侧曲率半径小、外侧曲率半径大；每层换热层上设有一组与换热管15相连接的翅片，翅片可为螺旋形翅片。
导热油蒸发器2内设置换热管道21，换热管道21两端分别与设于导热油蒸发器2表面的换热管道进口22、换热管道出口23相连；导热油蒸发器2的腔体侧壁设有进水口24、顶部设有蒸汽出口25、底部设有排渣口26。
转化塔本体1的换热管15、导热油蒸发器2的换热管道21、导热油泵3连接成环；转化塔本体1的换热管15、导热油蒸发器2的换热管道21、导热油泵3形成的环状管道内充满导热油作为换热介质。
控制阀4与导热油蒸发器2并联，温度检测器5设于导热油泵3出口端，且温度检测器5发送温度信号至控制阀4。
该装置的工作原理：
待反应的二氧化硫和氧气从进气口13进入转化塔本体1内，在转化反应区11内与催化剂接触反应，通过顶部的出气口14流出三氧化硫。
催化反应放出的热量与换热管15内的导热油换热，保证了转化塔本体1内温度基本恒定；吸热的导热油在导热油蒸发器2内与水等介质换热后，再次进入转化塔本体1内吸热。
换热管设置在转化反应区11(催化剂层)的层间。因导热油较为合适的工作温度t＜300℃，可以将在催化剂层中因反应生成热而变成高温的气体及时降温至合适温度后再进入上一层催化剂层。换热介质选择导热油，可以不必受催化剂温度必须高于370℃、低于650℃的限制，导热油在换热管内流过。
在每一高度上的换热管，可以设置成适应于圆环面的多组蛇形管束，内侧曲率半径小一些，外侧曲率半径大一些，及时对反应气体降温。管外的翅片可以是螺旋形的高频焊翅片，翅片间距可按照常规气体的情况设置。导热油在转化塔内换热管内的进出口温差只需保证进入整个催化剂层内时的反应气体温度均匀相等即可。换热管设置在催化剂层间，反应气体的局部浓度差异在流经换热管束时经自动扩算流动后调整均匀。换热管也可以根据不同浓度反应物所要求的温度进行分组，满足此要求。
整个转化塔内催化剂层的分组数量，可根据恒温要求的温差决定。如，要求进入催化剂层的反应气体的进出口温差小一些，则分组数量可以多一些。这样可以保证转化反应基本是在一个恒定的温度范围内。
以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种低能耗硫酸生产用多级转化塔，其特征在于：包括转化塔本体(1)、导热油蒸发器(2)、导热油泵(3)；所述转化塔本体(1)内自下而上交错设置若干填充催化剂的转化反应区(11)和放热缓冲区(12)，所述转化塔本体(1)底部设有进气口(13)、顶部设有出气口(14)；所述放热缓冲区(12)内设有设置一组换热管(15)；所述导热油蒸发器(2)内设置换热管道(21)，换热管道(21)两端分别与设于导热油蒸发器(2)表面的换热管道进口(22)、换热管道出口(23)相连；所述转化塔本体(1)的换热管(15)、导热油蒸发器(2)的换热管道(21)、导热油泵(3)连接成环。
2.根据权利要求1所述的一种低能耗硫酸生产用多级转化塔，其特征在于：所述转化塔本体(1)的换热管(15)、导热油蒸发器(2)的换热管道(21)、导热油泵(3)形成的环状管道内充满导热油作为换热介质。
3.根据权利要求1所述的一种低能耗硫酸生产用多级转化塔，其特征在于：还包括控制阀(4)和温度检测器(5)；所述控制阀(4)与导热油蒸发器(2)并联，所述温度检测器(5)设于导热油泵(3)出口端，且温度检测器(5)发送温度信号至控制阀(4)。
4.根据权利要求1所述的一种低能耗硫酸生产用多级转化塔，其特征在于：所述导热油蒸发器(2)的腔体侧壁设有进水口(24)、顶部设有蒸汽出口(25)、底部设有排渣口(26)。
5.根据权利要求1所述的一种低能耗硫酸生产用多级转化塔，其特征在于：还包括进口集箱(17)和出口集箱(18)，放热缓冲区(12)内的所有换热管(15)通过进口集箱(17)与导热油泵(3)连接、通过出口集箱(18)与导热油蒸发器(2)的换热管道(21)相连。
6.根据权利要求5所述的一种低能耗硫酸生产用多级转化塔，其特征在于：进口集箱(17)与每个换热管(15)的进口端通过平衡器(10)相连；出口集箱(18)与每个换热管(15)的出口端通过平衡器(10)相连；所述平衡器(10)为节流孔板。
7.根据权利要求1所述的一种低能耗硫酸生产用多级转化塔，其特征在于：换热管(15)在放热缓冲区(12)内形成若干换热层，每层换热层由一个以上换热管(15)组成。
8.根据权利要求7所述的一种低能耗硫酸生产用多级转化塔，其特征在于：每层换热层内的换热管(15)为适应于圆环面的蛇形管，其内侧曲率半径小、外侧曲率半径大。
9.根据权利要求7所述的一种低能耗硫酸生产用多级转化塔，其特征在于：每层换热层上设有一组与换热管(15)相连接的翅片，翅片为螺旋形翅片。
10.根据权利要求1所述的一种低能耗硫酸生产用多级转化塔，其特征在于：还包括中立柱(19)，所述中立柱(19)设于转化塔本体(1)内，用于支撑转化塔本体(1)、转化反应区(11)和放热缓冲区(12)。
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| CN202022265309.7U CN213493610U (zh) | 2020-10-12 | 2020-10-12 | 一种低能耗硫酸生产用多级转化塔 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114307868A (zh) * | 2020-10-12 | 2022-04-12 | 南京华电节能环保股份有限公司 | 一种接触法硫酸工艺用多级转化塔 |
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- 2020-10-12 CN CN202022265309.7U patent/CN213493610U/zh active Active
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