專利名稱：生產硫酸的方法與裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及通過催化氧化SO2成SO3和隨后在硫酸內吸收SO3來生產硫酸的方法與裝置，其中將SO3引入到第一吸收段中并在此于濃硫酸中吸收，其中由于吸收導致的具有更高濃度的硫酸通過換熱器并冷卻，和其中將未吸收的SO3供應到第二吸收段中以供進一步在硫酸內吸收。
通常通過所謂的雙吸收工藝進行硫酸的生產，正如在Ullmann’sEncyclopedia of Industrial Chemistry，第5版，第A25卷，635-700頁中所述。通過燃燒硫獲得或者作為冶金裝置的廢氣的二氧化硫(SO2)在四-或五-段轉化器內通過固體催化劑，例如采用五氧化釩作為活性組分轉化，獲得三氧化硫(SO3)。在轉化器的接觸段之后引出所得SO3并供應到中間吸收器中，或者在轉化器的最后的接觸段之后，供應到最終的吸收器中，在此含SO3的氣體逆流供應到濃硫酸內并在其內吸收。
在硫酸內吸收SO3是放熱過程，其中釋放大量的熱，所述熱量作為廢熱借助冷卻回路常規地供應到冷卻水中。為了利用在吸收過程中獲得的部分熱，已知采用升高的酸溫度操作中間吸收器。在用溫度介于60℃至90℃的酸灌注常規吸收器的同時，在所謂的熱的吸收器內，在溫度介于160℃至180℃的濃硫酸內吸收SO3。使熱的酸通過換熱器，在此通過產生低壓蒸汽而冷卻。排放部分酸物流(產品酸)，同時將其余循環到吸收器中以供產生更多的硫酸。氣體通過氣體導管離開吸收器到轉化器內。
在常規的中間吸收器上游的文丘里(Venturi)吸收器(初級吸收器)內，進行根據Outokumpu的方法的熱吸收。含SO3的氣體順流通過文丘里體系。在文丘里體系內沒有吸收的SO3通過氣體導管進入下游的中間吸收器(次級吸收器)中，在此在常規溫度下，它逆流吸收到濃硫酸內。
同樣其它工藝按照兩段，但在僅僅一個裝置內進行熱吸收。含SO3的氣體逆流通過熱的吸收器塔。此處，兩個吸收段由一個位于另一個之上的兩個灌注體系組成。在第一段內沒有吸收的SO3在第二段內吸收并作為硫酸循環到第一段中。
所有體系共有的是在各段內各自分離的SO3量取決于物理條件(溫度、濃度等)，且不可能或者僅僅在非常有限的程度上從外部影響。
為了最大化在這些熱回收裝置內的蒸汽回收，僅僅用生產用水進行熱酸的稀釋。因此，必須使用通過在燃燒空氣的干燥塔內干燥空氣獲得的水以供與在中間吸收器和在最終的吸收器內獲得的SO3反應。在高的空氣濕度的情況下，可能會發生的情況是，通過干燥空氣獲得的水多于與在中間吸收器和在最終吸收器內獲得的SO3的相應反應所需的水。當應當生產高濃度(＞98.5％)的酸時尤其是這種情況。
為了避免稀釋產品酸，因此需要將過量的水從其它回路轉移到熱的吸收器內。已有的熱回收裝置(例如Outokumpu HEROS)的概念因此提出酸在各回路之間交換。為此，必須在比其它回路濃度高的情況下操作熱的吸收器回路。然而，對濃度的選擇具有嚴格的限制，因為與理想濃度(98.3-98.5％)小的偏離對酸的吸收能力已經具有負面結果。
在回路之間的濃度差越小，就必須交換越多的酸。當例如采用99％的酸操作熱的吸收器回路和采用98.5％的酸操作其余回路時，僅僅獲得0.5％的用量以供水的轉移。這意味著將1kg水移動到熱的吸收器內時，必須將200kg酸輸送到該熱的吸收器內。然后必須從熱的吸收器回路中循環大致相同的用量到起始的回路中。用于這一目的所需的大量的酸不僅要求相應選定尺寸的管道導管、泵等，而且另外，通過與冷酸交換，在熱的吸收器回路內冷卻熱的酸，因此，相應地劣化蒸汽的產生(
圖1示出了露點和特定的低壓蒸汽產生之間的關系)。為了避免它，人們試圖保持盡可能大的濃度差，以便降低待輸送的用量。
由于在共沸點(98.3％)以下硫酸中水的分壓大大地增加(cf.圖2)，因此采用低于這一點的濃度不可能操作吸收器。否則，將會預期煙霧的形成增加。因此，采用具有較高稀釋度的酸，僅僅可操作干燥塔的回路(cf.圖3)。通過酸的腐蝕性(隨著濃度下降，所述酸的腐蝕性增加)和通過蒸汽的分壓來確定最小濃度。
為了最小化水進入硫酸裝置內，必須最小化干燥器酸的蒸汽分壓。這通過相應地調節溫度才是可能的，即酸的濃度越低，必須維持越低的酸溫度。離開干燥塔的氣體借助鼓風機引入到爐內并在該爐內用作硫的燃燒空氣。進入爐內的氣體的溫度越低，燃燒溫度越低，因此在該爐下游的高壓蒸汽廢熱鍋爐內的蒸汽產生越小。因此，在干燥塔內所選的酸濃度和所產生的高壓蒸汽量之間存在直接的關系。在干燥塔內濃度下降的情況下，與干燥器回路和熱的吸收器回路之間交換的酸量下降，但另一方面，所產生的高壓蒸汽量下降，和耗散到冷卻水內的熱量增加。
發明概述因此，本發明的目的是克服以上提及的缺點，并在生產硫酸的過程中使熱的回收更有效。
根據本發明，這一目的基本上得到解決，因為在中間吸收的第一段，即初級吸收器之前，SO3的部分物流被分流并直接供應到另一吸收段，尤其次級吸收器中。
因此，不再需要進行回路之間的酸交換。SO3而不是酸(或水)現從一個回路轉移到另一回路內。甚至在空氣濕度極端偏離設計點的情況下，這不會導致酸的無法控制地稀釋的危險。不再必須設計泵和管道導管用于最差情況下的空氣濕度。
根據本發明，至少部分在換熱器內冷卻的硫酸物流被循環到初級吸收器內，這部分硫酸物流優選用生產用水稀釋到所需濃度。
根據本發明的優選方面，當與通過燃燒硫生產SO2相連地使用該工藝時，以與吸收器相同的硫酸濃度下操作干燥塔，在所述干燥塔內，借助硫酸干燥用作燃燒空氣的空氣。可采用較高的酸濃度和因此較高的酸溫度操作干燥塔，以便高壓蒸汽的產率增加和冷卻回路降壓(relieve)。
根據本發明的優選實施方案，借助共同的儲罐，供應吸收器和干燥塔硫酸。
在根據本發明生產硫酸的裝置中，直接供應到次級吸收器內的部分SO3物流借助旁路導管分流，所述旁路導管從初級吸收器之前的SO3供應導管處分流(branch off)并連接到次級吸收器上。
根據本發明，旁路導管包括調節通過初級吸收器的部分SO3物流的閥門。
根據本發明，將吸收器和干燥塔連接到供應硫酸的共同儲罐中。由于該裝置的裝置簡化，因此成本下降。
隨后參考實施方案和附圖詳細地說明本發明。附圖中所描述和/或闡述的所有特征本身或任何結合形成本發明的主題，而與它們包括在權利要求或者其后部標記(back-reference)內無關。
附圖簡述圖1示出了蒸汽的產生與空氣露點的相關性；圖2示出了鑒于蒸汽壓力與酸濃度的相關性得到的吸收器的操作范圍；圖3圖示了采用吸收器和干燥塔的獨立的酸回路生產硫酸的常規裝置；和圖4圖示了通過本發明方法生產硫酸的裝置。
優選實施方案的說明在根據本發明生產硫酸的裝置(如圖4圖示)中，通過催化氧化SO2以已知的方式在轉化器內生產的SO3借助供應導管2供應到初級吸收器(熱的吸收器)3中，根據本發明的優選實施方案，所述初級吸收器3構成文丘里吸收器，該吸收器被與借助導管4供應的濃硫酸(98.5％)順流的SO3經過。在＞140℃的溫度下，SO3主要被硫酸吸收。由吸收導致具有較高濃度的硫酸在初級吸收器3的貯槽5內收集，通過泵6引出，并通過生成蒸汽在換熱器7內冷卻。然后將部分硫酸借助導管8排放到泵罐12內，而其余借助導管4循環到初級吸收器3內以供再次吸收SO3。也可使用含SO3的氣體在其內逆流的灌注體系而不是所示的文丘里吸收器。
在初級吸收器3內未吸收的氣態SO3經氣體導管9流入到次級吸收器10內，在此SO3在流動的硫酸(98.5％)內逆流吸收。具有較高濃度的所得硫酸借助導管11供應到泵罐12內。
借助一個或更多個泵13，泵罐12送料到中間吸收器10，干燥空氣的干燥塔14(所述干燥塔14隨后用于硫的燃燒)，和最終的吸收器15(在所述吸收器15中離開未示出的轉化器的最后段的SO3在硫酸(98.5％)內吸收)中。
借助共同的泵罐12，供應吸收器10、15和干燥塔14相同濃度的硫酸。
在初級吸收器3之前，旁路導管16從供應導管2處分流，其中借助所述旁路導管，含SO3的氣體的部分物流繞過初級吸收器3，直接供應到次級吸收器10。為此，該旁路導管開放到導管11內，借助所述導管11，未在初級吸收器3內吸收的SO3被供應到次級吸收器10中。原則上，分流的部分SO3物流也可供應到另一吸收段或者最終的吸收器中。
在旁路導管16中提供控制閥17，借助所述控制閥17，可調節繞過初級吸收器3的含SO3的氣體物流量。
與現有技術的在回路之間轉移酸(或水)不同，SO3現從一個回路轉移到另一回路。因此，待交換的質量比之前小得多，且泵和管道導管的尺寸可以更小。另外，甚至在空氣濕度極端地偏離設計點的情況下，不存在無法控制地稀釋酸的危險。
在其中于多個低壓蒸汽鍋爐內進行低壓蒸汽的回收的裝置中，若鍋爐之一被損壞，則可繼續操作該裝置。在此情況下，僅僅如此多的SO3引入到初級吸收器3內，如同通過單一的鍋爐處理一樣。將其余引入到初級吸收器10內，并在此吸收。由于冷卻回路的相應設計，該裝置能在滿負載下和通過回收50％的低壓蒸汽量繼續操作，即使一個低壓鍋爐出現故障。
可控制所產生的低壓蒸汽量。如果低壓蒸汽的消耗裝置出現故障，也不需要放掉昂貴的蒸汽或者在降低的負載下操作整個裝置。相反，可將SO3和所產生的蒸汽轉移到冷卻回路內。
所述的工藝主要可用于基于燃燒硫的雙吸收工藝，但它同樣可用于處理冶金廢氣。
參考標記列表1 裝置2 供應導管3 初級吸收器4 供應導管5 貯槽6 泵7 換熱器8 導管9 氣體導管10 次級吸收器11 導管12 泵14 干燥塔15 最終的吸收器16 旁路導管17 控制閥
權利要求
1.通過催化氧化SO2成SO3和隨后在硫酸內吸收SO3來生產硫酸的方法，其中將SO3引入到第一吸收段(初級吸收器)內并在此于濃硫酸內吸收，其中由于吸收導致的具有更高濃度的硫酸通過換熱器并冷卻，和其中未吸收的SO3供應到第二吸收段(次級吸收器)中以供進一步在硫酸內吸收，其特征在于在第一吸收段之前，將部分SO3物流分流并直接供應到另一吸收段中。
2.權利要求1的方法，其特征在于至少一部分在換熱器內冷卻的硫酸物流被循環到第一吸收段中。
3.權利要求2的方法，其特征在于用生產用水稀釋循環到第一吸收段的硫酸物流。
4.前述任何一項權利要求的方法，其中在干燥塔內借助硫酸干燥空氣或SO2氣體，其特征在于在與吸收器相同的硫酸濃度下操作干燥塔。
5.權利要求4的方法，其特征在于通過共同的儲罐將硫酸供應到吸收器和干燥塔。
6.通過催化氧化SO2成SO3和隨后在硫酸內吸收SO3來生產硫酸的裝置，該裝置包括初級吸收器(3)，其中氣態SO3和濃硫酸供應到所述初級吸收器(3)，次級吸收器(10)，其中在初級吸收器(3)內未被吸收的SO3供應到所述次級吸收器(10)以供在硫酸內進一步吸收，其特征在于存在一個旁路導管(16)，所述旁路導管(16)在初級吸收器(3)之前從SO3供應導管(2)處分流并連接到次級吸收器(10)上，以便向其中直接供應部分SO3物流。
7.權利要求6的裝置，其特征在于旁路導管(16)包括用于調節通過初級吸收器(3)的部分SO3物流的閥門(17)。
8.權利要求6或7的裝置，其特征在于吸收器(10，15)和借助硫酸干燥空氣的干燥塔(14)連接到共同的用于供應硫酸的儲罐(12)上。
全文摘要
公開了通過催化氧化SO
文檔編號C01B17/80GK1930080SQ200580008034
公開日2007年3月14日 申請日期2005年2月19日 優先權日2004年3月12日
發明者K-H·道姆, W-C·勞瑟 申請人:奧托昆普技術公司