阅读说明：本技术 高含烃酸性气湿法制硫酸工艺与装置 (Wet process and apparatus for preparing sulfuric acid from high-hydrocarbon-content acidic gas ) 是由 伍俊文 曾维楚 唐明成 彭建国 尹武涛 于 2020-07-21 设计创作，主要内容包括：一种高含烃酸性气湿法制硫酸工艺与装置,高含烃酸性气在焚烧炉内燃烧后形成含有SO<Sub>2</Sub>的工艺气,对工艺气进行冷却降温,将冷却降温后的工艺气分成两路,一路经转化冷凝洗涤吸收形成成品硫酸,另一路与助燃气混合形成混合气后进入再次进入焚烧炉,形成部分工艺气的循环。通过将焚烧炉内产生的SO<Sub>2</Sub>气体经热量交换单元换热降温后部分返回入焚烧炉内,避免了通入空气量低时炉内温度过高而导致氮氧化物生成速率急剧增加,或者加大通入空气量来控制炉内温度时又导致工艺气内SO<Sub>2</Sub>含量过低及尾气排放量加大的问题。(A wet process for preparing sulfuric acid from the high-hydrocarbon acidic gas containing SO is disclosed, which is generated by burning the high-hydrocarbon acidic gas in incinerator 2 The process gas is cooled, the cooled process gas is divided into two paths, one path of the process gas is converted, condensed, washed and absorbed to form finished sulfuric acid, the other path of the process gas is mixed with combustion-supporting gas to form mixed gas, and then the mixed gas enters the incinerator again to form circulation of part of the process gas. By mixing SO generated in an incinerator 2 The gas is cooled by the heat exchange unit and the part of the gas returns to the incinerator, thereby avoiding the over-high temperature in the incinerator when the air inlet amount is lowThe generation rate of nitrogen oxides is increased sharply, or SO in the process gas is caused when the temperature in the furnace is controlled by increasing the air inlet quantity 2 The content is too low and the exhaust emission is increased.)

高含烃酸性气湿法制硫酸工艺与装置

技术领域

本发明涉及一种制造硫酸的工艺与装置，具体涉及一种高含烃酸性气湿法制硫酸工艺与装置。

背景技术

煤化工企业中的预洗闪蒸气和二甲醚克劳斯气体中富含5%~30%摩尔含量左右的烃类物质，10%~50%摩尔含量的H₂S，烃组成中C5、C6含量较高。用硫磺回收工艺处理时，由于焚烧炉是缺氧燃烧，会导致烃燃烧不充分，烃燃烧产生的碳颗粒会堵塞催化剂床层，同时碳颗粒会带入到硫磺产品中，导致硫磺产品质量不合格。一般的湿法制硫酸工艺，由于烃含量较高，为控制焚烧炉温度，需大量补充空气，因此导致工艺气中SO₂摩尔含量较低，在2%以下。由于空气大量加入，使得焚烧炉后的工艺气体流量增大，加大了后续转化反应器、冷凝器、尾气处理的设备大小，造成装置造价增高，操作成本加大。工艺气量的增加也将导致尾气排放量加大，尾气带走热量增加，导致装置产蒸汽减少，影响装置的效益，且外排尾气增大也将导致排放的SO₂、硫酸雾总量增加。如果减少稀释风的补充，焚烧炉的炉温就会增加，导致氮氧化物生成速率急剧增加，为此又必须在装置中增加脱硝单元，加大装置的投资。

如申请号CN201920128663.X，名称为“一种二次加压生产浓硫酸的湿法硫酸工艺系统”的实用新型专利，以及申请号CN201911413284.6，名称为“一种硫酸的制造方法”的发明专利申请，以及申请号CN201911346398.3，名称为“一种废硫酸和或含硫废液裂解再生制备硫酸的装置及方法”的发明专利申请虽然都是通过先焚烧、后转化、再吸收的方式来生产硫酸，但都没有对焚烧炉内温度过高的问题进行解决。

国外的专利技术商通过酸雾控制单元在工艺气中注入含SiO₂的颗粒，增加硫酸的冷凝效果，酸雾控制单元价格较贵且受制于国外的技术垄断。

因此亟需一种能提高工艺气中二氧化硫浓度，减少设备投资，同时又不至于导致炉温升高使得氮氧化物排放不达标的新工艺出现。

发明内容

本发明针对当前制造硫酸的装置在利用高含烃酸性气制备硫酸时炉内温度过高或二氧化硫浓度过低的问题，提出了一种高含烃酸性气湿法制硫酸工艺与装置，能够减少稀释空气的加入，提高工艺气中SO₂的浓度，减少工艺气量和处理设备大小以达到减少工程投资的目的。

本发明为解决上述问题所采用的技术手段为：一种高含烃酸性气湿法制硫酸工艺，高含烃酸性气在焚烧炉内燃烧后形成含有SO₂的工艺气，对工艺气进行冷却降温，将冷却降温后的工艺气分成两路，一路经转化冷凝洗涤吸收形成成品硫酸，另一路与助燃气混合形成混合气后进入再次进入焚烧炉，形成部分工艺气的循环。

进一步地，混合气中SO₂的摩尔含量为2%-6%。

进一步地，焚烧炉内温度为950-1000 ^oC；燃烧后的工艺气经过废热锅炉和蒸汽过热器两次冷却降温，经废热锅炉冷却至440-480^oC，经蒸汽过热器冷却至410-430^oC；混合气温度为180-220 ^oC。

进一步地，工艺气依次经过第一催化剂床层、第二催化剂床层和第三催化剂床层三次转化形成富含SO₃的工艺气，且在每次转化后都进行冷却降温。

进一步地，第一催化剂床层入口温度405-420 ^oC，第二催化剂床层入口温度400-440 ^oC，第三催化剂床层入口温度390-400 ^oC；转化冷却后出口温度为280-300 ^oC；冷凝温度为85-100 ^oC。

进一步地，冷凝后的工艺气中残存的SO₂通过在稀硫酸中加入的H₂O₂进行洗涤吸收，实现工艺气的脱硫。

一种高含烃酸性气湿法制硫酸装置，包括通过工艺气管路依次连接的焚烧炉、热量交换单元、转化反应器、酸冷凝器和洗涤单元，焚烧炉设有进气管，其进气管同时与含烃酸性气管路及助燃气管路连通，且焚烧炉的出气管通过热量交换单元后分成两路，一路连接至转化反应器、另一路连接至助燃气管路形成循环。

进一步地，助燃气管路上设有空气混合单元，助燃气与SO₂气体经空气混合单元形成混合气。

进一步地，热量交换单元包括通过工艺气管路连通的废热锅炉和蒸汽过热器，废热锅炉和蒸汽过热器还分别通过换热管路与汽包连通，且与蒸汽过热器连接的换热管路还经过转化反应器。

进一步地，转化反应器包括相连通的第一催化剂床层、第二催化剂床层和第三催化剂床层，第一催化剂床层处有转化反应器的工艺气管路入口，且第一催化剂床层和第二催化剂床层之间设有第一级间冷却器，第二催化剂床层和第三催化剂床层之间设有第二级间冷却器，第三催化剂床层与转化反应器的工艺气管路出口之间设有工艺气冷却器。

进一步地，工艺气冷却器的出入口都通过换热管路与汽包连通，第二级间冷却器的入口端通过换热管路与汽包连接、出口端通过换热管路与第一级间冷却器的入口端连接，第一级间冷却器的出口端为高温蒸汽排出口。

进一步地，在酸冷凝器内设有陶瓷耐酸填料和旋流除雾器，其中陶瓷耐酸填料设于工艺气管路入口处，旋流除雾器设于工艺气管路出口处，酸冷凝器下方设有硫酸出口。

进一步地，旋流除雾器锥角为1.5 ^o -20^o。

进一步地，酸冷凝器的硫酸出口连接至浓酸循环单元，浓酸循环单元包括浓酸循环槽、浓酸循环泵和浓酸冷却器，浓酸冷却器的出口管路分成两路，一路返回酸循环槽形成循环，另一路为浓酸出口输出成品硫酸。

进一步地，所述热量交换单元还包括给水预热器，酸冷凝器的换热气体入口处连接有冷却空气风机，出口处通过换热管路与给水预热器连通，汽包与给水预热器之间也通过换热管路连通。

进一步地，洗涤单元包括相连通的急冷洗涤塔和静电除雾器，急冷洗涤塔的入口与酸冷凝器的出口间通过工艺气管路相连通，静电除雾器的出口为尾气出口。

进一步地，急冷洗涤塔分为急冷段和洗涤段，急冷段下方有硫酸出口，硫酸出口管路分为三路，一路返回至急冷段形成循环，一路返回至洗涤段形成循环，另一路输出成品硫酸。

进一步地，急冷洗涤塔还设有软化水入口分别连通至急冷段和洗涤段，洗涤段还设有双氧水入口。

进一步地，急冷洗涤塔内靠近静电除雾器的位置还设有丝网除沫器。

本发明的有益效果是：

1. 本发明通过将焚烧炉内产生的SO₂气体经热量交换单元换热降温后部分返回入焚烧炉内，避免了通入空气量低时炉内温度过高而导致氮氧化物生成速率急剧增加，或者加大通入空气量来控制炉内温度时又导致工艺气内SO₂含量过低及尾气排放量加大的问题。

2. 本发明通过在酸冷凝器内设置旋流除雾器，利用旋流除雾器对液滴的离心作用，使得气体中的小液滴得以分离出来最终从酸冷凝器底部流出，避免蒸发出的硫酸在除雾器上聚集。

附图说明

图1为实施例一结构示意图；

图中：1.焚烧炉，11.含烃酸性气，2.热量交换单元，21.废热锅炉，22.蒸汽过热器，23.汽包，24.给水预热器，3.空气混合单元，31.助燃气风机，32.空气预热器，33.二氧化硫风机，34.混合气，4.转化反应器，41. 第一催化剂床层，42.第一级间冷却器，43.第二催化剂床层，44.第二级间冷却器，45.第三催化剂床层，46.工艺冷却器，5.酸冷凝器，51.旋流除雾器，52.陶瓷耐酸填料，53.冷却空气风机，6.洗涤单元，7.急冷洗涤塔，71.散堆或规整填料，72.丝网除沫器，73.螺旋喷嘴，74.洗涤液循环泵，75.软化水，76.双氧水，8.静电除雾器，81.清洁气风机，82.烟囱，9.浓硫酸循环单元，91.酸循环槽，92.酸循环泵，93.酸冷却器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明。

实施例一

如图1所示，一种高含烃酸性气湿法制硫酸装置，此含烃酸性气11中烃的摩尔含量为5%-30%，H₂S的摩尔含量为10%-50%，从含烃酸性气11的入口开始湿法制硫酸装置依次包括工艺气管路连通的：焚烧炉1、热量交换单元2、转化反应器4、酸冷凝器5和洗涤单元6，含烃酸性气11在焚烧炉1内燃烧形成含二氧化硫气体的工艺气，工艺气经过热量交换单元2降温后进入转化反应器4进行多级转化反应，形成含三氧化硫的工艺气，工艺气再进入酸冷凝器5，三氧化硫在酸冷凝器5内形成硫酸从出口处流出，未反应完全的工艺气进入洗涤单元6继续反应完成后排出尾气，硫转化成液态硫酸流出。

热量交换单元2包括依次连通的废热锅炉21和蒸汽过热器22，工艺气从焚烧炉1内出来后先经肺热锅炉21进行第一次降温，经过第一次降温后的工艺气温度降至440-480^oC，然后再经蒸汽过热器22进行第二次降温，经过第二次降温后的工艺气冷却至410-430^oC。

蒸汽过热器22与焚烧炉1之间设有空气混合单元3，空气混合单元3包括助燃气风机31、空气预热器32、二氧化硫风机33。经蒸汽过热器22进行第二次降温后的工艺气管路分成两路，一路连通至后续的转化反应器4，另一路进入空气混合单元3。焚烧炉1的进气口同时与含烃酸性气11的进气管以及空气混合单元3的出气口连接，含烃酸性气体在焚烧炉1内燃烧后先后经过两次降温，降温之后的工艺气有一部分进入空气混合单元3，与助燃的冷空气混合后再次进入焚烧炉，将焚烧炉1内的温度控制在950-1000^oC，通过工艺气的循环来降低焚烧炉1中含氧冷空气的输入量，进而提高工艺气中二氧化硫的含量，同时又避免了非循环结构中冷空气输入量低时焚烧炉1内温度过高的问题。

冷空气经助燃气风机31升压后经过空气预热器32，部分第二次降温后的工艺气沿工艺气管路也经过空气预热器32，冷空气与工艺气在空气预热器32处进行热交换，工艺气温度降低、冷空气温度升高后二者混合形成混合气34，混合气34内SO₂的摩尔含量为2%-6%，温度控制在180-220^oC，在工艺气经过空气预热器32之前或者之后的工艺气管路上设置二氧化硫风机33，保证工艺气顺畅前进，本实施例中，二氧化硫风机33设置在工艺气经过空气预热器32之后的工艺气管路上。将冷空气和工艺气进行热量交换后再混合，先降低冷空气和工艺气之间的温差，避免直接混合时高温的工艺气突然降温而产生硫酸露点腐蚀，同时温度更接近的冷空气与工艺气能够混合更加均匀，进而形成的混合气34与含烃酸性气11一起进入焚烧炉1内时，气体中氧气的分布也更加均匀，因而含烃酸性气11能够充分燃烧。

热量交换单元2还包括汽包23，汽包23与废热锅炉21、蒸汽过热器22之间通过换热管路连接，且汽包23与废热锅炉21之间的换热管路形成循环连接。

转化反应器4采用三级催化反应的结构，根据工艺气的流向依次包括第一催化剂床层41、第一级间冷却器42、第二催化剂床层43、第二级间冷却器44、第三催化剂床层45和工艺冷却器46。两次换热后的工艺气沿工艺气管路进入转化反应器4，经过多次的催化反应，将工艺气中的二氧化硫气体转化为三氧化硫，同时在每次转化反应后进行热量交换，第一催化剂床层42的入口温度为405-420 ^oC，第二催化剂床层入口温度在400-440 ^oC，第三催化剂床层的入口温度在390-400 ^oC，避免工艺气温度过高，最后经工艺气冷却器46降温至280-300 ^oC后流出，进入后续的酸冷凝器5。

第一级间冷却器42、第二级间冷却器44和工艺冷却器46均与汽包间通过换热管路连接进行热量交换，汽包23与工艺冷却器46之间的换热管路形成循环连接，另有一条换热管路从汽包23出来后经过蒸汽过热器33，换热升温后进入第二级间冷却器44，再次换热升温后进入第一级间冷却器42，换热升温后形成高温蒸汽。而转化反应器4内的工艺气也经过多次换热进行逐步降温，避免工艺气温度过高影响SO₂的转化深度。

富三氧化硫的工艺气进入酸冷凝器5内后，酸冷凝器顶部温度为85-100 ^oC，由于温度降低，SO₃与H₂O水合生产气态硫酸，进而冷却形成液态硫酸，在酸冷凝器5的底部处设置有一段陶瓷耐酸填料52，提供热工艺气和硫酸的传质传热空间，能够将冷凝硫酸的质量分数从97%提高到98.5%。在酸冷凝器5的顶部设有多个旋流除雾器51，未能滴落的小粒径硫酸液滴通过旋流除雾器51从工艺气中分离后落入酸冷凝器5顶板上，在重力作用下流入酸冷凝器5的底部，旋流除雾器51锥角为1.5 ^o -20^o，经过旋流除雾器51的工艺气中其硫酸雾3um液滴去除效率大于95%，压降低于3KPa。酸冷凝器5底部有硫酸出口，在酸冷凝器5内形成的液态浓硫酸沿硫酸出口流出，进入浓硫酸循环单元9，剩余工艺气进入后续洗涤单元6。

酸冷凝器5还连接有冷却空气风机53，环境中空气经过冷却空气风机53升压后进入酸冷凝器5，为酸冷凝器5内的硫酸提供冷凝低温。

热量交换单元2还包括给水预热器24，在酸冷凝器5内进行热量交换后的环境空气经管道连接至给水预热器24后管道放空，给水预热器24与汽包23之间通过换热管路连接，换热管路位于给水预热器24的另一端为除氧水25入口，外部除氧水25与在酸冷凝器5内换热后的环境温度在给水预热器24进行热量交换，然后进入汽包23。

浓硫酸循环单元9包括浓酸循环槽91、浓酸循环泵92和浓酸冷却器93，浓酸冷却器93的出口管路分成两路，一路返回浓酸循环槽91形成循环，另一路为浓酸出口，从酸冷凝器5流出来的热浓硫酸进入浓硫酸循环单元9进行冷却降温后部分作为成品硫酸流出，另有一部分返回入浓酸循环槽91形成循环对从酸冷凝器5流出来的热弄硫酸进行降温。浓酸循环泵92推动浓硫酸前进，浓酸冷却器93还设有水冷管路，通过冷水与浓硫酸进行热量交换。

洗涤单元6包括从下往上相连通的急冷洗涤塔7和静电除雾器8，急冷洗涤塔7下段部分为急冷段，上段部分为洗涤段，急冷段和洗涤段上方都设有螺旋喷嘴73，洗涤段内还有散堆或规整填料71，急冷段底部为硫酸出口，此硫酸出口管路分为三路，一路连接到急冷段的螺旋喷嘴73处形成循环，另一路连接到洗涤段的螺旋喷嘴73处也形成循环，还有一路为成品硫酸输出口，此输出口的管道可以延伸至浓硫酸的成品硫酸输出口，对浓硫酸浓度进行稀释后输出一个浓度的硫酸，也可以单独输出，即整个装置输出两种浓度不同的硫酸。且急冷段和洗涤段的螺旋喷嘴73都连接有软化水75管路，洗涤段的螺旋喷嘴73处还连接有双氧水76管路，硫酸出口管路上还设有洗涤液循环泵74。从酸冷凝器5出来的工艺气进入急冷洗涤塔7的急冷段，和软化水75混合的稀硫酸循环返回至急冷段上方的螺旋喷嘴73，此时，工艺气与稀硫酸逆流接触，通过稀硫酸中的水分蒸发使得工艺气迅速降温，稀硫酸液体从急冷段底部流出，工艺气上升至洗涤段，洗涤段内的散堆或规整填料71扩大了工艺气中二氧化硫与过氧化氢反应的接触面积，有利于二氧化硫的快速脱除。工艺气中残余的二氧化硫与洗涤段上方螺旋喷嘴73中喷出的过氧化氢迅速反应生成硫酸，实现工艺气的脱硫。

急冷洗涤塔7内靠近静电除雾器8的位置设有丝网除沫器72，反应后气体中夹带的少量硫酸雾滴先后经过丝网除沫器72和静电除雾器8进行有效去除，得到清洁气。

静电除雾器8的出气口处连接有清洁气风机81，清洁气通过清洁气风机81送入烟囱82后排出。

通过上述实施例可以看出，本发明还涉及一种高含烃酸性气湿法制硫酸工艺，高含烃酸性气在焚烧炉1内燃烧后形成含有SO₂的工艺气，焚烧炉1内温度950-1000 ^oC，高温工艺气经废热锅炉21冷却降温至440-480^oC后，再经蒸汽过热器冷却至410-430^oC。将冷却降温后的工艺气分成两路，一路经过多次转化降温后形成富含SO₃的工艺气，另一路与助燃气混合形成混合气34后再次进入焚烧炉1内，形成部分工艺气的循环，其中助燃气可为环境空气，为燃烧提供氧气，同时可降低炉内温度。富SO₃的工艺气通入酸冷凝器5，酸冷凝器5顶部温度为85-100 ^oC，由于温度降低，工艺气中的SO₃和H₂O水合生成气态硫酸，气态硫酸又冷凝生成液态硫酸，大粒径硫酸液滴顺着酸冷凝器5的玻璃管落入酸冷凝器5底部，形成成品硫酸进行收集。在酸冷凝器5顶部设有旋流除雾器51对工艺气中的硫酸雾液滴进行去除。最后对工艺气进行急冷洗涤，通过在循环的稀硫酸中加入的H₂O₂与工艺气中残存的SO₂进行反应吸收形成硫酸，实现工艺气的脱硫。

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化或变换，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的保护范围，本发明的保护范围应该由各权利要求限定。