專利名稱：用于硫酸生產(chǎn)中第一吸收工段的低溫?zé)崮芑厥辗椒跋到y(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熱能回收技術(shù)，特別是公開一種用于硫酸生產(chǎn)中第一吸收工段的低溫?zé)崮芑厥辗椒跋到y(tǒng).
背景技術(shù)：
在提出本發(fā)明之前的上世紀(jì)70年代初期，一個典型的傳統(tǒng)硫磺制酸裝置能回收約55％的反應(yīng)熱作為可利用的能量，如用于工藝加熱或是供給渦輪發(fā)電機發(fā)電。約40％的反應(yīng)熱在酸冷器循環(huán)冷卻水中損失。其他如熱輻射損失，排放物等所帶走的熱損失為5％。
隨著能源價格的不斷上漲，硫酸工廠的設(shè)計也不斷的革新。其最終產(chǎn)品也從硫酸逐漸轉(zhuǎn)化為高溫蒸汽。這就為額外的蒸汽提供了出路。
上世紀(jì)80年代初，通過設(shè)計特性的優(yōu)化，可以使工藝氣體中的熱量被回收，硫酸工廠的熱效率已經(jīng)由55％提高到70％。但現(xiàn)有的硫磺制酸裝置一吸工段循環(huán)用的介質(zhì)硫酸濃度在98％～98.5％，溫度在50攝氏度～80攝氏度，在此循環(huán)吸收工序中使吸收SO3后的硫酸溫度在約80攝氏度～100攝氏度，由于這部分熱能熱溫位太低，不能用來產(chǎn)生蒸汽，只能在酸冷卻器中用循環(huán)冷卻水帶走而白白損失。因此仍有25％的反應(yīng)熱被酸冷器的循環(huán)冷卻水帶走。
孟山都環(huán)境化學(xué)有限公司在上世紀(jì)80年代末開發(fā)出了一種稱為HRS的熱能回收技術(shù)，能夠使整個制酸裝置熱能利用率達(dá)到95％。其技術(shù)核心為HRS塔，用以取代傳統(tǒng)制酸裝置中的一吸塔，該HRS塔內(nèi)部分為上下兩段，下段用高溫高濃度硫酸作為吸收介質(zhì)，上段采用二吸塔出來的硫酸作為吸收介質(zhì)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，內(nèi)部操作工況比較惡劣，對設(shè)備的材料要求高，故其材料價格昂貴；該HRS塔直接并入裝置，替代了傳統(tǒng)的一吸塔，沒有獨立出來成為一個系統(tǒng)，工藝復(fù)雜，不太適用于老廠改造。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是公開一種用于硫酸生產(chǎn)中低溫?zé)崮芑厥辗椒跋到y(tǒng)，使工藝過程中的反應(yīng)熱被最大限度的回收。熱能回收利用率達(dá)到95％。
實現(xiàn)本發(fā)明的具體技術(shù)方案這種用于硫酸生產(chǎn)裝置第一吸收工段的低溫?zé)崮芑厥占夹g(shù)，在傳統(tǒng)制酸裝置中的一吸工段增加一個以高溫吸收塔為主要熱能回收設(shè)備的低溫?zé)崮芑厥障到y(tǒng)。
本發(fā)明的具體工藝過程，包括用于高溫硫酸吸收的塔及其塔內(nèi)件、酸循環(huán)泵槽、蒸發(fā)器、稀釋器、酸冷卻器組成的硫酸生產(chǎn)中的第一吸收工段的低溫?zé)崮芑厥障到y(tǒng)；通過在上述系統(tǒng)中其吸收介質(zhì)及熱能載體高溫、高濃度硫酸；利用硫酸濃度范圍在98％-99.7％之間，硫酸溫度范圍在160℃-220℃之間循環(huán)變化過程，獲得低溫?zé)崮芑厥?，即低壓水蒸氣。系統(tǒng)由高溫吸收塔、高溫吸收塔分酸器、高溫吸收塔填料、酸循環(huán)泵槽、蒸發(fā)器、稀釋器、酸冷卻器組成，高溫吸收塔分酸器和高溫吸收塔填料位于塔體中部組成塔內(nèi)件、酸循環(huán)泵槽位于塔體下部組成高溫吸收塔整體結(jié)構(gòu)，采用管線將高溫吸收塔、蒸發(fā)器、酸冷卻器、稀釋器連接成循環(huán)系統(tǒng)。
本發(fā)明的主要設(shè)備材料高溫吸收塔、蒸發(fā)器的材料采用耐高溫濃硫酸的鐵鉻合金、鉻鎳合金、鐵鉻鎳合金。高溫吸收塔的材料也包括合金或耐酸磚等非金屬的襯里結(jié)構(gòu)；稀釋器的材料采用耐高溫硫酸腐蝕和流體沖擊的由陶瓷、四氟、合金組成的復(fù)合材料。
本發(fā)明的具體工藝控制方法為實現(xiàn)這種用于硫酸生產(chǎn)裝置的低溫?zé)崮芑厥占夹g(shù)，同時保證生產(chǎn)的安全性，必須采用特殊的設(shè)備及制造設(shè)備的特殊材料?；谠摷夹g(shù)對于設(shè)備材料的依賴性，必須嚴(yán)格控制硫酸的濃度及溫度。硫酸的濃度用稀釋器的稀釋水量來控制，使硫酸的濃度范圍符合工藝的要求；硫酸的溫度由蒸發(fā)器的旁路控制，使硫酸的溫度范圍符合工藝的要求。工藝控制方法為先在稀釋器中控制硫酸的濃度，再根據(jù)稀釋器出口處的溫度控制蒸發(fā)器旁路閥開度以實現(xiàn)硫酸溫度的控制。
本發(fā)明的有益效果是從高溫高濃度循環(huán)硫酸中回收低溫?zé)崮?，在回收氣體中的SO3在反應(yīng)生成硫酸所釋放出的反應(yīng)熱并產(chǎn)生低壓蒸汽、替代了傳統(tǒng)的第一吸收工段中熱能損失的不良工藝。該系統(tǒng)可以非常經(jīng)濟的產(chǎn)生中低壓蒸汽，并把整個工廠的熱效率提高到95％以上。蒸汽可被用來滿足生產(chǎn)過程中的熱能需要，也可用于發(fā)電。
四

附圖1低溫?zé)崮芑厥障到y(tǒng)工藝及主要設(shè)備流程示意圖；在圖1中，高溫吸收塔——1，高溫吸收塔分酸器——2，高溫吸收塔填料——3，高溫吸收塔爐氣入口管——4，酸循環(huán)泵槽——5，高溫吸收塔酸入口管——6，高溫吸收塔爐氣出口管——7，空氣預(yù)熱器——8，蒸發(fā)器——9；酸冷卻器——10；稀釋器——11；一吸塔——12，一吸塔爐氣入口管——13；成品酸槽——14；轉(zhuǎn)化器——15；焚硫爐——16；來自轉(zhuǎn)化器一轉(zhuǎn)爐氣管線——17；高溫吸收塔至空氣預(yù)熱器的爐氣管線——18；空氣預(yù)熱器至一吸塔爐氣管線——19；稀釋器至高溫吸收塔酸管線——20；酸循環(huán)泵槽至蒸發(fā)器酸管線——21；蒸發(fā)器至酸冷卻器酸管線——22；酸冷卻器至成品酸槽酸管線——23；蒸發(fā)器至稀釋器酸管線——24；來自水處理的除氧水管線——25；低壓蒸汽去用戶或去發(fā)電——27；來自鼓風(fēng)機工藝氣——29；工藝氣去焚硫爐——30；蒸發(fā)器旁路酸管線及流量調(diào)節(jié)閥——31。
圖1為低溫?zé)崮芑厥占夹g(shù)的典型工藝流程示意圖。工藝爐氣來自轉(zhuǎn)化器15，經(jīng)過管線17，從高溫吸收塔1底部爐氣入口管4進(jìn)入高溫吸收塔1，往上穿過填料層3，從塔頂爐氣出口管7離開高溫吸收塔1；經(jīng)過管線18進(jìn)入空氣預(yù)熱器8，與來自管線29的空氣換熱降溫后經(jīng)過管線19進(jìn)入一吸塔12。濃度為99％，溫度約200攝氏度的循環(huán)硫酸從高溫吸收塔1酸入口管6進(jìn)入高溫吸收塔1；經(jīng)分酸器2均勻分布在填料層3中，與塔底上來的爐氣逆流接觸，爐氣中的SO3被硫酸吸收，SO3被吸收生成硫酸的過程產(chǎn)生大量的熱量，使硫酸的溫度上升到約220攝氏度，濃度因吸收SO3反應(yīng)生產(chǎn)的硫酸后上升至約99.6％，硫酸離開填料層3后，在重力的作用下進(jìn)入高溫吸收塔1底部的酸循環(huán)泵槽5；酸循環(huán)泵槽5中的硫酸經(jīng)酸管線21被泵入蒸發(fā)器9；在蒸發(fā)器9中與水換熱降溫至約194攝氏度；蒸發(fā)器9中的水吸收硫酸的熱量后蒸發(fā)，產(chǎn)生低壓蒸汽，經(jīng)管線27送至用戶或去發(fā)電系統(tǒng)；硫酸從蒸發(fā)器9出來一部分經(jīng)管線22進(jìn)入酸冷卻器10，與蒸發(fā)器給水換熱降溫至約120攝氏度后，經(jīng)管線23排入成品酸槽14；另一部分經(jīng)酸管線24進(jìn)入稀釋器11，在稀釋器11中酸和稀釋水混合，溫度上升至約200攝氏度，濃度降至99％，回到高溫吸收塔1酸入口管6，完成高溫吸收塔1循環(huán)酸的一個循環(huán)。在這個循環(huán)中，爐氣中的SO3被酸吸收，反應(yīng)熱被循環(huán)酸帶入蒸發(fā)器9，在其中通過熱交換熱量被水吸收，產(chǎn)生了低壓蒸汽，使得在傳統(tǒng)制酸過程中被循環(huán)冷卻水帶走而損失的熱能得到充分回收。
一吸塔酸的循環(huán)和傳統(tǒng)的制酸流程一樣，其作用在于吸收高溫吸收塔沒有吸收完全的SO3，保證一吸工段的SO3吸收率在99.95％以上。
五具體實施例方式該低溫?zé)崮芑厥占夹g(shù)適用于新建工廠、老廠改造、硫磺制酸工廠和冶煉煙氣制酸工廠。它能非常經(jīng)濟的增產(chǎn)中低壓的蒸汽，使整個工廠的熱能利用效率提高到95％，增產(chǎn)的蒸汽可用于工藝加熱需要，也可用于熱電廠發(fā)電。
實例進(jìn)入鐵鉻合金、鉻鎳合金、鐵鉻鎳合金制作的高溫吸收塔的轉(zhuǎn)化氣流量為70722標(biāo)準(zhǔn)立方米/小時，溫度為攝氏180度，SO3含量為11.5％，從塔頂部進(jìn)入的硫酸流量為1000噸/小時，濃度為99％，溫度為攝氏200度。進(jìn)入塔內(nèi)爐氣中90％的SO3在塔內(nèi)填料層中被循環(huán)酸吸收，使進(jìn)入塔內(nèi)的循環(huán)酸濃度達(dá)到99.6％，溫度達(dá)到216攝氏度。吸收SO3后的硫酸在重力作用下流入塔底部的由鐵鉻合金、鎳鉻合金、鐵鉻鎳合金制作的酸循環(huán)泵槽，經(jīng)泵打入同樣由鐵鉻合金、鎳鉻合金、鐵鉻鎳合金制作的蒸發(fā)器，流量為1026噸/小時，在蒸發(fā)器中與經(jīng)由鐵鉻合金、鎳鉻合金、鐵鉻鎳合金制作的酸冷器預(yù)熱至約150攝氏度的工藝純水進(jìn)行熱交換，使硫酸的溫度降至約194攝氏度，使進(jìn)入蒸發(fā)器的22.5噸/小時工藝純水蒸發(fā)，產(chǎn)生壓力1Mpa飽和蒸汽16.1噸/小時。從蒸發(fā)器出來后，流量為32噸/小時的硫酸進(jìn)入酸冷器，把供給蒸發(fā)器的22.5噸/小時工藝純水由104攝氏度加熱到約150攝氏度，然后排入成品酸槽；此時酸的溫度約110攝氏度其余的994噸/小時的硫酸進(jìn)入由合金、四氟、陶瓷組成的復(fù)合材料制作的稀釋器，在稀釋器中，用酸冷器預(yù)熱過的約150攝氏度的稀釋水稀釋，硫酸濃度降至99％，溫度上升至200攝氏度，回到高溫吸收塔酸入口，完成一個循環(huán)。
權(quán)利要求
1.一種用于硫酸生產(chǎn)中第一吸收工段的低溫?zé)崮芑厥辗椒?，其特征在于包括用于高溫硫酸吸收的塔及其塔?nèi)件、酸循環(huán)泵槽、蒸發(fā)器、稀釋器、酸冷卻器組成的硫酸生產(chǎn)中的第一吸收工段的低溫?zé)崮芑厥障到y(tǒng)系統(tǒng)；通過在上述系統(tǒng)中其吸收介質(zhì)及熱能載體高溫、高濃度硫酸；利用硫酸濃度范圍在98％-99.7％之間，硫酸溫度范圍在160℃-220℃之間循環(huán)變化過程，獲得低溫?zé)崮芑厥眨吹蛪核魵狻?br> 2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于硫酸生產(chǎn)中第一吸收工段的低溫?zé)崮芑厥辗椒?，其特征在于系統(tǒng)中設(shè)備材料采用鐵鉻合金、鐵鉻鎳合金、鉻鎳合金不銹鋼、陶瓷、四氟非金屬，高溫吸收塔其材料也包括塔內(nèi)的襯磚結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于硫酸生產(chǎn)中第一吸收工段的低溫?zé)崮芑厥辗椒?，其特征在于第一吸收工段的高溫硫酸吸收塔中硫酸濃度的控制由系統(tǒng)中稀釋器的加水調(diào)節(jié)控制；硫酸的溫度由系統(tǒng)中蒸發(fā)器的旁路酸流量調(diào)節(jié)控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3方法用于硫酸生產(chǎn)中第一吸收工段的低溫?zé)崮芑厥障到y(tǒng)，其特征在于系統(tǒng)由高溫吸收塔、高溫吸收塔分酸器、高溫吸收塔填料、酸循環(huán)泵槽、蒸發(fā)器、稀釋器、酸冷卻器組成，高溫吸收塔分酸器和高溫吸收塔填料位于塔體中部組成塔內(nèi)件、酸循環(huán)泵槽位于塔體下部組成高溫吸收塔整體結(jié)構(gòu)，采用管線將高溫吸收塔、蒸發(fā)器、酸冷卻器、稀釋器連接成循環(huán)系統(tǒng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于硫酸生產(chǎn)中第一吸收工段的低溫?zé)崮芑厥障到y(tǒng)，其特征在于系統(tǒng)還包括載有爐氣SO3的轉(zhuǎn)化器，通過管線與高溫吸收塔底部連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的用于硫酸生產(chǎn)中第一吸收工段的低溫?zé)崮芑厥障到y(tǒng)，其特征在于系統(tǒng)還包括空氣預(yù)熱器、一吸塔、焚硫爐，通過管線從高溫吸收塔頂部連接空氣預(yù)熱器，然后空氣預(yù)熱器分別用管線連接焚硫爐、一吸塔。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于硫酸生產(chǎn)中第一吸收工段的低溫?zé)崮芑厥障到y(tǒng)，其特征在于系統(tǒng)中的酸冷卻器還與成品酸槽連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于硫酸生產(chǎn)中第一吸收工段的低溫?zé)崮芑厥障到y(tǒng)，其特征在于系統(tǒng)中的稀釋器上設(shè)有加水調(diào)節(jié)控制裝置；蒸發(fā)器上設(shè)有旁路酸流量調(diào)節(jié)控制裝置。
全文摘要
一種用于硫酸生產(chǎn)中第一吸收工段的低溫?zé)崮芑厥辗椒?，其特征在于包括用于高溫硫酸吸收的塔及其塔?nèi)件、酸循環(huán)泵槽、蒸發(fā)器、稀釋器、酸冷卻器組成的硫酸生產(chǎn)中的第一吸收工段的低溫?zé)崮芑厥障到y(tǒng)；通過在上述系統(tǒng)中其吸收介質(zhì)及熱能載體高溫、高濃度硫酸；利用硫酸濃度范圍在98％－99.7％之間，硫酸溫度范圍在160℃－220℃之間循環(huán)變化過程，獲得低溫?zé)崮芑厥?，即低壓水蒸氣。本發(fā)明的有益效果是從高溫高濃度循環(huán)硫酸中回收低溫?zé)崮埽诨厥諝怏w中的SO
文檔編號C01B17/69GK1740090SQ20051002679
公開日2006年3月1日 申請日期2005年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月16日
發(fā)明者洪博志 申請人:洪博志