專利名稱：制備硫酸的方法
制備硫酸的方法本發(fā)明涉及一種通過(guò)接觸法制備硫酸的方法。硫酸是化學(xué)工業(yè)的基本產(chǎn)品之一。硫酸是從二氧化硫制備的，二氧化硫被氧化成 三氧化硫。后者與水在濃硫酸中反應(yīng)以制備硫酸。二氧化硫是主要通過(guò)燃燒元素硫獲得的，但也可以通過(guò)離解廢硫酸來(lái)制備。元素硫與大氣氧燃燒得到二氧化硫的反應(yīng)是強(qiáng)放熱性的S+02 — S02 ( A H = -297kJ/mol)這在工業(yè)上是在燃燒爐中使用霧化燃燒器對(duì)于液體硫進(jìn)行的，其中使用干燥空氣 作為氧化劑。液體硫在140-150°C以細(xì)液滴的形式經(jīng)由噴嘴噴入燃燒室中。在離開(kāi)燃燒室 的氣體混合物中的二氧化硫濃度通常用空氣調(diào)節(jié)到9-11. 5體積％;在此氣體混合物中存在 的氧氣足以用于隨后生產(chǎn)三氧化硫。熱氣體然后用廢熱鍋爐冷卻到約450°C，在鍋爐中產(chǎn)生 水蒸氣。提純操作不是必要的(參見(jiàn)K. H. Biichel等Industrielle AnorganischeChemie, 第 3 版，Verlag Chemie, ffeinheim 1999，110-122 頁(yè))。作為另一個(gè)選擇，二氧化硫也可以通過(guò)離解廢硫酸來(lái)回收。被污染的硫酸是在許 多工藝中獲得的，尤其在有機(jī)化學(xué)、石油化學(xué)和金屬工業(yè)中。避免廢料問(wèn)題和可能的環(huán)境污 染的最可靠方式是按照以下反應(yīng)式熱離解形成二氧化硫2H2S04 — 2S02+02+2H20并隨后將二氧化硫轉(zhuǎn)化成硫酸，硫酸可以進(jìn)一步使用。二氧化硫向三氧化硫的氧化和后者向硫酸的轉(zhuǎn)化目前是基本完全通過(guò)接觸法進(jìn) 行的，尤其是雙接觸法。用于氧化二氧化硫的接觸法是基于以下平衡 這僅僅在催化劑的存在下才能足夠快地進(jìn)行。因?yàn)榇朔磻?yīng)隨著溫度的升高而向原 料的方向移動(dòng)，所以必須在盡可能低的溫度下進(jìn)行，其中溫度下限是由催化劑的操作溫度 決定的。較高的二氧化硫轉(zhuǎn)化率可以通過(guò)降低所形成的二氧化硫的濃度(雙接觸法)或通 過(guò)在升高的壓力(5巴)下操作(Kuhlmarm法)進(jìn)行。作為催化劑，目前在工業(yè)上基本上完 全使用銅-鉍催化劑。三氧化硫向硫酸的轉(zhuǎn)化，S03+H20 — H2S04( AH = _132kJ/mol)是通過(guò)將三氧化硫溶解在濃硫酸中并同時(shí)平緩地加入水或低濃度硫酸進(jìn)行的。硫酸以許多方式用做化學(xué)工業(yè)的關(guān)鍵產(chǎn)品之一。一個(gè)重要的應(yīng)用領(lǐng)域是提高共沸 硝酸的濃度，即具有在約68%硝酸的共沸組成范圍內(nèi)的濃度的硝酸，以生產(chǎn)硝酸含量最多 為100%的濃硝酸。濃硝酸例如用于制備二硝基甲苯。在此工藝中，有利的是使用含有超 過(guò)86重量％硫酸的高度濃縮的硫酸或具有超過(guò)95%濃度的新鮮硫酸，從而通過(guò)蒸餾在提 高硝酸濃度的工藝中獲得的稀硫酸來(lái)避免能量消耗型濃縮。所以，本發(fā)明的目的是減少在硫酸制備工藝中引入的水。此目的通過(guò)一種制備硫酸的方法實(shí)現(xiàn)，在此方法中，含有二氧化硫的氣體是通過(guò)用從外部引入的工藝空氣燃燒液體硫或通過(guò)離解廢硫酸而獲得的，并且在含有二氧化硫的 工藝氣體中的二氧化硫被氧化成三氧化硫，并通過(guò)接觸法轉(zhuǎn)化成硫酸，其中通過(guò)將從外部 引入的用于燃燒硫的工藝空氣或通過(guò)離解廢硫酸獲得的含二氧化硫的工藝氣體冷卻來(lái)降 低這些氣體中的水蒸氣含量。在一個(gè)實(shí)施方案中，來(lái)自外部的用于燃燒硫的工藝空氣是經(jīng)由壓縮器輸送的。有 利的是通過(guò)在將用于燃燒硫的工藝空氣加入壓縮器之前將此工藝空氣冷卻來(lái)降低此工藝 空氣的水蒸氣含量。這不僅對(duì)工藝的水平衡有積極作用，而且使得此方法在能量上更有利， 這是因?yàn)閴嚎s器壓縮了較冷的空氣，從而出于熱力學(xué)原因而使用較少的能量。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，用于燃燒液體硫的工藝空氣或通過(guò)離解廢硫酸獲得的含 二氧化硫的工藝氣體是通過(guò)直接與冷卻介質(zhì)接觸而冷卻的。作為冷卻介質(zhì)，有利的是使用溫度在1-10°C范圍內(nèi)的水或溫度在_5°C至+10°C范 圍內(nèi)的硫酸，或鹽水。在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，用于燃燒液體硫的工藝空氣或通過(guò)離解廢硫酸獲得的 含二氧化硫的工藝氣體可以通過(guò)使用冷卻介質(zhì)間接冷卻來(lái)冷卻。間接冷卻可以有利地通過(guò)工業(yè)空調(diào)裝置來(lái)進(jìn)行。要通過(guò)冷卻降低水蒸氣含量的程度是在各情況下由本領(lǐng)域技術(shù)人員在經(jīng)濟(jì)方面 的基礎(chǔ)上決定的，尤其考慮到在使用此工藝的地點(diǎn)處的空氣濕度和要生產(chǎn)的硫酸的所需濃 度。從外部引入的用于燃燒硫的工藝空氣或含有二氧化硫的工藝氣體可以有利地冷卻到低 于5 °C的溫度。用于燃燒液體硫的工藝空氣或含有通過(guò)離解廢硫酸形成的二氧化硫的工藝氣體 的水蒸氣含量可以優(yōu)選降低到小于1體積％。本發(fā)明方法的優(yōu)點(diǎn)是以在工業(yè)上易于實(shí)現(xiàn)的方式減少了引入硫酸制備工藝中的 水。此外，用于工藝空氣的壓縮器的能耗是通過(guò)使用預(yù)冷卻的工藝空氣降低的。由于 根據(jù)本發(fā)明處理來(lái)自離解的硫酸的含有二氧化硫的工藝氣體，更稀的和因此更便宜的硫酸 可以用于提高硝酸濃度的工藝中。下面通過(guò)


本發(fā)明。圖1顯示了使用雙接觸法的本發(fā)明硫酸裝置的流程圖，和圖2顯示了使用離解的硫酸的的本發(fā)明裝置的流程圖。在圖1所示的流程圖中，作為料流1的空氣是根據(jù)本發(fā)明經(jīng)由換熱器WT輸送到用 于作為料流2的液體硫的燃燒裝置VS1中。在燃燒期間釋放的能量的主要部分用于冷卻燃 燒氣體，從而通過(guò)將作為料流3的進(jìn)料水轉(zhuǎn)化成作為料流4的水蒸氣而產(chǎn)生水蒸氣。來(lái)自硫燃燒裝置VS1的反應(yīng)混合物被送到雙接觸法的第一工藝階段VS2，此工藝 具有約95%的效率。在第三工藝階段中，生產(chǎn)了 VS3硫酸，以及作為料流6的發(fā)煙硫酸。在 這里，三氧化硫在恒定添加作為料流5的水的情況下溶解在濃硫酸中。通過(guò)連續(xù)添加硫酸 來(lái)保持發(fā)煙硫酸的濃度恒定。工藝階段VS4是通過(guò)雙接觸法用大氣氧催化氧化二氧化硫以形成三氧化硫的第 二階段。來(lái)自在工藝階段VS3中的化學(xué)平衡的三氧化硫的除去操作幫助在工藝階段VS4中 轉(zhuǎn)化剩余的約5%二氧化硫。在工藝階段VS2和VS4、即雙接觸法的第一和第二階段中的總轉(zhuǎn)化率大于99. 7%。按照與工藝階段VS3中的中間吸收器類似的方式，硫酸是通過(guò)在最終吸收器VS5 中吸收在工藝階段VS4中形成的三氧化硫制備的。離開(kāi)最終吸收器VS5的作為料流7的廢 氣基本上由氮?dú)夂褪Ｓ嗟难鯕饨M成。在VS3和VS5之間的虛線表示在中間吸收階段和最終吸收階段之間的酸交換。圖2顯示了使用離解的硫酸的本發(fā)明裝置的流程。向離解和水蒸氣鍋爐A提供作 為料流8的進(jìn)料水、作為進(jìn)料9的回收的酸、作為料流10的重油、作為料流11的硫、作為料 流12的霧化空氣以及作為料流13的空氣。從離解和水蒸氣產(chǎn)生裝置取出作為料流14的水 蒸氣和含有二氧化硫的工藝氣體15，工藝氣體15是根據(jù)本發(fā)明經(jīng)由氣體提純和冷卻B (從 其中排出廢水6)輸送的，并且經(jīng)由S02干燥器(未顯示)和換熱器送到接觸段C和進(jìn)而送 到吸收段D。由此，排出廢空氣17和作為料流18的硫酸。
權(quán)利要求
一種制備硫酸的方法，在此方法中，含有二氧化硫的工藝氣體是通過(guò)用從外部引入的工藝空氣燃燒液體硫或通過(guò)離解廢硫酸而獲得的，并且在含有二氧化硫的工藝氣體中的二氧化硫被氧化成三氧化硫，并通過(guò)接觸法轉(zhuǎn)化成硫酸，其中通過(guò)將從外部引入的用于燃燒硫的工藝空氣或通過(guò)離解廢硫酸獲得的含二氧化硫的工藝氣體冷卻來(lái)降低這些氣體中的水蒸氣含量。
2.權(quán)利要求1的方法，其中來(lái)自外部的用于燃燒硫的工藝空氣是經(jīng)由壓縮器輸送的， 其中通過(guò)在將所述工藝空氣加入壓縮器之前將此工藝空氣冷卻來(lái)降低此工藝空氣的水蒸氣含量。
3.權(quán)利要求1或2的方法，其中用于燃燒液體硫的工藝空氣或通過(guò)離解廢硫酸獲得的 含二氧化硫的工藝氣體是通過(guò)直接與冷卻介質(zhì)接觸而冷卻的。
4.權(quán)利要求3的方法，其中使用溫度在1-10°C范圍內(nèi)的水或溫度在-5°C至+10°C范圍 內(nèi)的硫酸作為冷卻介質(zhì)。
5.權(quán)利要求1或2的方法，其中用于燃燒液體硫的工藝空氣或通過(guò)離解廢硫酸獲得的 含二氧化硫的工藝氣體是通過(guò)使用冷卻介質(zhì)間接冷卻來(lái)冷卻的。
6.權(quán)利要求5的方法，其中間接冷卻是通過(guò)工業(yè)空調(diào)裝置來(lái)進(jìn)行的。
7.權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)的方法，其中冷卻進(jìn)行到低于5°C的溫度。
8.權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)的方法，其中從外部引入的用于燃燒硫的工藝空氣或通過(guò)離 解廢硫酸獲得的含二氧化硫的工藝氣體的水蒸氣含量被降低到小于1體積％。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制備硫酸的方法，根據(jù)此方法，含有二氧化硫的工藝氣體是通過(guò)用從外部提供的工藝空氣燃燒液體硫或通過(guò)離解廢硫酸而獲得的，并且在含有二氧化硫的工藝氣體中的二氧化硫被氧化成三氧化硫，并通過(guò)接觸法轉(zhuǎn)化成硫酸，此方法的特征在于通過(guò)將從外部引入的用于燃燒硫的工藝空氣或通過(guò)離解廢硫酸獲得的含二氧化硫的工藝氣體冷卻來(lái)降低這些氣體中的水蒸氣含量。
文檔編號(hào)C01B17/76GK101855167SQ200880115255
公開(kāi)日2010年10月6日 申請(qǐng)日期2008年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月7日
發(fā)明者J·T·尼克爾, T·博根施泰特 申請(qǐng)人:巴斯夫歐洲公司