專(zhuān)利名稱(chēng)：硫化氫制備硫酸的工藝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種硫化氫制備硫酸的工藝方法。
背景技術(shù)：
硫化氫( 是煤炭、天然氣和石油等一次性能源利用過(guò)程中的伴生產(chǎn)物，一般在天然氣凈化、石油精煉、煤氣化利用以及煉焦等過(guò)程中均有大量H2S產(chǎn)生。H2S是一種無(wú)色有臭雞蛋氣味的劇毒氣體，是強(qiáng)烈的神經(jīng)毒素，對(duì)粘膜有強(qiáng)烈的刺激作用。H2S酸性廢氣不可直接排放環(huán)境，中國(guó)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)《工業(yè)企業(yè)設(shè)計(jì)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》TJ36-79 中規(guī)定H2S最高容許濃度為10mg/Nm3?，F(xiàn)有技術(shù)工業(yè)上，一般采用克勞斯工藝處理H2S并回收得到硫磺，即將與空氣中氧氣反應(yīng)，部分氧化為SO2，進(jìn)一步地，在和摩爾(體積)比為2 1的條件下催化反應(yīng)生成硫磺。然而，對(duì)于克勞斯工藝方法，由于其工藝條件復(fù)雜，流程長(zhǎng)，設(shè)備多，同時(shí)該反應(yīng)又受工藝條件限制，尾氣污染物殘留量高，不能滿(mǎn)足環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)排放，還另需配套建設(shè)龐大的尾氣處理裝置，由此可見(jiàn)，克勞斯法裝置投資高，運(yùn)行費(fèi)用高，操作困難?？紤]到經(jīng)克勞斯法高成本生產(chǎn)出的硫磺中約90%均用于生產(chǎn)硫酸，若能將H2S直接制備濃硫酸，相比通過(guò)克勞斯裝置制備硫磺、再由硫磺制備濃硫酸的工藝，具有裝置投資低，運(yùn)行成本低的綜合優(yōu)勢(shì)。但是，現(xiàn)有技術(shù)中并沒(méi)有一種有效脫除&S、工藝流程簡(jiǎn)單，設(shè)備簡(jiǎn)單，且能實(shí)現(xiàn)裝置經(jīng)濟(jì)效益和能量合理利用的直接制備濃硫酸的工藝方法。該現(xiàn)狀亟待解決。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服了現(xiàn)有技術(shù)中的處理硫化氫廢氣的克勞斯工藝方法存在投資高、運(yùn)行費(fèi)用高和操作困難的缺陷，提供了一種H2S脫除效率高，工藝流程簡(jiǎn)單，且能實(shí)現(xiàn)裝置經(jīng)濟(jì)效益和能量合理利用的硫化氫制備硫酸的工藝方法。本發(fā)明的硫化氫制備硫酸的工藝方法包括如下步驟(1)將含H2S原料氣與富氧空氣中的氧氣進(jìn)行氧化還原反應(yīng)制備SO2，控制該氧化還原反應(yīng)步驟后的氧氣殘余量摩爾百分比> 2%，其中，當(dāng)含H2S原料氣中的H2S摩爾百分比為> 8%時(shí)，氧化還原反應(yīng)為燃燒反應(yīng)，反應(yīng)溫度> 9000C ；當(dāng)含H2S原料氣中的H2S摩爾百分比為< 8%時(shí)，氧化還原反應(yīng)為催化反應(yīng)，反應(yīng)起燃溫度彡2000C ；(2)將步驟(1)所得產(chǎn)物冷卻至390°C 430°C，然后與氧氣進(jìn)行催化氧化反應(yīng)，該催化氧化反應(yīng)分級(jí)進(jìn)行至其中的轉(zhuǎn)化率彡98. 7%或者出口濃度彡550mg/Nm3 ；(3)將步驟(2)所得產(chǎn)物冷卻至溫度為彡H2SO4露點(diǎn)溫度以上10°C，然后再進(jìn)一步冷卻至60°C 120°C，并收集H2SO4產(chǎn)品，冷卻后得到的氣體經(jīng)過(guò)聚結(jié)分離，即可直接排空。下面，進(jìn)一步對(duì)本發(fā)明的硫化氫制備硫酸的工藝方法進(jìn)行詳細(xì)介紹(1)將含H2S原料氣與富氧空氣中的氧氣進(jìn)行氧化還原反應(yīng)制備SO2，控制該氧化還原反應(yīng)步驟后的氧氣殘余量摩爾百分比> 2%，其中，當(dāng)含H2S原料氣中的H2S摩爾百分比為> 8%時(shí)，氧化還原反應(yīng)為燃燒反應(yīng)，反應(yīng)溫度> 9000C ；當(dāng)含H2S原料氣中的H2S摩爾百分比為< 8%時(shí)，氧化還原反應(yīng)為催化反應(yīng)，反應(yīng)起燃溫度彡200°C。本發(fā)明中，所述的含原料氣為本領(lǐng)域常規(guī)所說(shuō)的含吐5的廢氣，一般在煤炭、天然氣和石油等一次性能源利用過(guò)程中，或者在天然氣凈化、石油精煉、煤氣化利用以及煉焦等過(guò)程中產(chǎn)生獲得，其H2S的含量一般在摩爾百分比 90%，較佳的為5. 2% 觀.9%。其中，當(dāng)含H2S原料氣中含有NH3時(shí)，其中的NH3含量一般在摩爾百分比彡15%，較佳的為1.2%。當(dāng)含H2S原料氣中含有NH3, H2S摩爾百分比為彡8%時(shí)，燃燒反應(yīng)的反應(yīng)溫度較佳的為> 1250°C ;H2S摩爾百分比為<8%時(shí)，氧化還原反應(yīng)為催化反應(yīng)，NH3也進(jìn)行催化反應(yīng)，其反應(yīng)條件與催化反應(yīng)條件一致，所述的催化反應(yīng)使用催化劑為本領(lǐng)域常規(guī)使用催化劑。由此可實(shí)現(xiàn)完全裂解NH3,防止銨鹽堵塞催化劑床層。本發(fā)明中，所述的富氧空氣為本領(lǐng)域常規(guī)所說(shuō)的氧氣濃度可在摩爾百分比 20. 8 % 100 %之間調(diào)節(jié)的空氣，可通過(guò)純氧和空氣混合制備，例如，當(dāng)需要摩爾百分比 30%的富氧空氣，可將空氣與氧氣按照7 1的比例混合即可。本發(fā)明使用的富氧空氣中氧氣的具體濃度使用，本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)根據(jù)含原料氣中吐5含量以及本發(fā)明設(shè)定的反應(yīng)后的氧氣殘余量相應(yīng)計(jì)算調(diào)整，例如，當(dāng)H2S摩爾濃度為8% -15%時(shí)，使用的富氧空氣中氧氣摩爾百分比為觀％。本發(fā)明中，所述的氧化還原反應(yīng)為燃燒反應(yīng)時(shí)，反應(yīng)溫度較佳的為1050°C，含H2S 原料氣中的H2S含量?jī)?yōu)選為摩爾百分比8% 90%。所述的氧化還原反應(yīng)為催化反應(yīng)時(shí)， 含H2S原料氣中的H2S含量?jī)?yōu)選為摩爾百分比1% 8%。本發(fā)明中，所述的催化反應(yīng)的催化劑可為本領(lǐng)域常規(guī)使用，一般為Y-氧化鋁基催化劑，且采用固定床式反應(yīng)器，即催化劑裝填于反應(yīng)器底部的催化劑柵板上進(jìn)行，均市售可得。本發(fā)明中，所述的氧化還原反應(yīng)步驟后的氧氣殘余量較佳的為摩爾百分比2% 10%，更佳的為20Z0 6%，進(jìn)一步更佳的為20Z0 3%。本發(fā)明中，所述的含H2S原料氣與富氧空氣中的氧氣進(jìn)行氧化還原反應(yīng)涉及的設(shè)備為本領(lǐng)域常規(guī)使用設(shè)備均可實(shí)施。此步驟，不需要另行添加燃料等物，能耗低。(2)將步驟(1)所得產(chǎn)物冷卻至390°C 430°C，然后與氧氣進(jìn)行催化氧化反應(yīng)，該催化氧化反應(yīng)分級(jí)進(jìn)行至其中的轉(zhuǎn)化率彡98. 7%或者出口濃度彡550mg/Nm3。本發(fā)明中，所述的將步驟⑴所得產(chǎn)物冷卻的溫度較佳的為410°C 420°C。本發(fā)明中，所述的步驟O)的催化氧化反應(yīng)中的氧氣的含量較佳的為摩爾百分比彡5%，更佳的為5% 7%，SO2的含量較佳的為摩爾百分比彡4%。所述的氧氣的量本領(lǐng)域技術(shù)人員知道根據(jù)步驟(1)中殘余量和本步驟的要求調(diào)整。本發(fā)明中，所述的催化氧化反應(yīng)分級(jí)進(jìn)行的級(jí)數(shù)較佳的為2 5級(jí)，更佳的為3 4級(jí)。本發(fā)明中，所述的催化氧化反應(yīng)分級(jí)進(jìn)行至其中的轉(zhuǎn)化率較佳的> 99%。本發(fā)明中，所述的催化氧化反應(yīng)的催化劑可為本領(lǐng)域常規(guī)使用，一般為釩基催化劑，且采用固定床式反應(yīng)器，即催化劑裝填于反應(yīng)器底部的催化劑柵板上。本發(fā)明中，空氣中的氮?dú)庠诟邷丨h(huán)境下與氧氣結(jié)合反應(yīng)生成少量的NO2,且當(dāng)含 H2S原料氣中含有NH3時(shí)，NH3在高溫環(huán)境中生成NO2,因此，經(jīng)本發(fā)明人大量實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)， 當(dāng)含H2S原料氣中含有NH3時(shí)，所述的催化氧化反應(yīng)較佳的加入50-100ppmV的氣氨，使氣氨與NO2進(jìn)行反硝化反應(yīng)轉(zhuǎn)化為N2。所述的反硝化反應(yīng)為催化反應(yīng)，催化劑為本領(lǐng)域常規(guī)使用催化劑，一般釩基催化劑(如V2O5等)和WO3催化劑，催化劑可裝填于固定床式反應(yīng)器中。 該催化劑均市售可得。本發(fā)明中，所述的冷卻步驟可用本領(lǐng)域常規(guī)所用方式冷卻，較佳的為換熱器進(jìn)行冷卻或直接添加空氣降溫，當(dāng)使用換熱器降溫較佳的還使用冷的工藝氣或中低壓飽和蒸汽作為冷卻介質(zhì)用于熱量回收，以生產(chǎn)過(guò)熱蒸汽，做為動(dòng)力蒸汽推動(dòng)壓縮機(jī)透平做功，以節(jié)約能耗。所述的催化氧化反應(yīng)涉及的設(shè)備為本領(lǐng)域常規(guī)使用設(shè)備如多級(jí)段間換熱反應(yīng)器均可實(shí)施，較佳的為臥式多級(jí)反應(yīng)器。(3)將步驟(2)所得產(chǎn)物冷卻至溫度為彡H2SO4露點(diǎn)溫度以上10°C，然后再進(jìn)一步冷卻至60°C 120°C，并收集H2SO4產(chǎn)品，冷卻后得到的氣體經(jīng)過(guò)聚結(jié)分離，即可直接排空。本發(fā)明中，所述的將步驟(2)所得產(chǎn)物冷卻溫度較佳的為H2SO4露點(diǎn)溫度以上 10°C 30°C，更佳的為H2SO4露點(diǎn)溫度以上15°C 17°C。所述的露點(diǎn)溫度為本領(lǐng)域技術(shù)術(shù)語(yǔ)，是指恒定氣壓條件下，蒸汽冷卻到飽和時(shí)的溫度。所述的溫度為> 露點(diǎn)溫度以上10°C即指溫度彡(H2SO4露點(diǎn)溫度+10°C )，H2SO4露點(diǎn)溫度以上10°C 30°C即指溫度范圍為(H2SO4露點(diǎn)溫度+IO0C )至(H2SO4露點(diǎn)溫度+300C )。本發(fā)明中，所述的再進(jìn)一步冷卻的溫度較佳的為105°C 120°C。本發(fā)明中，所述的步驟(2)所得產(chǎn)物冷卻至溫度為彡H2SO4露點(diǎn)溫度以上10°C可用本領(lǐng)域常規(guī)所用的換熱器進(jìn)行冷卻，還可使用冷的工藝氣或中低壓飽和蒸汽作為冷卻介質(zhì)用于生產(chǎn)高壓飽和蒸汽或過(guò)熱蒸汽，另作他用以節(jié)約能耗。其中，中低壓飽和蒸汽是指一般壓力為0. 5MpaG 7. 8MpaG的飽和蒸汽。本發(fā)明中，所述的聚結(jié)分離可用本領(lǐng)域常規(guī)所用的聚結(jié)分離器即可。 本發(fā)明所得的H2SO4產(chǎn)品中H2SO4濃度可達(dá)質(zhì)量百分比93 % 98 %，可根據(jù)具體需要進(jìn)一步調(diào)整為恒定濃度的工業(yè)級(jí)濃硫酸方便使用。本發(fā)明的硫化氫制備硫酸的工藝方法流程匯總可生產(chǎn)高壓飽和蒸汽或過(guò)熱蒸汽， 可產(chǎn)過(guò)熱蒸汽氣量約為0. 8 1. 2噸蒸汽/噸硫酸，可適當(dāng)利用該過(guò)熱蒸汽用于推動(dòng)壓縮機(jī)的透平，每天可顯著節(jié)約電耗約8000Kw. h。本發(fā)明中，所述進(jìn)一步冷卻至60°C 110°C使用的設(shè)備較佳的為熱交換器，該換熱器包括一殼體，所述殼體的頂部設(shè)有一尾氣的排放口，所述殼體的底部設(shè)有一出液口，在所述殼體內(nèi)沿所述殼體的長(zhǎng)軸方向設(shè)有用于流通冷卻介質(zhì)的若干玻璃管，所述玻璃管均跨設(shè)于所述殼體的兩側(cè)壁之間，所述玻璃管位于該冷卻介質(zhì)上游的一端為首端，位于該冷卻介質(zhì)下游的一端為尾端，在該冷卻介質(zhì)的上游和下游之間相鄰的所述玻璃管首尾相連通從而形成至少一條單向?qū)Я鞯睦鋮s介質(zhì)流道。由玻璃管形成的單向?qū)Я鞯睦鋮s介質(zhì)通道能夠耐受高溫和強(qiáng)腐蝕，避免在高溫和強(qiáng)腐蝕性環(huán)境中發(fā)生變形和腐蝕現(xiàn)象，從而確保長(zhǎng)時(shí)間使用中冷卻介質(zhì)的流暢性，以及熱交換器使用中的安全性。另外，沿?zé)峤粨Q器長(zhǎng)軸方向在熱交換器側(cè)壁間橫向設(shè)置玻璃管能有效縮短玻璃管的長(zhǎng)度，提高玻璃管的剛性，克服玻璃管過(guò)脆、耐熱沖擊性差、易破裂的問(wèn)題。上述玻璃管可以采用硼硅酸鹽玻璃、石英玻璃等或者化學(xué)領(lǐng)域中其他公知的能耐高溫防腐蝕的玻璃，在此不做限制。需要說(shuō)明的是，當(dāng)上述殼體為一圓柱體時(shí)，該圓柱體的軸線延伸方向即為所述殼體的長(zhǎng)軸方向，而圓柱體繞該軸線回旋所形成的表面則為所述的側(cè)壁。
另外，所述玻璃管的首端和尾端可均位于所述殼體內(nèi)部，此時(shí)所述玻璃管的首、尾通過(guò)適配的玻璃管道連接。在此對(duì)所形成的冷卻介質(zhì)流道的形狀不做限制，其可以為“弓” 字型、“Z”字型或者其他形狀。其中，所述冷卻介質(zhì)流道設(shè)有一冷卻介質(zhì)進(jìn)口和一冷卻介質(zhì)出口，所述冷卻介質(zhì)進(jìn)口靠近所述頂部，所述冷卻介質(zhì)出口靠近所述底部。尤其當(dāng)冷卻介質(zhì)為空氣時(shí)，為配合冷空氣下降的特性，上進(jìn)下出的流向設(shè)計(jì)能進(jìn)一步提高冷卻介質(zhì)的流動(dòng)性，提高介質(zhì)流速，繼而提高冷凝效率。為使玻璃管的長(zhǎng)度設(shè)置最短，所述玻璃管的延伸方向與所述長(zhǎng)軸方向垂直(即與熱交換器的短軸平行)，并且所述玻璃管的首、尾均延伸至所對(duì)應(yīng)的側(cè)壁的外部。此時(shí)可在殼體外部對(duì)玻璃管進(jìn)行連接，裝配更為方便。尤其當(dāng)所述熱交換器為立式熱交換器時(shí)，橫置的玻璃管的受力更為均勻，安裝方便，不易破裂。較佳地，所述玻璃管為等距離均勻分布并沿所述長(zhǎng)軸方向被分成若干玻璃管單元；每個(gè)所述玻璃管單元中的所述玻璃管的首端位于同側(cè)，所述玻璃管的首端所在的一側(cè)形成所述玻璃管單元的首部，所述玻璃管的尾端所在的一側(cè)形成所述玻璃管單元的尾部， 在該冷卻介質(zhì)上游和下游之間相鄰的所述玻璃管單元的首尾錯(cuò)位設(shè)置并通過(guò)一管箱首尾連通。該結(jié)構(gòu)能有效增加冷卻介質(zhì)的流動(dòng)面積，增大單位時(shí)間里冷卻介質(zhì)的輸入量，提高冷卻速度。此外，將玻璃管單元化并將相鄰的單元通過(guò)管箱連接能有效節(jié)省裝配時(shí)間，提高熱交換器的生產(chǎn)效率。再者，均勻分布的玻璃管能使得整臺(tái)熱交換器的換熱更為均勻。當(dāng)然，所述玻璃管單元中的玻璃管的排列方式可以為矩陣形式或者為發(fā)散形式； 此外首尾相連的兩組玻璃管單元中的玻璃管數(shù)量可以相等或不相等，在此不做限制。而所述管箱與相應(yīng)的側(cè)壁之間可通過(guò)螺栓等便于拆卸的緊固件進(jìn)行連接。便于對(duì)管道和玻璃管進(jìn)行清洗。其中，相鄰的所述玻璃管之間通過(guò)“U”型管道連通?！癠”型管道能對(duì)玻璃管內(nèi)的冷卻介質(zhì)起到更好的導(dǎo)向作用，避免在兩根玻璃管的交匯處形成湍流。該“U”型管道的材質(zhì)可以為橡膠、金屬或者玻璃。除此之外，本領(lǐng)域技術(shù)人員也可采用現(xiàn)有技術(shù)中其他的管連接件將玻璃管首尾連通。其中，所述冷卻介質(zhì)進(jìn)口和冷卻介質(zhì)出口分別設(shè)于兩個(gè)所述管箱上。其中，所述玻璃管的兩端分別穿設(shè)于一緊固件中，所述緊固件穿設(shè)于所述側(cè)壁上。其中，所述緊固件與所述側(cè)壁為間隙配合；所述緊固件與所述側(cè)壁上對(duì)應(yīng)的內(nèi)表面和/或外表面之間還設(shè)有一 0型密封圈。緊固件與側(cè)壁為間隙配合，也就是說(shuō)該緊固件的外徑略大于側(cè)壁上對(duì)應(yīng)的安裝部位的孔徑。一方面有利于玻璃管的裝配，更重要的是可以抵消殼體以及殼體上的內(nèi)襯物由于熱膨脹而對(duì)緊固件和玻璃管產(chǎn)生的剪切力，避免玻璃管發(fā)生破裂。其中，在所述排放口的上游還設(shè)有一用于捕集分離液體顆粒的過(guò)濾機(jī)構(gòu)。冷凝處理后的廢氣中難免存在離液體顆粒，通過(guò)過(guò)濾機(jī)構(gòu)過(guò)濾防止這些離液體顆粒被排放到大氣中。較佳地，所述過(guò)濾機(jī)構(gòu)為纖維濾板。其中，在所述殼體的內(nèi)壁上還設(shè)有一防腐蝕保護(hù)層。該結(jié)構(gòu)能對(duì)殼體起到防腐蝕的保護(hù)作用，提高殼體的使用壽命。較佳地，在所述防腐蝕保護(hù)層為聚四氟乙烯板材。其中，所述殼體靠近所述出液口的部位沿著排液方向逐漸縮小。有利于集中回收具有黏性的冷凝產(chǎn)物，避免冷凝產(chǎn)物在殼體內(nèi)發(fā)生掛壁現(xiàn)象。其中，上述換熱器的優(yōu)選條件在符合本領(lǐng)域常識(shí)的基礎(chǔ)上可任意組合，即得本發(fā)明各較佳換熱器。本發(fā)明優(yōu)選的熱交換器利用玻璃管替代現(xiàn)有技術(shù)中的貴金屬或聚四氟乙烯換熱管，并形成一單向?qū)Я鞯睦鋮s介質(zhì)流道，提高了熱交換器在高溫、強(qiáng)腐蝕環(huán)境下的使用壽命。在側(cè)壁之間跨設(shè)玻璃管能有效縮短其長(zhǎng)度，提高其強(qiáng)度。進(jìn)一步地，自上而下的單向?qū)Я鞯睦鋮s介質(zhì)流向能避免冷卻介質(zhì)在流道內(nèi)發(fā)生湍流，繼而也提高熱交換器的換熱效率。更進(jìn)一步地，當(dāng)冷凝后的液態(tài)強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)回到殼體底部時(shí)會(huì)遇上自殼體底部輸入的高溫氣態(tài)強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)以及位于殼體底部的換熱后的冷卻介質(zhì)，受到它們的高溫影響，液態(tài)強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)中的水分得以被進(jìn)一步的蒸發(fā)，從而提高冷凝產(chǎn)物的濃度。此外，由于換熱效率提高、冷卻充分，使得冷卻介質(zhì)排出的溫度相較現(xiàn)有技術(shù)提高，通過(guò)與現(xiàn)有的熱能回收裝置連接則可對(duì)這股熱能進(jìn)行二次利用，更為環(huán)保節(jié)能。本發(fā)明所用試劑和原料均市售可得。在符合本領(lǐng)域常識(shí)的基礎(chǔ)上，本發(fā)明中上述的各技術(shù)特征的優(yōu)選條件可以任意組合得到本發(fā)明較佳實(shí)例。本發(fā)明的積極進(jìn)步效果在于本發(fā)明的硫化氫制備硫酸的工藝方法脫除效率高，處理含的廢氣后所排放尾氣中濃度低于IOppmV顯著優(yōu)于現(xiàn)行環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，若涉及其他污染物包括但不限于S02、SO3和NO2均優(yōu)于現(xiàn)行環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)GB16^7-1996的要求；并且工藝流程布局合理、簡(jiǎn)單且經(jīng)濟(jì)效益顯著，綜合能量利用率高；特別采用的橫置高硼硅玻璃換熱管使得裝置操作簡(jiǎn)便靈活，設(shè)備造價(jià)低，節(jié)能環(huán)保。


圖1為本發(fā)明的實(shí)施例1中的熱交換器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1中的熱交換器的右側(cè)結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明的實(shí)施例1中玻璃管單元的另一結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明的實(shí)施例1中玻璃管與殼體側(cè)壁連接的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為本發(fā)明實(shí)施例2工藝方法的流程示意圖。圖6為本發(fā)明實(shí)施例3工藝方法的流程示意圖。圖7為本發(fā)明實(shí)施例4工藝方法的流程示意圖。
具體實(shí)施例方式下面通過(guò)實(shí)施例的方式進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，但并不因此將本發(fā)明限制在所述的實(shí)施例范圍之中。實(shí)施例1本發(fā)明的熱交換器為敘述方便，以下采用立式熱交換器進(jìn)行說(shuō)明，下文中所稱(chēng)“左”、“右”與圖1本身的左、右方向一致；但這不能成為對(duì)本發(fā)明的限制。附圖中的圓圈和叉分別表示流向相反的兩根玻璃管。如圖1所示，與現(xiàn)有技術(shù)相同的本實(shí)施例中的熱交換器包括一豎直放置的長(zhǎng)方形的殼體1，該殼體1的頂部具有一排放廢氣的排放口 11，在殼體1的底部具有一個(gè)輸入硫酸蒸汽的進(jìn)氣口 12。在進(jìn)氣口 12的下方還具有一個(gè)排液口 13，用于排出冷凝后的濃硫酸。其中，該殼體1的底部成半圓形結(jié)構(gòu)，排液口 13位于圓形結(jié)構(gòu)的最下方。當(dāng)然，殼體1底部可以為其他沿液體排出方向逐漸縮小的結(jié)構(gòu)，例如倒三角形或者倒梯形。另外，殼體1的頂部位于排放口 11的上游設(shè)有一作為過(guò)濾機(jī)構(gòu)的纖維濾板3，用于過(guò)濾冷凝后產(chǎn)生的尾氣中的液態(tài)小顆粒。與現(xiàn)有技術(shù)不同的是，如圖1和圖2所示，在殼體1左、右兩側(cè)壁之間沿著長(zhǎng)軸方向(即圖1中豎直方向)設(shè)有玻璃管，本實(shí)施例中的玻璃管為均勻分布并沿長(zhǎng)軸方向被劃分成十二組玻璃管單元，每組玻璃管單元中均包含多根沿水平面分布的玻璃管。同一玻璃管單元中的玻璃管的首端位于殼體1的同側(cè)從而形成了該玻璃管單元的首部，同理由這些玻璃管的尾端形成該玻璃管單元的尾部。并且，在冷空氣的上游和下游之間相鄰的兩組玻璃管單元，即沿豎直方向相鄰的兩組玻璃管單元的首部和尾部錯(cuò)位設(shè)置，并通過(guò)設(shè)于殼體1 外壁上的管箱連通。在最上方的一個(gè)管箱上設(shè)有冷卻介質(zhì)進(jìn)口 51，在位于最下方的一個(gè)管箱上設(shè)有冷卻介質(zhì)出口 52，因此冷空氣自左向右進(jìn)入、自上而下流動(dòng)。具體地，在殼體1的左、右兩側(cè)上、下錯(cuò)位地設(shè)置若干管箱。自上而下第一組玻璃管單元61的首部位于左側(cè)上方的第一管箱53內(nèi)，尾部位于右側(cè)上方的第二管箱M內(nèi)；自上而下第二組玻璃管單元62的首部位于第二管箱M內(nèi)，尾部位于第一管箱53下方的第三管箱55內(nèi)；自上而下第三組玻璃管單元63的首部位于第三管箱55內(nèi)，尾端位于第二管箱 54下方的第四管箱56內(nèi)，依次類(lèi)推，從而形成多通道、單向?qū)Я鞯睦鋮s介質(zhì)流道。所有的管箱均通過(guò)螺栓與殼體連接。另外，位于同側(cè)的管箱可為一體成型，包括一從第一組玻璃管單元61上方延伸到最后一組玻璃管單元的本體，然后由若干的導(dǎo)風(fēng)板將由該本體和側(cè)壁形成的腔室分割成相互獨(dú)立的導(dǎo)風(fēng)腔。相鄰的玻璃管單元通過(guò)導(dǎo)風(fēng)腔聯(lián)通，具體連接方式見(jiàn)上述。另外，如圖3所示，玻璃管單元61’中玻璃管的排布也可為三維空間分布的矩陣形式。從而能在節(jié)省空間的基礎(chǔ)上起到增加空氣流動(dòng)面積，提高流量和冷卻效率的目的。此外，如圖4所示，在殼體1的側(cè)壁內(nèi)表面上還設(shè)有作為防腐保護(hù)層的聚四氟乙烯板材14，用于防止殼體1與強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)直接接觸，影響其使用壽命。下面結(jié)合圖4以玻璃管21為例進(jìn)一步說(shuō)明玻璃管與殼體1的連接關(guān)系。玻璃管21端部穿設(shè)于一螺栓41中，而螺栓41穿設(shè)于殼體1的側(cè)壁上隨后用螺母 43將其固定在殼體1上。其中，螺栓41與殼體1的側(cè)壁以及側(cè)壁內(nèi)表面的聚四氟乙烯板材14為間隙配合，從而為聚四氟乙烯板材14留下受熱膨脹的空間，避免其受熱膨脹后對(duì)螺栓41和玻璃管21產(chǎn)生擠壓導(dǎo)致玻璃管21破裂。在螺栓41與聚四氟乙烯板材14之間還設(shè)有一密封圈42從而將安裝玻璃管21的部位有效密封，防止硫酸蒸汽從裝配部位泄漏。需要說(shuō)明的是，殼體中設(shè)置的玻璃管數(shù)量可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行增減，例如用于實(shí)驗(yàn)室使用的小型熱交換器的玻璃管數(shù)量較少，而用于大型產(chǎn)業(yè)批量生產(chǎn)的熱交換器的玻璃管數(shù)量則會(huì)較多。本實(shí)施例中，該殼體1的長(zhǎng)寬高依次為2米，1. 5米和8米。十二組玻璃管單元中的玻璃管總數(shù)為3250根，且每根的長(zhǎng)度為1. 6米。實(shí)施例2含H2S的酸性氣氣體組成為(摩爾濃度):H2S 25. 1%,C0S 0. 94%,CO2 73. 36%, CH4O. 48%, CH3OH 0· 12%。本實(shí)施例的工藝流程示意圖可參見(jiàn)圖5所示。(1)該原料氣與空氣在反應(yīng)器F-I中發(fā)生燃燒反應(yīng)，反應(yīng)溫度約為1050°C，反應(yīng)后工藝氣中氧氣殘余含量為摩爾百分比3%，經(jīng)燃燒反應(yīng)原料酸性氣中吐5全部氧化轉(zhuǎn)化為 SO2，同時(shí)產(chǎn)生大量的H2O;(2)熱工藝氣送至換熱器E-I冷卻，所釋放的熱量用于生產(chǎn)中高壓飽和蒸汽，經(jīng)冷卻的工藝氣補(bǔ)加空氣以提高工藝氣中氧氣濃度，同時(shí)調(diào)整SA濃度為4%，在溫度為410°C， O2濃度高于7%條件下進(jìn)入多段催化反應(yīng)器R-1，催化氧化生成SO3，采用段間換熱移出工藝氣熱量，降低溫度后再進(jìn)入下一床層進(jìn)一步反應(yīng)，反應(yīng)級(jí)數(shù)為4級(jí)；催化反應(yīng)器R-I出口處SO2R化率在99. 2% ；(3)然后工藝氣在換熱器E_2(實(shí)施例1的換熱器)中進(jìn)一步冷卻至275°C，該溫度高于硫酸露點(diǎn)溫度15°C的溫差，工藝氣然后在換熱器E-3中進(jìn)一步降低溫度至105°C，以促使303及貼04蒸汽完全吸收及冷凝，換熱器E-3底部出口的濃硫酸降溫調(diào)質(zhì)后送出界區(qū)； E-3出口的不凝氣需經(jīng)聚結(jié)分離器C-I聚結(jié)和收集不凝氣中的H2SO4氣溶膠，然后不凝氣送至煙囪放空，其污染物濃度分別為60mg/Nm3NA和520mg/Nm3S02，H2S濃度低于IOppmV,該濃度嚴(yán)格滿(mǎn)足環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)施例3含H2S的酸性氣氣體組成為(摩爾濃度):H2S 28. 9%, COS 1. 2%, C0268. 59%, CH4L 2%, CH3OH 0. 13%, NH3L 2% 本實(shí)施例的工藝流程示意圖可參見(jiàn)圖6所示。(1)由于酸性氣含有NH3,需要提高熱反應(yīng)溫度以促使NH3完全反應(yīng)，防止NH3與SO2 形成銨鹽沉積，導(dǎo)致催化劑短時(shí)失活，同時(shí)堵塞管道和催化劑床層，導(dǎo)致系統(tǒng)阻力增大造成系統(tǒng)操作波動(dòng)；該酸性氣在F-I內(nèi)與30%氧含量的富氧空氣發(fā)生燃燒反應(yīng)，該富氧空氣通過(guò)空氣與氧氣以7 1比例混合制備，此條件下F-I內(nèi)熱反應(yīng)溫度1250°C，滿(mǎn)足燒氨工藝需要，反應(yīng)后H2S全部氧化轉(zhuǎn)化為S02，NH3轉(zhuǎn)化為NO2,同時(shí)產(chǎn)生大量的H2O ；(2)熱工藝氣送至E-I冷卻，所釋放的熱量用于生產(chǎn)中高壓飽和蒸汽。經(jīng)冷卻的工藝氣補(bǔ)加空氣以提高工藝氣中氧氣濃度，同時(shí)調(diào)整Sh濃度為4%，同時(shí)工藝氣需補(bǔ)加 50-100ppmV的氣氨，在溫度為415°C，O2濃度高于7%條件下進(jìn)入多段催化反應(yīng)器R-I，促使上述燃燒工段產(chǎn)生NO2轉(zhuǎn)化為隊(duì)，然后工藝氣催化氧化生成SO3,采用段間換熱移出工藝氣熱量，降低溫度后再進(jìn)入下一床層進(jìn)一步反應(yīng)，反應(yīng)級(jí)數(shù)為2級(jí)；R-I出口處NO2轉(zhuǎn)化率為 95%, SO2 轉(zhuǎn)化率在 99. 2% ；(3)然后出口工藝氣在E_2(實(shí)施例1的換熱器)中進(jìn)一步冷卻至280°C，該溫度高于硫酸露點(diǎn)溫度17°C的溫差，工藝氣然后在E-3中進(jìn)一步降低溫度至110°C，以促使SO3 及H2SO4蒸汽完全吸收及冷凝，E-3底部出口的濃硫酸降溫調(diào)質(zhì)后送出界區(qū)；E-3出口的不凝氣經(jīng)C-I聚結(jié)和收集不凝氣中的氣溶膠，然后不凝氣送至煙@放空，其污染物濃度 (NO2，SO2, SO3)嚴(yán)格滿(mǎn)足環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，H2S濃度低于1 OppmV。
實(shí)施例4含H2S的酸性氣氣體組成為(摩爾濃度)=H2S 5.2%, COS 0.8%, C0292 . 6 %, CH4L 2%, CH3OH 0. 2%。本實(shí)施例的工藝流程示意圖可參見(jiàn)圖7所示。(1)該酸性氣的特點(diǎn)是H2S濃度低，在催化劑作用下與空氣在F-I中發(fā)生催化氧化反應(yīng)，反應(yīng)起始溫度為210°C，反應(yīng)結(jié)束溫度為445°C，為防止劇烈氧化放熱導(dǎo)致催化劑床層飛溫，采用2級(jí)反應(yīng)，段間冷介質(zhì)換熱降低工藝氣溫度，反應(yīng)后工藝氣中氧氣殘余含量為2 %，經(jīng)催化反應(yīng)原料酸性氣中H2S全部氧化轉(zhuǎn)化為SO2,同時(shí)產(chǎn)生大量的H2O ；(2)經(jīng)冷卻的工藝氣補(bǔ)加空氣以提高工藝氣中氧氣濃度，同時(shí)調(diào)整SO2濃度為 4%，經(jīng)補(bǔ)加冷空氣后溫度降至420°C，O2濃度提高于5%進(jìn)入多段催化反應(yīng)器R-1，催化氧化SO2生成SO3,采用段間換熱移出工藝氣熱量，降低溫度后再進(jìn)入下一床層進(jìn)一步反應(yīng)，反應(yīng)級(jí)數(shù)為3級(jí)；R-I出口處轉(zhuǎn)化率在98. 7% ；(3)然后出口工藝氣在E_2(實(shí)施例1的換熱器)中進(jìn)一步冷卻至260°C，該溫度高于H2SO4露點(diǎn)溫度15°C的溫差，工藝氣然后在E-3中進(jìn)一步降低溫度至120°C，以促使SO3 及H2SO4蒸汽完全吸收及冷凝，E-3底部出口的濃硫酸降溫調(diào)質(zhì)后送出界區(qū)；E-3出口的不凝氣需經(jīng)C-I聚結(jié)和收集不凝氣中的H2SO4氣溶膠，然后不凝氣送至煙囪放空，其污染物濃度分別為30mg/Nm3N02和520mg/Nm3S02，該濃度嚴(yán)格滿(mǎn)足環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，H2S濃度低于lOppmV。
權(quán)利要求
1.一種硫化氫制備硫酸的工藝方法，其特征在于其包括如下步驟(1)將含H2S原料氣與富氧空氣中的氧氣進(jìn)行氧化還原反應(yīng)制備SO2，控制該氧化還原反應(yīng)步驟后的氧氣殘余量摩爾百分比> 2%，其中，當(dāng)含H2S原料氣中的H2S摩爾百分比為彡8%時(shí)，氧化還原反應(yīng)為燃燒反應(yīng)，反應(yīng)溫度彡9000C ；當(dāng)含H2S原料氣中的H2S摩爾百分比為< 8%時(shí)，氧化還原反應(yīng)為催化反應(yīng)，反應(yīng)起燃溫度彡2000C ；(2)將步驟(1)所得產(chǎn)物冷卻至390°C 430°C，然后與氧氣進(jìn)行催化氧化反應(yīng)，該催化氧化反應(yīng)分級(jí)進(jìn)行至其中的轉(zhuǎn)化率彡98. 7%或者出口濃度彡550mg/Nm3 ；(3)將步驟( 所得產(chǎn)物冷卻至溫度為彡露點(diǎn)溫度以上10°C，然后再進(jìn)一步冷卻至60°C 120°C，并收集H2SO4產(chǎn)品，冷卻后得到的氣體經(jīng)過(guò)聚結(jié)分離，即可直接排空。
2.如權(quán)利要求1所述的工藝方法，其特征在于所述的含H2S原料氣H2S的含量為摩爾百分比 90%，較佳的為5. 2^-^.9% ；所述的氧化還原反應(yīng)為燃燒反應(yīng)時(shí)，反應(yīng)溫度為1050°C ；當(dāng)含H2S原料氣中含有NH3, NH3含量為摩爾百分比彡15%，較佳的為1.2%， H2S摩爾百分比為時(shí)，燃燒反應(yīng)的反應(yīng)溫度為> 1250°C ；所述的富氧空氣為氧氣濃度在摩爾百分比20. 8% 100%之間的空氣。
3.如權(quán)利要求1所述的工藝方法，其特征在于所述的步驟(1)氧化還原反應(yīng)步驟后的氧氣殘余量為摩爾百分比20Z0 10%，較佳的為2% 6%，更佳的為2% 3% 0
4.如權(quán)利要求1所述的工藝方法，其特征在于所述的將步驟⑴所得產(chǎn)物冷卻的溫度為410°C 420°C;所述的步驟(2)的催化氧化反應(yīng)中的氧氣的含量為摩爾百分比>5%， 更佳的為5% 7%，S02的含量為摩爾百分比< 4%;所述的步驟O)的催化氧化反應(yīng)分級(jí)進(jìn)行的級(jí)數(shù)為2 5級(jí)，較佳的為3 4級(jí)；所述的催化氧化反應(yīng)分級(jí)進(jìn)行至其中的轉(zhuǎn)化率彡99%。
5.如權(quán)利要求1所述的工藝方法，其特征在于所述的步驟(2)的催化氧化反應(yīng)，當(dāng)含 H2S原料氣中含有NH3時(shí)，所述的催化氧化反應(yīng)加入50-100ppmV的氣氨。
6.如權(quán)利要求1所述的工藝方法，其特征在于所述的步驟O)的冷卻步驟為換熱器進(jìn)行冷卻或直接添加空氣，當(dāng)使用換熱器降溫還使用工藝氣或中低壓飽和蒸汽作為冷卻介質(zhì)。
7.如權(quán)利要求1所述的工藝方法，其特征在于所述的步驟(3)的將步驟( 所得產(chǎn)物冷卻溫度為H2SO4露點(diǎn)溫度以上10°C 30°C，較佳的為H2SO4露點(diǎn)溫度以上15°C 17°C; 所述的再進(jìn)一步冷卻的溫度為105°C 120°C。
8.如權(quán)利要求1所述的工藝方法，其特征在于所述的步驟(3)的將步驟( 所得產(chǎn)物冷卻至溫度為彡H2SO4露點(diǎn)溫度以上10°C用換熱器進(jìn)行冷卻，使用工藝氣或中低壓飽和蒸汽作為冷卻介質(zhì)。
9.如權(quán)利要求1所述的工藝方法，其特征在于所述的步驟(3)的進(jìn)一步冷卻至 60°C 110°C使用的設(shè)備為熱交換器，該熱交換器包括一殼體，所述殼體的頂部設(shè)有一尾氣的排放口，所述殼體的底部設(shè)有一出液口，在所述殼體內(nèi)沿所述殼體的長(zhǎng)軸方向、在兩側(cè)壁之間跨設(shè)有若干用于流通冷卻介質(zhì)的玻璃管，所述玻璃管位于該冷卻介質(zhì)上游的一端為首端，位于該冷卻介質(zhì)下游的一端為尾端，在該冷卻介質(zhì)的上游和下游之間相鄰的所述玻璃管首尾相連通從而形成至少一條單向?qū)Я鞯睦鋮s介質(zhì)流道。
10.如權(quán)利要求9所述的工藝方法，其特征在于所述冷卻介質(zhì)流道設(shè)有一冷卻介質(zhì)進(jìn)口和一冷卻介質(zhì)出口，所述冷卻介質(zhì)進(jìn)口靠近所述頂部，所述冷卻介質(zhì)出口靠近所述底部；所述玻璃管的延伸方向與所述長(zhǎng)軸方向垂直，并且所述玻璃管的首、尾均延伸至所對(duì)應(yīng)的側(cè)壁的外部；所述玻璃管為均勻分布并沿所述長(zhǎng)軸方向被分成若干玻璃管單元；每個(gè)所述玻璃管單元中的所述玻璃管的首端位于同側(cè)，并形成所述玻璃管單元的首部，所述玻璃管的尾端所在的一側(cè)形成所述玻璃管單元的尾部，在該冷卻介質(zhì)上游和下游之間相鄰的所述玻璃管單元的首尾錯(cuò)位設(shè)置并通過(guò)一管箱首尾連通。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種硫化氫制備硫酸的工藝方法。該方法包括如下步驟(1)將含H2S原料氣與富氧空氣中的氧氣進(jìn)行氧化還原反應(yīng)制備SO2，控制該步驟后的氧氣殘余量摩爾百分比≥2％，其中，當(dāng)H2S摩爾百分比為≥8％時(shí)，反應(yīng)為燃燒反應(yīng)，反應(yīng)溫度≥900℃；當(dāng)H2S摩爾百分比為＜8％時(shí)，反應(yīng)為催化反應(yīng)，反應(yīng)起燃溫度≥200℃；(2)將所得產(chǎn)物冷卻至390℃～430℃，然后與氧氣進(jìn)行催化氧化反應(yīng)，該反應(yīng)分級(jí)進(jìn)行至其中SO2轉(zhuǎn)化率≥98.7％或者SO2出口濃度≤550mg/Nm3；(3)將所得產(chǎn)物冷卻至溫度為≥H2SO4露點(diǎn)溫度以上10℃，然后再冷卻至60℃～120℃，并收集H2SO4產(chǎn)品，冷卻后的氣體經(jīng)過(guò)聚結(jié)分離，即可直接排空。該方法H2S脫除效率高，工藝流程簡(jiǎn)單，且能實(shí)現(xiàn)裝置經(jīng)濟(jì)效益和能量合理利用。
文檔編號(hào)C01B17/74GK102320579SQ201110184128
公開(kāi)日2012年1月18日 申請(qǐng)日期2011年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月1日
發(fā)明者周人, 黃銳 申請(qǐng)人:上?？蒲罂萍及l(fā)展有限公司