本發(fā)明涉及接觸法制硫酸工藝，具體地說是一種能夠?qū)⒏邼舛萻o2氣體轉(zhuǎn)化為高濃度so3氣體且生產(chǎn)強度高、清潔節(jié)能的可調(diào)式應(yīng)用惰性觸媒處理高濃度so2煙氣生產(chǎn)so3氣體的工藝。
背景技術(shù)：
煙氣制硫酸行業(yè)，所用煙氣主要來自硫鐵礦、硫磺、有色金屬冶煉及冶金、燃煤、石化等行業(yè)環(huán)保裝置回收的so2氣體，尤其是富氧空氣燃燒富氧空氣冶煉的迅速發(fā)展及回收法環(huán)保技術(shù)的發(fā)展，煙氣so2濃度可能達到13%至93%，傳統(tǒng)的煙氣制酸二轉(zhuǎn)二吸，無論是3+1或3+2工藝，還是1+3+1或4+1也只能處理so2濃度達到13%至18%煙氣，都難以處理so2濃度達到13%至32%煙氣；硫酸行業(yè)許多單位及專家積極創(chuàng)新工藝方法解決這一問題，如：cn10532220a組合式非定態(tài)二氧化硫轉(zhuǎn)化器、cn102079511a適用于含硫高濃度二氧化硫煙氣的制酸系統(tǒng)、cn102910592a一種準(zhǔn)等溫文丘里熱能置換轉(zhuǎn)化器、cn104084094a一種轉(zhuǎn)化so2濃度的裝置及so2轉(zhuǎn)化系統(tǒng)及轉(zhuǎn)化方法、cn103011092aso2的非衡態(tài)高濃度兩次轉(zhuǎn)化制硫酸的技術(shù)等；上述技術(shù)都需要采用大量空氣稀釋才能應(yīng)用傳統(tǒng)轉(zhuǎn)化工藝，因而投資過高且能源不能有效利用，故經(jīng)濟高效節(jié)能地處理高濃度so2氣體工藝氣生產(chǎn)高濃度so3氣體的轉(zhuǎn)化工藝技術(shù)仍是熱門科題。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種能夠?qū)⒏邼舛萻o2氣體轉(zhuǎn)化為高濃度so3氣體且生產(chǎn)強度高、清潔節(jié)能的可調(diào)式應(yīng)用惰性觸媒處理高濃度so2煙氣生產(chǎn)so3氣體的工藝，該工藝能夠處理含s02濃度（容積比）在13%～32%范圍內(nèi)波動的煙氣、且能夠處理氣量波動在40%～100%范圍內(nèi)的煙氣；以解決煙氣中so2濃度高、氣量波動大而需要采用大量空氣稀釋才能應(yīng)用傳統(tǒng)轉(zhuǎn)化工藝技術(shù)所涉及投資過高、能源不能有效利用等問題。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案解決的：
一種可調(diào)式應(yīng)用惰性觸媒處理高濃度so2煙氣生產(chǎn)so3氣體的工藝，其特征在于：該工藝的步驟如下：
a、對含so2濃度為13%～32%的煙氣進行初步加熱；
b、將初步加熱后的煙氣送入惰性觸媒轉(zhuǎn)化層進行準(zhǔn)絕熱放熱反應(yīng)使得部分so2氣體生成so3氣體，煙氣達到設(shè)定溫度后從惰性觸媒轉(zhuǎn)化層排出；
c、測量排出的高溫?zé)煔庵衧o2濃度并將排出的高溫?zé)煔饨?jīng)余熱利用器進行換熱降溫；
d、當(dāng)步驟（c）中測得的經(jīng)惰性觸媒轉(zhuǎn)化層處理后的高溫?zé)煔庵械膕o2濃度高于11%時，則重復(fù)進行步驟（b）和步驟（c）；至步驟（c）測得的經(jīng)惰性觸媒轉(zhuǎn)化層處理后的高溫?zé)煔庵械膕o2濃度為7%～11%時，則將換熱后的低溫?zé)煔廨斎雮鹘y(tǒng)活性觸媒層以生產(chǎn)高濃度so3氣體。
所述步驟（b）和步驟（d）中的惰性觸媒轉(zhuǎn)化層最多有三層，使得步驟（d）最多重復(fù)步驟（b）和步驟（c）兩次即可將經(jīng)惰性觸媒轉(zhuǎn)化層處理后的高溫?zé)煔庵衧o2濃度降至7%～11%。
所述步驟（b）中的惰性觸媒轉(zhuǎn)化層和步驟（c）中的余熱利用器一一對應(yīng)設(shè)置；且所述余熱利用器前側(cè)的管道上皆設(shè)有相應(yīng)的旁路控溫閥連通前一工藝的惰性觸媒轉(zhuǎn)化層的出口管道和下一工藝的進氣管道，以調(diào)節(jié)進入下一工藝的反應(yīng)氣體的溫度。
所述的旁路控溫閥對經(jīng)過前一工藝的惰性觸媒轉(zhuǎn)化層處理后的高溫?zé)煔獾姆至髁繛?%～50%。
所述步驟（b）和步驟（d）中的惰性觸媒轉(zhuǎn)化層采用的低活性觸媒為能夠促進so2氣體轉(zhuǎn)化成so3氣體的含v2ox為2.0%～9.5%的釩系催化劑、或者含fe2ox為35%～85%的鐵系催化劑、或者上述釩系催化劑和鐵系催化劑的分層混裝物。
所述的釩系催化劑選用釩系硅藻土催化劑。
所述步驟（b）和步驟（d）中的惰性觸媒轉(zhuǎn)化層采用的低活性耐高溫觸媒的活性為傳統(tǒng)轉(zhuǎn)化工藝活性觸媒層采用的觸媒活性的30%～95%。
所述步驟（a）中的初步加熱的溫度為360℃～410℃且所述步驟（b）中的設(shè)定溫度為530℃～720℃。
所述步驟（b）和步驟（d）中的惰性觸媒轉(zhuǎn)化層采用的低活性觸媒為釩系催化劑時則設(shè)定溫度為530℃～670℃；所述步驟（b）和步驟（d）中的惰性觸媒轉(zhuǎn)化層采用的低活性觸媒為鐵系催化劑時則設(shè)定溫度為620℃～720℃。
所述步驟（d）中的so2煙氣經(jīng)換熱降溫后補入干燥空氣和干燥富氧氣體中的一種、或者干燥空氣和干燥富氧氣體中的一種與未經(jīng)轉(zhuǎn)化處理的so2煙氣混合后補入，以使得進入后續(xù)處理的煙氣中o2/so2的摩爾比為0.5～1.3。
所述步驟（c）換熱后的煙氣溫度不能低于步驟（a）中煙氣進行初步加熱后的溫度。
所述步驟（d）中經(jīng)傳統(tǒng)活性觸媒層生產(chǎn)出來的高濃度so3氣體經(jīng)換熱器對步驟（a）中的煙氣換熱加溫后送出進行吸收制酸以生產(chǎn)發(fā)煙硫酸、硫酸或液體so3產(chǎn)品。
所述步驟（d）中經(jīng)惰性觸媒轉(zhuǎn)化層處理后進入傳統(tǒng)活性觸媒層的低溫?zé)煔鉁囟葹?90℃～480℃。
本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)有如下優(yōu)點：
本發(fā)明通過惰性觸媒轉(zhuǎn)化層將高濃度so2煙氣進行轉(zhuǎn)化處理，并設(shè)置余熱利用器進行換熱降溫后再進入下一惰性觸媒轉(zhuǎn)化層，最終使得煙氣中so2濃度降至7%～11%后再進入傳統(tǒng)活性觸媒層進行最后的處理，生產(chǎn)高濃度so3氣體，形成惰性觸媒轉(zhuǎn)化層和傳統(tǒng)活性觸媒層的組合轉(zhuǎn)化工藝，能夠處理含s02濃度在13%～32%范圍內(nèi)波動的煙氣、同時氣量波動在40%～100%范圍內(nèi)的煙氣；該工藝與傳統(tǒng)的接觸法制硫酸同規(guī)模裝置相比，轉(zhuǎn)化系統(tǒng)投資節(jié)省20%～50%、占地節(jié)省30%～50%、余熱利用率提高2～5倍，具有生產(chǎn)強度高、清潔節(jié)能的特點，既適合新裝置建設(shè)，也適用老裝置升級改造。
附圖說明
附圖1為本發(fā)明的工藝采用三層惰性觸媒轉(zhuǎn)化層時的流程圖。
其中：1—so2風(fēng)機；2—換熱器；3—惰性觸媒轉(zhuǎn)化層；31—第一惰性觸媒轉(zhuǎn)化層；32—第二惰性觸媒轉(zhuǎn)化層；33—第三惰性觸媒轉(zhuǎn)化層；4—余熱利用器；41—第一余熱利用器；42—第二余熱利用器；43—第三余熱利用器；5—傳統(tǒng)活性觸媒層；6—補氧氣體風(fēng)機；7—補氧氣體調(diào)節(jié)閥；8—旁路控溫閥；9—混合閥；10—煙氣補充閥。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明作進一步的說明。
如圖1所示：一種可調(diào)式應(yīng)用惰性觸媒處理高濃度so2煙氣生產(chǎn)so3氣體的工藝，該工藝的步驟如下：a、對含so2濃度為13%～32%的煙氣進行初步加熱；b、將初步加熱后的煙氣送入惰性觸媒轉(zhuǎn)化層3進行準(zhǔn)絕熱放熱反應(yīng)使得部分so2氣體生成so3氣體，煙氣達到設(shè)定溫度后從惰性觸媒轉(zhuǎn)化層3排出；c、測量排出的高溫?zé)煔庵衧o2濃度并將排出的高溫?zé)煔饨?jīng)余熱利用器4進行換熱；d、當(dāng)步驟（c）中測得的經(jīng)惰性觸媒轉(zhuǎn)化層3處理后的高溫?zé)煔庵械膕o2濃度高于11%時，則重復(fù)進行步驟（b）和步驟（c）；至步驟（c）測得的經(jīng)惰性觸媒轉(zhuǎn)化層3處理后的高溫?zé)煔庵械膕o2濃度為7%～11%時，則將換熱后的低溫?zé)煔猓囟确秶鸀?90℃～480℃）輸入傳統(tǒng)活性觸媒層5以生產(chǎn)高濃度so3氣體；且經(jīng)傳統(tǒng)活性觸媒層5生產(chǎn)出來的高濃度so3氣體經(jīng)換熱器對步驟（a）中的煙氣換熱后送出進行吸收制酸以生產(chǎn)發(fā)煙硫酸、硫酸或液體so3產(chǎn)品。在該工藝中，步驟（b）和步驟（d）中的惰性觸媒轉(zhuǎn)化層采用的低活性觸媒為能夠促進so2氣體轉(zhuǎn)化成so3氣體的含v2ox為2%～9.5%的釩系催化劑、或者含fe2ox為35%～85%的鐵系催化劑、或者上述釩系催化劑和鐵系催化劑的分層混裝物，且惰性觸媒轉(zhuǎn)化層采用的低活性耐高溫觸媒的活性為傳統(tǒng)轉(zhuǎn)化工藝活性觸媒層采用的觸媒活性的30%～95%，上述低活性觸媒優(yōu)先選用添加銫鉀輔助劑的釩系硅藻土催化劑以降低起始反應(yīng)溫度、提高耐熱性；另外步驟（a）中的初步加熱的溫度為360℃～410℃且步驟（b）中的設(shè)定溫度為530℃～720℃，當(dāng)惰性觸媒轉(zhuǎn)化層3采用的低活性觸媒為釩系催化劑時則設(shè)定溫度為530℃～670℃，當(dāng)惰性觸媒轉(zhuǎn)化層3采用的低活性觸媒為鐵系催化劑時則設(shè)定溫度為620℃～720℃。同時需要說明的是，每次經(jīng)步驟（c）換熱后進入下一處理工藝的煙氣溫度不能低于步驟（a）中煙氣進行初步加熱后的溫度。
在上述工藝中，步驟（b）和步驟（d）中的惰性觸媒轉(zhuǎn)化層3最多有三層且惰性觸媒轉(zhuǎn)化層3和帶有旁路控溫閥8的余熱利用器4一一對應(yīng)設(shè)置，使得步驟（d）最多重復(fù)步驟（b）和步驟（c）兩次即可將經(jīng)惰性觸媒轉(zhuǎn)化層3處理后的高溫?zé)煔庵衧o2濃度降至7%～11%；每個余熱利用器前側(cè)的管道上設(shè)置的旁路控溫閥8用于連通前一工藝的惰性觸媒轉(zhuǎn)化層3的出口管道和下一工藝的進氣管道，以調(diào)節(jié)進入下一工藝的反應(yīng)氣體的溫度，且旁路控溫閥8對經(jīng)過前一工藝的惰性觸媒轉(zhuǎn)化層3處理后的高溫?zé)煔獾姆至髁繛?%～50%。同時為了使得即將進行后續(xù)處理的煙氣中o2/so2的摩爾比為0.5～1.3，步驟（d）中的so2煙氣經(jīng)換熱降溫至390℃～480℃后通過補氧氣體風(fēng)機6補入干燥空氣和干燥富氧氣體中的一種、或者干燥空氣和干燥富氧氣體中的一種經(jīng)補氧氣體風(fēng)機6提供后與未經(jīng)轉(zhuǎn)化處理的so2煙氣通過混合閥9的導(dǎo)通混合后補入等待繼續(xù)處理的煙氣中；需要說明的是，補氧氣體調(diào)節(jié)閥7設(shè)置在連通余熱利用器4的管道上或者直接設(shè)置在連通惰性觸媒轉(zhuǎn)化層3出氣處的管道上，則上述補入的氣體能夠通過相應(yīng)的補氧氣體調(diào)節(jié)閥7進行控制以確定是否補入以及補入量。另外so2風(fēng)機的出氣口還可設(shè)置帶有煙氣補充閥10的管道，該管道與換熱器2的出口管相連接。
本發(fā)明的工藝將含高濃度so2煙氣經(jīng)裝填惰性觸媒的惰性觸媒轉(zhuǎn)化層3反應(yīng)后，輸出的氣體經(jīng)過換熱降溫后，根據(jù)需要補入部分干燥空氣或干燥富氧氣體、或者干燥空氣和干燥富氧氣體中的一種與未經(jīng)轉(zhuǎn)化的so2工藝氣的混合氣體，以使得即將進行后續(xù)處理的煙氣中o2/so2的摩爾比為0.5～1.3，使含so2煙氣轉(zhuǎn)化反應(yīng)放熱溫度在觸媒安全操作范圍530～720℃以內(nèi)，釩系催化劑耐熱溫度530～670℃，鐵系催化劑耐熱溫度為620～720℃，可以利用兩種催化劑的耐溫特性或進行分層搭配裝填。當(dāng)經(jīng)過一層、二層或三層惰性觸媒轉(zhuǎn)化層3轉(zhuǎn)化反應(yīng)后，煙氣中so2濃度在7%～11%時，經(jīng)充分換熱降溫后，煙氣進入傳統(tǒng)活性觸媒層5內(nèi)進行處理以生產(chǎn)高濃度so3氣體，形成惰性觸媒轉(zhuǎn)化層3的層數(shù)加傳統(tǒng)活性觸媒層5的層數(shù)：3+1、2+2、1+3或者其它組合的一種轉(zhuǎn)化工藝，生產(chǎn)出高濃度so3氣體。該高濃度so3氣體能夠用來制取發(fā)煙硫酸、硫酸、液態(tài)三氧化硫等產(chǎn)品。
下面通過具體實施例對本發(fā)明的工藝作進一步的說明。
實施例一
某電廠環(huán)保脫硫回收so2氣體用于制取硫酸，干燥后其煙氣的氣體成份為：so2—30.69%、o2—18.47%、n2—49.36%、co2—1.48%，總氣量約90000nm3/hr。煙氣經(jīng)so2風(fēng)機1升壓后，經(jīng)換熱器2加溫至390℃后進入第一惰性觸媒轉(zhuǎn)化層31，轉(zhuǎn)化率約35%，出氣溫度660℃且含so2濃度為21.43%；經(jīng)第一余熱利用器41換熱（產(chǎn)中壓2.5mpa飽和蒸汽17.7t/hr）降溫到390℃后進入第二惰性觸媒轉(zhuǎn)化層32，反應(yīng)總轉(zhuǎn)化率約60%，出氣溫度580℃且含so2濃度為13.75%；經(jīng)第二余熱利用器42換熱（產(chǎn)中壓2.5mpa飽和蒸汽12.6t/hr）降溫到390℃后進入第三惰性觸媒轉(zhuǎn)化層33，反應(yīng)總轉(zhuǎn)化率約80%，出氣溫度535℃且含so2濃度為7.12%；經(jīng)第三余熱利用器43換熱(產(chǎn)中壓2.5mpa飽和蒸汽9.3t/hr)降溫到390℃后進入到傳統(tǒng)活性觸媒層5中進行反應(yīng)，反應(yīng)總轉(zhuǎn)化率約90%，出氣溫度498℃且含so2濃度為3.6%，排出氣經(jīng)換熱器2對so2風(fēng)機1出氣換熱加溫后送出進行吸收制酸，以生產(chǎn)發(fā)煙酸、純硫酸或液體so3產(chǎn)品。
實施例二
某硫磺制酸廠采用富氧燃燒產(chǎn)生so2氣體用于制取硫酸，燃燒后其氣體成份為：so2—20.78%、o2—17.39%、n2—61.83%，總氣量約115930nm3/hr。煙氣經(jīng)so2風(fēng)機1升壓后，經(jīng)換熱器2加溫至390℃后進入第一惰性觸媒轉(zhuǎn)化層31，轉(zhuǎn)化率約35%，出氣溫度587℃且含so2濃度為14.28%；經(jīng)第一余熱利用器41換熱（產(chǎn)中壓2.5mpa飽和蒸汽15.56t/hr）降溫到420℃后進入第二惰性觸媒轉(zhuǎn)化層32，反應(yīng)總轉(zhuǎn)化率約65%，出氣溫度585℃且含so2濃度為7.95%；經(jīng)第二余熱利用器42換熱（產(chǎn)中壓2.5mpa飽和蒸汽13.32t/hr）降溫到390℃后進入傳統(tǒng)活性觸媒層5的第一層反應(yīng)，反應(yīng)總轉(zhuǎn)化率約90%，出氣溫度530℃且含so2濃度為2.34%，排出氣經(jīng)相應(yīng)的換熱器降溫至420℃后進入傳統(tǒng)活性觸媒層5的第二層反應(yīng)，反應(yīng)總轉(zhuǎn)化率約97%，出氣溫度455℃且含so2濃度為0.71%，排出氣經(jīng)換熱器2對so2風(fēng)機1出氣換熱加溫后送出進行吸收制酸，以生產(chǎn)發(fā)煙酸、純硫酸或液體so3產(chǎn)品。
實施例三
某礦銅冶煉廠采用富氧熔煉及吹煉產(chǎn)生so2氣體用于制取硫酸，燃燒后其氣體成份為：so2—15.26%、o2—13.04%、n2—69.64%、co2—2.06%，總氣量約154800nm3/hr。煙氣經(jīng)so2風(fēng)機1升壓后，經(jīng)換熱器2加溫至390℃后進入第一惰性觸媒轉(zhuǎn)化層31，轉(zhuǎn)化率約47%，出氣溫度590℃且含so2濃度為8.55%；經(jīng)第一余熱利用器41換熱（產(chǎn)中壓2.5mpa飽和蒸汽17.46t/hr）降溫到390℃后進入到傳統(tǒng)活性觸媒層5的第一層反應(yīng)，反應(yīng)總轉(zhuǎn)化率約85%，出氣溫度550℃且含so2濃度為2.5%，排出氣經(jīng)相應(yīng)的換熱器降溫至420℃后進入傳統(tǒng)活性觸媒層5的第二層反應(yīng)，反應(yīng)總轉(zhuǎn)化率約97%，出氣溫度470℃且含so2濃度為0.51%，排出氣經(jīng)換熱器2對so2風(fēng)機1出氣換熱加溫后送出進行吸收制酸，以生產(chǎn)發(fā)煙酸、純硫酸或液體so3產(chǎn)品。
本發(fā)明通過惰性觸媒轉(zhuǎn)化層3將高濃度so2煙氣進行轉(zhuǎn)化處理，并設(shè)置余熱利用器進行換熱降溫后再進入下一轉(zhuǎn)化反應(yīng)層，最終使得煙氣中so2濃度降至7%～11%后再進入傳統(tǒng)活性觸媒層5進行最后的處理，生產(chǎn)高濃度so3氣體，形成惰性觸媒轉(zhuǎn)化層3和傳統(tǒng)活性觸媒層5的組合轉(zhuǎn)化工藝，能夠處理含s02濃度在13%～32%范圍內(nèi)波動的煙氣、同時氣量波動在40%～100%范圍內(nèi)的煙氣；該工藝與傳統(tǒng)的接觸法制硫酸同規(guī)模裝置相比，轉(zhuǎn)化系統(tǒng)投資節(jié)省20%～50%、占地節(jié)省30%～50%、余熱利用率提高2～5倍，具有生產(chǎn)強度高、清潔節(jié)能的特點，既適合新裝置建設(shè)，也適用老裝置升級改造。
以上實施例僅為說明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能以此限定本發(fā)明的保護范圍，凡是按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動，均落入本發(fā)明保護范圍之內(nèi)；本發(fā)明未涉及的技術(shù)均可通過現(xiàn)有技術(shù)加以實現(xiàn)。