專利名稱：硫酸生產(chǎn)中的冷凝成酸工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種接觸法硫酸生產(chǎn)中的冷凝成酸工藝，是對接觸法硫酸生產(chǎn)中干法流程的冷凝成酸工藝的改進(jìn)。
目前，現(xiàn)代工業(yè)普遍采用的接觸法硫酸生產(chǎn)，可分為兩種截然不同的工藝流程一種為濕法流程，由濕法凈化、干法轉(zhuǎn)化、吸收成酸等工序組成;另一種為干法流程，由干法凈化、濕法轉(zhuǎn)化、冷凝成酸等工序組成。在干法流程的冷凝成酸工序中一般采用水作為噴淋介質(zhì)進(jìn)行噴淋冷凝成酸，這是因?yàn)樵诮?jīng)干法凈化、濕法轉(zhuǎn)化后的氣體中除含有SO3外還有大量水蒸汽，所以，利用轉(zhuǎn)化出口的高溫氣體(420℃±)，在成酸塔內(nèi)噴淋水并控制塔內(nèi)溫度梯度，使進(jìn)入塔內(nèi)的高溫氣體冷凝，SO3與水蒸汽結(jié)合冷凝成硫酸，多余的水蒸汽從尾氣中排出，這種采用水做為噴淋介質(zhì)的成酸工藝，存在著噴淋密度小(一般在1M3/m2，h左右)，塔內(nèi)襯及填料瓷環(huán)炸裂，而且腐蝕嚴(yán)重，塔壽命短(3個(gè)月至半年)，填料瓷環(huán)使用周期僅1～3個(gè)月，無法維持常年連續(xù)性生產(chǎn)。因此，人們又采用濃度為76%(重量百分?jǐn)?shù)，下同)的工業(yè)硫酸做為噴淋介質(zhì)以取代水噴淋冷凝成酸，該工藝雖能解決水冷凝成酸工藝存在的大部分問題，但由于76%酸噴淋冷凝成酸工藝需兩套循環(huán)酸系統(tǒng)即第一套93%(重量百分?jǐn)?shù)，下同)酸噴淋塔及93%酸冷卻循環(huán)系統(tǒng)，第二套76%酸噴淋塔及76%酸冷卻循環(huán)系統(tǒng)，因此存在兩套系統(tǒng)操作管理復(fù)雜，串酸不易控制平衡，而且76%酸對鑄鐵冷卻排管腐蝕較嚴(yán)重的問題。
本發(fā)明的目的就在于解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題。通過理論探討和大量的工業(yè)實(shí)驗(yàn)，推出了一種采用濃度為93%的工業(yè)硫酸為噴淋介質(zhì)進(jìn)行噴淋冷凝成酸的工藝。本發(fā)明給出的93%硫酸噴淋冷凝成酸的工藝，具有工藝簡單、設(shè)備少、投資省、上馬快、操作穩(wěn)定、對冶煉、石化行業(yè)產(chǎn)生的含SO2濃度低、水分高且波動(dòng)大的煙氣尤為適用。
本發(fā)明給出的這種冷凝成酸工藝，是將由轉(zhuǎn)化工序出來的含三氧化硫氣體引入成酸塔內(nèi)，與噴淋介質(zhì)逆向運(yùn)動(dòng)進(jìn)行冷凝成酸，其中由轉(zhuǎn)化工序出來的氣體中水蒸汽與三氧化硫的含量(體積百分?jǐn)?shù)，下同)之比≤2，成酸塔采用的是空塔-填料塔形式，鑒于鼓泡器比空塔有更大的蒸發(fā)濃縮作用，當(dāng)氣體中水蒸汽與三氧化硫的含量比值較大時(shí)。也可采用鼓泡器-填料塔形式，但鼓泡器阻力大動(dòng)力消耗高。在空塔和填料塔內(nèi)采用的噴淋介質(zhì)均為濃度是93%的工業(yè)硫酸。為使本發(fā)明給出的這種93%硫酸噴淋冷凝成酸工藝的順利進(jìn)行，關(guān)鍵要控制好空塔和填料塔內(nèi)的溫度梯度，其中空塔的進(jìn)口氣體溫度400～450℃，出口氣體溫度170～250℃，噴淋酸溫度40～60℃，底酸溫度180～220℃，填料塔的塔拱溫度160～200℃，塔頂溫度90～120℃，噴淋酸溫度40～60℃，底酸溫度150～180℃。
本發(fā)明給出的93%硫酸噴淋冷凝成酸工藝將參照附圖進(jìn)行說明。其中

圖1為93%硫酸噴淋冷凝成酸的工藝流程示意圖，圖2為空塔結(jié)構(gòu)示意圖，圖3為圖2的俯視圖，圖4為填料塔結(jié)構(gòu)示意圖，圖5為圖4的俯視圖。圖中標(biāo)號為(1)，高位槽;(2)，空塔;(3)，冷卻排管;(4)除霧器;(5)，高位槽;(6)，填料塔;(7)酸泵;(8)，酸循環(huán)槽;(9)，噴頭;(10)，空塔的氣體進(jìn)口;(11)空塔的氣體出口;(12)，混酸室;(13)，填料塔酸管;(14)，空塔冷酸管;(15)空塔出酸管;(16)入孔;(17)填料塔進(jìn)酸管;(18)、塔拱;(19)填料塔氣體進(jìn)口;(20)填料塔氣體出口。
如圖所示，轉(zhuǎn)化后的含三氧化硫的氣體先由底部(10)處進(jìn)入空塔(2)，在塔內(nèi)與從頂部噴淋的93%酸逆向運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)冷凝成酸傳質(zhì)傳熱過程，冷卻后的氣體從空塔頂部(11)處出來進(jìn)入填料塔(6)的底部(19)處，經(jīng)塔拱(18)再與頂部(17)處噴淋的93%酸逆向運(yùn)動(dòng)進(jìn)一步進(jìn)行冷凝成酸傳質(zhì)傳熱過程，然后在塔頂通過除霧器(4)，將酸霧和酸沫捕集后尾氣由(20)處排空。填料塔(6)產(chǎn)的酸通過塔底部管道(8)直接流入空塔(2)的混酸室(12)，與空塔所產(chǎn)硫酸混合后進(jìn)入冷卻排管(3)冷卻，然后進(jìn)入酸循環(huán)槽(8)。部分酸經(jīng)泵(7)打入混酸并供兩個(gè)塔噴淋循環(huán)使用，其余酸作為產(chǎn)品酸入成品庫銷售。
本發(fā)明給出的這種93%酸噴淋冷凝成酸工藝的依據(jù)是，從轉(zhuǎn)化工序出來的高溫氣體含有三氧化硫和水蒸汽，隨著溫度的降低，將發(fā)生下列反應(yīng)
即生成硫酸蒸汽及冷凝成酸的過程，這一過程是通過氣相和液相間的傳質(zhì)和傳熱步驟實(shí)現(xiàn)的，隨著溫度的降低，兩個(gè)反應(yīng)都向右進(jìn)行，而在較高溫度的酸液中，水份又向氣相蒸發(fā)轉(zhuǎn)移，最終產(chǎn)品硫酸的濃度取決于控制硫酸液面上的水蒸汽壓力。由于傳熱過程快于傳質(zhì)過程，實(shí)際過程中的硫酸蒸汽冷凝速度落后于水份蒸發(fā)速度，93%硫酸對氣體中的水份吸收速度落后于硫酸蒸汽冷凝速度，因此在系統(tǒng)中的氣液動(dòng)平衡情況下，完全可以把成酸之后過剩的那一部分水分隨尾氣排出，產(chǎn)出符合國家標(biāo)準(zhǔn)的93%濃度工業(yè)硫酸。
根據(jù)長期的實(shí)驗(yàn)表明，轉(zhuǎn)化工序出口氣體中允許的水蒸汽含量與三氧化硫濃度有密切關(guān)系，當(dāng)水蒸汽含量與三氧化硫含量之比小于或等于2時(shí)。例如氣體中含H2O6%，含SO33%時(shí)，冷凝過程采用93%硫酸作為噴淋介質(zhì)可以保證本發(fā)明給出的工藝的順利并確保產(chǎn)出合格的93%濃度的工業(yè)硫酸，而當(dāng)H2O/SO3的值大于2時(shí)，只能靠適當(dāng)提高冷凝成酸溫度來維持產(chǎn)品酸濃度。
本發(fā)明給出的工業(yè)性實(shí)驗(yàn)是在空塔-填料塔內(nèi)進(jìn)行。其中空塔結(jié)構(gòu)見圖2，空塔塔體為鋼殼內(nèi)補(bǔ)耐酸磚，塔頂蓋及混酸室蓋由耐酸混凝土搗制而成，塔內(nèi)徑1.96m，總高12m，塔內(nèi)設(shè)有混酸室(12)，混酸室(12)是空塔的關(guān)鍵部位，混酸室(12)的砌筑結(jié)構(gòu)決定酸液封的高度，具體尺寸可根據(jù)混酸量的多少，系統(tǒng)阻力的大小計(jì)算而得?？账w是氣液兩相傳質(zhì)傳熱的空間。塔體裝有噴頭(9)直接噴淋93%硫酸，噴淋量的大小和處理氣量、進(jìn)入氣體溫度及控制出塔氣體溫度有關(guān)。塔出酸用2組35m2的鑄鐵排管冷卻。填料塔結(jié)構(gòu)見圖4，塔內(nèi)徑1.8m，總高13.3m。塔底部砌有塔拱(18)用于支撐填料，填料為不同規(guī)格的瓷環(huán)，填料高度及填料量經(jīng)計(jì)算確定，本實(shí)驗(yàn)中選用的填料高度6米，撲沫層填料高度0.5米。塔頂裝有分酸裝置，使噴淋的93%硫酸均勻分布在填料上。塔頂部還設(shè)有除霧器(4)，該除霧器內(nèi)裝有厚度100mm規(guī)格盤繞的聚四氟乙烯絲網(wǎng)和厚度約30mm散裝的F-46絲網(wǎng)，塔出酸用一組35m2鑄鐵排管冷卻。
本發(fā)明給出的工業(yè)性實(shí)驗(yàn)裝置的氣體處理量為4000標(biāo)米3/小時(shí)，來自轉(zhuǎn)化工序的氣體中SO3含量1.5～4%平均2.8%、H2SO含量3～6%平均4.5%，F(xiàn)含量36～137mg/標(biāo)米3、平均76mg/標(biāo)米3。工藝操作的技術(shù)條件為1.空塔進(jìn)口氣體溫度400～450℃出塔氣體溫度170～250℃底酸溫度180～220℃混酸溫度≤80℃噴淋酸溫度40～60℃塔內(nèi)氣體速度0.8～1.0m/sec阻力降10～30mm水柱2.填料塔塔拱溫度160～200℃塔頂溫度90～120℃底酸溫度150～180℃噴淋酸溫度40～60℃塔內(nèi)氣體速度0.8～1.0m/sec除霧器出口溫度90～120℃除霧器阻力200～300mm水柱除霧器速度～3.0m/sec
得到的綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)為空塔成酸率60～70%，填料塔成酸率97.80～99.40%，成酸總效率99.4～99.8%，產(chǎn)品酸濃度92.5～93.5%，尾氣含SO30.008～0.02%。填料使用壽命為3～5年，空塔-填料塔使用壽命為10年以上。本發(fā)明給出的工業(yè)性試驗(yàn)的主要數(shù)據(jù)詳見表1。
本發(fā)明給出的這種93%硫酸噴淋冷凝成酸工藝，與接觸法硫酸生產(chǎn)中干法流水噴淋冷凝成酸工藝和76%硫酸噴淋冷凝成酸工藝相比較的結(jié)果詳見表2。
權(quán)利要求
1.硫酸生產(chǎn)中的冷凝成酸工藝，是將由轉(zhuǎn)化工序出來的含有三氧化硫氣體引入成酸塔內(nèi)，與噴淋介質(zhì)逆向運(yùn)動(dòng)進(jìn)行冷凝成酸，其特征在于來自轉(zhuǎn)化工序的氣體中水蒸汽與三氧化硫的含量(體積百分?jǐn)?shù))之比≤2，成酸塔采用空塔(或鼓泡器)-填料塔結(jié)構(gòu)，噴淋介質(zhì)均采用濃度為93%(重量百分?jǐn)?shù))的工業(yè)硫酸，成酸塔內(nèi)溫度梯度控制在空塔，進(jìn)口氣體溫度400～450℃，出口氣體溫度170～250℃、噴淋酸溫度40～60℃、底酸溫度180～220℃；填料塔，拱塔溫度160～200℃、塔頂溫度90～120℃、噴淋酸溫度40～60℃、底酸溫度150～180℃。
全文摘要
本發(fā)明給出一種接觸法硫酸生產(chǎn)中干法流程的冷凝成酸工藝，適用處理有色冶煉、石油化工行業(yè)中產(chǎn)生的含SO
文檔編號C01B17/74GK1077433SQ93111098
公開日1993年10月20日 申請日期1993年5月6日 優(yōu)先權(quán)日1993年5月6日
發(fā)明者袁慰農(nóng), 傅雅珍, 李其武 申請人:沈陽冶煉廠