[发明专利]硫酸的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种硫酸的制备方法。

背景技术

现有硫酸的生产工艺包括以下步骤：(1)原料矿与原料气体混合，沸腾燃烧，(2)中间气体干燥和(3)二氧化硫转化，其中原料矿的沸腾燃烧和干燥前补充气体都使用空气。在这种工艺中，由于空气中大部分为氮气，少部分为氧气，在硫酸工艺中只有氧气参加反应而氮气不参加反应，大量氮气的存在造成反应效率低，中间气体中的二氧化硫浓度小，设备庞大，热量回收率低等问题。如现在的硫铁矿制酸，沸腾炉采用普通空气进行焙烧，由于空气中氧含量相对较低，出沸腾炉二氧化硫浓度为10％～14％，进转化器二氧化硫浓度为6％～9％；再如现在的锌精矿制酸，出沸腾炉二氧化硫浓度为9％～12％，进转化器二氧化硫浓度为6％～7％。较低的二氧化硫浓度使得生产设备庞大，造成运行费用高等问题。

发明内容

本发明提供一种硫酸的制备方法，可有效提高反应速度和效率、热量回收率，增加装置产能，减小设备体积。

所述硫酸的制备方法包括以下步骤：(1)原料矿与含氧气的原料气体混合，沸腾燃烧，得到含二氧化硫和氧气的中间气体，(2)中间气体干燥，(3)二氧化硫转化，步骤(1)中，原料气体中的氧气体积浓度为25％～50％。

原料气体由空气和氧气混合。其中氧气由空分制氧机、变压吸附制氧装置或膜法制氧装置制得。

所述原料矿为硫铁矿、锌精矿、金精矿或硫磺。

作为本发明的改进，在步骤(2)之前补充氧气，使中间气体中的氧气体积浓度为10％～25％。作为更进一步的改进，控制中间气体中氧气与二氧化硫的体积比为0.8:1～2:1，优选为0.8:1～1.5:1，更优选为1:1～1.2:1。其中氧气由空分制氧机、变压吸附制氧装置或膜法制氧装置制得。

在本发明中，氧气浓度的控制十分重要。如果氧气浓度过低，相应的炉气量就会增加，反应效率降低，并造成设备体积庞大，装置投资提高；如果氧气浓度过高，会造成催化转化的温度过高，而转化反应中使用的矾催化剂有一定温度限制，温度过高会损害催化剂。

本发明原理为：各种原料矿在沸腾炉内主要的反应有

4FeS₂+11O₂＝8SO₂+2Fe₂O₃

3FeS₂+8O₂＝6SO₂+Fe₃O₄

4Fe₇S₈+53O₂＝32SO₂+14Fe₂O₃

3Fe₇S₈+38O₂＝24SO₂+7Fe₂O₃

2ZnS+3O₂＝2ZnO+2SO₂

S+O₂＝SO₂

在转化器内主要的反应有

2SO₂+O₂＝2SO₃

以上反应均为放热反应，通过提高反应物氧气的浓度，可以提高反应速率和效率。

本发明的具体工艺过程为：制氧设备中产生的氧气在炉底空气鼓风机前与空气混合成为原料气体，其中氧气浓度达到25％～50％，然后原料气体进入沸腾燃烧炉，氧气与原料矿进行反应，产生出二氧化硫气体，反应同时释放出热量，出沸腾炉二氧化硫浓度15％～30％。出沸腾炉的气体经过余热锅炉回收热能、除尘设备除尘、进入净化工序，在进入干燥塔前再补充高浓度氧气，使中间气体中的氧气浓度达到10％～25％，同时使氧气与二氧化硫的体积比为0.8:1～2:1，然后去转化器进行二氧化硫转化。

本发明的优点在于：a、采用高浓度氧气进行沸腾燃烧，提高了反应速率和效率。b、由于提高了反应气体中的氧气浓度，炉气中二氧化硫浓度提高，氮气比例降低，同等硫酸产量装置设备体积减少。c、由于氮气比例降低，余热锅炉气体带出热减少，热能回收率提高。d、由于SO3催化转化反应在较高温度下进行，工艺过程中产生的热可以得到充分利用，转化工段可设置过热器和省煤器，可以回收比现有流程更多的热量。e、由于气体总体积的减少，降低了系统阻力，并减少动力消耗。