[发明专利]硫酸的制备方法

说明书

本发明涉及由原料气制备浓硫酸和发烟硫酸，该原料气具有至多 70％的SO₂+SO₃(SO_x)和含量对应于至多1.6、特别是在0.5至1.6范围 内的中间硫酸冷凝器上游的H₂O/SO₃摩尔比的H₂O。该原料气通过硫 和含硫化合物的燃烧来制备；原料气来源于由金属硫化物的焙烧或废 硫酸或硫酸盐的热再生所产生的SO₂气体的湿式洗涤；原料气还由富 含H₂S的废气(例如含90体积％H₂S的废气)燃烧制得。可将原料气中 至多99.95％的SO_X回收为通常为98.5-99.5wt％的浓硫酸和/或含至多 25wt％SO₃的发烟硫酸。此外，本发明的方法涉及最小化硫酸厂的能 量消耗、最小化冷却水的消耗并实现电力产生所用的高压蒸汽产生过 程中所释放的热量的最大回收。本发明的方法还涉及通过例如在该方 法的中间和最终硫酸冷凝阶段使用空冷玻璃管从而避免任何浓度下 的热硫酸的腐蚀。

据悉，多年来都是在SO₃的中间吸收或H₂SO₄在中间和最终吸收 或冷凝步骤两者中的冷凝下，通过两步催化SO₂转化，，以多至99.9％ 或更高的SO₂转化率，由包含至多50体积％SO₂的富SO₂气体制备浓 硫酸。大体上，气相SO₃通过SO₃的液相吸收转变为液相；而H₂SO₄蒸汽通过冷凝转化为液相，在该冷凝中通过将该气体与用作冷却剂的 循环酸直接接触或在降膜冷凝器中(其中气体被冷却至其露点以下，酸 被冷凝在空冷玻璃管的表面上)将该气体冷却至其H₂SO₄露点以下。在 已知方法中，除了美国专利7,361,326中所述的之外，吸收或冷凝步 骤两者发生在填料塔或其他类型的洗涤塔中，该洗涤塔由酸冷却器中 冷却水所冷却的循环硫酸所冷却。吸收或冷凝塔中所释放的大量热通 常由冷却水带走。

某些专利(例如美国专利5,130,112)描述了如何利用冷却循环酸的 一些或全部热量来制备低压蒸汽或加热水，但是此类换热器必须由高 度耐酸合金制成，该耐酸合金昂贵并且只有在220-240℃以下和 98.5-99wt％H₂SO₄以上的酸强度下操作才是耐腐蚀的。

德国专利DE 19522927 B4描述了一种方法，其中将H₂O/SO₃摩 尔比为0.9-1.1的气体在中间冷凝器中从其H₂SO₄露点以上冷却至 160℃以下的温度，在换热器中，其中气体和冷凝物通过向下流经锅 炉管束而被冷却，锅炉管束运送管束中的锅炉给水和/或使在管束中与 所述气体和冷凝物逆向地向上传送的水沸腾。该体系的适用性因用于 锅炉管的充分耐酸合金的有效性而受到严格限制。

美国专利7,361,326中公开了一种用于由具有至多30％SO₂并且大 于约1的H₂O/SO₂比例的原料气制备浓硫酸的双冷凝方法。在该方法 的第一步中，当气体经过中间冷凝器后，大部分SO₂转化为SO₃，在 该冷凝器中，SO₃和H₂SO₄蒸汽在由循环酸冷却的填料塔中或在管中 气体向上或向下流动的垂直空冷玻璃管中冷凝为浓硫酸。后者被认为 是一种避免在高气体速度下溢流的选择，但据说缺点在于其制备的硫 酸浓度低(70-85wt％)，因此需要随后的浓缩阶段，例如经过填料塔以 达到98wt％或更高的所需硫酸浓度。来自中间冷凝器的排出气经过第 二SO₂转化步骤，随后在颗粒加入下送至最终湿式冷凝阶段。该专利 未涉及中间冷凝器中所释放的热量的利用，在其中的所有实施例中该 热量均被转移到循环硫酸中并被冷却水带走。