[发明专利]用于制备硫酸的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及用于制备硫酸的方法和装置，由此制得包含二氧化硫的产物气流，将产物气流输入反应室，在反应室中在催化剂的存在下进行二氧化硫到三氧化硫的反应，并且在装置的另一部分中所产生的三氧化硫转化为硫酸。

背景技术

硫酸属于最重要的基本化学品。工业上的硫酸的制备以以下三步骤进行：

1.制备二氧化硫(SO₂)，

2.二氧化硫(SO₂)氧化为三氧化硫(SO₃)，

3.三氧化硫(SO₃)转化为硫酸(H₂SO₄)。

硫酸的传统制备方法在文献中也称为接触法。

单质硫可用作制备硫酸的起始物质。其在精炼厂中在石油或天然气的脱硫时产生，或者在硫化矿的焙烧时产生，以及在燃煤发电厂的烟道气的脱硫时产生。如果硫用作原料，则通过硫在雾化燃烧器中的燃烧进行二氧化硫制备，由此将液态硫在高压下压到燃烧器喷嘴中。

二氧化硫还可以通过包含硫化氢的废气的燃烧或催化转化制得，所述废气例如在焦炉煤气的净化中产生。

在硫源例如在湿式催化时的硫化氢或者来自Claus装置的液体硫燃烧的情况下，应避免氮氧化物(NO_x)的形成。因此，温度不允许超过1200℃。然而，尽管如此，为了实现硫源至二氧化硫的完全转化，燃烧过程可以以高度空气过剩来进行，由此由氮气和未转化的氧造成冷却效应。但是，以这种方式，还将增加量的空气湿度带入过程中。这降低了产物酸可达到的最大浓度。或者，可将惰性冷气体输入燃烧过程，如同在冷气体再循环过程中所发生的那样。但是，该措施导致大量的循环气体。因此，必须设计在进一步的过程中需要用于更大的气体流的装置。

在第一制备步骤中产生的粗气体通常具有的SO₂含量为3至12体积％。所述粗气体通常在废热锅炉中冷却，并任选地用空气进行稀释，以调节超化学计量的O₂/SO₂比例。SO₂至SO₃的放热反应在400至650℃的温度下，在催化剂如五氧化二钒(V₂O₅)的存在下进行。在传统方法中，SO₂至SO₃的转化以大量的空气过剩来进行。这样做有两个原因。一个是，高的氧浓度使反应平衡移向三氧化硫方向移动。另一个是，空气用于冷却两个反应器床之间的气体，由此使得有可能节省热交换器。

将在第二制备步骤中形成的SO₃冷却并输入吸收器。吸收器容纳有填料堆料，用循环输送的硫酸从上方喷洒该填料堆料。逆流流动的SO₃气体被硫酸吸收，并与存在的水反应形成硫酸。

发明内容

本发明的任务是提供一种方法，其中用少量催化剂获得高产率的硫酸。此外，相对于制得的硫酸量，所使用的装置应该尽可能小，由此以成本有利的方式确定尺寸。

根据本发明该任务通过如下完成，使得氧化气体流以与产物气体流交替的方式输入反应室。

在循环的第一阶段期间，在反应室中，处于产物气体流中的SO₂与结合至催化剂的氧反应产生SO₃。因此，第一阶段也称为反应阶段。在根据本发明的方法中，在循环中首先将催化剂的金属相用氧饱和。在反应阶段期间，在产物气体流中仅存在少量的氧。在该方法的优选变体中，产物气体流包含少于1摩尔％、优选少于0.5摩尔％的氧份额。产物气体流还可以完全不含氧。SO₂从催化剂中获取氧化所需的氧。

在产物气体流中，二氧化硫份额在反应室的入口处优选为大于1摩尔％且小于20摩尔％。在本发明的特别有利的变体中，产物气体流在入口处包含大于3摩尔％且小于12摩尔％的二氧化硫份额。

根据本发明，在循环的第二阶段期间，氧化气体流涌流过反应室中的催化剂。在第二阶段期间停止产物气体流入该反应室。

在本方法的有利实施方案中，氧化气体流包含超过10体积％的氧份额。优选空气用作氧化气体流。还可以使用氧份额大于21体积％的气体混合物或者纯氧。氧化气体流优选不包含将催化剂还原的气体成分。已经证实特别有利的是，氧化气体流不含二氧化硫。