[发明专利]SO2的非衡态高浓度两次转化制硫酸技术

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种接触法制硫酸工艺，具体为非衡态高浓度两次转化技术。

背景技术

硫酸生产主要原料有硫铁矿、硫磺、有色金属冶炼烟气等三大类。在有色冶炼烟气制酸领域，随着有色金属富氧冶炼技术的发展，尤其是铜富氧冶炼技术的发展，进入烟气制酸系统烟气中二氧化硫浓度达到20%以上已成为现实。SO₂转化为SO₃是一种放热反应，SO₂浓度越高，反应的热量就越大，转化后的温度就越高。目前，用于SO₂转化为SO₃的催化剂，国外生产的耐温极限可达到650℃，国内生产的耐温极限则小于600℃。因此受催化剂耐温要求的制约，通常采用常规浓度二氧化硫转化工艺，即将烟气中二氧化硫浓度用空气稀释至12％左右，即使采用低温铯催化剂，烟气中二氧化硫浓度也不能超过14%，这就造成制酸装置后续设备的规格较大，投资及运行费用大为增加，同时还影响了由于有色金属冶炼技术进步带来的综合经济效益的提高。因此，经济有效的高浓度二氧化硫转化技术成为有色冶炼烟气制酸领域研究的热点课题。

发明内容    

本发明目的在于提供一种SO₂的非衡态高浓度两次转化制硫酸技术，该技术可处理SO₂浓度小于18%的烟气，解决催化剂耐温极限温度不能满足含SO₂14%以上的高浓度转化要求，以降低运行成本和工程总投资，提高余热锅炉的蒸汽产量，更好的适应铜精矿中铜硫比的变化，是一种节能降耗型转化技术。

本发明的技术方案为：SO₂的非衡态高浓度两次转化制硫酸技术，其特征在于，SO₂烟气经热交换器两次换热后烟气温度达到催化剂的起燃温度进入转化器第一段进行转化反应，设计小于达到平衡转化率的转化器第一段催化剂的装填量，抑制 SO₂在第一段催化剂层反应的转化率，使烟气在达到SO₂平衡转化率前离开催化剂层，在烟气进入转化器第二段前设置余热锅炉，使进入转化器第二段的烟气温度维持在较稳定的状态，从转化器第一段出来的烟气经余热锅炉及热交换器冷却后进入转化器第二段催化剂层，此时烟气SO₂浓度低于12%，后续流程相当于常规的“3+1”两次转化工艺流程，上述过程中转化器第一段、第二段出口温度控制在小于640℃范围内。

优选的，上述过程中SO₂在第一段催化剂层反应的转化率为小于45%。上述过程中的换热流程为一次冷气从热交换器Ⅳ至热交换器Ⅱ分别与转化器第四、二段出来的热烟气换热；二次冷气从热交换器Ⅴ至热交换器Ⅲ至热交换器Ⅰ分别与转化器第五、三、一段出来的热烟气换热。

与SO₂浓度为12%的常规转化工艺相比，采用非衡态高浓度两次转化技术，可以使进入制酸装置的烟气量降低约20%~40%，设备投资减少约15%~20%，运行成本降低约15%~30%，中温余热回收产生的蒸汽量可提高约20%~50%，同时可以更好的适应铜精矿中铜硫比的变化，尤其有利于老制酸装置的扩产改造。

附图说明

附图1为本发明的非衡态高浓度两次转化技术的流程图；

1、鼓风机 ，2、转化器，3、Ⅳ热交换器，4、Ⅱ热交换器，5、Ⅰ热交换器，6、Ⅲ热交换器，7、Ⅴ热交换器，8、2#余热锅炉9、1#余热锅炉。

具体实施方式

下面结合附图1与实施例对本发明以详细描述；

从SO₂鼓风机1来、SO₂浓度为18%的冷SO₂烟气首先进入Ⅳ热交换器3，与转化器2第四段出口的热烟气进行换热，换热后的烟气再进入Ⅱ热交换器4，与转化器2第二段出口的热烟气进行换热，经两次换热后的烟气温度达到催化剂的起燃温度进入转化器第一段进行转化反应，由于催化剂的装填量较正常时少，使得反应的转化率小于平衡转化率，此时转化率优选为小于45%，（一般情况下，随浓度变化，平衡转化率约为65%），出口温度远离催化剂的极限温度650℃，控制在0~640℃内，此时烟气SO₂浓度约为12%，此后即为常规的二次转化工艺。转化器第一段出口的烟气经Ⅰ热交换器5冷却和1#余热锅炉9回收热量后进入转化器第二段，在烟气进入转化器第二段前设置余热锅炉，以维持进入转化器第二段的温度稳定；经转化器第二段反应后的热烟气进入Ⅱ热交换器4降温后进入转化器第三段进行转化反应，经转化器第三段反应后的热烟气进入Ⅲ热交换器6降温后进入转化器第四段，经转化器四段反应后的热烟气进入IV热交换器3降温再进入2#余热锅炉8回收热量进入第一吸收塔吸收SO₃。经一次吸收后的冷烟气依次进入Ⅴ热交换器7、Ⅲ热交换器6、Ⅰ热交换器5换热，将烟气温度升至催化剂的起燃温度进入转化器第五段进行转化反应，第五段出口热烟气通过Ⅴ热交换器7与二次冷烟气换热降温后，进入第二吸收塔吸收SO₃。为了提高二次转化后总转化率，可在转化器第五段填充低温铯催化剂。