[发明专利]用于生产硫酸的过程

说明书

本发明涉及一种设计用于避免下游冷凝问题的冷凝器，以及采用所述冷凝器的用于采用硫酸冷凝器由具有0.1-30% SO₂和SO₃ (SO_x)的进料气体生产浓硫酸和发烟硫酸的过程。进料气体可源自硫和硫化合物的燃烧、来自湿洗涤源自金属硫化物烘烤的SO₂气体、来自用过的硫酸和硫酸盐的热再生或来自富含H₂S的烟道气的燃烧产生的气体。进料气体中高达99.995%的SO_x可回收为通常为95-99.5重量%的浓硫酸和/或具有高达25重量% SO₃的发烟硫酸。通过确保在冷凝器外部的不利于硫酸液滴冷凝的条件，本公开的方法涉及避免热硫酸液滴在过程设备中的腐蚀。

已知通过两步催化SO₂转化并在涉及中间和最终的吸收或冷凝步骤两者的过程内中间吸收SO₃或冷凝H₂SO₄，由含有高达30体积% SO₂的强SO₂气体生产浓硫酸，其中SO₂转化率高达99.9%或更多。原则上，通过在液相中吸收SO₃，将气相中的SO₃转移至液相，而通过冷凝，将H₂SO₄蒸气转移至液相，其中通过与用作冷却剂的循环酸直接接触或在降膜冷凝器中，将气体冷却至低于其硫酸露点，在所述冷凝器中将气体冷却至低于其露点，并且酸在空气冷却的玻璃管的表面上冷凝。

我们的美国专利号7,361,326公开了用于由具有高达30% SO₂且H₂O/SO₂比率大于约1的进料气体生产浓硫酸的双冷凝过程。在该过程的第一步骤中，大多数SO₂转化为SO₃，随后将过程气体通向中间冷凝器，其中在通过循环酸冷却的填充塔中或在垂直的空气冷却的玻璃管中，SO₃和H₂SO₄蒸气冷凝为浓硫酸，其中过程气体在所述管中向上流动或向下流动。后者作为在高气体速度下避免液泛的选项被提及，但是被认为带来其生产具有低浓度(70-85重量%)的硫酸的缺点，因此需要随后的浓缩阶段，例如填充塔，以达到95重量%或以上的期望的硫酸浓度。使从中间冷凝器离开的过程气体经过第二SO₂转化步骤，并且随后在加入颗粒下，通向最终的湿冷凝阶段。

在现有技术中，按照冷凝器的性质，流出冷凝器玻璃管的过程气体流为处于或接近冷凝条件的气体。冷凝的浓H₂SO₄高度腐蚀。因此，对于过程布局的该部分，至少在例如通过用空气稀释或加热过程流来克服冷凝条件之前，必需带有衬里表面或由玻璃制成的昂贵的设备。

类似地，在其它设置中来自冷凝器的输出可与紧接着冷凝器下游的不期望的冷凝相关，具有负面的化学或腐蚀效果。

因此，本公开的一个目的是克服与现有技术相关的缺点，其中必需设计中间设备，以克服冷凝的负面结果，例如需要承受冷凝硫酸条件。

通过提供包含以下部分的冷凝器来满足该目的：其中将含有可冷凝组分的过程气体再加热至超过冷凝条件的温度，使得从冷凝器向下游设备流动的过程气体不冷凝，并且在腐蚀性可冷凝液体的情况下，设备可通过标准碳钢制备。

就本申请的目的而言，应采用以下术语：

气体组分的露点为组分从气体混合物冷凝时的温度/压力。

在条件X下含有一种或多种在条件Y下可冷凝的组分的气体应理解为以下组合物：在条件X (温度和压力)下为气态，但是在条件Y (较低的温度和/或较高的压力)下，一部分将冷凝作为液体。当未提及条件时（即含有一种或多种可冷凝组分的气体），条件Y假定为大气压和室温，而条件X假定为较高的温度和/或较低的压力，使得气体“超过露点”，即不冷凝。术语“可冷凝气体”应理解为在室温和大气压下含有一种或多种可冷凝组分的气体。

“冷凝器”应理解为其中在暖的过程气体与传热介质之间发生热交换的过程单元，使得如果该暖的过程气体含有可冷凝组分，则该组分在冷凝器内部冷凝。

“冷凝器的冷凝侧或过程气体侧”应理解为设置用于含有可冷凝组分流的过程气体流的冷凝器侧，无论条件是否使得实际上发生冷凝。

“冷凝器的传热介质侧”应理解为其中传热介质流动的冷凝器侧。