[实用新型]用于硫酸生产系统的中间吸收子系统及用于氧化二氧化硫以生产硫酸的双吸收系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及用于生产硫酸的高能效系统。它特别涉及采用喷雾塔吸收的系统。 

背景技术

硫酸是世界上生产量最大的化工商品之一，并在化学工业和商业产品中被广泛使用。通常，硫酸的生产方法包括首先将二氧化硫转化成三氧化硫，然后再将所述三氧化硫转化成硫酸。在1831年，P.Phillips开发出用于生产大部分的当今硫酸供给的接触工艺。 

所述接触工艺的基本要点包括：获得二氧化硫供给（例如通常通过燃烧硫获得），然后在存在用于加速化学反应的催化剂（一般是钒氧化物）的条件下用氧气来氧化二氧化硫，以产生三氧化硫。所述化学反应可逆并放热，并且重要之处在于适当地控制催化剂之上的气体的温度，以便在不损坏包含催化剂的接触装置的条件下实现所期望的转化。 

然后，所产生的三氧化硫被吸入到浓硫酸溶液中以形成发烟硫酸，所述发烟硫酸再被稀释以产生另一种浓硫酸溶液。这样可避免将三氧化硫直接溶入水中的剧烈放热反应所造成的后果。 

虽然接触工艺的基本原理相对简单，但期望最大化二氧化硫到硫酸的转化。因此，用于生产硫酸的现代工厂常涉及多于一个的吸收阶段，以增强转化和吸收。通常采用双吸收流程，在所述双吸收流程中，气体连续经历两个接触和吸收阶段（即第一个催化转化与后续吸收阶段，以及接下来的第二个催化转化与吸收阶段）。有关硫酸生产和接触工艺的传统可用选择和优先选择的细节已被熟知，并能例如在“硫酸制造手册”（Douglas Louie著，ISBN0-9738992-0-4，于2005年在加拿大安大略由DKL Engineering有限公司出版）中找到。 

还期望最小化硫酸工业生产中的能量需求。在所涉及的多个流程中， 有大量的热源和热需求。通过使用复杂的换热器布置来最大化能量回收，能较佳地提高能效。 

多年前在文件US4576813中，Monsanto公开了一种方法和装置，用于显著提高使用双吸收流程的工厂的效率。所公开的热回收系统将中间吸收阶段中进行三氧化硫吸收的温度升高。通过在这些更高的温度下运转，可将吸收和稀释过程产生的热用于产生有用的蒸汽，而不是将热排至冷却塔。因此，可以明显提高整体效率。在所述装置中，传统的中间吸收塔由两级吸收塔、循环泵、换热器以及锅炉代替。两级吸收塔包括在同一吸收塔内的串联的两个填料床。但是，在这些更高的温度下，现有技术中的结构的材料承受明显更高的腐蚀率。为了使该方法商用化，必须既要采用更高的硫酸浓度，又要采用不同的、特别选定的结构合金，以使得装置在这些更高的温度下可适当地耐腐蚀。 

但是，上述方法的缺点在于，先前传统的中间吸收塔的功能被集成到高能效系统的两级吸收塔中。如果热回收子系统在运转过程中出现问题，整个工厂需要停工以便维修。 

Outotec已经建造出采用类似的热回收方法、但用不同的装置来实施的硫酸工厂。在Outotec系统中，中间吸收阶段采用结合的淬火文丘里管和填料床吸收器，而不是单独的两级吸收塔。这种方法的优势在于，淬火文丘里管和换热器子系统在运转出现问题的情况下能够被绕过。这使得其余的填料床吸收器如传统的中间吸收塔那样运转（当然，没有改善热回收），因此，硫酸工厂在热回收子系统出现问题的情况下至少能继续运转。但是，使用淬火文丘里管的劣势在于，需要大量能量来操作所述淬火文丘里管并提供其内的压降。 

如所述，由于所涉及的更高温度和不同硫酸浓度，在这种效率提高的热回收子系统中需要特别选定的金属合金以提供可接受的耐腐蚀性。 100（UNS S32760）是一种合金，其被改进以在升高的温度高达200°C时用于硫酸制造应用。 

但是，仍然期望再进一步提高硫酸工业生产中的能效。本实用新型解决了有关这一期望的问题，并提供如下所公开的其它益处。 

实用新型内容

本实用新型提供一种用于生产硫酸的高能效系统，其使用优选地具有多个喷雾水平面的并流（co-current）开放式喷雾塔。由于每个水平面的喷雾嘴均提供相同的用于吸收的驱动力（因为吸收酸的温度和浓度在每个水平面上基本相同），SO₃的吸收得以增强。这与使用填料塔或淬火文丘里洗涤器相比更具优势，在填料塔或淬火文丘里洗涤器中，由于吸收酸的温度和浓度在吸收的后期阶段升高，SO₃的吸收将随着气流流经装置而减弱。