[实用新型]湿气硫酸设备

说明书

本实用新型涉及一种湿气硫酸设备，其包括：SO₂转化器，且使用一个或多个锅炉(特别是水管锅炉)代替传统的蒸汽过热器来冷却设备的SO₂转化器中催化床之间的工艺气体，在该硫酸设备中，由含有含硫组分(如SO₂、H₂S、CS₂和COS)的进料气体或液体进料(如熔融硫或废硫酸)来生产硫酸。由此，获得了不那么复杂的且更加成本有效的换热器布局。

技术领域

本发明涉及一种用于湿气硫酸(WSA)设备中的催化层或催化床之间的工艺气体的床间冷却的新的湿气硫酸设备设计，在该WAS设备中由含有含硫组分(如SO₂、H₂S、CS₂和COS)的酸进料气体或源自烷基化技术或所谓的BTX生产的液体进料(如熔融硫或废硫酸)来生产硫酸。

背景技术

硫酸(H₂SO₄)是一种重要的商业化学品，其生产超过2亿吨/年。其主要用于化肥生产，但其尤其还用在粘胶纤维、颜料的生产中、电池中、冶金工业中和精炼工业中。

在硫酸设备中，通常将含硫进料组分在热燃烧器中转化成SO₂。然后，使用具有氧化SO₂的活性的催化剂根据以下反应将SO₂气体进一步氧化成 SO₃：

SO₂(g)+1/2O₂(g)＝SO₃(g)+99kJ/摩尔

因为反应是平衡反应，并且SO₂的氧化释放能量，因此较高的温度将限制SO₂向SO₃的转化。出于这一原因，工业SO₂转化器通常被配置成具有床间冷却的多个绝热催化床，以增加总转化率。

在SO₂转化步骤的下游，使形成的SO₃与H₂O反应，形成H₂SO₄，然后在冷凝步骤中将H₂SO₄与气相分离，产生商业级的浓H₂SO₄和清洁的工艺气体，该工艺气体被直接送到烟囱，或者在被排入大气之前送至进一步清洁。

除了明显的硫酸生产以及确保尽可能低的向大气的排放量之外，硫酸设备正逐渐满足增加操作的热效率的要求。高程度的能源回收减少了对于任何(昂贵的)支持燃料/热的需求，或增加了高价值能量(例如作为高压蒸汽)的输出。

随着对高硫酸产量(低排放)和高热回收的强烈需求，整个设备的复杂性可能显著增加，对于硫酸设备(其中燃烧器和/或转化器中化学转化发出的能量低)尤其如此。设备的复杂性可能降低设备的灵活性和可操作性。

WSA设备的换热器系统的正常配置包括用于床间冷却的蒸汽过热器。在废热锅炉和工艺气体冷却器中产生饱和蒸汽。然而，在一些配置中，特别是在粘胶设备和废酸再生(SAR)设备中，废热锅炉中产生的蒸汽对于床间冷却器是不足的，因此蒸汽冷却器(通过沸水对蒸汽脱过热或预热锅炉进料水)是必须的。结果是复杂且昂贵的换热器布局。

在WSA设备中，转化的工艺气体中存在水和SO₃蒸汽，因此如果温度低于硫酸露点，液体硫酸就将冷凝。另一方面，由于在WSA冷凝器的入口中使用氟化聚合物，所以硫酸冷凝步骤的入口处的工艺气体温度通常被限于最高290℃。通常能够设计WSA设备用于WSA冷凝器入口处的至多 260-263℃的硫酸露点。因此，为了在工艺气体冷却器(其为WSA冷凝器之前的最后冷却步骤)中提供足够的温差(temperature approach)，并且同时具有对硫酸露点的足够的安全边际，蒸汽系统中的饱和蒸汽温度通常被选择为比硫酸露点高12-15℃，即275℃，这在工艺气体冷却器的冷端提供了15℃的温差。275℃的饱和蒸汽温度相当于58.5barg的蒸汽压力。