[其他]三氧化硫的吸收设备与过程

说明书

本发明涉及从三氧化硫生产硫酸的设备和过程，特别是涉及改进上述过程的能量回收问题。

在传统的用接触法从二氧化硫生产硫酸的过程中，先制取干燥的二氧化硫气体，然后把它通过一系列的催化床，在此床上基本上所有的二氧化硫均转变为三氧化硫。此三氧化硫再在一个或几个吸收塔中被吸收到硫酸中而产生加浓的硫酸液流。

典型情况为：从催化转换床来的三氧化硫气流中含5-13%（体积）的三氧化硫，在吸收步骤以前一般要将它冷却到160-260℃。此三氧化硫一般是要在砖衬里的填料吸收塔中用硫酸逆流吸收而从气流中除去。

由于酸吸收三氧化硫时放出大量的热，并考虑到与热的气体及酸相接触的塔材料的抗腐蚀性能，以及要避免在排出的气流中含有未吸收的三氧化硫，因此如果要避免产生过热的腐蚀性酸的话，在吸收塔中所用的吸收酸的流量要相当大。此外，也希望通过使用相当大的吸收酸流量，来避免酸的浓度范围变宽。在典型的情况中，产品酸流仅是在吸收塔的填料和辅助管道内所含的循环酸的5-10%。如果使用经济上合适的材料，酸的出口温度在120℃或120℃以下，而酸入口温度为70-90℃。

一般地说，在酸吸收除去三氧化硫的过程中，必须满足两个互相矛盾的要求。其一是从气体中基本上全部除去三氧化硫而不使所用的硫酸的浓度和温度超过所规定的限制，另一个要求是要基本上除去气体中的全部三氧化硫，除去率要达到99.9%或者更高。在吸收塔中由硫酸所产生的热及硫酸所除去的热代表了硫酸液流所传递的总热量的主要部分。这样的热量一般是可用于生产高达100℃的热水的。但是所达到的水蒸汽温度不能达到生产可应用的或是可输送水平。

在典型的使用熔融硫作原料的二次吸收硫酸工厂中，从各种热气流中直接把热量交换到可用于各种用途的高质量、高压的蒸汽中，而将整个硫酸制造过程中约60-65%热得到回收。剩下的热量则通过酸系统或工厂排出的烟道气而基本上完全排出。一般说来，总热量的25%是通过三氧化硫的吸收而转入硫酸中的。

在一个2000STPD（短吨/每日）的硫酸工厂的吸收系统中所包含的热量可相当于140×10⁶英热单位/小时-相当于41兆瓦热。

以热水供热的形式来回收循环的硫酸吸收系统中的热量，在技术上是合理而实际的。这样的热水回收系统只在下列的酸温度下才有价值，即酸温度应在最常用的吸收塔操作的典型温度范围内。这样的温度使得目前的排放标准可以达到，而通常的防腐蚀的措施也可采用。

典型的技术例子是：三氧化硫在砖衬里的填料塔中被硫酸所吸收，酸进入塔时的温度为75-90℃，而流出塔时的温度为100-120℃。浓度一般为97.5-99%的酸以与三氧化硫成逆流的方式进行循环。一般说来，在一次吸收工厂中的单吸收塔内和在二次吸收工厂的初级吸收塔内，吸收时酸浓度的上升不大于0.5-1.0%，而在二次吸收工厂的末级塔中则要小得多。在这两种情况下，最终离开吸收塔而排放的气体与进来的吸收酸相平衡，以产生低水平的三氧化硫和硫酸蒸气，而使周围环境保持良好。

一个在工业上用于三氧化硫吸收的气体-酸接触系统，在吸收塔内采用许多洗涤器代替填料用于三氧化硫的吸收。此法中，在大量的三氧化硫被吸收的地方，将复式喷管串联排列，再与用冷硫酸注入的填料段相连，以保证吸收级的最终净化。此方法包括了一系列的并流接触级，在其中产生了较热的酸，这是由于在喷管洗涤器中可达到的液气比较低所产生的结果。但是，由于需要在进入喷管以前把酸冷却到较低的温度，故能量的回收仍是困难的。

在工业上已证明了在通常的吸收操作中所发出的热产生了低于大气压的蒸汽。在一个已知的情况中，产生的蒸汽为70℃，绝对压力为234毫米汞柱，并在产生以后直接被使用。与一般的3绝对大气压的低压蒸汽相比，这种蒸汽的密度小于标准低压蒸汽的十分之一，因而很难以输送。虽然一种存在的可能性是把这种蒸汽压缩后再输送，但所需的能量及要被压缩的气体体积太大以至不可能实行。