CN101481095A - 硫酸生产能量回收及利用工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种硫酸生产能量回收及利用工艺，本发明在硫酸生产中利用硫磺燃烧生成含SO2工艺气体及该工艺气体中的SO2氧化为SO3所释放的热量作为热源生产4.9～10MPa的高压过热蒸汽；以及利用SO3被硫酸吸收所产生的热量作为热源生产小于等于1.6MPa的低压饱和蒸汽；将所得的高压过热蒸汽和低压饱和蒸汽送入汽轮发电机组发电或外供。利用此技术每生产1吨硫酸的产汽能力从传统的1.2t提高到1.7t左右。如将这些蒸汽全部用于发电，则每生产1吨酸的发电能力从可以传统的260kW·h提高到380kW·h左右，发电能力提高约46％。

Description

硫酸生产能量回收及利用工艺
技术领域
本发明属于化工领域，涉及一种硫酸生产能量回收及利用的工艺。
背景技术
我国硫酸生产能量回收传统的方法是利用硫磺燃烧产生的SO2和SO2氧化成SO3所释放的热量产生中压蒸汽，而不是产生高压蒸汽，同样吨数的高压蒸汽比中压蒸汽的发电量高10％左右；SO3被硫酸吸收所放出的热量基本没有回收。每生产1吨硫酸副产中压蒸汽约为1.2吨。如果将这些蒸汽用来发电，每生产1吨硫酸可以发电260kW·h左右。而利用本发明，每生产1吨硫酸可以副产高压蒸汽1.2吨左右和低压蒸汽0.5吨左右。如果将这些蒸汽全部用于发电，每生产1吨硫酸可发电380kW·h左右。
发明内容
本发明的目的是提供一种硫酸能量回收及利用工艺，利用硫酸生产的化学反应热产生高压过热蒸汽和低压饱和蒸汽外供或用于发电，发电能力与传统的方法相比，每生产一吨硫酸发电能力提高46％(约120kW·h左右)。
一种用于硫酸生产中利用硫磺燃烧生成含SO2(二氧化硫)工艺气体及该工艺气体中的SO2氧化为SO3(三氧化硫)所释放的热量作为热源生产4.9～10MPa的高压过热蒸汽；以及利用SO3被硫酸吸收生成更高浓度硫酸时所产生的热量作为热源生产小于等于1.6MPa低压饱和蒸汽；以及将所得的高压过热蒸汽和低压饱和蒸汽送入汽轮发电机组发电或外供。
用高压锅炉回收硫磺燃烧所释放的热量产生高压饱和蒸汽，用低温高压过热器和/或高温高压蒸汽过热器回收SO2氧化成SO3所释放的热量加热高压饱和蒸汽成为高压过热蒸汽，和用省煤器回收SO2氧化成SO3所释放的热量加热高压锅炉给水成为高压过热蒸汽。含SO2工艺气体中的SO2氧化成SO3后生成含SO3的工艺气体，该工艺气体中的SO3被硫酸吸收后释放热量使硫酸温度升高；再用低压锅炉回收SO3被硫酸吸收生成更高浓度硫酸所释放的热量产生低压饱和蒸汽。从而使硫磺制酸工艺系统每生成1吨硫酸可副产1.2吨左右高压过热蒸汽和0.5吨左右低压饱和蒸汽，如将这些高压过热蒸汽和低压饱和蒸汽全部用于发电，则每生产1吨酸的发电能力可以由传统方法的260kW·h左右提高到380kW·h左右。其典型的流程示意图见图1和图2。
用(4.9～10.0MPa)高压锅炉回收硫磺燃烧产生的高温(800℃～1200℃)含SO2工艺气体的热量产生高压饱和蒸汽，用一台或多台省煤器回收SO2氧化成SO3所释放的热量加热锅炉给水，用低温高压过热器或/和高温高压蒸汽过热器回收SO2氧化成SO3所释放的热量加热高压饱和蒸汽成为高压过热蒸汽，使得每生成1吨硫酸副产1.2吨左右高压过热蒸汽。
将含SO3的工艺气体由下而上通过第一吸收器，第一吸收器内可设一层或两层填料或多层板，气体在第一吸收器内与从上面喷入的浓度为98％～99.5％的浓硫酸充分接触，SO3被浓硫酸吸收同时释放热量，吸收SO3后硫酸的浓度和温度都会升高，其浓度增加0.4％～1％，温度增加10℃～30℃，再将浓度和温度都升高的浓硫酸送入低压锅炉加热给水产生小于等于1.6MPa的低压饱和蒸汽，从低压锅炉出来的浓硫酸部分和水混合后浓度下降0.4％～1％后进入吸收器循环使用，另一部分浓硫酸经锅炉给水冷却后送出。用这种方法每生产1吨硫酸可副产小于等于1.6MPa低压饱和蒸汽0.5吨左右。
系统所产生的高压过热蒸汽和低压饱和蒸汽可以全部用于发电，也可以根据实际需要部分用于发电部分蒸汽外供。具体是通过冷凝式、补汽冷凝式、抽汽冷凝式、抽汽背压式或背压式汽轮发电机组来实现。外供的蒸汽压力可以根据需要而定。
一般SO2氧化为SO3所使用的催化剂可采用有效成分是V2O5(五氧化二钒)的常规催化剂，本发明所述的百分含量均为重量百分含量。
以“3+1”两转两吸硫磺制酸工艺流程为例，在焚硫炉出口设高压锅炉(4.9MPa～10.0MPa)，将含有SO2的高温工艺气体从800℃～1200℃降到400℃～460℃左右，锅炉吸热后产生高压饱和蒸汽；在转化器I段出口设高温高压蒸汽过热器将600℃±30℃的含SO3的工艺转化气体冷却到440℃±30℃；在第一吸收器前设省煤器2，将来自冷热换热器的含SO3的工艺气体冷却到130℃～210℃左右进入第一吸收器；在第二吸收器前设低温高压蒸汽过热器和省煤器1，将含有少量SO3的工艺气体由450℃±20℃冷却到120℃～200℃后再进入第二吸收器。
利用上述设备可以将硫磺燃烧所释放的热量和SO2氧化成SO3所释放的热量回收产生高压过热蒸汽，然后再将高压过热蒸汽送入汽轮机发电。而经过省煤器2冷却后的含SO3的工艺气体被送入第一吸收器下部，用98％～99.5％的浓硫酸从第一吸收器上部喷入。浓硫酸和工艺气体充分接触吸收SO3释放热量，硫酸浓度和温度进一步提高，吸收SO3的硫酸浓度通常控制在99.9％以下，温度控制在225℃以下。第一吸收器可以是一层或两层填料或多层板，吸收SO3后的高温浓硫酸再被送入低压锅炉，将浓酸的热量传给锅炉给水产生低压饱和蒸汽，浓酸温度降低，然后向浓硫酸中加水或较低浓度的硫酸将浓度降低后的酸再喷入第一吸收器循环使用。使用这种方法可以回收SO3吸收所释放的热量产生低压蒸汽，每生产1吨硫酸可以生产低压饱和蒸汽0.5吨左右。低压蒸汽可以直接外供也可以直接补入或加热后补入汽轮机发电。见图1和图2。
所谓”3+1“和两转两吸是指SO2工艺气体经过3次催化转化(即经过转化器前三段)后进入第一吸收器进行第一次吸收(即一转一吸)；而后再进行1次催化转化(即转化器第4段)后再进入第二吸收器进行第二次吸收(即二转二吸)。
与现有技术比较本发明的有益效果：通过在硫酸生产工艺线路上设置高、低压锅炉、高压蒸汽过热器、高压省煤器、给水加热器等热回收设备(其中，低压锅炉可采用申请号为200620125513.6所公开的蒸汽发生器，其它设备均可采用常规设备)，并将这些设备有机组合在一起回收硫酸生产的余热产生高压和低压蒸汽，利用此技术每生产1吨硫酸的产汽能力从传统的1.2t提高到1.7t左右。如将这些蒸汽全部用于发电，则每生产1吨酸的发电能力从可以传统的260kW·h提高到380kW·h左右，发电能力提高约46％。
附图说明
图1，硫酸生产能量回收及利用工艺流程1示意图。
图中，1为焚硫炉，2为高压锅炉，3为转化器，4为高温高压蒸汽过热器，5为热热换热器，6为冷热换热器，7为第一吸收器，8-1为省煤器，8-2为省煤器，9为第二吸收器，10为低温高压过热器，11为低压锅炉，12为汽轮机，13为发电机，14为冷凝器，15为除氧器，16为酸循环泵，17为低压给水泵，18为高压给水泵，19-1为给水加热器1，19-2为给水加热器2，20为混合器；F1为液体硫磺，F2为干空气，F3—1为高温炉气，F3-2为I段出口工艺气，F3-3为II段出口工艺气，F3-4为III段出口工艺气，F3-5为第一吸收器出口工艺气，F3-6为IV段出口工艺气，F4为稀释水或稀酸，F5为低压蒸汽，F6为脱盐水，F7-1为第一吸收器出口硫酸，F7-2为循环硫酸，F7-3为外供硫酸，F8为冷却水。
图2，硫酸生产能量回收及利用工艺流程2示意图。
图中，1为焚硫炉，2为高压锅炉，3为转化器，4为高温高压蒸汽过热器，5为热热换热器，6为冷热换热器，7为第一吸收器，8-1为省煤器，8-2为省煤器，9为第二吸收器，10为低温高压过热器，11为低压锅炉，12为汽轮机，13为发电机，14为冷凝器，15为除氧器，16为酸循环泵，17为低压给水泵，18为高压给水泵，19-1为给水加热器1，19-2为给水加热器2，20为混合器；F1为液体硫磺，F2为干空气，F3—1为高温炉气，F3-2为I段出口工艺气，F3-3为II段出口工艺气，F3-4为III段出口工艺气，F3-5为第一吸收器出口工艺气，F3-6为IV段出口工艺气，F4为稀释水或稀酸，F5为低压蒸汽，F6为脱盐水，F7-1为第一吸收器出口硫酸，F7-2为循环硫酸，F7-3为外供硫酸，F8为冷却水。
具体实施方式
实施例1
本发明适用于新建或老厂改造硫磺制酸装置能量回收及利用。以“3+1”两转两吸年产80万吨硫磺制酸装置为例，结合图1对本发明的具体实施方式做如下说明：
首先说明工艺气体的工艺流程，液体硫磺F1和干空气F2在焚硫炉1中燃烧产生含有SO2的高温工艺气体F3-1(温度800℃～1200℃)，工艺气体F3-1进入高压锅炉2加热炉水产生高压饱和蒸汽后温度降到430℃±30℃左右；降温后的工艺气体F3-1进入转化器3的I段入口，工艺气体在I段催化剂V2O5的作用下部分SO2氧化成为SO3并释放大量热量，温度升高至600℃±30℃的含SO3的工艺气体F3-2进入高温高压蒸汽过热器4，加热来自低温高压过热器10的高压蒸汽，含SO3的工艺气体F3-2温度降至440℃±30℃后进入转化器3的II段入口，工艺气中SO2的在II段中催化剂V2O5的作用下继续部分氧化为SO3并释放热量，温度升高至500℃±30℃成为工艺气F3-3进入热热换热器5中，加热经冷热换热器6预热的第一吸收器7出口的工艺气F3-5，温度下降至440℃±40℃后进入转化器3的III段入口，工艺气中的SO2在III段中催化剂V2O5的作用下继续部分氧化为SO3并释放热量，温度升高至450℃±40℃成为工艺气F3-4从III段出来后依次进入冷热换热器6和省煤器8-2中加热从第一吸收器7出来的工艺气F3-5和锅炉给水后温度下降至170℃±40℃，进入第一吸收器7下部，将含SO3的工艺气体F3-4自下而上与来自第一吸收器7顶部的98％～99.5％的浓硫酸逆流接触，工艺气中的SO3被浓硫酸吸收，温度降至约80℃成为工艺气F3-5从第一吸收器7顶部出来，经冷热换热器6和热热换热器5加热后温度升高至420℃±20℃的工艺气F3-5进入转化器3的IV段；工艺气中的SO2在转化器3的IV段中催化剂V2O5的作用下继续氧化为SO3释放热量，温度升高至450℃±20℃的工艺气F3-6从IV段出来后依次进入低温过热器10和省煤器8-1中分别加热高压饱和蒸汽和加热锅炉给水，工艺气温度降低至160℃±40℃后进入第二吸收器9下部，使自下而上与来自第二吸收器9顶部的98％～98.5％的浓硫酸逆流接触，工艺气中的SO3被浓硫酸吸收，温度降至约70℃后经烟囱排入大气。
其次说明硫酸的工艺流程，98％～99.5％硫酸由第一吸收器7顶部喷入，第一吸收器7内设多层板，硫酸在塔内自上而下与来自塔底的工艺气体逆流接触，吸收工艺气中的SO3后，浓度升高0.4％～1.0％，温度升高10℃～30℃，根据SO3浓度控制第一吸收器7出口浓硫酸F7-1的浓度在99.9％以下，温度在225℃以下；浓硫酸F7-1经酸循环泵16送入低压锅炉11加热锅炉给水后酸温降低，降温后的浓硫酸分为两部分，其中大部分浓硫酸F7-2进入混合器20中加水或稀硫酸F4调节浓度为98～99.5％后进入第一吸收器7中循环吸收，一小部分浓硫酸F7-3经给水加热器19-2加热低压锅炉给水和给水加热器19-1中加热脱盐水后温度降至约70℃，降温后的浓硫酸F7-3作为产品外供。
再次说明蒸汽和水的工艺流程，脱盐水F6在给水加热器19-1中由浓硫酸F7-3加热后进入除氧器15进行除氧，除氧水经高压锅炉给水泵18加压后依次送入省煤器8-1的低温段、省煤器8-2和省煤器8-1高温段中分别用工艺气F3-4和F3-6加热，升温后的锅炉给水送入高压锅炉2中吸收高温工艺气体F3-1的热量而气化，产生高压4.9MPa～10MPa饱和蒸汽，高压饱和蒸汽经低温高压过热器10和高温高压过热器4分别用工艺气F3-6和F3-2过热后产生120t/h左右高压过热蒸汽，高压过热蒸汽进入汽轮机12中驱动汽轮发电机组发电；除氧器15中的另一部分除氧水经低压锅炉给水泵17先送入给水加热器19-2用浓硫酸加热，而后进入低压锅炉11中吸收高温浓硫酸F7-1的热量而气化，产生低压饱和蒸汽(1.0MPa)约到50t/h左右，低压饱和蒸汽进入背压式汽轮机补汽口驱动汽轮机发电机组发电；进入汽轮机12的高压过热蒸汽和低压饱和蒸汽总共可发电38000kW左右，汽轮机出口的乏汽经冷凝器14冷凝为凝结水后进入除氧器15中循环使用。
实施例2
硫酸生产采用“3+1”两转两吸年产80万吨硫磺制酸装置为例，如图2所示，其高压过热蒸汽和低压饱和蒸汽生产的工艺方法及原理同实施例1。每生成1吨硫酸副产1.2吨左右高压过热蒸汽，通过冷凝式汽轮发电机组可发电30000kW左右，副产的0.5吨左右低压饱和蒸汽外供。

Claims (6)

1.一种硫酸生产能量回收及利用工艺，其特征在于在硫酸生产中利用硫磺燃烧生成含SO2工艺气体及该工艺气体中的SO2氧化为SO3所释放的热量作为热源生产4.9～10MPa的高压过热蒸汽；利用SO3被硫酸吸收所产生的热量作为热源生产小于等于1.6MPa的低压饱和蒸汽；将所得的高压过热蒸汽和低压饱和蒸汽送入汽轮发电机组发电或外供。
2.根据权利要求1所述的硫酸生产能量回收及利用工艺，其特征在于是用高压锅炉回收硫磺燃烧所释放的热量产生高压饱和蒸汽，用低温高压过热器和/或高温高压蒸汽过热器回收SO2氧化成SO3所释放的热量加热高压饱和蒸汽成为高压过热蒸汽，以及用省煤器回收SO2氧化成SO3所释放的热量加热高压锅炉给水。
3.根据权利要求1所述的硫酸生产能量回收及利用工艺，其特征在于含SO2工艺气体中的SO2氧化成SO3后生成含SO3的工艺气体，该工艺气体中的SO3被硫酸吸收后释放热量，再用低压锅炉回收SO3被硫酸吸收所释放的热量产生低压饱和蒸汽。
4.根据权利要求2所述的硫酸生产能量回收及利用工艺，其特征在于用4.9～10.0MPa的高压锅炉回收硫磺燃烧生成的800℃～1200℃含SO2工艺气体的热量产生高压饱和蒸汽，用一台或多台省煤器回收SO2氧化成SO3所释放的热量加热锅炉给水，用低温高压过热器或/和高温高压蒸汽过热器回收SO2氧化成SO3所释放的热量加热高压饱和蒸汽成为高压过热蒸汽。
5.根据权利要求3所述的硫酸生产能量回收及利用工艺，其特征在于将含SO3的工艺气体由下而上通过第一吸收器，第一吸收器内设一层或两层填料或多层板，气体在第一吸收器内与从上面喷入的浓度为98％～99.5％的浓硫酸充分接触，SO3被浓硫酸吸收同时释放热量，吸收SO3后硫酸的浓度和温度都会升高，其浓度增加0.4％～1％，温度增加10℃～30℃，再将浓度和温度都升高的浓硫酸送入低压锅炉加热给水产生小于等于1.6MPa的低压饱和蒸汽。
6.根据权利要求1所述的硫酸生产能量回收及利用工艺，其特征在于产生的高压过热蒸汽和低压饱和蒸汽全部用于发电或部分用于发电，部分外供；其中，发电是通过冷凝式、补汽冷凝式、抽汽冷凝式、抽汽背压式或背压式汽轮发电机组来实现。
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