从富含二氧化硫的气体生产硫酸的方法和设备技术

本发明专利技术涉及一种生产硫酸的方法和设备，其中包含二氧化硫的起始气体在具有至少一个接触段的至少一个接触中与分子氧反应，形成三氧化硫，并且将其中产生的含三氧化硫气体引入吸收器，并在其中转变为硫酸。为了实现这一目的，基于使用的二氧化硫量，必须仅向第一接触段提供小的气体体积，具有至少相同的设备生产能力并使用常规的催化剂，根据本发明专利技术提出向第一接触段提供二氧化硫含量大于１６体积％并且二氧化硫与氧气体积比大于２．６７∶１的接触气体。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种生产硫酸的方法，其中包含二氧化硫的起始气体在具有至少一个接触段的至少一个接触中与分子氧至少部分反应形成三氧化硫，并将产生的含三氧化硫的气体引入吸收器，并转变为硫酸，并涉及相应的设备。通常，硫酸的生产采用如Ullmann′s Encyclopedia of IndustrialChemistry，第5版，A25卷，第635-700页中描述的所谓的双吸收法。对于二氧化硫氧化成三氧化硫的催化，典型使用包含五氧化二钒作为活性成分的催化剂，其操作范围为380-640℃。然而在高于640℃的温度下，会对催化剂造成不可逆的损害，而催化剂在低于380℃的温度下是无活性的。为了避免对催化剂的损害，通常将二氧化硫含量最大为13体积％的起始气体送入催化剂，当使用更高浓度的气体时，由于氧化反应的放热，会在催化剂床中产生过高的温度。因此，较高浓度的起始气体在送入催化剂以前必须首先用空气和/或工业用氧气进行稀释，因此必须使大的气体体积通过催化剂。特别是当使用火法冶金的废气作为含二氧化硫的起始气体时，所述废气是在例如煅烧和熔炼硫化铜和硫化镍的精矿时产生并且典型具有20-60体积％的二氧化硫含量，因此需要大的稀释系数。这导致硫酸生产设备不成比率的高投资费用和操作费用。除温度以外，三氧化硫的产率还受起始气体中二氧化硫与氧气的体积比的明确影响。利用常规五氧化二钒催化剂的二氧化硫至三氧化硫的氧化过程中发生的部分反应可以用下列公式简要描述SO2+V2O5<＝>SO3+V2O4V2O4+1/2O2<＝>V2O5，其相当于总反应为 SO2+1/2O2<＝>SO3根据LeChtelier原理，增加起始气体中二氧化硫的分压可以期望得到更高的三氧化硫产率。实际上，因此基于SO2的量使用超化学计量的氧气用于二氧化硫至三氧化硫的氧化，即对应于O2/SO2体积比大于0.75的氧气量，优选对应于1至1.2比率的氧气量，这相当于1∶1至1∶0.83的SO2/O2体积比。因此，必须进一步用空气或工业用氧气稀释通常由硫燃烧得到的含二氧化硫的起始气体，除需要调节二氧化硫含量至低于13体积％的值之外，还需要调节有利的O2与SO2体积比，这造成相对大的气体体积通过催化剂，并导致常规硫酸设备相对高的投资成本和操作成本。为了克服这些缺陷，已经提出其中可向催化剂提供二氧化硫含量大于13体积％的起始气体的硫酸生产方法。其中一些方法提供了替代的催化剂，该催化剂还可以在高于640℃(WO99/36175A1)的温度下工作。DE-OS2026818公开了一种以多个接触段将二氧化硫催化氧化成三氧化硫并对生成的三氧化硫进行中间吸收的方法，其中在将起始气体引入第一接触段之前，用稀释空气和发烟硫酸散发(expulse)出的三氧化硫对其进行稀释，以便得到10-20体积％的二氧化硫浓度。然而这种方法的缺点是三氧化硫从发烟硫酸的连续散发需要一定量的有关设备和技术费用，并且由于仅三氧化硫得到再循环，而不是反应物二氧化硫和氧气，因此第一接触阶段中二氧化硫的利用率相对较低，为了能够使用常规催化剂以低成本将二氧化硫含量为13至66体积％的起始气体加工成硫酸，DE 102 49 782 A1提出了一种生产硫酸的方法，其中从最后的主要接触段上游的接触段取出含二氧化硫和三氧化硫的部分气流，将该部分气流与起始气体混合以得到二氧化硫含量大于13体积％的接触气体，并再循环到第一接触段。然而，由于起始气体的稀释，相对大的气体体积通过该方法中的催化剂。根据US 2,180,727,最终已知使用三个接触段将二氧化硫催化转变成三氧化硫的方法，其中接触气体具有16体积％的最大二氧化硫浓度，二氧化硫与氧气的比率最大为2.67∶1，并且为第一接触段提供412至415℃的温度，并在催化转变之后，将从第一接触段取出的含三氧化硫的工艺气体与相应体积的冷却用空气混合，并且在将得到的气体混合物提供给第二接触段并在其中进一步氧化之前，调节超化学计量的氧气含量。再次冷却离开第二接触段的气体，为了调节二氧化硫与氧气的超化学计量比率，将该气体与氧气混合并提供给第三接触段，之后该气体离开第三接触段并最终提供给吸收段以形成硫酸。然而，当考虑提供给第一接触段的起始气体中二氧化硫的最高浓度时该方法也受到限制，因此必须将大的气体体积通过单独的接触段。此外，所使用的钒催化剂在选定的工艺条件下将发生劣化，并在一定时间后变为无活性。
技术实现思路
因此，本专利技术目的是基于浓的起始气体提供廉价的硫酸的生产方法，特别是提供一种生产硫酸的方法，其中基于使用的二氧化硫量，仅需要向第一接触段提供小的气体体积。根据本专利技术，通过上述方法解决了该目的，其中向第一接触段提供二氧化硫含量大于16体积％且二氧化硫与氧气的体积比大于2.67∶1的接触气体。根据本专利技术，可出人意料地发现当起始气体具有大于16体积％的二氧化硫含量时，具有低于化学计量氧气含量、即SO2/O2体积比大于2.67∶1或甚至大于10∶1的二氧化硫至三氧化硫的催化氧化可以连续进行。可以使用含五氧化二钒的普通催化剂，也可以在不损害催化剂的情况下在工业规模上获得令人满意的产率。由于一方面相对较高的二氧化硫含量和另一方面相对较低的氧气含量，基于SO2量，提供至本专利技术方法中给第一接触段的起始气体体积相比现有技术小很多。因此进行该方法所需设备的投资费用显著降低。特别是与常规需要160至250升/每天吨(daily ton)起始气体相比，50至150升/每天吨的起始气体量需要的催化剂量大大降低。产物一方的高SO2含量引起的氧化反应的平衡移动受基于SO2量的低于化学计量氧气含量的补偿，它使氧化反应热力学平衡向提出物一方移动。通过一方面相应调节SO2含量和另一方面相应调节SO2/O2体积比，可以将接触段中的温度调节至低于引起催化剂不可逆损坏的温度，在使用五氧化二钒的情况下，将该温度调节至最大640℃的温度，因此可以避免催化剂的过热。优选地，提供给第一接触段的接触气体具有大于20体积％的二氧化硫含量，特别优选大于40体积％，尤其优选大于60体积％，非常特别优选大于80体积％，极优选大于90体积％。以这种方法，基于SO2的量，提供给第一接触段的接触气体的量特别低。为了避免催化剂由于过热发生的不可逆损坏，提供给第一接触段的接触气体中，基于SO2量，SO2与氧气的体积比优选大于4∶1，特别优选大于6∶1，非常特别优选大于8∶1，极优选大于10∶1。原则上，以本领域技术人员已知的任何方法生产的包含二氧化硫和氧气的所有浓缩气体混合物都可以用作本专利技术方法中的起始气体，例如火法冶金设备中产生的相应气体。特别地，发现可用作起始气体的气体包括通过将单质硫与氧气含量优选为至少95至98体积％的工业用氧气燃烧得到的气体混合物，优选二氧化硫含量为80至99.99体积％、氧气含量为0.01至10体积％且分子氮或其它惰性气体的含量为0至最大10体积％的那些气体混合物，并且特别优选二氧化硫含量为90至95体积％、氧气含量为3至7体积％且分子氮或其它惰性气体的含量为0至最大5体积％的那些气体混合物，或通过其它方法生产的相同组成的气体混合物。所述气体混合物本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生产硫酸的方法，其中在具有至少一个接触段（６↓［１］）的至少一个接触（２，３）中，包含二氧化硫的起始气体至少部分与分子氧反应形成三氧化硫，并且将产生的含三氧化硫气体引入吸收器（４，５），并在那里转变为硫酸，其特征在于提供给第一接触段（６↓［１］）的接触气体具有大于１６体积％的二氧化硫含量，并具有大于２．６７∶１的二氧化硫与氧气体积比。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：KH道姆，H施托希，J里德，
申请(专利权)人：奥托昆普技术公开有限公司，
类型：发明
国别省市：FI[芬兰]