用于增大硫酸浓度的工艺和在该工艺中使用的设备制造技术

硫酸再循环回路和独立的硫酸浓缩器，包括：可选的硫酸冷凝器塔；浓缩器塔；空气提升泵，具有液体入口、气体入口、和出口，液体入口被供给来自浓缩器塔下游的硫酸储液器的出口的热浓硫酸，气体入口被供给密度低于热浓硫酸的载流体，硫酸储液器位于浓缩器塔下方和空气提升泵的载流体入口上方；下导管，从硫酸储液器向下通向空气提升泵的液体入口；以及上导管，从空气提升泵出口向上通向浓缩器塔的入口管，入口管具有入口和出口以及比上导管大的直径，且入口管被构造为允许液体从入口流到出口，并被构造为至少部分地分离再循环的硫酸和载流体，且将两种流体引导至浓缩器塔的入口，相关的益处是在系统中提供高浓度的酸而不移动与硫酸接触的部件。

【技术实现步骤摘要】
用于增大硫酸浓度的工艺和在该工艺中使用的设备
本专利技术涉及一种用于增大已浓缩硫酸的浓度的工艺以及一种在该工艺中使用的设备。这种浓度的增大对于含硫烟气和废气的净化是有用的，其中硫作为三氧化硫存在并作为硫酸被去除，该硫酸是通过三氧化硫/含水气体的冷凝形成的。该工艺被称为湿气体硫酸(WSA)工艺。
技术介绍
硫酸(H2SO4)是重要的商品化学品，其产量超过200百万吨/年。其主要用于肥料生产，但也用于例如颜料制造、电池制造、冶金工业和精炼工业中。硫酸的许多应用需要至少93wt％H2SO4的酸浓度，其中剩余的7wt％是水。关于储存、运输和销售价值，98wt％的浓度是买方和/或货运公司所期望的或甚至要求的。这意味着在硫酸装置中对生产具有较高酸浓度的硫酸的需求已经增大。在所谓的湿气体硫酸装置(其中工艺气体还包含水)中，通常难以获得98wt％的产物酸浓度。这是由于硫酸的强吸湿性质并且在约98.6wt％H2SO4时存在共沸物。在增大硫酸浓度的尝试中，已经开发出所谓的独立硫酸浓缩装置。在许多增大硫酸浓度的工艺中，冷的稀硫酸被供给到装置，在那里被间接加热到非常接近硫酸沸点的温度。进行蒸馏工艺，即，系统仅为H2SO4和H2O。为了达到高于98.0wt％的酸浓度，需要多于一个蒸馏步骤，并且至少最后的蒸馏步骤在真空下操作以降低硫酸的沸腾温度。所谓的Plinke工艺是最广泛使用的独立硫酸浓缩技术的一个示例。存在一些直接燃烧的H2SO4浓缩装置，其中稀硫酸与来自某种燃料燃烧的热(上至600℃)工艺气体接触。这些装置的缺点是产生大量具有高浓度硫酸蒸气的工艺气体，并且硫酸产物浓度很少超过93wt％。浸没式燃烧工艺和化学直接燃烧鼓式浓缩器是这种技术的示例。可用于增大来自湿气体硫酸装置的硫酸产物浓度的另一种解决方案是在硫酸装置的设计中包括所谓的集成硫酸浓缩器(ISAC)。ISAC可以安装在硫酸冷凝器的液体出口处，其中硫酸通过直接或间接冷却包含硫酸和水蒸气的工艺气体而从气相中冷凝。“集成”意指ISAC的液体入口与硫酸冷凝器的液体出口直接流体连通，并且离开ISAC塔的热空气与硫酸冷凝器的气体入口接触。在ISAC中，来自硫酸冷凝器的热的已浓缩硫酸与热的干燥空气在浓缩器塔中接触，该热干燥空气与硫酸逆向流动，从而迫使水和少量硫酸从硫酸中蒸发，从而增大了ISAC出口处的硫酸浓度。干燥空气在ISAC的顶部处离开，并在硫酸冷凝器的底部处进入，在那里硫酸蒸气冷凝，同时硫酸返回到ISAC的顶部。该工艺在专利文献EP0844211和US2011/0311433中进一步详细描述。然而，虽然简洁，但ISAC装置不能总是将硫酸浓度增大到98wt％的期望水平。根据专利文献US2011/0311433，如果进入ISAC顶部的硫酸浓度为93.0wt％，则出口处的浓度为上至96.3wt％。硫酸浓缩能力受到浓缩器必须润湿的要求的限制，这限制了作为进入ISAC的硫酸流量的函数的热干燥空气的允许流量。为了进一步浓缩硫酸，专利技术了硫酸再循环回路，并在专利文献WO2018/108739A1中进行了描述。通过将来自浓缩器塔的热浓硫酸再循环并且可选地进一步加热到浓缩器塔上游的位置，可以几乎独立于来自硫酸冷凝器的硫酸浓度获得>98.0wt％H2SO4。
技术实现思路
本专利技术是对上述再循环硫酸浓缩技术的改进，其中离心硫酸循环泵已被空气提升泵取代，以降低系统的成本并提高硫酸循环系统的修理和维护的可靠性和可能性。在本文中，当浓度以vol％表示时，这应该被理解为体积％(即，气体的摩尔百分比)。在本文中，标称浓度意指SO3和H2O的浓度是在SO3不水合的假设下计算的。在本文中，术语“汽提介质”应用于被引导通过浓硫酸的气体，其目的是通过将水从酸中驱除来浓缩硫酸。汽提介质可以是与硫酸相容的任何可用气体，通常是空气或含有大量空气的工艺气体。在本文中，当浓度以wt％表示时，这应被理解为重量/重量％(重量百分比)。本公开的广义方面涉及一种硫酸再循环回路，其包括：-可选的硫酸冷凝器塔，-浓缩器塔，-空气提升泵，其具有液体入口、气体入口、和出口，该液体入口被供给来自浓缩器塔下游的硫酸储液器的出口的热浓硫酸，该气体入口被供给密度低于热浓硫酸的载流体(carrierfluid，载液)，-其中，硫酸储液器位于浓缩器塔的下方和空气提升泵的载流体入口的上方，-下导管，其从硫酸储液器向下通向空气提升泵的液体入口，以及-上导管，其从空气提升泵出口向上通向浓缩器塔的入口管，所述入口管具有入口和出口以及与上导管相比增大的直径，并且所述入口管被构造为允许液体从入口流到出口，并且被构造为至少部分地分离被再循环的硫酸和载流体，并将这两种流体引导至浓缩器塔的入口，其相关的益处是在系统中提供具有提高的浓度的酸而不移动与硫酸接触的部件。在另一实施例中，通过硫酸储液器中的溢流管排出硫酸产物。其相关的益处是易于控制的工艺。在另一实施例中，硫酸再循环回路包括位于空气提升泵的出口与硫酸浓缩器塔的入口之间的硫酸加热器，并且在硫酸加热器中，将硫酸和可选的来自空气提升泵的出口的载流体加热至200-270℃的温度，其相关的益处是在温度升高的条件下水蒸汽压力较高，并且在该温度范围下水蒸汽压力特别高于硫酸蒸汽压力，以使得水被去除。在另一实施例中，载流体是空气，其可选地在位于空气提升泵上游的载流体加热器中被加热，其相关的益处是便于获得空气，以及由于加热空气的密度较低而具有较高提升功率的潜力，并且降低形成酸雾气溶胶的风险。在另一实施例中，硫酸再循环回路包括两个或更多个被并联布置的空气提升泵，其相关的益处是较高的提升能力，当流量变化高或浓缩器中的回收流量高时，这是特别重要的，因为并联系统可具有较小的管直径，且因此具有较简单的法兰设计。在另一实施例中，入口管被分成硫酸专用管和载流体专用管，这两个管将它们的流体引导至浓缩器塔的入口的上方和/或硫酸冷凝器的底部处的位置，其相关的益处是获得较平稳的酸流并因此形成较少的酸雾。在另一实施例中，来自上导管的硫酸和载流体的分离是在分离器容器或分离器管中进行的，分离器容器或分离器管的内径最小为上导管的内径的2倍、且具有连接硫酸专用管和载流体专用管(这两个管将它们的流体引导至浓缩器塔的入口的上方和/或硫酸冷凝器的底部处的位置)的两个连接出口，其相关的益处是使载流体与硫酸之间的分离得到改善。在另一实施例中，将比再循环的硫酸更冷的硫酸流与再循环的硫酸在空气提升泵的入口上游的位置进行混合，其相关的益处是降低温度并因此保护管道系统免受腐蚀。本公开的另一方面涉及独立的硫酸浓缩器系统，其包括：-浓缩器塔，其具有入口和出口，-可选的硫酸冷凝器塔，-第一空气提升泵，其具有液体入口、气体入口、和出口，该液体入口被供给来自浓缩器塔的出口的热浓硫酸，该气体入口被供给密度低于热浓硫酸的第一载流体，-分离单元，诸如溢流容器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种硫酸再循环回路，包括：/n可选的硫酸冷凝器塔(11)；/n浓缩器塔(55)；/n空气提升泵(75)，具有液体入口、气体入口、和出口，所述液体入口被供给来自所述浓缩器塔(55)的下游的硫酸储液器的出口的热浓硫酸(48)，所述气体入口被供给密度低于所述热浓硫酸的载流体(74)；/n其中，所述硫酸储液器位于所述浓缩器塔的下方和所述空气提升泵(75)的载流体入口的上方；/n下导管(48)，从所述硫酸储液器向下通向所述空气提升泵(75)的液体入口；以及/n上导管(56)，从所述空气提升泵(75)的出口向上通向所述浓缩器塔的入口管(54)，所述入口管具有入口和出口以及与所述上导管(56)相比增大的直径，且所述入口管被构造为允许液体从所述入口管的入口流到所述入口管的出口，且被构造为至少部分地分离再循环的硫酸和载流体，并将两种流体引导至所述浓缩器塔(55)的入口。/n

【技术特征摘要】
20190712 DK PA2019008671.一种硫酸再循环回路，包括：
可选的硫酸冷凝器塔(11)；
浓缩器塔(55)；
空气提升泵(75)，具有液体入口、气体入口、和出口，所述液体入口被供给来自所述浓缩器塔(55)的下游的硫酸储液器的出口的热浓硫酸(48)，所述气体入口被供给密度低于所述热浓硫酸的载流体(74)；
其中，所述硫酸储液器位于所述浓缩器塔的下方和所述空气提升泵(75)的载流体入口的上方；
下导管(48)，从所述硫酸储液器向下通向所述空气提升泵(75)的液体入口；以及
上导管(56)，从所述空气提升泵(75)的出口向上通向所述浓缩器塔的入口管(54)，所述入口管具有入口和出口以及与所述上导管(56)相比增大的直径，且所述入口管被构造为允许液体从所述入口管的入口流到所述入口管的出口，且被构造为至少部分地分离再循环的硫酸和载流体，并将两种流体引导至所述浓缩器塔(55)的入口。


2.根据权利要求1所述的硫酸再循环回路，其中，硫酸产物(51)通过所述硫酸储液器中的溢流管来排出。


3.根据权利要求1或2所述的硫酸再循环回路，还包括位于所述空气提升泵的出口与所述硫酸浓缩器塔的入口之间的硫酸加热器(53)，并且硫酸和可选的来自所述空气提升泵(75)的出口的载流体(56)在所述硫酸加热器中被加热至200-270℃的温度。


4.根据权利要求1、2或3所述的硫酸再循环回路，其中，所述载流体是可选地在位于所述空气提升泵(75)的上游的载流体加热器(73)中被加热的空气。


5.根据权利要求1、2、3或4所述的硫酸再循环回路，包括两个或更多个被并联布置的空气提升泵(75)。


6.根据权利要求1、2、3、4或5所述的硫酸再循环回路，其中，所述入口管(54)被分成硫酸专用管和载流体专用管，这两个管将其流体引导至所述浓缩器塔(55)的入口的上方和/或所述硫酸冷凝器(11)的底部处的位置。


7.根据权利要求1、2、3、4或5所述的硫酸再循环回路，其中，来自所述上导管的硫酸和载流体的分离在分离器容器或分离器管中进行，所述分离器容器或分离器管具有最小为所述上导管的内径2倍的内径和连接硫酸专用管和载流体专用管的两个连接出口，这两个管将其流体引导至所述浓缩器塔(55)的入口的上方和/或所述硫酸冷凝器(11)的底部处的位置。


8.根据权利要求1、2、3、4、5、6或7所述的硫酸再循环回路，其中，比再循环的硫酸(48)更冷的硫酸流与再循环的硫酸在所述空气提升泵(75)的入口的上游的位置被混合。


9.一种独立的硫酸浓缩器系统，包括：
浓缩器塔，具有入口和出口；
可选的硫酸冷凝器塔(11)；
第一空气提升泵(75)，具有液体入口...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·莫勒霍杰，M·特莱夫森，
申请(专利权)人：托普索公司，
类型：发明
国别省市：丹麦;DK