用于硫酸生产的工艺和设备制造技术

本实用新型专利技术涉及用于硫酸生产的工艺和设备。具体地，提供了一种用于将包含于供给气体中的二氧化硫转化为三氧化硫的工艺，包括以下步骤：a)将以下两项作为工艺气体来交替地提供：包含高浓度二氧化硫的第一供给气体，以及包含低浓度二氧化硫的第二供给气体；b)利用热交换介质通过热交换来预热所述工艺气体；c)在催化反应区中，在存在催化活性材料的情况下使工艺气体起反应；d)在催化反应区中将工艺气体的二氧化硫至少部分地转化成包含于产品气体中的三氧化硫；e)通过与热交换介质接触来冷却产品气体；其中，关于所述工序中的一个工序来提供热缓冲器区，从而提供在过自热操作期间产生的热能用于在欠自热操作期间加热工艺气体。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及硫酸的生产。更具体地，本技术涉及一种改善的工艺，所述改善的工艺用于通过适应诸如供给气体成分的工艺瞬态的热效应，从而在供给气体就二氧化硫浓度的方面高度变化的情况下，通过催化剂将包含于供给气体中的二氧化硫转化为三氧化硫。
技术介绍
典型地，在硫酸设备中处理包含SO2的工业废气，其中SO2在通常具有两个或更多个串联连接的催化床的SO2转化单元中被转化成SO3、与水结合(水合)并作为浓硫酸被回收。一个示例是从含SO2的废气来生产硫酸，所述含SO2的废气是在高温冶金设备中对包含例如Cu、Mo、Zn、Pb和Ni的硫化物的有色金属矿石的焙烧和熔炼期间产生的，在所述高温冶金设备中通过加热从矿石提取金属。在生产期间，由硫化物生产SO2，并且SO2可以被传送至硫酸生产设备。在操作期间，至硫酸设备的供给气体源典型地可在焙烧操作(即对金属硫化矿石的氧化)与在还原状况下的矿石熔炼之间切换。如图1中所图示地，在氧化期间，二氧化硫水平典型地将在3与40 mole%之间，而在还原期间，SO2水平典型地将低于I mole%。另外，供给气体可包含2-10 mole%的水蒸气、氧、二氧化碳、氮、和以硫酸雾形式的少量S03。SO2浓度和气体流量中的大的变化可能会在现有技术的下游硫酸设备中导致大的干扰和控制困难，而且还可能需要设计成用于比平均SO2流量大得多的容量的设备。这种现象的原因是(a)和(b)的组合(a)典型的SO2氧化催化剂需要高于370-400 1的温度以便以适当的速率操作，并且对于最高速率而言需要高于大约600 °〇的温度；和(b)氧化是放热的。在供给气体的SO2浓度高于3-5%的情况下，反应热足以预热供给气体，并因此维持具有高反应速率的自热操作，但在具有较低的SO2浓度的供给气体的情况下，预热可能需要附加的能量源。从美国专利No. 7，033，565已知一种工艺，所述工艺以如下方式通过与SO2水溶液交换来调节硫酸设备的供给气体中的SO2浓度，从而由具有变化的SO2浓度的含二氧化硫的供给气体来生产硫酸，所述方式为取决于供给气体中的SO2浓度，在水溶液中吸收供给气体中的SO2的至少一部分，或者从所述水溶液释放SO2的至少一部分。K. Hasselwanders (2008) (Sulphur 2008, Rome Italy, ρ· 111-118)回顾了用于二氧化硫浓度变化的情形的多种其他工艺。一个提议是一种在具有低含硫量的时间段期间燃烧元素硫以提高SO2水平的工艺。另一提议是一种构造，其中硫酸设备在操作中处于高硫水平，并且其中在低含硫量的时间段期间硫酸设备可以被绕过，在该低含硫量的时间段期间，将洗涤器用于SO2的收集。此外，从现有技术(例如US 7，691，360 ；US 4，016，248 ；US 4，046，866 和 US3，671，194)已知分阶段地操作二氧化硫氧化，但这样的操作仅用于控制反应器(尤其是用于高的二氧化硫入口浓度的反应器)上的放热分布。或者由于设备需要用于第二工艺的附加装备，或者由于提高了操作成本，所以已知的解决方案都涉及附加成本。
技术实现思路
因此，本技术的目的是提供一种硫酸设备，其在具有低附加成本的情况下，能有效地对其中具有变化的二氧化硫浓度的供给气体进行操作。通过本技术的实现，本技术提供了一种用于从具有变化的二氧化硫含量的供给气体生产硫酸的工艺，其中实现本技术的关键障碍是由于催化剂上的SO2的反应热以及吸热/解吸热所造成的催化活性材料的温度变化。在实现该效果之后，提供了在这样的状况下进行脱硫操作的创新性方案，其中通过在工艺中提供具有基本上稳定的温度的热缓冲器区来降低瞬态对工艺的影响，从而以这样的方式来主动适应工艺的瞬态。以最广泛的形式，本技术涉及一种用于将包含于供给气体中的二氧化硫转化为三氧化硫的工艺，包括以下步骤a)将以下两者作为工艺气体来交替地提供包含高浓度二氧化硫的第一供给气体，以及包含低浓度二氧化硫的第二供给气体；b)用热交换介质通过热交换来预热所述工艺气体；c)在催化反应区中，在存在催化活性材料的情况下使所述工艺气体起反应；d)在催化反应区中，至少部分地将所述工艺气体中的二氧化硫转化成包含在产品气体中的三氧化硫；以及 e)通过与热交换介质接触来冷却所述产品气体；其中，关于所述工艺步骤中的一个来提供热缓冲器区，从而提供在过自热操作期间产生的热能用于在欠自热操作期间加热工艺气体，其与现有技术相比，具有提供了更稳定且更有能量效率的工艺的益处。在本技术的特定方面中，通过在二氧化硫氧化的过自热操作期间以合适的热交换介质收集热能并将该热能储存在热缓冲罐中，并且在二氧化硫氧化工艺的欠自热操作期间从热缓冲罐提取作为一定体积量的暖的热交换介质的热能，同时具有冷的热交换介质的热缓冲罐被用于进行平衡，从而确保了温度的稳定性，具有将来自过自热操作的能量加以存储并在欠自热操作期间进行使用的益处。在本技术的另一方面中，在具有低SO2浓度的操作期间通过绕过最热的反应区来减小催化反应区的温度变化，该最热的反应区然后由于没有流动所以不被冷却，并变成热缓冲器区，其具有以下益处，即当提供具有提高的SO2浓度的供给气体时，提供了处于合适温度的催化材料区，从而使得在较短的时间中达到自热操作。这可以通过根据供给气体中SO2的含量限定催化反应区来实现，使得当SO2含量高时，需要高的转化并且由该过程产生高的热量，工艺气体被引导以接触一定量的催化活性材料，而当SO2含量较低从而使得需要较低的转化并且不产生过量的热时，工艺气体被引导以接触有限量的催化活性材料，以便使得不被工艺气体接触的被绕过的催化活性材料具有低的SO2浓度，并因此不被该工艺气体冷却。通过这样的操作模式，维持了高温催化反应区，这是因为当SO2含量太低而不能用于维持具有高温的区域时，该高温催化反应区不会被气流冷却。这意味着当需要高的转化时，催化反应区的热区域被保持，并且可立即使用，从而导致高的转化。因此，由于被绕过的催化活性材料的热缓冲效应，所以尽管供给气体的状况发生变化，仍可在工艺条件中确保较小的变化。在本技术的另一方面中，通过在过自热操作期间使暖的工艺气体在惰性的热缓冲器上通过、以及通过用于在欠自热操作期间绕过惰性的热缓冲器的合适构造，来减小催化反应区的温度变化，从而具有能够将工艺构造成用于在欠自热操作的瞬态时间段期间采用热缓冲器的热的相关益处。一个实施例提供了一种工艺，其用于在催化反应器的操作中通过采用对一个或多个工艺条件的认知来从具有变化的二氧化硫含量的供给气体生产硫酸。所述认知(knowledge)可包括对流率、供给气体的温度、供给气体的成分和供给气体源(供给气体源可反映供给气体中的SO2浓度)中的一个或多个的测量值或估计值，该认知可用于确保反应器在工艺气体的温度及其他工艺条件时利用与包含在工艺气体中的二氧化硫的转化的要求相匹配的催化反应区来操作。在一个实施例中，可通过将催化反应区分成若干个催化床并且绕过所述床中的一个或多个来提供限定的催化反应区。在替代性实施例中，催化反应器可具有若干个入口，通过所述若干个入口可将工艺气体引导至催化剂。这样，可在催化反应区中提供更进一步的灵活性。在这样的实施例中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于将包含在供给气体中的二氧化硫转化成三氧化硫的工艺设备，包括与热缓冲器热连接的工艺气体预热器，提供预热的工艺气体，催化活性材料定位在催化反应器中，所述催化反应器配置成用于接收所述预热的工艺气体，以及用于将所述工艺气体的二氧化硫至少部分地转化成三氧化硫，从而提供产品气体；产品气体冷却器，所述产品气体冷却器与所述热缓冲器热连接；其特征在于，所述工艺设备配置成用于在过自热操作期间将产生的热能传送到所述热缓冲器；以及另外还在于，所述工艺设备配置成用于在欠自热操作期间从所述热缓冲器汲取热能。

【技术特征摘要】
2011.05.13 EP PCT/EP2011/0023791.一种用于将包含在供给气体中的二氧化硫转化成三氧化硫的工艺设备，包括与热缓冲器热连接的工艺气体预热器，提供预热的工艺气体，催化活性材料定位在催化反应器中，所述催化反应器配置成用于接收所述预热的工艺气体，以及用于将所述工艺气体的二氧化硫至少部分地转化成三氧化硫，从而提供产品气体； 产品气体冷却器，所述产品气体冷却器与所述热缓冲器热连接； 其特征在于，所述工艺设备配置成用于在过自热操作期间将产生的热能传送到所述热缓冲器； 以及另外还在于，所述工艺设备配置成用于在欠自热操作期间从所述热缓冲器汲取热倉泛。2.根据权利要求1所述的工艺设备，其中，所述热缓冲器区设置成可变体积量的热交换介质。3.根据权利要求1所述的工艺设备，其中，所述热缓冲器区是所述催化反应器在欠自热情况期间被绕过...

【专利技术属性】
技术研发人员：M莫勒霍杰，M利克，M特莱夫森，P绍拜，
申请(专利权)人：赫多特普索化工设备公司，
类型：实用新型
国别省市：