CN107840313A - 一种高浓度so2烟气转化制取硫酸的方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种高浓度SO₂烟气转化制取硫酸的方法及装置，该发明属于硫酸制备领域，适用于高浓度SO₂烟气转化制取硫酸产品，解决了高浓度SO₂烟气下转化制取硫酸一段反应热过高、催化剂因高温失活的问题，本发明将干燥空气与部分高浓度的SO₂烟气进行混合稀释，稀释后的SO₂烟气浓度控制在10％±0.5％，稀释后的SO₂烟气进入预转化，获得一定浓度的SO₃烟气，再将含SO₃的烟气与剩余部分的主烟气混合，进入主转化器转化，本发明通过混合干燥空气将SO₂浓度控制在10％±0.5％，并通过预转化转化出含有一定浓度的SO₃烟气，本发明能很好的控制转化各段的转化率，确保利用高浓度SO₂烟气生产出稳定可靠的硫酸,同时保证转化器内的催化剂不被损坏。

Description

一种高浓度SO2烟气转化制取硫酸的方法及装置

技术领域

本发明属于硫酸制备领域，具体地说，尤其涉及一种高浓度SO₂烟气转化制取硫酸的方法及装置。

背景技术

目前，有色金属矿产资源中金属硫化矿物储量丰富，尤其是铜矿、镍矿和铅矿。这些金属硫化矿物在火法冶炼过程中会产生大量的SO₂气体，一般采用烟气制硫酸的方法予以回收。在烟气制硫酸工艺中，SO₂转化为SO₃的反应是强放热可逆反应，需要在400～420℃多层催化剂的作用下才能接近反应平衡，实现最大转化率。同等烟气流量下，SO₂浓度越高则反应释放出的热量越大，但受限于催化剂活性和装置强度，每个催化剂层出口烟气温度均需要控制在610℃以下，否则催化剂失活，反应无法延续，因此常规烟气制硫酸工艺进入转化的冶炼烟气中SO2体积浓度需控制在10％左右。

近二十年来，一种能够提高燃料效率、节能降耗的富氧冶炼技术在有色金属冶炼行业得到越来越广泛的应用，伴随而来的是冶炼烟气中SO₂浓度大幅增加，SO₂浓度在20％左右成为常态，而高浓度SO₂烟气转化，由于一段转化量大，反应热多，一段转化后烟气温度≥620℃，会使催化剂失去活性。

发明内容

本发明目的在于提供一种能够将高浓度SO₂烟气转化制取硫酸的方法，该方法能够利用SO₂浓度超过16％的烟气生产出稳定可靠的硫酸,确保转化器内的催化剂不被损坏。

为了实现上述发明目的，本发明一种高浓度SO₂烟气下制硫酸的方法采用的技术方案为：

一种高浓度SO₂烟气预转化预吸收制取硫酸的方法，包括如下步骤：

1)将体积浓度为n的SO₂烟气加热至420±5℃；

2)加热后的SO₂烟气，分为体积为V₁和V₂两部分，体积为V₁的SO₂烟气注入体积为V₃的干燥空气稀释SO₂的浓度，稀释后的SO₂烟气加热升温至600±5℃

后进行预转化，转化为含有SO₃的烟气，转换率为60％—70％；

3)经预转化后的含有SO₃的烟气降温至420±5℃后与另一部分体积为V₂的SO₂烟气进行混合，混合后的烟气进入转化器进行转化吸收；所述体积为V₁的SO₂烟气、体积为V₂的SO₂烟气和体积为V₃的干燥空气满足如下公式：nV₁/(V₁+V₃)≤0.105且(nV₂+n*0.4V₁)/(V₁+V₂+V₃)≤0.105,n＞16％。本发明通过设置预转化工艺，将部分高浓度的SO₂烟气与干燥空气混合，混合后将SO₂烟气中的SO₂体积浓度稀释至10％±0.5％，再经预转化装置进行预转化一段有一定浓度的SO₃烟气，从而降低转化器一段的反应热，保障温度控制在610℃以下，以保证催化剂不被破坏。

优选的，步骤3)中混合后的烟气中SO₂初始转化率约25％。

优选的，步骤2)中注入体积为V₃的干燥空气的温度为420±5℃。

优选的，步骤3)中混合后的烟气进入转化器之前加热至420±5℃。

本发明另一目的在于提供一种高浓度SO₂烟气转化制取硫酸的装置，该装置能够利用SO₂浓度超过16％的烟气生产出稳定可靠的硫酸,确保转化器内的催化剂不被损坏。

为了实现上述发明目的，本发明一种高浓度SO₂烟气转化制取硫酸的装置采用的技术方案为：

一种高浓度SO₂烟气预转化预吸收制取硫酸的装置，包括烟气预干燥装置、第一换热器、第二换热器、预热器、空气干燥装置、预转化器、转化器，所述烟气预干燥装置出口与第一换热器的进口相连，第一换热器的出口与第二换热器的进口相连，第二换热器的出口分有两条支路，第一支路与转化器的进口相连，第二支路与预热器的第一出口相连合路后连接有预转化器，预转化器的出口与预热器的第二进口相连，预热器的第一进口与空气干燥装置的出口相连，预热器的第二出口与第一支路相连，预热器的第一进口与预热器的第一出口相连，预热器的第二进口与预热器的第二出口相连。本发明通过设置预转化装置，将部分高浓度的SO₂烟气与干燥空气混合，将SO₂烟气中的SO₂体积浓度稀释至10％±0.5％，再经预转化装置进行预转化一段有一定浓度的SO₃，从而降低一段的反应热，预转化后的烟气与高浓度的SO₂混合后也稀释了SO₂的浓度，使得SO₂烟气能够在转化器中实现最大转化率，保障温度控制在610℃以下，同时保证催化剂不被破坏。预热器对从预热器第二进口进来的高温混合烟气进行降温，对从预热器第一进口进来的干燥空气进行加热，在降温与加热过程中热能循环互补，起到了节能的效果。

优选的，所述第一支路与第二支路上均设有阀门。通过阀门控制SO₂烟气的流量。

优选的，所述转化器进口端设有开机升温电炉。通过设置开机升温电炉可以在在开机时对SO₂烟气进行加热。

优选的，所述预转化器进口端设有升温电炉。该升温电炉将即将进入预转化器中的SO₂烟气加温到600±5℃。

优选的，所述空气干燥装置包括干燥塔，干燥塔配设有干燥酸循环槽以及与干燥酸循环槽相匹配的干燥酸冷却器。空气干燥装置为与SO₂烟气混合的空气进行干燥。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过设置预转化装置，将部分高浓度的SO₂烟气与干燥空气混合，混合后将SO₂烟气中的SO₂体积浓度稀释至10％±0.5％，再经预转化装置进行预转化一段有一定浓度的SO₃烟气，从而降低转化器一段的反应热，预转化后的烟气与高浓度的SO₂混合后也稀释了SO₂的浓度，使得SO₂烟气能够在转化器中实现最大转化率，保障温度控制在610℃以下，同时保证催化剂不被破坏。

附图说明

图1是本装置的结构示意图.

图中：1.烟气预干燥装置；2.第一换热器；3.第二换热器；4.开机升温电炉；5.转化器；6.预热器；7.升温电炉；8.预转化器；9.空气干燥装置；31.第一支路；32.第二支路；61.预热器第二出口；62.预热器第一出口；63.预热器第二进口；64.预热器第一进口；91.干燥塔；92.干燥酸冷却器；93.干燥酸循环槽；311.阀门。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解这些实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

一种高浓度SO₂烟气转化制取硫酸的方法，包括如下步骤：

1)将体积浓度为n的SO₂烟气加热至420℃；

2)加热后的SO₂烟气，分为体积为V₁和V₂两部分，体积为V₁的SO₂烟气注入体积为V₃的干燥空气稀释SO₂的浓度，干燥空气的温度控制在420±5℃，稀释后的SO₂烟气加热升温至600±5℃后进行预转化，转化为含有SO₃的烟气，转换率为60％—70％；

3)经预转化后的含有SO₃的烟气降温至420±5℃后与另一部分体积为V₂的SO₂烟气进行混合，混合后的烟气进入转化器进行转化吸收，进入转化器转化前控制其温度在420±5℃；所述体积为V₁的SO₂烟气、体积为V₂的SO₂烟气和体积为V₃的干燥空气满足如下公式：nV₁/(V₁+V₃)≤0.105且(nV₂+n*0.4V₁)/(V₁+V₂+V₃)≤0.105,n＞16％。

如图1所示一种高浓度SO₂烟气预转化预吸收制取硫酸的装置，包括烟气预干燥装置1、第一换热器2、第二换热器3、预热器6、空气干燥装置9、预转化器8、转化器5，所述烟气预干燥装置1出口与第一换热器2的进口相连，第一换热器2的出口与第二换热器3的进口相连，第二换热器3的出口分有两条支路，第一支路31与转化器5的进口相连，第二支路32与预热器的第一出口62相连合路后连接有预转化器8，预转化器8的出口与预热器的第二进口63相连，预热器的第一进口64与空气干燥装置9的出口相连，预热器的第二出口62与第一支路31相连，预热器第一进口64与预热器第一出口62相连，预热器第二进口63与预热器第二出口61相连，所述第一支路31与第二支路32上均设有阀门311，所述转化器5进口端设有开机升温电炉4，所述预转化器9进口端设有升温电炉7，所述空气干燥装置9包括干燥塔91，干燥塔91配设有干燥酸循环槽93以及与干燥酸循环槽相匹配的干燥酸冷却器92。

该装置具体工作过程以及工作原理：

1)空气经过滤器除尘后进入干燥塔91，在干燥塔91内经浓度为98％的硫酸干燥后进入预热器6加热，由烟气预干燥装置干燥工艺输送出SO₂体积浓度为n的SO₂烟气进入第一换热器2与第二换热器3加热至420±5℃，加热后体积为V₁的SO₂烟气经第二支路32进入预热器与体积为V₃的干燥空气混合，混合后的SO₂烟气中SO₂体积浓度控制在10％±0.5％，混合后的SO₂烟气经升温电炉7加热至600±5℃进入预转化器8，其转换率为60％—70％；

2)经过预转化器8转化后含有SO₃的烟气重新进入预热器6后从预热器第二出口61输出与第二换热器3第一支路31内的另一部分体积为V₂的SO₂烟气混合，混合后的烟气中SO₂浓度被稀释至低于10％±0.5％，而后进入转化器5进行转化。

实施例1：

100吨SO₂体积浓度为20％的SO₂烟气，经本方法及本装置制硫酸

此处V1、V2和V3取值如下表：

V1	V2	V3
			50	50	50

体积为V₁的SO₂烟气与体积为V3的干燥空气在预热器第一出口混合后SO₂浓度为10％在预转化器中的转化率为65％，转化后混合烟气中SO₂与SO₃浓度如下表：

SO2	SO3
		3.5％	6.5％

经预转化后的烟气与体积为V₂的SO₂烟气在第一支路混合后SO₂与SO₃的浓度如下表：

SO2	SO3
		9％	4.3％

混合烟气进入转化器后各层转化率如下：

一转	二转	三转	四转
				65％	87.7％	95.7％	98.5％

实施例2：

100吨SO₂体积浓度为16％的SO₂烟气，经本方法及本装置制硫酸

此处V1、V2和V3取值如下表：

V1	V2	V3
			50	50	30

体积为V₁的SO₂烟气与体积为V₃的干燥空气在预热器第一出口混合后SO₂浓度为10％在预转化器中的转化率为65％，转化后混合烟气中SO₂与SO₃浓度如下表：

SO2	SO3
		3.5％	6.5％

经预转化后的烟气与体积为V₂的SO₂烟气在第一支路混合后SO₂与SO₃的浓度如下表：

混合烟气进入转化器后各层转化率如下：

一转	二转	三转	四转
				65％	87.7％	95.7％	98.5％

实施例3：

100吨SO₂体积浓度为30％的SO₂烟气，经本方法及本装置制硫酸

此处V1、V2和V3取值如下表：

V1	V2	V3
			50	50	100

体积为V₁的SO₂烟气与体积为V3的干燥空气在预热器第一出口混合后SO₂浓度为10％在预转化器中的转化率为65％，转化后混合烟气中SO₂与SO₃浓度如下表：

SO2	SO3
		3.5％	6.5％

经预转化后的烟气与体积为V₂的SO₂烟气在第一支路混合后SO₂与SO₃的浓度如下表：

SO2	SO3
		10.1％	4.8％

混合烟气进入转化器后各层转化率如下：

一转	二转	三转	四转
				65％	87.7％	95.7％	98.5％

Claims (9)

1.一种高浓度SO₂烟气转化制取硫酸的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)将体积浓度为n的SO₂烟气加热至420±5℃；

2)加热后的SO₂烟气，分为体积为V₁和V₂两部分，体积为V₁的SO₂烟气注入体积为V₃的干燥空气稀释SO₂的浓度，稀释后的SO₂烟气加热升温至600±5℃后进行预转化，转化为含有SO₃的烟气，转换率为60％—70％；

3)经预转化后的含有SO₃的烟气降温至420±5℃后与另一部分体积为V₂的SO₂烟气进行混合，混合后的烟气进入转化器进行转化吸收；

所述体积为V₁的SO₂烟气、体积为V₂的SO₂烟气和体积为V₃的干燥空气满足如下公式：nV₁/(V₁+V₃)≤0.105且(nV₂+n*0.4V₁)/(V₁+V₂+V₃)≤0.105,n＞16％。

2.根据权利要求1所述的高浓度SO₂烟气转化制取硫酸的方法，其特征在于：步骤3)中混合后的烟气中SO₂初始转化率约25％。

3.根据权利要求1所述的高浓度SO₂烟气转化制取硫酸的方法，其特征在于：步骤2)中注入体积为V₃的干燥空气的温度为420±5℃。

4.根据权利要求1所述的高浓度SO₂烟气转化制取硫酸的方法，其特征在于：步骤3)中混合后的烟气进入转化器之前加热至420±5℃。

5.根据权利要求1或2所述的高浓度SO₂烟气转化制取硫酸的方法的装置，其特征在于：包括烟气预干燥装置、第一换热器、第二换热器、预热器、空气干燥装置、预转化器、转化器，所述烟气预干燥装置出口与第一换热器的进口相连，第一换热器的出口与第二换热器的进口相连，第二换热器的出口分有两条支路，第一支路与转化器的进口相连，第二支路与预热器的第一出口相连合路后连接有预转化器，预转化器的出口与预热器的第二进口相连，预热器第一进口与空气干燥装置的出口相连，预热器的第二出口与第一支路相连，预热器的第一进口与预热器的第一出口相连，预热器的第二进口与预热器的第二出口相连。

6.根据权利要求3所述的高浓度SO₂烟气转化制取硫酸的方法的装置，其特征在于：所述第一支路与第二支路上均设有阀门。

7.根据权利要求3所述的浓度SO₂烟气转化制取硫酸的方法的装置，其特征在于：所述转化器进口端设有开机升温电炉。

8.根据权利要求3所述的高浓度SO₂烟气转化制取硫酸的方法的装置，其特征在于：所述预转化器进口端设有升温电炉。

9.根据权利要求3所述的高浓度SO₂烟气转化制取硫酸的方法的装置，其特征在于：所述空气干燥装置包括干燥塔，干燥塔配设有干燥酸循环槽以及与干燥酸循环槽相匹配的干燥酸冷却器。