一种少产硫酸多产三氧化硫的工艺及装备

技术领域

本发明涉及无机化工技术领域，具体涉及一种少产硫酸多产三氧化硫的工艺及装备。

背景技术

液体三氧化硫不但具有硫酸和发烟硫酸同样的性能，而且在合成洗涤剂、染料、石油加工、合成纤维、医药、农药等许多行业中，其磺化、酸化、催化脱水、水解、烷基化、吸水干燥等性能比浓硫酸和发烟硫酸更为优越，在国外，不但有专门研究液体三氧化硫生产与应用技术的公司或机构，而且已有许多生产部门用液体三氧化硫代替发烟硫酸应用于工业生产中。例如在合成洗涤剂生产中烷基苯的磺化；高级醇以及氧化乙烯加成物的磺化及硫酸化的反应；石油炼制中润滑油馏分的磺化；苯、甲苯、二甲苯、硝基苯、邻苯二甲酸等芳香族化合物的磺化等，都已采用液体三氧化硫代替发烟硫酸。

在发烟硫酸参与的反应中，能产生大量的废酸，废酸的处理能给环境造成一定的影响，三氧化硫代替发烟硫酸参与反应，不产生废酸，从根本上解决了生产中废酸处理难题。

中国专利文献CN114212759A公开了一种高纯度液体三氧化硫的生产工艺，包括以下步骤：将硫酸生产工艺中三段出口产生的烟气通入发烟酸吸收塔，用发烟酸喷淋吸收三氧化硫，吸收后的发烟酸进入发烟酸循环槽，发烟酸循环槽内的发烟酸，一部分经发烟酸冷却器继续吸收三氧化硫，另一部分经过发烟酸预热器加热进入蒸发器蒸发，加热后的液相回到发烟酸循环槽循环使用，蒸发处的气态冷凝后得到粗品液态三氧化硫；液态三氧化硫进入脱气塔上部，干燥空气从脱气塔下部进入，脱气处理后的液态三氧化硫进入三氧化硫储槽储存。该工艺采用吸收、蒸发、冷凝、脱气工艺，对三氧化硫进行吸收、生产、提纯，提高了三氧化硫的纯度。

该工艺是以硫酸生产工艺中三段出口产生的烟气作为原料进行液体三氧化

硫的生产。是对硫酸生产工艺中转换的烟气进行进一步的处理，并不会单独的对三氧化硫的循环生产。

中国专利文献CN101698470A公开了一种制备硫酸的方法和装置，该方法包括 ：将液体硫磺和纯氧在焚硫炉内燃烧，燃烧后排出炉气；利用燃烧放出的热量对焚硫炉内设置的锅炉盘管中的锅炉给水和 / 或蒸汽过热器盘管中的蒸汽进行加热 ；将炉气通入含有催化剂的转化器中进行反应，以使炉气中的二氧化硫和纯氧发生反应生成三氧化硫，反应后排出的转化气通过热交换降温后通入吸收塔，用浓硫酸吸收三氧化硫生成硫酸。

该方法是通入纯氧，并且用浓硫酸吸收三氧化硫生成硫酸，其目的是为了生成硫酸，提供的是制备硫酸的方法和装置。

传统硫酸工艺，是没有利用空气除湿技术的传统工艺，由于空中含有大量的水分，例如夏季空气气温近40℃相对湿度90%以上，每立方空气含水分37g，计算固定这些水分需要三氧化硫全部产成硫酸，根本没有富裕的三氧化硫用发烟酸吸附出来，做不到生产三氧化硫。

传统硫酸工艺想生产三氧化硫，只是在生产硫酸的流程中，引一路烟气用一级发烟酸塔吸收三氧化硫再解析三氧化硫，吸收率解析率60%左右，三氧化硫占整个系统三氧化硫生成率的45%-55%左右，经济效益不高，而三氧化硫作为一种磺化剂有巨大的优势。

发明内容

有鉴于此，为解决上述技术问题，本发明的目的在于提出一种少产硫酸多产三氧化硫的工艺及装备，本发明解决了传统工艺收率低的问题，吸附解析收率较传统工艺极大提升，并带来极大的经济效益。

所采用的技术方案为：

本发明的一种少产硫酸多产三氧化硫的工艺，包括如下步骤：

S1.将空气进行除湿后通入焚硫炉中与液体硫磺燃烧，生成含二氧化硫的第一混合气体,第一混合气体经一段余热锅炉降温；

S2.通过含有催化剂的一段转化器催化反应，将第一混合气体中的部分二氧

化硫氧化成三氧化硫，生成含二氧化硫和三氧化硫的第二混合气体，经二段余热锅炉降温；

S3.通过第二混合气体与通入的发烟酸经过三级、连续、对流、利用浓度梯度差异吸附三氧化硫工艺，将三氧化硫吸附出来。

进一步地，S1中，空气经过制冷机制冷，然后通过分子筛将凝结的水分离出来，最后通过双气相热管换热器升温后通入焚硫炉中与液体硫磺燃烧。

进一步地，S2中的催化剂为钒催化剂。

进一步地，S3中，三级、连续、对流、利用浓度梯度差异吸附三氧化硫工艺是将通过第二混合气体与通入的发烟酸经过三级串联的烟酸塔，并经蒸发器、循环槽连续、对流、利用浓度梯度差异吸附出三氧化硫。

进一步地，所述的少产硫酸多产三氧化硫的工艺，还包括S4.剩余的含二氧化硫和三氧化硫的第三混合气体分别经过一级吸收塔、二段转化器和第二吸收塔后，生成硫酸回收。

进一步地，所述的少产硫酸多产三氧化硫的工艺，还包括S5.剩余的尾气进行回收处理。

进一步地，S4中，第二吸收塔生成的硫酸循环到第一吸收塔中进行合并回收。

本发明的一种少产硫酸多产三氧化硫的装备，包括：

除湿装置，其用于将空气中的水分除去并将除去水分后的空气升温；

焚硫炉，其用于将除湿后的空气通入焚硫炉中与液体硫磺燃烧，生成第一混合气体；

一段余热锅炉，其用于将第一混合气体降温；

一段转化器，其含有催化剂，所述一段转化器与一段余热锅炉连通，用于将第一混合气体中的部分二氧化硫氧化成三氧化硫，生成第二混合气体；

二段余热锅炉，其用于将第二混合气体降温；

三级串联的烟酸塔、蒸发器和循环槽，其用于形成三级、连续、对流、利用浓度梯度差异吸附三氧化硫工艺，将第二混合气体中的三氧化硫吸附出。

进一步地，所述的少产硫酸多产三氧化硫的装备，还包括：依次连通的一级吸收塔、二段转化器和第二吸收塔，其用于生成硫酸回收。

进一步地，所述除湿装置包括依次连通的制冷机、分子筛和双气相热管换热器。

与传统工艺相比，本发明的有益效果在于：

本发明解决了传统工艺收率低的问题，吸附解析收率较传统工艺极大提升，并带来极大的经济效益。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一种少产硫酸多产三氧化硫的工艺所用的装备的结构示意图。

图2为一种除湿装置的放大结构示意图。

图中标号为：1、除湿装置；2、焚硫炉；31、一段余热锅炉；32、二段余热锅炉；4、一段转化器；5、烟酸塔；6、蒸发器；7、循环槽；8、吸收塔；9、二段转化器；10、第二吸收塔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

若无特殊说明，百分比均为重量百分比或质量百分比。

本发明的一种少产硫酸多产三氧化硫的工艺，包括如下步骤：

S1.将空气进行除湿后通入焚硫炉中与液体硫磺燃烧，生成含二氧化硫的第一混合气体,第一混合气体经余热锅炉降温；例如温度从1050℃±50℃，降温至450℃±10℃；采用空气的作用在于，提供氧气和氮气。氮气的作用在于，起到在合适的气体浓度条件下，焚硫炉炉膛燃烧温度不至于过高的效果。但是空气中常含有水分，水分的加入会影响三氧化硫的产量。这是因为水会和三氧化硫反应生成硫酸。从而本发明从源头开始就要对空气进行除湿，除湿后再通入焚硫炉，这样可以少产硫酸多产三氧化硫。作为一种具体实施方式，空气经过制冷机制冷，使空气中的水降温凝结，然后通过分子筛将凝结的水分离出来，最后通过双气相热管换热器升温后通入焚硫炉中与液体硫磺燃烧。其中双气相热管换热器是采用除湿前的热空气和除湿后的空气进行换热，从而将除湿后的空气进行加热后，通入焚硫炉。采用双气相热管换热器，通过双气相换热升温，可以减少热量损失，降低制冷机负荷。

S2.通过含有催化剂的一段转化器催化反应，催化剂为钒催化剂；将第一混合气体中的部分二氧化硫氧化成三氧化硫，生成含二氧化硫和三氧化硫的第二混合气体，经二段余热锅炉降温；该一段转化器为第一段转化器。转化器的主要作用在于将二氧化硫催化生成三氧化硫。第二混合气体又可称为转化烟气。作为一种具体的实施方式，三级、连续、对流、利用浓度梯度差异吸附三氧化硫工艺是将通过第二混合气体与通入的发烟酸经过三级串联的烟酸塔，并经蒸发器、循环槽连续、对流、利用浓度梯度差异吸附出三氧化硫。

S3.通过第二混合气体与通入的发烟酸经过三级、连续、对流、利用浓度梯度差异吸附三氧化硫工艺，将三氧化硫吸附出来。

S4.剩余的含二氧化硫和三氧化硫的第三混合气体分别经过一级吸收塔、二段转化器和第二吸收塔后，生成硫酸回收。其中，第二吸收塔生成的硫酸循环到第一吸收塔中进行合并回收。

S5.剩余的尾气进行回收处理。

在上述工艺中，空气除湿工艺部分：如果空气没有除湿，三氧化硫会被空气中水分吸收为硫酸。为进一步提升三氧化硫吸附上限，降低空气露点进行除湿就可以实现三氧化硫的吸附率。而为了节约能耗，降低制冷机组的荷载，采用双气相热管换热器，严格控制双相对流气速不大于2m/s,可解决双气相换热效率不高的问题。

转化烟气与发烟酸的三级、连续、对流、利用浓度梯度差异吸附三氧化硫工艺部分：利用烟气中不同分压梯度三氧化硫与不同浓度发烟酸梯度搭配原理，设计了转化烟气与发烟酸的三级、连续、对流、梯度吸附三氧化硫工艺，初段、中段、末端烟酸浓度分别为107%、106%、104.5%范围，对应图1中的A、B、C。使得三氧化硫总吸附、解吸达到92%以上，整个装置产硫酸率小于10%。

参见图1和图2所示，本发明的少产硫酸多产三氧化硫的工艺所用的装备，包括除湿装置1、焚硫炉2、一段余热锅炉31、一段转化器4、二段余热锅炉32和三级串联的烟酸塔5、蒸发器6和循环槽7。

除湿装置1，其用于将空气中的水分除去；作为一种具体实施方式，除湿装置包括依次连通的制冷机11、分子筛12和双气相热管换热器13。

焚硫炉2，其用于将除湿后的空气通入焚硫炉中与液体硫磺燃烧，生成第一混合气体；

一段余热锅炉31，其用于将第一混合气体降温；

一段转化器4，其含有催化剂，催化剂为铂或钒催化剂；一段转化器与余热锅炉连通，用于将第一混合气体中的部分二氧化硫氧化成三氧化硫，生成第二混合气体；

二段余热锅炉32，其用于将第二混合气体降温；

三级串联的烟酸塔5蒸发器6和循环槽7，其用于形成三级、连续、对流、利用浓度梯度差异吸附三氧化硫工艺，将第二混合气体中的三氧化硫吸附出。其中三级对应三级串联的烟酸塔；连续对应循环槽，对流对应转化烟气与发烟酸的对流，浓度梯度差异对应初段、中段、末端烟酸浓度梯度差。

优选地，该少产硫酸多产三氧化硫的装备还包括：依次连通的一级吸收塔8、二段转化器9和第二吸收塔10，其用于生成硫酸回收。剩余的尾气进行回收处理。该第二段转化器含有催化剂，催化剂为钒催化剂。

需要说明的是，该二段转化器即为第二段转化器，又可称第二转化器。同理，一段转化器即为第一段转化器，又可称第一转化器。“一段”“二段”等是为了区别描述，没有明示或暗示相对重要性。

本发明的技术效果有：

第一方面，本发明空气除湿技术的应用在硫酸行业的应用，尽最大努力少产硫酸，解决了最大量生产三氧化硫的可能性。

第二方面，本发明转化烟气（即第二混合气体）与发烟酸通过三级、连续、对流、梯度吸附三氧化硫工艺部分，解决了传统工艺收率低的问题，吸附解析收率较传统工艺提升30%，三氧化硫市场价接近硫酸的3倍，带来极大的经济效益。

第三方面，本发明转化烟气与发烟酸，三级、连续、对流、浓度梯度差吸附三氧化硫工艺，在空气除湿技术的应用在硫酸行业的应用可能性的前提下，用技术手段实现了这种可能性。传统硫酸工艺是用干燥塔代替除湿装置来干燥空气，会有大量硫酸产生，不可能提供多产三氧化硫的条件。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。