專(zhuān)利名稱(chēng)：濃縮硫酸的方法
許多濃縮硫酸的方法是已知的，這些方法使H2SO4的濃度達(dá)到96％-98％，在1995年Springer出版社出版的烏爾曼工業(yè)化學(xué)大百科全書(shū)的第A25卷，第687-690頁(yè)上有這些方法的概述。這些方法包括在真空中煮沸硫酸，一般是在閃蒸容器中并在15-50mbar的絕對(duì)壓力下，在一循環(huán)蒸發(fā)器內(nèi)進(jìn)行。在蒸餾塔內(nèi)將蒸氣分餾，由此大部分H2SO4從水蒸氣中分離出來(lái)并返回到閃蒸器中。硫酸的真空濃度基于已知的蒸餾原理可達(dá)到98％的酸強(qiáng)度，但是投資和操作成本很高。
已經(jīng)知道使用不同方式在大氣壓下濃縮硫酸，例如開(kāi)美科牌直燒轉(zhuǎn)鼓式濃縮器，其中將油或氣體燃燒產(chǎn)生的熱煙道氣通過(guò)許多容器，在這些容器中煙道氣經(jīng)過(guò)浸液管進(jìn)入欲濃縮的酸中。酸隨著氣體逆流經(jīng)過(guò)串聯(lián)排列的容器中進(jìn)行濃縮，如烏爾曼工業(yè)化學(xué)大百科全書(shū)中第688頁(yè)的圖45中所示。該方法最大的缺點(diǎn)是嚴(yán)重的腐蝕問(wèn)題和形成大量含有高濃度硫酸煙霧的廢氣，而這些硫酸煙霧在隨廢氣排放到大氣中之前很難除去。隨著產(chǎn)品酸濃度的增加這些問(wèn)題更為突出，從而幾乎不能獲得98％H2SO4。
Pauling-Plinke法是將酸在間接加熱鍋內(nèi)煮沸并在蒸餾塔內(nèi)分餾蒸氣。但該方法腐蝕問(wèn)題嚴(yán)重很難獲得98％H2SO4。
在烏爾曼工業(yè)化學(xué)大百科全書(shū)中談及的并由Kung與Reimann詳細(xì)介紹的拜爾-Bertrams法(參見(jiàn)143)，其中使酸在許多間接加熱并串聯(lián)連接的循環(huán)蒸發(fā)器內(nèi)進(jìn)行濃縮。通過(guò)抽真空并在最后一個(gè)循環(huán)蒸發(fā)器內(nèi)才能獲得98％H2SO4。
本發(fā)明提供了一種硫酸的濃縮方法，是在150℃-270℃、優(yōu)選160℃-270℃下，通過(guò)在填料塔內(nèi)，優(yōu)選在大氣壓下使酸與熱空氣或與從硫酸廠來(lái)的優(yōu)選含有至多6％SO3和至多30％H2O的熱反應(yīng)氣逆流接觸，并且氣體進(jìn)入塔的入口溫度為350℃-600℃，從而使?jié)舛葹?0％-98％的硫酸濃縮成濃度為96％-98.8％。
如在歐洲專(zhuān)利印417200和419539與美國(guó)專(zhuān)利US4348373中所描述的，通過(guò)可控冷凝作用除去硫酸后的尾氣流中含有塔中蒸發(fā)的H2O和硫酸。特別地，將填料塔產(chǎn)生的尾氣中的H2SO4在氣冷式降膜冷凝器的垂直玻璃管內(nèi)或者在可使氣體逆流與在160-260℃下離開(kāi)該塔的循環(huán)硫酸接觸氣體的填料濃縮塔內(nèi)進(jìn)行冷凝。本發(fā)明尤其涉及濃縮濕氣硫酸廠生產(chǎn)的成品酸，其中硫酸的濃縮在過(guò)量水存在下并在如歐洲專(zhuān)利印417200中所描述的氣冷式垂直玻璃管內(nèi)的反應(yīng)氣體中進(jìn)行。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，如歐洲專(zhuān)利印419539中所述將顆粒加到從濃縮塔出來(lái)的尾氣中。濃縮塔的入口氣體可以是空氣，并優(yōu)選在350℃-600℃下。可將濃縮塔的尾氣混入如在歐洲專(zhuān)利印417200中所述的濕氣硫酸廠的硫酸冷凝塔的入口氣流中。進(jìn)一步地，濃縮塔的入口氣體可以是來(lái)自SO3吸收器的反應(yīng)氣流，而且可將從濃縮塔出來(lái)的尾氣混入如在歐洲專(zhuān)利印417200中所述的濕氣硫酸廠的硫酸冷凝塔的上游氣流中。另外，進(jìn)入濃縮塔的入口氣體可以是從干氣硫酸廠的SO3吸收器中輸出的反應(yīng)氣流，而且可將從濃縮塔出來(lái)的尾氣混入如在歐洲專(zhuān)利印417200中所述的濕氣硫酸廠的硫酸冷凝塔的上游氣流中。
可以將從蒸發(fā)塔出來(lái)的尾氣與來(lái)自硫酸廠的熱空氣或熱反應(yīng)氣混合，熱空氣或熱反應(yīng)氣的溫度高于從蒸發(fā)塔來(lái)的尾氣的溫度。
本發(fā)明比已知的硫酸濃縮法，尤其濃縮濕氣硫酸廠生產(chǎn)的硫酸具有優(yōu)點(diǎn)，它們包括(a)利用了任何情況下由硫酸廠產(chǎn)生的熱空氣或熱反應(yīng)氣來(lái)濃縮硫酸；(b)在填料蒸發(fā)塔內(nèi)濃縮硫酸，這使氣體更為有效地與硫酸接觸，得到比上述開(kāi)美科方法更大量的轉(zhuǎn)移單位；(c)在濕氣硫酸廠的酸冷凝塔中有效且經(jīng)濟(jì)地除去以H2SO4蒸氣形式存在的硫酸煙霧和從蒸發(fā)塔來(lái)的尾氣中的酸霧；(d)通過(guò)將硫酸廠酸冷凝器中的熱酸直接送入蒸發(fā)塔的頂部從而減少硫酸熱交換器的能量消耗和投資。
用來(lái)濃縮的熱氣體中水蒸氣的含量可用來(lái)限制蒸發(fā)塔中濃酸強(qiáng)度。因此，例如當(dāng)需要濃度至少為98％H2SO4和在使SO3全部水合成H2SO4蒸汽之后反應(yīng)氣中含有高于5％H2O時(shí)，與熱反應(yīng)氣相比優(yōu)選熱空氣。
按照本發(fā)明，該方法也可濃縮干氣硫酸廠來(lái)的硫酸，其中含有SO3的反應(yīng)氣是干燥的并在循環(huán)硫酸中吸收SO3。在這種情況下，用SO2的一個(gè)轉(zhuǎn)化步驟之后的熱反應(yīng)氣，優(yōu)選在最后一步SO2轉(zhuǎn)化步驟之后400-460℃的反應(yīng)氣濃縮硫酸氣流。然后使從蒸發(fā)塔來(lái)的尾氣在氣冷降膜式冷凝器的垂直玻璃管內(nèi)進(jìn)行冷凝，或者在可使尾氣與循環(huán)硫酸逆流接觸并使尾氣在160-260℃下離開(kāi)該塔的填料濃縮塔內(nèi)進(jìn)行冷凝。
參考附圖，通過(guò)下面的描述，可更清楚理解本發(fā)明的其它特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。


圖1至4分別對(duì)本發(fā)明的不同實(shí)施方式進(jìn)行圖解說(shuō)明。
圖1示出了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，其中將具有部件1至18的濕氣硫酸廠的空氣加熱器4產(chǎn)生的熱空氣用來(lái)濃縮具有部件20至27的硫酸廠的硫酸。在濕氣硫酸廠中，將廢酸或廢酸與含有其它硫的廢酸的混合物通過(guò)管道1送入煅燒爐3中，在3中用通過(guò)管道2來(lái)的載體燃料和熱燃燒氣通常在1000℃下燃燒廢酸流，獲得含有10-25％H2O和2-6％SO2的煙道氣。將在催化SO2反應(yīng)器6中使SO2轉(zhuǎn)變成SO3所需的過(guò)量空氣加入到煙道氣流中。將在3中用來(lái)濃縮濃縮塔21中的來(lái)自酸冷凝器15的酸的燃燒空氣在熱交換器4內(nèi)通常加熱到500-550℃。通過(guò)熱交換器4和在鍋爐5使煙道氣冷卻到約400℃。
通常將用于抑制在硫酸冷凝器15中酸霧形成所需的顆粒混入管道12中的反應(yīng)氣體和反應(yīng)氣冷卻器13的上流中，在冷卻器13中將SO3氣冷卻到高于酸露點(diǎn)溫度40℃，在管道12和14中的SO3氣的酸露點(diǎn)通常為250-265℃。使在空氣冷卻式冷凝器15中冷凝的酸離開(kāi)冷凝器通過(guò)管道22進(jìn)入濃縮塔20的填料床的頂部。管道22中的酸的濃度一般為94％，溫度一般為260℃。根據(jù)進(jìn)入冷凝器15的入口氣體組成和冷凝器15的操作條件，在21中欲濃縮的酸的濃度和溫度范圍分別可為92-98％H2SO4和180-270℃。熱空氣經(jīng)過(guò)管道23進(jìn)入低于耐酸體例如為陶瓷填充圈或鞍形架的填料21下面的濃縮塔20的底部。部分熱空氣通過(guò)旁路經(jīng)管道25與管道24中的含有H2SO4的尾氣混合，以蒸發(fā)酸霧和使管道14中的溫度上升到高于與硫酸廠的管道14中的主要反應(yīng)氣流混合的氣體的酸霧點(diǎn)溫度。在27中冷卻濃縮的硫酸。在該方法的實(shí)施方案中，隨著將空氣預(yù)熱到450-500℃，可將濃度為92-93％的硫酸濃縮到濃度為98-98.5％。隨著入口酸強(qiáng)度的降低熱空氣的消耗量增加；當(dāng)將管道22中的93％的酸濃縮到管道27中的98％時(shí)，以每噸H2SO4計(jì)并在500℃下流量通常為500nm3/h。隨著熱空氣量的增加，可進(jìn)一步使酸強(qiáng)度增加接近理論上的共沸最大值98.7-98.8％H2SO4。
圖2示出了本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方按，其中將在用于濃縮從冷凝器15來(lái)的酸SO2-反應(yīng)器的最后一個(gè)SO2轉(zhuǎn)化步驟之后來(lái)自管道12在管道23中的熱氣體加熱到約400℃。從濃縮塔21出來(lái)的氣體返回冷凝器的上游管道14中。來(lái)自管道12的一些氣體通過(guò)旁路經(jīng)管道25進(jìn)入管道24中，以使管道24中的氣體溫度高于酸露點(diǎn)值。
圖3示出了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案其中在濕氣硫酸廠的第一個(gè)SO2轉(zhuǎn)化步驟之后使在500-600℃下的反應(yīng)氣體，氣經(jīng)管道8進(jìn)入濃縮塔。從濃縮塔來(lái)的氣體返回到SO2下一轉(zhuǎn)化步驟的管道10的上游，進(jìn)入從而避免硫酸廠SO2-轉(zhuǎn)化總量的減少。
圖2和圖3所示實(shí)施方法的優(yōu)點(diǎn)是不需要用熱空氣進(jìn)行濃縮，但缺點(diǎn)是在實(shí)際中使用含H2O量大于12-15％的反應(yīng)氣不能獲得98％酸濃度。
圖4示出了用于干氣硫酸廠的本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案。將從干氣硫酸廠SO2反應(yīng)器2的出口管道3中的部分干SO3氣通過(guò)管道11進(jìn)入濃縮塔12。在SO3吸收器6上游的SO3氣體冷卻器5內(nèi)冷卻管道3中的大部分SO3氣體而在吸收器6中的操作過(guò)程與干氣硫酸廠中的相同。將待濃縮的硫酸流在進(jìn)入濃縮塔12之前通過(guò)管道21引入液一液熱交換器22內(nèi)與濃縮過(guò)的酸進(jìn)行交換而被預(yù)熱。
由于從濃縮塔出來(lái)的尾氣中含有H2O和H2SO4蒸汽，所以不能返回到干氣硫酸廠，而是將其送入硫酸冷凝塔17內(nèi)，使所含的硫酸成分冷凝成濃硫酸液，然后通過(guò)管道20與欲濃縮的酸流混合，該酸流為在熱交換器22內(nèi)被濃縮塔12內(nèi)濃縮過(guò)的酸流加熱過(guò)之后的酸。將從濃縮塔12出來(lái)的在管道13中的尾氣與從酸冷凝器17來(lái)的通過(guò)管道15的空氣混合并在管道14中繼續(xù)加熱到一般約為250℃的溫度以保持管道19中的氣體溫度為高于其的露點(diǎn)至少20℃。在17中用于抑制酸霧形成所需的顆粒通過(guò)管道16加入到空氣流中。
圖4所示的實(shí)施方案對(duì)干氣硫酸廠來(lái)說(shuō)尤其有意義，其中送入氣體中的水含量很高使得稀硫酸不能適應(yīng)干氣硫酸廠的SO3吸收器。
盡管本發(fā)明描述了與之有關(guān)的具體實(shí)施方案，但對(duì)本專(zhuān)業(yè)熟練的技術(shù)人員而言，一些其它的改變、改進(jìn)也是顯而易見(jiàn)的，因此，不能由實(shí)施例所公開(kāi)的內(nèi)容限制本發(fā)明，而是以所附權(quán)利要求書(shū)為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種使含有90-98％H2SO4的硫酸料流濃縮成含有95-98.8％H2SO4的硫酸的方法，通過(guò)使料流與從硫酸廠來(lái)的熱空氣或熱反應(yīng)氣在填料濃縮塔內(nèi)逆流接觸，其中(a)硫酸料流在150-270℃下進(jìn)入濃縮塔；(b)入口空氣或反應(yīng)氣在350-600℃下進(jìn)入濃縮塔；(c)使從塔排出尾氣中的硫酸在氣冷式降膜冷凝器的垂直玻璃管內(nèi)冷凝或在使氣體與循環(huán)硫酸逆流接觸并在160-260℃下離開(kāi)塔的填料濃縮塔內(nèi)進(jìn)行冷凝。
2.根據(jù)權(quán)利要求書(shū)1的方法，其中所述接觸在大氣壓下進(jìn)行。
3.根據(jù)權(quán)利要求書(shū)1的方法，其中將顆粒加入到從濃縮塔出來(lái)的尾氣中。
4.根據(jù)權(quán)利要求書(shū)1的方法，其中進(jìn)入濃縮塔的入口氣體為350-600℃下的空氣，并將從濃縮塔出來(lái)的尾氣混入濕氣硫酸廠的硫酸冷凝塔18的入口氣流14中。
5.根據(jù)權(quán)利要求書(shū)1的方法，其中將從蒸發(fā)塔出來(lái)的尾氣混入從硫酸廠出來(lái)的熱空氣或熱反應(yīng)氣中，所述熱空氣或熱反應(yīng)氣的溫度高于離開(kāi)蒸發(fā)塔氣體的溫度。
全文摘要
一種在160℃—270℃下,使?jié)舛葹?0%—98%的硫酸濃縮成濃度為96%—98.8%的硫酸的方法,通過(guò)在填料塔內(nèi)使酸逆流地與從硫酸廠來(lái)的熱空氣或含有多達(dá)6%SO
文檔編號(hào)C01B17/88GK1187458SQ97126400
公開(kāi)日1998年7月15日 申請(qǐng)日期1997年11月25日 優(yōu)先權(quán)日1996年11月26日
發(fā)明者P·肖拜 申請(qǐng)人:赫多特普索化工設(shè)備公司