低排放硫化氢湿法制硫酸的工艺方法
【专利摘要】本发明属于无机化工硫酸生产【技术领域】，公开了一种高转化低排放的硫化氢湿法制硫酸的工艺方法通过层间热空气混合冷激的方法，与蒸汽过热器共同作用进行过程气降温，并提高了过程气中的O2浓度，提高了SO2催化氧化的平衡转化率，从而进一步提高了SO2总转化率，同时采用NWS系列高效湿法转化专用钒催化剂，使SO2总转化率达到99.2%，降低湿法转化制硫酸装置的尾气排放。
【专利说明】低排放硫化氢湿法制硫酸的工艺方法
【技术领域】
[0001]本发明属于化工领域，具体涉及一种高转化低排放的硫化氢湿法制硫酸的工艺方法。
【背景技术】
[0002]硫化氢是硫的主要资源，它广泛存在于天然气和石油精炼过程中，在炼焦、煤的气化、碳酸钡的制造以及某些其它化工产品的生产中，都有硫化氢产生。全世界每年从硫化氢生产的硫磺约占硫磺总产量的90%。
[0003]用硫化氢制硫磺，通常采用克劳斯法，同时为了防止对环境的污染，克劳斯装置还需要配套建设庞大的尾气处理装置，因此克劳斯法的硫磺生产装置的建设投资和生产费用都很高，许多工厂作为环保装置在负利润下运行。而如此高代价生产出来的硫磺，90%以上用作生产硫酸的原料。如果用硫化氢直接制造硫酸，可以省去许多复杂的工艺过程，使硫酸的生产成本降低，同时也提高了工厂回收硫化氢的经济效益。
[0004]近来开发了多种硫化氢制酸工艺，具有代表性的主要有鲁奇公司的湿接触法制酸工艺和托普索公司的WSA法制酸工艺。
[0005]在湿接触法制酸工艺中，如附图1所示，转化器设置一、二或更多个催化剂床层，由于在反应器中的反应为放热反应，为达到较高的SO2转化效率，气体在各床层间要进行冷却。
[0006]湿接触法制酸工艺，无需洗涤、干燥工艺气，在水蒸汽存在下将二氧化硫催化转化成三氧化硫，并直接凝结成酸，显而易见，湿接触法制酸工艺更为简单，更有利于系统能量的回收利用。由于大多数硫化氢气源都比较干净，所以湿接触法制酸工艺的应用也较为广泛，一般认为，在Ψ (S02+S03)为0.3%~7.0%的条件下，湿法制酸工艺是一种最为经济的选择。同时许多情况下硫磺并不是用户所需要的产品，硫化氢制酸将是一种很有吸引力的选择，并且用硫化氢制酸可省去很多工艺过程，降低投资和生产成本，使产品具有更强的市场竞争力。
[0007]湿接触法制酸工艺有着明显的优点:工艺气无需进行干燥处理，有效利用热能，具有很高的热利用率；操作弹性大，流程简单，布置紧凑，操作和维修费用低。但其也存在固有的缺陷:湿接触法制酸工艺采用的是一次转化一次冷凝工艺，SO2 / SO3平衡曲线将限制了SO2总转化率，总转化率99%，装置的尾气排放SO2浓度不能达到小于400mg/Nm3的新的硫酸装置尾气排放国家标准。
【发明内容】
[0008]本发明的目的要提出一种高转化低排放硫化氢湿法制硫酸的工艺方法。
[0009]本发明的工艺方法的主要技术方案:低排放硫化氢湿法制硫酸的工艺方法，其特征是采用过热器来吸收反应热，用空气冷激的方法辅助降温，并提高酸性气中O2 / SO2比，提高SO2平衡转化率，同时采用钒催化剂，使SO2总转化率达到99.2%，装置的尾气排放SO2浓度小于400mg/Nm3。
[0010]本发明的湿法转化工艺方法包括如下步骤:
第一步，先将含硫化氢的酸性气与热空气在焚烧炉中充分燃烧，生成含SO2的高温气体，由焚烧炉后的火管式废热锅炉回收热量后直接进入转化器内。
[0011]第二步，含SO2的高温气体降温至40(T45(TC进入转化器，在钒催化剂的作用下，SO2被转化成SO3,转化器一般有一、二或更多个催化剂床层，每段催化床层间设有蒸汽过热器来冷却过程气，并在每段催化床层间设有空气冷激，一方面辅助降温，另一方面增加过程气中的氧浓度，提高SO2平衡转化率。
[0012]第三步，过程气经过气体冷却器离开转化器后，温度约从380~420°C降至300°C以下(硫酸蒸汽露点以上)，进入酸冷凝器。
[0013]含硫化氢的酸性气进入焚烧炉燃烧，助燃的空气来自经酸冷凝器换热被加热到200~250°C的热空气，燃烧生成的过程气经废热锅炉回收热量冷却至40(T450°C进入转化器，过程气中的SO2在钒催化剂作用下转化成SO3,过程气经过转化器第一段床层后，与来自经酸冷凝器换热被加热到200~250°C的热空气混合，通过层间蒸汽过热器换热，冷却至40(T420°C进入转化器第二段床层，过程气中的SO2在催化剂作用下进一步转化成SO3,过程气离开最后一段床层后，经过蒸汽过热器换热，冷却至270-30(TC进入酸冷凝器冷凝成酸。
[0014]本发明的工艺方法，通过层间热空气混合，与蒸汽过热器共同作用进行过程气降温，并提高了过程气中的O2浓度，提高了 SO2催化氧化的平衡转化率，从而进一步提高了 SO2总转化率，使SO2总转化率达到99.2 %，降低湿法转化制硫酸装置的尾气排放，使装置的尾气排放SO2浓度小于400mg/Nm3，达到新的硫酸装置的尾气排放环保标准。
[0015]本发明的工艺方法，热空气在层间通过环形分布器与过程气混合，使热空气与过程气混合均匀。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为现有湿接触法制酸工艺流程示意图；图2为本发明实施例工艺方法流程示意图。
[0017]图中，1-熔盐储槽；2_熔盐循环泵；3_熔盐冷却器；4_过热器；5-S02转化器；6-第一层间冷却器；7_第二层间冷却器；8_气体冷却器。
【具体实施方式】
[0018]下面结合实施例和附图进一步说明本发明的内容:
实施例中的工艺方法如附图2所示。
[0019]实施例1
以某焦炉煤气脱除的硫化氢酸性气为例，说明本发明所述的工艺方法。
[0020]硫化氢酸性气条件:
流量3482Nm3/h
压力0.03 MPa
温度40 ° C
气体成分(容 量％)H2S13.92
CO282.25
NH30.11
HCN0.19
H2O3.45
CH4772PPM
N2平衡
将硫化氢酸性气与过量的热空气在焚烧炉中燃烧，生成过程气得组成:
气体成分(容量％)
5023.41
5030.18 O2 10.0 CO2 21.3 H2O 6.61
N258.49
过程气经过两段催化剂床层催化氧化，在转化器第一段床层后，用来自经酸冷凝器换热被加热到200~250°C的热空气混合冷激过程气，SO2总转化率达到99.2 %，装置的尾气排放SO2浓度为367mg/Nm3。
[0021]实施例2
以某低温甲醇洗脱除的硫化氢酸性气为例，说明本发明所述的工艺方法。
[0022]硫化氢酸性气条件:
流量200Nm3/h
压力0.03 MPa
温度40 ° C
气体成分(容量％)
H2S30.0
CO262.84
C3H81.0
C4H101.85
CH3OH0.15
N20.75
将硫化氢酸性气与过量的热空气在焚烧炉中燃烧，生成过程气得组成:
气体成分(容 量％)
5023.07
5030.16 O2 12.07 CO2 7.91 H2O 6.06
N270.73过程气经过两段催化剂床层催化氧化，在转化器第一段床层后，用来自经酸冷凝器换热被加热到200~250°C的热空气混合冷激过程气，SO2总转化率达到99.2 %，装置的尾气排放SO2浓度为351mg/Nm3。
[0023]实施例3
以某炼厂脱除的硫化氢酸性气为例，说明本发明所述的工艺方法。
[0024]硫化氢酸性气条件:
流量2000Nm3/h
压力0.06 MPa
温度61 ° C
气体成分(容量％)
H2S73.1
CO221.7
C3 H80.4
NH31.07
H2O3.37
将硫化氢酸性气与过量的热 空气在焚烧炉中燃烧，生成过程气得组成:
气体成分(容量％)
5024.35
5030.23 O2 12.75 CO2 1.44 H2O 6.65
N274.59
过程气经过三段催化剂床层催化氧化，在转化器第一段床层、第二段床层后，用来自经酸冷凝器换热被加热到200~250°C的热空气混合冷激过程气，SO2总转化率达到99.2 %，装置的尾气排放SO2浓度为398mg/Nm3。
【权利要求】
1.一种低排放硫化氢湿法制硫酸的工艺方法，其特征是采用过热器来吸收反应热，用空气冷激的方法辅助降温，并提高酸性气中O2 / SO2比，提高SO2平衡转化率，同时采用钒催化剂，使SO2总转化率达到99.2%，装置的尾气排放SO2浓度小于400mg/Nm3。
2.如如权利要求1所述的工艺方法，其特征在包括如下步骤: 第一步，先将含硫化氢的酸性气与热空气在焚烧炉中充分燃烧，生成含SO2的高温气体，由焚烧炉后的废热锅炉回收热量后直接进入转化器内； 第二步，含SO2的高温气体降温至40(T45(TC进入转化器，在钒催化剂的作用下，SO2被转化成SO3，所述转化器有一、二或多个催化剂床层，每段催化床层间设有蒸汽过热器来冷却过程气，并在每段催化床层间设有空气冷激，用于辅助降温和增加过程气中的氧浓度，提高SO2平衡转化率； 第三步，过程气经过气体冷却器离开转化器后，温度从380~420°C降至300°C以下，进入酸冷凝器冷凝成酸。
3.如权利要求1或2所述的工艺方法，其特征是含硫化氢的酸性气进入焚烧炉燃烧，助燃的空气来自经酸冷凝器换热被加热到200~250°C的热空气，燃烧生成的过程气经废热锅炉回收热量冷却至40(T45(TC进入转化器，过程气中的SO2在催化剂作用下转化成SO3,过程气经过转化器第一段床层后，与来自经酸冷凝器换热被加热到200~250°C的热空气混合，通过层间蒸汽过热器换热，冷却至40(T42(TC进入转化器第二段床层，过程气中的SO2在催化剂作用下进一步转化成SO3,过程气离开最后一段床层后，经过蒸汽过热器换热，冷却至270~300°C进入酸冷凝器冷凝成酸。
4.如权利要求1或2所 述的工艺方法，其特征是所述的热空气与过程气混合采用环形分布器。
【文档编号】C01B17/74GK103803506SQ201210441709
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2012年11月8日 优先权日:2012年11月8日
【发明者】田先国, 孙远龙, 董天雷 申请人:中国石油化工股份有限公司, 南化集团研究院