专利名称：硫酸厂炉用的富氧方法
技术领域：
本发明提供一种提高硫酸生产厂炉中含氧量的方法。具体地说，本发明提供一种提高硫酸厂中二氧化碳回收率的方法。
背景技术：
硫酸一般由两大类方法制造，即铅室法和接触法。铅室法一般用于制造生产化肥用的硫酸。该方法生产较低浓度62-78％的硫酸。接触法则生产更纯更浓的硫酸，但也需要使用更纯的原料和催化剂。两种方法中铅室法是一种较古老的方法，已不再使用。在接触法中，将提纯的二氧化硫和空气混合，加热到450℃左右，并通过催化剂，二氧化硫被催化剂氧化成三氧化硫。该催化剂一般是负载在二氧化硅或类似载体上的铂或负载在二氧化硅载体上的五氧化二钒。使三氧化硫冷却并通过两个塔。在第一个塔中，用发烟硫酸洗涤三氧化硫，而在第二个塔中，用97％硫酸洗涤三氧化硫。在这个塔中一般产生98％硫酸。混合或稀释用此过程制得的硫酸，可以得到所需浓度的硫酸。
在催化氧化阶段，工艺气流中的二氧化硫和氧气通过异相类型反应转化成三氧化硫。这是一个催化剂催化的反应，所用的催化剂一般是负载在硅藻土载体上的硫酸钒或硫酸钾催化剂。然而，已知其它的催化剂如钒型催化剂也可用于该方法中。二氧化硫转化为三氧化硫以后，让在SO3吸收区中三氧化硫与水反应形成硫酸，吸收区中的吸收介质是浓硫酸溶液。虽然SO3与浓硫酸中水的反应迅速且基本上是完全的，SO2则在浓硫酸介质中从气相中除去形成亚硫酸，但此除去程度较低。
硫酸厂的另一种副产物是二氧化碳。然而，由于它的浓度较低，一般不从排出气体(purged gas)中回收这种二氧化碳。本发明人已发现，在不超过硫酸厂中把二氧化硫转化为三氧化硫的催化剂的最高温度条件下，用较高浓度的氧气通入硫酸厂中，可以在排出气体中产生更高浓度的二氧化碳。
发明内容
通过向硫酸厂中通入富氧气体，可以提高硫酸生产设备排出气体中二氧化碳的浓度。这种含氧量的增加不仅提高了排出硫酸厂的烟道气中二氧化碳的浓度，而且也抑制了催化剂将二氧化硫转化成三氧化硫的最高温度的提高。然后可以将从排出气体中回收的CO2进行提纯，并通过一个二氧化碳液化设备，得到食品级二氧化碳。
该图是详细说明本发明方法的硫酸厂示意图。
具体实施例方式
本发明涉及一种提高硫酸厂炉中二氧化碳回收率的方法。该方法包括向上述的炉中注入氧气。现已发现，将含氧量提高到通常输入硫酸厂的空气之上，降低进料气中的含氮量，可以提高烟道气中二氧化碳的浓度。该方法也可使催化剂的温度不致超过会损害催化剂并影响将二氧化硫转化为三氧化硫的温度之上。一般来说，这种温度低于2100°F。然而，如果转化炉的耐火材料改进到能耐更高的温度，上述的温度可以超过2100°F。通入硫酸厂炉的富氧气流至少应含有60体积％的氧气。这种富氧气流可以得自任何常规的来源，例如由加压循环式吸附、热循环式吸附、真空循环式吸附或真空加压循环式吸附过程制得的氧气。
这些过程优选是循环吸附。在再生步骤中，也可以在有或没有压力变化和/或温度变化(变化是相对于此过程的吸附步骤而言)的情况下用气体吹洗吸附床，来再生本发明所用的吸附剂。进行吸附步骤的温度可以在一个宽的范围内变化，例如从约为-50℃的最低温度到约为200℃的最高温度。然而，一般来说，优选的吸附温度为0-80℃，最优选的吸附温度为5-40℃。
可以进行吸附步骤的压力在一个宽的范围内变化。对于加压循环式吸附循环来说，吸附步骤一般在0.8-50巴(绝对巴)，较好在1-20巴的压力下进行。对于热循环式吸附循环(TSA)来说，吸附步骤通常在或高于大气压力下进行。当吸附过程是加压循环式吸附(PSA)时，再生步骤一般在进行吸附步骤的温度附近进行，此时绝对压力低于吸附时的绝对压力。在PSA循环的再生步骤过程中的压力通常约为0.1-5巴，优选为0.2-2巴。再生阶段可以是一个多步骤的过程，它包括把装有吸附剂的容器放空到所需较低压力的降压步骤以及用抽真空装置(如真空泵)把上述容器的压力降低到大气压力之下的抽真空步骤。
当吸附过程是TSA时，吸附床的再生在高于吸附温度的温度下进行，且一般在50-300℃，优选在100-250℃的温度进行。当组合使用PSA和TSA时，吸附床再生步骤中的温度和压力分别比吸附步骤高和低。本发明方法中所用的吸附剂一般包括沸石、中孔结构材料、碳分子筛和其它无机多孔材料如金属氧化物以及它们的混合物。
本发明的方法不仅可用于直接生产硫酸的设备，而且可用于从排放物中除去含硫组分如H2S和SO2，并将其转化成硫酸产品的设备。这些设备一般是发电厂中烧煤的设备和其它烧煤的设备。
现在参看附图。该图不应认为起限制本发明的作用，而是本发明的一个例子。
含有氢气和二氧化碳的合成气通过管道1从煤气发生炉(未画出)输送到酸气体系4。合成气与含有MDEA的酸气体系反应，并通过管道5和管道6输送到硫酸厂12。与此同时，干净的合成气例如通过管道3从该酸气体系输送到发电系统2。主要含有H2S和二氧化碳(浓度约为85摩尔％)的这种酸气被送到硫酸厂去燃烧，以空气为氧源，将H2S转化为SO2。然后在硫酸厂的下一个反应器(未画出)中将SO2进一步反应成SO3，此时惰性组分具体是氮气和二氧化碳保持不反应。
管道10提供来源于任何氧源(未画出)的富氧气体。管道13将浓硫酸排出硫酸厂，并输送到14。14可以是进一步处理前硫酸的存贮槽或其它容器。管道15从硫酸厂通出，其中主要含有粗二氧化碳，约含80体积％。该粗二氧化碳进入CO2提纯装置16。该CO2提纯装置一般是个苏打洗涤器，它用于除去烟道气中的二氧化硫。用任何标准的螺旋式压缩机压缩其中留下的CO2，并通过管道19输送到液态二氧化碳设备17中。该液态CO2在液态CO2设备中作进一步的提纯，最后通过管道20送到18。富氧气流中的氧气浓度可以是高于大气中氧气浓度的任何浓度。然而，优选的含氧量高于50体积％，最优选超过65体积％。这种富氧气体量会在烟道气中获得超过80体积％的二氧化碳，从而可以直接进行二氧化碳深冷净化。
虽然参照具体的实施方式描述了本发明，但本发明的许多其它方式和改进对于本领域中的普通技术人员来说是显而易见的。因此，所附的本发明权利要求书一般应解释为覆盖所有这些在本发明真正精神和范围内显而易见的一些方式和改进。
权利要求
1.一种提高硫酸厂炉中二氧化碳回收率的方法，其特征在于向所述的炉中注入富氧气流。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于通入所述炉中的进料气含有硫化氢和二氧化碳。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于所述的二氧化碳占所述进料气的85摩尔％。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述炉的温度低于2100°F。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述富氧气流中的含氧量大于空气中的含氧量。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于所述富氧气流中的含氧量大于50体积％。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述回收的二氧化碳是食品级二氧化碳。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述的炉在发电厂的烧煤设备或其它燃煤设备中。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于在所述的炉中含有将硫的氧化物转化成更高价硫的氧化物的催化剂。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于不超过所述催化剂会失活的温度。
全文摘要
本发明提供注入硫酸厂炉中富氧气流在提高二氧化碳产率方面的应用。然后可以回收、提纯和处理产率有所提高的二氧化碳，使其可用于其它工艺，如用于食品工业。
文档编号C01B17/76GK1408638SQ0214381
公开日2003年4月9日 申请日期2002年9月24日 优先权日2001年9月26日
发明者C·沙阿 申请人:波克股份有限公司